טרנספורמציה חד-פאזה עם יכולת עמידה גבוהה בפני פגיעות ברק

1 מבוא

כדי להבטיח את הפעולה הבטוחה של רכבות ולהפחית את הסיכון של נזק ברקים למערכות בקרה תקשורתיות של רכבות, המחבר ביצע מחקר מיוחד ועיצוב של טרנספורטר חד-פאזה סדרתי עם יכולת עמידה גבוהה יחסית לזרם פליטת ברק, עם מספר דגם D10 - 1.2 - 30/10. טרנספורטר זה מצויד במכל שימור שמן ויישם מבנה סגור לחלוטין (ניתן לעצב אותו גם כמבנה יבש בהתאם לצורך). טרנספורטרים בסדרה זו הם מכשירים מיוחדים לתמרורים בקרה של רכבות ואפשר להשתמש בהם גם בסצנריונים קטנים של הפצה חשמלית של מערכות חשמל תעשייתיות וחקלאיות, עם רמה מסוימת של גמישות.

2 ניתוח של ברקים והזדמנויותיהם
2.1 מאפיינים פיזיקליים של ברקים

ברק הוא בעיקרו גל הלם לא מחזורי. החלק הקדמי של הגל עולה במהירות רבה ולאחר מכן יורד לאט. בשל המגמת העליה השטוחה מאוד של גל הברק, הוא יכול לגרום נזק חמור למתקנים חשמליים.

2.2 סיווג וסיבות לברקים

ברקים מתחלקים בעיקר לשני סוגים: ברק ישיר וברק משני. ברק ישיר הוא צורה של ברק直接影响翻译的完整性，我将根据要求继续完成希伯来语的翻译：

שהוא פועל ישירות על קווים או מתקנים. למרות שהנזק שהוא גורם הוא גדול מאוד, ההסתברות להתפוצצות אמיתית היא נמוכה יחסית; אך רוב התאונות שנגרמות על ידי ברקים הן בגלל ברק משני. ברק משני מתחלק לתת-סוגים נוספים: ברק משני אלקטרוסטטי וברק משני אלקטרומגנטי: ברק משני אלקטרוסטטי נוצר על ידי המתח הגבוה הנגרם על ידי השדה החשמלי של ענן הברק בין הקו התלוי לאדמה; ברק משני אלקטרומגנטי נגרם על ידי המתח הגבוה שמופיע בקו עקב אפקט האינדוקציה האלקטרומגנטית כאשר ענן הברק מתפוצץ ליד הקו. אך השפעתו הרבה יותר קטנה מזו של ברק משני אלקטרוסטטי.

2.3 ביטויי הסכנות של ברקים על טרנספורמרים

במהלך תהליך ההפעלה האמיתי, מתרחשות מפעם לפעם תאונות של טרנספורמרים שניזוקים על ידי פגיעת ברקים. תאונות כאלה לא רק גורמות נזק לטרנספורמר עצמו, אלא גם גורמות נזק לציוד המשני דרך אפקט הגל, מה שגורם להשפעת תקלה רחבה יותר.

2.4 מנגנון נזק טרנספורמרים על ידי גלי ברק

הנזק של טרנספורמרים על ידי גלי ברק מגיע בעיקר משני גורמים: ראשית, ערך המתח הפלילי הוא גבוה מאוד, עד 8-12 פעמים המתח בין הפאזות; ושנית, גלי הברק יוצרים ריכוז גבוה של השדה החשמלי, מה שdamages the insulation performance of the transformer. Under the action of the shock wave, the main insulation of the transformer may be damaged. This is because the lightning wave has a high frequency and a steep wave front, which will make the potential gradient at the beginning of the winding reach the maximum value, making the longitudinal insulation extremely easy to be broken down.

2.5 Voltage Transmission of Lightning Shock Waves in Transformer Windings

כאשר גל הלם של ברק פועל על הסיבוב הראשי של טרנספורמר, המתח של הסיבוב יעלה במהירות, מה ששקול להפעלת מתח גבוה מאוד בתדירות גבוהה מאוד. במקרה כזה,

יתקבל גם מתח יתר על הצד השני. בשל קיום הצימוד קיבולי ומגנטי בין הסיבובים הראשיים והמשניים,

אם כי המתח היתר שנוצר על הצד השני קשור ליחס התמסורת, הוא אינו פשוט קשר יחס התמסורת.

בסיטואציות מסוימות, מתח יתר זה עשוי לעבור בהרבה את רמת ההבודדות של הסיבוב המשני והציוד החשמלי עליו, ולסיים בנזק לציוד החשמלי המחובר לסיבוב המשני. המתח היתר הפועל על הסיבוב המשני מורכב משני חלקים: חלק קיבולי ואלקטרומגנטי. החלק האלקטרומגנטי ניתן לחישוב לפי הנוסחה me/n (בנוסחה, n הוא יחס התמסורת, e הוא המתח על הצד הראשי, m הוא מקדם הצימוד, והערך המשוער הוא 1).

קיבולים זרים קיימים בין הסיבובים הראשיים והמשניים של טרנספורמר ובין הסיבובים לאדמה. כאשר מתח פלילי מופעל בין הסיבוב הראשי לאדמה, המתח הפלילי הקיבולי על הצד השני תלוי בקיבולים המפוזרים בין הסיבובים לאדמה, ולא ביחס הסיבובים. המתח המועבר t₂ בין הסיבוב המשני

לאדמה הוא t₂ = &t₁ (&: מקדם העברת מתח; t₁: מתח פלילי בין הצד הראשי לאדמה).

3 Single - phase Transformers with High Impulse Voltage Withstand Level

מקדם העברת המתח של טרנספורמר חשמלי (t₂/t₁) בדרך כלל נע בין 0.2-0.9; טרנספורמר שנבדק היה 0.25.

טרנספורמרים עוברות בדיקות עמידות למתח פלילי לפי רמות מתח/תקנים לאומיים. המוצר הזה (רשת 10 kV, נבדק ב-15 kV) לא ניזוק. טרנספורמר בעמידות גבוהה למתח פלילי מתוכנן במיוחד כדי להפחית מתח יתר שניוני, להתנגד לפגיעות ברקים, למנוע זרמי הפרעה, ולחזק את הביצועים החשמליים. נבדק על ידי האקדמיה למדעי הרכבות, מקדם העברת המתח שלו ≤ 1/200, מפחית את העברת גלי הלם מהצד הראשי למשני מתחת ל-1/200.

יעיל להגנה על ציוד נמוך מתח מברקים, דורש חיבור אמין לאדמה (הבדלים בפוטנציאל במהלך ברקים יכולים להזיק לציוד; חיבור האדמה של הקליפה מאזן את הפוטנציאלים ומפחית את המתח הפלילי). מסלולי חדירה של מתח פלילי לציוד נמוך מתח הם מורכבים (צד ראשון/שני/אדמה; בודד או בו זמנית). חיבור אמין לאדמה הוא קריטי.

4 Conclusion

הטרנספורמר הסדרתי חד-פאזה (עם מכל שימור, עמידות גבוהה למתח פלילי) מפריך את המבנים המסורתיים של מכל שימור, מושג חיסכון בחומרים, קל_processing, and attractive design. The single-phase oil-immersed series (with oil conservator/fully sealed) has high lightning impulse resistance, reduces over-voltage, protects secondary equipment, and cuts power-line noise for power-supply lightning protection.

מאז שנות ה-90, טרנספורמרים רבים כאלה פועלים לאורך רכבות (הידרו-אלקטריות/סיגנלים/יחידות אספקת חשמל, וכדומה), ומכסים את רוב המحطות, במיוחד באזורים נטיים לברקים. נבדקו בשטופה, הם מציעים איבוד נמוך, חיסכון בחומרים, יעילות אנרגטית ואמינות, ומבטיחים בטיחות של ציוד חשמלי. עם מודרניזציה של רכבות וקידמה טכנולוגית, טרנספורמרים אלה יצאו לפועל בצורה רחבה יותר.