آیا یک ترانسفورماتور برق طراحی شده برای ۵۰ هرتز می‌تواند در شبکه‌ای ۶۰ هرتزی عمل کند؟ توضیح تغییرات کلیدی عملکرد

آیا ترانسفورماتور قدرت طراحی شده برای ۵۰ هرتز می‌تواند در شبکه ۶۰ هرتز کار کند؟

اگر یک ترانسفورماتور قدرت برای ۵۰ هرتز طراحی و ساخته شده باشد، آیا می‌تواند در یک شبکه ۶۰ هرتزی عمل کند؟ اگر بله، پارامترهای عملکردی کلیدی آن چگونه تغییر می‌کنند؟

تغییرات پارامترهای کلیدی

• ممان انسداد کوتاه‌مدار: برای یک ترانسفورماتور مشخص (با ولتاژ و ظرفیت یکسان)، ممان انسداد کوتاه‌مدار متناسب با فرکانس است. بنابراین، واحدی که برای ۵۰ هرتز طراحی شده و در ۶۰ هرتز کار می‌کند، ۲۰٪ افزایش می‌یابد - فرکانس بالاتر مخالفت میدان نشت جریان را تشدید می‌کند.

• زیان بدون بار: از U = 4.44fNBmS، با ولتاژ ثابت، ۵۰ هرتز به ۶۰ هرتز Bm را به ۰.۸۳x کاهش می‌دهد. اگرچه زیان واحد فولاد سیلیسیوم در ۶۰ هرتز حدود ۱.۳۱ برابر ۵۰ هرتز است، کاهش Bm غالب است و زیان بدون بار کلی را کاهش می‌دهد.

• زیان تحت بار: زیان تحت بار شامل زیان مقاومت مستقیم (مستقل از فرکانس)، زیان گردابه‌ای ∝ f² و زیان جانبی (∝ f²) است. بنابراین، ۵۰ هرتز به ۶۰ هرتز زیان تحت بار را افزایش می‌دهد، با میزانی که بستگی به نسبت زیان مقاومت مستقیم دارد.

• افزایش دما: در حالی که زیان بدون بار کاهش می‌یابد، زیان تحت بار (معمولاً بزرگتر) افزایش می‌یابد، که منجر به افزایش زیان کلی می‌شود. این امر دماهای متوسط و بالای روغن را افزایش می‌دهد؛ زیان گردابه‌ای بیشتر در لپیاده‌ها نیز دماهای متوسط و نقطه گرم لپیاده‌ها را افزایش می‌دهد.

مطالعه موردی کمّی

برای کمّی کردن این روندها، محاسبات یک ترانسفورماتور ۶۳MVA/۱۱۰kV طراحی شده برای ۵۰ هرتز در زیر مقایسه می‌شود.

نتیجه‌گیری

به طور خلاصه، یک ترانسفورماتور قدرت که برای فرکانس اسمی ۵۰ هرتز طراحی و ساخته شده است، می‌تواند به طور کامل در یک شبکه ۶۰ هرتزی عمل کند به شرطی که ولتاژ تحریک سمت اولیه و ظرفیت انتقال تغییر نکند. باید توجه داشت که در این حالت، زیان کل ترانسفورماتور حدود ۵٪ افزایش می‌یابد که به نوبه خود منجر به افزایش دماهای بالای روغن و متوسط لپیاده‌ها می‌شود. به ویژه، افزایش دماهای نقطه گرم لپیاده‌ها ممکن است بیش از ۵٪ باشد.

اگر ترانسفورماتور دارای حاشیه‌ای در افزایش دماهای نقطه گرم لپیاده‌ها و افزایش دماهای نقطه گرم اجزای ساختاری فلزی (مانند بسته‌بندی، فلنگ‌های بالاریز و غیره) باشد، چنین عملکردی کاملاً قابل قبول است. اما اگر افزایش دماهای نقطه گرم لپیاده‌ها یا اجزای ساختاری فلزی نزدیک به حد استاندارد باشد، قابلیت عملکرد بلندمدت در چنین شرایطی نیاز به تحلیل موردی دارد.