Uporaba visokonapetostnih odsekovalnikov v sistemih za napajanje trakcijskega toka

Tradicionalni preklopniki so vse bolj nezadostni za operativne zahteve modernih sistemov trakcijske oskrbe z energijo. Pojav visokonapetostnih odvajalcev je učinkovito zapolnil to vrzel. Sistemi visokonapetostnih odvajalcev optimizirajo strukturo tradicionalnih preklopnikov, širijo njihovo uporabnost in poudarjajo manjše podrobnosti, s tem pa izboljšujejo varnost in zanesljivost elektroenergetskih sistemov med dejansko uporabo. Zato je bistveno analizirati in raziskovati uporabo visokonapetostnih odvajalcev v sistemih trakcijske oskrbe z energijo.

1. Sistemi trakcijske oskrbe z energijo
Trenutno uporabljeni sistemi električne trakcijske oskrbe z energijo v Kitajski predstavljajo novo obliko železniške trakcije, pogonjene z električno energijo – nove tehnologije, ki so široko uporabljene na glavnih železnih cestah in mestnih železnicah, prinašajo odlične zmogljivosti in značilno izboljšajo dostopnost javnega prevoza. V praktični uporabi električna trakcija neprekinjeno pretvarja električno energijo v mehanski trakcijski pogon za pogon železniških lokomotiv in električnih viškov.

Kitajski trenutni sistemi električne trakcije so razdeljeni glede na vrsto tokov na tri kategorije: industrijska-frekvenca enofazna AC, DC in nizko-frekvenca enofazna AC. Med njimi je najpogostejši sistem industrijska-frekvenca enofazna AC, ki se glavno uporablja na elektrificiranih železnih cestah.

Električna trakcija ponuja tri ključne prednosti:

• Električne lokomotive ne nosijo goriva, ampak uporabljajo sekundarne virje energije, kar omogoča nezasebni trakcijski pogon, ki učinkovito pogaja vlake.

• Spodbuja varčevanje z energijo; z novim razvojnim obdobjem kitajskega železniškega sektorja se električne lokomotive širše uporabljajo.

• Povečuje varnost operacij. Zaradi napredka mikroelektronike in informacijske tehnologije so sodobne električne lokomotive opremljene z možnostmi hiter detekcije napak, samodejnega vožnja in oddaljenega nadzora, kar znatno poveča informatizacijo trakcijskih sistemov.

2.Značilnosti funkcije vrste in evolucija visokonapetostnih odvajalcev

(1) Funkcije in vloga
Čeprav so visokonapetostni odvajalci le nedavno širše uporabljeni v kitajskih električnih sistemih, so pokazali odlične zmogljivosti. Njihovi ključni nameni sta dvojni:

• Ko so odprti, zagotavljajo vidno in električno varno ločevalno razdaljo med kontakti;

• Ko so zaprti, zanesljivo prenašajo merilni kontinuirani tok.

Te zmogljivosti znatno izboljšata varnost in učinkovitost delovanja. Ključne vloge vključujejo:
• Ločevanje energije: Med vzdrževanjem odvajalci ločijo deenergizirano opremo od živega kruga, ustvarjajo jasno vidno prekinjalno točko, ki varuje osebje in opremo.
• Preklopne operacije (Preusmeritev busa): Omogočajo varne prehode opreme med stanji delovanja, pripravnosti ali vzdrževanja, kar omogoča prožne in varne operativne rekonfiguracije.

(2) Vrste
Vrste odvajalcev se razlikujejo glede na več kriterijev:

• Po lokaciji namestitve: zunaj vs. notranjost;

• Po ravni napetosti: nizkonapetostni vs. visokonapetostni;

• Po konstrukcijskem načrtu: enosteben, dvosteben ali trosteben;

• Po mehanizmu delovanja: ročni, električni ali plinski.

(3) Tehnološki napredek
Tradicionalni odvajalci so po dolgoletni uporabi pogosto doživeli zmanjšan kontaktni površino med gibljenimi in stacionarnimi kontakti, kar je vodilo do povečane upornosti, višjih izgub pri prenašanju in večje porabe energije. Nedavne inovacije, kot so tehnologija prstnih kontaktov in ozubenih površin, so veliko izboljšale vodljivost in zanesljivost. Te izboljšave so razširile uporabnost sodobnih visokonapetostnih odvajalcev v kitajskih električnih infrastrukturah.

3. Uporaba v sistemih trakcijske oskrbe z energijo
(1) Oddaljeni nadzor (Teleoperacija)
Visokonapetostni odvajalci so zdaj ključni komponenti v sistemih elektrificiranih železniških vodnikov, ki omogočajo ločevanje napak in sekcionalno vzdrževanje, s tem pa izboljšujejo varnost in natančnost delovanja. Ob ogromnem številu in široki razširjenosti hub stanic v kitajski elektrificirani železniški mreži je ročna na-mestna operacija neučinkovita in omejuje avtomatizacijo. Zato je implementacija oddaljenega nadzora ključna za napredek modernizacije železnic.

Z napredkom državljanj in brezžičnih komunikacij lahko zdaj Remote Terminal Units (RTU) integriramo v električne operativne mehanizme. Ta integracija ne le reši ključne izzive pri oddaljeni operaciji odvajalcev, ampak tudi poveča zanesljivost sistema, zagotavlja stabilno oskrbo z energijo in poveča celotno raven avtomatizacije elektrificiranih železnic.

(2) Državljanjsko/brezžično video nadziranje
Ker so odvajalci vodnikov običajno nameščeni na prostem in neustreženi, je oddaljeno nadziranje ključno poleg oddaljenega nadzora. Video nadzorne sistemi omogočajo neprekinjeno spremljanje stanja na terenu, zmanjšujejo človeške napake v odločitvah o ukrepih.

Nameščanje takšnih sistemov zahteva hibridne komunikacijske rešitve, ki kombinirajo državljanjske in brezžične tehnologije, kot so frekvenčni skakanje in Wi-Fi, ki sta v Kitajski zrela. Integracija teh naprednih komunikacijskih metod omogoča močno oddaljeno video nadziranje, s tem pa dodatno izboljša varnost, zanesljivost in učinkovitost delovanja elektrificiranih železnic.

(3) Oddaljeno merjenje temperature
Njihova preprosta struktura odvajalcev in prstnih kontaktov, ki so izpostavljeni zahtevnim zunanjim razmeram, jih naredi občutljive na oksidacijo. Oksidacija poveča upornost kontakta in generira preveliko toplotno, kar lahko vodi do odpovedi opreme ali požara, če ostane nenavadeno.

V dobi pametnih preobrazovalnikov in brezposredniških operacij je oddaljeno spremljanje temperature postalo neodtujivo. V Kitajski se uporabljajo tri glavne metode: brezžični senzorji, vlaknovi senzorji in infrardeča termografska slika – z vlaknovim čutkom je najpogostejša.

Vlaknovi temperaturni senzorji so priklopljeni neposredno na kontakte ali kontaktna prsta. Podatki so prenašani preko vlaknov, ki odvrnijo visoko napetost, do centralnega procesorskega enota, nato pa preneseni na računalnike v preobrazovalniku za hiter analiz. Za upravljanje in analizo podatkov je v Kitajski razvijena posebna programska oprema, ki zagotavlja zanesljivo spremljanje temperature. Vendar ostajajo visoke stroške opreme in razvoja programske opreme izzivom.

4. Zaključek
Kitajska elektrificirana železniška infrastruktura je stopila v novo fazo razvoja. Z nadaljnjim optimiziranjem tradicionalnih odsekatel – z uporabo tehnologije kontaktnih prstov in graviranih površin – se je bistveno izboljšala delovanje visokonapetostnih odsekatel v aplikacijah za vlečno energijo, kar je pospešilo modernizacijo nacionalne železniške mreže.

V primerjavi z običajnimi sistemi oskrbe z energijo ponuja električna vlečna sila boljšo učinkovitost, izboljšano varnost in manjše porabe energije. Integracija naprednih visokonapetostnih odsekatel z električnimi vlečnimi sistemom postala je značilna za modernizacijo kitajske železnice, kar je postavilo državo med najboljše na svetu glede tehnologije elektrifikacije.