ترانسواکمن فاز تک با قابلیت تحمل ضربه صاعقه بالا
1 مقدمه
برای تضمین عملکرد ایمن راهآهن و کاهش خطر آسیبهای ناشی از برق در سیستمهای کنترل ارتباطات راهآهن، نویسنده به طور خاص یک دگرگونکننده سرییکفاز با مقاومت نسبتاً بالا در برابر ولتاژ ضربهای مدل D10 - 1.2 - 30/10 تحقیق و طراحی کرده است. این دگرگونکننده با یک نگهدارنده روغن مجهز شده و ساختار کاملاً بسته (به طور اختیاری میتواند به صورت ساختار خشک طراحی شود). این مجموعه دگرگونکنندهها یک دستگاه تخصصی برای سیگنالهای کنترل راهآهن هستند و میتوانند در سناریوهای توزیع انرژی کوچک صنعتی و کشاورزی نیز استفاده شوند و قابلیت جامعیتی خاصی دارند.
2 تحلیل برق و خطرات آن
2.1 ویژگیهای فیزیکی برق
برق به طور اساسی یک موج ضربهای غیردورهای است. بخش اولین موج به سرعت بالا میرود و سپس به آرامی کاهش مییابد. به دلیل شیب بسیار زیاد موج برق، میتواند به تجهیزات الکتریکی آسیبهای بسیار جدی وارد کند.
2.2 دستهبندی و علل برق
برق به دو نوع اصلی تقسیم میشود: برق مستقیم و برق القایی. برق مستقیم یک شکل از برق است که مستقیماً بر خطوط یا تجهیزات اثر میگذارد. اگرچه میزان آسیبرسانی آن بسیار زیاد است، اما احتمال وقوع واقعی آن نسبتاً پایین است؛ با این حال، بیشتر حوادث آسیبرسانی ناشی از برق القایی است. برق القایی به نوبه خود به دو زیرمجموعه تقسیم میشود: برق القایی الکترواستاتیک و برق القایی الکترومغناطیسی: برق القایی الکترواستاتیک از ولتاژ بیش از حد القایی توسط میدان الکتریکی ابر برق بین خط هوایی و زمین ایجاد میشود؛ برق القایی الکترومغناطیسی ناشی از ولتاژ بیش از حد ظاهر شده در خط به دلیل اثر القایی الکترومغناطیسی هنگامی که ابر برق نزدیک به خط تخلیه میشود. با این حال، میزان تأثیر آن بسیار کمتر از برق القایی الکترواستاتیک است.
2.3 نمایش خطرات برق بر دگرگونکنندهها
در فرآیند عملیاتی، حوادث آسیبرسانی به دگرگونکنندهها توسط برق از وقت به وقت رخ میدهد. چنین حوادثی نه تنها منجر به آسیب دگرگونکننده خود میشوند بلکه از طریق اثر موج ضربهای، آسیبهایی به تجهیزات ثانویه وارد میکنند و موجب گسترش محدوده تأثیر خطا میشوند.
2.4 مکانیسم آسیب دگرگونکنندهها توسط موجهای برق
آسیب دگرگونکنندهها توسط موجهای برق از دو عامل اصلی ناشی میشود: اولاً، مقدار ولتاژ ضربهای بسیار بالاست و به حداکثر ۸-۱۲ برابر ولتاژ فاز میرسد؛ ثانیاً، موج برق باعث تمرکز بالای میدان الکتریکی میشود و بنابراین عملکرد عایق دگرگونکننده را آسیب میدهد. تحت تأثیر موج ضربهای، عایق اصلی دگرگونکننده ممکن است آسیب ببیند. این به دلیل این است که موج برق فرکانس بالایی دارد و موج اولیهاش شیبدار است که میتواند گرادیان پتانسیل در ابتداي پیچش به حداکثر برساند و عایق طولی را بسیار آسان برای شکستن کند.
2.5 انتقال ولتاژ موجهای ضربهای برق در پیچشهای دگرگونکننده
هنگامی که یک موج ضربهای برق بر پیچش اصلی یک دگرگونکننده اثر میگذارد، ولتاژ پیچش به سرعت افزایش مییابد که معادل اعمال ولتاژ بسیار بالا با فرکانس بسیار بالا است. در این حالت،
ولتاژ بیش از حد نیز در سمت ثانویه تولید میشود. به دلیل وجود کوپلینگ ظرفیت الکترواستاتیکی و کوپلینگ میدان مغناطیسی بین پیچشهای اصلی و ثانویه،
با این حال، ولتاژ بیش از حد تولید شده در سمت ثانویه با نسبت دگرگونی مرتبط است، اما ارتباط سادهای با نسبت دگرگونی نیست.
در برخی موقعیتهای خاص، این ولتاژ بیش از حد ممکن است بسیار بیشتر از سطح عایقبندی پیچش ثانویه و تجهیزات الکتریکی متصل به آن باشد و در نهایت منجر به آسیب تجهیزات الکتریکی متصل به پیچش ثانویه شود. ولتاژ بیش از حد مؤثر بر پیچش ثانویه شامل دو مؤلفه الکترواستاتیک و الکترومغناطیسی است. مؤلفه الکترومغناطیسی میتواند با فرمول me/n محاسبه شود (در فرمول، n نسبت دگرگونی است، e ولتاژ سمت اصلی است، m ضریب کوپلینگ است و مقدار تقریبی آن ۱ است).
ظرفیتهای پراکنده بین پیچشهای اصلی و ثانویه دگرگونکننده و بین پیچشها و زمین وجود دارد. هنگامی که ولتاژ ضربهای بین پیچش اصلی و زمین اعمال میشود، ولتاژ ضربهای الکترواستاتیک در سمت ثانویه به ظرفیتهای پراکنده بین پیچشها و زمین بستگی دارد، نه به نسبت دور. ولتاژ انتقال t2 بین پیچش ثانویه و
زمین است t2 =&t1(&: ضریب انتقال ولتاژ؛ t1: ولتاژ ضربهای بین اصلی و زمین).
3 دگرگونکنندههای سرییکفاز با مقاومت بالا در برابر ولتاژ ضربهای
ضریب انتقال ولتاژ یک دگرگونکننده قدرت (t2/t1) معمولاً بین ۰.۲-۰.۹ است؛ یک دگرگونکننده آزمایش شده ۰.۲۵ داشته است.
دگرگونکنندهها آزمونهای تحمل ولتاژ ضربهای نوری بر اساس سطوح ولتاژ/استانداردهای ملی را انجام میدهند. این محصول (شبکه ۱۰ kV، آزمایش شده در ۱۵ kV) بدون آسیب مانده است. دگرگونکننده مقاوم در برابر ولتاژ ضربهای بالا به طور خاص طراحی شده است تا ولتاژ بیش از حد ثانویه را به حداقل برساند، ضد ضربات برق باشد، جریانهای مداخلهگر را مسدود کند و عملکرد الکتریکی را افزایش دهد. آزمایششده توسط آکادمی علوم راهآهن، ضریب انتقال ولتاژ آن ≤ ۱/۲۰۰ است که انتقال موج ضربهای از اصلی به ثانویه را زیر ۱/۲۰۰ میکند.
برای محافظت موثر از تجهیزات پایینولتاژ از برق، نیاز به زمینگیری قابل اعتماد است (تفاوتهای پتانسیلی در طول برق میتواند تجهیزات را آسیب دهد؛ زمینگیری پوسته تجهیزات پتانسیلها را متعادل میکند و ولتاژ ضربهای را کاهش میدهد). مسیرهای نفوذ ولتاژ ضربهای به تجهیزات پایینولتاژ پیچیده هستند (سمت اصلی/ثانویه/زمین؛ جداگانه یا همزمان). زمینگیری قابل اعتماد کلیدی است.
4 نتیجهگیری
دگرگونکننده سرییکفاز (با نگهدارنده روغن، مقاومت بالا در برابر ولتاژ ضربهای) ساختارهای سنتی نگهدارنده روغن را رها کرده و به صرفهجویی در مواد، پردازش آسان و طراحی جذاب دست یافته است. مجموعه دگرگونکنندههای روغنی سرییکفاز (با نگهدارنده روغن/کاملاً بسته) مقاومت بالایی در برابر ولتاژ ضربهای برق دارند، ولتاژ بیش از حد را کاهش میدهند، تجهیزات ثانویه را محافظت میکنند و نویز خطوط تغذیه را کاهش میدهند برای محافظت از برق در تغذیه.
از دهه ۱۹۹۰، بسیاری از این دگرگونکنندهها در تمامی ادارات راهآهن (بخشهای هیدروالکتریک/سیگنال/تغذیه و غیره) عملیاتی شدهاند و بیشتر ایستگاهها، به ویژه مناطق مستعد برق را پوشش دادهاند. آنها در طوفانهای برق اثبات شدهاند که دارای ضرر کم، صرفهجویی در مواد، کارایی انرژی و قابلیت اطمینان هستند و ایمنی تجهیزات الکتریکی را تضمین میکنند. با پیشرفت مدرنیزاسیون راهآهن و پیشرفت تکنولوژی، این دگرگونکنندهها استفاده گستردهتری خواهند داشت.
