Járnbrautarspennir: Tegundir, forskriftir og forrit

 

Inngangur

Hár-hraðalestir, sporvagnar, léttlestir, neðanjarðarlestir og hefðbundnar lestir eru allar háðar áreiðanlegri aflgjafa til að starfa á öruggan og skilvirkan hátt. Á bak við þessa aflgjafa er úrval sérhæfðra járnbrautarspenna, hannað til að umbreyta og dreifa raforku fyrir mismunandi hluta rafvæðingarkerfis járnbrauta. Meðal þeirra,gripspennargegna lykilhlutverki. Þau eru notuð í aðveitustöðvum fyrir járnbrautir og, í sumum forritum, um borð í lestum til að breyta raforku í þá spennu og uppsetningu sem járnbrautardráttarkerfi krefjast. Í þessari grein útskýrum við hvað járnbrautarspennir er, hvernig togspennir virka, helstu gerðir járnbrautarspenna, helstu forskriftir þeirra og hvernig á að velja réttan spenni fyrir járnbrautaaflgjafakerfi.

 

Hvað er járnbrautarspennir?

Járnbrautarspennir er hannaður til notkunar í rafvæðingarkerfum járnbrauta til að umbreyta, einangra og dreifa raforku fyrir lestir og tengdan búnað. Ein helsta gerðin er togspennirinn, sem gefur rafmagn til járnbrautardráttarkerfisins.

Járnbrautarspennir, einnig þekktur sem togspennir, breytir venjulega há-riðstraumafli frá rafveitukerfi eða járnbrautaraflgjafakerfi í spennu sem hentar togkerfinu. Það er almennt sett upp á aðveitustöð fyrir járnbrautir, þar sem það veitir afl til loftnets eða þriðja -járnbrautakerfis. Sumir togspennar eru einnig hannaðir fyrir beina uppsetningu á raflestum.

Ólíkt hefðbundnum aflspennum þarf togspennir að takast á við tíðar og hraðar breytingar á álagi. Hröðun lestar getur valdið skyndilegri straumaukningu, en hemlun og breytingar á lestarrekstri geta valdið frekari breytingum á rafálagi. Þess vegna eru togspennar fyrir járnbrautir hannaðir fyrir áreiðanlega notkun undir kraftmiklu álagi, rafmagnsálagi, titringi og öðrum krefjandi járnbrautaraðstæðum.

Fyrir víðtækari kynningu á byggingu og íhlutum gripspenni

sjá okkarYfirlit yfir togspennir.

 

3. Railway Transformer Working Principle

Vinnureglan um járnbrautarspennir er byggð á rafsegulinnleiðslu. Í aðveitustöð dregur spennirinn niður há-afl frá raforkukerfi eða járnbrautarneti í spennu sem hentar togkerfi járnbrauta.

Há-spennuinntak: Rafmagn frá loftlínum eða þriðja-járnbrautarkerfum er fært inn í aðalvindu járnbrautarspennisins. Inntaksspennan getur verið á bilinu 15 kV til 25 kV, allt eftir járnbrautakerfinu.

 

Spennabreyting:Há-spennuinntakið kveikir á frumvindunni og skapar breytilegt segulsvið í spennikjarnanum. Með rafsegulvirkjun framkallar þetta segulsvið lægri spennu í aukavindunni, þar sem spennan ákvarðast af snúningshlutfalli spenni.

 

Reglugerð um spennu: Járnbrautarspennirinn stillir spennuna til að passa við kröfur togkerfis lestarinnar, venjulega lækkar það niður í lægra spennustig sem hentar knúningsbúnaði lestarinnar.

 

Kraftafhending: Umbreytt afl er síðan komið til dráttarkerfisins, þar með talið dráttarmótora eða annan búnað um borð, sem gerir lestinni kleift að starfa.

 

Vörn og eftirlit: Járnbrautarspennar verða að takast á við bæði háa innspennu og mismunandi álagsþörf meðan á lest stendur. Hlífðartæki eins og aflrofar og skynjarar fylgjast með hitastigi, spennu og straumi til að tryggja örugga og áreiðanlega notkun.

 

Endurgjöf og aðlögun: Stöðugt eftirlit gerir kerfinu kleift að bregðast við breytingum á álagi og rekstrarskilyrðum, hjálpa til við að viðhalda stöðugri frammistöðu og koma í veg fyrir bilanir.

 

4. Tegundir járnbrautarspenna

Það eru til nokkrar gerðir af járnbrautarspennum og hönnun þeirra er breytileg eftir aflgjafakerfi járnbrautar, uppsetningarstað og notkun. Helstu tegundirnar eru kyrrstæðir togspennar, innbyggðir togspennar, sjálfvirkir-spennarar og fjöl-togspennir.

 

4.1 Kyrrstæðir togspennir

Kyrrstæðir togspennir eru settir upp við tengivirki járnbrauta meðfram járnbrautarlínunni. Þeir lækka há-afl frá raforkukerfinu eða járnbrautarneti áður en þeir veita rafmagni til lestarinnar í gegnum loftnetið eða þriðju járnbrautina.

Þessir spennar eru almennt notaðir í rafvæðingarkerfum járnbrauta til að veita stöðuga og áreiðanlega aflgjafa fyrir raflestir.

 

4.2 Traction Transformers um borð

Dráttarspennar um borð eru settir beint á raflestir eða eimreiðar. Þeir eru með netta og létta hönnun vegna þess að þeir verða að hreyfa sig með lestinni á meðan þeir höndla miklar-aflþörf gripkerfisins.

Þessir spennibreytar fá afl frá loftkerfi járnbrauta og stíga það niður í hæfilega spennu fyrir tog og rafbúnað lestarinnar.

 

4.3 Traction Auto-Transformers

Traction Auto-spennarar eru notaðir í raforkukerfi járnbrauta, sérstaklega í há-spennu og háhraða járnbrautum. Þeir hjálpa til við að viðhalda nauðsynlegri spennu meðfram járnbrautarlínunni og geta dregið úr spennufalli og orkutapi yfir langar vegalengdir.

Ólíkt hefðbundnum tveimur-vindaspennum, notar sjálfvirkur-spennir sameiginlega vinda fyrir hluta af aðal- og aukarásum.

 

4.4 Multi-kerfisdráttarspennar

Fjöl-kerfisdráttarspennar eru hannaðir fyrir raflestir sem ganga þvert á járnbrautarkerfi með mismunandi rafvæðingarkerfum. Þeir geta tekið við mismunandi framboðsspennum og tíðni, sem gerir lestum kleift að keyra yfir svæði eða lönd með mismunandi járnbrautarorkustaðla.

 

4.5 Transformers fyrir AC og DC togkerfi

Einnig er hægt að flokka járnbrautarspennu eftir tegund járnbrautaaflgjafa.

Rafstraumspennar eru notaðir í rafvæðingarkerfum fyrir AC járnbrautir, þar á meðal mörg -lengdar- og-háhraðalestinet. Þeir lækka innkomandi riðstraumspennuna niður í það stig sem dráttarkerfi lestarinnar krefst.

DC togkerfi eru almennt notuð fyrir neðanjarðarlestir, sporvagna og úthverfa járnbrautir. Í þessum kerfum eru spennar almennt notaðir ásamt afriðlum til að breyta komandi riðstraumsafli í það jafnstraumsafl sem járnbrautarkerfið þarfnast.

Val á járnbrautarspenni fer eftir rafvæðingarkerfi járnbrauta, spennu og tíðni, uppsetningargerð, lestarkröfum og rekstrarskilyrðum.

 

5. Notkun járnbrauta togstraumbreyta

Járnbrautarspennir eru aðallega notaðir í rafvæddum járnbrautarkerfum til að veita áreiðanlega afl fyrir lestir og tengdan járnbrautarbúnað. Notkun þeirra er mismunandi eftir gerð járnbrautar, lestar og rafvæðingarkerfis.

 

6. Railway Traction Transformer Hönnun og upplýsingar

Hönnun togspennisins fer eftir rafvæðingarkerfi járnbrautar, gerð uppsetningar, spennustig, aflþörf og rekstrarskilyrði. Í samanburði við venjulega aflspenna þurfa járnbrautarspennar að þola tíðar álagsbreytingar, vélrænan titring, rafmagnsálag og krefjandi rekstrarskilyrði.

 

6.1 Kjarni og vafningar

Spennikjarninn veitir litla- tregðu leið fyrir segulflæði milli vafninganna. Hágæða kjarnaefni og stíf smíði hjálpa spenninum að viðhalda áreiðanlegri afköstum undir sveiflukenndu járnbrautarálagi.

Vafningarnar eru hannaðar í samræmi við nauðsynlega spennu og afl. Hágæða leiðaraefni og einangrunarkerfi eru notuð til að veita vélrænan styrk og rafeinangrun sem þarf fyrir járnbrautarnotkun.

 

6.2 Spenna og tíðni

Forskriftir togspennisins eru háðar aflgjafakerfi járnbrautarinnar. Algengar framboðsstig járnbrauta eru:

• 15 kV, 16,7 Hz AC - notað í sumum evrópskum járnbrautarkerfum.
• 25 kV, 50/60 Hz AC - mikið notað fyrir rafvæðingu járnbrauta.
• 1,5 kV DC og 3 kV DC togkerfi - notuð í sumum þéttbýli og hefðbundnum járnbrautarkerfum.

Framleiðsluspennan er valin í samræmi við kröfur dráttarkerfisins og rafbúnaðar.

 

6.3 Power Rating

Einkunn dráttarspennisins er venjulega tilgreind í kVA eða MVA og fer eftir lestinni, járnbrautarkerfinu og væntanlegu álagi. Mismunandi forrit gætu krafist mismunandi aflmagns, allt frá smærri einingum fyrir léttlestar og sporvagna til spennubreyta með meiri-afköstum fyrir háhraðalestir og þunga-lestakerfi.

Spennirinn verður einnig að vera hannaður til að standast skammtíma-ofhleðslu og hraðar breytingar á álagi við hröðun lestar, hemlun og venjulega notkun.

 

6.4 Kæling og framkvæmdir

Dráttarspennir geta notað mismunandi kæliaðferðir eftir uppsetningu og aflþörf.

Olíu-spennir nota einangrunarvökva bæði til kælingar og einangrunar.

Þurrar-tegundarspennar nota loft til kælingar og fast einangrunarefni, sem gerir þá hentuga fyrir notkun þar sem olía er ekki valin.

Fyrir notkun um borð verður spennirinn einnig að uppfylla strangar kröfur um pláss og þyngd. Það fer eftir lestarhönnuninni, hægt er að setja spenni upp í vélaherbergjum, undir gólfi, á lágum-gólfsvæðum eða á þaki.

 

6.5 Krakkaskipti og spennustjórnun

Hægt er að nota kranaskipti til að stilla spennispennuna í samræmi við kröfur járnbrautarorkukerfisins. Það fer eftir forritinu, dráttarspennir geta notað á-álagstrappaskipti (OLTC) eða slökkt-krakkaskipti.

OLTC getur stillt spennuna á meðan spennirinn er áfram spenntur, en slökkt-kranaskipti krefst þess að spennirinn sé aftengdur áður en kranastöðunni er breytt.

 

6.6 Nýtni og orkutap

Togspennar eru hannaðir fyrir mikla afköst vegna þess að þeir starfa við tíðar og breytilegar álagsaðstæður. Orkutap þeirra felur aðallega í sér kjarnatap og álagstap.

• Kjarnatap: Aðallega af völdum hysteresis og hringstrauma í spennikjarna. Þetta tap er tiltölulega stöðugt þegar spennirinn er spenntur.
• Álagstap: Aðallega af völdum vindaviðnáms og eykst með veldi álagsstraumsins.
• Annað tap: Flækingstap, rafmagnstap og aflið sem kælibúnaður notar geta einnig stuðlað að heildartapi.

Raunveruleg skilvirkni og tap fer eftir hönnun spenni, nafnafli, efni, kæliaðferð og rekstrarálagi. Þess vegna ætti að meta skilvirkni spenni og tapgildi í samræmi við sérstakar kröfur verkefnisins og viðeigandi staðla.

 

6.7 Vörn og prófun

Áreiðanleg vörn er nauðsynleg vegna þess að togspennar starfa undir miklu rafmagni og kraftmiklu álagi. Dæmigerð verndar- og eftirlitsaðgerðir eru:

• Yfirstraumsvörn
• Yfirspennuvörn
• Vöktun hitastigs
• Einangrunareftirlit
• Jarðbilunarvarnir

Spennirprófanir eru gerðar til að sannreyna rafmagnsgetu, einangrunarstyrk, hitastig og heildaráreiðanleika áður en spennirinn er tekinn í notkun.

Endanleg forskriftir og einkunnir fyrir togspenni skulu ákvarðaðar í samræmi við járnbrautarspennukerfi, tíðni, aflþörf, uppsetningarskilyrði, kæliaðferð og viðeigandi staðla.

 

6.8 Helstu hönnunaráskoranir

Járnbrautarspennir þurfa að koma jafnvægi á nokkrar kröfur, þar á meðal:

Mikill kraftur: Meðhöndla mikið og hratt breytilegt álag.

Hitastjórnun: Dreifið hita við krefjandi rekstraraðstæður.

Vélrænn styrkur: Standast titring og vélrænt álag.

Þéttleiki: Uppfylltu takmarkanir á plássi og þyngd, sérstaklega fyrir forrit um borð.

Áreiðanleiki: Halda stöðugum rekstri með lágmarks viðhaldi.

 

7. Hvernig á að velja járnbrautarspennir?

Val á réttum járnbrautarspenni fer eftir raforkukerfi járnbrautar, álagskröfum, uppsetningarskilyrðum og viðeigandi stöðlum. Áður en pöntun er lögð er mikilvægt að staðfesta eftirfarandi lykilforskriftir.

 

7.1 Mál afl og spenna

Spennirinn ætti að hafa nægilega afkastagetu til að takast á við væntanlegt járnbrautarálag, þar með talið hámarksálag og breytilegt álag meðan á notkun stendur. Nauðsynlegt nafnafl og há-spennustig ætti að vera ákvarðað í samræmi við rafveitukerfi járnbrauta.

SCOTECH getur veitt spennum allt að 100 MVA nafnafl og háspennu allt að 132 kV, með sérsniðnum einkunnum í boði í samræmi við kröfur verkefnisins.

 

7.2 Tengingar- og áfangakröfur

Spennitengingin ætti að passa við togkerfi járnbrautar og aflgjafastillingu þess. Mismunandi járnbrautarforrit geta krafist mismunandi fasafyrirkomulags og vindatenginga.

Tiltækir tengimöguleikar eru:

• YN,d11
• YN,d11,d5
• V₀V₀
• Scott-tengdur (3-fasa/2-fasa)
• Leblanc-tengdur (3-fasa/2-fasa)
• Woodbridge-tengd (3-fasa/2-fasa)

 

7.3 Einangrun og kælimiðill

Val á einangrunar- og kælimiðli fer eftir uppsetningarumhverfi, frammistöðukröfum og verklýsingum.

SCOTECH getur boðið upp á mismunandi valkosti, þar á meðal FR3, jarðolíu, sílikon, kolvetni og jurtaolíu.

Einnig er hægt að stilla kælikerfi í samræmi við einkunn spenni og notkun, með galvaniseruðu eða ryðfríu -stálofnum í boði.

 

7.4 Tankur og fylgihlutir

Spennigeymirinn og hlífin ættu að veita nægilega vélrænan styrk og vernd fyrir innri hluti. Það fer eftir kröfum verkefnisins, SCOTECH býður upp á geyma og hlífar úr mildu stáli eða ryðfríu-stáli.

Einnig er hægt að stilla aukahluti, þar á meðal:

• Buchholz boðhlaup
• Straumspennir (CT)
• Á-hlaða kranaskipti (OLTC)
• Marshalling kassi
• Vísir fyrir vindhitastig
• Aðrir fylgihlutir fyrir eftirlit og vernd

 

7.5 Viðnám og sérsniðnar kröfur

Viðnám spenni hefur áhrif á spennustjórnun og skammhlaupsvirkni, svo það ætti að vera valið í samræmi við kröfur járnbrautarkerfisins.

SCOTECH styður sérsniðna viðnám og getur veitt rafstöðueiginleikahlíf þegar þess er krafist. Aðrar spennibreytur er einnig hægt að aðlaga í samræmi við verklýsinguna.

 

7.6 Staðlar og prófun

Járnbrautarspennar ættu að vera hannaðir og prófaðir í samræmi við staðla sem krafist er fyrir tiltekið verkefni og markað. SCOTECH hannar spenni samkvæmt viðeigandi IEC, ANSI/IEEE, NEMA, CSA og öðrum viðeigandi stöðlum.

Áður en þú velur járnbrautarspennir skaltu staðfesta tilskilið aflmagn, spennu, tíðni, tengingu, einangrun og kælimiðil, viðnám, fylgihluti, uppsetningarskilyrði og viðeigandi staðla. Að veita spenniframleiðanda þessar upplýsingar hjálpar til við að tryggja að endanleg hönnun passi við raforkukerfi járnbrautar og rekstrarkröfur.