Může transformátor navržený pro 50 Hz pracovat na síti 60 Hz? Vysvětlení klíčových změn výkonu

Může transformátor navržený pro 50Hz pracovat na síti 60Hz?

Pokud je transformátor navržen a vyroben pro 50Hz, může pracovat na síti 60Hz? Pokud ano, jak se změní jeho klíčové výkonné parametry?

Změny klíčových parametrů

• Krátkozavřední impedance: Pro daný transformátor (stejné napětí a kapacita) je krátkozavřední impedance úměrná frekvenci. Tedy, jednotka navržená pro 50Hz pracující na 60Hz zaznamenává 20% nárůst – vyšší frekvence zesiluje střídavé protilehké pole, které brání proudům.

• Ztráta bez zátěže: Z rovnice U = 4.44fNBmS, při konstantním napětí, 50Hz → 60Hz snižuje B_m na 0.83x. I když ztráta jednotky z křemíkové oceli při 60Hz je asi 1.31x větší než při 50Hz, snížení B_m dominuje, což snižuje celkovou ztrátu bez zátěže.

• Ztráta pod zátěží: Ztráta pod zátěží zahrnuje ztrátu na DC odpor (nezávislá na frekvenci), ztrátu na vířivé proudy ∝ f²) a ztrátu na stranické proudy (≈∝ f²). Tedy, 50Hz → 60Hz zvyšuje ztrátu pod zátěží, s magnitudou závislou na poměru ztráty na DC odpor.

• Nárůst teploty: Ačkoli ztráta bez zátěže klesá, ztráta pod zátěží (obvykle větší) roste, což zvyšuje celkovou ztrátu. To zvyšuje průměrnou/teplotu horního oleje; vyšší ztráta na vířivé proudy také zvyšuje průměrnou/teplotu horkého místa cívky.

Kvantitativní případová studie

Pro kvantifikaci těchto trendů jsou níže porovnány výpočty pro 50Hz navržený transformátor 63MVA/110kV.

Závěr

Zkráceně řečeno, transformátor navržený a vyrobený pro nominální frekvenci 50Hz může plně pracovat na síti 60Hz za předpokladu, že napětí na primární straně a přenosová kapacita zůstanou nezměněné. Je třeba poznamenat, že v tomto případě se celková ztráta transformátoru zvýší přibližně o 5%, což vede ke zvýšení nárůstu teploty horního oleje a průměrné teploty cívky. Zejména může dojít k nárůstu teploty horkého místa cívky o více než 5%.

Pokud má transformátor již určitou rezervu v nárůstu teploty horkého místa cívky a nárůstu teploty horkého místa kovových konstrukčních částí (např. kleště, flanče vzduchovodů atd.), taková operace je úplně přijatelná. Pokud však nárůst teploty horkého místa cívky nebo kovových konstrukčních částí je již blízko limitu překračování normy, zda je dlouhodobá operace v takových podmínkách přijatelná, vyžaduje individuální analýzu.