K 級變壓器

ANSI 標(biāo)準(zhǔn) C57.110-1986 定義了 K 系數(shù)來評估電路消耗多少諧波電流并確定該諧波電流的熱效應(yīng)。根據(jù)電路 K 系數(shù)，變壓器按 K 等級制造。值得注意的是，K 級變壓器不會減少諧波。K 等級表示變壓器承受諧波有害影響的相對能力。K級變壓器增加了鐵芯的尺寸，增加了中性導(dǎo)體的尺寸，并采用特殊的繞線技術(shù)來減少渦流和趨膚效應(yīng)損耗。例如，我們知道，導(dǎo)體的橫截面積加倍，其電阻就會降低一半。K 級變壓器的初級和次級線圈使用較粗規(guī)格的電線，以減少電阻發(fā)熱。

筆記：

電壓驟降和驟升的發(fā)生可能表明配電系統(tǒng)較弱。在這樣的系統(tǒng)中，當(dāng)大型電機(jī)或焊接機(jī)打開或關(guān)閉時，電壓會發(fā)生巨大變化。

測量 K 系數(shù)

在任何包含諧波的系統(tǒng)中，可以使用電能質(zhì)量分析儀測量 K 系數(shù)（見圖 1）。K 系數(shù)為 1 表示線性載荷。K 系數(shù)越高，表明諧波產(chǎn)生的熱量增加。例如，K 系數(shù)為 2 的電路的熱效應(yīng)是 K 系數(shù)為 1 的電路的兩倍。

圖 1. K 因子可以使用功率分析儀進(jìn)行測量。圖片由貿(mào)澤提供

標(biāo)準(zhǔn) K 等級為 1、4、9、13 和 20。此外，還存在 30、40 和 50 的 K 等級，但 K 系數(shù)大于 20 的負(fù)載相對較少。計算機(jī)房的 K 系數(shù)通常為 4 至 9。單相計算機(jī)較多的區(qū)域，K 系數(shù)為 13 至 17。變壓器的 K 額定值應(yīng)超過電路的 K 系數(shù)，或者變壓器應(yīng)降額。

電路負(fù)載

已制定指南，根據(jù)電路中的主要負(fù)載類型推薦 K 系數(shù)（參見表 1）。當(dāng)根據(jù) K 系數(shù)指定變壓器時，并不是越多越好。K 系數(shù)大于所需值的變壓器有其自身的一系列問題。典型問題包括浪涌電流增加、渦流磁芯損耗更高以及占地面積更大。

表 1. 可以估計常見載荷的 K 系數(shù)。

電路的 K 系數(shù)通常會隨著連接到電路的負(fù)載增多而減小，正如 THD 會隨著電路上相同負(fù)載的增多而減小一樣。通常，如果有 10 或 20 個設(shè)備同時在線，則配電盤總線上的組合 K 系數(shù)會減少 3 倍或更多。

諧波抑制變壓器

諧波抑制變壓器（HMT）是一種旨在減少配電系統(tǒng)中諧波的變壓器。某些類型的 HMT 稱為移相變壓器。HMT 的工作原理通常是將來自一個負(fù)載的諧波分量的正部分與來自另一負(fù)載的諧波分量的負(fù)部分相加的方式組合波形。當(dāng)負(fù)載完全平衡時，這種添加會導(dǎo)致完全取消。在不平衡負(fù)載的情況下，我們?nèi)匀荒軌颢@得更小的整體諧波。終結(jié)果是，諧波被阻止通過配電系統(tǒng)傳播，但它們?nèi)匀槐Ａ粼谙到y(tǒng)的次級繞組和負(fù)載側(cè)。

HMT 在靠近負(fù)載時效果。這通常意味著 HMT 位于整個設(shè)施的分散位置。因此，HMT 的 kVA 額定值通常約為 100 kVA 或更小。

Delta-Y 形接線

常見的變壓器接線布置具有三角形配置的初級繞組和星形配置的次級繞組。Delta-Wye 變壓器對諧波電流的阻抗高于對基波電流的阻抗。這減少了電流諧波，但變壓器中較高的阻抗會導(dǎo)致諧波電流產(chǎn)生相對較高的壓降。高電壓降會導(dǎo)致電壓 THD 和平頂。該電壓 THD 可以分布在整個配電系統(tǒng)的上游。在滿負(fù)載時，三角形 Y 形變壓器可以產(chǎn)生高于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 519-1992、IEEE 電力系統(tǒng)諧波控制建議實(shí)踐和要求建議的電壓 THD。

雖然三重諧波被衰減，但其他高次諧波不受影響。然而，如果使用 HMT 來提供額外的源阻抗和/或來自設(shè)施其他地方的其他非線性負(fù)載的相移，則可能會實(shí)現(xiàn)一些好處。

之字形繞組

另一種常見的 HMT 設(shè)計是以鋸齒形配置纏繞每相的次級，以消除三重諧波。通過將變壓器一相的一半次級匝數(shù)纏繞在三相變壓器的一個腿上，將另一半次級匝數(shù)纏繞在相鄰相上（見圖 3），可以實(shí)現(xiàn)鋸齒形。

圖 3.鋸齒形繞組用于消除三重諧波。

當(dāng)所有三次諧波彼此同相時，三次諧波電流產(chǎn)生相互抵消的安匝磁通，導(dǎo)致初級繞組中不會感應(yīng)出電流。