Toepassing van hoogspanningsafsluiters in tractievoorzieningssystemen

Traditionele schakelaars zijn steeds minder toereikend geworden voor de operationele eisen van moderne tractievoorzieningen. De opkomst van hoogspanningsafschakelaars heeft deze leemte effectief opgevuld. Hoogspanningsafschakelingsystemen optimaliseren de structuur van conventionele schakelaars, verbreden hun toepasbaarheid en leggen meer nadruk op fijne details, waardoor de veiligheid en betrouwbaarheid van energievoorzieningen tijdens het daadwerkelijke gebruik wordt verhoogd. Daarom is het essentieel om de toepassing van hoogspanningsafschakelaars in tractievoorzieningen te analyseren en te bestuderen.

1. Tractievoorzieningen
Het elektrische tractiesysteem dat momenteel in China wordt gebruikt, vertegenwoordigt een nieuwe vorm van railgebaseerde tractie die wordt aangedreven door elektriciteit—een opkomende propulsietechnologie die breed wordt toegepast in hoofdspoorwegen en stedelijke spoorwegvervoer, met uitstekende prestaties en een aanzienlijke verbetering van de gemakkelijkheid van openbaar vervoer. In de praktijk zet elektrische tractie voortdurend elektrische energie om in mechanische tractiekracht om treinlocomotieven en elektrische meerdere eenheden aan te drijven.

De huidige elektrische tractiesystemen in China worden ingedeeld naar stroomtype in drie categorieën: industriefrequentie enkelefase AC, DC en laagfrequentie enkelefase AC. Onder deze systemen is het industriefrequentie enkelefase AC-systeem het meest wijdverspreid, voornamelijk gebruikt in geëlektrificeerde spoorwegen.

Elektrische tractie biedt drie belangrijke voordelen:

• Elektrische locomotieven dragen geen brandstof maar gebruiken secundaire energiebronnen, waardoor niet-zelfstandige tractiekracht mogelijk wordt die treinen effectief kan aandrijven.

• Het bevordert energiebesparing; met de Chinese spoorwegsector die een nieuwe ontwikkelingsfase binnengaat, worden elektrische locomotieven breder ingezet.

• Het verhoogt de operatieve veiligheid. Dankzij vorderingen in micro-elektronica en informatietechnologie ondersteunen moderne elektrische locomotieven real-time foutdetectie, autonoom rijden en afstandsbediening, wat de informatisering van tractiesystemen aanzienlijk verhoogt.

2. Kenmerken, Functies, Types en Evolutie van Hoogspanningsafschakelaars

(1) Functies en Rollen
Hoewel hoogspanningsafschakelaars pas onlangs wijdverspreid zijn ingevoerd in de Chinese energievoorzieningen, hebben ze uitstekende prestaties getoond. Hun kernfuncties zijn tweeledig:

• Wanneer open, zorgen ze voor een zichtbare en elektrisch veilige isolatieafstand tussen contacten;

• Wanneer gesloten, dragen ze betrouwbaar de nominale continue stroom.

Deze capaciteiten verbeteren zowel de veiligheid als de operationele efficiëntie aanzienlijk. Belangrijke rollen omvatten:
• Energieisolatie: Tijdens onderhoud scheiden afschakelaars gedemonteerd apparaat van live circuits, creërend een duidelijk zichtbaar brekpunt dat personeel en apparatuur beschermt.
• Schakeloperaties (Bus Transfer): Ze stellen veilige overgangen van apparatuur tussen werking, stand-by of onderhoudstoestanden in, waardoor flexibele en veilige operationele herconfiguraties mogelijk worden.

(2) Types
Afschakelaartypes variëren op basis van verschillende criteria:

• Volgens installatielocatie: buiten vs. binnen;

• Volgens spanningniveau: lage spanning vs. hoge spanning;

• Volgens constructieontwerp: enkelepole, dubbelepole of driepole;

• Volgens bedieningsmechanisme: handmatig, elektrisch of pneumatisch.

(3) Technologische Vorderingen
Traditionele afschakelaars hadden vaak na langdurig gebruik een verminderde contactoppervlakte tussen bewegende en stationaire contacten, wat leidde tot hogere weerstand, hogere geleidingsverliezen en verhoogde energieverbruik. Recent innovaties zoals vingercontacttechnologie en gerifelde oppervlakdesigns hebben de geleidbaarheid en betrouwbaarheid aanzienlijk verbeterd. Deze verbeteringen hebben de toepassingsomvang van moderne hoogspanningsafschakelaars in de Chinese energieinfrastructuur uitgebreid.

3. Toepassingen in Tractievoorzieningen
(1) Afstandsbediening (Teleoperatie)
Hoogspanningsafschakelaars zijn nu cruciale componenten in geëlektrificeerde spoorwegcatenarysystemen, waardoor foutisolatie en sectieonderhoud mogelijk worden, waardoor de operationele veiligheid en precisie worden verhoogd. Gezien het grote aantal en de wijde verspreiding van knooppunten in het geëlektrificeerde spoorwegnetwerk in China, is manuele ter plaatse bediening inefficiënt en beperkt automatisering. Daarom is de implementatie van afstandsbediening cruciaal voor de modernisering van de spoorwegen.

Met vorderingen in gekabelde en draadloze communicatie kunnen Remote Terminal Units (RTUs) nu worden geïntegreerd in elektrische bedieningsmechanismes. Deze integratie lost niet alleen belangrijke uitdagingen op bij afstandsbediening van afschakelaars, maar verhoogt ook de systeembreedheid, zorgt voor stabiele energievoorziening en verhoogt het algemene automatiseringsniveau van geëlektrificeerde spoorwegen.

(2) Gekabelde/Draadloze Videobewaking
Aangezien catenary afschakelaars doorgaans buiten en onbemand zijn geïnstalleerd, is afstandsbewaking essentieel naast afstandsbediening. Videosurveillance-systemen maken continu toezicht op veldcondities mogelijk, waardoor menselijke fouten in commandokeuzes worden geminimaliseerd.

Het implementeren van dergelijke systemen vereist hybride communicatieoplossingen—het combineren van gekabelde en draadloze technologieën zoals frequentiehoppende spectrumverspreiding en Wi-Fi, beide volwassen in China. Het integreren van deze geavanceerde communicatiemethoden maakt robuuste afstandsvidiobewaking mogelijk, waardoor de veiligheid, betrouwbaarheid en efficiëntie van geëlektrificeerde spoorwegoperaties verder worden verhoogd.

(3) Online Temperatuurbewaking
Ondanks hun eenvoudige structuur zijn afschakelaarkontakten en contactvingers blootgesteld aan strenge buitenomstandigheden, waardoor ze vatbaar zijn voor oxidatie. Oxidatie verhoogt de contactweerstand en genereert excessieve warmte, wat potentiële apparatuurfouten of brand kan veroorzaken als dit ongecontroleerd blijft.

In de tijd van slimme transformatorhuisjes en onbemande operaties is afstandsbediening van temperatuurmonitoren onmisbaar geworden. In China worden drie primaire methoden gebruikt: draadloze sensoren, vezeloptische sensoren en infraroodthermografie - waarbij vezeloptische zintuiglijkheid het meest wijdverspreid is.

Vezeloptische temperatuursensoren worden direct bevestigd op contacten of contactvingers. Gegevens worden verzonden via hoogspanningsbestendige optische vezels naar een centrale verwerkingseenheid, waarna ze doorgestuurd worden naar achtergrondcomputers in het transformatorhuis voor real-time analyse. Speciale software voor gegevensbeheer en -analyse is al ontwikkeld in China, wat betrouwbare temperatuurmonitoring garandeert. Echter, hoge kosten voor apparatuur en softwareontwikkeling blijven een uitdaging.

4. Conclusie
Het elektrificatie-spoorsysteem van China is een nieuw stadium van ontwikkeling binnengegaan. Door continue optimalisatie van traditionele schakelaars - door middel van vingercontact- en geribbelde oppervlakte-technologieën - is de prestatie van hoogspanningsschakelaars in tractiekrachttoepassingen aanzienlijk verbeterd, wat de modernisering van het nationale spoorwegnetwerk versnelt.

In vergelijking met conventionele energievoorzieningsmodi biedt elektrisch tractie een superieure efficiëntie, verbeterde veiligheid en lagere energieverbruik. De integratie van geavanceerde hoogspanningsschakelaars met elektrische tractiesystemen is een kenmerk geworden van de modernisering van Chinees spoorwegverkeer, waardoor de elektrificatietechnologie van het land tot de beste ter wereld behoort.