Raudteetrafo: tüübid, spetsifikatsioonid ja rakendused

 

Sissejuhatus

Kiirrongid-, trammid, kergraudtee, metrood ja tavarongid sõltuvad ohutult ja tõhusalt töötamiseks usaldusväärsest toiteallikast. Selle toiteallika taga on hulk spetsiaalseid raudteetrafosid, mis on loodud elektrienergia muundamiseks ja jaotamiseks raudtee elektrifitseerimissüsteemi erinevate osade jaoks. Nende hulgasveojõutrafodmängivad võtmerolli. Neid kasutatakse raudtee veojõu alajaamades ja mõnes rakenduses rongides elektrienergia muundamiseks raudteeveosüsteemide jaoks vajalikuks pingeks ja konfiguratsiooniks. Selles artiklis selgitame, mis on raudteetrafo, kuidas veojõutrafod töötavad, peamised raudteetrafode tüübid, nende peamised spetsifikatsioonid ja kuidas valida raudtee toitesüsteemi jaoks õige trafo.

 

Mis on raudtee veojõutrafo?

Raudteetrafo on ette nähtud kasutamiseks raudtee elektrifitseerimissüsteemides rongide ja nendega seotud seadmete elektrienergia muundamiseks, isoleerimiseks ja jaotamiseks. Üks peamisi tüüpe on veojõutrafo, mis varustab raudtee veosüsteemi toitega.

Raudtee veojõutrafo, tuntud ka kui veojõutrafo, muundab tavaliselt kõrge{0}}pinge vahelduvvoolu elektrivõrgust või raudtee toitevõrgust veosüsteemi jaoks sobivaks pingeks. Tavaliselt paigaldatakse see raudtee veojõu alajaama, kus see varustab elektriga kontaktvõrku või kolmandat{2}}raudteesüsteemi. Mõned veojõutrafod on mõeldud ka otse paigaldamiseks elektrirongidele.

Erinevalt tavapärastest jõutrafodest peab veojõutrafo taluma sagedasi ja kiireid koormuse muutusi. Rongi kiirendamine võib põhjustada voolu järsku suurenemist, samas kui pidurdamine ja muutused rongi töös võivad põhjustada täiendavaid elektrikoormuse muutusi. Seetõttu on raudtee veojõutrafod ette nähtud töökindlaks tööks dünaamiliste koormuste, elektriliste pingete, vibratsiooni ja muude raskete raudteetingimuste korral.

Veojõutrafo ehituse ja komponentide laiemaks tutvustuseks

vaata meieVeojõutrafo ülevaade.

 

3. Raudteetrafo tööpõhimõte

Raudteetrafo tööpõhimõte põhineb elektromagnetilisel induktsioonil. Veoalajaamas alandab trafo kõrge-pinge elektrivõrgust või raudtee toitevõrgust raudtee veosüsteemi jaoks sobiva pingeni.

Kõrge{0}}pinge sisend: Kontaktõhuliinide või kolmandate{0}}raudteesüsteemide elekter juhitakse raudteetrafo primaarmähisesse. Sisendpinge võib olenevalt raudteesüsteemist olla vahemikus 15 kV kuni 25 kV.

 

Pinge teisendus:Kõrgepinge sisend pingestab primaarmähise ja loob transformaatori südamikus muutuva magnetvälja. Elektromagnetilise induktsiooni kaudu indutseerib see magnetväli sekundaarmähises madalama pinge, mille pinge määrab trafo pöörete suhe.

 

Pinge reguleerimine: raudteetrafo reguleerib pinget vastavalt rongi veosüsteemi nõuetele, vähendades selle tavaliselt madalamale pingetasemele, mis sobib rongi jõuseadme jaoks.

 

Toitevarustus: Muundatud võimsus edastatakse seejärel veosüsteemile, sealhulgas veomootoritele või muudele rongis olevatele seadmetele, mis võimaldavad rongil töötada.

 

Kaitse ja kontroll: Raudteetrafod peavad rongi käitamise ajal hakkama saama nii kõrge sisendpingega kui ka muutuva koormusega. Kaitseseadmed, nagu kaitselülitid ja andurid, jälgivad temperatuuri, pinget ja voolu, et tagada ohutu ja usaldusväärne töö.

 

Tagasiside ja kohandamine: Pidev jälgimine võimaldab süsteemil reageerida muutustele koormuses ja töötingimustes, aidates säilitada stabiilset jõudlust ja vältida rikkeid.

 

4. Raudteetrafode tüübid

Raudteetrafosid on mitut tüüpi ja nende konstruktsioonid varieeruvad sõltuvalt raudtee toitesüsteemist, paigalduskohast ja rakendusest. Peamised tüübid hõlmavad statsionaarseid veojõutrafosid, pardal olevaid veojõutrafosid, automaat-trafosid ja mitme-süsteemiga veojõutrafosid.

 

4.1 Statsionaarsed veojõutrafod

Raudtee äärsetesse raudteealajaamadesse paigaldatakse statsionaarsed veojõutrafod. Nad eemaldavad kõrge-pinge elektrivõrgust või raudtee toitevõrgust, enne kui varustavad rongi elektriga kontaktvõrgu või kolmanda rööpa kaudu.

Neid trafosid kasutatakse tavaliselt raudtee elektrifitseerimissüsteemides, et pakkuda elektrirongidele stabiilset ja usaldusväärset toiteallikat.

 

4.2 Pardal olevad veojõutrafod

Pardal olevad veojõutrafod paigaldatakse otse elektrirongidele või veduritele. Neil on kompaktne ja kerge konstruktsioon, kuna nad peavad liikuma koos rongiga, täites samal ajal veosüsteemi suurt-võimsust.

Need trafod saavad voolu raudtee õhusüsteemist ja vähendavad selle rongi veo- ja elektriseadmete jaoks sobivale pingele.

 

4.3 Automaatveo-trafod

Veoauto{0}}trafosid kasutatakse raudtee toitesüsteemides, eriti kõrge{1}}pinge- ja kiirraudtee{2}}rakendustes. Need aitavad säilitada raudteeliinil vajalikku pinget ning võivad vähendada pingelangust ja võimsuskadusid pikkadel vahemaadel.

Erinevalt tavalistest kahe{0}mähisega trafodest kasutab automaat-trafo primaar- ja sekundaarahelate osa jaoks ühist mähist.

 

4.4 Mitme-süsteemiga veojõutrafod

Mitme-süsteemiga veojõutrafod on mõeldud elektrirongidele, mis töötavad erinevate elektrifitseerimissüsteemidega raudteevõrkudes. Need võivad mahutada erineva toitepinge ja sagedusega, võimaldades rongidel töötada piirkondades või riikides, kus on erinevad raudteevõimsuse standardid.

 

4.5 Vahelduv- ja alalisvoolu veosüsteemide trafod

Raudtee veojõutrafosid saab liigitada ka raudtee toiteallika tüübi järgi.

Vahelduvvoolu veojõutrafosid kasutatakse vahelduvvoolu raudtee elektrifitseerimissüsteemides, sealhulgas paljudes pikamaa--ja kiirraudteevõrkudes{1}}. Nad vähendavad sissetulevat vahelduvpinget tasemeni, mida nõuab rongi veosüsteem.

Alalisvoolu veosüsteeme kasutatakse tavaliselt metroorongide, trammide ja linnalähiraudteede jaoks. Nendes süsteemides kasutatakse tavaliselt trafosid koos alalditega, et muuta sissetulev vahelduvvool raudteesüsteemi jaoks vajalikuks alalisvooluks.

Raudteetrafo valik sõltub raudtee elektrifitseerimissüsteemist, pingest ja sagedusest, paigaldustüübist, ronginõuetest ja töötingimustest.

 

5. Raudtee veotransformaatorite rakendused

Raudtee veojõutrafosid kasutatakse peamiselt elektrifitseeritud raudteesüsteemides, et tagada rongidele ja nendega seotud raudteeseadmetele usaldusväärne toide. Nende rakendused varieeruvad sõltuvalt raudtee-, rongi- ja elektrifitseerimissüsteemi tüübist.

 

6. Raudtee veojõutrafo projekt ja spetsifikatsioonid

Veojõutrafo konstruktsioon sõltub raudtee elektrifitseerimissüsteemist, paigaldustüübist, pingetasemest, võimsusnõuetest ja töötingimustest. Võrreldes tavaliste jõutrafodega peavad raudteetrafod taluma sagedasi koormuse muutusi, mehaanilist vibratsiooni, elektrilisi pingeid ja nõudlikke töötingimusi.

 

6.1 Südamik ja mähised

Trafo südamik tagab mähistevahelise magnetvoo jaoks väikese{0}}reluktantsi. Kvaliteetsed-südamiku materjalid ja jäik konstruktsioon aitavad trafol säilitada usaldusväärset jõudlust ka kõikuvate raudteekoormuste korral.

Mähised on projekteeritud vastavalt nõutavale pingele ja võimsusele. Raudteerakenduste jaoks vajaliku mehaanilise tugevuse ja elektriisolatsiooni tagamiseks kasutatakse kvaliteetseid-juhtmaterjale ja isolatsioonisüsteeme.

 

6.2 Pinge ja sagedus

Veojõutrafo spetsifikatsioonid sõltuvad raudtee toitesüsteemist. Üldised raudteevarustustasemed hõlmavad järgmist:

• 15 kV, 16,7 Hz AC - kasutatakse mõnes Euroopa raudteevõrgus.
• 25 kV, 50/60 Hz AC - kasutatakse laialdaselt raudteede elektrifitseerimiseks.
• 1,5 kV alalisvoolu ja 3 kV alalisvoolu veosüsteemid -, mida kasutatakse mõnes linna- ja tavaraudteevõrgus.

Väljundpinge valitakse vastavalt veosüsteemi ja allavoolu elektriseadmete nõuetele.

 

6.3 Nimivõimsus

Veojõutrafo nimiväärtus määratakse tavaliselt kVA-s või MVA-s ning see sõltub rongist, raudteevõrgust ja eeldatavast koormusest. Erinevad rakendused võivad vajada erinevat võimsust, alates väiksematest kergraudtee ja trammide seadmetest kuni suurema-võimsusega trafodeni kiirrongide-ja raskeveokite{3}}raudteesüsteemide jaoks.

Trafo peab olema konstrueeritud ka nii, et see taluks lühiajalist-ülekoormust ja kiireid koormuse muutusi rongi kiirendamise, pidurdamise ja normaalse töö ajal.

 

6.4 Jahutus ja ehitus

Veojõutrafod võivad sõltuvalt paigaldusest ja võimsusnõuetest kasutada erinevaid jahutusmeetodeid.

Õliga sukeldatud trafod kasutavad nii jahutamiseks kui ka isolatsiooniks isolatsioonivedelikku.

Kuiv{0}}tüüpi trafod kasutavad jahutamiseks õhku ja tahkeid isolatsioonimaterjale, mistõttu need sobivad rakendustesse, kus õli ei ole eelistatud.

Pardarakenduste puhul peab trafo vastama ka rangetele ruumi- ja kaalunõuetele. Olenevalt rongi konstruktsioonist võib trafod paigaldada masinaruumidesse, põranda alla, madalale-põrandale või katusele.

 

6.5 Kraanivahetaja ja pingeregulatsioon

Kraanlülitiga saab reguleerida trafo pinget vastavalt raudtee elektrisüsteemi nõuetele. Olenevalt rakendusest võib veojõutrafo kasutada sisse--koormuslülitit (OLTC) või väljalülitatud-koormuslülitit.

OLTC saab pinget reguleerida, kui trafo jääb pingesse, samas kui väljalülitatud-koormusega astmelüliti nõuab trafo lahtiühendamist enne kraani asendi muutmist.

 

6.6 Tõhusus ja energiakaod

Veojõutrafod on loodud suure efektiivsusega, kuna need töötavad sagedaste ja muutuvate koormustingimuste korral. Nende energiakaod hõlmavad peamiselt südamikukadusid ja koormuskadusid.

• Põhikaod: Peamiselt põhjustatud hüstereesist ja pöörisvooludest trafo südamikus. Need kaod jäävad suhteliselt stabiilseks, kui trafo on pingestatud.
• Koormuskaod: Peamiselt põhjustatud mähise takistusest ja suurenemisest koormusvoolu ruuduga.
• Muud kaotused: hajuvad kaod, dielektrikakad ja jahutusseadmete tarbitav võimsus võivad samuti kaasa aidata kogukadudele.

Tegelik kasutegur ja kaod sõltuvad trafo konstruktsioonist, nimivõimsusest, materjalidest, jahutusmeetodist ja töökoormusest. Seetõttu tuleks trafo efektiivsuse ja kadude väärtusi hinnata vastavalt projekti konkreetsetele nõuetele ja kohaldatavatele standarditele.

 

6.7 Kaitse ja testimine

Usaldusväärne kaitse on hädavajalik, sest veojõutrafod töötavad suure elektrilise ja dünaamilise koormuse all. Tüüpilised kaitse- ja jälgimisfunktsioonid hõlmavad järgmist:

• Ülevoolukaitse
• Ülepingekaitse
• Temperatuuri jälgimine
• Isolatsiooni jälgimine
• Maandusvea kaitse

Veojõutrafo testimine viiakse läbi, et kontrollida elektrilist jõudlust, isolatsioonitugevust, temperatuuri jõudlust ja üldist töökindlust enne trafo kasutuselevõttu.

Veojõutrafo lõplikud spetsifikatsioonid ja nimiväärtused tuleks kindlaks määrata vastavalt raudtee pingesüsteemile, sagedusele, võimsusvajadusele, paigaldustingimustele, jahutusmeetodile ja kohaldatavatele standarditele.

 

6.8 Peamised disainiväljakutsed

Raudtee veojõutrafod peavad tasakaalustama mitmeid nõudeid, sealhulgas:

Suur võimsus: Käsitsege suuri ja kiiresti muutuvaid koormusi.

Soojusjuhtimine: Hajutab soojust nõudlikes töötingimustes.

Mehaaniline tugevus: talub vibratsiooni ja mehaanilist pinget.

Kompaktsus: vastake ruumi- ja kaalupiirangutele, eriti pardarakenduste puhul.

Töökindlus: Säilitage stabiilne töö minimaalse hooldusega.

 

7. Kuidas valida raudteetrafot?

Õige raudteetrafo valimine sõltub raudtee elektrisüsteemist, koormusnõuetest, paigaldustingimustest ja kehtivatest standarditest. Enne tellimuse esitamist on oluline kinnitada järgmised peamised spetsifikatsioonid.

 

7.1 Nimivõimsus ja -pinge

Trafol peaks olema piisav võimsus, et taluda raudtee eeldatavat koormust, sealhulgas tipp- ja muutuvaid koormusi töö ajal. Nõutav nimivõimsus ja kõrge{1}}pingetase tuleks määrata vastavalt raudtee toitesüsteemile.

SCOTECH suudab pakkuda trafosid nimivõimsusega kuni 100 MVA ja nimikõrgpingega kuni 132 kV, kusjuures kohandatud nimiväärtused on saadaval vastavalt projekti nõuetele.

 

7.2 Nõuded ühendusele ja faasile

Trafo ühendus peaks vastama raudtee veosüsteemile ja selle toiteallika konfiguratsioonile. Erinevad raudteerakendused võivad vajada erinevat faasikorraldust ja mähisühendusi.

Saadaolevate ühendusvõimaluste hulka kuuluvad:

• YN,d11
• YN, d11, d5
• V₀V₀
• Scott{0}}ühendatud (3-faasiline/2-faasiline)
• Leblanc{0}}ühendatud (3-faasiline/2-faasiline)
• Woodbridge{0}}ühendatud (3-faasiline/2-faasiline)

 

7.3 Isolatsiooni- ja jahutuskeskkond

Isolatsiooni- ja jahutusvahendi valik sõltub paigalduskeskkonnast, jõudlusnõuetest ja projekti spetsifikatsioonidest.

SCOTECH võib pakkuda erinevaid valikuid, sealhulgas FR3, mineraalõli, silikoon, süsivesinik ja taimeõli.

Jahutussüsteeme saab konfigureerida ka vastavalt trafo võimsusele ja rakendusele, saadaval on tsingitud või roostevabast{0}}terasest radiaatorid.

 

7.4 Paak ja tarvikud

Trafo paak ja kate peaksid tagama piisava mehaanilise tugevuse ja sisemiste komponentide kaitse. Olenevalt projekti nõuetest pakub SCOTECH pehmest või roostevabast terasest{1}}paake ja katteid.

Konfigureerida saab ka lisatarvikuid, sealhulgas:

• Buchholzi relee
• Voolutrafo (CT)
• Kraanilüliti-laadimisel (OLTC)
• Jaotuskast
• Mähise temperatuuri indikaator
• Muud seire- ja kaitsetarvikud

 

7.5 Takistus ja kohandatud nõuded

Trafo impedants mõjutab pinge reguleerimist ja lühise{0}}jõudlust, seega tuleks see valida vastavalt raudteesüsteemi nõuetele.

SCOTECH toetab kohandatud impedantsi ja võib vajadusel pakkuda elektrostaatilise varjestuse. Muid trafo parameetreid saab kohandada ka vastavalt projekti spetsifikatsioonile.

 

7.6 Standardid ja testimine

Raudteetrafod tuleks projekteerida ja katsetada vastavalt konkreetse projekti ja turu jaoks nõutavatele standarditele. SCOTECH projekteerib trafosid vastavalt kohaldatavatele IEC, ANSI/IEEE, NEMA, CSA ja teistele asjakohastele standarditele.

Enne raudteetrafo valimist kinnitage nõutav nimivõimsus, pinge, sagedus, ühendus, isolatsioon ja jahutuskeskkond, takistus, tarvikud, paigaldustingimused ja kehtivad standardid. Nende andmete edastamine trafo tootjale aitab tagada, et lõplik projekt vastab raudtee toitesüsteemile ja töönõuetele.