Eengefasen transformatort met hoge blikseminslagbestendigheid
1 Inleiding
Om de veilige exploitatie van spoorwegen te waarborgen en het risico op bliksemschade aan spoorwegtelecommunicatiecontrolesystemen te verkleinen, heeft de auteur speciaal een enkelefase serie transformatoren met een relatief hoog impulsspanningsverdraagzaamheidsniveau ontworpen, met modelnummer D10 - 1.2 - 30/10. Deze transformatoren zijn uitgerust met een olie-reservoir en hebben een volledig gesloten structuur (indien nodig kan deze ook als droge structuur worden ontworpen). Deze reeks transformatoren is een speciaal apparaat voor spoorwegcontrolesignalen en kan ook worden toegepast in kleine schaal energieverdelingsscenario's van industriële en landbouwenergienetwerken, met een zekere mate van veelzijdigheid.
2 Analyse van de bliksem en haar gevaarlijke effecten
2.1 Fysische kenmerken van de bliksem
Bliksem is wezenlijk een niet-periodische schokgolf. Het begin van de golf stijgt zeer snel en daalt dan langzaam af. Vanwege de extreem grote stijging van de bliksemgolf, kan deze zeer ernstige schade veroorzaken aan elektrisch apparatuur.
2.2 Classificatie en oorzaken van bliksem
Bliksem wordt voornamelijk verdeeld in twee soorten: directe bliksem en inductieve bliksem. Directe bliksem is een vorm van bliksem die direct werkt op leidingen of apparatuur. Hoewel de mate van schade die het veroorzaakt extreem groot is, is de feitelijke kans op optreden relatief laag; echter, de meeste bliksemschade-incidenten worden veroorzaakt door inductieve bliksem. Inductieve bliksem wordt verder onderverdeeld in elektrostatische inductieve bliksem en elektromagnetische inductieve bliksem: Elektrostatische inductieve bliksem wordt gegenereerd door de overspanning die wordt geïnduceerd door het onweerswolkenelektrisch veld tussen de bovengrondse leiding en de aarde; Elektromagnetische inductieve bliksem wordt veroorzaakt door de overspanning die verschijnt op de lijn door het elektromagnetische inductieve effect wanneer de onweerswolken in de buurt van de lijn ontladen. Echter, het impact niveau ervan is veel kleiner dan dat van elektrostatische inductieve bliksem.
2.3 Schadeverschijnselen van bliksem op transformatoren
Tijdens het daadwerkelijke bedrijfsproces komen incidenten van transformatoren die beschadigd raken door blikseminslagen regelmatig voor. Dergelijke incidenten zullen niet alleen schade toebrengen aan de transformatoren zelf, maar ook schade toebrengen aan de secundaire apparatuur via de golf-effect, wat leidt tot een grotere omvang van storingen.
2.4 Mechanisme van transformatorschade door bliksemgolven
De schade aan transformatoren door bliksemgolven komt voornamelijk van twee factoren: Ten eerste, de impulsspanningswaarde is vrij hoog, met een maximum van 8-12 keer de fase-spanning; ten tweede, de bliksemgolf zal een hoge concentratie van het elektrisch veld veroorzaken, waardoor de isolatieprestaties van de transformatoren worden beschadigd. Onder de invloed van de schokgolf kan de hoofdisolatie van de transformatoren worden beschadigd. Dit komt doordat de bliksemgolf een hoge frequentie en een steile golfvoorkant heeft, wat de potentiaalgradiënt aan het begin van de winding tot het maximale waarde brengt, waardoor de longitudinale isolatie uiterst gemakkelijk breekt.
2.5 Spanningsoverdracht van bliksemgolven in transformatiewindingen
Wanneer een bliksemgolf werkt op de primaire winding van een transformator, zal het spanningsniveau van de winding snel stijgen, wat overeenkomt met het toepassen van een zeer hoge spanning met een zeer hoge frequentie. In dit geval zal er ook een overspanning ontstaan aan de secundaire zijde. Vanwege de bestaande elektrostatische capaciteitskoppeling en magnetische veldkoppeling tussen de primaire en secundaire windingen, hoewel de overspanning die ontstaat aan de secundaire zijde gerelateerd is aan het transformatieverhoudingsgetal, is het geen eenvoudig verhoudingsgetalrelatie. In bepaalde specifieke situaties kan deze overspanning aanzienlijk de isolatieniveaus van de secundaire winding en de elektrische apparatuur die het draagt overschrijden, wat uiteindelijk leidt tot schade aan de elektrische apparatuur die verbonden is met de secundaire winding. De overspanning die werkt op de secundaire winding bestaat uit zowel een elektrostatische component als een elektromagnetische component. De elektromagnetische component kan worden berekend met de formule me/n (in de formule, n is het transformatieverhoudingsgetal, e is de spanning aan de primaire zijde, m is de koppelingscoëfficiënt, en de benaderde waarde is 1).
Er bestaan parasitaire capaciteiten tussen de primaire-secundaire windingen van een transformator en tussen de windingen en de grond. Wanneer er een impulsspanning wordt toegepast tussen de primaire winding en de grond, hangt de elektrostatische impulsspanning aan de secundaire zijde af van de verdeelde capaciteiten tussen de windingen en de grond, niet van het spoelverhoudingsgetal. De overgedragen spanning t2 tussen de secundaire winding en de grond is t2 = &t1 (&: overdrachtscoëfficiënt; t1: impulsspanning op de primaire-grond).
3 Enkelefasetransformatoren met een hoog impulsspanningsverdraagzaamheidsniveau
Het spanningsoverdrachtsgetal van een krachttransformator (t2/t1) ligt meestal tussen 0,2-0,9; een geteste transformator had 0,25. Transformatoren ondergaan standaard bliksemimpulsstandaardtests per spanningniveaus/landelijke normen. Dit product (10 kV-net, getest op 15 kV) leed geen schade. Speciaal ontworpen, minimaliseert de hoog-impulsspanningsverdraagzaamheidstransformator de secundaire overspanning, weerstaat bliksemschokken, blokkeert interferentiestroom en verhoogt de elektrische prestaties. Getest door de Academie van Spoorwegwetenschappen, was het spanningsoverdrachtsgetal ≤ 1/200, waardoor de schokgolf-overdracht van primaire naar secundaire onder 1/200 wordt gebracht. Effectief voor de bescherming van laagspanningsapparatuur tegen bliksem, vereist het betrouwbare aarding (potentiële verschillen tijdens bliksem kunnen apparatuur beschadigen; het aarden van de behuizing balanceert potentiële niveaus, wat de impulsspanning vermindert). De intrusieroutes van impulsspanningen in laagspanningsapparatuur zijn complex (primaire/secundaire/grondzijde; enkel of gelijktijdig). Betrouwbare aarding is cruciaal.
4 Conclusie
De enkelefaserieserie transformatoren (met olie-reservoir, hoge impulsspanningsverdraagzaamheid) laat traditionele olie-reservoirstructuren varen, waardoor materiaalbesparing, eenvoudige verwerking en aantrekkelijk design worden bereikt. De enkelefasen olie-geïmpregneerde reeks (met olie-reservoir/ volledig gesloten) heeft een hoge bliksemimpulsbestendigheid, vermindert overspanning, beschermt secundaire apparatuur en vermindert energieleidinggeluid voor bliksembescherming van de energievoorziening. Sinds de jaren '90 zijn er veel van dergelijke transformatoren in gebruik bij spoorwegbureaus (waterkracht/signaal/energievoorziening sectoren, enz.), die de meeste stations, vooral bliksembare gebieden, bedekken. Bewezen in onweersbuien, bieden ze lage verliezen, materiaalbesparingen, energie-efficiëntie en betrouwbaarheid, waardoor de veiligheid van elektrische apparatuur wordt gewaarborgd. Met de modernisering van de spoorwegen en technologische vooruitgang zullen deze transformatoren een bredere toepassing vinden.
