بررسی اثر افزایش مقاومت تماسی و فرسودگی کنتاکت های کلید DC بر تلفات حرارتی و قابلیت اطمینان تجهیزات شبکه مترو

کلیدهای سریع جریان مستقیم یا HSCB یکی از مهم ترین تجهیزات حفاظتی در پست های کشش شبکه های DC مترو محسوب می شوند و وظیفه اصلی آن ها، عبور جریان بار در شرایط عادی و قطع سریع جریان های غیرمجاز و اتصال کوتاه در شرایط خطا است. عملکرد صحیح این تجهیزات علاوه بر سرعت و قابلیت قطع جریان خطا، به کیفیت الکتریکی و حرارتی مسیر اصلی جریان در حالت وصل وابسته است. یکی از مهم ترین پارامترهای موثر در این زمینه، مقاومت تماسی کنتاکت های کلید است. افزایش تدریجی مقاومت تماسی در اثر فرسودگی مکانیکی، اکسیداسیون، خوردگی، فرسایش سطح تماس، کاهش فشار کنتاکت و تکرار عملیات قطع و وصل می تواند باعث افزایش تلفات اهمی، افت ولتاژ، افزایش دمای کنتاکت و در نهایت کاهش قابلیت اطمینان HSCB شود.در این مقاله، اثر افزایش مقاومت تماسی ناشی از فرسودگی کنتاکت های کلید DC بر عملکرد حرارتی و قابلیت اطمینان تجهیزات حفاظتی شبکه مترو بررسی شده است. ابتدا ساختار شبکه تغذیه DC و جایگاه HSCB معرفی شده و سپس مکانیزم های فیزیکی ایجاد فرسودگی و افزایش مقاومت تماسی مورد بررسی قرار گرفته اند. برای تحلیل کمی، یک مدل الکتریکی حرارتی در محیط MATLAB/Simulink توسعه داده شده است که در آن مقاومت تماسی به صورت یک پارامتر متغیر با وضعیت سلامت کلید در نظر گرفته شده است. چهار وضعیت شامل کنتاکت سالم، فرسودگی متوسط، فرسودگی پیشرفته و فرسودگی شدید تعریف شده و اثر آن ها بر توان تلفاتی، افت ولتاژ، دمای کنتاکت و شاخص سلامت تجهیز بررسی شده است.در مدل شبیه سازی، ولتاژ شبکه DC برابر ۱۵۰۰ ولت و جریان مرجع عبوری از کلید برابر ۳۰۰۰ آمپر در نظر گرفته شده است. مقاومت تماسی از مقدار پایه ۰.۱۵ میلی اهم تا ۰.۵۰ میلی اهم افزایش داده شده و رفتار سیستم در شرایط مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش مقاومت تماسی، توان تلفاتی کنتاکت به صورت مستقیم و متناسب با مقاومت و به صورت غیرخطی نسبت به جریان افزایش می یابد. به عنوان نمونه، در جریان ۳۰۰۰ آمپر، افزایش مقاومت تماسی از ۰.۱۵ به ۰.۵۰ میلی اهم موجب افزایش توان تلفاتی از حدود ۱.۳۵ کیلووات به ۴.۵۰ کیلووات می شود. این افزایش تلفات باعث افزایش قابل توجه دمای کنتاکت و کاهش حاشیه اطمینان حرارتی کلید می گردد.نتایج مدل قابلیت اطمینان نیز نشان می دهد که افزایش مقاومت تماسی می تواند به عنوان یک شاخص پیشرو برای تشخیص کاهش سلامت HSCB مورد استفاده قرار گیرد. بر این اساس، پایش مقاومت تماسی، دمای کنتاکت و افت ولتاژ کلید و استفاده از تعمیرات مبتنی بر وضعیت می تواند از ادامه فرسودگی و رسیدن تجهیز به شرایط بحرانی جلوگیری کند. نتایج این پژوهش نشان می دهد که کنترل و پایش مقاومت تماسی نه تنها موجب کاهش تلفات انرژی می شود، بلکه می تواند نقش موثری در افزایش قابلیت اطمینان و کاهش ریسک خروج ناخواسته تجهیزات شبکه مترو داشته باشد.

کلیدواژه ها:

کلید سریع DC ، HSCB ، مقاومت تماسی ، فرسودگی کنتاکت ، تلفات حرارتی ، قابلیت اطمینان