Một biến áp được thiết kế cho 50Hz có thể hoạt động trên lưới 60Hz không? Giải thích về những thay đổi chính về hiệu suất

Một biến áp được thiết kế cho 50Hz có thể hoạt động trên lưới 60Hz không?

Nếu một biến áp được thiết kế và xây dựng cho 50Hz, liệu nó có thể chạy trên lưới 60Hz? Nếu có, các thông số hiệu suất chính của nó thay đổi như thế nào?

Thay đổi của các thông số chính

• Độ cản ngắn mạch: Đối với một biến áp cụ thể (cùng điện áp và công suất), độ cản ngắn mạch tỷ lệ thuận với tần số. Do đó, một đơn vị được thiết kế cho 50Hz hoạt động ở 60Hz sẽ thấy tăng 20% - tần số cao hơn làm tăng sự đối kháng của trường rò rỉ thay đổi với dòng điện.

• Hao phí không tải: Từ U = 4.44fNBmS, với điện áp không đổi, 50Hz → 60Hz giảm B_m xuống 0.83x. Mặc dù hao phí của thép silic ở 60Hz là khoảng 1.31x so với 50Hz, nhưng việc giảm B_m chiếm ưu thế, làm giảm tổng hao phí không tải.

• Hao phí tải: Hao phí tải bao gồm hao phí do điện trở DC (không phụ thuộc vào tần số), hao phí do dòng xoáy ∝ f², và hao phí do rò rỉ (∝ f²). Do đó, 50Hz → 60Hz làm tăng hao phí tải, mức độ tăng tùy thuộc vào tỷ lệ hao phí do điện trở DC.

• Tăng nhiệt độ: Trong khi hao phí không tải giảm, hao phí tải (thường lớn hơn) tăng, làm tăng tổng hao phí. Điều này làm tăng nhiệt độ trung bình/dầu đỉnh; hao phí dòng xoáy cuộn dây cao hơn cũng làm tăng nhiệt độ trung bình/nhiệt điểm cuộn dây.

Nghiên cứu điển hình định lượng

Để định lượng các xu hướng này, các tính toán cho một biến áp 63MVA/110kV được thiết kế cho 50Hz được so sánh dưới đây.

Kết luận

Tóm lại, một biến áp được thiết kế và sản xuất cho tần số định mức 50Hz có thể hoạt động hoàn toàn trên lưới 60Hz với điều kiện điện áp kích thích phía sơ cấp và công suất truyền tải không thay đổi. Nên lưu ý rằng trong trường hợp này, tổng hao phí của biến áp sẽ tăng khoảng 5%, dẫn đến tăng nhiệt độ dầu đỉnh và nhiệt độ trung bình cuộn dây. Đặc biệt, nhiệt độ tăng tại điểm nóng cuộn dây có thể tăng hơn 5%.

Nếu biến áp đã có một khoảng dư nhất định về nhiệt độ tăng tại điểm nóng cuộn dây và nhiệt độ tăng tại điểm nóng của các thành phần cấu trúc kim loại (như kẹp, mặt bích nối, v.v.), việc vận hành như vậy là hoàn toàn chấp nhận được. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tăng tại điểm nóng cuộn dây hoặc của các thành phần cấu trúc kim loại đã gần giới hạn vượt chuẩn, việc có thể chấp nhận vận hành lâu dài trong điều kiện như vậy cần phân tích từng trường hợp cụ thể.