Applicazione dei disconnettori ad alta tensione nei sistemi di alimentazione trazione

Gli interruttori tradizionali sono diventati sempre più inadeguati per le esigenze operative dei moderni sistemi di alimentazione trazione. L'emergera degli interruttori ad alta tensione ha efficacemente colmato questa lacuna. I sistemi di interruttori ad alta tensione ottimizzano la struttura degli interruttori convenzionali, ampliano la loro applicabilità e mettono maggiore enfasi sui dettagli, migliorando così la sicurezza e l'affidabilità dei sistemi elettrici durante l'operazione effettiva. Pertanto, è essenziale analizzare e studiare l'applicazione degli interruttori ad alta tensione nei sistemi di alimentazione trazione.

1.Sistemi di Alimentazione Trazione
Il sistema di alimentazione elettrica trazione attualmente utilizzato in Cina rappresenta una nuova forma di trazione ferroviaria alimentata da energia elettrica, una tecnologia propulsiva emergente ampiamente applicata nelle ferrovie principali e nel trasporto urbano, offrendo un'ottima performance e migliorando significativamente la comodità del trasporto pubblico. Nell'uso pratico, la trazione elettrica converte continuamente l'energia elettrica in potenza meccanica di trazione per trainare locomotive ferroviarie e treni multiunità elettrici.

I sistemi di trazione elettrica attuali in Cina sono classificati in base al tipo di corrente in tre categorie: AC monofase a frequenza industriale, CC e AC monofase a bassa frequenza. Tra questi, il sistema AC monofase a frequenza industriale è il più diffuso, utilizzato principalmente nelle ferrovie elettrificate.

La trazione elettrica offre tre vantaggi chiave:

• Le locomotive elettriche non trasportano carburante ma utilizzano fonti di energia secondarie, consentendo una trazione non autonoma che guida efficacemente i treni.

• Promuove il risparmio energetico; con il settore ferroviario cinese che entra in una nuova fase di sviluppo, le locomotive elettriche stanno trovando un uso più esteso.

• Migliora la sicurezza operativa. Grazie ai progressi nella microelettronica e nelle tecnologie dell'informazione, le moderne locomotive elettriche supportano la rilevazione in tempo reale dei guasti, la guida automatica e il controllo remoto, aumentando notevolmente il livello di informatizzazione dei sistemi di trazione.

2.Caratteristiche, Funzioni, Tipi ed Evoluzione degli Interruttori ad Alta Tensione

(1) Funzioni e Ruoli
Anche se gli interruttori ad alta tensione sono stati adottati solo recentemente nei sistemi elettrici cinesi, hanno dimostrato un'ottima performance. Le loro funzioni principali sono due:

• Quando aperti, assicurano una distanza di isolamento visibile e sicura dal punto di vista elettrico tra i contatti;

• Quando chiusi, portano in modo affidabile la corrente continua nominale.

Queste capacità migliorano significativamente sia la sicurezza che l'efficienza operativa. I ruoli principali includono:
• Isolamento dell'energia: Durante la manutenzione, gli interruttori isolano l'equipaggiamento spento dai circuiti sottotensione, creando un punto di interruzione visibile che protegge il personale e l'equipaggiamento.
• Operazioni di commutazione (trasferimento di bus): Consentono transizioni sicure dell'equipaggiamento tra stati di funzionamento, stand-by o manutenzione, facilitando configurazioni operative flessibili e sicure.

(2) Tipi
I tipi di interruttore variano in base a diversi criteri:

• Per luogo di installazione: esterni vs interni;

• Per livello di tensione: a bassa tensione vs ad alta tensione;

• Per progettazione strutturale: monoposto, biposto o triposto;

• Per meccanismo di azionamento: manuale, elettrico o pneumatico.

(3) Avanzamenti Tecnologici
Gli interruttori tradizionali spesso soffrivano di una riduzione dell'area di contatto tra i contatti mobili e fissi dopo un lungo uso, portando a un aumento della resistenza, delle perdite di conduzione e del consumo energetico. Innovazioni recenti, come la tecnologia di contatto a dita e i disegni a superficie scanalata, hanno notevolmente migliorato la conduttività e l'affidabilità. Questi miglioramenti hanno ampliato il campo di applicazione degli interruttori ad alta tensione moderni nell'infrastruttura elettrica cinese.

3.Applicazioni nei Sistemi di Alimentazione Trazione
(1) Controllo Remoto (Teleoperazione)
Gli interruttori ad alta tensione sono ora componenti critici nei sistemi catenari delle ferrovie elettrificate, consentendo l'isolamento dei guasti e la manutenzione selettiva, migliorando così la sicurezza e la precisione operativa. Data la vasta quantità e la larga distribuzione delle stazioni hub nella rete ferroviaria elettrificata cinese, l'operazione manuale sul sito è inefficiente e limita l'automazione. Pertanto, l'implementazione del controllo remoto è vitale per l'avanzamento della modernizzazione ferroviaria.

Con i progressi nelle comunicazioni cablate e wireless, le Unità Terminali Remote (RTU) possono ora essere integrate nei meccanismi di operazione elettrici. Questa integrazione non solo risolve le sfide chiave nell'operazione remota degli interruttori, ma migliora anche l'affidabilità del sistema, garantisce un approvvigionamento stabile di energia e eleva il livello complessivo di automazione delle ferrovie elettrificate.

(2) Monitoraggio Video Cablato/Wireless
Poiché gli interruttori catenari sono solitamente installati all'esterno e non sorvegliati, il monitoraggio remoto è essenziale insieme al controllo remoto. I sistemi di sorveglianza video permettono un controllo continuo delle condizioni sul campo, minimizzando gli errori umani nelle decisioni di comando.

L'implementazione di tali sistemi richiede soluzioni di comunicazione ibride, combinando tecnologie cablate e wireless come lo spread spectrum a salto di frequenza e Wi-Fi, entrambe mature in Cina. L'integrazione di questi metodi di comunicazione avanzati consente un robusto monitoraggio video remoto, ulteriormente migliorando la sicurezza, l'affidabilità e l'efficienza delle operazioni ferroviarie elettrificate.

(3) Monitoraggio Temperatura Online
Nonostante la loro struttura semplice, i contatti degli interruttori e le dita di contatto sono esposti a condizioni ambientali esterne severe, rendendoli soggetti all'ossidazione. L'ossidazione aumenta la resistenza dei contatti e genera calore eccessivo, potenzialmente portando a guasti dell'equipaggiamento o incendi se non gestiti.

Nell'era delle sottostazioni intelligenti e delle operazioni senza personale, il monitoraggio remoto della temperatura è diventato indispensabile. In Cina vengono utilizzati tre metodi principali: sensori wireless, sensori a fibra ottica e termografia infrarossa, con i sensori a fibra ottica che sono i più ampiamente adottati.

I sensori di temperatura a fibra ottica vengono fissati direttamente sui contatti o sulle dita dei contatti. I dati vengono trasmessi tramite fibre ottiche resistenti ad alta tensione a un'unità di elaborazione centrale, quindi inviati ai computer backend della sottostazione per l'analisi in tempo reale. In Cina è già stato sviluppato software specifico per la gestione e l'analisi dei dati, garantendo un monitoraggio affidabile della temperatura. Tuttavia, i costi elevati dell'equipaggiamento e dello sviluppo del software rimangono una sfida.

4. Conclusione
Il sistema ferroviario elettrificato cinese ha raggiunto una nuova fase di sviluppo. L'ottimizzazione continua dei disgiuntori tradizionali, attraverso tecnologie di contatto a dita e superfici scanalate, ha migliorato significativamente le prestazioni dei disgiuntori ad alta tensione nelle applicazioni di trazione, accelerando la modernizzazione della rete ferroviaria nazionale.

In confronto ai modi di fornitura di energia convenzionali, la trazione elettrica offre un'efficienza superiore, una maggiore sicurezza e un consumo energetico inferiore. L'integrazione di disgiuntori ad alta tensione avanzati nei sistemi di trazione elettrica è diventata un marchio distintivo della modernizzazione ferroviaria cinese, posizionando la tecnologia di elettrificazione del paese tra le migliori al mondo.