Primjena visokonaponskih prekidača u sustavima napajanja trakcijske mreže

Tradicionalni prekidači sve više postaju neadekvatni za operativne potrebe modernih sustava opskrbe trakcijskom strujom. Pojavlivanje visokonaponskih odvojnika učinkovito je ispunilo tu prazninu. Sustavi visokonaponskih odvojnika optimiziraju strukturu tradicionalnih prekidača, proširuju njihovu primjenjivost i naglašavaju fino detalje, time unapređujujući sigurnost i pouzdanost sustava opskrbe strujom tijekom stvarne operacije. Stoga je nužno analizirati i istraživati primjenu visokonaponskih odvojnika u sustavima opskrbe trakcijskom strujom.

1. Sustavi opskrbe trakcijskom strujom
Trenutno korišteni električni sustav opskrbe trakcijskom strujom u Kini predstavlja novu formu željezničke trakcije pomoću elektriciteta—pojavljiva se nova tehnologija propulzije široko primjenjivana na glavnim prugama i urbanoj željezničkoj prijevozu, dostizajući izvrsne performanse i značajno poboljšavajući ugodnost javnog prijevoza. U praktičnoj uporabi, električna trakcija neprekidno pretvara električnu energiju u mehaničku trakcijsku snagu koja pokreće željeznička lokomotiva i električne višeserijske jedinice.

Trenutni električni sustavi trakcije u Kini su podijeljeni po vrsti struje u tri kategorije: industrijsko-frekventni jednofazni AC, DC i niskofrekventni jednofazni AC. Među njima, industrijsko-frekventni jednofazni AC sustav je najčešći, uglavnom korišten u elektrificiranim željeznicama.

Električna trakcija nudi tri ključna prednosti:

• Električne lokomotive ne nose gorivo, već koriste sekundarne izvore energije, omogućujući ne-samostojeću trakcijsku snagu koja učinkovito pokreće vlakove.

• Promiče uštedu energije; s ulaskom Željezničkog sektora u Kinu u novu fazu razvoja, električne lokomotive su sve više implementirane.

• Unapređuje operativnu sigurnost. Zahvaljujući napretku mikroelektronike i informacijske tehnologije, moderne električne lokomotive podržavaju stvarno-vrijeme detekciju grešaka, autonomo vožnju i daljinsko upravljanje, značajno povećavajući informatizaciju trakcijskih sustava.

2. Značajke, funkcije, vrste i evolucija visokonaponskih odvojnika

(1) Funkcije i uloge
Iako su visokonaponski odvojnici tek nedavno široko prihvaćeni u kineskim sustavima opskrbe strujom, pokazali su izvanredne performanse. Njihove ključne funkcije su dvije:

• Kada su otvoreni, osiguravaju vidljiv i elektromagnetski siguran razmak između kontakata;

• Kada su zatvoreni, pouzdano prenose zadanu kontinuiranu struju.

Ove sposobnosti značajno unaprijeđuju sigurnost i operativnu učinkovitost. Ključne uloge uključuju:
• Odvojivanje struje: Tijekom održavanja, odvojnici odvojivaju deenergizirano opremu od živih krugova, stvarajući jasnu vidljivu točku prekida koja štiti osoblje i opremu.
• Operacije prebacivanja (prebacivanje busa): Omogućuju sigurne prelaze opreme između stanja rada, rezerve ili održavanja, omogućujući fleksibilne i sigurne operativne rekonfiguracije.

(2) Vrste
Vrste odvojnika variraju prema nekoliko kriterija:

• Po mjestu instalacije: vanjski vs. unutarnji;

• Po nivou napona: niskonaponski vs. visokonaponski;

• Po konstrukcijskom dizajnu: jednopostojani, dvopostojani ili tro-postojani;

• Po mehanizmu rada: ručni, električni ili pneumatici.

(3) Tehnološki napredak
Tradicionalni odvojnici često su imali smanjen kontakt između pokretnih i stacionarnih kontakata nakon dugog vremena korištenja, što je dovodilo do povećanja otpora, većih gubitaka provodnosti i povećanog potrošnje energije. Nedavne inovacije, poput tehnologije kontakta prstiju i dizajna s obrubljenim površinama, značajno su unaprijedile provodnost i pouzdanost. Ovi unaprijedaji proširili su područje primjene modernih visokonaponskih odvojnika u kineskoj infrastrukturi opskrbe strujom.

3. Primjena u sustavima opskrbe trakcijskom strujom
(1) Daljinsko upravljanje (teleoperacija)
Visokonaponski odvojnici sada su ključni komponenti u sustavima elektrificiranih željezničkih katanarnih sistema, omogućujući izolaciju grešaka i sekcionalno održavanje, time unaprijeđujujući operativnu sigurnost i preciznost. Uz veliki broj i široko raspoređene hub stanice u kineskoj elektrificiranoj željezničkoj mreži, ručno lokalno upravljanje je neefikasno i ograničava automatizaciju. Stoga je implementacija daljinskog upravljanja vitalna za napredak modernizacije željeznica.

S napretkom žičnih i bežičnih komunikacija, Remote Terminal Units (RTU) mogu se integrirati u električne mehanizme rada. Ova integracija ne samo da rješava ključne izazove u daljinskom upravljanju odvojnicima, već i povećava pouzdanost sustava, osigurava stabilnu opskrbu strujom i povišava ukupni stupanj automatizacije elektrificiranih željeznica.

(2) Bežično/žično video nadziranje
Budući da su odvojnici katanara obično instalirani vanjski i bez nadzora, daljinski nadzor je ključan uz daljinsko upravljanje. Video nadzorne sustave omogućuju kontinuiran pregled uvjeta na terenu, minimizirajući ljudske greške u donošenju odluka.

Implementacija takvih sustava zahtijeva hibridne komunikacijske rješenja—kombinaciju žičnih i bežičnih tehnologija poput frekvencijskog skakanja i Wi-Fi, obje su dozrijele u Kini. Integracija ovih naprednih komunikacijskih metoda omogućuje robustno daljinsko video nadziranje, dodatno unaprijeđujući sigurnost, pouzdanost i učinkovitost operacija elektrificiranih željeznica.

(3) Online nadzor temperature
Iako su jednostavne strukture, kontakti i prsti odvojnika izloženi su teškim vanjskim uvjetima, što ih čini osjetljivima na oksidaciju. Oksidacija povećava otpor kontakta i generira previše toplote, što može dovesti do otkaza opreme ili požara ako nije ispravno nadgledano.

U eri pametnih podstanica i bežične operacije, daljinsko praćenje temperature postalo je neizbiveno. U Kini se koriste tri glavne metode: bežični senzori, vlaknasti senzori i infracrvena termografska slika, pri čemu su najšire u upotrebi vlaknasti senzori.

Vlaknasti senzori temperature fiksiraju se direktno na kontakte ili kontaktna prstačica. Podaci se prenose putem optičkih vlakana otpornih na visok napon do centralne jedinice za obradu, a zatim se prenose na računala za potporu podstaničke mreže za analizu u stvarnom vremenu. U Kini je razvijen posebni softver za upravljanje i analizu podataka, što osigurava pouzdano praćenje temperature. Međutim, visoke troškove opreme i razvoja softvera još uvijek predstavljaju izazov.

4. Zaključak
Elektrificirani željeznički sustav Kine ušao je u novu fazu razvoja. Nastavno optimiranje tradicionalnih odvojnika - kroz tehnologiju kontaktne prstačice i grmljane površine - značajno je poboljšalo performanse visokonaponskih odvojnika u primjenama za trakcijsku snagu, ubrzavajući modernizaciju nacionalne željezničke mreže.

U usporedbi s konvencionalnim modovima snabdijevanja strujom, električna trakcija nudi superiornu učinkovitost, poboljšanu sigurnost i niže potrošnje energije. Integracija naprednih visokonaponskih odvojnika s sistemima električne trakcije postala je markantni znak modernizacije željeznice u Kini, postavljajući tehnologiju elektrifikacije zemlje među najboljim na svijetu.