מדוע השנאי הסטנדרטי שלך מתחמם יתר על המידה בבניין מודרני: הרמוניות ו-K-Factor

מבוא - מה זה ולמה זה מיועד

חשבו על שנאי חלוקה כעל ראש מים. עומס בריא ולינארי - מנוע או מחמם - שואב זרם כזרם חלק ויציב התואם את גל המתח. האלקטרוניקה המודרנית עושה את ההיפך. ספקי הכוח במצב מתג בתוך מחשבים, מנהלי התקן LED, כונני תדר משתנה (VFD) ומיישרי UPS בולעים זרם בפולסים קצרים וחדים ליד כל שיא מתח. עבור השנאי זה כמו לאלץ את אותה זרימה ממוצעת של מים דרך בהתפרצויות אלימות: התפוקה הממוצעת נראית תקינה על מד הזרם, אבל קירות הצינור חמים הרבה יותר ממה שהם צריכים.

חימום נסתר הוא הבעיה ששנאי גורם K הומצא כדי לשרוד.

עיקרון וסוגים

הפולסים האלה אינם תדר אחד. לפי ניתוח פורייה, זרם מעוות הוא הבסיס של 60 הרץ פלוס ערימה של זרמים הרמוניים בכפולות שלמים - ה-3 ב-180 הרץ, החמישי ב-300 הרץ, ה-7 ב-420 הרץ, וכן הלאה. הסכנה היא איך החום מתרחב עם הסדר. הפסדי זרם מערבולת מתפתלים (תועים) גדלים בערך עם הריבוע של הסדר ההרמוני , כך שרכיב הרמוני חמישי מחמם את הנחושת כ -25 פעמים חזק יותר מאותו זרם RMS בבסיס, והרמונית 13 בערך פי 169 . לכן שנאי בגודל של לוחית ה-kVA שלו יכול להתחמם יתר על המידה, להתיישן בידוד שלו ולהיכשל מוקדם גם כאשר זרם ה-RMS הנמדד לעולם אינו חורג מהדירוג.

כדי להפוך ספקטרום הרמוני נמדד למספר רכישה, IEEE C57.110 ו-UL 1561 מגדירים את גורם K :

K = Σ (I_h² · h²) / Σ (I_h²)

כאשר I_h הוא זרם RMS בסדר הרמוני h. עומס סינוסואידי בלבד נותן K = 1. ככל שהגודל וסדר ההרמוניות גבוהים יותר, K הופך להיות גדול יותר. UL 1561 מזהה מחלקות קבועות - K-1, K-4, K-9, K-13, K-20, K-30, K-40, K-50 - ואתה בוחר את המחלקה מיד מעל הערך המחושב.

דוגמה ליישום - בחירת הדירוג הנכון

שקול קומת משרדים מודרנית או בית ספר: 100 עמדות עבודה יכולות להיות עומס לא ליניארי של 70-80%. ייתכן שיהיה צורך להוריד שנאי סטנדרטי (למעשה K-1) מהסוג היבש לכ -70% מהלוח כדי להישאר בטווח העלייה בטמפרטורה שלו. כלל האצבע המעשי הוא K-13 עבור משרדים, בתי ספר ובתי חולים (אלקטרוניקה מעורבת כבדה) ו- K-20 עבור מרכזי נתונים וחדרי שרתים צפופים.

מלכודת אחת נוספת: ההרמוניות המשולשות (3, 9, 15...) נמצאות בפאזה בכל שלושת הפאזות של מערכת WY עם 4 חוטים, אז במקום לבטל הם מוסיפים את הנייטרלי - שיכול לשאת עד כ -200% מזרם הפאזה . לכן יחידות מסוג יבש בדירוג K בנויות עם אפיק ניטרלי המדורג לפחות 200% מזרם עומס מלא.

טעות נפוצה ועובדה מהנה

הטעות הנפוצה ביותר היא ששנאי בדירוג K "מתקן" הרמוניות. זה לא . זהו שנאי קשוח שנבנה לסבול את החום הנוסף - למינציות ליבות דקות יותר, מוליכים מרובים/מקבילים, צפיפות שטף נמוכה יותר, בידוד Class H (180 מעלות צלזיוס) או R (220 מעלות צלזיוס), מגן אלקטרוסטטי, והנייטרלי בגודל גדול. זה לא מנקה את צורת הגל; כדי למעשה להפחית הרמוניות אתה צריך מסננים או שנאי ממתן הרמוניה.

החלק המהנה - והמפוכח - מכיוון שחיי הבידוד הולכים ומצטמצמים בערך לכל 10 מעלות צלזיוס מעל הדירוג שלו, יחידה סטנדרטית המונעת בחוזקה בעומסים לא ליניאריים עלולה להיכשל תוך חודשים או מספר שנים, בעוד ששנאי בדירוג K שצוין נכון צפוי לפעול 20+ שנה . מד הזרם אומר "נורמלי" - הפיתולים אינם מתאימים.