Железнички трансформатор: типови, спецификације и примене

 

Увод

Брзи{0}}возови, трамваји, лаке шине, метро и конвенционални возови зависе од поузданог напајања да би функционисали безбедно и ефикасно. Иза овог извора напајања је низ специјализованих железничких трансформатора, дизајнираних да претварају и дистрибуирају електричну енергију за различите делове система за електрификацију железнице. међу њима,вучатрансформаторииграју кључну улогу. Користе се у железничким вучним подстаницама и, у неким применама, у возовима у возилу за претварање електричне енергије у напон и конфигурацију коју захтевају системи за вучу железнице. У овом чланку објашњавамо шта је железнички трансформатор, како функционишу вучни трансформатори, главне врсте железничких трансформатора, њихове кључне спецификације и како одабрати прави трансформатор за железнички систем напајања.

 

Шта је железнички вучни трансформатор?

Железнички трансформатор је дизајниран за употребу у системима за електрификацију железница за претварање, изолацију и дистрибуцију електричне енергије за возове и пратећу опрему. Један од главних типова је вучни трансформатор, који напаја вучни систем железнице.

Железнички вучни трансформатор, такође познат као трансформатор за вучу, обично претвара високо{0}}наизменичну струју високог напона из комуналне мреже или железничке мреже за напајање у напон погодан за вучни систем. Обично се инсталира на железничкој вучној подстаници, где снабдева струјом надземне контактне мреже или системе треће{2}}шине. Неки вучни трансформатори су такође дизајнирани за директну уградњу на електричне возове.

За разлику од конвенционалних енергетских трансформатора, вучни трансформатор мора да поднесе честе и брзе промене оптерећења. Убрзање воза може да изазове нагло повећање струје, док кочење и промене у раду воза могу изазвати даље варијације у електричном оптерећењу. Стога су железнички вучни трансформатори пројектовани за поуздан рад под динамичким оптерећењима, електричним напрезањима, вибрацијама и другим захтевним железничким условима.

За шири увод у конструкцију вучних трансформатора и компоненте

види нашеПреглед тракционог трансформатора.

 

3. Принцип рада железничког трансформатора

Принцип рада железничког трансформатора заснива се на електромагнетној индукцији. У вучној трафостаници, трансформатор спушта-напон високог напона из мреже или железничке мреже за напајање на напон погодан за вучни систем железнице.

Улаз високог{0}}напона: Електрична енергија из надземних водова или система треће -шине се доводи у примарни намотај железничког трансформатора. Улазни напон може да се креће од 15 кВ до 25 кВ, у зависности од железничког система.

 

Трансформација напона:Улаз високог{0}}напона покреће примарни намотај и ствара променљиво магнетно поље у језгру трансформатора. Кроз електромагнетну индукцију, ово магнетно поље индукује нижи напон у секундарном намотају, при чему је напон одређен односом обртаја трансформатора.

 

Регулација напона: Железнички трансформатор прилагођава напон како би одговарао захтевима вучног система воза, обично га смањујући на нижи напонски ниво погодан за погонску опрему воза.

 

Повер Деливери: Трансформисана снага се затим испоручује систему за вучу, укључујући вучне моторе или другу опрему у возилу, омогућавајући возу да ради.

 

Заштита и контрола: Железнички трансформатори морају да поднесу и висок улазни напон и различите захтеве оптерећења током рада воза. Заштитни уређаји као што су прекидачи и сензори прате температуру, напон и струју како би осигурали безбедан и поуздан рад.

 

Повратне информације и подешавање: Континуирано праћење омогућава систему да реагује на промене у оптерећењу и условима рада, помажући у одржавању стабилних перформанси и спречавању кварова.

 

4. Врсте железничких трансформатора

Постоји неколико типова железничких трансформатора, а њихови дизајни варирају у зависности од железничког система напајања, места уградње и примене. Главни типови укључују стационарне вучне трансформаторе, уграђене вучне трансформаторе, ауто-трансформаторе и више-системске вучне трансформаторе.

 

4.1 Стационарни вучни трансформатори

Стационарни вучни трансформатори се постављају на железничким трафостаницама дуж пруге. Они искључују-напон високог напона из мреже или железничке мреже за напајање пре него што пруже струју возу преко надземне контактне мреже или треће шине.

Ови трансформатори се обично користе у системима за електрификацију железница да би обезбедили стабилно и поуздано напајање електричних возова.

 

4.2 Уграђени вучни трансформатори

Уграђени вучни трансформатори се уграђују директно на електричне возове или локомотиве. Имају компактан и лаган дизајн јер морају да се крећу заједно са возом док се носе са великим{1}}захтевима за снагом вучног система.

Ови трансформатори добијају енергију из надземног система железнице и спуштају је на одговарајући напон за вучу и електричну опрему воза.

 

4.3 Трацтион Ауто-Трансформатори

Вучни ауто{0}}трансформатори се користе у железничким системима напајања, посебно у апликацијама на железници високог{1}}напона и-велике брзине. Они помажу у одржавању потребног напона дуж железничке пруге и могу смањити пад напона и губитке снаге на великим удаљеностима.

За разлику од конвенционалних-трансформатора са два намотаја, ауто-трансформатор користи заједнички намотај за део примарног и секундарног кола.

 

4.4 Вучни трансформатори са више-система

Више{0}}системски вучни трансформатори су дизајнирани за електричне возове који раде на железничким мрежама са различитим системима електрификације. Они могу да прилагоде различите напоне и фреквенције напајања, омогућавајући возовима да раде у регионима или земљама са различитим стандардима железничке снаге.

 

4.5 Трансформатори за вучне системе наизменичне и једносмерне струје

Железнички вучни трансформатори се могу класификовати и према врсти железничког напајања.

Трансформатори за вучу наизменичне струје се користе у системима за електрификацију железница наизменичном струјом, укључујући многе{0}}мреже за велике удаљености и велике{1}}железнице. Они смањују улазни наизменични напон на ниво који захтева вучни систем воза.

ДЦ системи за вучу се обично користе за метро возове, трамваје и приградске железнице. У овим системима, трансформатори се генерално користе заједно са исправљачима за претварање долазне наизменичне струје у једносмерну енергију коју захтева железнички систем.

Избор железничког трансформатора зависи од система за електрификацију железнице, напона и фреквенције, врсте инсталације, захтева воза и услова рада.

 

5. Примене железничких вучних трансформатора

Железнички вучни трансформатори се углавном користе у електрификованим железничким системима да би обезбедили поуздано напајање за возове и припадајућу железничку опрему. Њихова примена варира у зависности од типа железнице, воза и система електрификације.

 

6. Дизајн и спецификације железничког вучног трансформатора

Дизајн вучног трансформатора зависи од система електрификације железнице, типа инсталације, нивоа напона, захтева за снагом и услова рада. У поређењу са стандардним енергетским трансформаторима, железнички трансформатори морају да издрже честе промене оптерећења, механичке вибрације, електрична напрезања и захтевне услове рада.

 

6.1 Језгро и намотаји

Језгро трансформатора обезбеђује пут ниске-релуктентности за магнетни флукс између намотаја. Висок-квалитетни материјали језгра и чврста конструкција помажу трансформатору да одржи поуздане перформансе под променљивим оптерећењем на железници.

Намотаји су пројектовани према потребном напону и називној снази. Висок-квалитетни материјали за проводнике и изолациони системи се користе за обезбеђивање механичке чврстоће и електричне изолације потребне за примену на железници.

 

6.2 Напон и фреквенција

Спецификације вучног трансформатора зависе од железничког система напајања. Уобичајени нивои снабдевања железницом укључују:

• 15 кВ, 16,7 Хз АЦ - који се користи у неким европским железничким мрежама.
• 25 кВ, 50/60 Хз АЦ - се широко користи за електрификацију железница.
• 1,5 кВ ДЦ и 3 кВ ДЦ вучни системи - који се користе у неким градским и конвенционалним железничким мрежама.

Излазни напон се бира према захтевима вучног система и низводне електричне опреме.

 

6.3 Називна снага

Назив вучног трансформатора је обично специфициран у кВА или МВА и зависи од воза, железничке мреже и очекиваног оптерећења. Различите примене могу захтевати различите називне снаге, од мањих јединица за лаку железницу и трамваје до-трансформатора већег капацитета за-брзе возове и тешке{3}}железничке системе.

Трансформатор такође мора да буде пројектован да издржи краткорочна-преоптерећења и брзе промене оптерећења током убрзања воза, кочења и нормалног рада.

 

6.4 Хлађење и конструкција

Тракциони трансформатори могу да користе различите методе хлађења у зависности од инсталација и захтева за снагом.

Трансформатори{0}}уроњени у уље користе изолациону течност и за хлађење и за изолацију.

Трансформатори сувог{0}}типа користе ваздух за хлађење и чврсте изолационе материјале, што их чини погодним за примене где уље није пожељно.

За примену на броду, трансформатор такође мора да испуни строге захтеве за простор и тежину. У зависности од дизајна воза, трансформатори могу да се инсталирају у машинским просторијама, испод пода, у ниским-подовима или на крову.

 

6.5 Мењач славина и регулација напона

За подешавање напона трансформатора према захтевима железничког електроенергетског система може се користити измјењивач славина. У зависности од примене, вучни трансформатор може да користи-измјењивач славина под оптерећењем (ОЛТЦ) или искључен-измјењивач.

ОЛТЦ може да подеси напон док трансформатор остаје под напоном, док измењивач славине без{0}}оптерећења захтева да се трансформатор искључи пре него што се промени положај славине.

 

6.6 Ефикасност и губици енергије

Вучни трансформатори су дизајнирани за високу ефикасност јер раде под честим и променљивим условима оптерећења. Њихови губици енергије углавном укључују губитке у језгру и губитке оптерећења.

• Губици језгре: Углавном узроковано хистерезом и вртложним струјама у језгру трансформатора. Ови губици остају релативно стабилни када је трансформатор под напоном.
• Губици оптерећења: Углавном узроковано отпором намотаја и повећава се са квадратом струје оптерећења.
• Остали губици: Лутајући губици, диелектрични губици и снага коју троши опрема за хлађење такође могу допринети укупним губицима.

Стварна ефикасност и губици зависе од дизајна трансформатора, називне снаге, материјала, методе хлађења и радног оптерећења. Стога, ефикасност трансформатора и вредности губитака треба да се процене у складу са специфичним захтевима пројекта и важећим стандардима.

 

6.7 Заштита и тестирање

Поуздана заштита је неопходна јер вучни трансформатори раде под великим електричним и динамичким оптерећењима. Типичне функције заштите и надзора укључују:

• Заштита од прекомерне струје
• Заштита од пренапона
• Праћење температуре
• Мониторинг изолације
• Заштита од земљоспоја

Испитивање вучног трансформатора се спроводи ради верификације електричних перформанси, чврстоће изолације, температурних перформанси и укупне поузданости пре него што се трансформатор стави у рад.

Коначне спецификације и називне вредности вучног трансформатора треба да буду одређене у складу са железничким напонским системом, фреквенцијом, потражњом за снагом, условима уградње, методом хлађења и важећим стандардима.

 

6.8 Кључни изазови дизајна

Железнички вучни трансформатори морају да уравнотеже неколико захтева, укључујући:

Велика снага: Подноси велика оптерећења која се брзо мењају.

Управљање топлотом: Одводи топлоту у захтевним условима рада.

Механичка чврстоћа: Издржи вибрације и механички стрес.

Компактност: Испуњавање ограничења простора и тежине, посебно за апликације на броду.

Поузданост: Одржавање стабилног рада уз минимално одржавање.

 

7. Како одабрати железнички трансформатор?

Избор правог железничког трансформатора зависи од железничког електроенергетског система, захтева оптерећења, услова уградње и применљивих стандарда. Пре него што наручите, важно је да потврдите следеће кључне спецификације.

 

7.1 Називна снага и напон

Трансформатор треба да има довољан капацитет да поднесе очекивано оптерећење железнице, укључујући вршна и променљива оптерећења током рада. Потребна називна снага и ниво високог{1}}напона треба да се одреде у складу са железничким системом напајања.

СЦОТЕЦХ може да обезбеди трансформаторе са називном снагом до 100 МВА и номиналним високим напоном до 132 кВ, са прилагођеним оценама доступним према захтевима пројекта.

 

7.2 Захтеви за повезивање и фазу

Прикључак трансформатора треба да одговара систему вучне пруге и његовој конфигурацији напајања. Различите примене на железници могу захтевати различите распореде фаза и везе намотаја.

Доступне опције повезивања укључују:

• ИН,д11
• ИН,д11,д5
• V₀V₀
• Скот{0}}повезан (3-фазни/2-фазни)
• Лебланц{0}}повезан (3-фазни/2-фазни)
• Воодбридге{0}}повезан (3-фазни/2-фазни)

 

7.3 Изолација и медијум за хлађење

Избор изолационог и расхладног медијума зависи од окружења за уградњу, захтева перформанси и спецификација пројекта.

СЦОТЕЦХ може да обезбеди различите опције, укључујући ФР3, минерално уље, силикон, угљоводоник и биљна уља.

Системи за хлађење такође могу да се конфигуришу у складу са капацитетом трансформатора и применом, са доступним радијаторима од поцинкованог или нерђајућег челика{0}}.

 

7.4 Резервоар и прибор

Резервоар и поклопац трансформатора треба да обезбеде довољну механичку чврстоћу и заштиту за унутрашње компоненте. У зависности од захтева пројекта, СЦОТЕЦХ нуди резервоаре и поклопце од меког челика или{1}}од ​​нерђајућег челика.

Додатни додаци се такође могу конфигурисати, укључујући:

• Бухолц штафета
• Струјни трансформатор (ЦТ)
• {0}}Промена додира (ОЛТЦ) при учитавању
• Марсхаллинг бок
• Индикатор температуре намотаја
• Остали додаци за надзор и заштиту

 

7.5 Импеданса и прилагођени захтеви

Импеданса трансформатора утиче на регулацију напона и перформансе кратког{0}}споја, тако да треба да буде изабрана у складу са захтевима железничког система.

СЦОТЕЦХ подржава прилагођену импедансу и може да обезбеди електростатички штит када је то потребно. Остали параметри трансформатора се такође могу прилагодити према спецификацији пројекта.

 

7.6 Стандарди и тестирање

Железнички трансформатори треба да буду пројектовани и испитани у складу са стандардима потребним за одређени пројекат и тржиште. СЦОТЕЦХ дизајнира трансформаторе према важећим стандардима ИЕЦ, АНСИ/ИЕЕЕ, НЕМА, ЦСА и другим релевантним стандардима.

Пре него што изаберете железнички трансформатор, потврдите потребну снагу, напон, фреквенцију, везу, изолацију и расхладни медијум, импедансу, прибор, услове уградње и важеће стандарде. Достављање ових детаља произвођачу трансформатора помаже да се обезбеди да коначни дизајн одговара железничком електроенергетском систему и оперативним захтевима.