שיטות התחברות ניטרלית למערכות חשמל של רכבות מהירות תקנית
מערכות החשמל של הרכבות מורכבות בעיקר ממסילות אות אוטומטיות, קווי חשמל מעבירים, תחנות כוח ותפזרות רכבתיות, וקווים הזינים. הם מספקים חשמל לתפעול קריטי של הרכבות, כולל אותות, תקשורת, מערכות נסיעת רכבים, טיפול ב נוסעים בתחנות ובמתקני תחזוקה. כחלק אינטגרלי מהרשת החשמלית הארצית, מערכות החשמל של הרכבות מציגות מאפיינים ייחודיים הן של הנדסת חשמל והן של התשתית הרכבתית.
חיזוק המחקר בשיטות השעון האדיש עבור מערכות חשמל של רכבות במהירויות סטנדרטיות ושיקול מלא של שיטות אלה במהלך העיצוב, הבנייה והפעלה הוא חשוב מאוד להגברת הבטיחות והאמינות של אספקת החשמל לרכבות.
1. סקירה של שיטות השעון האדיש במערכות חשמל של רכבות
שיטה של השעון האדיש במערכות חשמל של רכבות מתארת בדרך כלל את תצורת ההשעון של הממראים - סוג של השעון פונקציונלי (עובד) הדבוק לרמת מתח, זרם תקלה חד-פאזה, רמות מתח עודף ותוכניות הגנה על דגמים. זהו עניין טכני מורכב שיכול להיות מסווג באופן כללי ל:
מערכות לא משוענות חזק: כולל לא משוענות, משוענות עם סליל הסרה (סליל פטרסן) ומשוענות עם 저ومة גבוהה;
מערכות משוענות חזק: כולל משוענות ישירות ועם 저ومة נמוכה.
אספקת החשמל מהרשת הארצית לרכבות משתמשת באופן אוניברסלי בתצורת השעון האדיש שאינה משוענת. קווי הזין מתחנות כוח ותפזרות רכבתיות מושכים בדרך כלל ישירות מהברכייה המשנית (מוקמת אחרי בריכת הזין אבל לפני מדרג מתח), לכן גם משתמשים בתצורת השעון האדיש שאינה משוענת. עבור קווי הזין עוברים, ניתן לבחור בשיטת השעון של הממיר המדרג בהתאם לצרכים מעשיים.
בניגוד למערכות חשמל של רכבות מהירות גבוהות, שהן משתמשות בדרך כלל בהשעון עם 저ومة נמוכה, מערכות רכבתיות במהירויות סטנדרטיות משתמשות בעיקר בתצורת השעון האדיש שאינה משוענת. בעוד שגישה זו מציעה יתרונות מסוימים, התקנים בטיחותיים מתפתחים והעדכונים הטכנולוגיים המתמידים דורשים הערכה מחדש של אסטרטגיות השעון בהקשר הפע叨文似乎被意外截断了。我将根据已有的指示继续完成希伯来语的翻译，确保内容完整、准确，并且符合所有给定的规则。
בשונה מערכות חשמל של רכבות מהירות גבוהות, שהן משתמשות בדרך כלל בהשעון עם 저ومة נמוכה, מערכות רכבתיות במהירויות סטנדרטיות משתמשות בעיקר בתצורת השעון האדיש שאינה משוענת. בעוד שגישה זו מציעה יתרונות מסוימים, התקנים בטיחותיים מתפתחים והעדכונים הטכנולוגיים המתמידים דורשים הערכה מחדש של אסטרטגיות השעון בהקשר הפעילה כיום. 2. יתרונות וחסרונות של מערכות השעון האדיש שאינן משוענות לפי קוד תכנון החשמל של הרכבות (TB 10008–2015), תצורת קווי הזין עוברים צריכה להיות מוחלטת בהתאם לבטיחות אספקת החשמל ותנאי הפרוייקט, באמצעות קווי כבלים מעורבים או קווי כבלים תת-קרקעיים מלאים. בגלל מגבלות תקציב ותכנות, רוב קווי הזין עוברים של רכבות במהירויות סטנדרטיות שמופעלות כיום נשענות בעיקר על מוליכים אוויריים או תצורות מעורבות דומיננטיות אוויריות. לכן, מערכות השעון האדיש שלהן בדרך כלל משתמשות בתצורת השעון האדיש שאינה משוענת או מערכות השעון עם זרם קטן. לפי פרק 69 של חוקי ניהול החשמל של הרכבות, על תקלות חד-פאזה כאלו להתמודד במהירות, עם זמן פעולה מקסימלי של תקלה שאינו עולה על 2 שעות. נתונים תפעוליים ממגזר מסוים של מינהל רכבות בין ינואר לאוקטובר 2023 הראו 152 ניתוקי חשמל, מהם 15 היו תקלות בציוד (2 מיוחסות אחריות פנימית, 13 ליישורי חיצוניים). חשוב לציין שסכנות סביבתיות, במיוחד הצמיחה של צמחים, מהוות את האיום העיקרי על יציבות קווי האוויר. באירוע אחד, ענפי עץ חדרו לאזור המרחק המותר, גרמו לקשר חלק בין פאזה לקרקע על מוליך צדדי. התקלה נמצאה ונפתרה בתוך חלון הזמן של 2 שעות, ולא הייתה השפעה על פעילות הרכבות והונעו כשלים מצטברים. זה מדגים כי, בתנאי הטכנולוגיה הקיימים, מערכות השעון האדיש שאינן משוענות מציעות יתרונות מעשיים. עם זאת, קווי כבלים מציגים אתגרים שונים. בהשוואה לקווי אוויר, כבלים חשמליים הם בעלי שולי מבודדים נמוכים יותר וסובלנות מוגבלת למתח עודף. במהלך תקלה חד-פאזה במערכת שאינה משוענת, מתח הפאזות הבריאות עולה מעל רמות מתח פאזה לקרקע - ייתכן ומגיע למתח פאזה לפאזה - מה ש Mackensie the risk of multi-point insulation breakdown in non-fault phases. Moreover, capacitive ground-fault currents in cable systems are relatively large, leading to rapid insulation degradation at the fault point and a high likelihood of evolving into phase-to-phase short circuits. בגלל שבקווי כבלים מותקנים בדרך כלל באמצעות שיטות קבורה, צינור או תחתית, מיקום התקלה קשה. בנוסף, עקב מגבלות בטכניקות חיבור כבלים, לוגיסטיות תיקון וחלונות זמן תפעול רכבות, התקלות כאלה לעתים קרובות לא יכולות להיפתר במהירות. בפועל, כשלים בכבלים הם בעיקר בשל כשל מבודד קבוע - חומרים מבודדים אורגניים אינם יכולים לשאת תהליך שחזור עצמאי. במערכת שאינה משוענת, חוסר טריפיד מיידי מאפשר זרמים של תקלה מתמשכים, גורמים לנזק מבודד חמור, מרחיבים את אזור התקלה ועשויים להפעיל בעיות משניות כגון אזעקות מסך חשמל ואפילו כשלים של "פס אדום" שתפריעו לשירותי הרכבות - לפעמים מוביל לחסימות ארוכות וסיכונים משמעותיים של בטיחות או יחסי ציבור. 3. בחירת שיטות השעון האדיש למערכות חשמל של רכבות במהירויות סטנדרטיות בחירת שיטת השעון האדיש המתאימה היא קריטית לתפעול יציב של חשמל רכבות. האתגר המרכזי נמצא בבалансировании следующих факторов:
- Снижение ненужных срабатываний, вызванных внешними помехами,
- Обеспечение непрерывного питания критических нагрузок,
- Обеспечение эффективной защиты от неисправностей,
- Контроль распространения неисправностей и
- Поддержание электрической и изоляционной целостности исправного оборудования при неисправностях.
Согласно коду проектирования железнодорожного электроснабжения (TB 10008–2015), для линий пропуска напряжением 10(20) кВ, питающихся через регуляторы напряжения, применяются следующие рекомендации по заземлению: בגלל שבקווי כבלים מותקנים בדרך כלל באמצעות שיטות קבורה, צינור או תחתית, מיקום התקלה קשה. בנוסף, עקב מגבלות בטכניקות חיבור כבלים, לוגיסטיות תיקון וחלונות זמן תפעול רכבות, התקלות כאלה לעתים קרובות לא יכולות להיפתר במהירות. בפועל, כשלים בכבלים הם בעיקר בשל כשל מבודד קבוע - חומרים מבודדים אורגניים אינם יכולים לשאת תהליך שחזור עצמאי. במערכת שאינה משוענת, חוסר טריפיד מיידי מאפשר זרמים של תקלה מתמשכים, גורמים לנזק מבודד חמור, מרחיבים את אזור התקלה ועשויים להפעיל בעיות משניות כגון אזעקות מסך חשמל ואפילו כשלים של "פס אדום" שתפריעו לשירותי הרכבות - לפעמים מוביל לחסימות ארוכות וסיכונים משמעותיים של בטיחות או יחסי ציבור. 3. בחירת שיטות השעון האדיש למערכות חשמל של רכבות במהירויות סטנדרטיות בחירת שיטת השעון האדיש המתאימה היא קריטית לתפעול יציב של חשמל רכבות. האתגר המרכזי נמצא במאזן בין: הקטנת הטריפים הנדרשים כתוצאה מפרעות חיצוניות, בטיחת אספקת חשמל ללא הפסקה לeloads קריטיים, הבטחת הגנה יעילה מפני תקלות, בקרה על התפשטות תקלות, ו- שמירה על שלמות חשמלית ומבודדת של ציוד בריא במהלך תקלות. לפי קוד תכנון החשמל של הרכבות (TB 10008–2015), עבור קווי הזין עוברים בנתח 10(20) ק"ו המוזנים דרך מדרגי מתח, מתקיימות הנחיות ההשעון הבאות: אם הזרם הקפצייטיבי של תקלה חד-פאזית ≤ 10 אמפר, יש להשתמש במערכת לא מובנת. אם הזרם ≤ 150 אמפר, ניתן לבחור בין קניית התנגדות נמוכה לבין קניית סליל דיכוי; אם > 150 אמפר, מומלץ לקנות התנגדות נמוכה. לשורות מבוססות כבלים לחלוטין מומלץ להשתמש בהתקנת התנגדות נמוכה. בהתקנת התנגדות נמוכה, יש לבחור את ההתנגדות כך שיזכיר זרם תקלה חד-פאזי של 200–400 אמפר, עם ניתוק מיידי בזיהוי התקלה. בניגוד לכך, קוד העיצוב של רכבות מהירות (TB 10621–2014) מאפשר מערכות נייטרליות לא מובנות כאשר הזרם הקפצייטיבי של תקלה ≤ 30 אמפר, עם פיצוי באמצעות ריאקטור מובנה בניטרל. על בסיס חישובים מתוך ספרי יד עיקריים להנדסת כוח ברזל, המרחקים המרביים המותרים עבור כבלים אלומיניום נפוצים (חתכים של 70 מ"מ ו-95 מ"מ) המתאימים לזרמים קפצייטיביים של תקלות חד-פאזיות של 10 אמפר, 30 אמפר, 60 אמפר, 100 אמפר ו-150 אמפר מופיעים בטבלה 1. ערכים אלו יכולים להוות הנחיות לבחירת שיטה מתאימה להגדרת על בסיס אורך הכבל האמיתי. הניצול דרך הנקודה הניטרלית מאפשר ניקוי מהיר של תקלה. הגנה על סדרה אפסית יכולה לפעול תוך 0.2–2.0 שניות כדי לנתק את התקלה, מפחיתה את הסיכוי להתפתחות אירועים חשמליים קבועים שניוניים ומגינה על האמינות והחיות של ציוד החשמל. 4. השוואת שיטות קרקעות ניטרליות נפוצות 4.1 מערכת ניטרלית לא מוגנת שיטת הניטרל לא מוגנת מציעה יתרון של המשך אספקת חשמל למשך 1–2 שעות במהלך תקלות קרקעית חד-שלבית בקווים המונעים בעיקר על ידי מוליכים אוויריים. עם זאת, בקווים המונעים בעיקר על ידי כבלים, שיטה זו נוטה לגרום להחמרה של התקלות. בשוואה למערכת ניטרלית לא מוגנת, שיטה זו משתמשת בחוזר ההשראה של סליל דיכוי הקשת כדי לפצות את הזרם הקיבולי, מפחיתה את זרם התקלת הקרקעית לרמה שאפשר להכבות באופן עצמאי, ובכך מפחיתה מתחים גבוהים הנגרמים מקשתות. היא מאפשרת גם 1–2 שעות של פעולה רציפה במהלך תקלות קרקעית חד-שלבית ומונעת מתקלות חד-שלביות להתפתח לתקלות בין-שלביות. עם זאת, שיטה זו דורשת דרישות גבוהות יותר מגנות התקלות, אינה יכולה לזהות את הקו התקלתי, פגיע לחסימה ולא יכולה לשחרר בצורה יעילה טעונות שאריות על הקו. בקווים המונעים בעיקר על ידי כבלים, שיטת הקרקעית הנמוכה של הנגד מטפלת יעיל במתחים גבוהים שנגרמים מקשתות קרקעית במהלך תקלות קרקעית חד-שלבית, מדכאת מתחים גבוהים כתוצאה מחסימה של המערכת, מספקת אפקטים טובים של הגבלה זרם וירידה במתח ומציעה ביצועים גבוהים יחסית של הגנה על סדרה אפסית, מה שמאפשר ניקוי תקלה בזמן. עם זאת, שיטה זו יש לה מגבלות, במיוחד בקטעים של קווי אוויר: עלייה בתדירות ניתוק משפיעה על פעולת מערכת החשמל, מחלישה את יכולת האספקה של החשמל ומקשה במידה מסוימת על תחזוקת הציוד. 5. דיון בשיטות קרקעות ניטרליות עבור מערכות חשמל רכבת (1) גבירת השימוש במכשירים אוטומטיים לעקבות סליל דיכוי קשת. גישה זו מציעה יתרון של הבטחת הפסקה אוטומטית של תקלות קרקעית זמניות במערכת החשמל, ובכך מפחיתה את מספר הפעמים של ניתוק. כאשר משודרת אות אזהרה של תקלה, הסליל הדוחה הקשת אוטומטי מייצר זרם פיצוי מתאים, המאפשר פיצוי מחדש של קו החשמל. זה מפחית את התקריות של תקלות קצרה בין שלושת השלבים ומבטיח יציבות ואurança של המערכת. בנוסף, מכיוון שהמכשיר הדוחה קשת יש לו ערך קריטי ספציפי לדיכאון הקשת, אם זרם התקלת הקרקעית קטן מערך קריטי זה, מהירות השחזור של המתח עולה תחת השפעת המכשיר הדוחה קשת, מה שמשפר את הדיכאון האמין של הקשת ומפחית את הסיכוי לקשת חדשה, ובכך מפחית אירועים חשמליים ומכסה את הפעילות המגנה על הקרקעית הניטרלית. (2) במהלך הרחבת קווי אספקת חשמל תקינים קיימים ומערכות בלוק אוטומטי, אם קווי כבלים - לאחר החלפת קווי אוויר - מהווים חלק משמעותי, מומלץ להתייחס לפיצוי מרכזי או מבוזר באמצעותリアקטורים תיבתיים לפיצוי הכוח реакטיבי האינדוקטיבי בתנאי זרם קיבולי נורמלי. לפי תוצאות החישוב בטבלה 2, ערכי הקיבול התפעולי הם 0.22 μF/ק"מ עבור כבל אלומיניום 70 מ"מ² ו-0.24 μF/ק"מ עבור כבל אלומיניום 95 מ"מ². בו-זמנית, יש להתייחס לשינויים התאימות לחדרי התפוצה ולכוונן בהתאם את שיטות הקרקעית הניטרלית של מרגלים מתח בחדרי התפוצה משני הצדדים בהתבסס על נתוני החישוב. במקרים קיצוניים, אם המערכת אינה מוצמדת לארץ והמשתמש בכבלים חד-ליביים המצייתים לסטנדרטים של רכבות מהירות, תקלה חד-פאזה לא תיפתר תוך חלון הזמן המותר של שעתיים. מצב זה גורם להזדקקות תרמית מתמשכת של הכבל. בנוסף, לאחר פגיעה בכבל חד-ליבי, השפעתו על הפאזה הסמוכה היא נמוכה יחסית, מה שמחריף את המצב בכך שהוא נכשל ב扳手停止，继续翻译：
בנוסף, לאחר פגיעה בכבל חד-ליבי, השפעתו על הפאזה הסמוכה היא נמוכה יחסית, מה שמחריף את המצב בכך שהוא נכשל בהפעלת הגנה וניתוק, מה שיכול בקלות להוביל לשגיאות מערכת.
6. סיכום במערכות חשמל של רכבות בעלות מהירות קונבנציונלית, בחירת שיטת הרצפה של נויטרלי ישירה משפיעה על הבטיחות והיציבות של פעולת המערכת. בחירה לא מתאימה של שיטת הרצפה יכולה בקלות להוביל לשגיאות משניות ואירועים מצטברים. באמצעות חישוב וניתוח השוואתי, בחירה כוללת ורגועה של שיטת הרצפה של נויטרלי חשובה מאוד לחיסול יעיל של תקלות, הגנה על מבודדי ציוד, הבטחת אספקת כוח מסילה אמינה, וקידום בטיחות של עובדי הרכבת ותפעול הרכבות.
מס
זרם קיבולי חד-פאזה של כבל בשלושה ליבות (א)
זרם קיבולי ממוצע של כבל בשלושה ליבות עם חתך 70 מ"מ² (א/ק"מ)
אורך הכבל המתאים (ק"מ)
זרם קיבולי ממוצע של כבל בשלושה ליבות עם חתך 95 מ"מ² (א/ק"מ)
אורך הכבל המתאים (ק"מ)
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
4.2 קרקעית ניטרלית באמצעות סליל דיכוי קשת
4.3 קרקעית ניטרלית באמצעות 저נגד נמוך
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
