测量工具:雷竞技appFluke 43B电能质量分析仪
接线员:公用电气工程师
功能使用:电流波形，谐波谱和THD
问题描述
本案例涉及一起公用事业变压器故障的调查，该故障发生在一个主要被农田和开放空间包围的农村地区。这次故障发生在一个电能质量问题很少见的地方。
图1显示了系统的单线图。故障变压器位于中压公用馈线的末端。变压器二次配置为120/208 V，三相，四线制。该项目包括三个最终用户:一个小型公寓大楼、一个奶牛场和一个高尔夫球场俱乐部会所。
这位工程师首先检查了连接到同一馈线的其他变压器的问题报告。这一点研究没有任何结果，所以他得出结论，这个问题可能与次要负载有关。他的下一步是询问最终用户。
农场主人说，变压器故障时，他的牛奶加工设备正在运行。他还说，在故障发生之前没有发生任何异常情况，在更换变压器后，他的设备继续正常工作。
公寓经理回忆说，故障发生的那天晚上，他的公寓里很安静。住在公寓里的人都在家里做饭看电视。没有什么不寻常的事情发生。
高尔夫球场负责人说，该俱乐部在变压器故障当天赞助了一场大型比赛。俱乐部租用了几辆电池驱动的高尔夫球车，以补充他们的正常车队。操作人员在比赛结束时将所有这些设备都插上电源进行充电。大约一小时后，俱乐部主服务面板的保险丝烧断了。监狱长换了保险丝，没过多久，电力就断了——这次是因为变压器坏了。
测量
工程师要求准备一辆高尔夫球车充电，这样他就可以记录下电池充电器电流的谐波谱和波形。结果如图2和图3所示。
理论与分析
由于二极管或其他半导体将交流电转换为直流电，电池充电器总是产生谐波电流的非线性负载。图2所示的波形是典型的变压器耦合二极管整流器。Fluk雷竞技appe 43B显示高尔夫球车充电器电流的总谐波失真(THD)为37%。考虑到充电器负载相对于变压器总负载的估计大小，超过20%的值将是危险的高。
当谐波电流在变压器中流动时，结果是在绕组和铁芯层中产生额外的热量。高频涡流的损耗是造成这种额外热量的主要原因。一些额外的谐波加热是由于集肤效应，其中导体的有效横截面在高谐波频率下减小。变压器所能容忍的谐波发热量与总二次负荷成反比。如果负载电流的很大一部分含有谐波，重载变压器可能会过热而失效。
在农村变压器的情况下，三个终端用户贡献了总负荷，这三个终端用户同时经历了峰值负荷。熔断器熔断的时间和最终的故障表明，突然增加的大电池充电器负荷导致变压器过热。
通常情况下，高尔夫球车的充电负荷在一天中是交错的。人们在每轮高尔夫球结束时都会插上充电器。比赛的情况是不寻常的，因为它取代了这种交错负荷模式与同步负荷模式。操作人员几乎在同一时间将正常车队的所有充电器和租用机组的充电器都插上。电池充电器的突然负荷恰好与公寓大楼的峰值负荷相吻合。住宅用电高峰出现在晚餐时间，那时人们在使用电炉、冰箱、洗碗机和电视机。
解决方案
为了防止故障，高尔夫球杆主管同意采用谨慎的负荷管理。他会限制同一时间连接的充电器总数，避免在下午5点到7点之间使用充电器。