روش های برق رسانی به قطار

روش های برق رسانی به قطار در سیستم حمل و نقل

۱- شبکه بالاسری

نوع برق درسیستمهای برق‌رسانی به قطار

از روش های برق رسانی به قطار  می توان به دو سیستم  AC, DC اشاره کرد. در سیستم های برق رسانی به قطار سیستم DC برای قطار درون شهری استفاده می شود و سیستم ACبرای قطارهای بین شهری استفاده می گردد. امروزه استفاده از ولتاژ ۶۰۰ ولت تقریباً منسوخ شده است

روش های برق رسانی به قطار

برای تغذیه قطار درسیستم های ریلی شهری ولتاژهای ۷۵۰ و۱۵۰۰ و۳۰۰۰ ولت DC پیشنهاد می شود. برای تغذیه قطار درسیستم های ریلی بین شهری ولتاژهای ۱۵ و۲۵ و۵۰ کیلو ولت AC پیشنهاد می شود. در قطار های درون شهری مانند تراموا و مترو از برق DC استفاده میشود. چون در قطارهای شهری نیاز به شتاب اولیه بالا و سرعت گرفتن سریع قطار می باشد

هر واگن خود کشش است و باید دارای موتور مستقل باشد و برای رسیدن به شتاب اولیه بالا و سرعت گرفتن سریع قطار باید از موتور های DCسری استفاده شود. به همین دلیل برق ACدر پستها بهDCتبدیل شده و به کمک شبکه در اختیار هر واگون قرار میگیرد .

بیشتر بخوانید : عوامل تاثیر گذار بر روی فلز مس

البته امروزه به کمک علم الکترنیک صنعتی میتوان از موتور های ACبه جای موتور DCاستفاده کرد اما بازهم به دلایل فنی شبکه باید DCباشد. چون ما درمحدوده شهری قرار داریم در این رابطه ولتاژهای ۷۵۰و۱۵۰۰ودرفواصل دورتر از۳۰۰۰ ولتDC استفاده میشود.

در قطار های سنگین بین شهری و حومه شهری از برق AC استفاده میشود. چون در قطارهای بین شهری و حومه شهری نیاز به شتاب اولیه بالا و سرعت گرفتن سریع قطار نمی باشد. هر واگن خود کشش نیست وکل واگن ها به کمک یک کشنده کشیده میشوند.

ولی بازهم در این کشنده از موتور های DC سری استفاده شود. به همین دلیل برق ACدریافت شده از شبکه بالاسری در قطار به برق DC تبدیل شده و در اختیار موتور ها قرار میگیرد. البته امروزه به کمک علم الکترنیک صنعتی میتوان از موتور های ACبه جای موتور DC استفاده کرد. اما بازهم به دلایل فنی به برق DC در قطار نیاز است.چون ما درمحدوده خارج ازشهری قرار داریم در این رابطه ولتاژهای ۲۵کیلو ولتAC استفاده میشود.

روش های برق رسانی به قطار

سیستم برق بالاسری OCS در این روش به کمک شبکه ای که در بالای سر قطار ایجاد می شود انرژی قطار تامین می شود.

مزایای شبکه بالا سری

– در پست ها تنظیم کننده ها لازم نیست زیاد حساس باشند.

– ساییدگی پانتو گراف نسبت به جاروبک در ریل سوم کمتر است.

– صدا در شبکه بالاسری نسبت به ریل سوم کمتر است.

– برای تعمیرات ریل نیاز به قطع کردن برق نیست.

– خطرات جانی برای افرادی که از روی ریل حرکت می کنند بسیار کم است.

معایب

– دشواری در تنظیمات اولیه شبکه

– دشواری در ترمیم شبکه بعد از سوانح

– خطرات رعد وبرق و شاخ و برگ درختان محیط های باز

۲- ریل سوم

در این روش به کمک یک ریل هادی که در کنار دو ریل دیگر نصب می شود انرژی قطار تامین می شود. اما اگر بخواهیم از ریل سوم برای تغذیه قطار استفاده کنیم استاندارد سیستم های ولتاژ اروپایی در راه آهن های برقی بر اساس EN50163 به ما فقط اجازه می دهد از ولتاژ ۷۵۰ ولت استفاده کنیم.

پس اگر ما بخواهیم از سطوح ولتاژ بالاتر استفاده کنیم باید از شبکه OCS استفاده کنیم. معمولا ریل کنتا تاکت سیم هادی با سطح مقطع ماکزیمم ۹۰۰ میلی متر مربع می باشد به همین دلیل در جاهایی که ترافیک زیاد است و ما می خواهیم از ولتاژ ۷۵۰ استفاده کنیم ریل سوم پیشنهاد می شود. این ریل تا ۶۰۰۰هزار آمپر به ما جواب می دهد.

مزایای ریل سوم با ولتاژ ۷۵۰ ولت و جریان مستقیم

– نصب شدن در قطعات کوچک با بهترین فاصله جدا کننده

– استفاده از برق متناوب محلی در شهر برای پست های حمل و نقل و رکتیفایرها

– ساده بودن سیستم

معایب

– برای حفا ظت بیشتر باید در مسیرهای مستقیم استفاده شود

– پیچیدگی در نصب کلیدها

– خطر برق گرفتگی برای پرسنلی که روی خط حرکت می کنند و برای حفاظت پرسنل لازم است از روکش های عایق استفاده شود.

– چون سطح جریان در این سیتم بالاست و در ابتدای راه اندازی قطار جریان زیادی طلب می کند

و بار زیاد است در هدوی کم ممکن است بعضی اوقات اتصال کوتاه رخ دهد و برای رفع مشکل باید کلید را باز کرد.

– تنظیمات زیاد و حساس کلیدها در پست

مقایسه بین روش های برق رسانی

همان طور که اشاره شد در سیستم های برق ناوگان ریلی دو روش برق رسانی به قطار با توجه به استاندارد IEC60850 ، EN50163 صورت می گیرد:

۱- شبکه بالاسری
۲- سیستم ریل سوم

در توان های بالا با ولتاژ ۷۵۰ ولت استفاده از شبکه OCS مناسب نیست چون باعث سنگین شدن شبکه و قطور شدن پایه ها می شود و تنظیمات شبکه مشکل خواهد بود. به لحاظ طبیعت، ریل سوم در اتصال جاروبک به ریل، نسبت به OCS انعطاف کمتری وجود دارد به همین دلیل در سرعت های بالا از ریل سوم نمی توان استفاده کرد و با کوچکترین غیر و یکنواختی جاروبک می شکند.

همان گونه که می دانید در OCS پانتوگراف به علت زیگزاگ بودن شبکه سایش کمری دارد. اما در ریل سوم به دلیل ثابت بودن محل جاروبک سایش در آن زیاد است و به همین دلیل مداوم جاروبک ها در باید تعویض شود. و آلودگی کربن در تونل زیاد خواهد بود و هزینه نگهداری ریل سوم نسبت به شبکه بالاسری زیاد است.

در OCS بیشتر سوانح مربوط به قطع شدن سیم بر اثر سایش و خوردگی است ، تعمیر چنین سوانحی به ساعت ها وقت نیاز داردبه همین دلیل تعمیرات و نگهداری در OCS حساس تر است. هزینه احداث ریل سوم از شبکه بالاسری کمتر است ولی هزینه نگهداری و تعمیرات ریل سوم کمتر از شبکه بالاسری می باشد.

احتمال برق گرفتگی در سیستم ریل سوم

در سیستم ریل سوم احتمال برق گرفتگی پرسنلی که به تعمیرات خطوط مشغول هستند زیاد است و به همین دلیل حتما در زمان این گونه عملیات برق باید قطع شود. ما به صورت یکپارچه نمی توانیم ریل سوم داشته باشیم و باید برای اتصال قطعه های آن ها از کابل استفاده کنیم که این کابل ها و محل اتصال معمولا مشکل آفرین است .

در خطوط ریلی که قوس آن ها کمتر از ۵۰ متر است از ریل سوم نمی توان استفاده کرد. در محل سوزن ها و قوسی ها معمولا سیستم ریل سوم دچار مشکل می شود و قطار با سرعت بسیار پایین در این نقاط باید حرکت کند. به علت اینکه ریل سوم در پایین و در مجاورت خطوط نصب می گردد. بروز حوادث طبیعی مانند سیل و آبگرفتگی، برف، باران، خطر برق گرفتگی را زیاد می کند و باعث از کار افتادن سیستم انتقال می شود.

بعد از هر آب افتادگی حتما کل ایزو لاتورها باید نظافت شود. با خارج شدن قطار از ریل اولین جایی که آسیب می بیند ریل سوم است و پس از این حادثه اتصال کوتاه شدید رخ می دهد و جرقه های شدید به وجود می آید که در اکثر موارد باعث آتش سوزی در قطارو ترس و وحشت مسافران می شود. این موضوع را ما در شبکه بالاسری نداریم.

چون سیستم با برق dc کار می کند با هربار جدا دشدن جاروبک از ریل سوم قوس الکتریکی شدید به وجود می آید. و این مسئله باعث آسیب جدی به ریل می شود.