Tək fazalı qabaqcıl şəmimələrin yüksək dayanma qabiliyyətinə malik transformator

1 Giriş

Demiryollarının güvenli işletilmesini sağlamak ve demiryolu telekomünikasyon kontrol sistemlerine yıldırım zararını azaltmak için, yazar özel olarak yüksek darbe gerilim dayanıklılığa sahip tek fazlı serileşmiş bir transformatör geliştirmiş ve tasarlamıştır. Bu transformatörün model numarası D10 - 1.2 - 30/10'dur. Transformatör yağ rezervuarı ile donatılmış olup tamamen kapalı yapıdadır (gerçek ihtiyaçlara göre kurutulmuş yapıda da tasarlanabilir). Bu transformatör serisi, demiryolu kontrol sinyalleri için özel amaçlı bir cihazdır ve aynı zamanda sanayi ve tarım elektrik şebekelerinin küçük ölçekli dağıtım senaryolarında da kullanılabilir, bu nedenle belirli bir ölçüde çok yönlülüğüne sahiptir.

2 Yıldırım Analizi ve Tehlikeleri
2.1 Yıldırımın Fiziksel Özellikleri

Yıldırım esasen periyodik olmayan bir şok dalgasıdır. Dalğanın ön kısmı çok hızlı yükselir ve ardından yavaşça azalır. Yıldırım dalğasinin yükseliş eğiminin aşırı büyük olması, elektrik ekipmanlarına çok ciddi zararlar verebilir.

2.2 Yıldırımın Sınıflandırılması ve Nedenleri

Yıldırım genellikle iki ana tipe ayrılır: doğrudan yıldırım ve indüktif yıldırım. Doğrudan yıldırım, hatlara veya ekipmanlara doğrudan etki eden bir yıldırım formudur. Olan zarar derecesi son derece büyüktür, ancak gerçekleşme olasılığı oldukça düşüktür; ancak çoğu yıldırım zararı olayları indüktif yıldırım tarafından neden olunmaktadır. Indüktif yıldırım, elektrostatik indüktif yıldırım ve manyetik indüktif yıldırım olmak üzere daha da alt sınıflara ayrılır: Elektrostatik indüktif yıldırım, hava yolu hattı ile toprak arasındaki gök gürültüsü alandan kaynaklanan aşırı gerilimle oluşur; Manyetik indüktif yıldırım, hattın yakınındaki gök gürültüsü alandaki yük devri sırasında hattan ortaya çıkan aşırı gerilimle oluşur. Ancak, etkisinin elektrostatik indüktif yıldırım olduğundan çok daha düşük olduğunu unutmamak gerekir.

2.3 Yıldırımın Transformatörlere Karşı Zarar Gösterimi

Gerçek işletme sürecinde, yıldırım darbeleri sonucu hasar gören transformatör kaza olayları zaman zaman meydana gelmektedir. Bu kazalar, sadece transformatörün kendisine zarar vermekle kalmaz, aynı zamanda dalga etkisi aracılığıyla ikincil ekipmanlara da zarar verir, bu da daha geniş bir arızalara yol açar.

2.4 Yıldırım Dalgalari Tarafından Transformatör Hasarı Mekanizması

Yıldırım dalgalari tarafından transformatör hasarları çoğunlukla iki faktördenden kaynaklanır: İlk olarak, darbe gerilim değeri oldukça yüksektir, faz geriliminin en fazla 8-12 katına ulaşabilir; İkinci olarak, yıldırım dalgası elektrik alanının yoğunlaşmasına neden olur, bu da transformatörün yalıtım performansını bozar. Şok dalgası etkisi altında, transformatörün ana yalıtımı hasar görmüş olabilir. Bu, yıldırım dalgasının yüksek frekansta ve dik dalgacığa sahip olması nedeniyledir, bu da sarımın başlangıcındaki potansiyel gradyanın maksimum değerine ulaşmasını sağlar, bu da uzunlamasına yalıtımın aşırı kolay bozulmasına neden olur.

2.5 Yıldırım Şok Dalgalarının Transformatör Sarımlarında Gerilim Aktarımı

Bir yıldırım şok dalgası bir transformatörün birincil sarımına etki ettiği zaman, sarımın gerilimi hızla artar, bu durum çok yüksek frekanslı bir yüksek gerilim uygulanmış gibi olur. Bu durumda,

ikincil tarafta da bir aşırı gerilim oluşur. Birincil ve ikincil sarımlar arasında statik kapasitans bağıntısı ve manyetik alan bağıntısı bulunmasından dolayı,

ikincil tarafta oluşan aşırı gerilim, dönüşüm oranıyla ilişkilidir, ancak bu basit bir dönüşüm oranı ilişkisi değildir.

Bazı belirli durumlarda, bu aşırı gerilim ikincil sarımın ve taşıdığı elektrik ekipmanlarının yalıtım seviyesini aşarak, sonunda ikincil sarıma bağlı olan elektrik ekipmanlarına zarar verebilir. İkincil sarıma etki eden aşırı gerilim, hem elektrostatik hem de manyetik bileşenlerden oluşur. Manyetik bileşen, formül me/n ile hesaplanabilir (formülde, n dönüşüm oranı, e birincil taraf gerilimi, m bağlama katsayısıdır ve yaklaşık değeri 1'dir).

Bir transformatörün birincil-ikincil sarımları arasında ve sarımlar ile toprak arasında saplık kapasitanslar mevcuttur. Bir darbe gerilimi birincil sarım ile toprak arasına uygulandığında, ikincil taraf üzerindeki elektrostatik darbe gerilimi, sarımlar ile toprak arasındaki dağıtılmış kapasitanslara bağlıdır, dönüşüm oranına değil. İkincil sarım ile

toprak arasındaki aktarım gerilimi t₂ ,t₂ =&t₁(&: aktarım/gerilim aktarım katsayısı; t₁: birincil-toprak arasındaki darbe gerilimi).

3 Yüksek Darbe Gerilim Dayanıklılığına Sahip Tek Fazlı Transformatörler

Bir güç transformatörünün gerilim aktarım katsayısı (t₂/t₁) genellikle 0.2-0.9 aralığındadır; test edilen bir transformatörün bu değeri 0.25 idi.

Transformatörler, voltaj seviyeleri/ulusal standartlara göre belirlenen nominal yıldırım darbe gerilim dayanıklılık testlerinden geçirilir. Bu ürün (10 kV şebeke, 15 kV'de test edildi) herhangi bir hasar görmedi. Özel olarak tasarlanmış, yüksek darbe gerilim dayanıklılığına sahip transformatör, ikincil aşırı gerilimi minimize eder, yıldırım darbelerine karşı direnç gösterir, interferans akımlarını engeller ve elektrik performansını artırır. Demiryolu Bilimler Akademisi tarafından test edildiğinde, gerilim aktarım katsayısı ≤ 1/200, birincil ile ikincil arasındaki şok dalga iletimini 1/200'in altına düşürdü.

Düşük voltajlı ekipmanların yıldırımından korunması için etkilidir, güvenilir bir toprak bağlantısı gerektirir (yıldırım sırasında potansiyel farklar ekipmanlara zarar verebilir; kabuğu toprağa bağlamak potansiyelleri dengeler, darbe gerilimini azaltır). Düşük voltajlı ekipmanlara darbe gerilim girişi yolları karmaşıktır (birincil/ikincil/toprak tarafı; tek veya eş zamanlı). Güvenilir toprak bağlantıları önemlidir.

4 Sonuç

Tek fazlı seri transformatör (yağ rezervuarı, yüksek darbe gerilim dayanıklılığı), geleneksel yağ rezervuarı yapılarını terk ederek, malzeme tasarrufu, kolay işleme ve çekici tasarım sağlar. Tek fazlı yağlı seri (yağ rezervuarı/tamamen kapalı) yüksek yıldırım darbe direncine sahiptir, aşırı gerilimi azaltır, ikincil ekipmanları korur ve güç hattı gürültüsünü azaltarak güç sağlama yıldırım koruması sağlar.

1990'lı yıllardan beri, birçok bu tür transformatör, demiryolu bürolarında (hidroelektrik/sinyal/güç sağlama bölümleri vb.) faaliyet göstermiştir, özellikle yıldırım riski yüksek bölgelerde. Fırtınalı havalarda kanıtlanmış, düşük kayıp, malzeme tasarrufu, enerji verimliliği ve güvenilirliğe sahiptir, elektrik ekipmanlarının güvenliğini sağlar. Demiryollarının modernleşmesi ve teknolojik ilerlemesiyle, bu transformatörler daha geniş kullanım alanı bulacaktır.