ترانسفورماتورهای کششی برای برق‌رسانی راه‌آهن

تقریباً هر پروژهٔ ریلی به همان شاخه‌بندی می‌رسد. الف ترانسفورماتور کششی برای یک ایستگاه فرعی مشخص می‌شود، و سپس یک جمله می‌آید که کل چیدمان را دوباره می‌نویسد: این واحد روی وسیلهٔ نقلیه قرار می‌گیرد. این جمله ماشین را از یک پد بتنی پشت حصار توری به یک قاب فولادی که زیر بدنهٔ قطار بولت شده است، منتقل می‌کند و منطق حرارتی، مکانیکی و گواهی‌دهی که از آن جا شروع کرده‌اید را تغییر می‌دهد.

 

واحدهای نصب‌شده روی قطار و واحدهای نصب‌شده در کنار ریل، دو مسئلهٔ مهندسی متفاوت هستند

این ماشین‌ها به دو خانواده تقسیم می‌شوند که نام یکسانی دارند اما تقریباً هیچ چیز دیگری را با هم به اشتراک نمی‌گذارند. واحدهای نصب‌شده روی قطار همراه قطار حرکت می‌کنند و از طریق خط کنتاکت هوایی یا ریل سوم تغذیه می‌شوند. واحدهای نصب‌شده در کنار ریل در ایستگاه فرعی کششی قرار دارند و خود خط کنتاکت هوایی را تغذیه می‌کنند. وقتی خریدار از یک تأمین‌کننده می‌خواهد که برای هر دو نوع بدون تفکیک وظیفه قیمت‌گذاری کند، نتیجهٔ معمول این است که دو طرح ناسازگار در یک جدول مقایسه‌ای در کنار هم قرار می‌گیرند.

ولتاژها داستان را روایت می‌کنند. شبکه‌های اصلی اروپایی با ولتاژ ۱۵ کیلوولت و فرکانس ۱۶٫۷ هرتز کار می‌کنند، در حالی که بیشتر سایر سیستم‌های برقی‌شده با ولتاژ ۲۵ کیلوولت و فرکانس ۵۰ هرتز کار می‌کنند. در داخل قطار، این ولتاژ خط کنتاکتی به حدود ۱٫۵ کیلوولت برای مبدل کشش کاهش می‌یابد، در حالی که سیم‌پیچ‌های ثانویهٔ جداگانه با ولتاژ حدود ۴۰۰ ولت تأمین‌کنندهٔ سیستم‌های تهویهٔ مطبوع، روشنایی و کمپرسورها هستند. در راه‌آهن‌های جریان مستقیم با ولتاژهای ۷۵۰ ولت، ۱٫۵ کیلوولت و ۳ کیلوولت، تبدیل انرژی در ایستگاه‌های جانبی راه‌آهن انجام می‌شود؛ بنابراین وظیفهٔ اصلی ترانسفورماتور داخل قطار در این موارد تأمین برق کمکی است نه کشش.

عوامل طراحی در جهت‌های متضادی عمل می‌کنند. واحد جانبی راه‌آهن بر اساس تحمل اتصال کوتاه و حاشیهٔ حرارتی ابعاد‌دهی می‌شود و معمولاً فضای کافی روی پایهٔ نصب برای افزایش اندازهٔ آن وجود دارد. اما واحد داخل قطار بر اساس جرم و حجم ابعاد‌دهی می‌شود، زیرا هر کیلوگرم از هسته و سیم‌پیچی جرمی است که چرخ‌دنده (بوگی) باید حمل کند و انرژی‌ای است که قطار صرف شتاب‌دهی آن می‌کند.

 

آنچه در استاندارد آی‌ئی‌سی ۶۰۳۱۰:۲۰۲۶ تغییر کرد — و چرا مشخصات ترانسفورماتور کشش شما نیازمند بازبینی مجدد است

روی عرشه ترانسفورماتور کششی طراحی بر اساس استاندارد آی‌ئی‌سی ۶۰۳۱۰ انجام می‌شود. ویرایش پنجم این استاندارد در تاریخ ۱۳ آوریل ۲۰۲۶ منتشر شده و ویرایش چهارم سال ۲۰۱۶ را لغو می‌کند. این بازنگری فنی است نه صرفاً ویرایش ویراستاری، و دامنهٔ منتشرشده در صفحهٔ فروشگاه اینترنتی آی‌ئی‌سی ۶۰۳۱۰:۲۰۲۶ مشخص شده است. صفحهٔ فروشگاه اینترنتی آی‌ئی‌سی ۶۰۳۱۰:۲۰۲۶ .

شش تغییر برای هر کسی که مشخصات فنی را می‌نویسد یا بررسی می‌کند اهمیت دارد. مدارهای نمونه برای ترانسفورماتورها و سیم‌پیچ‌ها اضافه شده‌اند که به طراحان مرجعی مشترک برای رایج‌ترین آرایش‌های پیچشی می‌دهد. نمادهای حروفی روش‌های خنک‌کنندگی اکنون تعریف شده‌اند. جدول آزمون عایقی اصلاح شده است. بخش‌های زیرآزمون بازسازی شده‌اند. آزمون دمایی برای ترانسفورماتورهای خشک و سیم‌پیچ‌های خشک به دو بخش زیرآزمون جداگانه تقسیم شده است. الزامات ضربه و لرزش بر اساس استاندارد آی‌ئی‌سی ۶۱۳۷۳ به‌روزرسانی شده‌اند.

آن مورد آخر است که پروژه‌ها را به دام می‌اندازد. اگر برنامه آزمون پذیرش کارخانه شما بر اساس ویرایش ۲۰۱۶ نوشته شده و آزمون دمای ترانسفورماتور خشک را به‌عنوان یک بند واحد در نظر گرفته باشد، این برنامه دیگر با استانداردی که مشتری شما به آن استناد می‌کند همخوانی ندارد. خط محدوده نیز ارزش خواندن دارد: استاندارد IEC 60310 بر ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری اعمال نمی‌شود، نیز بر ترانسفورماتورهایی با ظرفیت کمتر از ۱ کیلوولت‌آمپر تکفاز یا ۵ کیلوولت‌آمپر چندفاز اعمال نمی‌شود، و همچنین بر سیم‌پیچ‌های کوچک اندوکتور.

 

غوطه‌ور در مایع یا خشک: ابتدا تصمیم‌گیری درباره سیستم خنک‌کنندگی را انجام دهید

واحدهای روی وسیله نقلیه معمولاً غوطه‌ور در مایع هستند—مانند روغن معدنی یا مایع استر—زیرا جریان مایع حرارت را از سیم‌پیچ‌ها بسیار مؤثرتر از هوا دور می‌کند و بالاترین توان را در هر کیلوگرم تولید می‌کند. در یک وسیله نقلیه، این کارایی ارزش پیچیدگی مخزن دربسته و نگهداری لازم برای آن را دارد.

جای محکمی برای ترانسفورماتور نوع خشک با این حال، در کارهای ریلی و نه به‌عنوان گزینهٔ جایگزین. تونل‌ها، ایستگاه‌های زیرزمینی و هر مکانی که ریزش مایع یا بار آتش‌سوزی بزرگ غیرقابل قبول است، مشخصات را به سمت ساختار VPI یا رزین ریخته‌شده سوق می‌دهد. همین منطق برای ترانسفورماتورهای کمکی و ایستگاهی که در داخل ساختمان عمومی نصب می‌شوند نیز اعمال می‌شود.

در کنار خط ریل، ترانسفورماتور غوطه‌ور در روغن هنوز هم در ترانسفورماتورهای اصلی با ولتاژ ۲۵ کیلوولت و وظایف یکسوکننده در شبکه‌های جریان مستقیم، پیشگام است؛ زیرا این واحد در داخل محوطه‌ای با حصار نصب می‌شود که در آن حاشیهٔ حرارتی اهمیت بسیار بیشتری نسبت به جرم دارد. برای این کاربردها، انتخاب ردهٔ خنک‌کنندگی — صرفاً ONAN یا ONAN همراه با مراحل هوای اجباری — تعیین‌کنندهٔ ظرفیت نامی پیوسته است.

در بررسی‌های طراحی خودمان، تصمیم‌گیری دربارهٔ خنک‌کنندگی اغلب آخرین موردی است که قفل می‌شود و اولین موردی که باید قبلاً تعیین می‌شد. آن را پیش از طراحی پیچش‌ها تعیین کنید: چه پاسخی تانک غوطه‌ور در مایع باشد یا ترانسفورماتور نوع خشک در یک محفظهٔ با درجهٔ حفاظت IP، انتخاب خنک‌کنندگی سیستم عایقی، هندسه و فواصل لازم را تعیین می‌کند که سایر اجزا باید حول آن‌ها جای گیرند.

 

موارد برگه مشخصاتی که تعیین‌کننده مناسب‌بودن دستگاه هستند

دو دستگاه می‌توانند ظرفیت kVA یکسانی داشته باشند، اما برای وظایف یکدیگر مناسب نباشند. جدول زیر نسخه خلاصه‌شده‌ای از تغییراتی است که هنگام انتقال یک ترانسفورماتور کششی از پایه ایستگاه فرعی به وسیله نقلیه رخ می‌دهد.

مورد مشخصات	دستگاه روی وسیله نقلیه	دستگاه کنار خط ریل
ورودی	خط کنتاکت ۲۵ کیلوولت ۵۰ هرتز یا ۱۵ کیلوولت ۱۶٫۷ هرتز	۲۵ کیلوولت، ۱۵ کیلوولت، ۳۳ کیلوولت یا ۱۱ کیلوولت
ثانویه معمولی	حدود ۱٫۵ کیلوولت برای مبدل کششی؛ حدود ۴۰۰ ولت برای تأمین برق فرعی	تغذیه مستقیم از یکسوکننده ۱٫۵ کیلوولت DC یا ۷۵۰ ولت DC؛ توزیع ۱۱ کیلوولت
عامل اصلی طراحی	جرم و حجم	تحمل اتصال کوتاه و حاشیه حرارتی
خنک‌سازی	غوطه‌ور در مایع یا خشک نوع رزین ریخته‌گری‌شده یا تزریق‌شده (VPI)	غوطه‌ور در روغن با سیستم ONAN یا ONAF؛ نوع خشک در محیط داخلی
استاندارد حاکم	IEC 60310:2026	EN 50329 همراه با IEC 60076
اجرا شدن صلاحیت مکانیکی	IEC 61373 برای ضربه و لرزش	اجرا شدن صلاحیت زلزله در مواردی که محل نصب نیازمند آن است
هماهنگی عایقی	فاصله‌های بسیار کوچک، ولتاژ تغییرات بالا در واحد زمان (dv/dt) از مبدل	فاصله‌های تعیین‌شده توسط بیل
محدودیت آتش‌سوزی و نشت	قوانین تونل و منطقه مسافر	قوانین جداسازی ایستگاه فرعی

درصد امپدانس بیش از هر سطر دیگری در برگه داده‌ها، پارامترهای بیشتری را تعیین می‌کند. در داخل قطار، امپدانس بالاتر جریان اتصال کوتاه را محدود کرده و مبدل را محافظت می‌کند، اما همچنین تنظیم ولتاژ و تلفات بار را افزایش می‌دهد. در طول خط، امپدانس باید با تنظیمات حفاظتی و هر واحد موازی تطبیق داده شود، زیرا عدم تطابق در اولین باری که هر دو ترانسفورماتور همزمان روشن می‌شوند، به‌صورت تقسیم نامساوی بار مشاهده می‌شود — و واحد ضعیف‌تر از روز اول گرم می‌شود.

تحمل امپدانس را در سفارش خرید بنویسید، نه فقط مقدار اسمی آن، و محدوده تپ را به‌طور صریح ذکر کنید. ترانسفورماتوری که بر اساس یک ولتاژ تأمین خاص ساخته شده است، معمولاً هنگامی که شبکه بعداً از فیدر دیگری تغذیه می‌شود، عملکرد خوبی ندارد.

 

گواهی‌نامه و آزمون کارخانه‌ای برای پروژه‌های ریلی

پروژه‌های حمل‌ونقل و صنعتی در آمریکای شمالی، تأییدیه‌های خود را علاوه‌بر چارچوب IEC اعمال می‌کنند. استاندارد ANSI/UL ۱۵۶۱ به ترانسفورماتورهای عمومی و قدرتی خشک می‌پردازد و دامنهٔ منتشرشدهٔ آن تا ولتاژ اسمی اولیه یا ثانویهٔ ۶۰۰ ولت محدود می‌شود؛ بنابراین هر چیزی بالاتر از این سطح مسیر تأییدیه‌ای متفاوتی را طی می‌کند. ویرایش چهارم این استاندارد جاری است و آخرین بازنگری آن در ۳۱ اوت ۲۰۲۳ انجام شده است و متن دامنهٔ استاندارد در صفحهٔ استاندارد UL ۱۵۶۱ .

 

 

ما انتظار داریم آزمایش‌های نسبت و قطبیت، مقاومت سیم‌پیچ در تمام سیم‌پیچ‌ها، مقاومت عایقی، آزمایش تحمل ولتاژ متناوب از منبع جداگانه، آزمایش اضافه‌ولتاژ القایی، اندازه‌گیری تخلیهٔ جزئی با حد pC مشخص‌شده در سفارش خرید، و آزمایش افزایش دما را انجام دهیم. ترانسفورماتور نوع خشک برای یک ترانسفورماتور غوطه‌ور در روغن آزمایش روغن و آزمایش فشار یا نشتی در مخزن را اضافه می‌کند. آزمایش‌های نوعی مانند ضربه رعد و برق و تحمل اتصال کوتاه باید با گزارشی از آزمایشگاهی معتبر اثبات شوند، نه اینکه در پیش‌فاکتور اعلام گردند.

ترتیب اندازه‌گیری به اندازه‌ی خود لیست مهم است. خریدارانی که ترتیب را مشخص نکنند، گاهی عدد تخلیه جزئی اندازه‌گیری‌شده روی دستگاه سرد را دریافت می‌کنند، در حالی که مقدار مورد نظرشان مقدار پس از افزایش دما بوده است؛ و این دو عدد در بررسی طراحی قابل تعویض نیستند.

 

دلیل ساخت این واحدها به‌صورت سفارشی

طراحی‌های کاتالوگ به‌ندرت برای کارهای ریلی مناسب هستند. محدودیت‌های گیج، سیم‌پیچ‌های ثانویه متعدد، پنجره‌ی امپدانس خاص، سیم‌پیچ‌های کمکی با ولتاژ غیرمعمول و نحوه‌ی نصبی که توسط سازنده‌ی واگن تعیین شده است، همه این‌ها پروژه را به سمت یک ترانسفورماتور سه‌فاز سفارشی که بر اساس نقشه‌های پروژه ساخته می‌شود، نه اینکه از یک برگه‌ی داده انتخاب گردد.

رایان الکتریک از سال ۲۰۰۷ ترانسفورماتور تولید می‌کند و از سال ۲۰۲۳ به‌عنوان شریک رسمی اتحاد مشترک اتون فعالیت می‌کند؛ این توافقگذاری چارچوب مهندسی و کیفیت اثبات‌شدهٔ آمریکای شمالی را پشت خطوط تولید مشابه قرار می‌دهد. پایگاه تولیدی ۱۲۰۰۰۰ مترمربع مساحت دارد و بیش از ۱۸۰ دستگاه تجهیزات تولیدی و آزمایشی را در بر می‌گیرد و شرکت دارای گواهینامه‌های UL، CSA، IEEE، DEKRA، CNAS و CE است.

برای پرسش‌های مربوط به ریل، طراحی بازبینی را پیش از هر چیز بر اساس سه پرسش تنظیم می‌کنیم: جرمی که نقطهٔ نصب می‌تواند تحمل کند، جریان خطا که سیم‌پیچ‌ها باید در برابر آن مقاومت کنند، و شرایط محیطی و تهویه‌ای که نصب واقعی فراهم می‌کند. به‌دست‌آوردن این سه پاسخ در ابتدا، بیشتر کارهای بازطراحی بعدی را حذف می‌کند.

 

زمان‌بندی تأمین برای سفارش‌های ترانسفورماتور ریلی

برنامه‌های ریلی بر اساس دروازه‌های تأیید ثابت اجرا می‌شوند و ترانسفورماتور کششی معمولاً تا زمانی که ناگهان این‌گونه می‌شود، در مسیر حیاتی قرار نمی‌گیرد. سازنده خودرو طرح شاسی پایین را ثابت می‌کند، طراحی ایستگاه فرعی موقعیت پایه و مسیر کابل‌ها را تعیین می‌کند و معمولاً هر دو تاریخ پس از امضای قرارداد تجاری تعیین می‌شوند. سفارش در آن زمان، زمان تولید را به بازه‌ای که باقی مانده است، فشرده می‌کند.

خریدارانی که از این مشکل جلوگیری می‌کنند، سفارش را در زمان ثابت‌شدن طراحی (نه در زمان انتشار برای ساخت) ثبت می‌کنند و می‌پذیرند که بخش کوچکی از طراحی ممکن است هنوز تغییر کند. همچنین آن‌ها قطعات با زمان تأمین طولانی را از بسته اصلی جدا می‌کنند تا تغییر دیرهنگام در حوزه سیگنالینگ یا امور مدنی، ترانسفورماتور را به تأخیر نیندازد.

اگر برای خط ریلی یا سیستم حمل‌ونقل عمومی در حال آماده‌سازی پرسش هستید، لطفاً ظرفیت مورد نیاز، محدودیت‌های نصب یا پایه، سطح عیب و شرایط محیطی را برای ما ارسال کنید. ما پیشنهادی ارائه می‌دهیم که از اولین بار دقیقاً منطبق باشد — ترانسفورماتور سه‌فاز سفارشی می‌توانید با تیم مهندسی ما از طریق فرم تماس در صفحه اصلی وب‌سایت ما در ارتباط باشید.

 

درباره نویسنده

این مقاله توسط تیم محتوای مهندسی شرکت رایان الکتریک تهیه شده است؛ سازنده‌ی ترانسفورماتوری که در سال ۲۰۰۷ تأسیس شد و از سال ۲۰۲۳ شریک رسمی مشترک اتون است. این تیم به شرکت‌های برق‌رسانی، پیمانکاران EPC و پروژه‌های حمل‌ونقل در آمریکای شمالی، خاورمیانه، جنوب شرق آسیا و آفریقا با طراحی‌های سفارشی ترانسفورماتورهای خشک و روغنی کمک می‌کند. برای پرسش‌های فنی، با تیم مهندسی از طریق وب‌سایت رایان الکتریک تماس بگیرید.