Trafo Fasa Tunggal dengan Kekuatan Tahanan Impuls Petir yang Tinggi

1 Pengenalan

Untuk memastikan operasi selamat kereta api dan mengurangkan risiko kerosakan petir terhadap sistem kawalan telekomunikasi kereta api, penulis telah membuat penyelidikan khas dan merancang transformator siri satu fasa dengan tahap tahanan voltan impuls yang agak tinggi, dengan nombor model D10 - 1.2 - 30/10. Transformator ini dilengkapi dengan pengekalkan minyak dan menggunakan struktur sepenuhnya tertutup (ia juga boleh direka sebagai struktur kering mengikut keperluan sebenar). Siri transformator ini adalah peranti khas untuk isyarat kawalan kereta api dan juga boleh digunakan dalam skenario pengagihan kuasa berskala kecil bagi rangkaian kuasa industri dan pertanian, mempunyai tahap kebolehgunaan tertentu.

2 Analisis Petir dan Bahayanya
2.1 Ciri-ciri Fizikal Petir

Petir pada dasarnya adalah gelombang gegaran tidak berkala. Bahagian hadapan gelombangnya naik sangat cepat dan kemudian menurun perlahan. Disebabkan oleh ketajaman kenaikan yang sangat besar gelombang petir, ia boleh menyebabkan kerosakan yang sangat serius kepada peralatan elektrik.

2.2 Klasifikasi dan Penyebab Petir

Petir secara utama dibahagikan kepada dua jenis: petir langsung dan petir induksi. Petir langsung adalah bentuk petir yang bertindak secara langsung pada garis atau peralatan. Walaupun tahap bahaya yang disebabkannya sangat besar, kebarangkalian berlakunya sebenarnya agak rendah; bagaimanapun, kebanyakan kemalangan akibat petir disebabkan oleh petir induksi. Petir induksi dibahagikan lagi kepada petir induksi elektrostatik dan petir induksi elektromagnetik: Petir induksi elektrostatik dihasilkan oleh tegangan berlebihan yang diinduksi oleh medan elektrik awan ribut antara garis udara dan bumi; Petir induksi elektromagnetik disebabkan oleh tegangan berlebihan yang muncul pada garis disebabkan oleh kesan induksi elektromagnetik apabila awan ribut berdekatan dengan garis tersebut melepaskan tenaga. Walau bagaimanapun, tahap kesannya jauh lebih kecil daripada petir induksi elektrostatik.

2.3 Manifestasi Bahaya Petir Terhadap Transformator

Semasa proses operasi sebenar, kemalangan transformator yang rosak akibat sambaran petir berlaku dari semasa ke semasa. Kemalangan seperti ini tidak hanya akan menyebabkan kerosakan kepada transformator itu sendiri tetapi juga menyebabkan kerosakan kepada peralatan sekunder melalui kesan gelombang, menyebabkan kesan ralat yang lebih luas.

2.4 Mekanisme Kerosakan Transformator Akibat Gelombang Petir

Kerosakan transformator akibat gelombang petir utamanya datang dari dua faktor: Pertama, nilai voltan impuls sangat tinggi, mencapai maksimum 8 - 12 kali voltan fasa; Kedua, gelombang petir akan menyebabkan kepekatan medan elektrik yang tinggi, seterusnya merosakkan prestasi pengasingan transformator. Di bawah tindakan gelombang gegaran, pengasingan utama transformator mungkin akan rosak. Ini kerana gelombang petir mempunyai frekuensi yang tinggi dan tepi gelombang yang curam, yang akan membuatkan gradien potensial di permulaan lilitan mencapai nilai maksimum, menjadikan pengasingan longitudinal sangat mudah pecah.

2.5 Penyaluran Voltan Gelombang Petir dalam Lilitan Transformator

Apabila gelombang petir bertindak pada lilitan primer transformator, voltan lilitan akan meningkat dengan cepat, yang setara dengan menerapkan voltan tinggi dengan frekuensi yang sangat tinggi. Dalam keadaan ini,

tegangan berlebihan juga akan dihasilkan pada sisi sekunder. Disebabkan adanya penghubungan kapasitansi elektrostatik dan penghubungan medan magnet antara lilitan primer dan sekunder,

walaupun tegangan berlebihan yang dihasilkan pada sisi sekunder berkaitan dengan nisbah transformasi, ia bukan hubungan nisbah transformasi yang mudah.

Dalam beberapa situasi tertentu, tegangan berlebihan ini mungkin jauh melebihi tahap pengasingan lilitan sekunder dan peralatan elektrik yang dibawanya, akhirnya menyebabkan kerosakan pada peralatan elektrik yang disambungkan ke lilitan sekunder. Tegangan berlebihan yang bertindak pada lilitan sekunder terdiri daripada komponen elektrostatik dan komponen elektromagnetik. Komponen elektromagnetik boleh dikira dengan formula me/n (dalam formula, n adalah nisbah transformasi, e adalah voltan pada sisi primer, m adalah pekali penghubungan, dan anggaran hampirannya adalah 1).

Kapasitansi pelarian wujud antara lilitan primer-sekunder transformator dan antara lilitan dan tanah. Apabila voltan impuls dikenakan antara lilitan primer dan tanah, voltan impuls elektrostatik pada sisi sekunder bergantung pada kapasitansi tersebar antara lilitan dan tanah, bukan nisbah lilitan. Voltan pindah t₂ antara lilitan sekunder dan

tanah adalah t₂ =&t₁(&: pekali pindah/voltan pindah; t₁: voltan impuls pada sisi primer-tanah).

3 Transformator Satu Fasa dengan Tahap Tahanan Voltan Impuls Tinggi

Pekali pindah voltan transformator kuasa (t₂/t₁) biasanya berkisar 0.2–0.9; sebuah transformator yang diuji mempunyai 0.25.

Transformator menjalani ujian tahanan voltan impuls petir yang ditetapkan mengikut tahap voltan/standar nasional. Produk ini (rangkaian 10 kV, diuji pada 15 kV) tidak mengalami kerosakan. Direka khas, transformator tahanan voltan impuls tinggi mengurangkan tegangan berlebihan sekunder, menahan sambaran petir, menghalang arus gangguan, dan meningkatkan prestasi elektrik. Diuji oleh Akademi Sains Kereta Api, pekali pindah voltannya ≤ 1/200, mengurangkan transmisi gelombang gegaran dari sisi primer ke sekunder di bawah 1/200.

Berkesan untuk melindungi peralatan voltan rendah daripada petir, ia memerlukan pengendalian yang boleh dipercayai (beza potensial semasa petir boleh merosakkan peralatan; pengendalian cangkerang menyeimbangkan potensial, mengurangkan voltan impuls).Laluan intrusi voltan impuls ke dalam peralatan voltan rendah adalah kompleks (sisi primer/sekunder/tanah; tunggal atau serentak). Pengendalian yang boleh dipercayai adalah kunci.

4 Kesimpulan

Transformator siri satu fasa (dengan pengekalkan minyak, tahanan voltan impuls tinggi) meninggalkan struktur pengekalkan minyak tradisional, mencapai penghematan bahan, pemprosesan yang mudah, dan reka bentuk yang menarik.Siri minyak tersumbat satu fasa (dengan pengekalkan minyak/sepenuhnya tertutup) mempunyai tahanan petir impuls yang tinggi, mengurangkan tegangan berlebihan, melindungi peralatan sekunder, dan mengurangkan bunyi laluan kuasa untuk perlindungan petir.

Sejak 1990-an, banyak transformator seperti ini telah beroperasi di seluruh jabatan kereta api (bahagian hidroelektrik/isyarat/pembekalan kuasa, dll.), merangkumi kebanyakan stesen, terutamanya kawasan yang rentan kepada petir. Terbukti dalam ribut petir, mereka menawarkan kehilangan rendah, penghematan bahan, kecekapan tenaga, dan kebolehpercayaan, memastikan keselamatan peralatan elektrik.Dengan modernisasi kereta api dan kemajuan teknologi, transformator-transformator ini akan melihat penggunaan yang lebih luas.