Enfase transformer med høy tålegrense for lynimpuls

1 Introduksjon

For å sikre sikkert drift av jernbaner og redusere risikoen for lynskader på jernbanelokalisasjonssystemer, har forfatteren spesielt forsket og designet en enkelfase serie-transformator med relativt høy impulsbelastbarhet, med modellnummer D10 - 1.2 - 30/10. Denne transformator er utstyrt med oljebeholder og bruker et fullt seglert struktur (den kan også være designet som en tørr-struktur etter faktiske behov). Dette serien av transformatorer er en spesialiseret enhet for jernbanekontrollsignal og kan også brukes i små skala strømforsyningsområder av industrielle og landbrukstransformatornett, med en vis grad av allsidighet.

2 Analyse av lyn og dets faremoment
2.1 Fysiske egenskaper av lyn

Lyn er essensielt en ikke-periodisk sjokkbølge. Forhåndsdel av bølgen stiger veldig raskt og synker deretter sakte. På grunn av den ekstremt store stigningen av lynbølgen, kan det forårsake alvorlig skade på elektrisk utstyr.

2.2 Klassifisering og årsaker til lyn

Lyn deles hovedsakelig inn i to typer: direkte lyn og induktivt lyn. Direkte lyn er en form for lyn som virker direkte på linjer eller utstyr. Selv om skadegraden den forårsaker er ekstremt stor, er den faktiske sannsynligheten for forekomst relativt lav; imidlertid, de fleste av lynskadeulykker er forårsaket av induktivt lyn. Induktivt lyn er videre under delt i elektrostatisk induktivt lyn og elektromagnetisk induktivt lyn: Elektrostatisk induktivt lyn genereres av over-spenningsinduksjonen av torden-skyelektrisk felt mellom luftledning og jord; Elektromagnetisk induktivt lyn er forårsaket av over-spenningsopptreden på linjen pga. elektromagnetisk induksjons-effekt når torden sky nær linjen slipper. Imidlertid, dets påvirkningsgrad er mye mindre enn den av elektrostatisk induktivt lyn.

2.3 Faremomentene av lyn på transformatorer

Under den faktiske driftsprosessen, forekommer ulykker hvor transformatorer blir skadet av lynslag fra tid til annen. Slike ulykker vil ikke bare forårsake skade på selve transformator, men også forårsake skade på sekundæruutstyr gjennom bølge-sjokk-effekten, som fører til en større rekkevidde av feil-påvirkninger.

2.4 Mekanisme for skade av transformatorer av lynbølger

Skaden av transformatorer av lynbølger kommer hovedsakelig fra to faktorer: For det første, impulsspenningsverdien er ganske høy, opp til maksimalt 8-12 ganger fase-spennings; For det andre, lynbølgen vil forårsake en høy konsentrasjon av elektrisk felt, dermed skade isolasjons-ytelsen av transformator. Under virkningen av sjokkbølgen, kan hovedisoleringen av transformator bli skadet. Dette er fordi lynbølgen har høy frekvens og steil bølgefront, som vil gjøre potensialgradienten ved begynnelsen av vindingen til å nå maksimal verdi, gjør at den vertikale isolasjonen er ekstremt lett å brytes ned.

2.5 Spenningsoverføring av lynsjokkbølger i transformatorvindinger

Når en lynsjokkbølge virker på primær-vindingen av en transformator, vil spenningen i vindingen stige raskt, som tilsvarer å anvende et høy-spennings med en svært høy frekvens. I dette tilfellet, vil det også genereres en over-spennings på sekundær siden. På grunn av eksistensen av elektrostatisk kapasitiv kobling og magnetfelt kobling mellom primær og sekundær vindinger, selv om den over-spennings generert på sekundær siden er relatert til forholdet, er det ikke et enkelt forhold-relasjon. I noen spesielle situasjoner, kan denne over-spennings langt overstige isolasjonsnivået av sekundær vinding og elektrisk utstyr det bærer, som til slutt fører til skade på elektrisk utstyr koblet til sekundær vinding. Over-spennings virker på sekundær vinding består av både en elektrostatisk komponent og en elektromagnetisk komponent. Den elektromagnetiske komponenten kan beregnes av formelen me/n (i formelen, n er forholdet, e er spenningen på primær side, m er koblingskoeffisienten, og tilnærmet verdien er 1).

Stray-kapasitanser finnes mellom en transformators primær-sekundær vindinger og mellom vindinger og jorda. Når et impuls-spennings legges mellom primær vinding og jorda, avhenger den elektrostatisk impuls-spennings på sekundær siden av distribuerte kapasitanser mellom vindinger og jorda, ikke omgangsforholdet. Overførte spenning t₂ mellom sekundær vinding og jorda er t₂ =&t₁(&: overføringskoeffisient; t₁: impuls-spennings på primær-jorda).

3 Enkelfase transformatorer med høy impulsbelastbarhet

En krafttransformators spennings-overføringskoeffisient (t₂/t₁) ligger vanligvis i intervallet 0.2–0.9; en testet transformator hadde 0.25. Transformatorer undergår standardiserte lynimpuls-belastbarhetstester etter spenningsnivåer/nasjonale standarder. Dette produktet (10 kV nett, testet ved 15 kV) led ingen skade. Spesielt designet, minimerer høy-impulsbelastbar transformator sekundær over-spennings, motstandsdyktig mot lynsjokk, blokkerer støystrøm, og forbedrer elektrisk ytelse. Testet av Jernbansforskninginstituttet, dens spennings-overføringskoeffisient ≤ 1/200, reduserer sjokkbølgeoverføring fra primær til sekundær under 1/200. Effektivt for beskyttelse av lavspenningsutstyr mot lyn, krever det pålitelig jording (potensialforskjeller under lyn kan skade utstyr; jording av skallet balanserer potensialer, reduserer impuls-spennings). Intrusjonsveier for impuls-spennings inn i lavspenningsutstyr er komplekse (primær/sekundær/jordside; enkelt eller samtidig). Pålitelig jording er nøkkelen.

4 Konklusjon

Den enkelfase serie-transformator (med oljebeholder, høy impulsbelastbarhet) abandonerer tradisjonelle oljebeholderstrukturer, oppnår materialebesparelse, enkel bearbeiding, og attraktivt design. Den enkelfase olje-dypete serie (med oljebeholder/fully sealed) har høy lynimpulsbestandighet, reduserer over-spennings, beskytter sekundæruutstyr, og kutte strømlednings-støy for strømforsyning lynbeskyttelse. Siden 1990-årene, har mange slike transformatorer operert over jernbanebyråer (vannkraft/signal/strømforsyning seksjoner, etc.), dekker de fleste stasjoner, spesielt lyn-prone områder. Bevist i torden, de gir lav tap, materialebesparelse, energieffektivitet, og pålitelighet, sikrer elektrisk utstyr sikkerhet. Med jernbane modernisering og teknologisk fremgang, vil disse transformatorer se bredere bruk.