Enofazni transformator z visoko zmogljivostjo za utrjevanje hitre svetlobne impulzne napetosti

1 Uvod

Za zagotovitev varne delovanja železnic in zmanjšanje tveganja za poškodbe železniških telekomunikacijskih nadzornih sistemov zaradi negativnih vplivov naraščanja, avtor posebno raziskal in oblikoval enofazni serijni transformator s relativno visoko stopnjo odpornosti proti impulznim napetostim, z modelsko oznako D10 - 1.2 - 30/10. Ta transformator je opremljen z rezervoarjem za olje in uporablja popolnoma zaprto strukturo (po potrebi pa se lahko tudi oblikuje kot suha struktura). Ta serija transformatorjev je poseben namenski naprav za železniške kontrolovalne signale in se lahko uporablja tudi v manjših merilih distribucijskih scenarijih industrijskih in kmetijskih električnih omrežij, imajoč določeno univerzalnost.

2 Analiza negativnih vplivov in njihove nevarnosti
2.1 Fizične značilnosti negativnih vplivov

Negativni vplivi so bistveno nepериодични ударни таласи. Начелна страна њиховог таласа брзо расте, а затим споро опада. Због екстремно велике стрмости раста таласа молнии, он може изазвати веома тешке штете на електричном опрему.

2.2 Klasifikacija in vzroki negativnih vplivov

Negativni vplivi se glavno delijo na dva tipa: direktni negativni vplivi in induktivni negativni vplivi. Direktni negativni vplivi so oblika negativnih vplivov, ki neposredno delujejo na črte ali opremo. Čeprav je stopnja škode, ki jo povzročijo, zelo velika, je dejanska verjetnost nastanka relativno nizka; vendar pa je večina nesreč, povezanih s škodo zaradi negativnih vplivov, povzročenih z induktivnimi negativnimi vplivi. Induktivni negativni vplivi so nadalje poddeljeni na elektrostatske induktivne negativne vplive in elektromagnetske induktivne negativne vplive: Elektrostatski induktivni negativni vplivi so generirani preko-napetosti, ki jih povzroči električno polje mračne oblaku med povratnim črtom in zemljo; Elektromagnetski induktivni negativni vplivi so povzročeni preko-napetostmi, ki se pojavijo na črtu zaradi učinka elektromagnetske indukcije, ko se mračna oblak bližnji črt izvrši. Vendar je njegov vpliv mnogo manjši kot v primeru elektrostatskih induktivnih negativnih vplivov.

2.3 Manifestacije nevarnosti negativnih vplivov na transformatorje

Med dejanskim procesom delovanja se pogosto zgodi, da so transformatorji poškodovani zaradi udarcov negativnih vplivov. Takšne nesreče bodo povzročile ne le poškodbo samega transformatorja, ampak tudi škodo sekundarni opremi skozi učinek talasa, kar bo vodilo do širšega obsega vpliva nesreče.

2.4 Mekanizem poškodbe transformatorjev z talasi negativnih vplivov

Poškodba transformatorjev z talasi negativnih vplivov pride predvsem iz dveh faktorjev: Prvič, vrednost impulzne napetosti je zelo visoka, doseže največ 8-12-krat faza napetost; drugič, talas negativnih vplivov bo povzročil visoko koncentracijo električnega polja, s tem pa bo poškodoval izolacijsko zmogljivost transformatorja. Pod vplivom udarnega vala se lahko poškoduje glavna izolacija transformatorja. To je zato, ker ima talas negativnih vplivov visoko frekvenco in strmo fronto vala, kar bo povzročilo, da bo potencialni gradient na začetku navija dosegl največjo vrednost, kar bo naredilo, da bo longitudinalna izolacija zelo lažje prepustna.

2.5 Prenos napetosti talasov negativnih vplivov v navijevih transformatorja

Ko talas negativnih vplivov deluje na primarni navij transformatorja, bo napetost navija hitro narastla, kar je ekvivalentno z uporabo visoke napetosti z zelo visoko frekvenco. V tem primeru se bo na sekundarni strani tudi pojavila prekomerna napetost. Zaradi obstoja elektrostatske kapacitance sklopitve in magnetske sklopitve med primarnim in sekundarnim navijem, čeprav je prekomerna napetost, ki se pojavi na sekundarni strani, povezana s transformacijskim razmerjem, to ni preprosta relacija transformacijskega razmerja. V nekaterih specifičnih situacijah ta prekomerna napetost lahko preseže izolacijsko raven sekundarnega navija in električne opreme, ki jo nosi, kar končno vodi do poškodbe električne opreme, povezane z sekundarnim navijem. Prekomerna napetost, ki deluje na sekundarnem naviju, je sestavljena iz elektrostatike in elektromagnetnega komponenta. Elektromagnetni komponent se lahko izračuna z formulo me/n (v formuli je n transformacijsko razmerje, e napetost na primarni strani, m je koeficient sklopitve, približna vrednost je 1).

Med primarnim in sekundarnim navijem transformatorja ter med naviji in zemljo obstajajo stranske kapacitance. Ko se impulzna napetost uporabi med primarnim navijem in zemljo, je elektrostatska impulzna napetost na sekundarni strani odvisna od porazdeljenih kapacitanc med naviji in zemljo, ne od števila navijev. Prenosna napetost t2 med sekundarnim navijem in zemljo je t2 = &t1 (&: prenosni koeficient napetosti; t1: impulzna napetost na primarni strani - zemlja).

3 Enofazni transformatorji z visoko stopnjo odpornosti proti impulznim napetostim

Prenosni koeficient napetosti (t2/t1) običajno sega od 0,2 do 0,9; preskušan transformator je imel 0,25. Transformatorji se preskušajo glede na predpisano odpornost proti negativnim vplivom po standardih napetosti/nacionalnih standardih. Ta izdelek (mreža 10 kV, preskušan pri 15 kV) ni bil poškoden. Posebno oblikovan, visokoodporni transformator proti impulznim napetostim minimalizira prekomerno napetost na sekundarni strani, odpira negativne vplive, blokira motni tokove in izboljša električne lastnosti. Po preskusu Akademije železniških znanosti je prenosni koeficient napetosti ≤ 1/200, kar zmanjša prenos udarnih valov s primarne na sekundarno stran pod 1/200. Učinkovit za zaščito nizegnapetostne opreme pred negativnimi vplivi, zahteva zanesljivo zemljenje (potencialne razlike med negativnimi vplivi lahko poškodujejo opremo; zemljenje koruze ravnoteži potenciale, kar zmanjša impulzno napetost). Poti vstopa impulzne napetosti v nizegnapetostno opremo so kompleksni (primarna/sekundarna/zemlinska stran; posamično ali hkrati). Zanesljivo zemljenje je ključno.

4 Zaključek

Enofazni serijni transformator (s rezervoarjem za olje, visokoodporni proti impulznim napetostim) opušča tradicionalne strukture rezervoarjev za olje, dosegašči materialno uštedo, lažjo obrabo in privlačno dizajn. Enofazni serijni transformatorji z oljem (s rezervoarjem za olje/popolnoma zaprti) imajo visoko odpornost proti negativnim vplivom, zmanjšujejo prekomerno napetost, zaščitujo sekundarno opremo in zmanjšujejo motniške šume za zaščito pred negativnimi vplivi v oskrbi s strmo. Od leta 1990 naprej so mnogi takšni transformatorji delovali v železniških upravah (hidroelektrika/signali/oskrba z energijo itd.), pokrivajo večino postaj, posebno območja, ki so podvržena negativnim vplivom. Dokazali so svojo učinkovitost v grmljavinah, nudijo nize izgube, uštedo materialov, energetsko učinkovitost in zanesljivost, zagotavljajojo varnost električne opreme. S modernizacijo železnic in tehnološkim napredkom bodo ti transformatorji uporabljani še širše.