Aplikace vysokonapěťových odpojovacích přepínačů v trakčních elektrických rozvodách
Tradiční spínače se stávají čím dál méně vhodné pro provozní požadavky moderních systémů trakčního zásobování elektrickou energií. Vznik vysokonapěťových odpojovacích přepínačů efektivně zaplnil tuto mezera. Systémy vysokonapěťových odpojovacích přepínačů optimalizují strukturu tradičních spínačů, rozšiřují jejich použitelnost a kladou větší důraz na drobné detaily, což zvyšuje bezpečnost a spolehlivost elektrických systémů během skutečného provozu. Je proto nezbytné analyzovat a studovat použití vysokonapěťových odpojovacích přepínačů v systémech trakčního zásobování elektrickou energií.
1. Systémy trakčního zásobování elektrickou energií
Současný systém trakčního zásobování elektrickou energií používaný v Číně představuje novou formu kolejové trakce poháněné elektrickou energií—novou technologii pohonu široce používanou na hlavních železničních tratích a městské hromadné dopravě, která poskytuje vynikající výkon a významně zlepšuje pohodlí veřejné dopravy. V praxi elektrická trakce neustále převádí elektrickou energii na mechanickou trakční sílu k pohonu železničních lokomotiv a elektrických jednotek.
Současné čínské systémy elektrické trakce jsou podle typu proudu rozděleny do tří kategorií: průmyslovofrekvenční jednofázový střídavý proud, stejnosměrný proud a nízkofrekvenční jednofázový střídavý proud. Z těchto je nejrozšířenější průmyslovofrekvenční jednofázový střídavý proud, který je hlavně používán na elektrifikovaných železničních tratích.
Elektrická trakce nabízí tři klíčové výhody:
Elektrické lokomotivy nepřevážejí palivo, ale využívají sekundární zdroje energie, což umožňuje nenosnou trakční sílu, která efektivně pohání vlaky.
Podporuje úsporu energie; s vstupem čínského železničního sektoru do nové fáze rozvoje se elektrické lokomotivy nasazují více.
Zvyšuje bezpečnost provozu. Díky pokroku v mikroelektronice a informačních technologiích moderní elektrické lokomotivy podporují reálné časové detekci poruch, autonomní řízení a vzdálené ovládání, což významně zvyšuje informatizační úroveň trakčních systémů.
2. Charakteristika, funkce, typy a evoluce vysokonapěťových odpojovacích přepínačů
(1) Funkce a role
Ačkoli vysokonapěťové odpojovací přepínače byly v čínských elektrických systémech pouze nedávno široce přijaty, ukázaly vynikající výkon. Jejich základní funkce jsou dvě:
Když jsou otevřeny, zajišťují viditelnou a elektricky bezpečnou izolační vzdálenost mezi styky;
Když jsou uzavřeny, spolehlivě nesou nominální spojité proudy.
Tyto schopnosti významně zlepšují jak bezpečnost, tak operační efektivitu. Klíčové role zahrnují:
• Izolace energie: Během údržby odpojovací přepínače izolují deenergizované zařízení od napájecích okruhů, vytvářejí jasně viditelný bod oddělení, který chrání osobní a zařízení.
• Přepínací operace (přepínání sběrnic): Umožňují bezpečný přechod zařízení mezi stavem provozu, stáje nebo údržby, což umožňuje flexibilní a bezpečné operační rekonfigurace.
(2) Typy
Typy odpojovacích přepínačů se liší podle několika kritérií:
Podle místa instalace: venkovní vs. vnitřní;
Podle napěťové úrovně: nízkonapěťové vs. vysokonapěťové;
Podle konstrukčního návrhu: jednoposloupný, dvojposloupný nebo trojposloupný;
Podle mechanismu ovládání: ruční, elektrický nebo pneumatický.
(3) Technologický pokrok
Tradiční odpojovací přepínače často trpěly sníženou plochou kontaktu mezi pohyblivými a stacionárními styky po delším použití, což vedlo k zvýšení odporu, vyšším vedením ztrát a vyšším spotřebám energie. Nedávné inovace, jako jsou technologie prstencového kontaktu a ozubené povrchy, významně zlepšily vodivost a spolehlivost. Tyto vylepšení rozšířila oblast použití moderních vysokonapěťových odpojovacích přepínačů v čínské energetické infrastruktuře.
3. Použití v systémech trakčního zásobování elektrickou energií
(1) Vzdálené ovládání (teleoperace)
Vysokonapěťové odpojovací přepínače jsou nyní klíčovými komponentami v systémech trakčního zásobování elektrickou energií elektrifikovaných železničních traťových kolektorů, umožňují izolaci poruch a částí údržby, což zvyšuje bezpečnost a přesnost provozu. Vzhledem k velkému množství a širokému rozdělení uzlových stanic v čínské elektrifikované železniční síti je ruční místní operace neefektivní a omezující automatizaci. Proto je implementace vzdáleného ovládání klíčová pro pokrok v modernizaci železnic.
S pokroky v drátové a bezdrátové komunikaci lze nyní integrovat jednotky vzdáleného terminálu (RTU) do elektrických ovládacích mechanismů. Tato integrace nejenom řeší klíčové výzvy vzdáleného ovládání odpojovacích přepínačů, ale také zvyšuje spolehlivost systému, zajišťuje stabilní dodávku energie a zvyšuje celkovou úroveň automatizace elektrifikovaných železnic.
(2) Drátové/bezdrátové video sledování
Jelikož jsou odpojovací přepínače traťových kolektorů obvykle instalovány venku a nejsou obsluhovány, je vzdálené sledování spolu s vzdáleným ovládáním nezbytné. Video sledovací systémy umožňují neustálý dohled nad polem, minimalizují lidské chyby v rozhodnutích o velení.
Pro nasazení těchto systémů je nutné kombinovat hybridní komunikační řešení—kombinovat drátové a bezdrátové technologie, jako je frekvenční přeskakování a Wi-Fi, obě zralé v Číně. Integrace těchto pokročilých komunikačních metod umožňuje robustní vzdálené video sledování, což dále zvyšuje bezpečnost, spolehlivost a efektivitu provozu elektrifikovaných železnic.
(3) Online sledování teploty
I když mají odpojovací přepínače jednoduchou strukturu, styky a kontaktní prsty jsou vystaveny tvrdým venkovním podmínkám, což je náchylné k oxidaci. Oxidace zvyšuje odpor styku a generuje nadměrné teplo, což může vést k selhání zařízení nebo požáru, pokud to nebude včas zvládnuto.
V éře chytrých částečně bezpečnostních podstanic a nepilotovaných operací se dálkové sledování teploty stalo nezbytným. V Číně se používají tři hlavní metody: bezdrátové senzory, optické vlákennové senzory a termografie s infračerveným záznamem – přičemž nejrozšířenější je optické vlákennové čidlo.
Optické vlákennové čidlo teploty se připevňuje přímo na styky nebo kontaktní prsty. Data se přenášejí prostřednictvím optických vláken odolných vůči vysokému napětí do centrálního zpracovatelského jednotku a pak se předávají na backendové počítače podstavce pro reálně časovou analýzu. V Číně byla již vyvinuta specializovaná software pro správu a analýzu dat, což zajišťuje spolehlivé sledování teploty. Nicméně, vysoké náklady na zařízení a vývoj softwaru zůstávají výzvou.
4. Závěr
Čínský elektrifikovaný železniční systém vstoupil do nové fáze rozvoje. Pokračující optimalizace tradičních oddělovačů – prostřednictvím technologií s prstencovými styky a hřebenitými povrchy – výrazně zlepšila výkon vysokonapěťových oddělovačů v aplikacích tažné síly, což urychlilo modernizaci národní železniční sítě.
Ve srovnání s konvenčními způsoby dodávky energie nabízí elektrická tažná síla výjimečnou efektivitu, zvýšenou bezpečnost a nižší spotřebu energie. Integrace pokročilých vysokonapěťových oddělovačů do systémů elektrické tažné síly se stala charakteristickým rysem modernizace železnice v Číně, což umístilo elektrotechnologii země mezi nejlepší na světě.
