高雷電インパルス耐性を有する単相変圧器
1 導入
鉄道の安全運行を確保し、鉄道通信制御システムに対する落雷による損傷リスクを減らすために、著者は比較的高いインパルス電圧耐性を持つ単相直列変圧器を特別に研究開発しました。その型番はD10-1.2-30/10です。この変圧器にはオイルコンサバタリーが装備されており、完全密封構造を採用しています（実際の需要に応じて乾式構造にも設計できます）。このシリーズの変圧器は鉄道制御信号専用の装置であり、工業や農業の電力網の小規模な電力分配シナリオにも適用でき、一定の汎用性を持っています。
2 落雷とその危険性
2.1 落雷の物理的特性
落雷は本質的に非周期的なショック波です。その波の前部は非常に急速に上昇し、その後徐々に減少します。落雷波の上昇傾斜が極めて大きいため、電気設備に対して非常に深刻な被害を与える可能性があります。
2.2 落雷の分類と原因
落雷は主に直接雷と誘導雷の2種類に分けられます。直接雷は線路や設備に直接作用する形態の落雷で、その被害度合いは非常に大きいですが、実際に発生する確率は比較的低いです。しかし、ほとんどの落雷による損傷事故は誘導雷によって引き起こされます。誘導雷はさらに静電誘導雷と電磁誘導雷に細分化されます：静電誘導雷は空中線と地間の雷雲電場によって誘導された過電圧によって生成されます；電磁誘導雷は近くの線路が放電する際に電磁誘導効果によって線路上に現れる過電圧によって引き起こされます。ただし、その影響度は静電誘導雷よりもずっと小さいです。
2.3 変圧器に対する落雷の危険性の表現
実際の運用過程において、変圧器が落雷により損傷する事故が時々発生します。このような事故は変圧器自体だけでなく、波衝撃効果を通じて二次設備にも損傷を与え、より広範囲の故障影響を引き起こします。
2.4 落雷波による変圧器の損傷メカニズム
落雷波による変圧器の損傷は主に2つの要因から来ています：第一に、インパルス電圧値が非常に高く、最大で相電圧の8〜12倍に達すること；第二に、落雷波は電場を高濃度化させ、それによって変圧器の絶縁性能を損なうことです。ショック波の作用下では、変圧器の主絶縁が損傷する可能性があります。これは、落雷波が高周波かつ急峻な波頭を持っているため、巻線の始端でのポテンシャル勾配が最大値に達し、縦絶縁が非常に容易に破壊されるためです。
2.5 変圧器巻線における落雷ショック波の電圧伝送
落雷ショック波が変圧器の一次巻線に作用すると、巻線の電圧は急速に上昇し、これは非常に高周波の高電圧を適用したのと同じです。この場合、
二次側にも同様に過電圧が発生します。一次巻線と二次巻線間に存在する静電容量結合と磁場結合により、
二次側に発生する過電圧は変圧比に関連していますが、単純な変圧比関係ではありません。
特定の状況下では、この過電圧は二次巻線とその上で動作する電気設備の絶縁レベルを大きく超え、最終的には二次巻線に接続されている電気設備の損傷につながります。二次巻線に作用する過電圧は静電成分と電磁成分の両方で構成されています。電磁成分はme/nの公式で計算できます（この公式ではnは変圧比、eは一次側の電圧、mは結合係数で、概ね1とします）。
変圧器の一・二次巻線間および巻線と接地との間に遊離容量が存在します。一次巻線と接地間にインパルス電圧が加えられた場合、二次側の静電インパルス電圧は巻線と接地間の分布容量に依存し、巻数比には依存しません。二次巻線と
接地間の転送電圧t2はt2 =&t1(&: 転送/電圧転送係数；t1: 一次 - 接地間のインパルス電圧)です。
3 高インパルス電圧耐性を持つ単相変圧器
電力変圧器の電圧転送係数(t2/t1)は通常0.2〜0.9の範囲で、試験された変圧器では0.25でした。
変圧器は電圧レベル/国家基準毎に定格雷電圧耐性試験を受けます。この製品（10kVグリッド、15kVで試験）は損傷を受けませんでした。特別に設計された高インパルス電圧耐性変圧器は二次側の過電圧を最小限に抑え、雷ショックに抵抗し、干渉電流をブロックし、電気性能を向上させます。鉄道科学アカデミーの試験により、その電圧転送係数は1/200以下となり、一次側から二次側へのショック波の伝送を1/200以下に抑えることが確認されました。
低電圧設備からの雷保護に有効であり、信頼性のある接地が必要です（雷時に生じる電位差は設備を損傷させる可能性があり、シェルの接地により電位が均等化され、インパルス電圧が減少します）。低電圧設備へのインパルス電圧侵入パスは複雑（一次/二次/接地側；単独または同時に）。信頼性のある接地が鍵となります。
4 結論
単相直列変圧器（オイルコンサバタリー付き、高インパルス電圧耐性）は従来のオイルコンサバタリー構造を廃止し、材料節約、加工容易、魅力的なデザインを実現しています。単相油浸直列（オイルコンサバタリー/完全密封）は高雷電圧耐性を持ち、過電圧を減らし、二次設備を保護し、電力線ノイズを削減して電力供給の雷保護を提供します。
1990年代以降、多くのこのような変圧器が鉄道局（水力/信号/電力供給セクションなど）で運用されており、特に雷が多い地域を中心に多くの駅で使用されています。雷雨の中でも証明され、低損失、材料節約、エネルギー効率、信頼性を提供し、電気設備の安全性を確保しています。鉄道の近代化と技術の進歩とともに、これらの変圧器はより広く使用されるでしょう。
