Једнофазен трансформатор со висока капацитет за оддржување на импулси од молнии

1 Вовед

За да се осигура безбедната работа на железничките превози и да се намали ризикот од повреди поради молнии во системите за контрол на железничката телекомуникација, авторот специјално истражувал и дизајнирал еднофазен сериесен трансформатор со релативно висок ниво на оддржливост на импулсни напони, со моделски број D10 - 1.2 - 30/10. Овој трансформатор е опремен со масна конзерваторија и користи потпуносно запечатена структура (може да се дизајнира и како суха структура според потребите). Оваа серија трансформатори е специјализирана опрема за железнички контролни сигнали и исто така може да се примени во мале електроплодови на индустриски и аграрни мрежи, што му дава одредена универзалност.

2 Анализа на молниите и нивните опасности
2.1 Физички карактеристики на молниите

Молниите по суштина се не-периодични ударни таласи. Фронталниот дел на нивниот талас се зголемува многу брзо и потоа се намалува полако. Збогу на извршно големиот степен на наглас на молнијскиот талас, тој може да предизвика многу сериозни повреди на електричната опрема.

2.2 Класификација и причини на молниите

Молниите се главно поделени на два типа: директни молнии и индуктивни молнии. Директните молнии се облик на молнии кои директно делуваат на линии или опрема. Иако степенот на опасноста што го предизвикува е извршно голем, реалната веројатност за јавување е релативно ниска; меѓутоа, повеќето акција на повреди поради молнии се предизвикуваат од индуктивни молнии. Индуктивните молнии се поделени на електростатички индуктивни молнии и електромагнетски индуктивни молнии: Електростатичките индуктивни молнии се генерираат од прекомерни напони индуцирани од молнијското облаково поле помеѓу надворешната линија и земјата; Електромагнетските индуктивни молнии се предизвикуваат од прекомерни напони што се појавуваат на линијата како резултат на ефектот на електромагнетска индукција кога молнијскиот облак поблизу до линијата се разрачува. Меѓутоа, нивниот степен на влијание е многу помал од електростатичките индуктивни молнии.

2.3 Манифестации на опасностите од молниите на трансформаторите

Токму во процесот на реална работа, повреди на трансформаторите поради удари од молнии се случуваат од време на време. Такви акција не само што ќе предизвикаат повреди на самите трансформатори, туку и повреди на вторичната опрема преку ефектот на ударни таласи, што ќе доведе до поширок опсег на повреди.

2.4 Механизам на повреди на трансформаторите од молнијски таласи

Повредите на трансформаторите од молнијски таласи главно доаѓаат од две фактори: Првично, вредноста на импулсниот напон е многу висока, достигнувајќи максимум 8-12 пати од фазниот напон; Вторично, молнијскиот талас ќе предизвика високо концентрирано електричко поле, што ќе повреди изолационите својства на трансформаторот. Под дејството на ударниот талас, главната изолација на трансформаторот може да биде повредена. Ова е затоа што молнијскиот талас има висока фреквенција и стрмен фронт, што ќе направи потенцијалната градијента на почетокот на витката да достигне максимална вредност, што прави лонгитудиналната изолација многу лесно да се прекине.

2.5 Трансмисија на напонот од молнијски ударни таласи во витките на трансформаторите

Кога молнијски ударни таласи делуваат на првичната витка на трансформатор, напонот на витката ќе се зголеми брзо, што е еквивалентно на примената на висок напон со многу висока фреквенција. Во овој случај,

прекомерен напон исто така ќе се генерира и на вторичната страна. Збогу на постоењето на електростатичка капацитетна компонента и магнетна компонента помеѓу првичната и вторичната витка,

иако прекомерниот напон генериран на вторичната страна е поврзан со коефициентот на трансформација, тој не е проста врска на коефициентот на трансформација.

Во некои специфични ситуации, овој прекомерен напон може значително да надмине нивото на изолација на вторичната витка и електричната опрема што ги носи, што на крајот ќе доведе до повреди на електричната опрема поврзана со вторичната витка. Прекомерниот напон што делува на вторичната витка е состоен од електростатичка компонента и електромагнетска компонента. Електромагнетската компонента може да се пресмета со формулата me/n (во формулата, n е коефициентот на трансформација, e е напонот на првичната страна, m е коефициентот на компонирање, и приближната вредност е 1).

Различни капацитети постојат помеѓу првичната и вторичната витка на трансформаторот и помеѓу витките и земјата. Кога импулсни напон се применува помеѓу првичната витка и земјата, електростатичкиот импулсни напон на вторичната страна зависи од распределените капацитети помеѓу витките и земјата, а не од бројот на виткови. Пренесениот напон t₂ помеѓу вторичната витка и

земјата е t₂ =&t₁ (&: коефициент на пренес на напон; t₁: импулсни напон помеѓу првичната витка и земјата).

3 Еднофазни трансформатори со високо ниво на оддржливост на импулсни напони

Коефициентот на пренес на напон на електричен трансформатор (t₂/t₁) обично се движи во опсег 0.2-0.9; испробаниот трансформатор имаше 0.25.

Трансформаторите подлежат на испитување за оддржливост на стандардни импулсни напони според нивоа на напон/национални стандарди. Овој производ (мрежа од 10 кВ, испитан на 15 кВ) не бил повреден. Специјално дизајниран, трансформаторот со високо ниво на оддржливост на импулсни напони минимизира прекомерниот напон на вторичната страна, одбира удари од молнии, блокира интерференционите строји и подобрува електричните перформанси. Испитан од Академијата за Железнички Науки, неговиот коефициент на пренес на напон ≤ 1/200, што го намалува пренесот на ударни таласи од првичната на вторичната страна под 1/200.

Ефективен за заштита на нисконапонска опрема од молнии, тој бара надежно земјиште (разликите во потенцијалот во време на молнии можат да повредат опремата; земјиштето на џидбалот балансира потенцијалите, намалувајќи импулсниот напон). Патевите на инвазија на импулсни напони во нисконапонската опрема се комплексни (првична/вторична/земјишта страна; едновремено или поединечно). Надежното земјиште е клучно.

4 Заклучок

Еднофазниот сериесен трансформатор (со масна конзерваторија, високо ниво на оддржливост на импулсни напони) отказува традиционалните структури со масна конзерваторија, постигнувајќи спестување на материјали, лесна обработка и привлечен дизајн. Еднофазната масна серија (со масна конзерваторија/потпуносно запечатена) има високо ниво на оддржливост на молнијски импулсни напони, намалува прекомерни напони, заштитува вторичната опрема и намалува шумот на енергијската линија за заштита од молнии.

Од 1990-тите, многу такви трансформатори функционираат во различни железнички региони (хидроелектрички/сигналски/енергетски секции итн.), покривајќи ги повеќето станции, особено области со висок ризик од молнии. Доказани во временски градови, тие пружаат ниски губитоци, спестување на материјали, енергетска ефикасност и надежност, осигурувајќи безбедност на електричната опрема. Со модернизацијата на железниците и технолошкиот прогрес, овие трансформатори ќе најдат пошироко употреба.