Quel est l'impact des harmoniques sur un transformateur de puissance immergé dans l'huile ?

Les harmoniques sont devenues une préoccupation importante dans le fonctionnement des systèmes d’alimentation électrique, en particulier lorsqu’il s’agit d’équipements tels que les transformateurs de puissance immergés dans l’huile. En tant que fournisseur leader deTransformateur de puissance immergé dans l'huile, j'ai été témoin de l'impact que les harmoniques peuvent avoir sur ces composants critiques. Dans cet article de blog, j'examinerai les différents effets des harmoniques sur les transformateurs de puissance immergés dans l'huile, j'explorerai les causes des harmoniques et je discuterai des stratégies pour atténuer leur impact.

Comprendre les harmoniques

Les harmoniques sont des tensions ou des courants sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale (généralement 50 ou 60 Hz). Dans un système électrique idéal, les formes d’onde de tension et de courant sont de pures sinusoïdes à la fréquence fondamentale. Cependant, l'utilisation croissante de charges non linéaires telles que les entraînements à vitesse variable, l'électronique de puissance et l'éclairage fluorescent ont introduit des harmoniques dans le système électrique. Ces charges non linéaires consomment du courant de manière non sinusoïdale, ce qui déforme les formes d'onde de tension et de courant.

Impact des harmoniques sur les transformateurs de puissance immergés dans l'huile

1. Augmentation des pertes de base

L’un des impacts les plus importants des harmoniques sur les transformateurs de puissance immergés dans l’huile est l’augmentation des pertes dans le noyau. Les pertes dans le noyau d'un transformateur sont constituées de pertes par hystérésis et de pertes par courants de Foucault. Les pertes par hystérésis se produisent en raison de l'inversion de la magnétisation dans le matériau du noyau, tandis que les pertes par courants de Foucault sont provoquées par les courants de circulation induits dans le noyau.

Les harmoniques augmentent les pertes dans le noyau car elles font varier plus rapidement le flux magnétique dans le noyau. Les harmoniques de fréquence plus élevée entraînent un plus grand nombre d'inversions de magnétisation, ce qui entraîne une augmentation des pertes par hystérésis. De plus, les pertes par courants de Foucault sont proportionnelles au carré de la fréquence. Comme la fréquence des harmoniques est supérieure à la fréquence fondamentale, les pertes par courants de Foucault augmentent considérablement. Cette augmentation des pertes dans le noyau entraîne des températures de fonctionnement plus élevées dans le transformateur, ce qui peut réduire la durée de vie de l'isolation et des autres composants.

2. Augmentation des pertes de cuivre

Les pertes de cuivre dans un transformateur sont dues à la résistance des enroulements. Lorsque des harmoniques sont présentes dans le courant, la résistance effective des enroulements augmente. En effet, l’effet de peau et l’effet de proximité deviennent plus prononcés aux fréquences plus élevées. L'effet de peau fait circuler le courant près de la surface du conducteur, augmentant ainsi la résistance effective. L’effet de proximité, quant à lui, est l’interaction entre conducteurs adjacents, qui augmente également la résistance.

En raison de l'augmentation de la résistance, les pertes de cuivre dans les enroulements du transformateur augmentent. Cela entraîne non seulement une consommation d'énergie plus élevée, mais génère également plus de chaleur, ce qui peut dégrader davantage l'isolation et d'autres composants du transformateur.

3. Distorsion de tension

Les harmoniques peuvent provoquer une distorsion de tension dans le système électrique. Lorsque la forme d’onde de tension est déformée, cela peut affecter les performances des autres équipements électriques connectés au même système. Dans le cas des transformateurs de puissance immergés dans l'huile, la distorsion de tension peut conduire à une répartition inégale du flux magnétique dans le noyau. Cela peut provoquer une surchauffe locale du noyau et des enroulements, ce qui peut endommager l'isolation et réduire l'efficacité du transformateur.

4. Résonance

Les harmoniques peuvent également provoquer une résonance dans le système électrique. La résonance se produit lorsque la fréquence naturelle d'un circuit correspond à la fréquence des harmoniques. Dans un transformateur de puissance immergé dans l’huile, la résonance peut entraîner des courants et des tensions excessifs, susceptibles d’endommager le transformateur et d’autres équipements du système. La résonance peut également provoquer des vibrations mécaniques dans le transformateur, pouvant entraîner une défaillance prématurée du transformateur.

5. Capacité réduite du transformateur

En raison des pertes accrues et du risque de surchauffe provoqué par les harmoniques, la capacité effective d’un transformateur de puissance immergé dans l’huile est réduite. Un transformateur conçu pour fonctionner à une certaine charge dans des conditions normales peut ne pas être en mesure de gérer la même charge en présence d'harmoniques. Cela signifie que des transformateurs supplémentaires peuvent être nécessaires pour répondre à la demande d’énergie, ce qui augmente le coût du système électrique.

Causes des harmoniques dans le système électrique

Comme mentionné précédemment, les charges non linéaires sont la principale cause d'harmoniques dans le système électrique. Certaines charges non linéaires courantes comprennent :

• Variateurs de vitesse (VSD): Les VSD sont largement utilisés dans les applications industrielles pour contrôler la vitesse des moteurs. Ils utilisent l’électronique de puissance pour convertir le courant alternatif en courant continu, puis de nouveau en courant alternatif à une fréquence variable. Ce processus introduit des harmoniques dans le système électrique.
• Électronique de puissance: Les appareils tels que les redresseurs, les onduleurs et les alimentations à découpage sont tous des charges non linéaires. Ils consomment du courant de manière non sinusoïdale, ce qui génère des harmoniques.
• Éclairage fluorescent: Les lampes fluorescentes utilisent des ballasts électroniques, qui sont des charges non linéaires. Ils contribuent également à la génération d’harmoniques dans le système électrique.

Stratégies d'atténuation

Pour atténuer l'impact des harmoniques sur les transformateurs de puissance immergés dans l'huile, plusieurs stratégies peuvent être utilisées :

1. Filtrage

Des filtres d'harmoniques peuvent être utilisés pour réduire le niveau d'harmoniques dans le système électrique. Il existe deux principaux types de filtres d'harmoniques : les filtres passifs et les filtres actifs. Les filtres passifs sont constitués de condensateurs, d'inductances et de résistances et sont conçus pour fournir un chemin à faible impédance pour les harmoniques. Les filtres actifs, quant à eux, utilisent l’électronique de puissance pour injecter des courants égaux et opposés aux courants harmoniques, les annulant ainsi.

2. Conception du transformateur

Les transformateurs peuvent être conçus pour être plus résistants aux harmoniques. Par exemple, l’utilisation d’un noyau de plus grande taille peut contribuer à réduire les pertes de noyau causées par les harmoniques. De plus, l'utilisation de conducteurs avec une section transversale plus grande peut réduire les pertes de cuivre dues à l'effet de peau et à l'effet de proximité.

3. Gestion des charges

En gérant les charges non linéaires dans le système électrique, le niveau d'harmoniques peut être réduit. Cela peut être réalisé en utilisant des dispositifs de correction du facteur de puissance, en limitant l'utilisation de charges non linéaires pendant les périodes de demande de pointe et en garantissant que les charges non linéaires sont correctement dimensionnées et installées.

Conclusion

Les harmoniques ont un impact significatif sur les transformateurs de puissance immergés dans l'huile, notamment une augmentation des pertes dans le noyau et le cuivre, une distorsion de tension, une résonance et une capacité réduite du transformateur. En tant que fournisseur deTransformateur de puissance immergé dans l'huile, nous comprenons l’importance d’aborder la question des harmoniques pour assurer le fonctionnement fiable et efficace de nos transformateurs.

Si vous êtes à la recherche d'unTransformateur d'huile triphaséou unTransformateur de service de station, nous sommes là pour vous fournir des produits et des solutions de haute qualité. Notre équipe d'experts peut vous aider à sélectionner le transformateur adapté à votre application et vous fournir des conseils sur la manière d'atténuer l'impact des harmoniques. Contactez-nous dès aujourd'hui pour entamer une discussion sur vos besoins en transformateur et pour explorer les meilleures solutions pour votre système électrique.

Références

• J. Arrillaga, NR Watson et PS Bodger, Power System Harmonics, John Wiley & Sons, 1985.
• CL Sullivan, « Harmoniques dans les systèmes électriques : causes, effets et atténuation », IEEE Power Engineering Review, vol. 20, non. 10, pages 27 à 31, 2000.
• Norme IEEE 519 - 2014, Pratiques recommandées et exigences de l'IEEE pour le contrôle des harmoniques dans les systèmes d'alimentation électrique.