Mfumo wa Kutengeneza Chini ya Kati kwa Mipango ya Umeme wa Treni wa Kiwango cha Kawaida

Mipango ya umeme wa linda zamu zaidi kutoka kwenye mstari wa ishara za kuokoa, mipango ya umeme ya kuenea, steshoni za substation na distribution za linda, na mstari wa kuenea. Hii hupeleka umeme kwa shughuli muhimu za linda—ikiwa ni ishara, mawasiliano, mifumo ya wageni, huduma za wateja, na eneo la ujenzi. Kama sehemu muhimu ya grid ya umeme ya taifa, mipango ya umeme wa linda ina tabia tofauti za mbinu za umeme na mtaa wa linda.

Kuboresha utafiti kuhusu njia za kuokoa neutral katika mipango ya umeme ya linda za kiwango cha mwaka—na kutathmini kwa utaratibu hizi katika ujenzi, ujengaji, na usimamizi—ni muhimu sana kwa kuongeza usalama na ulinzi wa umeme wa linda.

1. Maelezo ya Njia za Kuokoa Neutral katika Mipango ya Umeme wa Linda

Njia ya kuokoa neutral katika mipango ya umeme wa linda zaidi inatafsiriwa kama mfumo wa kuokoa wa transformers—ambayo ni aina ya kuokoa ya kazi (working) inayehusiana karibu na kiwango cha volti, current ya ground fault single-phase, kiwango cha overvoltage, na mifano ya relay protection. Ni suala la teknolojia la ngumu ambalo linaweza kupatikana:

• Mipango isiyokuokoa kwa kasi: ikiwa ni isiyokuokoa, imewekwa arc-suppression coil (Petersen coil) kuokoa, na imewekwa high-resistance kuokoa;

• Mipango yaliokuokoa kwa kasi: ikiwa ni kuokoa moja kwa moja na low-resistance kuokoa.

Umeme unaoletwa kutoka kwa grid ya taifa kwa linda unaumwa kwa mfumo wa neutral isiyokuokoa. Mipango ya feeders kutoka kwa steshoni za substation na distribution za linda mara nyingi hutumia secondary busbar (iliyoko baada ya incoming power bus lakini kabla ya voltage regulator), kwa hivyo pia inatumia mfumo wa neutral isiyokuokoa. Kwa through-feeders, njia ya kuokoa ya transformer ya voltage-regulating inaweza chaguliwa kulingana na mahitaji ya kweli.

Tofauti na mipango ya umeme wa linda za kiwango cha haraka—ambazo zinatumia low-resistance kuokoa—mipango ya linda za kiwango cha mwaka zinatumia zaidi mfumo wa neutral isiyokuokoa. Ingawa mfumo huu una faida fulani, masharti ya usalama yanayobadilika na majaribio ya teknolojia yanayofuatilia yanahitaji kutathmini upya vyanzo vya kuokoa kwenye mazingira ya sasa.

2. Faida na Matatizo ya Mipango ya Neutral Isiyokuokoa

Kulingana na Railway Power Design Code (TB 10008–2015), ufumbuzi wa through-feeder lines unapaswa kupimwa kwa usalama wa umeme na masharti ya mradi, kutumia hybrid lines au fully underground cable lines.

Kwa sababu za gharama na ukwasi wa teknolojia, mipango ya through-feeder lines ya linda za kiwango cha mwaka zinatumia zaidi overhead conductors au hybrid configurations zinazotumia zaidi overhead. Kwa hiyo, mipango yao ya kuokoa neutral zinatumia insulated-neutral (isiyokuokoa) au small-current grounding systems. Kulingana na Article 69 ya Railway Power Management Rules, tatizo la ground fault single-phase lazima likamilishwe haraka, na muda wa uhakika unaothirika hatari si zaidi ya masaa miwili.

Data ya kazi kutoka kwa segment moja ya ofisi ya linda kati ya Januari na Oktoba 2023 ilirekodi 152 trips za umeme, ambapo 15 ilikuwa ya kutokana na vifaa (2 inayotokana na jukumu la ndani, 13 inayotokana na nje). Kwa asili, hatari za mazingira—hasa ni mzunguko wa miti—hupata hatari kubwa kwa ustawi wa overhead line. Katika tukio moja, vitu vinavyoingia kwenye clearance zone vilikuwa vitu vya miti, kilichosababisha partial phase-to-ground connection kwenye side conductor. Tukio hilo likuidentifikia na kurekebishwa kwenye window ya masaa miwili, ikisaidia kuzuia athari kwa matumizi ya treni na kutekeleza tatizo.

Hata hivyo, mipango ya cable zina changamoto tofauti. Kulinganisha na overhead lines, cables za umeme zina insulation margins ndogo na overvoltage tolerance chache. Waktu ground fault single-phase kwenye mfumo isiyokuokoa, voltages za healthy-phase zinapanda zaidi kuliko kiwango sahihi cha phase-to-ground—zinalampa kiwango cha line-to-line—kutokana na hatari kubwa ya kupungua kwa insulation kwenye phases isiyofanya makosa. Pia, currents za ground-fault capacitance katika mipango ya cable zinazozuri zaidi, zinachanganya insulation kwenye point ya hatari na hatari kubwa ya kutokwa kwenye short circuits phase-to-phase.

Kwa sababu ya cables zinazoungwa kwa njia za buried, conduit, au tray, kupeleka hatari ni ngumu. Imewekwa kwa constraints za teknolojia za kuunganisha cables, logistics za kurekebisha, na windows za matumizi ya linda, hatari hizo hazipatiwa kurekebishwa kwa haraka. Kwa utunzi, hatari za cable zinazopata kwa mara kubwa ni organic insulation materials zinazopoteza ability yao ya kujihifadhi. Kwenye mfumo isiyokuokoa, kutokua tripping moja kwa moja kunasababisha fault currents yenye muda, kuchanganya insulation kwa kasi, kuleta expansion ya area ya hatari, na hatari kubwa ya kutokwa kwenye issues sekondari kama power screen alarms au "red-band" signal failures zinazoharibu huduma za treni—mara nyingi inatoa outage za muda mrefu na hatari kubwa ya usalama au public relations.

3. Chaguzi ya Njia za Kuokoa Neutral kwa Mipango ya Umeme wa Linda za Kiwango cha Mwaka

Chaguzi ya sahihi ya njia ya kuokoa neutral ni muhimu kwa ustawi wa umeme wa linda. Changamoto kuu inapatikana katika:

• Kupunguza tripping isiyo ya haja kutokana na disturbances nje,

• Kuhakikisha umeme bila kizuizi kwa loads muhimu,

• Kupunguza protection ya hatari,

• Kudhibiti propagation ya hatari, na

• Kudhibiti ustawi wa electrical na insulation wa vifaa safi wakati wa hatari.

Kulingana na Railway Power Design Code (TB 10008–2015), kwa through-feeder lines 10(20) kV zinazoungwa kwa voltage regulators, guidelines zifuatazo zinaweza kutumika:

• Ikiwa kila kitu cha ardhi ya mmoja ≤ 10 A, inapaswa kutumia mfumo usio na msimamo.

• Ikiwa kila ≤ 150 A, inaweza kutumia msimamo wa utenganisho mdogo au msimamo wa chungu la kupunguza magazia; ikiwa > 150 A, inatafsiriwa kutumia msimamo wa utenganisho mdogo.

• Mistari yote yanayofanikiwa na kabila zinapaswa kutumia msimamo wa utenganisho mdogo.

• Kwa ajili ya msimamo wa utenganisho mdogo, chungu la msimamo linapaswa kuchaguliwa ili kuhasiwa na kila kitu cha ardhi ya mmoja ya 200–400 A, na kutoka mara moja ikipatikana hitilafu.

Kwa upande mwingine, Kanuni za Uundama wa Treni Haraka (TB 10621–2014) inaruhusu mfumo usio na msimamo wa neutral wakati kila kitu cha ardhi ya kapasitivu ≤ 30 A, na huduma ya kupunguza imetolewa kwa njia ya reaktori msimamo wa neutral.

Kulingana na hisabati kutokana na vitabu vya kifanano vya uhandisi wa nguvu za treni, urefu wa kabila mzuri wa kabila zenye nyuzi ya aliminamu (nyuzi 70 mm² na 95 mm²) ambayo huhusika na kila kitu cha ardhi ya mmoja ya kapasitivu 10 A, 30 A, 60 A, 100 A, na 150 A imekodishwa katika Meza 1. Thamani hizi zinaweza kusaidia kuchagua njia sahihi ya msimamo kulingana na urefu wa kabila halisi.

Ungazaji kwa kutumia pointi ya upinzani unaweza kupunguza muda wa kurekebisha hitimisho. Ulinzi wa muundo wa sifuri unaweza kufanya kazi ndani ya sekunde 0.2–2.0 ili kutekeleza hitimisho, hii inapunguza uwezekano wa matukio ya mara nyingine na kuhamisha usalama na umuhimu wa viwango vya nguvu.

4. Mlinganishi wa Njia Zenye Kuzuia Pointi ya Upinzani

4.1 Mfumo wa Upinzani Usiyokuwa Ungazaji

Njia hii inatoa faida ya utambuzi wa nguvu bila kupungua kwa muda wa masaa 1-2 wakati wa hitimisho la fasi moja katika mitandao yanayofanana na madereva. Lakini, katika mitandao yaliyofanana na vibamba, njia hii inaweza kusababisha maongezi yakawa kubwa zaidi.

4.2 Ungazaji wa Pointi ya Upinzani kwa Kutumia Vifuniko vya Kuondokana na Magazijani

Ingawa inatumiana kulingana na mfumo wa upinzani usiyokuwa ungazaji, njia hii hutumia kasi ya magazijani ya vifuniko vya kuondokana na magazijani kutoa kasi ya kapasiti, kusababisha kukurugenisha kasi ya mgazijani hadi kiwango kinachoweza kujitenga, kuleta upunguza wa uwiano wa juu uliotokana na magazijani. Hii pia inaruhusu utambuzi wa nguvu bila kupungua kwa muda wa masaa 1-2 wakati wa hitimisho la fasi moja na kuokoa hitimisho la fasi moja kutoka kuwa hitimisho la fasi mbili. Ingawa, njia hii inahitaji maalumzo ya juu kwa linzi ya mgazijani, haiwezi kudhibiti msonga wa mgazijani, inaweza kugusa urutubisho na haiwezi kutosha kuchoma fedha zinazobaki kwenye mtandao.

4.3 Ungazaji wa Pointi ya Upinzani kwa Kutumia Upinzani mdogo

Katika mitandao yaliyofanana na vibamba, njia ya upinzani mdogo inaweza kuboresha kurudiusha uwiano wa juu wa mgazijani wakati wa hitimisho la fasi moja, kusababisha urutubisho wa uwiano wa juu wa system, kutegemea kwa kasi na kusababisha mazao ya uwiano wa sifuri ya juu, kunawezesha kurekebisha hitimisho kwa wakati. Ingawa, njia hii ina changamoto, hasa katika sehemu za madereva: ukurugenishaji wa mara ya kurekebisha unaathiri utambuzi wa nguvu, kukurugenisha neema ya kutambuli nguvu, na kuongeza ugumu wa huduma wa vifaa kidogo.

5. Majadiliano kuhusu Njia za Ungazaji wa Pointi ya Upinzani kwa Mipango ya Nguvu ya Treni

(1) Boresha kutumia vifaa vya kusikiliza automatic tracking arc-suppression coil. Njia hii ina faida ya kurekebisha hitimisho la muda mfupi kwenye mipango ya nguvu, kusababisha kupunguza idadi ya mara ya kurugeza. Wakati ishara ya hitimisho imetolewa, vifaa vya kusikiliza automatic tracking arc-suppression coil huunda kasi tofauti, kusaidia kutengeneza tena kwenye mitandao ya nguvu. Hii inaweza kupunguza hitimisho la fasi tatu na kuokoa ustawi na usalama wa system. Pia, tangu kifaa cha kusikiliza kinajihisi thamani ya chanzo cha kusikiliza, ikiwa kasi ya mgazijani ni ndogo kuliko thamani hiyo, mwanga hurudi kwa haraka kwa kutumia kifaa cha kusikiliza, kusaidia kusikiliza kwa uhakika na kupunguza uwezekano wa kusikiliza tena, kusababisha kupunguza hitimisho na kusaidia kurekebisha ungazaji wa upinzani.

(2) Wakiwa kuanzishwa miundombinu ya treni zile za kawaida na mitandao ya kubaki, ikiwa vibamba vinavyochukua madereva vinakuwa kubwa, inapaswa kusikiliza kupitia vifuniko vya box-type reactors kwa ajili ya kuondokana na magazijani ya kasi ya kapasiti. Kulingana na mchakato wa hesabu katika Meza 2, thamani za capacitance za kazi ni 0.22 μF/km kwa vibamba vya aluminum-core vya 70 mm² na 0.24 μF/km kwa vibamba vya 95 mm². Pia, itafanyika kubadilisha kwa nyumba za distribution na kubadilisha njia za ungazaji wa voltage regulators katika nyumba za distribution pande zote kutegemea kwa data iliyohesabiwa.

Katika mazingira mingi sana, ikiwa mfumo unahitaji kutumia kibadiliko cha single-core cables—ambayo yanafanana na viwango vya treni za kiwango cha juu—ukosefu wa fasi moja hawezi kutatuliwa ndani ya fena ya saa mbili inayoruhusiwa. Hii huchanganya moto kwa muda mrefu kwenye kabali. Zaidian, baada ya kabali la single-core kukosa, athari yake kwenye fasi zinazoliekuo ni chache, hii huongeza hali kwa kutosha kusababisha kupiga kifundo cha kuzuia, ambayo inaweza kuwa sababu ya matatizo mengi.

6. Mwisho

Katika mfumo wa umeme wa treni za kiwango cha chini, uchaguzi wa njia ya kutumia grounding ya neutral unawezesha usalama na ustawi wa kazi ya mfumo. Uchaguzi usiofaao wa msimbo wa grounding ya neutral unaweza kuwa sababu ya matatizo ya pili na majanga ya kiholela. Kwa kutumia hisabati na utafiti wa kulingana, uchaguzi wenye uwiano na wazi wa njia ya grounding ya neutral unategemea sana kwa kutatulia matatizo, kupambana na ukosefu wa insulation, kupewa imara ya umeme wa traction, na kuongeza usalama wa watu na treni.