단일상 변압기 및 높은 번개 임펄스 내구성

1 소개

철도의 안전한 운영을 보장하고 철도 통신 제어 시스템에 대한 번개 피해 위험을 줄이기 위해 저자는 비교적 높은 충격 전압 내구성을 가진 단상 직렬 변압기를 특별히 연구 설계하였으며, 이 모델 번호는 D10 - 1.2 - 30/10입니다. 이 변압기는 오일 보존기 장착형이며 완전 밀폐 구조를 채택하고 있습니다 (실제 필요에 따라 건식 구조로 설계할 수도 있습니다). 이 시리즈의 변압기는 철도 제어 신호용 특수 장치로서 산업 및 농업 전력망의 소규모 전력 분배 상황에도 적용될 수 있으며, 일정한 범용성을 가지고 있습니다.

2 번개와 그 위험성 분석
2.1 번개의 물리적 특성

번개는 본질적으로 비주기적인 충격파입니다. 그 파동의 앞부분은 매우 빠르게 상승하다가 서서히 감소합니다. 번개 파동의 상승 경사가 극단적으로 크기 때문에 전기 장비에 매우 심각한 피해를 입힐 수 있습니다.

2.2 번개의 분류와 원인

번개는 주로 직접 번개와 유도 번개 두 가지 유형으로 나뉩니다. 직접 번개는 선로나 장비에 직접 작용하는 형태의 번개로, 그 피해 정도는 극히 크지만 실제 발생 확률은 상대적으로 낮습니다. 그러나 대부분의 번개 손해 사고는 유도 번개에 의해 발생합니다. 유도 번개는 정전기 유도 번개와 전자기 유도 번개로 더 세분화됩니다: 정전기 유도 번개는 천둥 구름 전기장에 의해 공중선과 지구 사이에서 발생하는 과전압에 의해 생성됩니다. 전자기 유도 번개는 천둥 구름이 선로 근처에서 방전할 때 전자기 유도 효과로 인해 선로에 나타나는 과전압에 의해 발생하지만, 그 영향 정도는 정전기 유도 번개보다 훨씬 작습니다.

2.3 번개가 변압기에 미치는 위험 현상

실제 운용 과정에서 번개에 의한 변압기 손상 사고가 종종 발생합니다. 이러한 사고는 변압기 자체뿐만 아니라 파동 충격 효과를 통해 2차 장비에도 손상을 입혀 더 넓은 범위의 고장 영향을 초래합니다.

2.4 번개 파동에 의한 변압기 손상 메커니즘

번개 파동에 의한 변압기의 손상은 주로 두 가지 요인에서 기인합니다. 첫째, 충격 전압 값이 매우 높아 최대 8-12배의 상 전압에 이를 수 있습니다. 둘째, 번개 파동은 전기장을 고농도로 집중시켜 변압기의 절연 성능을 손상시킵니다. 충격파의 작용 하에 변압기의 주요 절연이 손상될 수 있습니다. 이는 번개 파동이 높은 주파수와 급격한 파동 전면을 가지기 때문에, 감쇠 초기의 전위 경사는 최대값에 도달하여 종방향 절연이 매우 쉽게 붕괴되기 때문입니다.

2.5 변압기 권선에서의 번개 충격파의 전압 전송

번개 충격파가 변압기의 1차 권선에 작용하면, 권선의 전압이 급속히 상승하게 되며, 이는 매우 높은 주파수의 고전압을 가하는 것과 같습니다. 이런 경우,

2차측에서도 과전압이 발생합니다. 1차와 2차 권선 사이에는 정전기 용량 결합과 자기장 결합이 존재하기 때문에,

2차측에서 발생하는 과전압은 변비와 관련이 있지만, 단순한 변비 관계는 아닙니다.

특정 상황에서는 이 과전압이 2차 권선과 그가 운반하는 전기 장비의 절연 수준을 크게 초과하여, 결국 2차 권선에 연결된 전기 장비를 손상시킬 수 있습니다. 2차 권선에 작용하는 과전압은 정전기 구성요소와 전자기 구성요소로 구성됩니다. 전자기 구성요소는 me/n의 공식으로 계산할 수 있습니다 (공식에서 n은 변비, e는 1차측 전압, m은 결합 계수이며 대략 1입니다).

변압기의 1차-2차 권선 간 및 권선과 지구 간에는 배설 용량이 존재합니다. 1차 권선과 지구 사이에 충격 전압이 가해지면, 2차측의 정전기 충격 전압은 권선과 지구 사이의 분포 용량에 의존하며, 회전수 비율에 의존하지 않습니다. 2차 권선과

지구 사이의 전송 전압 t₂는 t₂ =&t₁ (&: 전송/전압 전송 계수; t₁: 1차-지구 간 충격 전압)입니다.

3 높은 충격 전압 내구성을 가진 단상 변압기

전력 변압기의 전압 전송 계수 (t₂/t₁)는 일반적으로 0.2~0.9 범위이며, 시험된 변압기는 0.25였습니다.

변압기는 전압 등급/국가 표준에 따라 정격 번개 충격 내구성 시험을 거칩니다. 이 제품 (10kV 그리드, 15kV에서 시험)은 손상 없이 통과했습니다. 특별 설계된 고충격 전압 내구성 변압기는 2차 과전압을 최소화하고, 번개 충격을 저항하며, 간섭 전류를 차단하고, 전기 성능을 향상시킵니다. 철도과학원의 시험 결과, 그 전압 전송 계수는 1/200 이하로, 1차에서 2차로의 충격파 전송을 1/200 이하로 줄였습니다.

저전압 장비를 번개로부터 효과적으로 보호하려면 신뢰성 있는 접지가 필요합니다 (번개 중 잠재적 차이는 장비를 손상시킬 수 있으며, 케이스의 접지는 잠재적 차이를 균형잡아 충격 전압을 줄입니다). 저전압 장비로의 충격 전압 침입 경로는 복잡합니다 (1차/2차/지면 측; 단독 또는 동시에). 신뢰성 있는 접지는 핵심입니다.

4 결론

단상 직렬 변압기 (오일 보존기, 고충격 전압 내구성)는 전통적인 오일 보존기 구조를 포기하여 재료 절약, 가공 용이성, 매력적인 디자인을 달성하였습니다. 단상 유체 침지 시리즈 (오일 보존기/완전 밀폐)는 높은 번개 충격 저항력을 가지며, 과전압을 줄이고 2차 장비를 보호하며, 전력 공급 번개 보호를 위한 전력선 노이즈를 줄입니다.

1990년대 이후 많은 이러한 변압기가 철도청 (수력/신호/전력 공급 부문 등)에서 운용되어 대부분의 역, 특히 번개가 많이 발생하는 지역을 포함하고 있습니다. 천둥 번개 환경에서도 검증되었으며, 낮은 손실, 재료 절약, 에너지 효율성, 신뢰성을 제공하여 전기 장비의 안전을 보장합니다. 철도 현대화와 기술 발전에 따라 이러한 변압기는 더 넓은 활용을 볼 것입니다.