Un transformateur de puissance conçu pour 50 Hz peut-il fonctionner sur un réseau de 60 Hz Explication des changements clés de performance

Un transformateur de puissance conçu pour 50 Hz peut-il fonctionner sur un réseau 60 Hz ?

Si un transformateur de puissance est conçu et fabriqué pour 50 Hz, peut-il fonctionner sur un réseau 60 Hz ? Si oui, comment ses principaux paramètres de performance changent-ils ?

Changements des principaux paramètres

• Impédance à court-circuit : Pour un transformateur donné (même tension et capacité), l'impédance à court-circuit est proportionnelle à la fréquence. Ainsi, une unité conçue pour 50 Hz fonctionnant à 60 Hz voit une augmentation de 20 % - une fréquence plus élevée intensifie l'opposition du champ de fuite alternatif au courant.

• Perte à vide : De U = 4.44fNBmS, avec une tension constante, le passage de 50 Hz à 60 Hz réduit B_m à 0.83x. Bien que la perte d'une unité en acier silicium à 60 Hz soit d'environ 1.31x celle à 50 Hz, la réduction de B_m prédomine, réduisant ainsi la perte totale à vide.

• Perte sous charge : La perte sous charge comprend la perte par résistance DC (indépendante de la fréquence), la perte par courants de Foucault ∝ f²) et la perte parasite (≈∝ f²). Ainsi, le passage de 50 Hz à 60 Hz augmente la perte sous charge, la magnitude dépendant de la proportion de la perte par résistance DC.

• Élévation de température : Alors que la perte à vide diminue, la perte sous charge (généralement plus importante) augmente, augmentant ainsi la perte totale. Cela élève les températures moyennes/du haut de l'huile ; la perte par courants de Foucault dans les enroulements plus élevée augmente également les températures moyennes/des points chauds des enroulements.

Étude de cas quantitative

Pour quantifier ces tendances, les calculs pour un transformateur 63 MVA/110 kV conçu pour 50 Hz sont comparés ci-dessous.

Conclusion

En résumé, un transformateur de puissance conçu et fabriqué pour une fréquence nominale de 50 Hz peut fonctionner pleinement sur un réseau 60 Hz, à condition que la tension d'excitation côté primaire et la capacité de transmission restent inchangées. Il convient de noter que, dans ce cas, la perte totale du transformateur augmentera d'environ 5 %, ce qui entraîne une augmentation de l'élévation de température du haut de l'huile et de la température moyenne des enroulements. En particulier, l'élévation de température des points chauds des enroulements peut augmenter de plus de 5 %.

Si le transformateur a déjà une certaine marge en termes d'élévation de température des points chauds des enroulements et de l'élévation de température des points chauds des composants structurels métalliques (comme les serre-joints, les brides de raccord, etc.), un tel fonctionnement est parfaitement acceptable. Cependant, si l'élévation de température des points chauds des enroulements ou des composants structurels métalliques est déjà proche de la limite de dépassement de la norme, il est nécessaire d'analyser chaque cas individuellement pour déterminer si un fonctionnement à long terme dans de telles conditions est acceptable.