Μονοφασικός μετατροπέας με υψηλή αντοχή σε παραγωγή από καταιγίδα
1 Εισαγωγή
Για να εξασφαλιστεί η ασφάλεια λειτουργίας των σιδηροδρόμων και για να μειωθεί το ρίσκο ζημιών από κεραυνούς στα συστήματα τηλεπικοινωνιών ελέγχου των σιδηροδρόμων, ο συγγραφέας έχει ειδικά ερευνήσει και σχεδιάσει ένα μονοφασικό σειριακό μετατροπέα με υψηλό επίπεδο αντοχής σε παροξυσμική τάση, με αριθμό μοντέλου D10 - 1.2 - 30/10. Αυτός ο μετατροπέας είναι εξοπλισμένος με δεξαμενή λιπαντικού και χρησιμοποιεί μια πλήρως σφραγισμένη δομή (μπορεί επίσης να σχεδιαστεί ως ξηρή δομή ανάλογα με τις πραγματικές ανάγκες). Αυτή η σειρά μετατροπέων είναι ένα ειδικός μηχανισμός για τα σήμαντα ελέγχου των σιδηροδρόμων και μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε μικρή κλίμακα σενάρια κατανομής ρεύματος των βιομηχανικών και γεωργικών δικτύων, έχοντας μια συγκεκριμένη βαθμό πολυεπιλογής.
2 Ανάλυση του Κεραυνού και των Επικίνδυνων Του
2.1 Φυσικές Ιδιότητες του Κεραυνού
Ο κεραυνός είναι ουσιαστικά ένας μη περιοδικός σοκ. Το πρώτο μέρος του κύματός του αυξάνεται πολύ γρήγορα και στη συνέχεια μειώνεται αργά. Λόγω της εξαιρετικά μεγάλης αύξησης του κυματικού μετώπου του κεραυνού, μπορεί να προκαλέσει πολύ σοβαρές ζημιές στην ηλεκτρική εξοπλισμό.
2.2 Ταξινόμηση και Αιτίες του Κεραυνού
Ο κεραυνός χωρίζεται κυρίως σε δύο τύπους: άμεσος κεραυνός και ηλεκτρομαγνητικός κεραυνός. Ο άμεσος κεραυνός είναι μια μορφή κεραυνού που ενεργεί άμεσα σε γραμμές ή εξοπλισμό. Παρόλο που ο βαθμός των ζημιών που προκαλεί είναι εξαιρετικά μεγάλος, η πραγματική πιθανότητα εμφάνισής του είναι σχετικά χαμηλή· ωστόσο, οι περισσότερες ζημιές από κεραυνό προκαλούνται από τον ηλεκτρομαγνητικό κεραυνό. Ο ηλεκτρομαγνητικός κεραυνός χωρίζεται περαιτέρω σε ηλεκτροστατικό κεραυνό και ηλεκτρομαγνητικό κεραυνό: Ο ηλεκτροστατικός κεραυνός παράγεται από την υπερτάση που προκαλείται από το ηλεκτρικό πεδίο του νεφέλης κεραυνού μεταξύ της αεροφωριάς και της γης· Ο ηλεκτρομαγνητικός κεραυνός προκαλείται από την υπερτάση που εμφανίζεται στη γραμμή λόγω του ηλεκτρομαγνητικού ενδείκτηκτης αποδοτικότητας όταν η νεφέλη κεραυνού πλησιάζει τη γραμμή. Ωστόσο, ο βαθμός της επίδρασής του είναι πολύ μικρότερος από τον ηλεκτροστατικό κεραυνό.
2.3 Εμφανής Ζημία των Μετατροπέων από τον Κεραυνό
Κατά την πραγματική διαδικασία λειτουργίας, οι ατυχίες ζημίας των μετατροπέων από κεραυνούς συμβαίνουν από χρόνο σε χρόνο. Αυτές οι ατυχίες θα προκαλέσουν όχι μόνο ζημία στον ίδιο τον μετατροπέα, αλλά και ζημία στον δευτερεύοντα εξοπλισμό μέσω της επίδρασης του κυματικού σοκ, οδηγώντας σε ευρύτερες ζημιές.
2.4 Μηχανισμός Ζημίας των Μετατροπέων από τον Κεραυνό
Η ζημία των μετατροπέων από τον κεραυνό προέρχεται κυρίως από δύο παράγοντες: Πρώτον, η τιμή της παροξυσμικής τάσης είναι πολύ υψηλή, φθάνοντας μέχρι 8-12 φορές τη φάση της τάσης· Δεύτερον, το κύμα κεραυνού θα προκαλέσει υψηλή συγκέντρωση του ηλεκτρικού πεδίου, επομένως θα ζημιώσει την απομόνωση του μετατροπέα. Κάτω από την επίδραση του σοκ, η κύρια απομόνωση του μετατροπέα μπορεί να ζημιωθεί. Αυτό συμβαίνει επειδή το κύμα κεραυνού έχει υψηλή συχνότητα και στείλει ακριβές, οπότε θα κάνει την ηλεκτρική δυναμική της αρχής της συλλογής να φτάσει στην μέγιστη τιμή, κάνοντας την οριζόντια απομόνωση πολύ εύκολη να καταστραφεί.
2.5 Μεταφορά Τάσης του Σοκ του Κεραυνού στις Συλλογές του Μετατροπέα
Όταν ένα κύμα σοκ κεραυνού ενεργεί στην πρωτογενή συλλογή ενός μετατροπέα, η τάση της συλλογής θα αυξηθεί γρήγορα, ισοδύναμη με την εφαρμογή υψηλής τάσης με πολύ υψηλή συχνότητα. Σε αυτή την περίπτωση, θα παραχθεί επίσης υπερτάση στη δευτερεύουσα πλευρά. Λόγω της ύπαρξης ηλεκτροστατικής ικανότητας συνδυασμού και μαγνητικού πεδίου συνδυασμού μεταξύ της πρωτογενούς και δευτερεύουσας συλλογής, αν και η υπερτάση που παράγεται στη δευτερεύουσα πλευρά σχετίζεται με το λόγο μετατροπής, δεν είναι μια απλή σχέση λόγου μετατροπής. Σε κάποιες συγκεκριμένες περιπτώσεις, αυτή η υπερτάση μπορεί να υπερβεί σημαντικά το επίπεδο απομόνωσης της δευτερεύουσας συλλογής και του ηλεκτρικού εξοπλισμού που φέρει, οδηγώντας τελικά σε ζημία του ηλεκτρικού εξοπλισμού που συνδέεται με τη δευτερεύουσα συλλογή. Η υπερτάση που ενεργεί στη δευτερεύουσα συλλογή αποτελείται από ηλεκτροστατικό συστατικό και ηλεκτρομαγνητικό συστατικό. Το ηλεκτρομαγνητικό συστατικό μπορεί να υπολογιστεί με την τύπωση me/n (στην τύπωση, n είναι ο λόγος μετατροπής, e είναι η τάση στην πρωτογενή πλευρά, m είναι ο συντελεστής συνδυασμού, και η προσεγγιστική τιμή είναι 1).
Υπάρχουν ηλεκτροστατικές ικανότητες μεταξύ της πρωτογενούς και δευτερεύουσας συλλογής και μεταξύ των συλλογών και της γης. Όταν εφαρμόζεται παροξυσμική τάση μεταξύ της πρωτογενής συλλογής και της γης, η ηλεκτροστατική παροξυσμική τάση στη δευτερεύουσα πλευρά εξαρτάται από τις διανεμημένες ικανότητες μεταξύ των συλλογών και της γης, όχι από τον αριθμό των στροφών. Η μεταφορά τάσης t2 μεταξύ της δευτερεύουσας συλλογής και της γης είναι t2 = &t1 (&: συντελεστής μεταφοράς/μεταφοράς τάσης; t1: παροξυσμική τάση στην πρωτογενή - γη).
3 Μονοφασικοί Μετατροπείς με Υψηλό Επίπεδο Αντοχής σε Παροξυσμική Τάση
Ο συντελεστής μεταφοράς τάσης ενός μετατροπέα (t2/t1) συνήθως κυμαίνεται από 0.2-0.9· ένας δοκιμασμένος μετατροπέας είχε 0.25.
Οι μετατροπείς υποβάλλονται σε δοκιμές αντοχής σε παροξυσμική τάση κατά τα επίπεδα τάσης/εθνικά πρότυπα. Αυτό το προϊόν (δίκτυο 10 kV, δοκιμασμένο σε 15 kV) δεν υπέστη ζημία. Ειδικά σχεδιασμένος, ο μετατροπέας με υψηλή αντοχή σε παροξυσμική τάση ελαχιστοποιεί τη δευτερεύουσα υπερτάση, αντιστέκεται στους σοκ κεραυνών, αποτρέπει τις ροές παρεμβολής και βελτιώνει την ηλεκτρική απόδοση. Μετά από δοκιμές από την Ακαδημία Σιδηροδρομικών Επιστημών, ο συντελεστής μεταφοράς τάσης ≤ 1/200, μειώνοντας τη μεταφορά των κυμάτων σοκ από την πρωτογενή στη δευτερεύουσα κάτω από 1/200.
Είναι αποτελεσματικός για την προστασία του χαμηλότερου εξοπλισμού από τους κεραυνούς, απαιτεί αξιόπιστη σύνδεση στη γη (οι διαφορές δυναμικού κατά τους κεραυνούς μπορούν να ζημιώσουν τον εξοπλισμό· η σύνδεση της θήκης στη γη ισορροπεί τα δυναμικά, μειώνοντας την παροξυσμική τάση). Οι διαδρομές εισόδου της παροξυσμικής τάσης στον χαμηλότερο εξοπλισμό είναι πολύπλοκες (πρωτογενής/δευτερεύουσα/πλευρά γης· μονή ή ταυτόχρονη). Η αξιόπιστη σύνδεση στη γη είναι βασική.
4 Συμπέρασμα
Ο μονοφασικός σειριακός μετατροπέας (με δεξαμενή λιπαντικού, υψηλή αντοχή σε παροξυσμική τάση) εγκαταλείπει τις παραδοσιακές δομές δεξαμενών λιπαντικού, επιτυγχάνοντας οικονομία υλικών, εύκολη επεξεργασία και ελκυστική σχεδίαση. Η μονοφασική σειρά με λιπαντικό (με δεξαμενή λιπαντικού/πλήρως σφραγισμένη) έχει υψηλή αντοχή σε παροξυσμική τάση, μειώνει την υπερτάση, προστατεύει τον δευτερεύοντα εξοπλισμό και μειώνει το θόρυβο της γραμμής ρεύματος για προστασία από κεραυνούς.
Από τη δεκαετία του '90, πολλοί τέτοιοι μετατροπείς λειτουργούν σε διάφορες σιδηροδρομικές διοικήσεις (υδροηλεκτρικά/σήμανση/τμήμα προμήθειας ρεύματος κλπ.), καλύπτοντας τις περισσότερες σταθμούς, ειδικά σε περιοχές που είναι ευάλωτες στους κεραυνούς. Έχουν αποδειχθεί σε κεραυνούς, προσφέροντας χαμηλή απώλεια, οικονομία υλικών, ενεργειακή αποδοτικότητα και αξιοπιστία, εγγυώμενοι την ασφάλεια του ηλεκτρικού εξοπλισμού. Με την εξέλιξη της σιδηροδρομικής μοντερνοποίησης και την τεχνολογική πρόοδο, αυτοί οι μετατροπείς θα έχουν ευρύτερη χρήση.
