Czy transformator elektryczny zaprojektowany do pracy przy 50Hz może działać w sieci 60Hz? Wyjaśnione kluczowe zmiany wydajności

Czy transformator mocy zaprojektowany do pracy na częstotliwości 50Hz może działać w sieci o częstotliwości 60Hz?

Jeśli transformator mocy jest zaprojektowany i zbudowany do pracy na częstotliwości 50Hz, czy może on działać w sieci o częstotliwości 60Hz? Jeśli tak, jak zmieniają się jego kluczowe parametry wydajnościowe?

Zmiany kluczowych parametrów

• Impedancja przy zwarcu: Dla danego transformatora (ta sama napięcie i moc), impedancja przy zwarcu jest proporcjonalna do częstotliwości. Zatem jednostka zaprojektowana dla 50Hz działająca na 60Hz odczuwa 20% wzrost – wyższa częstotliwość zwiększa opór pola przecieku przemiennej.

• Straty bezobciążeniowe: Zgodnie z U = 4.44fNBmS, przy stałym napięciu, przejście z 50Hz na 60Hz obniża Bm do 0.83x. Chociaż straty w stali silikonowej na 60Hz wynoszą około 1.31x wartości dla 50Hz, dominuje obniżenie Bm, co prowadzi do obniżenia całkowitych strat bezobciążeniowych.

• Straty obciążeniowe: Straty obciążeniowe obejmują straty przez opór stały (niezależne od częstotliwości), straty wirujące ∝ f², oraz straty rozproszone (≈ ∝ f²). Zatem przejście z 50Hz na 60Hz zwiększa straty obciążeniowe, a ich wielkość zależy od proporcji strat przez opór stały.

• Wzrost temperatury: Mimo spadku strat bezobciążeniowych, straty obciążeniowe (zwykle większe) wzrastają, co zwiększa całkowite straty. To podnosi średnią/temperaturę oleju na szczycie; wyższe straty wirujące również zwiększają średnią/temperaturę gorących punktów cewek.

Ilosciowy studium przypadku

Aby sformalizować te trendy, poniżej porównano obliczenia dla transformatora 63MVA/110kV zaprojektowanego do pracy na 50Hz.

Podsumowanie

Podsumowując, transformator mocy zaprojektowany i wyprodukowany dla częstotliwości nominalnej 50Hz może pełni pracować w sieci 60Hz pod warunkiem, że napięcie pobudzające strony pierwotnej i zdolność transmisyjna pozostają niezmienione. Należy zauważyć, że w tym przypadku całkowite straty transformatora mogą wzrosnąć o około 5%, co z kolei prowadzi do wzrostu temperatury oleju na szczycie i średniej temperatury cewek. Szczególnie temperatura gorących punktów cewek może wzrosnąć o ponad 5%.

Jeśli transformator ma już pewną rezerwę w zakresie temperatury gorących punktów cewek i temperatury gorących punktów elementów konstrukcyjnych metalowych (takich jak imadle, flany podnośników itp.), taka praca jest całkowicie akceptowalna. Jednak, jeśli temperatura gorących punktów cewek lub elementów konstrukcyjnych metalowych jest już bliska granicy przekroczenia normy, czy długoterminowa praca w takich warunkach jest akceptowalna wymaga analizy przypadków indywidualnych.