Kan en 50Hz-designet strømtransformator fungere på et 60Hz-net? Nøgleforandringer i ydeevne forklaret

Kan en 50Hz-udformet strømtransformator fungere på et 60Hz-net?

Hvis en strømtransformator er designet og bygget til 50Hz, kan den køre på et 60Hz-net? Hvis ja, hvordan ændrer de vigtigste ydeevneparametre sig?

Ændringer i nøgleparametre

• Kortslutningsimpedans: For en given transformator (samme spænding og kapacitet) er kortslutningsimpedansen proportional med frekvensen. Derfor ser en 50Hz-udformet enhed, der kører på 60Hz, en 20% stigning – højere frekvens forstærker det alternerende leckagefeltets modstand mod strømmen.

• Tomgangstab: Fra U = 4.44fNBmS, med konstant spænding, nedsætter 50Hz→60Hz B_m til 0.83x. Selvom tabet i 60Hz siliciumstål-enheder er ~1.31x af det ved 50Hz, dominerer den reducerede B_m, hvilket nedbringer den samlede tomgangstab.

• Belastningstab: Belastningstab inkluderer DC-resistansstab (frekvensuafhængig), omløbsstrømstab ∝ f²) og udspringstab (∼∝ f²). Derfor øges belastningstab ved 50Hz→60Hz, hvor størrelsen afhænger af andelen af DC-resistansstab.

• Temperaturstigning: Selvom tomgangstab falder, stiger belastningstab (typisk større), hvilket øger den samlede tab. Dette hæver gennemsnitlige/oljetop temperaturer; højere omløbsstrømstab i vindingsene hæver også gennemsnitlige/hot-spot vindings temperaturer.

Kvantitativ casestudie

For at kvantificere disse tendenser sammenlignes beregninger for en 50Hz-udformet 63MVA/110kV-transformator nedenfor.

Konklusion

Samlet set kan en strømtransformator, der er designet og fremstillet til en nominel frekvens på 50Hz, fuldt ud fungere på et 60Hz-net under forudsætning af, at anspurnings spændingen og transmissionskapaciteten på primær side forbliver uændret. Det bør bemærkes, at i dette tilfælde vil den samlede tab for transformator øges med ca. 5%, hvilket fører til en stigning i oljetop temperaturstigning og gennemsnitlig vindings temperaturstigning. I særdeleshed kan vindings hot-spot temperaturstigning øges med mere end 5%.

Hvis transformator allerede har en vis margen i forhold til vindings hot-spot temperaturstigning og hot-spot temperaturstigning af metalstrukturelle komponenter (som klamper, riser flanger osv.), er sådan en drift fuldstændig acceptabel. Hvis imidlertid vindings hot-spot temperaturstigning eller hot-spot temperaturstigning af metalstrukturelle komponenter allerede er tæt på grænsen for at overskride standarden, kræver det en sag-pr-sag-analyse, om langtidsdrift under sådanne forhold er acceptabel.