Yksivaiheinen muuntaja korkealla ukkoskuormituksen sietokyvyllä

1 Johdanto

Varmistaaksemme rautateiden turvallisen toiminnan ja vähentääksemme salamavahingoja rautatieviestintäohjausjärjestelmiin, kirjoittaja on erityisesti tutkinut ja suunnitellut yksivaiheisen sarjatransformatorin, jolla on suhteellisen korkea pistosjännitekestokyky. Mallinumero on D10-1.2-30/10. Tämä transformaattori on varustettu öljyvarastoilla ja käyttää täysin suljetta rakennetta (se voidaan myös suunnitella kuivaksi rakenteeksi tarpeen mukaan). Tämä transformatoriesarja on erityistarkoitukseen tarkoitettu laite rautatieohjaussignaaleihin ja se soveltuu myös pienimuotoiseen sähköjakeluun teollisuuden ja maatalouden sähköverkoissa, sillä siinä on tietyssä määrin monipuolisuutta.

2 Salaman analyysi ja sen vaarat
2.1 Salaman fysikaaliset ominaisuudet

Salamaksi kutsuttu ilmiö on periaatteessa epäsäännöllinen jyrkkä aalto. Aallon etupuoli nousee hyvin nopeasti ja laskee sitten hitaasti. Salaman aallon erittäin suuri nousu aiheuttaa vakavia vahinkoja sähkölaitteille.

2.2 Salaman luokittelu ja syyt

Salama jaetaan pääasiassa kahteen tyyppeeriin: suoraan salamaan ja induktiiviseen salamaan. Suora salama on sellainen salama, joka vaikuttaa suoraan johtoihin tai laitteisiin. Vaikka sen aiheuttamat vahingot ovatkin erittäin vakavia, todellinen esiintymistodennäköisyys on suhteellisen alhainen; kuitenkin useimmat salamavahingot johtuvat induktiivisesta salamasta. Induktio-salama jaetaan edelleen elektrostaattiseen induktio-salamaan ja sähkömagneettiseen induktio-salamaan: Elektrostaattinen induktio-salama syntyy ylajännitteestä, jota tuulenpilven sähkökenttä aiheuttaa ylikuljetuslinjan ja maan välillä; Sähkömagneettinen induktio-salama johtuu ylajännitteestä, joka ilmenee linjalla lähellä olevan tuulenpilven purkautuessa. Sen vaikutusaste on kuitenkin huomattavasti pienempi kuin elektrostaattisen induktio-salaman.

2.3 Salaman vaarat transformatoreissa

Todellisessa toimintaprosessissa tapahtuu usein salamavahingoja transformatoreissa. Nämä onnettomuudet aiheuttavat paitsi transformatoreiden itsensä vahingoittumisen myös toissijaisen laitteen vahingoittumisen aallonpurkujen kautta, mikä johtaa laajempaan vika-alueeseen.

2.4 Salaman aaltojen mekanismi transformatoreissa

Transformatoreiden vahingoittuminen salaman aalloissa johtuu pääasiassa kahdesta tekijästä: ensiksi, pistojännitearvo on hyvin korkea, saavuttaen maksimissaan 8-12 kertaa vaihejännitteen; toiseksi, salaman aalto aiheuttaa sähkökentän korkean tiheyden, mikä vahingoittaa transformaattorin eristysominaisuuksia. Jyrkän aallonvaikutuksen alla transformaattorin pääeristyksen voi vahingoittua. Tämä johtuu salaman aallon korkeasta taajuudesta ja jyrkästä aallonedusta, mikä tekee voimanlähteen aloitusgradientin saavuttavan maksimiarvon, mikä tekee pitkäsuuntaisen erityksen äärimmäisen helposti rikkoutuvaksi.

2.5 Salaman aaltopurkujen jännitensiirto transformatoreiden takojoukoissa

Kun salaman aaltopurku vaikuttaa transformaattorin ensimmäiseen takojoukkoon, takojoukon jännite nousee nopeasti, mikä vastaa hyvin korkean taajuuden jännitteen lisäämistä. Tällaisessa tilanteessa

toissijaisella puolella syntyvä ylajännite on liitetty ensimmäisen ja toissijaisen takojoukon välisenä elektrostaattisen kapasitanssikoppelingin ja magneettikentän koppelingin välillä,

vaikka toissijaisella puolella syntyvä ylajännite on liitetty muuntosuhdeeseen, se ei ole yksinkertainen muuntosuhde.

Joissakin erityisissä tilanteissa tämä ylajännite voi ylittää huomattavasti toissijaisen takojoukon ja sen kuljetaman sähkölaiteiston eristysarvon, mikä lopulta johtaa toissijaiseen takojoukkoon kytkettyjen sähkölaitteiden vahingoittumiseen. Toissijaiseen takojoukkoon vaikuttava ylajännite koostuu sekä elektrostaattisesta komponentista että sähkömagneettisesta komponentista. Sähkömagneettinen komponentti voidaan laskea kaavalla me/n (kaavassa, n on muuntosuhde, e on ensimmäisen puolen jännite, m on koppelykerroin, ja sen likiarvo on 1).

Transformaattorin ensimmäisen ja toissijaisen takojoukon välillä sekä takojoukon ja maan välillä on satulaistuneita kapasitansseja. Kun pistojännite lisätään ensimmäisen takojoukon ja maan välille, toissijaisen puolen elektrostaattinen pistojännite riippuu takojoukon ja maan välisistä jakautuneista kapasitansseista, ei kierron suhteesta. Siirtovoltti t₂ toissijaisen takojoukon ja

maan välillä on t₂ =&t₁(&: siirtokertoimen; t₁: pistojännite ensimmäisen - maan välillä).

3 Yksivaiheiset transformatoirit korkealla pistojännitekestokykyllä

Voimanmuunnoksen jännitesiirtokerroin (t₂/t₁) on yleensä 0.2–0.9; testatuilla transformatooreilla se oli 0.25.

Transformatoirit käyvät läpi asetetut pistojännitekestokykytestit jänniteasteiden/määräysten mukaan. Tämä tuote (10 kV-verkko, testattu 15 kV:ssa) ei kärsinyt vahinkoa. Erityisesti suunniteltu korkean pistojännitekestokyvyn transformaattori minimoi toissijaisen ylajännitteen, vastustaa salaman iskuja, estää häiriövirrat ja parantaa sähkötekniikan suorituskykyä. Rautatieakatemian testauksessa sen jännitesiirtokerroin oli ≤ 1/200, mikä vähensi aallonpurkujen siirtymistä ensimmäiseltä toissijaiselle alle 1/200.

Se on tehokas alavolttilaitteiden suojelemisessa salamilta, vaatien luotettavaa maardynteyttä (salamin aikana mahdolliset potentiaalieroilla voi vahingoittaa laitteita; laitteen kotelon maardynteyttä tasapainottaa potentiaalit, vähentäen pistojännitettä). Pistojännitteen sisäänpääsy alavolttilaitteisiin on monimutkainen (ensimmäinen/toissijaista/maapuolelta; yksin tai samaan aikaan). Luotettava maardyntyminen on avainasemassa.

4 Johtopäätös

Yksivaiheinen sarjatransformaattori (öljyvarasto, korkea pistojännitekestokyky) hylkää perinteisen öljyvaraston rakenteen, saavuttaen materiaalien säästön, helpon käsittelyn ja houkuttelevan suunnittelun. Yksivaiheinen öljykytetty sarja (öljyvarasto/täysin suljettu) on korkeasti salamiin varautunut, vähentää ylajännitettä, suojelee toissijaisia laitteita ja vähentää sähkölinjan melua sähkönsuojalle.

1990-luvun jälkeen monet tällaiset transformatoirit ovat toimineet rautatiehallintojen (vesivoima/signaalit/sähköntarjoamisjaksot ym.) yli, kattamassa suurimman osan asemoista, erityisesti salamavaltaisilla alueilla. Ne ovat osoittaneet olevansa kestäviä ukkosmyrskyjen aikana, tarjoten matalia tappioita, materiaalinsäästöjä, energiatehokkuutta ja luotettavuutta, varmistamalla sähkölaitteiden turvallisuuden. Rautatiealan modernisaation ja teknologisen edistymisen myötä näitä transformatooreita käytetään laajemmin.