Enfasstransformator med hög tålig mot blixtimpuls

1 Introduktion

För att säkerställa den säkra drift av järnvägar och minska risken för blixtnedslagsskador på järnvägs telekommunikationskontrollsystem har författaren särskilt forskat och utformat en enfas serieomvandlare med relativt hög impulsspänningsuthållighet, med modellnummer D10 - 1.2 - 30/10. Denna omvandlare är utrustad med en oljebevarare och använder en fullständigt tät struktur (den kan också designas som en torrstruktur enligt faktiska behov). Denna serie av omvandlare är ett specialanpassat enhet för järnvägs kontrollsignaler och kan också tillämpas i småskaliga elnätsfördelningsscenarier inom industriella och jordbruksmässiga elnät, vilket ger en viss mångsidighet.

2 Analys av blixt och dess risker
2.1 Fysiska egenskaper hos blixt

Blixt är i grunden en icke-periodisk stöt. Framdelen av dess våg stiger mycket snabbt och minskar sedan långsamt. På grund av den extremt stora stigande brantheten hos blixtvågen kan den orsaka allvarliga skador på elektrisk utrustning.

2.2 Klassificering och orsaker till blixt

Blixt delas huvudsakligen in i två typer: direkt blixt och inducerad blixt. Direkt blixt är en form av blixt som verkar direkt på linjer eller utrustning. Även om skadegraden den orsakar är extremt stor, är den faktiska inträdesfrekvensen relativt låg; dock orsakar de flesta blixtskader inducerade blit. Inducerad blixt delas vidare in i elektrostatiskt inducerad blixt och elektromagnetiskt inducerad blixt: Elektrostatiskt inducerad blixt genereras av överspänningen inducerad av åskmolns elektriska fält mellan överbryggning och mark; Elektromagnetiskt inducerad blixt orsakas av överspänningen som uppträder på linjen på grund av elektromagnetisk induktionseffekt när åskmolnet nära linjen avleder. Dock är dess påverkan betydligt mindre än den för elektrostatiskt inducerad blixt.

2.3 Skademässiga manifestationer av blixt på omvandlare

Under den faktiska driftprocessen inträffar olyckor med omvandlare som skadas av blixtnedslag ibland. Sådana olyckor kommer inte bara att orsaka skada på omvandlaren själv, utan även orsaka skada på sekundärutrustning genom vågpåverkan, vilket leder till en bredare omfattning av fel påverkan.

2.4 Mekanism för omvandlarskada av blixtvågor

Skadan av omvandlare av blixtvågor kommer huvudsakligen från två faktorer: För det första är impulsspänningsvärdet ganska högt, upp till 8-12 gånger fas-spänningen; För det andra kommer blixtvågen att orsaka en hög koncentration av elektriska fält, vilket därmed skadar isoleringsprestandan för omvandlaren. Under stötens verkan kan huvudisoleringen av omvandlaren skadas. Detta beror på att blixtvågen har en hög frekvens och en brant vågfront, vilket gör att potentialgradienten i början av virningen når sitt maximala värde, vilket gör det ytterst lätt för den longitudinella isoleringen att brytas ned.

2.5 Spänningsöverföring av blixtstöt i omvandlarens virningar

När en blixtstöt verkar på primär virning av en omvandlare kommer spänningen i virningen att stiga snabbt, vilket motsvarar att tillämpa en väldigt hög frekvens spänning. I detta fall kommer det också att uppstå en överspänning på sekundärsidan. På grund av existensen av elektrostatisk kapacitiv koppling och magnetfältkoppling mellan primär- och sekundärvirningar, trots att den överspänning som uppstår på sekundärsidan är relaterad till transformationsförhållandet, är det inte ett enkelt transformationsförhållande. I vissa specifika situationer kan denna överspänning avsevärt överstiga isoleringsnivån för sekundärvirningen och den elektriska utrustning den bär, vilket slutligen leder till skada på den elektriska utrustning som är ansluten till sekundärvirningen. Den överspänning som verkar på sekundärvirningen består både av en elektrostatisk komponent och en elektromagnetisk komponent. Den elektromagnetiska komponenten kan beräknas med formeln me/n (i formeln, n är transformationsförhållandet, e är spänningen på primärsidan, m är kopplingskoefficienten, och ungefärligt värdet är 1).

Stray-kapacitanser finns mellan en omvandlares primär- och sekundärvirningar och mellan virningar och mark. När en impuls-spänning appliceras mellan primärvirningen och marken, beror den elektrostatiska impuls-spänningen på sekundärsidan på de distribuerade kapacitanserna mellan virningar och mark, inte vikten. Överföringsvolten t₂ mellan sekundärvirningen och marken är t₂ =&t₁ (&: överföringskoefficient; t₁: impuls-spänning på primär-mark).

3 Enfasomvandlare med hög impulsspänningsuthållighet

En kraftomvandlares spänningsöverföringskoefficient (t₂/t₁) ligger vanligtvis mellan 0,2-0,9; en testad omvandlare hade 0,25. Omvandlare undergår tester för nominell blixtimpulsspänningsuthållighet enligt spänningsnivåer/nationella standarder. Detta produkt (10 kV nät, testat vid 15 kV) led ingen skada. Speciellt designad, minimerar den höga impulsspänningsuthålligheten sekundär överspänning, motstånd mot blixtstötar, blockerar störningsströmmar och förbättrar elektrisk prestanda. Testad av Järnvägsvetenskaplig Akademi, var dess spänningsöverföringskoefficient <= 1/200, vilket minskar vågöverföringen från primär till sekundär under 1/200. Effektivt för skydd av lågspänningsutrustning mot blixt, kräver det tillförlitlig jordning (potentialskillnader under blixt kan skada utrustning; jordning av skal balanserar potentialer, minskar impuls-spänning). Inträngningsvägar för impuls-spänning till lågspänningsutrustning är komplexa (primär/sekundär/mark-sida; ensam eller samtidig). Tillförlitlig jordning är nyckel.

4 Slutsats

Den enfasserieomvandlaren (med oljebevarare, hög impulsspänningsuthållighet) överger traditionella oljebevararstrukturer, uppnår materialbesparing, lättbearbetning och attraktiv design. Den enfasoljebaserade serien (med oljebevarare/fullständigt tät) har hög blixtimpulsmotstånd, minskar överspänning, skyddar sekundärutrustning och minskar strömbuller för elnätsblixtskydd. Sedan 1990-talet har många sådana omvandlare fungerat över olika järnvägsmyndigheter (vattnets/signalens/strömförsörjningens sektioner, etc.), täcker de flesta stationer, särskilt blixtbenägna områden. Beprövad under åskväder, erbjuder de låg förlust, materialbesparing, energieffektivitet och tillförlitlighet, garanterar elektrisk utrustningssäkerhet. Med järnvägsmodernisering och teknisk framsteg kommer dessa omvandlare att få ett bredare användningsområde.