Adi çəki demiryolu elektrik sistemləri üçün Nötral Zərərləndirilmə Metodları

Demir yolu elektrik sistemləri əsasən avtomatik blok sinyal çərçivələri, keçidli qida şəbəkələri, demir yol substaçiyaları və paylanma stansiyaları, və girişi olan elektrik mənbəyi xətlərindən ibarətdir. Bu sistemlər, sinyallama, kommunikasiya, rulyan nəqliyyat sistemi, istgahda yerləşdirilməsi və təmir obyektlərinə elektrik təminatı verirlər. Milli elektrik şəbəkəsinin bir hissəsi kimi, demir yolu elektrik sistemləri həm elektrik enerjisi mühəndisliyinin, həm də demir yol alətlərinin özünəməxsus xüsusiyyətlərini göstərir.

Adi sürətli demir yolu elektrik sistemlərində nötral zərərə düşmə üsullarına dair araşdırmaların gücləndirilməsi və bu üsulların layihələndirmə, tikinti və iştirak zamanında cəmiyyən nəzərə alınması, demir yolu elektrik təminatının təhlükəsizliyini və etibarlılığını artırmaq üçün çox mühümdür.

1. Demir yolu elektrik sistemlərində nötral zərərə düşmə üsullarına baxış

Demir yolu elektrik sistemlərində nötral zərərə düşmə üsulu adətən transformatorların zərərə düşmə konfiqurasiyasını ifadə edir—bu, iş (funksiyonel) zərərə düşmə formudur ki, onunla voltaj səviyyəsi, bir faza zərərə düşmə cürrenci, aşırı voltaj səviyyələri və reley qoruma şemaları sıx bağlıdır. Bu, geniş olaraq aşağıdakı kategoriyalara bölünə bilən mürəkkəb texniki sualdır:

• Qatıksız zərədilmiş sistemlər: nötral zərədilməmiş, arq supresiya spirdali (Petersen spirdali) zərədilmiş və yüksək müqaviməli zərədilmiş sistemlər;

• Qatıq zərədilmiş sistemlər: doğrudan zərədilmiş və aşağı müqaviməli zərədilmiş sistemlər.

Milli şəbəkədən demir yoluna verilən elektrik enerjisi ümumiyyətlə nötral zərədilməmiş konfiqurasiyada təmin edilir. Demir yol substaçiyalarından və paylanma stansiyalarından çıxan qida xətləri adətən giriş qida şinasından sonra (voltaj regulyatorundan əvvəl) ikinci şina (busbar) şənasından doğrudan alınırlar, buna görə də nötral zərədilməmiş sistemlərdən istifadə edilir. Keçidli qida xətləri üçün voltaj regulyatorunun zərədilmə üsulu faktiki ehtiyaca əsasən seçilə bilər.

Yüksək sürətli demir yollarının elektrik sistemləri, adətən aşağı müqaviməli zərədilməni istifadə edir, lakin adi sürətli demir yolu sistemləri əsasən nötral zərədilməmiş konfiqurasiyadan istifadə edir. Bu yanaşma belə bir neçə üstünlükə malik olsa da, inkişaf edən təhlükəsizlik standartları və davamlı texniki yeniliklər, bu günün iştirak bağlamında zərədilmə strategiyalarının yenidən qiymətləndirilməsini tələb edir.

2. Nötral Zərədilməmiş Sistemlərin Üstünlükləri və Məhdudluqları

Demir Yolu Elektrik Layihələndirmə Qaydaları (TB 10008–2015)-ə görə, keçidli qida xətlərinin konfiqurasiyası, elektrik təminatının etibarlılığı və layihənin xüsusi şərtlərinə əsasən, ya havadan-kabelden hibrid xətlər, ya da tamamilə alt kabel xətlər kimi təyin edilməlidir.

Bütçə limitləri və texniki icrası səbəbindən, indiki adi sürətli demir yollarında faaliyyət göstərən keçidli qida xətləri əsasən havadan konsüktör və ya havadan-dominant hibrid konfiqurasiyalardan istifadə edilir. Bunun nəticəsində, onların nötral zərədilmə şəkilləri adətən izolyasiya nötral (zərədilməmiş) və ya kiçik cürrencili zərədilmə sistemlərindən ibarət olur. Demir Yolu Elektrik İdarəetmə Qaydalarının 69-cu maddəsinə görə, belə sistemlərdə bir fazaya zərədilmə cürrenciləri tez-tez həll edilməlidir və icazə verilən cürrenci fasiləsi ümumiyyətlə 2 saatdan artıq olmamalıdır.

Bir demir yol büro segmentindən 2023-ci ilin yanvar və oktyabr ayları arasında əldə edilən iştirak məlumatları, 152 elektrik kesildiyini, bundan 15-inin texnikalara aid olan xarablaşmalara (2-si iç sorumluluğa, 13-u xarici amillərə) səbep olduğunu göstərir. Xüsusi diqqətə alındığında, ətraf mühit riskləri, xüsusilə bitkilərin daralanması, havadan konsüktörlərin stabilliyinə asılı olan əsas təhdiiddir. Bir hadisədə, ağac dalı təyin edilən sahaya daxil olmuş, bir yan konsüktörün bir fazasına zərədilməsinə səbəb olmuşdur. Cürrenci 2 saatlıq pəncərədə aşkar edilmiş və həll edilmiş, bu, demiryolu iştirakına heç bir təsir verməmiş və ardıcıllıq xarablaşmalarını önlemişdir. Bu, mövcud texniki şərtlərdə, nötral zərədilməmiş sistemlərin praktik ustünlükləri olduğunu göstərir.

Lakin, kabel xətləri fərqli çətinliklərə səbəb olur. Havadan konsüktörlərə nəzərən, elektrik kablolarının izolyasiya marcı daha az və aşırı voltaja daha az təsir edir. Nötral zərədilməmiş sistemdə bir fazaya zərədilmə cürrenci zamanı, sağlamlıq fazası voltajları normal fazaya zərədilmə səviyyəsinin üzərində olur—hətta fazası arasındakı voltaja çatmaq olar—bu, non-cürrenci fazaların bir çox nöqtələrində izolyasiyanın bozulmasına səbəb olur. Daha da, kabel sistemlərdə kapasitiv zərədilmə cürrenciləri nisbətən böyük olur, bu, cürrenci nöqtəsində izolyasiyanın tez bozulmasına və fazası arasındakı qısa məsafələrə çevrilə bilər.

Kablolar adətən toprağa burulma, boru və ya tray metodları ilə quraşdırılır, bu, cürrenci nöqtəsini tapmaq çətinləşdirir. Kabel qoşulma texnologiyalarında, təmir loqistikasında və demir yolu iştirak pəncərələrindəki məhdudluqlarla birlikdə, belə cürrencilər tez-tez həll edilə bilmir. Praktikada, kabel xarablaşmaları əsasən daimi izolyasiya bozulmasına səbəb olur—organik izolyasiya materialları özünü geri qaytarmaq imkanı yoxdur. Nötral zərədilməmiş sistemdə, daimi triplənmənin olmaması, uzun müddət cürrenci cürrencini təmin edir, bu, ciddi izolyasiya zədələrinə, cürrenci sahəsin genişlənməsinə və hətta ikinci problemlərin baş verməsinə, hətta elektrik ekranı alarmlarına və hətta "qırmızı zona" sinyal xarablaşmalarına səbəb olur, bu, demir yolu iştirakını pozlaya bilər—bəzən uzun məhdudlaşmalar və ciddi təhlükə və ya mütəxəssis risksinə səbəb olur.

3. Adi Sürətli Demir Yolu Elektrik Sistemləri üçün Nötral Zərədilmə Üsullarının Seçimi

Uyğun nötral zərədilmə üsulunun seçimi, demir yolu elektrik iştirakının istiqrarlı olması üçün əhəmiyyətli rol oynayır. Asıl çətinlik, aşağıdakılar arasında balans yaratmaqdır:

• Xarici təsirlər səbəbiylə gereksiz triplənməni minimala endirmək,

• Əsas yükələrə davamlı elektrik təminatını təmin etmək,

• Müəyyən cürrenci qorumasını təmin etmək,

• Cürrenci yayılmasını idarə etmək, və

• Cürrenci zamanı sağlam texnikalara olan elektrik və izolyasiya bütövlüyünü saxlamaq.

Demir Yolu Elektrik Layihələndirmə Qaydaları (TB 10008–2015)-ə görə, voltaj regulyatorları vasitəsilə təmin edilən 10(20) kV keçidli qida xətləri üçün aşağıdakı zərədilmə nəzarət nöqtələri tətbiq edilir:

• Əgər birfazlı zərər kapasitiv cərəyanı ≤ 10 A olarsa, qroundsuz sistem istifadə edilməlidir.

• Əgər cərəyan ≤ 150 A olarsa, ya aşağı məqsidli qroundlanma və ya arx təmizləmə bobininin qroundlanması seçilmiş ola bilər; əgər > 150 A olarsa, aşağı məqsidli qroundlanma tövsiyə olunur.

• Tamamilə kabel bazlı xətlər üçün aşağı məqsidli qroundlanma istifadə edilməlidir.

• Aşağı məqsidli qroundlanma üçün, qround rəzistoru, zərər aşkarlandığında anın halında döyüşmək üçün, 200–400 A birfazlı zərər cərəyanı vermək üçün seçilməlidir.

Qarşı tərəfdən, Tez Sürətli Dəmir Yolu Şexsiyyəti Kodyu (TB 10621–2014) zərər kapasitiv cərəyanı ≤ 30 A olduğunda qroundsuz neytral sistemlərin istifadəsinə icazə verir, bu da neytral-qround reaktoru vasitəsilə kompensasiya edilir.

Standart demiryolu enerji mühəndisliyi qılavuzlarından əldə edilən hesablamalara əsasən, ümumi alüminium nüvəli kablolar (70 mm² və 95 mm² kesiti) üçün 10 A, 30 A, 60 A, 100 A və 150 A birfazlı zərər kapasitiv cərəyanlarına uyğun maksimum mövcud kabel uzunluqları Cədvəl 1-də özetlənmişdir. Bu dəyərlər, faktiki kabel uzunluğuna əsasən uyğun qroundlanma metodunun seçimi üçün kəmdirəçlik edə bilər.

Nötral nöqtədən keçirilən qaradağlıq təmin edir ki, səhvlər tez bir üsulla aradan qaldırıla bilər. Sıfır ardıcıllıq qoruyucu 0,2-2,0 saniyə müddətində fəaliyyət göstərərək, səhvi izolyasiya edə bilər, bu da ikinci dəfə olan qalıcı elektrik səhvləri ehtimalını azaldır və elektrik cihazlarının izolyasiya məntiqi və istifadə müddətini qoruyur.

4. Müxtəlif Nötral Qaradağlıq Üsullarının Mürəkkəblikləri

4.1 Qaradağlanmamış Nötral Sistemi

Qaradağlanmamış nötral üsulunda, hava yoluyla təmin edilən xətlərdə bir fazanın zərərə uğraması zamanı 1-2 saat davamlı enerji təminatı avantajını verir. Amma kablolarla təmin edilən xətlərdə bu üsul, səhvin artmasıya səbəb olmağa meyllidir.

4.2 Doğal Qovuşma Katenin İndüktiv Dəhlizi ilə Nötral Qaradağlıq

Qaradağlanmamış nötral sistemlərə nisbətən, bu üsul doğal qovuşma katenin indüktiv dəhlizini kapasitiv dəhlizin kompensasiyası üçün istifadə edir, bu da yer səhvi dəhlizini özünü söndürmək üçün çox aşağı səviyyəyə endirir, bu da ark tərəfindən yaradılan aşırı voltajları minimuma endirir. Bu üsul, bir fazanın zərərə uğraması zamanı 1-2 saat davamlı işləməni təmin edir və bir fazanın digər fazalarla arasındakı səhvlərin inkişafına mane olur. Amma bu üsul, yer səhvi qoruyucusu üçün daha yüksək tələblər qoyur, səhvi olan xətti müəyyənləşdirə bilmir, rezonansğa meyllidir və xətt üzərində qalan qalığ dəhlizi effektiv şəkildə boşaltıla bilməz.

4.3 Aşağı Direktsiyalı Nötral Qaradağlıq

Kablolarla təmin edilən xətlərdə, aşağı direksiyalı qaradağlıq üsulu, bir fazanın zərərə uğraması zamanı ark-zərər aşırı voltajlarını effektiv şəkildə idarə edir, sistem rezonans aşırı voltajlarını məhdudlaşdırır, yaxşı dəhliz məhdudlaşdırma və voltaj azaldıcı effekti təmin edir və nisbətən yüksək sıfır ardıcıllıq aşırı dəhliz qoruyucusu performansı təmin edir, bu da vaxtında səhvi aradan qaldırmasına imkan verir. Amma bu üsulun limitləri var, xüsusən hava yoluyla təmin edilən xət hissələrində: artırılmış sürüşmə sayları enerji sisteminin işləməsinə təsir edir, enerji təminatı qabiliyyətini zəifləndirir və bir qədər də cihazların texniki xidmətini çətinləşdirir.

5. Demiryol Enerji Sistemləri üçün Nötral Qaradağlıq Üsulları Haqqında Müzakirə

(1) Avtomatik izləməli doğal qovuşma katenin istifadəsinin artırılması. Bu üsulun üstünlüyü, enerji sisteminin müvəqqəti yer səhvlərini avtomatik olaraq aradan qaldırmasıdır, bu da sürüşmə sayını azaldır. Səhv alarm sinyali verildikdə, avtomatik izləməli doğal qovuşma kate uyğun kompensasiya dəhlizi yaratır, bu da enerji xəttinin yenidən kompensasiyasını təmin edir. Bu, üç fazanın arasında short səhvlərinin baş verməsinin azalmasına və sistem stabilliyi və təhlükəsizliyinin təmin edilməsinə kömək edir. Eyni zamanda, natural qovuşma cihazı belə bir qovuşma söndürücü kritik dəyəri varsa, yer səhvi dəhlizi bu kritik dəyərdən kiçikdirsə, natural qovuşma cihazı tərəfindən təsirlənərək voltaj bərpa sürəti artır, bu da qovuşmanın etibarlı olaraq söndürülmesinə və qovuşmanın yenidən başlamasının ehtimalının azalmasına kömək edir, bu da enerji hadisələrini azaltdır və etibarlı nötral qaradağlıq işləməsinə effektiv dəstək olunur.

(2) Mövcud adi sürətli keçirici və avtomatik blok sinyal xətlərinin təkmilləşdirilməsi zamanı, hava yoluyla təmin edilən xətlərin kablolarla əvəz edilərsə və bu kabloların nisbi hesab edildiyi dərəcədə, qutu növündəki reaktorlardan istifadə edərək mərkəzi və ya dağıtılmış kompensasiya nəzərə alınmalıdır, normal kapasitiv dəhliz şərtlərində induktiv reaktiv dəhliz kompensasiyası təmin edilir. Cədvəl 2-dəki hesablamaların nəticəsinə görə, 70 mm² alüminium çekirdekli kabel üçün işləmə kapasitiv dəyəri 0,22 μF/km, 95 mm² alüminium çekirdekli kabel üçün isə 0,24 μF/km olur. Eyni zamanda, dağıtım otaqlarına uyğunlaşma dəyişiklikləri nəzərə alınmalıdır və hesablamalar əsasında iki tərəfdəki dağıtım otaqlarındaki voltaj regulyatorlarının nötral qaradağlıq üsulları uyğun olaraq tənzimlənməlidir.

Ərkiləşdirmələr səbəbindən sistem qara olarsa və təzyiqli demir yol standartlarına uyğun olan birləşik kabel istifadə edilirsə, bir faza yerə bağlı xəta icazə verilən iki saatlıq çərçivə ərzində aradan qaldırılmayacaq. Bu, kableyə davamlı istilik zədəsinə səbəb olur. Həmçinin, birləşik kabel zədələndikdən sonra, onun qonşu fazalara təsiri nisbətən zayıf olur, bu da himayəvi triplənməni aktiv etməz, bu da sisteminin cəmi salınmasına səbəb olur.

6. Nəticə

Adi sürətli demir yolu enerji sistemlərində, neutral bağlanma üsulunun seçimi sistemin inkişaf və stabilliyini doğrudan təsirləyir. Neutral bağlanma şemasının uyğunsuz seçimi, ikinci dərəcəli xətalar və ard arda gələn hadisələrin baş verməsinə səbəb olur. Hesablama və müqayisəli təhlil vasitəsilə, neutral bağlanma üsulunun ümumi və rasyonal seçimi, xətaların effektiv aradan qaldırılması, ekipman izolyasiyanın qorunması, emin traksiya enerji təminatı və həm personel, həm də poyezd inkişafının təmin edilməsi üçün çox önəmlidir.