Raylı Sistemlerin Temelleri. 9. Elektrifikasyon. Hasan Hüseyin Erkaya

Raylı Sistemlerin Temelleri 9. Elektrifikasyon Hasan Hüseyin Erkaya Kaynak: C.F. Bonnett, Practical Railway Engineering, 2nd Ed., London: Imperial College Press, 2005 Eskişehir Osmangazi Üniversitesi 2016

9.1 Hareket Gücü Olarak Elektrik 9.2 Elektriğin Üretilmesi 9.3 Demiryolu Elektrifikasyon Sistemleri 9.4 AC Enerji Sağlanması 9.5 AC Sistem Besleme Noktaları 9.6 AC Havai Katener Hattı Bileşenleri 9.7 AC Sistemlerin Topraklanması 9.8 Elektrik Etkileşimi /Girişim 9.9 DC Alçak Gerilim Sistemleri 9.10 DC sistemler için Enerji Dağıtımı 9.11 Elektriklendirmenin Etkileri 9.12 Denetim ve Bakım

9.1 Hareket Gücü Olarak Elektrik Yirminci Yüzyılın tartışması: Elektrikli mi Dizel mi? Son 40-50 yıldır elektrikli hareket gücü kullanmaya doğru bir eğilim var. $$: Alyapı + raylar + sinyalizasyon + elektriklendirme Yeterince tren trafiği varsa elektrifikasyon Dizel sistem = Dizel elektrikli sistem: Enerji santrali lokomotifte (dizel motor + jeneratör) Elektrikli sistem: "Enerji santrallerini lokomotiflerden çıkarıp, daha büyük ama daha az sayıda sabit enerji santrali yapmak ve sistemi bunlarla beslemek«ac/dc (not an Australian rock band, formed in 1973 by brothers Malcolm and Angus Young)

9.2 Elektriğin Üretilmesi Elektrikli çekiş sistemlerinin ilk kullanıldığı yıllarda raylı sistem işletmecisi elektrik santralini de kurmuş Genellikle kömür yakan termik santraller Kömür taşıması kolay olsun diye su yolları üzerinde Zamanla ulusal elektrik şebekeleri gelişmiş ve yaygınlaşmış Ayrı bir santral çok uygulanabilir değil.

9.3 Demiryolu Elektrifikasyon Sistemleri Ana hat demiryollarında: 25 kv AC tek fazlı şebeke frekanslı (50 Hz) Metro ve hafif raylı sistemlerde: 750 V DC Yaygın olmayan başka sistemler: Orta Avrupa da 15 kv AC 16,6 Hz frekanslı tek fazlı sistem, Afrika da 50 kv Bazı DC sistemler 3000 V.

9.3 Demiryolu Elektrifikasyon Sistemleri

9.3 Demiryolu Elektrifikasyon Sistemleri AC ve DC farklı gibi görünse de ortak yönleri var İlk zamanlar 750 V DC motorlar kullanılmış AC doğrultulup DC motorlara verilmiş Yeni yaklaşım: 3-fazlı asenkron motorlar DC Sistemler Enerji 33 kv veya 11 kv AC olarak ulusal şebekeden veya yerel santralden Yol boyunca yerleştirilmiş indirici trafo merkezleri 3 7 km aralıklı besleme noktaları İndirici merkezinde doğrultucular Havai hat veya akım rayı AC sistemler Enerji ulusal şebekeden 132 kv veya daha yüksek bir hattan Yol boyunca indirici trafolar: 25 kv besleme 40 60 km aralıklı besleme merkezleri Tren içinde indirici trafo ve gerekirse doğrultucular Havai hat

9.3 Demiryolu Elektrifikasyon Sistemleri Yüksek kapasiteli, yüksek yoğunluklu alçak hızlı sistemlerde trenler sadece dakika aralıklarla çalışıyorlarsa, DC sistem AC sistemden daha ekonomik olur. Yüksek hızlı, yüksek güçlü şehirlerarası çalışan ve sıklıkları daha az olan trenler için AC sistem daha ekonomiktir.

9.4 AC Enerji Sağlanması

9.5 AC Sistem Besleme Noktaları Tipik bir 25 kv besleme düzenlemesi şeması.

9.6 AC Havai Katener Hattı Bileşenleri

9.6 AC Havai Katener Hattı Bileşenleri Portik supl sistem

9.6 AC Havai Katener Hattı Bileşenleri Portik rijit sistem

9.6 AC Havai Katener Hattı Bileşenleri

9.6 AC Havai Katener Hattı Bileşenleri Pantografın seyir teline sürtünmesi

9.6 AC Havai Katener Hattı Bileşenleri 3 fazlı besleme

9.7 AC Sistemlerin Topraklanması Katener hattından alınan akımın dönüş yolu: raylar Raylar birbirine bağlı, ara ara da elektrik direklerine bağlantılıdır yol boyunca dağıtılmış bir toprak bağlantısı ray üzerindeki gerilim toprak gerilimine yakın raylar üzerinde elektrik çarpma riski sınırlandırılmış İnsanların dokundukları ve yüksek gerilim hattına temas etme ihtimali olan metal aksam da raylara bağlanarak topraklanır. Çıplak metal aksam bir izolatörün iletken hale geçmesiyle veya kopmuş bir enerji hattına kazara değmesiyle yüksek gerilim ihtiva edebilir. Topraklama sistemi belirli bir akım düzeyinde kaçak olduğunda ilgili kesiciye komuta ederek arızalı kısımda enerjinin kesilmesini sağlar.

9.7 AC Sistemlerin Topraklanması

9.8 Elektrik Etkileşimi /Girişim Büyükçe bir akım halkası Elektromanyetik grişim Etkileşimi azaltmak amacıyla 1:1 akım oranlı trafolar kullanılır 3,2 km aralıklarla primer sargıları katener sistemiyle seri bağlı sekonder sargıları ise dönüş iletkeniyle seri bağlı trafo etkisi yle dönüş iletkenindeki akım katener akımıyla aynı fakat ters yönde Dönüş iletkeni bu akım trafolarının konumlarının ortasında raylara bağlanır. Dönüş iletkeni yukarıya direğin üstüne kaldırılarak halka küçültülür.

9.8 Elektrik Etkileşimi /Girişim

9.9 DC Alçak Gerilim Sistemleri Metro ve hafif raylı sistemlerde DC alçak gerilim kullanılır Havai hat veya üçüncü ray ile besleme mümkün Dördüncü ray bile mümkün (örnek: Londra metrosu) (Topraktaki akımların yeraltındaki metallerde korozyona neden olması)

9.9 DC Alçak Gerilim Sistemleri

9.10 DC sistemler için Enerji Dağıtımı DC elektriklendirme sisteminde AC ve DC enerji dağıtımı

9.10 DC sistemler için Enerji Dağıtımı İndirici ve doğrultucu merkezlerle iletken raylar arasındaki DC enerji dağıtım sistemi şu özellikleri sağlamalıdır: Herhangi bir konumda kalkış ve hızlanma için gerekli yüksek akımı verebilmelidir. Tren çalışma saatlerinde gecikmeye neden olmayacak şekilde her bir trene yeterince ortalama gerilim sağlamalıdır. Ekipman bakımı için elektrik enerjisini kesebilmeli ama trenlerin tarifelerini aksatmadan çalışmalarına izin vermeli Enerji dağıtım ekipmanında arıza olsa bile tren servislerinin devamına imkân vermelidir. DC elektriklendirme sisteminde AC ve DC enerji dağıtımı

9.11 Elektriklendirmenin Etkileri Mevcut bir hattı elektriklendirmeyi düşünen raylı sistem yönetimi aşağıdaki hususları dikkate almalıdır: Demiryolu üstündeki köprü ve geçitlerde havai katener hattına yeterince yükseklik sağlanabilmesi için yapısal değişiklik gerekebilir. Ayaklı yaya üst geçitlerinde başka koruyucu duvarların yüksekliklerinde artış gerekebilir. Özellikle iletken raylar kullanılıyorsa, yol kenarına yapılacak çitlerin ve yaya geçişine engel olacak yapıların standartları yükselecektir. Yol kenarında çalışması gerekecek vinç veya başka hareketli ekipmanın oluşturacağı tehlikeler için alınacak önlemler artacaktır. Yolda veya raylar üzerinde çalışan personel için koruma ve güvenlik tedbirleri artacaktır. Yol devreleri, sinyalizasyon, telefon, bilgisayar, kapalı devre televizyon gibi diğer donanım üzerine elektrik girişim oluşabilecektir.

9.12 Denetim ve Bakım Raylı sistemin sağladığı servisin aksamadan devam edebilmesi için, tüm altyapı ve üst yapı gibi, raylı sistemlerin elektriklendirilmesi ile ilgili tüm donanım düzenli olarak denetlenmeli ve bakımları yapılmalıdır. Havai yapılar ve katener tutucuları Direk ve portal yapılarının temelleri Kablo kanalları ve destek yapıları Kablo kılıfları, geçiş yerleri ve alt geçitler İletken ray ve yük taşıyan raylara yapılan bağlantılar Tüm çalışanlar görevleri sırasında, bir kaza sırasında veya başka bir olay sırasında karşılaşmaları muhtemel güvenlikle ilgili tüm önlemler hakkında eğitilmeli ve bilgilendirilmelidir.

İlginiz için teşekkür ederim. Hasan Hüseyin Erkaya Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Ekim 2016 33