Transformador monofàsic amb alta capacitat de suport a impulsos de llampada
1 Introducció
Per assegurar el funcionament segur de les vies fèrriques i reduir el risc de danys per raig a les sistemes de control de telecomunicacions ferroviàries, l'autor ha investigat i dissenyat específicament un transformador monofàsic en sèrie amb un nivell d'impuls de tensió relativament alt, amb el número de model D10 - 1.2 - 30/10. Aquest transformador està dotat d'un conservador d'oli i adopta una estructura totalment hermètica (també es pot dissenyar com a estructura seca segons les necessitats reals). Aquesta sèrie de transformadors és un dispositiu especialitzat per als senyals de control ferroviari i també es pot aplicar en escenaris de distribució d'energia a petita escala de xarxes elèctriques industrials i agrícoles, tenint una certa versatilitat.
2 Anàlisi del raig i els seus perills
2.1 Característiques físiques del raig
El raig és essencialment una ona d'impacte no periòdica. La part frontal de la seva ona augmenta molt ràpidament i després disminueix lentament. Degut a la gran pendent d'augment de l'ona de raig, pot causar daus molt seriosos a l'equipament elèctric.
2.2 Classificació i causes del raig
El raig es divideix principalment en dos tipus: raig directe i raig inductiu. El raig directe és una forma de raig que actua directament sobre les línies o l'equipament. Tot i que el grau de perjudici que causa és extremadament gran, la probabilitat real d'ocurrència és relativament baixa; però, la majoria dels accidents de danys per raig són causats pel raig inductiu. El raig inductiu es subdivideix més endavant en raig inductiu electroestàtic i raig inductiu electromagnètic: el raig inductiu electroestàtic es genera per la sobretensió induïda pel camp elèctric de la núvolada entre la línia aèria i la terra; el raig inductiu electromagnètic es produeix per la sobretensió que apareix a la línia degut a l'efecte d'inducció electromagnètica quan la núvolada propera a la línia descarrega. No obstant això, el seu impacte és molt menor que el del raig inductiu electroestàtic.
2.3 Manifestacions dels perills del raig en els transformadors
Durant el procés d'operació real, ocorren de vegades en vegades accidents de transformadors danificats per impacts de raig. Aquests accidents no només causaran danys al propi transformador, sinó que també causaran danys a l'equipament secundari a través de l'efecte d'impacte d'ona, provocant un impacte de falles més ampli.
2.4 Mecanismes de danys dels transformadors per ones de raig
Els danys dels transformadors per ones de raig provenen principalment de dos factors: Primer, el valor de tensió d'impuls és bastant alt, arribant a un màxim de 8-12 vegades la tensió de fase; Segon, l'ona de raig causarà una alta concentració del camp elèctric, deteriorant així el rendiment aïllant del transformador. Sota l'acció de l'ona d'impacte, l'aïllament principal del transformador pot ser danificat. Això és degut al fet que l'ona de raig té una freqüència alta i una front d'ona escarpada, el que farà que el gradient de potencial al principi de l'enrotllament arribi al valor màxim, fent que l'aïllament longitudinal sigui extremadament fàcil de trencar.
2.5 Transmissió de tensió de l'ona d'impacte de raig en els enrotllaments del transformador
Quan una ona d'impacte de raig actua sobre l'enrotllament primari d'un transformador, la tensió de l'enrotllament augmentarà ràpidament, equivalent a aplicar una al·ta tensió amb una freqüència molt alta. En aquest cas,
també es generarà una sobretensió al costat secundari. Degut a l'existència de couplament capacitiva electroestàtica i magnètica entre els enrotllaments primari i secundari,
encara que la sobretensió generada al costat secundari està relacionada amb la relació de transformació, no és una relació simple de transformació.
En algunes situacions específiques, aquesta sobretensió pot superar gairebé la capacitat d'aïllament de l'enrotllament secundari i el equipament elèctric que porta, finalment causant danys al equipament elèctric connectat a l'enrotllament secundari. La sobretensió que actua sobre l'enrotllament secundari consta tant d'un component electroestàtic com d'un component electromagnètic. El component electromagnètic es pot calcular mitjançant la fórmula me/n (en la fórmula, n és la relació de transformació, e és la tensió al costat primari, m és el coeficient de couplament, i el valor aproximat és 1).
Existeixen capacitances estranyes entre els enrotllaments primari-secundari d'un transformador i entre els enrotllaments i la terra. Quan s'aplica una tensió d'impuls entre l'enrotllament primari i la terra, la tensió d'impuls electroestàtica al costat secundari depèn de les capacitances distribuïdes entre els enrotllaments i la terra, no de la relació de voltants. La tensió de transmissió t2 entre l'enrotllament secundari i
la terra és t2 =&t1 (&: coeficient de transmissió de tensió; t1: tensió d'impuls primari-terra).
3 Transformadors monofàsics amb nivell d'impuls de tensió elevat
El coeficient de transmissió de tensió d'un transformador de potència (t2/t1) sol estar en el rang de 0,2-0,9; un transformador provat va tenir 0,25.
Els transformadors passen proves de resistència a impulsos de raig segons nivells de tensió/estandards nacionals. Aquest producte (xarxa de 10 kV, provat a 15 kV) no va patir cap danys. Dissenyat específicament, el transformador de resistència elevada a impulsos de tensió minimitza la sobretensió secundària, resisteix els impactes de raig, bloqueja les corrents d'interferència i millora el rendiment elèctric. Provat per l'Acadèmia de Ciències Ferroviàries, el seu coeficient de transmissió de tensió ≤ 1/200, reduint la transmissió d'ones d'impacte del primari al secundari per sota de 1/200.
Efectiu per protegir l'equipament de baixa tensió dels raigs, requereix una aterrament fiable (les diferències de potencial durant els raigs poden danificar l'equipament; aterrar la bossa equilibra els potencials, reduint la tensió d'impuls). Les rutes d'intrusió de la tensió d'impuls en l'equipament de baixa tensió són complexes (costat primari/secundari/terra; individual o simultani). L'aterrament fiable és clau.
4 Conclusió
El transformador monofàsic en sèrie (amb conservador d'oli, resistència elevada a impulsos de tensió) abandona les estructures tradicionals de conservador d'oli, assolint un ahorro de materials, fàcil processament i disseny atractiu. La sèrie monofàsica d'immersió en oli (amb conservador d'oli/hermètica total) té una resistència elevada a impulsos de raig, redueix la sobretensió, protegeix l'equipament secundari i reduceix el soroll de la línia d'energia per a la protecció contra els raigs.
Des dels anys 90, molts d'aquests transformadors han operat en diverses oficines ferroviàries (seccions d'hidroelectricitat/senyalització/abastament d'energia, etc.), cobrint la majoria de les estacions, especialment en àrees propenses a raigs. Provat en tempestes, ofereixen pèrdues baixes, ahorro de materials, eficiència energètica i fiabilitat, assegurant la seguretat dels equipaments elèctrics. Amb la modernització dels ferrocarrils i el progrés tecnològic, aquests transformadors trobaran un ús més ampli.
