Railway Transformer: Mga Uri, Detalye at Aplikasyon

 

Panimula

Ang mga high-mabilis na tren, tram, light rail, metro, at conventional na tren ay nakadepende lahat sa isang maaasahang supply ng kuryente upang gumana nang ligtas at mahusay. Sa likod ng power supply na ito ay isang hanay ng mga dalubhasang railway transformer, na idinisenyo upang i-convert at ipamahagi ang electrical power para sa iba't ibang bahagi ng isang railway electrification system. Sa kanila,traksyonmga transformergumaganap ng isang mahalagang papel. Ginagamit ang mga ito sa mga substation ng traksyon ng tren at, sa ilang mga aplikasyon, mga onboard na tren upang i-convert ang kuryente sa boltahe at pagsasaayos na kinakailangan ng mga sistema ng traksyon ng tren. Sa artikulong ito, ipinapaliwanag namin kung ano ang transformer ng tren, kung paano gumagana ang mga transformer ng traksyon, ang mga pangunahing uri ng mga transformer ng tren, ang kanilang mga pangunahing detalye, at kung paano pumili ng tamang transpormer para sa isang sistema ng supply ng kuryente ng tren.

 

Ano ang railway traction transformer?

Ang railway transformer ay idinisenyo para gamitin sa mga railway electrification system para mag-convert, mag-isolate, at mag-distribute ng electrical power para sa mga tren at mga kaugnay na kagamitan. Ang isa sa mga pangunahing uri ay ang transpormer ng traksyon, na nagbibigay ng kapangyarihan sa sistema ng traksyon ng tren.

Ang railway traction transformer, na kilala rin bilang traction power transformer, ay karaniwang nagko-convert ng mataas-boltahe na AC power mula sa utility grid o isang railway power supply network sa isang boltahe na angkop para sa traction system. Karaniwan itong naka-install sa isang railway traction substation, kung saan nagbibigay ito ng kuryente sa overhead catenary o ikatlong-rail system. Ang ilang mga transformer ng traksyon ay idinisenyo din para sa direktang pag-install sa mga de-koryenteng tren.

Hindi tulad ng maginoo na mga transformer ng kuryente, ang isang transpormer ng traksyon ay dapat hawakan ang madalas at mabilis na mga pagbabago sa pagkarga. Ang pagpapabilis ng tren ay maaaring magdulot ng biglaang pagtaas ng agos, habang ang pagpepreno at mga pagbabago sa pagpapatakbo ng tren ay maaaring magdulot ng karagdagang mga pagkakaiba-iba sa kargang elektrikal. Samakatuwid, ang mga transformer ng traksyon ng tren ay idinisenyo para sa maaasahang operasyon sa ilalim ng mga dynamic na pagkarga, mga de-koryenteng stress, panginginig ng boses, at iba pang hinihingi na mga kondisyon ng tren.

Para sa isang mas malawak na pagpapakilala sa konstruksyon at mga bahagi ng transformer ng traksyon

tingnan ang amingPangkalahatang-ideya ng Traction Transformer.

 

3. Prinsipyo sa Paggawa ng Railway Transformer

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng transpormer ng tren ay batay sa electromagnetic induction. Sa isang traction substation, ibinababa ng transpormer ang mataas na-boltahe na kapangyarihan mula sa grid o railway power supply network patungo sa isang boltahe na angkop para sa railway traction system.

Mataas na-Voltage Input: Ang kuryente mula sa mga overhead catenary lines o pangatlong-mga sistema ng tren ay ipinapasok sa pangunahing paikot-ikot ng railway transformer. Ang input boltahe ay maaaring mula sa 15 kV hanggang 25 kV, depende sa sistema ng riles.

 

Pagbabago ng Boltahe:Ang mataas na-boltahe na input ay nagpapasigla sa pangunahing paikot-ikot at lumilikha ng nagbabagong magnetic field sa core ng transformer. Sa pamamagitan ng electromagnetic induction, ang magnetic field na ito ay nag-uudyok ng mas mababang boltahe sa pangalawang paikot-ikot, na ang boltahe ay tinutukoy ng ratio ng transformer turns.

 

Regulasyon ng Boltahe: Inaayos ng transpormer ng tren ang boltahe upang tumugma sa mga kinakailangan ng sistema ng traksyon ng tren, kadalasang binabawasan ito sa mas mababang antas ng boltahe na angkop para sa kagamitan sa pagpapaandar ng tren.

 

Paghahatid ng kuryente: Ang nabagong kapangyarihan ay ihahatid sa sistema ng traksyon, kabilang ang mga traksyon na motor o iba pang kagamitan sa onboard, na nagpapagana sa tren na umandar.

 

Proteksyon at Kontrol: Dapat hawakan ng mga transformer ng tren ang parehong mataas na boltahe ng input at iba't ibang hinihingi ng pagkarga sa panahon ng pagpapatakbo ng tren. Ang mga proteksiyong device gaya ng mga circuit breaker at sensor ay sinusubaybayan ang temperatura, boltahe, at kasalukuyang upang matiyak ang ligtas at maaasahang operasyon.

 

Feedback at Pagsasaayos: Ang patuloy na pagsubaybay ay nagbibigay-daan sa system na tumugon sa mga pagbabago sa pagkarga at mga kondisyon ng pagpapatakbo, na tumutulong na mapanatili ang matatag na pagganap at maiwasan ang mga pagkabigo.

 

4. Mga Uri ng Railway Transformer

Mayroong ilang mga uri ng mga transformer ng tren, at ang kanilang mga disenyo ay nag-iiba depende sa sistema ng supply ng kuryente ng tren, lokasyon ng pag-install, at aplikasyon. Kasama sa mga pangunahing uri ang mga nakatigil na transformer ng traksyon, mga transformer ng traksyon sa onboard, mga-transformer ng sasakyan, at mga transpormer ng multi-system traction.

 

4.1 Nakatigil na Traction Transformer

Ang mga nakatigil na transformer ng traksyon ay inilalagay sa mga substation ng tren sa kahabaan ng linya ng tren. Ibinababa nila ang mataas na-boltahe na kapangyarihan mula sa grid o railway power supply network bago magbigay ng kuryente sa tren sa pamamagitan ng overhead catenary system o ikatlong riles.

Ang mga transformer na ito ay karaniwang ginagamit sa mga sistema ng elektripikasyon ng tren upang magbigay ng matatag at maaasahang suplay ng kuryente para sa mga de-koryenteng tren.

 

4.2 Onboard Traction Transformer

Direktang naka-install ang mga onboard traction transformer sa mga de-koryenteng tren o lokomotibo. Mayroon silang compact at magaan na disenyo dahil dapat silang gumalaw kasama ng tren habang hinahawakan ang mataas na-power demands ng traction system.

Ang mga transformer na ito ay tumatanggap ng kuryente mula sa railway overhead system at ibinababa ito sa isang angkop na boltahe para sa traksyon ng tren at mga kagamitang elektrikal.

 

4.3 Traction Auto-Mga Transformer

Ang mga traction auto-transformer ay ginagamit sa mga sistema ng supply ng kuryente ng tren, partikular sa mataas na-boltahe at mataas na-mabilis na rail application. Tumutulong sila na mapanatili ang kinakailangang boltahe sa kahabaan ng linya ng tren at maaaring mabawasan ang pagbaba ng boltahe at pagkawala ng kuryente sa malalayong distansya.

Hindi tulad ng karaniwang dalawang-winding transformer, ang isang auto-transformer ay gumagamit ng karaniwang winding para sa bahagi ng pangunahin at pangalawang circuit.

 

4.4 Multi-System Traction Transformer

Ang multi{0}}system traction transformer ay idinisenyo para sa mga de-koryenteng tren na tumatakbo sa mga network ng tren na may iba't ibang sistema ng elektripikasyon. Maaari silang tumanggap ng iba't ibang mga boltahe at dalas ng suplay, na nagpapahintulot sa mga tren na gumana sa mga rehiyon o bansa na may iba't ibang pamantayan ng kuryente sa tren.

 

4.5 Mga Transformer para sa AC at DC Traction System

Ang mga transformer ng traksyon ng tren ay maaari ding mauri ayon sa uri ng supply ng kuryente sa tren.

Ang mga AC traction transformer ay ginagamit sa mga AC railway electrification system, kabilang ang maraming long-distansya at high-speed rail network. Ibinababa nila ang papasok na boltahe ng AC sa antas na kinakailangan ng sistema ng traksyon ng tren.

Ang mga sistema ng traksyon ng DC ay karaniwang ginagamit para sa mga tren, tram, at suburban na riles. Sa mga sistemang ito, ang mga transformer ay karaniwang ginagamit kasama ng mga rectifier upang i-convert ang papasok na AC power sa DC power na kinakailangan ng sistema ng tren.

Ang pagpili ng railway transpormer ay depende sa railway electrification system, boltahe at dalas, uri ng pag-install, mga kinakailangan ng tren, at mga kondisyon ng pagpapatakbo.

 

5. Mga Aplikasyon ng Railway Traction Transformers

Pangunahing ginagamit ang mga transformer ng traksyon ng tren sa mga nakuryenteng sistema ng tren upang magbigay ng maaasahang kapangyarihan para sa mga tren at mga kaugnay na kagamitan sa riles. Ang kanilang mga aplikasyon ay nag-iiba ayon sa uri ng railway, tren, at electrification system.

 

6. Disenyo at Mga Detalye ng Railway Traction Transformer

Ang disenyo ng transformer ng traksyon ay nakasalalay sa sistema ng elektripikasyon ng tren, uri ng pag-install, antas ng boltahe, mga kinakailangan sa kuryente, at mga kondisyon ng pagpapatakbo. Kung ikukumpara sa mga karaniwang power transformer, kailangan ng mga railway transformer na makatiis sa madalas na pagbabago ng load, mechanical vibration, electrical stresses, at demanding operating condition.

 

6.1 Core at Windings

Nagbibigay ang transformer core ng mababang-reluctance path para sa magnetic flux sa pagitan ng mga windings. Ang mataas na-kalidad na mga pangunahing materyales at matibay na konstruksyon ay nakakatulong sa transformer na mapanatili ang maaasahang pagganap sa ilalim ng pabagu-bagong kargada ng tren.

Ang mga windings ay dinisenyo ayon sa kinakailangang boltahe at rating ng kapangyarihan. Ginagamit ang mataas na-kalidad na mga materyales sa konduktor at insulation system para ibigay ang mekanikal na lakas at electrical insulation na kinakailangan para sa mga aplikasyon ng riles.

 

6.2 Boltahe at Dalas

Ang mga detalye ng traction transpormer ay nakasalalay sa sistema ng supply ng kuryente ng tren. Ang mga karaniwang antas ng supply ng riles ay kinabibilangan ng:

• 15 kV, 16.7 Hz AC - na ginagamit sa ilang European railway network.
• 25 kV, 50/60 Hz AC - malawakang ginagamit para sa railway electrification.
• 1.5 kV DC at 3 kV DC traction system - na ginagamit sa ilang urban at conventional railway network.

Ang output boltahe ay pinili ayon sa mga kinakailangan ng sistema ng traksyon at downstream na mga de-koryenteng kagamitan.

 

6.3 Rating ng Kapangyarihan

Ang traction transformer rating ay karaniwang tinutukoy sa kVA o MVA at depende sa tren, railway network, at inaasahang karga. Maaaring mangailangan ng iba't ibang rating ng kuryente ang iba't ibang application, mula sa mas maliliit na unit para sa light rail at tram hanggang sa mas mataas na-mga transformer na may kapasidad para sa mga high-mabilis na tren at mabibigat na-duty na sistema ng riles.

Dapat ding idinisenyo ang transformer upang makayanan ang panandaliang-mga overload at mabilis na pagbabago sa pagkarga sa panahon ng pagbilis ng tren, pagpepreno, at normal na operasyon.

 

6.4 Paglamig at Konstruksyon

Ang mga transformer ng traksyon ay maaaring gumamit ng iba't ibang paraan ng paglamig depende sa mga kinakailangan sa pag-install at kapangyarihan.

Gumagamit ang mga oil-immersed transformer ng insulating liquid para sa parehong paglamig at pagkakabukod.

Gumagamit ang mga dry-type na transformer ng hangin para sa paglamig at solidong mga materyales sa pagkakabukod, na ginagawang angkop ang mga ito para sa mga application kung saan ang langis ay hindi ginustong.

Para sa mga onboard na application, dapat ding matugunan ng transpormer ang mahigpit na espasyo at mga kinakailangan sa timbang. Depende sa disenyo ng tren, maaaring i-install ang mga transformer sa mga machine room, sa ilalim ng sahig, sa mababang-mga lugar sa sahig, o sa bubong.

 

6.5 Tapikin ang Changer at Voltage Regulation

Maaaring gamitin ang isang tap changer upang ayusin ang boltahe ng transpormer ayon sa mga kinakailangan ng sistema ng kuryente ng tren. Depende sa application, maaaring gumamit ang isang traction transformer ng on-load tap changer (OLTC) o isang off-load tap changer.

Maaaring isaayos ng isang OLTC ang boltahe habang ang transformer ay nananatiling may lakas, habang ang isang off-load tap changer ay nangangailangan ng transformer na idiskonekta bago baguhin ang posisyon ng pag-tap.

 

6.6 Kahusayan at Pagkawala ng Enerhiya

Ang mga transformer ng traksyon ay idinisenyo para sa mataas na kahusayan dahil gumagana ang mga ito sa ilalim ng madalas at pagbabago ng mga kondisyon ng pagkarga. Ang kanilang mga pagkawala ng enerhiya ay pangunahing kasama ang mga pangunahing pagkalugi at pagkalugi ng pagkarga.

• Mga pangunahing pagkalugi: Pangunahing sanhi ng hysteresis at eddy currents sa core ng transpormer. Ang mga pagkalugi na ito ay nananatiling medyo matatag kapag ang transpormer ay pinalakas.
• Mga pagkalugi ng load: Pangunahing sanhi ng paikot-ikot na paglaban at pagtaas sa parisukat ng kasalukuyang load.
• Iba pang pagkalugi: Ang stray loss, dielectric losses, at ang power na natupok ng cooling equipment ay maaari ding mag-ambag sa kabuuang pagkalugi.

Ang aktwal na kahusayan at pagkalugi ay nakasalalay sa disenyo ng transpormer, na-rate na kapangyarihan, mga materyales, paraan ng paglamig, at operating load. Samakatuwid, ang kahusayan ng transpormer at mga halaga ng pagkawala ay dapat na masuri ayon sa mga tiyak na kinakailangan ng proyekto at naaangkop na mga pamantayan.

 

6.7 Proteksyon at Pagsubok

Ang maaasahang proteksyon ay mahalaga dahil ang mga transformer ng traksyon ay gumagana sa ilalim ng mataas na electrical at dynamic na pagkarga. Ang mga karaniwang pag-andar ng proteksyon at pagsubaybay ay kinabibilangan ng:

• Proteksyon ng overcurrent
• Proteksyon ng overvoltage
• Pagsubaybay sa temperatura
• Pagsubaybay sa pagkakabukod
• Proteksyon ng ground fault

Isinasagawa ang pagsubok ng traction transformer upang i-verify ang pagganap ng kuryente, lakas ng pagkakabukod, pagganap ng temperatura, at pangkalahatang pagiging maaasahan bago ilagay sa serbisyo ang transpormer.

Ang panghuling traction transformer na mga detalye at rating ay dapat matukoy ayon sa sistema ng boltahe ng tren, dalas, pangangailangan ng kuryente, mga kondisyon ng pag-install, paraan ng paglamig, at mga naaangkop na pamantayan.

 

6.8 Mga Pangunahing Hamon sa Disenyo

Kailangang balansehin ng mga transformer ng traksyon ng tren ang ilang kinakailangan, kabilang ang:

Mataas na kapangyarihan: Pangasiwaan ang mataas at mabilis na pagbabago ng mga pagkarga.

Pamamahala ng thermal: Mag-alis ng init sa ilalim ng hinihingi na mga kondisyon ng pagpapatakbo.

Lakas ng mekanikal: Makatiis sa vibration at mekanikal na stress.

pagiging compact: Matugunan ang mga limitasyon sa espasyo at timbang, lalo na para sa mga onboard na application.

pagiging maaasahan: Panatilihin ang matatag na operasyon na may pinakamababang pagpapanatili.

 

7. Paano Pumili ng Railway Transformer?

Ang pagpili ng tamang railway transformer ay depende sa railway power system, mga kinakailangan sa pagkarga, mga kondisyon sa pag-install, at mga naaangkop na pamantayan. Bago maglagay ng order, mahalagang kumpirmahin ang mga sumusunod na pangunahing detalye.

 

7.1 Na-rate na Power at Boltahe

Ang transpormer ay dapat magkaroon ng sapat na kapasidad upang mahawakan ang inaasahang pagkarga ng riles, kabilang ang peak at pagbabago ng mga karga sa panahon ng operasyon. Ang kinakailangang na-rate na kapangyarihan at mataas-antas ng boltahe ay dapat matukoy ayon sa sistema ng supply ng kuryente sa tren.

Ang SCOTECH ay maaaring magbigay ng mga transformer na may na-rate na kapangyarihan hanggang 100 MVA at naka-rate na mataas na boltahe hanggang 132 kV, na may mga customized na rating na magagamit ayon sa mga kinakailangan ng proyekto.

 

7.2 Mga Kinakailangan sa Koneksyon at Yugto

Ang koneksyon ng transpormer ay dapat tumugma sa sistema ng traksyon ng tren at sa pagsasaayos ng suplay ng kuryente nito. Ang iba't ibang aplikasyon ng riles ay maaaring mangailangan ng iba't ibang phase arrangement at winding connections.

Kasama sa mga available na opsyon sa koneksyon ang:

• YN,d11
• YN,d11,d5
• V₀V₀
• Scott-nakakonekta (3-phase/2-phase)
• Nakakonekta ang Leblanc-(3-phase/2-phase)
• Woodbridge-nakakonekta (3-phase/2-phase)

 

7.3 Insulation at Cooling Medium

Ang pagpili ng insulating at cooling medium ay depende sa installation environment, performance requirements, at project specifications.

Maaaring magbigay ang SCOTECH ng iba't ibang opsyon, kabilang ang FR3, mineral oil, silicone, hydrocarbon, at vegetable oil.

Maaari ding i-configure ang mga cooling system ayon sa rating at application ng transformer, na may available na galvanized o stainless-steel radiators.

 

7.4 Tank at Mga Accessory

Ang tangke at takip ng transpormer ay dapat magbigay ng sapat na lakas ng makina at proteksyon para sa mga panloob na bahagi. Depende sa mga kinakailangan ng proyekto, nag-aalok ang SCOTECH ng banayad na bakal o hindi kinakalawang na-bakal na tangke at pabalat.

Maaari ding i-configure ang mga karagdagang accessory, kabilang ang:

• Buchholz relay
• Kasalukuyang transpormer (CT)
• Sa-load tap changer (OLTC)
• Marshalling box
• Paikot-ikot na tagapagpahiwatig ng temperatura
• Iba pang mga accessory sa pagsubaybay at proteksyon

 

7.5 Impedance at Custom na Kinakailangan

Ang impedance ng transformer ay nakakaapekto sa regulasyon ng boltahe at maikling-pagganap ng circuit, kaya dapat itong piliin ayon sa mga kinakailangan sa sistema ng tren.

Sinusuportahan ng SCOTECH ang custom na impedance at maaaring magbigay ng electrostatic shield kung kinakailangan. Ang iba pang mga parameter ng transpormer ay maaari ding ipasadya ayon sa detalye ng proyekto.

 

7.6 Mga Pamantayan at Pagsubok

Ang mga transformer ng tren ay dapat na idinisenyo at masuri ayon sa mga pamantayang kinakailangan para sa partikular na proyekto at merkado. Ang SCOTECH ay nagdidisenyo ng mga transformer ayon sa naaangkop na IEC, ANSI/IEEE, NEMA, CSA, at iba pang nauugnay na pamantayan.

Bago pumili ng railway transformer, kumpirmahin ang kinakailangang rating ng kuryente, boltahe, dalas, koneksyon, insulation at cooling medium, impedance, accessories, mga kondisyon sa pag-install, at mga naaangkop na pamantayan. Ang pagbibigay ng mga detalyeng ito sa tagagawa ng transformer ay nakakatulong na matiyak na ang panghuling disenyo ay tumutugma sa railway power system at mga kinakailangan sa pagpapatakbo.