Pot funcionar un transformador d'energia dissenyat per 50Hz en una xarxa de 60Hz? S'expliquen els canvis clau de rendiment

Pot un transformador de potència dissenyat per 50Hz funcionar en una xarxa de 60Hz?

Si un transformador de potència està dissenyat i construït per a 50Hz, pot funcionar en una xarxa de 60Hz? Si és així, com canvien els seus paràmetres de rendiment clau?

Canvis en els Paràmetres Clau

• Impedància de curt circuit: Per a un transformador determinat (mateixa tensió i capacitat), l'impedància de curt circuit és proporcional a la freqüència. Així doncs, una unitat dissenyada per 50Hz que opera a 60Hz veu un increment del 20%—una freqüència més alta intensifica l'oportunitat del camp de fuita alternant a la corrent.

• Pèrdues sense càrrega: De U = 4.44fNBmS, amb tensió constant, 50Hz→60Hz baixa B_m a 0.83x. Tot i que les pèrdues d'una unitat d'acer siliciós a 60Hz són ~1.31x les de 50Hz, la reducció de B_m predomina, reduint les pèrdues totals sense càrrega.

• Pèrdues amb càrrega: Les pèrdues amb càrrega inclouen pèrdues de resistència DC (independents de la freqüència), pèrdues de corrents de Foucault ∝ f²) i pèrdues estranyes (∼∝ f²). Així doncs, 50Hz→60Hz augmenta les pèrdues amb càrrega, amb la magnitud que depèn de la proporció de pèrdues de resistència DC.

• Augment de temperatura: Mentre les pèrdues sense càrrega baixen, les pèrdues amb càrrega (normalment més grans) augmenten, incrementant les pèrdues totals. Això eleva les temperatures mitjanes/superiors de l'oli; les pèrdues de corrents de Foucault més altes també elevan les temperatures mitjanes/punts calents dels voltants.

Estudi de Cas Quantitatiu

Per quantificar aquests trends, es comparen els càlculs per a un transformador de 63MVA/110kV dissenyat per 50Hz a continuació.

Conclusió

En resum, un transformador de potència dissenyat i fabricat per a una freqüència nominal de 50Hz pot funcionar completament en una xarxa de 60Hz amb la premissa que la tensió d'excitació del costat primari i la capacitat de transmissió romangu inalterades. Cal tenir en compte que, en aquest cas, les pèrdues totals del transformador augmentaran aproximadament un 5%, el que a la vegada provoca un increment de l'augment de temperatura de l'oli superior i de la temperatura mitjana dels voltants. En particular, l'augment de temperatura del punt calent dels voltants pot incrementar-se més d'un 5%.

Si el transformador ja té un cert marge en termes d'augment de temperatura del punt calent dels voltants i de l'augment de temperatura dels punts calents de les components estructurals metàl·liques (com ara les preses, les flanges de subida, etc.), aquesta operació és completament acceptable. No obstant això, si l'augment de temperatura del punt calent dels voltants o de les components estructurals metàl·liques ja està proper al límit de superar l'estàndard, si l'operació a llarg termini en aquestes condicions és acceptable requereix un anàlisi cas a cas.