Geležinkelio transformatorius: tipai, specifikacijos ir pritaikymas

 

Įvadas

Greitieji{0}}traukiniai, tramvajai, lengvieji bėgiai, metro ir įprasti traukiniai priklauso nuo patikimo maitinimo šaltinio, kad veiktų saugiai ir efektyviai. Už šio maitinimo šaltinio yra daugybė specializuotų geležinkelio transformatorių, skirtų elektros energijai konvertuoti ir paskirstyti skirtingoms geležinkelio elektrifikavimo sistemos dalims. Tarp jų,traukatransformatoriaivaidinti pagrindinį vaidmenį. Jie naudojami geležinkelio traukos pastotėse ir, kai kuriais atvejais, traukiniuose, kad elektros energiją būtų galima paversti įtampa ir konfigūracija, kurios reikia geležinkelio traukos sistemoms. Šiame straipsnyje paaiškiname, kas yra geležinkelio transformatorius, kaip veikia traukos transformatoriai, kokie pagrindiniai geležinkelio transformatorių tipai, pagrindinės jų specifikacijos ir kaip pasirinkti tinkamą transformatorių geležinkelio maitinimo sistemai.

 

Kas yra geležinkelio traukos transformatorius?

Geležinkelio transformatorius skirtas naudoti geležinkelių elektrifikavimo sistemose, siekiant konvertuoti, izoliuoti ir paskirstyti elektros energiją traukiniams ir susijusiai įrangai. Vienas iš pagrindinių tipų yra traukos transformatorius, kuris tiekia maitinimą geležinkelio traukos sistemai.

Geležinkelio traukos transformatorius, taip pat žinomas kaip traukos galios transformatorius, paprastai aukštos{0}}įtampos kintamosios srovės energiją iš komunalinių tinklų arba geležinkelio maitinimo tinklo paverčia į traukos sistemai tinkamą įtampą. Paprastai jis įrengiamas geležinkelio traukos pastotėje, kur tiekia maitinimą viršutinio kontaktinio tinklo arba trečiojo{2}}geležinkelio sistemoms. Kai kurie traukos transformatoriai taip pat skirti tiesiogiai montuoti elektriniuose traukiniuose.

Skirtingai nuo įprastų galios transformatorių, traukos transformatorius turi atlaikyti dažnus ir greitus apkrovos pokyčius. Dėl traukinio pagreitėjimo gali staiga padidėti srovė, o stabdymas ir traukinio veikimo pokyčiai gali sukelti tolesnius elektros apkrovos pokyčius. Todėl geležinkelio traukos transformatoriai yra skirti patikimam darbui esant dinaminėms apkrovoms, elektros įtempiams, vibracijai ir kitoms sudėtingoms geležinkelio sąlygoms.

Platesniam įvadui į traukos transformatoriaus konstrukciją ir komponentus

pamatyti mūsųTraukos transformatoriaus apžvalga.

 

3. Geležinkelio transformatoriaus veikimo principas

Geležinkelio transformatoriaus veikimo principas pagrįstas elektromagnetine indukcija. Traukos pastotėje transformatorius sumažina aukštos-tampos maitinimą iš tinklo arba geležinkelio maitinimo tinklo iki įtampos, tinkamos geležinkelio traukos sistemai.

Aukštos{0}}įtampos įvestis: Elektra iš oro linijų arba trečiųjų{0}}geležinkelių sistemų tiekiama į pirminę geležinkelio transformatoriaus apviją. Priklausomai nuo geležinkelio sistemos, įėjimo įtampa gali svyruoti nuo 15 kV iki 25 kV.

 

Įtampos transformacija:Aukštos -įtampos įvestis įjungia pirminę apviją ir sukuria kintantį magnetinį lauką transformatoriaus šerdyje. Dėl elektromagnetinės indukcijos šis magnetinis laukas indukuoja mažesnę įtampą antrinėje apvijoje, o įtampą lemia transformatoriaus posūkių santykis.

 

Įtampos reguliavimas: Geležinkelio transformatorius reguliuoja įtampą, kad ji atitiktų traukinio traukos sistemos reikalavimus, paprastai sumažindama ją iki žemesnio įtampos lygio, tinkamo traukinio varomajai įrangai.

 

Maitinimo tiekimas: Tada transformuota galia tiekiama į traukos sistemą, įskaitant traukos variklius ar kitą traukinio įrangą, kad traukinys galėtų važiuoti.

 

Apsauga ir kontrolė: Geležinkelio transformatoriai turi atlaikyti tiek aukštą įėjimo įtampą, tiek kintančius apkrovos poreikius traukinio eksploatavimo metu. Apsauginiai įtaisai, tokie kaip grandinės pertraukikliai ir jutikliai, stebi temperatūrą, įtampą ir srovę, kad užtikrintų saugų ir patikimą veikimą.

 

Atsiliepimai ir koregavimas: Nuolatinis stebėjimas leidžia sistemai reaguoti į apkrovos ir veikimo sąlygų pokyčius, padeda išlaikyti stabilų veikimą ir užkirsti kelią gedimams.

 

4. Geležinkelio transformatorių tipai

Geležinkelio transformatorių yra kelių tipų, jų konstrukcijos skiriasi priklausomai nuo geležinkelio elektros energijos tiekimo sistemos, įrengimo vietos ir pritaikymo. Pagrindiniai tipai yra stacionarūs traukos transformatoriai, borto traukos transformatoriai, auto-transformatoriai ir kelių{2}sistemų traukos transformatoriai.

 

4.1 Stacionarūs traukos transformatoriai

Geležinkelio pastotėse palei geležinkelio liniją įrengiami stacionarūs traukos transformatoriai. Prieš tiekdami elektros energiją traukiniui per viršutinę kontaktinio tinklo sistemą arba trečiąjį bėgią, jie nutraukia aukštos-tampos maitinimą iš tinklo arba geležinkelio maitinimo tinklo.

Šie transformatoriai dažniausiai naudojami geležinkelių elektrifikavimo sistemose, kad būtų užtikrintas stabilus ir patikimas elektros traukinių maitinimas.

 

4.2 Įmontuoti traukos transformatoriai

Borto traukos transformatoriai montuojami tiesiai elektriniuose traukiniuose ar lokomotyvuose. Jie turi kompaktišką ir lengvą dizainą, nes turi judėti kartu su traukiniu ir patenkinti didelius -traukos sistemos galios poreikius.

Šie transformatoriai gauna energiją iš geležinkelio viršutinės sistemos ir sumažina ją iki tinkamos įtampos traukinio traukos ir elektros įrangai.

 

4.3 Traction Auto-Transformatoriai

Traukos auto{0}}transformatoriai naudojami geležinkelių energijos tiekimo sistemose, ypač aukštos{1}}įtampos ir greitųjų{2}} geležinkelių sistemose. Jie padeda palaikyti reikiamą įtampą išilgai geležinkelio linijos ir gali sumažinti įtampos kritimą bei galios nuostolius dideliais atstumais.

Skirtingai nuo įprastų dviejų{0}}apvijų transformatorių, automatinis-transformatorius naudoja bendrą pirminės ir antrinės grandinių apviją.

 

4.4 Daugia{1}}sisteminiai traukos transformatoriai

Kelių{0}sistemų traukos transformatoriai skirti elektriniams traukiniams, kurie veikia geležinkelių tinkluose su skirtingomis elektrifikavimo sistemomis. Jie gali pritaikyti skirtingą maitinimo įtampą ir dažnį, todėl traukiniai gali važiuoti regionuose ar šalyse, kuriose taikomi skirtingi geležinkelių energijos standartai.

 

4.5 AC ir DC traukos sistemų transformatoriai

Geležinkelio traukos transformatoriai taip pat gali būti klasifikuojami pagal geležinkelio energijos tiekimo tipą.

Kintamosios srovės traukos transformatoriai naudojami kintamosios srovės geležinkelių elektrifikavimo sistemose, įskaitant daugelį tolimojo{0}}atstumo ir greitųjų{1}} geležinkelių tinklų. Jie sumažina gaunamą kintamosios srovės įtampą iki traukinio traukos sistemai reikalingo lygio.

Nuolatinės srovės traukos sistemos dažniausiai naudojamos metro traukiniams, tramvajams ir priemiestiniams geležinkeliams. Šiose sistemose transformatoriai paprastai naudojami kartu su lygintuvais, kad gaunama kintamoji srovė būtų konvertuojama į nuolatinės srovės galią, kurios reikia geležinkelių sistemai.

Geležinkelio transformatoriaus pasirinkimas priklauso nuo geležinkelio elektrifikavimo sistemos, įtampos ir dažnio, įrengimo tipo, traukinio reikalavimų ir eksploatavimo sąlygų.

 

5. Geležinkelio traukos transformatorių taikymas

Geležinkelio traukos transformatoriai daugiausia naudojami elektrifikuotose geležinkelių sistemose, kad traukiniams ir susijusiai geležinkelio įrangai būtų užtikrinta patikima energija. Jų pritaikymas skiriasi priklausomai nuo geležinkelio, traukinio ir elektrifikavimo sistemos tipo.

 

6. Geležinkelio traukos transformatoriaus konstrukcija ir specifikacijos

Traukos transformatoriaus konstrukcija priklauso nuo geležinkelio elektrifikavimo sistemos, įrengimo tipo, įtampos lygio, galios reikalavimų ir eksploatavimo sąlygų. Palyginti su standartiniais galios transformatoriais, geležinkelio transformatoriai turi atlaikyti dažnus apkrovų pokyčius, mechaninę vibraciją, elektros įtempius ir sudėtingas eksploatavimo sąlygas.

 

6.1 Šerdis ir apvijos

Transformatoriaus šerdis suteikia mažą{0}}magnetinio srauto pasipriešinimo kelią tarp apvijų. Aukštos-kokybės šerdies medžiagos ir standi konstrukcija padeda transformatoriui išlaikyti patikimą veikimą esant svyruojančioms geležinkelio apkrovoms.

Apvijos projektuojamos pagal reikiamą įtampą ir galią. Naudojamos aukštos-kokybės laidininkų medžiagos ir izoliacinės sistemos, užtikrinančios mechaninį stiprumą ir elektros izoliaciją, reikalingą geležinkelių reikmėms.

 

6.2 Įtampa ir dažnis

Traukos transformatoriaus specifikacijos priklauso nuo geležinkelio maitinimo sistemos. Įprasti geležinkelių tiekimo lygiai apima:

• 15 kV, 16,7 Hz kintamoji srovė - naudojama kai kuriuose Europos geležinkelių tinkluose.
• 25 kV, 50/60 Hz kintamoji srovė - plačiai naudojama geležinkelių elektrifikavimui.
• 1,5 kV nuolatinės ir 3 kV nuolatinės srovės traukos sistemos -, naudojamos kai kuriuose miesto ir paprastųjų geležinkelių tinkluose.

Išėjimo įtampa parenkama pagal traukos sistemos ir pasroviui skirtos elektros įrangos reikalavimus.

 

6.3 Galia

Traukos transformatoriaus nominalioji vertė paprastai nurodoma kVA arba MVA ir priklauso nuo traukinio, geležinkelio tinklo ir numatomos apkrovos. Skirtingoms programoms gali prireikti skirtingos galios: nuo mažesnių lengvųjų geležinkelių ir tramvajų įrenginių iki didesnės-pajėgos transformatorių, skirtų greitiesiems-traukiniams ir sunkiųjų{3}}geležinkelių sistemoms.

Transformatorius taip pat turi būti suprojektuotas taip, kad atlaikytų trumpalaikes{0}}perkrovas ir staigius apkrovos pokyčius traukinio greitėjimo, stabdymo ir įprasto veikimo metu.

 

6.4 Aušinimas ir konstrukcija

Traukos transformatoriai gali naudoti skirtingus aušinimo būdus, priklausomai nuo įrengimo ir galios reikalavimų.

Alyvos -transformatoriai naudoja izoliacinį skystį ir aušinimui, ir izoliacijai.

Sauso{0}}tipo transformatoriams aušinimui naudojamas oras ir kietos izoliacinės medžiagos, todėl jie tinka naudoti ten, kur alyva nėra pageidautina.

Naudojant laive, transformatorius taip pat turi atitikti griežtus erdvės ir svorio reikalavimus. Priklausomai nuo traukinio konstrukcijos, transformatoriai gali būti montuojami mašinų skyriuose, po grindimis, žemų{1}grindų vietose arba ant stogo.

 

6.5 Čiaupų keitiklis ir įtampos reguliavimas

Transformatoriaus įtampai reguliuoti pagal geležinkelio elektros sistemos reikalavimus galima naudoti atšakų keitiklį. Atsižvelgiant į taikymą, traukos transformatorius gali naudoti įjungtą-apkrovos atšakų keitiklį (OLTC) arba išjungtą{2}}apkrovos atšakų keitiklį.

OLTC gali reguliuoti įtampą, kol transformatoriui lieka įtampa, o išjungus{0}}apkrovos atšakų keitiklį reikia atjungti transformatorių prieš pakeičiant čiaupo padėtį.

 

6.6 Efektyvumas ir energijos nuostoliai

Traukos transformatoriai skirti aukštam efektyvumui, nes jie veikia dažnai ir kintančiomis apkrovos sąlygomis. Jų energijos nuostoliai daugiausia apima šerdies nuostolius ir apkrovos nuostolius.

• Pagrindiniai nuostoliai: daugiausia dėl histerezės ir sūkurinių srovių transformatoriaus šerdyje. Šie nuostoliai išlieka santykinai stabilūs, kai transformatorius įjungiamas.
• Apkrovos nuostoliai: daugiausia dėl apvijų varžos ir didėjant apkrovos srovės kvadratui.
• Kiti nuostoliai: Prie bendrų nuostolių taip pat gali priklausyti atsitiktiniai nuostoliai, dielektriniai nuostoliai ir aušinimo įrangos sunaudota galia.

Faktinis efektyvumas ir nuostoliai priklauso nuo transformatoriaus konstrukcijos, vardinės galios, medžiagų, aušinimo būdo ir darbinės apkrovos. Todėl transformatoriaus efektyvumo ir nuostolių vertės turėtų būti įvertintos pagal konkrečius projekto reikalavimus ir taikomus standartus.

 

6.7 Apsauga ir bandymai

Patikima apsauga yra būtina, nes traukos transformatoriai veikia esant didelėms elektrinėms ir dinaminėms apkrovoms. Įprastos apsaugos ir stebėjimo funkcijos apima:

• Apsauga nuo viršsrovių
• Apsauga nuo viršįtampio
• Temperatūros stebėjimas
• Izoliacijos stebėjimas
• Apsauga nuo įžeminimo gedimų

Traukos transformatoriaus bandymai atliekami siekiant patikrinti elektrines charakteristikas, izoliacijos stiprumą, temperatūros charakteristikas ir bendrą patikimumą prieš pradedant naudoti transformatorių.

Galutinės traukos transformatoriaus specifikacijos ir nominalai turėtų būti nustatomi atsižvelgiant į geležinkelio įtampos sistemą, dažnį, galios poreikį, įrengimo sąlygas, aušinimo būdą ir taikomus standartus.

 

6.8 Pagrindiniai projektavimo iššūkiai

Geležinkelio traukos transformatoriai turi suderinti kelis reikalavimus, įskaitant:

Didelė galia: valdyti didelius ir greitai besikeičiančius krovinius.

Šilumos valdymas: Išsklaidyti šilumą sudėtingomis darbo sąlygomis.

Mechaninis stiprumas: Atspari vibracijai ir mechaniniam įtempimui.

Kompaktiškumas: atitinka erdvės ir svorio apribojimus, ypač naudojant laive.

Patikimumas: Palaikykite stabilų veikimą su minimalia priežiūra.

 

7. Kaip pasirinkti geležinkelio transformatorių?

Tinkamo geležinkelio transformatoriaus pasirinkimas priklauso nuo geležinkelio elektros sistemos, apkrovos reikalavimų, įrengimo sąlygų ir taikomų standartų. Prieš pateikdami užsakymą, svarbu patvirtinti šias pagrindines specifikacijas.

 

7.1 Nominali galia ir įtampa

Transformatorius turi būti pakankamai galingas, kad galėtų atlaikyti numatomą geležinkelio apkrovą, įskaitant didžiausią ir besikeičiančią apkrovą eksploatacijos metu. Reikalinga vardinė galia ir aukštos įtampos

SCOTECH gali pateikti transformatorius, kurių vardinė galia iki 100 MVA ir vardinė aukštoji įtampa iki 132 kV, su pritaikytais vardiniais parametrais pagal projekto reikalavimus.

 

7.2 Prijungimo ir fazės reikalavimai

Transformatoriaus jungtis turi atitikti geležinkelio traukos sistemą ir jos maitinimo konfigūraciją. Skirtingoms geležinkelio reikmėms gali prireikti skirtingų fazių išdėstymo ir apvijų jungčių.

Galimos prisijungimo parinktys:

• YN, d11
• YN, d11, d5
• V₀V₀
• Scott{0}}prijungtas (3 fazių / 2 fazių)
• Leblanc{0}}prijungtas (3 fazių / 2 fazių)
• Woodbridge{0}}prijungtas (3 fazių / 2 fazių)

 

7.3 Izoliacijos ir aušinimo terpė

Izoliacinės ir aušinimo terpės pasirinkimas priklauso nuo montavimo aplinkos, eksploatacinių savybių ir projekto specifikacijų.

SCOTECH gali pasiūlyti įvairių variantų, įskaitant FR3, mineralinę alyvą, silikoną, angliavandenilį ir augalinį aliejų.

Aušinimo sistemas taip pat galima sukonfigūruoti pagal transformatoriaus įvertinimą ir pritaikymą, naudojant cinkuotus arba nerūdijančio plieno{0}}radiatorius.

 

7.4 Bakas ir priedai

Transformatoriaus bakas ir dangtis turi užtikrinti pakankamą mechaninį stiprumą ir vidinių komponentų apsaugą. Atsižvelgdama į projekto reikalavimus, SCOTECH siūlo švelnaus plieno arba nerūdijančio plieno talpyklas ir dangčius.

Taip pat galima konfigūruoti papildomų priedų, įskaitant:

• Buchholzo estafetė
• Srovės transformatorius (CT)
• Į{0}}įkelkite čiaupų keitiklį (OLTC)
• Skirstymo dėžė
• Apvijos temperatūros indikatorius
• Kiti stebėjimo ir apsaugos priedai

 

7.5 Varža ir pasirinktiniai reikalavimai

Transformatoriaus varža turi įtakos įtampos reguliavimui ir trumpojo jungimo{0}} veikimui, todėl ją reikia pasirinkti pagal geležinkelio sistemos reikalavimus.

SCOTECH palaiko pasirinktinę varžą ir prireikus gali suteikti elektrostatinį ekraną. Kiti transformatoriaus parametrai taip pat gali būti pritaikyti pagal projekto specifikaciją.

 

7.6 Standartai ir bandymai

Geležinkelio transformatoriai turėtų būti projektuojami ir išbandomi pagal konkrečiam projektui ir rinkai reikalingus standartus. SCOTECH projektuoja transformatorius pagal taikomus IEC, ANSI/IEEE, NEMA, CSA ir kitus atitinkamus standartus.

Prieš pasirinkdami geležinkelio transformatorių, patvirtinkite reikiamą galią, įtampą, dažnį, jungtį, izoliaciją ir aušinimo terpę, varžą, priedus, montavimo sąlygas ir taikomus standartus. Šios informacijos pateikimas transformatoriaus gamintojui padeda užtikrinti, kad galutinis projektas atitiktų geležinkelio elektros energijos sistemą ir eksploatavimo reikalavimus.