PE Transformator a harmoniczne Archiwum

PE Transformator a harmoniczne Archiwum

  W drapaczach chmur mają „siedziby główne” koncerny dla których je zbudowano. Reszta powierzchni (głównie biurowej ) jest wynajmowana innym firmom.

Oddany do użytku w 1931 roku Empire State Building zbudowany w stylu Art Deco ma 443 metry wysokości ( ale strukturalnej tylko 381 metry plus szpica ) i 103 pietra a w tym jedno podziemne. W wysokościowcu o powierzchni użytkowej 200 tysięcy m2 pracuje około 15 tysięcy ludzi a więc sporo. Przyjmując że w populacji pracuje co druga osoba budynek zatrudnia 30 tysięczne miasto. Stosunkowo duża jest powierzchnia na jedną osobę. Stała obsługa budynku ma około 300 osób. Roczne zużycie energii przez „budynek” jest duże i wynosi około 40 mln KWh. Długość przewodów instalacji elektrycznej dochodzi do 700 km. W budynku jest circa 3 mln żarówek. Wydajność złożonego systemu transportowego złożonego z ponad 70 wind wynosi ponad 10 tysięcy osób na godzinę.

Średnie napięcie sieciowe jest w wysokościowcach doprowadzane na niektóre piętra z transformatorami dystrybucyjnymi. Od początku lat osiemdziesiątych zaobserwowano w wieżowcach niepokojący, zbyt krótki żywot „nieprzeciążanych transformatorów” dystrybucyjnych. Awaria transformatora łączy się z ryzykiem pożaru a ten w wysokościowcu może przerodzić się w ogromne straty materialne i tragedie ludzi. Te same transformatory gdzie indziej sprawowały się jednak bardzo dobrze. Właściwie eksploatowane transformatory dystrybucyjne niezawodnie pracują 40 - 50 lat ale ich optymalny czas pracy wynosi 25 - 30 lat. Toteż problem szybkiego uszkadzania transformatorów zwrócił uwagę.

Polska literatura o transformatorach energetycznych ( Transformatory, E.Jezierski, WNT, Warszawa 1983 ) ma charakter sprawozdawczy z publikacji zachodnich sprzed lat i nie grzeszy nowościami ale ma przyzwoity poziom. Wymieniona książka omawia obliczenie indukcyjności rozproszenia transformatora oraz straty od prądów wirowych wywołanych strumieniem rozproszenia w uzwojeniach i sposoby zmniejszania tych strat. Nie ma więc potrzeby omawiania tych wątków.

Głównie składowa podłużna strumienia rozproszenia w transformatorach energetycznych wywołuje straty na prądy wirowe w „grubych” przewodach uzwojenia. Głównie w najbardziej zewnętrznych częściach uzwojenia. Aby te straty zmniejszyć przewód CTC składa się w kilku „drutów” niczym Litza ( zjawisko naskórkowości jest czym innym ale podobnym skutku ) lub równoległe przewody uzwojenia przeplata się w warstwach uzwojenia. Przy częstotliwości sieciowej strata na prądy wirowe w uzwojeniach nie powinna przekroczyć 10% straty na rezystancji stałoprądowej DC uzwojeń. Wymóg ten jest w dużych transformatorach trudny do spełnienia. Strata ta jest skoncentrowana i powoduje przyrost temperatury głównie bardziej zewnętrznych części uzwojeń.

Obecnie nadal izolacja transformatorów energetycznych wykonywana jest z celulozy czyli papieru a dokładniej z preszpanu. Określenie na preszpan „izolacja papierowa” lub celuloza trochę wprowadza w błąd. W procesie produkcji preszpanu jeszcze mokra wstęga papieru wytwarzana z wysokogatunkowej pulpy ( często z użyciem masy bawełnianej ) maszyną papierniczą nie jest jednak finalnie suszona jak w zwykłym papiernictwie ale nawijana na duży bęben do osiągnięcia pożądanej grubości. Po wykonaniu rozcięcia materiał z bębna jest spłaszczany, silnie prasowany i suszony i zagęszczony na wałkach z dużą siłą nacisku. Reguła jest kalandrowanie i wygładzanie powierzchni.

Arkusze preszpanu mogą mieć grubość do 8mm ale można je skleić. Gruby materiał można pociąć na belki czy w inne pożądane dla konstrukcji izolacyjnej transformatora kształty.

Preszpan jest materiałem stabilnym długoczasowo i ma sporą wytrzymałość także na zginanie.

Stopień polimeryzacji włókien nowej celulozy w „papierze” przekracza 1000. W temperaturze 160 C w oleju stopień polimeryzacji spada do ca 200 i już po paru dniach wytrzymałość mechaniczna izolacji staje się znikoma.

Zgodnie z norma IEC345 żywotność izolacji uzwojeń transformatora energetycznego dwukrotnie spada przy wzroście temperatury o 6 C. Silnie starzenie izolacji celulozowej akcelerują wilgoć i tlen dostające się do oleju z powietrza. Nowy transformator wysokiej jakości przed zalaniem olejem suszy się w próżni w temperaturze 120-130C. Dużo uwagi przykłada się do konstrukcji konserwatora oleju transformatora i hermetyczności transformatora. Skutkiem prądów wirowych harmonicznych izolacja mocnej nagrzewanych części uzwojeń może być już całkowicie zużyta ( transformator ze słabą mechanicznie izolacją polegnie przy pierwszym zwarciu na które dawniej był odporny bowiem izolacja nie wytrzymuje mechanicznie działających na uzwojenie sił ) mimo iż średnio w transformatorze jest ona w całkiem dobrym stanie !

W wieżowcach było dużo odbiorników nieliniowych pobierających zniekształcony prąd z dużymi harmonicznymi. Straty na prądy wirowe są w danym przewodniku uzwojenia proporcjonalne do kwadratu indukcji pola magnetycznego i kwadratu (!) jego częstotliwości. Ów kwadrat częstotliwości jest kluczem do szkodliwości harmonicznych prądu w transformatorze !

Transformatory obciążone urządzeniami elektronicznymi muszą pracować znacznie odciążone co nazywane jest deratingiem. Udział obciążeń elektronicznych i konstrukcja transformatora decydują o wymaganym stopniu odciążenia transformatora energetycznego czyli deratingu. Alternatywnie wraz ze wzrostem udziału nieliniowych obciążeń transformatory będą musiały być nawijane złożonymi z „drutów” przewodami CTC.

Nawet przy użyciu programów metody elementów skończonych FEM (Finite Element Methode ) trudno jest dokładnie ustalić gdzie uzwojenie rzeczywistego transformatora jest najgorętsze dlatego że na pole rozproszenia wpływa także wyłożona ekranem elektromagnetycznym i / lub magnetycznym kadź transformatora. Transformator może normalnie pracować tylko napełniony olejem i zamknięty co wyklucza użycia kamery termowizyjnej. Do wiarygodnej symulacji FEM potrzebne są dużo silniejsze komputery to znaczy szybsze i z większą pamięcią operacyjną.

Można jednak uzwojenia niskiego napięcia badanego transformatora dystrybucyjnego włączyć w szereg z pracującym transformatorem zwierając uzwojenie wysokiego napięcia. Kamerą termowizyjna można obserwować temperatury uzwojeń w otwartej kadzi bez oleju.

O ile w uzwojeniach maszyn niskonapięciowych umieszcza się w wytrzymałej izolacji teflonowej termistory do pomiaru temperatury to z uwagi na napięcie jest to wykluczone w transformatorach energetycznych. Od niedawna eksperymentalnie mierzy się temperaturę uzwojeń pracujących transformatorów sensorami ze światłowodami ale przyrządy te są jeszcze mocno zawodne.

Pomiary pokazują że w transformatorach mocy 30-100 MW niskie (!) szybko opadające harmoniczne prądu o wartości skutecznej 10% prądu nominalnego przy 100% obciążeniu VoltAmperowym ( oczywiście ampery wartości skutecznej RMS ) transformatora podnoszą temperaturę zewnętrznych części uzwojeń o ca 10C co circa 3.2 raza skraca żywotność izolacji transformatora.

Tak więc transformator obciążony harmonicznymi prądu dla zachowani żywotności musi być odciążony czyli po angielsku trzeba zastosować derating.

Ponieważ ilość i udział z zużyciu energii odbiorników nieliniowych szybko rośnie to nowo produkowane transformatory celem zmniejszenia strat na prądy wirowe trzeba uzwajać przewodem wielodrutowym CTC lub równolegle wieloma przewodami z koniecznym przeplotem co pociąga określone koszta. Ekran elektromagnetyczny i/lub magnetyczny kadzi transformatora trzeba też zastosować w mniejszych jednostkach niż dotychczas.

Dygresja. Skutkiem prądów wirowych straty mocy nasilone są w zewnętrznych częściach uzwojeń transformatora.

Skutkiem nierównomiernego rozpływu prądu i wydzielania mocy na powierzchni tranzystora bipolarnego jego maksymalna moc spada powyżej pewnego napięcia i skutkiem tego jest inicjacja procesu drugiego przebicia przy wyjściu poza obszar bezpiecznej pracy SOA.

Maksymalna szybkość narastania załączanego przez tyrystor prądu jest ograniczona przez koncentracje mocy w strukturze tyrystora przy bramce.

Zjawisk wykazujących lokalną koncentracje nie tylko w elektronice jest cała masa i skutecznie usiłuje się problemy rozwiązać.

Czy standardowy przewód CTC do wykonania uzwojeń musi być drogi ?

Uzwojenia transformatora są głównie miedziane choć stosowano też tańsze aluminium. Miedź jest jednym z podstawowych metali przemysłowych. Jej ceny światowe wahają się wraz z koniunkturą ale jest to metal względnie drogi.

Uzwojenia transformatorów dużej mocy wykonane są gołymi prostokątnymi „drutami” o dużym przekroju z pozostawieniem miejsca na przepływający olej chłodzący uzwojenie. Wytrzymała konstrukcja izolująca utrzymuje uzwojenia we właściwym miejscu także w czasie zwarcia gdy na uzwojenia działają duże siły. Finalnie równolegle łączone „druty” w kolejnych warstwach są przeplecione. Niepełny przeplot daje dodatkowe straty transpozycji.

Lepszym rozwiązaniem jest przewód z ciągłą wewnętrzną transpozycją ( Continuously Transposed Conductor = CTC ) o zewnętrznym kształcie prostokątnym składający się z prostokątnych ( łagodnie zaokrąglonych) emaliowanych „drutów”. Dwa płaskie „druty” mogą być przykładowo w 10 warstwach czyli drutów w przewodzie jest 20. Całość jest owinięta taśmą papierową.

Ciągła transpozycja daje też przewodowi spoistość mechaniczną. Jak pracuje maszyna wykonująca z „drutów” przewód CTC nie jest autorowi wiadomym ale pewnie nie jest skomplikowana.

Temat korzyści i strat jakie przynosi standaryzacja jest osobnym bardzo szerokim tematem. Na Zachodzie standardem często staje się udane rozwiązanie szeroko wprowadzone przez koncern.

Operacyjnym standardem handlowym miedzi jest dostarczany z hut na dużych i ciężkich szpulach miedziany drut (pręt) o grubości 5/16 cala ( dokładnie 7.95 mm ) czyli circa 8 mm.

Pożądanej grubości drut lub „drut” uzyskujemy przeciągając go przez serię ciągadeł ( dla „drutu” ciągadeł profilowych ) wykonanych ze stali narzędziowej, węglików spiekanych a nawet bardzo trwałych ale drogich diamentów. Płytka ciągadła może zawierać kilkanaście „otworów roboczych” Ciągniony drut jest zwilżany smarem, woskiem lub emulsją. Ciągnienie jest procesem przemysłowym opanowanych do perfekcji od dawna. Wyciąga się druty o średnicy 10 mikrometrów i cieńsze.

Koszt procesu wyciągnięcia miedzianego drutu średnicy 1 mm jest mało istotny na tle kosztu miedzi czyli owego zakupionego w hucie miedzi drutu średnicy 8 mm. Im cieńszy jest drut tym koszt ciągnięcia jest coraz bardziej istotny. Zakupiony drut średnicy 8 mm można też walcować prostą maszyną uzyskując zaokrąglony płaskownik jako przewód. Drut o średnicy kilku milimetrów można zwalcować na kształt łagodnie prostokątny. Można stosować kombinacje walcowania i przeciągania.

Aby uzyskać drut lub „drut” nawojowy lub do wykonania CTC wyciągnięty drut pokrywa się z reguły dwoma warstwami lakieru i suszy.

W przewodach instalacyjnych niskiego napięcia stosuje się drut a w wiotkich kablach zasilanych urządzeń elektrycznych linkę. Linka jest oczywiście trochę droższa.

Produkcja linki i przewodu z nią nie jest skomplikowana. Szpule ( jest ich tyle ile drutów w lince ) z cienkim (wcześniej wyciągniętym ) drutem umieszcza się na obracanej tarczy na łożyskowanych bolcach i skręca się linkę. Linkę oblewa się izolatorem - plastikiem i gotowy przewód chłodzi się wodą. Technologia skręcania lin do żaglowców a później parowców znana jest od circa 200 lat.

„Druty” do przewodu CTC do uzwojenia transformatora też trzeba przed „skręceniem” wcześniej polakierować.

Alternatywnie bez skręcanego z „drutów” ( płaskowników) przewodu ( niczym Litzą ) trzeba uzwojenie transformatora wykonywać równolegle kilkoma (2-3..) cieńszymi izolowanymi przewodami co wymaga pewnej modyfikacji maszyny uzwajającej i algorytmu pracy pracownika. Więcej jest też warstw uzwojenia wykonanego cieńszym drutem i więcej zużywa się izolacji. Odrobinę gorsze jest wypełnienie okna rdzenia miedzią.

Czynności te mogą podnieść koszt całej produkcji transformatora lepiej tolerującego prądy harmoniczne niż transformator standardowy o kilka procent !

Warto zwrócić uwagę na to że długość przewodów uzwojeń transformatorów jest mała na tle długości linii energetycznych i długości uzwojeń małych transformatorów i silników odbiorców.

Długość drutu uzwojenia pierwotnego transformatora na 220Vac mocy 1 kW przyjmijmy na 90 m.

Z prawa podobieństwa wynika że długość przewodu jednej fazy uzwojenia gwiazdowego niskiego napięcia transformatora dystrybucyjnego 15/0.38 KV mocy 1000 kW wynosi circa 16 m. Jest ona mała na tle długości typowej powietrznej linii niskiego napięcia wykonaną przecież aluminiową linką.

Polska jest krajem stosującym opracowaną już na zachodzie technologie. Nasz rozwój ma charakter imitacyjny. Konstrukcja produkowanych w Polsce transformatorów energetycznych ( w dużej części są one produkowane na licencji ) jest nieomal identyczna jak zachodnich. Ponieważ na Zachodzie więcej jest odbiorników nieliniowych niż w Polsce to trzeba tylko wdrożyć modyfikacje wprowadzane w konstrukcji transformatorów na zachodzie.

Strumień rozproszenia wywołany prądami harmonicznych wnika też do rdzenia zwiększając straty ale skala tego zjawiska nie jest dotychczas należycie zbadana. Gdyby ograniczenie strat w żelazie wymagało przykładowo 10% zmniejszenia indukcji w rdzeniu to większy musi być rdzeń i więcej zużyte będzie miedzi na uzwojenia. W tym przypadku wzrost kosztu transformatora odpornego na prądy harmoniczne będzie niebagatelny.

Konieczność deratingu czyli odciążenia transformatora z odbiornikami nieliniowymi czyli w istocie konieczność przewymiarowania transformatora powoduje że rosną straty jałowe zainstalowanego większego transformatora. Zatem odbiorniki nieliniowe generują w systemie elektroenergetycznym wymierne koszta ! Przy obecnie stosowanych w rozliczeniach licznikach zużytej energii czynnej i biernej odbiorca nie ponosi kosztu zniekształceń prądu. Koszta przerzucane są na system i w końcu na wszystkich odbiorców. Przyszłe generacje liczników elektronicznych winny dodatkowo mierzyć moc zniekształceń podobnie jak obecnie mierzą moc bierną.

Zniekształcenia harmoniczne czynią podobne szkody w systemie elektroenergetycznym jak moc bierna ale są jednak znacznie bardziej szkodliwe.

Harmoniczne prądu powodują dodatkowe obciążenie przewodów sieci ale skutkiem naskórkowości rezystancja przewodu rośnie z pierwiastkiem częstotliwości czyli dość wolno. Nawet dla harmonicznych częstotliwości sieciowej nie stanowi to jednak problemu. Wystarczy po prostu brać po uwagę wartość skuteczną prądu RMS.

Henry Ford masową produkcją tanich i dobrych samochodów dla masowego klienta rozpoczął erę fordyzmu. Mechanizacja i następująca po niej automatyzacja produkcji w każdej dziedzinie mają swoje światowe kierunki i standardy.

Trudną standaryzację rodzin maszyn elektrycznych ( głównie masowych silników asynchronicznych i transformatorów ) podjęto w General Electric w latach trzydziestych. Wcześniej maszyny elektryczne produkowano do konkretnej maszyny / urządzenia i konkretnego zastosowania co skutkowało wysokimi kosztami produkcji i późniejszego serwisu. Wtedy też poczynione wielkie postępy w mechanizacji masowej produkcji maszyn elektrycznych. W drugiej połowie lat pięćdziesiątych rozpoczęto optymalizacje konstrukcji maszyn. Temat jest bardzo trudny i nie zakończony do czasów obecnych.

Masowa jest tylko produkcja transformatorów dystrybucyjnych, których w systemie jest oczywiście najwięcej. Niemniej standardy technologiczne istnieją także w jednostkowej produkcji wielkich transformatorów. Ponieważ na bogatym zachodzie jest więcej odbiorników nieliniowych i ich ilość szybko przyrasta to wystarczy podglądać zmiany w produkcji transformatorów. Na przykład wzrost popularności przewodów CTC.

Na tle gigantów światowych polska gospodarka jest niewielka i wydaje się że na polskie potrzeby na transformatory energetyczne może zaspokajać jedna fabryka korzystając z efektu skali.

Jeśli przewody CTC nie są jeszcze w Polsce produkowane to uruchomienie produkcji jako małego wydziału nie jest żądnym problemem.

Do produkcji transformatorów używa się głównie blachy elektrotechnicznej i miedzi. Standardem jest blacha zimnowalcowana o mniejszych stratach i większej dopuszczalnej indukcji niż przestarzała blacha gorącowalcowana. Niestety produkcja blachy zimnowalcowanej w Polsce jest za mała a eksploatowane polskie transformatory energetyczne mają zdecydowanie za duże straty !

Na straty w żelazie maszyn elektrycznych znacznie wpływa także zastosowany sposób wykrawania blach !

Polska jest liczącym się producentem i niestety eksporterem surowej miedzi. Żaden wysoko - cywilizowany kraj nie eksportuje surowej miedzi i Polska tez nie powinna tego robić bo to ociera się o sabotaż gospodarczy. Średnio i wysokomarżowa produkcja drutów nawojowych, przewodu CTC i wszelkich kabli elektrycznych od najmniejszych ( telekomunikacja, elektronika, komputery ) do największych energetycznych jest prosta. Prymitywna polska petrochemia nie produkuje wystarczającej ilości tworzyw sztucznych zwłaszcza nowoczesnych i wymaga modernizacji. Jednak potrzebny do produkcji z użyciem miedzi plastik można bez trudu kupić na rynku światowych a nawet w Czechosłowacji.

Lepiej jest zapobiegać niż leczyć ! Przykład.

Chwilowe napięcie wyjściowe sześcio - diodowego prostownika mostkowego sześciopulsowego m=6 z dławikiem wyjściowym o nieskończonej indukcyjności tętni między 0.866 a 1 z wartością średnią 0.955. Gdzie 1 to wartość szczytowa trójfazowego napięcia liniowego. Ponieważ prąd wyjściowy jest stały to moc pobierana z sieci tętni między umownym 0.866 a 1. Prostownik wprowadza do sieci harmoniczne 5,7,11,13... czyli rzędów 6k+-1.

Prostownik dwunastopulsowy otrzymamy łącząc szeregowo dwa prostowniki sześciopulsowe m=6 ale zasilane napięciami trójfazowymi z przesunięciem 30 Deg czyli przykładowo z uzwojenia trójkątowego i gwiazdowego transformatora. Chwilowe napięcie wyjściowe prostownika dwunastopulsowego m=12 z dławikiem wyjściowym tętni między 0.97 a 1 z wartością średnią 0.988. Moc pobierana z sieci tętni między 0.97 a 1. Prostownik wprowadza do sieci harmoniczne 11,13... Zatem prostownik dwunastopulsowy wprowadza o wiele mniej harmonicznych niż 6 pulsowy.

Stosowany do zasilania trakcji kolejowej 3300Vdc na polskich kolejach prostownik sześciopulsowy wymaga na wyjściu równoległych selektywnych filtrów harmonicznych w postaci szeregowych dwójników LC „pułapek” aby nie dochodziło do zakłócenia sieci telefonicznej słyszalnymi harmonicznymi. Przy asymetrii trójfazowych napięć zasilających pojawiają się jednak inne nieoczekiwane harmoniczne, których „pułapki” nie tłumią i w praktyce skuteczność filtrów jest mizerna. Prostownik zniekształca napięcie sieci zasilającej 15KV co jest uciążliwe dla pozostałych odbiorców.

Po zastosowaniu prostownika dwunastopulsowego filtry wyjściowe LC są w zasadzie zbędne a wprowadzane do sieci 15 KV zakłócenia harmoniczne są już nieuciążliwe. W tym rozwiązaniu transformator musi mieć podwójne uzwojenie wtórne ale jego sumaryczne napięcie wtórne i zużycie miedzi na uzwojenie jest takie samo. Koszt transformatora prostownika jest tylko trochę większy z racji trzech dodatkowych wyprowadzeń uzwojenia na pokrywę transformatora. Diody wysokonapięciowe nie muszą już być w prostownikach na połowę napięcia trakcji łączone szeregowo ze środkami wyrównawczymi napięć.

O ile przez uzwojenia wtórne transformatora D / y+d (pierwsza duża litera z oznaczeniu transformatora energetycznego oznacza konfiguracje uzwojenia górnego panięcia. Mała litera lub litery oznaczają uzwojenia na dolne napięcia ) zasilającego prostowniki w układzie 12 pulsowym płyną m.in. harmoniczne 5 i 7 to są one w przeciwfazie i nie płyną przez uzwojenie pierwotne transformatora i przez siec zasilającą 15 KV.

Ideę znoszenia się 5 i 7 harmonicznej można zastosować w transformatorze dystrybucyjnym 15/0.38 KV. Należy zastosować dwa uzwojenia wtórne z napięciami przesuniętymi o 30 deg do zasilania dwóch grup odbiorców najlepiej o podobnej mocy i podobnej generacji harmonicznych.

GPZ może też liniami 15KV zasilać transformatory dystrybucyjne z których połowa ma przesuniecie 30 deg. Do prostownika 12 pulsowego stosuje się transformator D / y+d. Transformator dystrybucyjny musi mieć punkt zerowy po stronie niskiego napięcia i nie można zastosować transformatora D/d bowiem nie ma on koniecznego punktu zerowego. Ale zerowe przesuniecie fazy daje też transformator konfiguracji D/z.

Transformatory Yz 15/0.38KV stosuje się do mocy 250 KVA. Górne uzwojenie Y zamiast D ma mniej zwoi i oszczędza się izolacje i miejsce przez nią zajmowane co jest zaletą. Uzwojenie dolne „z” wypracowuje punkt zerowy dla składowej kolejności zerowej w sytuacji gdy górne uzwojenie Y jest bez punktu zerowego bowiem sieci 15 KV nie mają punktu zerowego. Mankamentem uzwojenia „z” zygzakowego ( zwanego też podwójną gwiazdą ) jest o ca 15% większa ilość zwoi niż w uzwojeniu „y”. Transformator z uzwojeniem zygzak angażuje więc więcej miedzi i ma większe straty na przewodzenie w miedzi. Ma też o około 5% większe rozproszenie a więc niewiele. W wymienionym wyżej transformatorze mocy 1000 kVA z długość jednego gwiazdowego uzwojenia wtórnego na 220/380V wzrośnie o 16 m x 0.15 czyli o 2.4 m. Zatem naprawdę nie ma o co drzeć szat. Prąd kolejności zerowej i harmoniczne triplens czyli 3,6,9... wielokrotności trzy są kolejności zerowej i w tym transformatorze Dz nie płyną uzwojeniem pierwotnym ( co przy mocno zniekształconym prądzie odbiorników nieliniowych ma znaczenie) w przeciwieństwie do typowego transformatora Dy gdzie wszystkie ( częstotliwość pracy i harmoniczne) prądy kolejności zerowej płyną także przez uzwojenie pierwotne.

Trójfazowy „dławik” bez szczeliny i bez uzwojenia pierwotnego z uzwojeniem zygzakowym może wytwarzać punkt zerowy gdy go nie ma lub odciążać transformator dystrybucyjny od składowych kolejności zerowej.

Ale aby w sieci 15 KV nastąpiło „kasowanie” się harmonicznych 5 i 7 ( także innych wyższych) trzeba użyć w przybliżeniu po połowie ( chodzi o moce odbiorców) transformatorów Dy i Dz. Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest transformator z podwójnym uzwojeniem wtórnym D / y+z który przy zrównoważonych poborach nieliniowych dwóch grup odbiorców nie pobiera z sieci harmonicznych 5 i 7 lub pobiera niewielkie.

Transformator Dz nie ma niestety podanej zalety konstrukcyjnej transformatora Yz.

Stosując tą ideę poziom harmonicznych 5,7.. prądu pobieranego przez sieci 15 KV z transformatora GPZ 110KV/15KV powinien stać się nieistotny.

Prostowniki jednofazowe pobierają 5 harmoniczną w przeciw fazie 5 harmonicznej mostka trójfazowego co też może łagodzić problem.

W komunalnej sieci 220/380V zasilającej odbiorców jednofazowo największym nieliniowym odbiornikiem są prostowniki mostkowe z pojemnością, gdzie dominuje harmoniczna 3 ale 5 i 7 nadal są bardzo duże. Trzecia harmoniczna płynąca przewodem zerowym ( z tego względu musi mieć przekrój taki jak przewody fazowe ) jest kolejności zerowej. Generowana jest ona przez transformator 15/0.38KV i nie przechodzi do sieci 15 KV bez przewodu zerowego.

Czy harmoniczne stanowią problem dla wielkich transformatorów energetycznych ?

Problem jest dwojakiego rodzaju: lokalne przegrzewanie uzwojeń i wzmacniające napięcia harmonicznych rezonanse uzwojeń osłabiające izolacje transformatora.

Przekładniki prądowe mają szerokie pasmo przenoszenia. Obejmuje on 50 a nawet i 100 harmonicznych składowej podstawowej. Ocena skutków działania harmonicznych prądu jest więc dość łatwa choćby z użyciem opisanego przyrządu.

Niestety pasmo przenoszenia wysokonapięciowych przekładników transformatorowych jest wąskie skutkiem pojemności uzwojeń i występowania rezonansów. Niestety producenci nie podają pasma przekładników. Znacznie szersze pasmo przenoszenia mają wysokonapięciowe dzielniki pojemnościowe.

Niestety producenci nie podają charakterystyk częstotliwościowych transformatorów energetycznych i wielkość wzmacniających harmoniczne napiec rezonansów uzwojeń można tylko szacować.

Sieci przesyłowe stanowią normalnie zamknięty układ pozwalający przy uszkodzeniach na izolacje awarii i dalsze dostawy energii.

Wprowadzone przez odbiorniki nieliniowe prądy harmoniczne są częściowo generowane przez transformatory dystrybucyjne ( o częstotliwości 3n czyli triplens ale tylko kolejności zerowej ) i zmniejszane przez grupy transformatorów o przesunięciu 0 lub 30 deg harmonicznych 5 i 7.

Harmoniczne wprowadzone do sieci nie rozpływają się w powietrzu. Powodują wzrost mocy strat w uzwojeniach transformatorów. Wysokie harmoniczne są szczęśliwie tłumione ( chodzi o ich moc ) długimi liniami przesyłowymi ale niezbyt mocno ale są też w liniach selektywnie wzmacniane co do napięć .

Obliczanie rozpływu poszczególnych harmonicznych w sieci jest znacznie trudniejsze niż rozpływu mocy czynnej i biernej składowej podstawowej jako że trzeba modelować dla harmonicznych transformatory, odbiorniki i linie co napotyka na przeszkody. Prowadzone badania wskazują impedancje ( wartość bezwzględna ) linii przesyłowych dla poszczególnych harmonicznych wahają się w granicach 30 - 300 Ohm zależnie od konfiguracji systemu.

Udział odbiorników nieliniowych w bilansie zużycia energii elektrycznej jest w Polsce znacznie mniejszy niż na „Zachodzie”. W takiej sytuacji obserwując rozwój sytuacji i prowadzone badania oraz zmiany konstrukcji możemy czerpać z „renty zapóźnienia”.

Kraje RWPG mają na tle krajów zachodu bardzo duży udział w produkcie krajowych przemysłu ciężkiego. Wynika to głównie z zaniedbań w rozwoju pozostałych przemysłów. Przemysł ciężki krajów RWPG jest przestarzały i wybitnie energochłonny. Super niewydajne i bardzo nie efektywne polskie górnictwo węgla kamiennego obciążą całą gospodarkę i społeczeństwo.

Energetyka to przemysł ciężki zarówno w aspekcie produkcji maszyn dla energetyki jak i następnie operacji energetyki.

Energetyka w krajach Zachodu wnosi ledwie około 1.5% udziału do produktu krajowego. Ropa naftowa była bardzo tania do 1973 roku. Później okresowo była droga i znów jest tania podobnie jak gaz ziemny. Importowany węgiel jest na tle tamtejszych wynagrodzeń bardzo tani a miejscowa zarzucana produkcja bardzo droga.

Wszelkie nieracjonalności w energetyce mają w Polsce niewspółmiernie duże przełożenie na poziom realnych dochodów społeczeństwa. Farsą jest sytuacja gdy straty przesyłu i dystrybucji są w Polsce równe zużyciu energii elektrycznej przez mieszkańców.