تجهیزات ابزار آزما

حمل و نقل برقی ریلی، سیستم تغذیه AC ولتاژ بالا یا DC ولتاژ پایین



چکیده

برقی شدن حمل و نقل ریلی باعث ایجاد پایداری و عملکرد بهتر در حمل و نقل عمومی شده است. این بهبود کارایی از منظر آلایندگی کمتر، بهره وری انرژی بالاتر و همچنین دسترسی به سرعت های بالاتر بسیار مشهود می باشد. با توجه به این که در صنعت برق هم از تغذیه AC (متناوب) و هم DC (مستقیم) در جهت تامین برق مصرفی تجهیزات استفاده می شود در بحث محرکه قطار های برقی نیز منبع اصلی تامین کننده برق مورد نیاز لکوموتیو را می توان از هر دو نوع گفته شده تامین نمود. در این مقاله به بررسی سیستم تغذیه AC ولتاژ بالا و یا DC ولتاژ پایین در سیستم تغذیه بالاسری (OHE) یا ریل سوم پرداخته شده است.

برقی کردن سیستم حمل و نقل ریلی

برقی کردن علی رغم مزایای بسیاری که دارد نیازمند هزینه های سرمایه گذاری قابل توجهی برای پیشرفت زیرساخت تجهیزات بالاسری می باشد. انتخاب ولتاژ تغذیه بستگی به وضعیت اقتصادی هزینه انرژی، هزینه نگهداری و هزینه سرمایه گذاری اولیه در مقایسه با درآمد های حاصله از خدمات ریلی می باشد. همانطور که در استانداردسازی اروپایی و بین المللی وجود دارد، اغلب ولتاژهای مورد استفاده با ریل سوم یا خطوط بالاسری 600V DC، 750V DC، 1500V DC، 3kV DC، 15kV AC-16.7Hz و 25kV AC-50Hz می باشند. تغذیه AC ولتاژ بالا با استفاده از ترانسفورماتور و واحدهای یکسوسازی کنترل شده به تغذیه DC ولتاژ پایین در سطح قطار تبدیل می شود.

روش ریل سوم، یک روش ارائه توان الکتریکی به قطارها از طریق ریل اضافی قرار گرفته در کنار و یا بین ریل های مسیر راه­آهن می باشد. از این روش معمولاً در سیستم حمل و نقل انبوه و یا سریع استفاده می شود. سیستم ریل سوم همیشه از جریان یکسو تغذیه می شود زیرا اثر سطحی در استفاده از جریان متناوب باعث بالابردن شدید مقاومت ریل فولاد می شود. مواد فرومغناطیس به جهت نفوذپذیری بالا عمق سطح کاهش یافته ای دارند که منجر به افزایش مقاومت در تغذیه 50 هرتز خواهد شد. از این رو سیم آهنی برای خطوط توان AC غیرمفید خواهدبود به غیر از اینکه به عنوان هسته یک هادی غیرفرومغناطیس مانند آلومینیوم به جهت بالابردن استحکام مکانیکی مورد استفاده قرار گیرد. قطارها بلوک های آهنی به نام کفش ها دارند که ارتباط بین ریل های هادی را برقرار می سازند. جریان ترکشن از طریق ریل های اصلی قطار به پست باز می گردد. 

مزایا و معایب سیستم تغدیه AC ولتاژ بالا و سیستم DC ولتاژ پایین

1-در سیستم تغذیه ولتاژ بالا، میزان جریان جاری شده از سیستم OHE برای میزان توان داده شده کم خواهد بود که افت ولتاژ خط کمتر، تنظیم ولتاژ بهتر (افت ولتاژ کم در خط بالاسری)، کار آمدی بالاتر و تعداد پست های تغذیه کننده کمتر (برای سیستم AC ولتاژ بالا، فاصله بین دو پست تغذیه کننده در حدود 30 تا 40 کیلومتر است در مقایسه با سیستم DC ولتاژ پایین که در حدود 3 تا 4 کیلومتر می باشد) را نتیجه می دهد. فضای طولانی تر بین پست ها، سیستم AC ولتاژ بالا را برای خدمات مترو نیز مطلوب می سازد.

2-توان بسیار بالایی را می توان از سیستم تغذیه ولتاژ بالا دریافت کرد که نیاز اصلی کسب شتاب بالاتر قطار در بازه سرعت کامل می باشد. قطار سریع السیر به طور پیوسته توان بیشتری از سیستم مصرف می کند، از این رو عملکرد قطار سریع السیر با سیستم بالاسری AC ولتاژ بالا امکان پذیر است.

3-قطارهای پیشرفته ویژگی بازتولید ترمزی و بازگرداندن توان به سیستم برق رسانی به جهت استفاده در محل های دیگر توسط قطارهای در همان سیستم و یا بازگرداندن به شبکه قدرت را دارا می باشند. پست های تغذیه سیستم DC، تغذیه AC ولتاژ بالا را به تغذیه DC ولتاژ پایین با استفاده از ترانسفورماتور و ماژول های یکسوساز تبدیل می کنند. اگرچه، شارش توان در جهت عکس از طرف تغذیه DC به طرف تغذیه AC با ماژول های یکسوساز امکان پذیر نمی باشد. گاهی اوقات در سیستم DC اتفاق می افتد که میزان انرژی بازتولید شده توسط قطار بیشتر از انرژی مصرف شده توسط دیگر قسمت های تغذیه شده با همان پست است. در این شرایط توان اضافی بازتولیدی نمی تواند به شبکه بازگردد. پست های سیستم تغذیه AC، تغذیه شبکه AC ولتاژ بالا را با استفاده از ترانسفورماتور که توان را در هر دو جهت عبور می دهد به 25kV AC تبدیل می کند. از این رو، با سیستم تغذیه بالاسری 25kV، انرژی بازتولیدی اضافی را می توان به سادگی به جهت ذخیره انرژی به شبکه بازگرداند.

4-در سیستم تغذیه DC ولتاژ پایین، قطار جریان بالایی را از سیستم دریافت می کند. افزایش جریان بیشتر از حد معین، طراحی دستگاه های جمع آوری جریان را پیچیده نموده و هزینه اولیه کلی سیستم را به جهت افزایش در تعداد پست ها و استفاده از هادی های ضخیم، افزایش خواهد داد. از این رو، پس از رسیدن به یک سطح توان مشخص (تقریباً 6000hp)، محدوده دیگری برای ارتقاء توان ورودی به قطار وجود ندارد.به این ترتیب شتاب و حداکثر سرعت عملکردی قطارهای مجهز به سیستم DC نمی توانند بیشتر از محدوده افزایش پیدا کنند. با سیستم تغذیه بالاسری 25kV، توان بسیار بالایی را می توان به قطار منتقل نمود. از این رو، قطار های مجهز به سیستم تغذیه بالاسری 25kV AC را می توان برای شتاب و سرعت عملکرد بالاتر می توان طراحی نمود.

5-هزینه سیستم مترو زیرزمینی به سایز تونل بستگی دارد. سایز تونل به سیستم تغذیه توان و فاصله بین ریل اتخاذ شده بستگی دارد. سیستم تغذیه DC ریل سوم فشرده تر از سیستم  های بالاسری AC ولتاژ بالا می باشد به همین جهت می توان در تونل های با قطر کوچکتر مورد استفاده قرار گیرد. بدین ترتیب، انتخاب فاصله ریل و سیستم تغذیه توان به طور غیر مستقیم با مشخصات مسیر مترو پیشنهادی بستگی دارد. اینکه سیستم اساساً زیرزمینی با روی زمین باشد.

6-با سیستم تغذیه DC ولتاژ پایین، ترانسفورماتور و واحد یکسوساز وجود نداشته که وزن کلی مجموعه موتور را کاهش می دهد. از این رو مصرف انرژی نیز کاهش می یابد. این نکته نیز قابل توجه خواهد بود که مصرف انرژی در قطار در حین فعالیت با افزایش وزن، افزایش خواهد یافت.

7-از منظر هزینه اولیه، سیستم تغذیه 25kV AC 50Hz در مقایسه با سیستم ترکشن DC ریل سوم ولتاژ پایین (750v/1500v DC) اقتصادی تر و از لحاظ انرژی کارآمد خواهد بود. اما از لحاظ زیبایی شناسی، سیستم ترکشن DC ریل سوم به جهت نداشتن هادی ها و تجهیزات بالاسری بهتر می باشد.

جمع بندی و نتیجه گیری

در اینجا تغذیه های AC  و DC به جهت تامین توان سیستم حمل و نقل ریلی معرفی و مقایسه شده اند که با در نظر گرفتن مزایا و معایب هر یک از سیستم های تغذیه اشاره شده، و با ملاحظه شرایط خاص هر پروژه ریلی، می بایست سیستم تغذیه متناسب با آن را اتخاذ نمود.


تاریخ: ۱۳۹۶/۰۷/۱۰ ۱۲:۰۷ | دفعات بازدید: ۲۵۴۸ بازدید




نظرات



ثبت نظر