Metodoj de Neŭtrala Konektado por Elektrosistemoj de Konvencia-Velocaj Ferrovajoj

Ferrovajaj elektraj sistemoj ĉefe konsistas el linioj de aŭtomata blok-signalo, traalimentado-linioj, ferrovaj substacioj kaj distribu-centroj, kaj alvenantaj elektra-alimentadlinioj. Ili provizas elektran energion por gravaj ferrovaj operacioj—inkluzive de signalo, komunikado, vagonaro-sistemoj, stacidirektado de pasageroj, kaj manutenciloj. Kiel integrala parto de la nacia elektra reto, ferrovaj elektraj sistemoj montras apartajn karakterizaĵojn de ambaŭ elektra inĝenierarto kaj ferrovia infrastrukturo.

Streĉi la esploron pri neutra terigometodoj por konvencia-rapida ferrovaj elektraj sistemoj—kaj kompreneble konsideri tiujn metodojn dum dizajno, konstruo, kaj operacio—estas tre grava por plibonigi la sekurecon kaj fidindon de ferrovia elektra alimentado.

1. Superrigardo de Neutralaj Terigometodoj en Ferrovaj Elektraj Sistemoj

La neŭtrala terigometodo en ferrovaj elektraj sistemoj kutime rilatas al la teriga konfiguro de transformiloj—formo de funkcia (labora) terigo proksime ligitaj al tensiv-nivelo, unufaza ter-kulpfa ŝargo, supertensivo-niveloj, kaj relais-protektaj skemoj. Ĝi estas kompleksa teknika problemo, kiu povas esti ampleksitaj en:

• Ne-solide terigitaj sistemoj: inkluzive de neterigitaj, ark-supreso-bobeno (Petersen-bobeno) terigitaj, kaj alta-resistancaj terigitaj sistemoj;

• Solide terigitaj sistemoj: inkluzive de rekta terigo kaj malalta-resistanca terigo.

La elektra energia provizo de la nacia reto al ferrovajoj universale adoptas neterigitan neutralan konfiguron. La traalimentadlinioj de ferrovaj substacioj kaj distribu-centroj kutime estas prenitaj rekte de la dua busbaro (loka post la alvenanta energia busbaro sed antaŭ la tensiv-regulilo), do ankaŭ uzas neterigitan neutralan sistemon. Por traalimentadlinioj, la terigometodo de la tensiv-regula transformilo povas esti elektita laŭ aktualeco.

Kontraŭe al rapidferrovaj elektraj sistemoj—kiuj ofte uzas malaltresistancajn terigojn—konvencia-rapidaj ferrovaj sistemoj plejparte uzas neterigitajn neutralajn konfigurojn. Kvankam tiu aliro oferas certajn avantaĝojn, evoluanta sekurecstandartoj kaj daŭranta teknika modernigo postulas reevaluon de terigstrategioj en hodiaŭa operacia konteksto.

2. Avantaĝoj kaj Limigoj de Neterigitaj Neutralaj Sistemoj

Laŭ la Ferrovaj Elektra Dizajna Reguloj (TB 10008–2015), la konfiguro de traalimentadlinioj devus esti determinita surbaze de la fidindeco de la elektra energia provizo kaj projektspecifaj kondiĉoj, uzi aŭ ajron-kabla hibridaj linioj aŭ tute subteraj kabla linioj.

Pro budgetlimigoj kaj teknika ebleco, la plej multaj funkciigantaj konvencia-rapidaj ferrovaj traalimentadlinioj nuntempe dependas ĉefe de supraj konduktoroj aŭ supraj-dominantaj hibridaj konfiguroj. Konsekvence, iliaj neutralaj terigskemoj kutime adoptas izolitan-neutralan (neterigitan) aŭ malgrandan korantan terigosistemon. Laŭ Artikolo 69 de la Ferrovaj Elektra Administrado Reguloj, unufazaj ter-faladoj en tiaj sistemoj devas esti solvitaj prompte, kun permesa falado-operada tempo ĝenerale ne superas du horojn.

Operaciaj datumoj de specifa ferrovaj administranto-segmento inter januaro kaj oktobro 2023 registris 152 elektra tripadoj, el kiuj 15 estis ekipo-relataj faladoj (2 atribueblaj al interna respondeco, 13 al ekstera faktoro). Rimarkinde, envira danĝeroj—especiala vegeta invado—prezentas la ĉefan minacon al stabileco de supraj linioj. En unu okazo, branĉoj de arbo intruis en la klarecan zonon, kaŭzante partan fazo-ter-konekton sur flank-konduktoro. La falado estis identigita kaj solvita en la du-hora fenestro, evitante iun efikon al trajnoperaĵoj kaj evitante kaskadajn faladojn. Tio montras, ke, sub ekzistantaj teknikaj kondiĉoj, neterigitaj neutralaj sistemoj ofertas praktikajn avantaĝojn.

Tamen, kabla linioj prezentiĝas malsamajn defiojn. Kompare al supraj linioj, energiekabliloj havas pli malaltajn izolajn margenojn kaj limigitan supertensiv-toleron. Dum unufaza ter-falado en neterigita sistemo, la sana-fazaj voltaj valoroj altiĝas super normalaj fazo-ter-niveloj—potenciala atingi fazo-fazan voltan valoron—pligrandigante la riskon de multi-punkta izola rompo en nefalaj fazoj. Plue, kapacitaj ter-falaj korantoj en kablaj sistemoj estas relative grandaj, kondukante al rapidega izola degenerado je la falpunkto kaj alta probablo de evoluo al fazo-faza mallonga ĉeno.

Ĉar kabloj kutime estas instalitaj per enterigita, kanaliga, aŭ trukiga metodo, fallokzono estas malfacila. Kombinita kun limigoj en kablaj kunligaj teknikoj, ripara logistikoj, kaj ferrovia operaciaj fenestroj, tiaj faladoj ofte ne povas esti rapidaj solvita. Praktike, kablaj faladoj estas plejparte pro permanenta izola rompo—organikaj izolmaterialoj ne povas memrestarigas. En neterigita sistemo, la manko de tuta tripa permesas longdaŭran falan koranton, kaŭzante severan izoladan damaĝon, vastigante la falzonon, kaj potenciala trigero de duaĵaj problemoj kiel energia ekrano alarmoj aŭ eĉ "ruja-bendo" signalfaladoj, kiuj perturbas trajnoperaĵoj—foje rezultigante longan senfunkciecon kaj signifan sekurecan aŭ publika-rilato riskon.

3. Selektado de Neutralaj Terigometodoj por Konvencia-Rapidaj Ferrovaj Elektraj Sistemoj

Selekti la taŭgan neutralan terigmetodon estas kritika por stabila ferrovia elektra operacio. La kerneca defio kuŝas en balancado:

• Minimumigi nepra necesan tripan kaŭzitan de eksteraj perturboj,

• Sekurigi seninterrompan energian provizon al gravaj lastaj uzantoj,

• Permesi efektivan falprotektadon,

• Kontroli falpropagadon, kaj

• Mainteni elektran kaj izolan integrecon de sanaj aparatoj dum faladoj.

Laŭ la Ferrovaj Elektra Dizajna Reguloj (TB 10008–2015), por 10(20) kV traalimentadlinioj provizitaj per tensiv-reguliloj, la jenaj terigrekomoj aplikas:

• • Se la unufaza kapacita stokfluo ≤ 10 A, devas esti uzata ne-terigita sistemo.

  • Se la stokfluo ≤ 150 A, povas esti adoptitaj aŭ malalta rezistanco terigo aŭ ark-suprimanta spiro terigo; se > 150 A, estas rekomendata malalta rezistanco terigo.

  • Komplete kablobazaj linioj preferinde uzu malaltan rezistancon terigon.

  • Por malalta rezistanco terigo, la teriga rezistoro devas esti elektita por produkti unu-fazan terstokfluon de 200–400 A, kun momenta elŝuto je detektado de defekto.

  Kontraste, la Regulo pri Alta Rapida Ferrovoscia Disegno (TB 10621–2014) permesas ne-terigitajn neutralajn sistemojn kiam terdefekta kapacita stokfluo ≤ 30 A, kun kompenso provizita per neutral-terigita reaktoro.

  Bazante sur kalkuloj el normaj ferrovoelektra manlibroj, la maksimumaj permesitaj kablolongecoj por komunaj aluminie-kernaj kaboloj (sekcioj 70 mm² kaj 95 mm²) korespondantaj al unu-fazaj terdefekta kapacita stokfluo de 10 A, 30 A, 60 A, 100 A, kaj 150 A estas resumitaj en Tabelo 1. Ĉi tiuj valoroj povas gvidi la elekton de taŭga teriga metodo bazita sur la reala kablolongeco.

  Seria nro.	Unufaza kapacitiva koranto de trikernigita kabolo (A)	Meza kapacitiva koranto de trikernigita 70 mm² tranĉa sekcio kabolo (A/km)	Korespondanta longo de la kabolo (km)	Meza kapacitiva koranto de trikernigita 95 mm² tranĉa sekcio kabolo (A/km)	Korespondanta longo de la kabolo (km)
  1	10	0.9	11.11	1.0	10.00
  2	30	0.9	33.33	1.0	30.00
  3	60	0.9	66.67	1.0	60.00
  4	100	0.9	111.11	1.0	100.00
  5	150	0.9	166.67	1.0	150.00

  Aterigo tra la neŭtrala punkto ebligas rapidan forigon de defektoj. Nulsekvenca protekto povas funkcii en 0,2–2,0 sekundoj por izoli la defekton, malpliigante la probablon de dua permanenta elektra incidento kaj protektante la izoladon kaj servoperiodon de elektra equipaĵo.

  4. Komparo de komunaj metodoj de neŭtrala aterigo

  4.1 Neaterigita neŭtrala sistemo

  La metodo de neaterigita neŭtralo oferas la avantaĝon da kontinua energofurnado dum 1–2 horoj dum unuopaj fazaj aterdefektoj en linioj regitaj per aerlinioj. Tamen, en linioj regitaj per kaboloj, ĉi tiu metodo tendencas kaŭzi pligrandigon de defekto.

  4.2 Neŭtrala aterigo per ark-suprimanta spiralo

  Kompare kun la neaterigita neŭtrala sistemo, ĉi tiu metodo uzas la induktan kuranton de la ark-suprimanta spiralo por kompensi la kapacitan kuranton, malpliigante la aterdefektan kuranton al nivelo ke ĝi povas mem ekstingi, do minimumigante la supraĵenpreson kaŭzitan de arko. Ĝi ankaŭ permesas 1–2 horojn da kontinua operacio dum unuopaj fazaj aterdefektoj kaj prezentas la evoluon de unuopaj fazaj defektoj al fazinteraj defektoj. Tamen, ĉi tiu metodo postulas pli altajn postulojn pri aterdefekta protekto, ne povas identigi la defektan linion, estas proksima al rezono kaj ne povas efike elĉarĝi restantajn ŝargojn sur la linio.

  4.3 Neŭtrala aterigo per malalta rezisto

  En linioj regitaj per kaboloj, la metodo de malalta rezisto efike kontrolas la supraĵenpreson kaŭzitan de ark-atero dum unuopaj fazaj aterdefektoj, supremonas la sistemrezonantan supraĵenpreson, ofertas bonajn efektojn de kurantlimigo kaj presmalpliigo, kaj havas relativan alta nulsekvencan superkurantan protekton, faciligante tempan forigon de defekto. Tamen, ĉi tiu metodo havas limigojn, precipe en sekcioj de aerlinioj: pligrandigo de tripaŭzo frekvenco afektas la operacion de la energosistemo, malfortigas la kapablecon de energofurnado kaj iom pligrandigas la malfacilecon de equipaĵmanteno.

  5. Diskuto pri metodoj de neŭtrala aterigo por ferroviaj energosistemoj

  (1) Plibonorigu la utiligon de aŭtomataj sekvaĵark-suprimantaj spiralaj aparatoj. Ĉi tiu propono havas la avantaĝon de aŭtomata forigo de transiaj aterdefektoj en la energosistemo, do malpliigante la nombron de tripaŭzoj. Kiam aperas signalo pri defekta alarmo, la aŭtomata sekvaĵark-suprimanta spiralo generas respondan kompensan kuranton, ebligante re-kompenson de la energolinio. Ĉi tio malpliigas la okazadon de mallongcirkvitaj defektoj inter la tri fazo kaj asertas la stabilecon kaj sekurecon de la sistemo. Meze tempo, ĉar la ark-suprimanta aparato havas specifan kritikan valoron por ark-ekstingo, se la aterdefektan kuranto estas pli malgranda ol ĉi tiu kritika valoro, la riparo de la voltajo pligrandigas sub la ago de la ark-suprimanta aparato, helpante fiabilan ekstingon de la arko kaj malpliigante la verŝajnecon de rekonduto de arko, do malpliigante la nombron de energoincidentoj kaj efike subtenante fidindan operacion de neŭtrala aterigo.

  (2) Dum la renovigo de ekzistantaj konvenciaj trafluaj kaj aŭtomata blokadsignala linioj, se la proporcio de kabolaj linioj—post anstataŭigo de aerlinioj—estas signifa, oni rekomendas konsideri centrigitan aŭ disigitan kompenson per skatolformaj reaktoroj por kompensi la induktan reaktivan potencon sub normalaj kondiĉoj de kapacitan kuranton. Laŭ la kalkulaj rezultoj en Tablo 2, la operaciaj kapacitaj valoroj estas 0,22 μF/km por 70 mm² aluminiakordaj kaboloj kaj 0,24 μF/km por 95 mm² aluminiakordaj kaboloj. Simultane, oni devus konsideri adaptivajn modifojn de distribu-centroj, kaj la metodojn de neŭtrala aterigo de tensioreguliloj en distribu-centroj je ambaŭ flankoj devus esti akurate adaptitaj laŭ la kalkulaj datumoj.

  Serial No.	Steady-state capacitive current of three-core cable (A)	Average steady-state capacitive current of 70 mm² three-core cable (A/km)	Corresponding cable length (km)	Average steady-state capacitive current of 95 mm² three-core cable (A/km)	Corresponding cable length (km)	Capacitive reactive power of cable line (kvar)	Inductive reactive power required to compensate 75% of steady-state (kvar)
  1	3	0.4	7.5	0.44	6.82	51.96	38.97
  2	5	0.4	12.5	0.44	11.36	86.6	64.95
  3	10	0.4	25	0.44	22.73	173.2	129.9
  4	15	0.4	37.5	0.44	34.09	259.3	194.85
  5	30	0.4	75	0.44	68.18	519.6	389.7

  En ekstremaj kazoj, se la sistemo ne estas teritigita kaj oni uzas unuĝernajn kablojn — laŭ la normoj de alta-veloŝosejoj — unufoja faza teritiga eraro ne estos forigita ene de la permesa duhoralo. Tio kaŭzas daŭran termalan damaĝon al la kablo. Krome, post damaĝo de unuĝerna kabolo, ĝia efiko sur adjektaĵaj fazoj estas relative malforta, plue malbonigante la situacion pro manko de aktiveco de protektaj elŝaltadoj, kio povas facile konduki al sistemejmaj eraroj.

  6. Konkludo

  En ordinara-veloŝoseja energisistemo, la elekto de la metodo de neutra teritigo direktas afektas la sekurecon kaj stabilecon de la sistemo-operacio. Malĝusta elekto de neutra teritiga shemo povas facile rezulti en duaĵaj eraroj kaj kaskadaj incidentoj. Per kalkulo kaj komparativa analizo, kompleta kaj racia elekto de la metodo de neutra teritigo havas grandan signifon por efektiva forigo de eraroj, protektado de aparata izolado, certigado de fidinda traktora energofornado, kaj plibonigo de la sekureco de personoj kaj ŝosejo-operacio.