Trafo Fasa Tunggal dengan Kemampuan Tahanan Impuls Petir yang Tinggi

1 Pendahuluan

Untuk memastikan operasi kereta api yang aman dan mengurangi risiko kerusakan akibat petir pada sistem kontrol telekomunikasi kereta api, penulis telah melakukan penelitian khusus dan merancang trafo seri tunggal dengan tingkat tahanan tegangan impuls yang relatif tinggi, dengan nomor model D10 - 1.2 - 30/10. Trafo ini dilengkapi dengan konservator minyak dan menggunakan struktur penuh tertutup (dapat juga dirancang sebagai struktur kering sesuai kebutuhan sebenarnya). Seri trafo ini adalah perangkat khusus untuk sinyal kontrol kereta api dan juga dapat diterapkan dalam skenario distribusi listrik skala kecil jaringan listrik industri dan pertanian, memiliki tingkat kegunaan tertentu.

2 Analisis Petir dan Bahayanya
2.1 Karakteristik Fisik Petir

Petir pada dasarnya adalah gelombang kejut non-periodik. Bagian depan gelombangnya naik sangat cepat dan kemudian menurun perlahan. Karena kemiringan naik yang sangat besar dari gelombang petir, hal ini dapat menyebabkan kerusakan yang sangat serius pada peralatan listrik.

2.2 Klasifikasi dan Penyebab Petir

Petir terbagi menjadi dua jenis utama: petir langsung dan petir induksi. Petir langsung adalah bentuk petir yang secara langsung bertindak pada garis atau peralatan. Meskipun derajat kerusakan yang disebabkannya sangat besar, probabilitas terjadinya sebenarnya relatif rendah; namun, sebagian besar kecelakaan kerusakan petir disebabkan oleh petir induksi. Petir induksi lebih dibagi lagi menjadi petir induksi elektrostatik dan petir induksi elektromagnetik: Petir induksi elektrostatik dihasilkan oleh over-voltase yang diinduksi oleh medan listrik awan petir antara garis udara dan bumi; Petir induksi elektromagnetik disebabkan oleh over-voltase yang muncul pada garis karena efek induksi elektromagnetik saat awan petir di dekat garis mendiskripsikan. Namun, dampaknya jauh lebih kecil daripada petir induksi elektrostatik.

2.3 Manifestasi Bahaya Petir pada Trafo

Selama proses operasi sebenarnya, kecelakaan trafo yang rusak akibat sambaran petir terjadi dari waktu ke waktu. Kecelakaan semacam itu tidak hanya akan menyebabkan kerusakan pada trafo itu sendiri tetapi juga akan menyebabkan kerusakan pada peralatan sekunder melalui efek gelombang-kejut, yang menyebabkan dampak kerusakan yang lebih luas.

2.4 Mekanisme Kerusakan Trafo oleh Gelombang Petir

Kerusakan trafo oleh gelombang petir terutama berasal dari dua faktor: Pertama, nilai tegangan impuls cukup tinggi, mencapai maksimum 8-12 kali tegangan fase; Kedua, gelombang petir akan menyebabkan konsentrasi tinggi dari medan listrik, sehingga merusak kinerja isolasi trafo. Di bawah pengaruh gelombang kejut, isolasi utama trafo mungkin rusak. Hal ini karena gelombang petir memiliki frekuensi tinggi dan front gelombang yang curam, yang akan membuat gradien potensial di awal lilitan mencapai nilai maksimum, membuat isolasi longitudinal sangat mudah terputus.

2.5 Transmisi Tegangan Gelombang Kejut Petir pada Lilitan Trafo

Ketika gelombang kejut petir bertindak pada lilitan primer trafo, tegangan lilitan tersebut akan naik dengan cepat, setara dengan menerapkan tegangan tinggi dengan frekuensi yang sangat tinggi. Dalam kasus ini,

over-voltase juga akan terjadi pada sisi sekunder. Karena adanya kuponansi kapasitansi elektrostatik dan kuponansi medan magnet antara lilitan primer dan sekunder,

meskipun over-voltase yang dihasilkan pada sisi sekunder terkait dengan rasio transformasi, bukan hubungan rasio transformasi yang sederhana.

Dalam beberapa situasi tertentu, over-voltase ini mungkin jauh melebihi tingkat isolasi lilitan sekunder dan peralatan listrik yang dibawanya, akhirnya menyebabkan kerusakan pada peralatan listrik yang terhubung ke lilitan sekunder. Over-voltase yang bekerja pada lilitan sekunder terdiri dari komponen elektrostatik dan komponen elektromagnetik. Komponen elektromagnetik dapat dihitung dengan rumus me/n (dalam rumus, n adalah rasio transformasi, e adalah tegangan pada sisi primer, m adalah koefisien kuponansi, dan nilai perkiraannya adalah 1).

Kapasitansi parasit ada antara lilitan primer-sekunder trafo dan antara lilitan dan tanah. Ketika tegangan impuls diterapkan antara lilitan primer dan tanah, tegangan impuls elektrostatik pada sisi sekunder bergantung pada kapasitansi terdistribusi antara lilitan dan tanah, bukan rasio putaran. Tegangan transfer t₂ antara lilitan sekunder dan

tanah adalah t₂ =&t₁ (&: koefisien transfer/transfer tegangan; t₁: tegangan impuls pada primer-tanah).

3 Trafo Fasa Tunggal dengan Tingkat Tahanan Tegangan Impuls yang Tinggi

Koefisien transfer tegangan trafo daya (t₂/t₁) biasanya berkisar 0.2-0.9; trafo yang diuji memiliki 0.25.

Trafo menjalani uji tahanan tegangan impuls standar sesuai level tegangan/standar nasional. Produk ini (jaringan 10 kV, diuji pada 15 kV) tidak mengalami kerusakan. Dirancang khusus, trafo tahanan tegangan impuls tinggi meminimalkan over-voltase sekunder, tahan terhadap sambaran petir, menghalangi arus gangguan, dan meningkatkan kinerja listrik. Diuji oleh Akademi Ilmu Kereta Api, koefisien transfer tegangannya ≤ 1/200, mengurangi transmisi gelombang kejut dari primer ke sekunder di bawah 1/200.

Efektif untuk melindungi peralatan tekanan rendah dari petir, diperlukan penggalian yang andal (perbedaan potensial selama petir dapat merusak peralatan; penggalian cangkang menyeimbangkan potensial, mengurangi tegangan impuls). Jalur intrusi tegangan impuls ke peralatan tekanan rendah kompleks (sisi primer/sekunder/tanah; tunggal atau bersamaan). Penggalian yang andal adalah kunci.

4 Kesimpulan

Trafo seri fasa tunggal (dengan konservator minyak, tahanan tegangan impuls tinggi) meninggalkan struktur konservator minyak tradisional, mencapai hemat bahan, mudah diproses, dan desain yang menarik. Seri trafo celup minyak fasa tunggal (dengan konservator minyak/tertutup penuh) memiliki tahanan impuls petir tinggi, mengurangi over-voltase, melindungi peralatan sekunder, dan mengurangi noise jalur listrik untuk perlindungan petir pasokan listrik.

Sejak tahun 1990-an, banyak trafo seperti ini telah beroperasi di berbagai biro kereta api (bagian hidro/sinyal/pasokan listrik, dll.), mencakup sebagian besar stasiun, terutama daerah yang rentan terhadap petir. Terbukti dalam badai petir, mereka menawarkan kerugian rendah, hemat bahan, efisiensi energi, dan keandalan, memastikan keselamatan peralatan listrik. Dengan modernisasi kereta api dan kemajuan teknologi, trafo-trafo ini akan digunakan lebih luas.