تحلیل اثر آلودگی محیطی ناشی از گردوغبار و رطوبت بر عملکرد الکتریکی و قابلیت اطمینان کلیدهای قدرت DC در شبکه های کشش ریلی

شبکه های تغذیه جریان مستقیم (DC) در سامانه های حمل ونقل ریلی شهری و بین شهری، به دلیل قابلیت تامین توان مناسب برای تجهیزات کششی، ساختار نسبتا ساده و امکان بهره برداری مطمئن، یکی از مهم ترین اجزای زیرساخت تامین انرژی قطارهای برقی محسوب می شوند. در این شبکه ها، کلیدهای قدرت سریع DC یا HSCB وظیفه بسیار مهمی در حفاظت فیدرهای کشش، باس DC و تجهیزات پست های برق بر عهده دارند. عملکرد صحیح این کلیدها علاوه بر مشخصات الکتریکی و تنظیمات حفاظتی، به شرایط محیطی محل نصب نیز وابسته است. در بسیاری از خطوط ریلی، به ویژه در مناطق خشک، نیمه خشک، صنعتی و دارای گردوغبار، تجمع ذرات آلاینده روی سطوح عایقی و هادی تجهیزات می تواند در حضور رطوبت باعث افزایش جریان نشتی، کاهش مقاومت عایقی، افزایش مقاومت تماسی، ایجاد مسیرهای سطحی هدایت کننده، تشدید تخلیه های الکتریکی و در شرایط شدید، ایجاد جرقه و شکست عایقی شود.در این مقاله، اثر هم زمان گردوغبار و رطوبت بر عملکرد الکتریکی و قابلیت اطمینان کلیدهای قدرت DC در شبکه های کشش ریلی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا ساختار شبکه تغذیه DC و جایگاه HSCB در حفاظت شبکه معرفی شده و سپس مکانیزم های فیزیکی اثر آلودگی محیطی بر سطوح عایقی و کنتاکت های کلید تحلیل می شود. در ادامه، شاخص هایی نظیر جریان نشتی، مقاومت عایقی، مقاومت تماسی، افت ولتاژ، توان تلفاتی، دمای کنتاکت و زمان عملکرد کلید به عنوان پارامترهای اصلی ارزیابی عملکرد در نظر گرفته شده اند. برای تحلیل کمی، یک مدل معادل در محیط MATLAB/Simulink پیشنهاد شده است که در آن شدت گردوغبار و رطوبت نسبی به عنوان پارامترهای محیطی وارد مدل شده و اثر آن ها بر پارامترهای الکتریکی HSCB بررسی می شود.سه وضعیت اصلی شامل شرایط پاک و خشک، آلودگی گردوغبار در شرایط خشک و آلودگی گردوغبار در حضور رطوبت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد که گردوغبار به تنهایی اثر محدودی بر جریان نشتی دارد، اما ترکیب گردوغبار با رطوبت می تواند به طور قابل توجهی جریان نشتی را افزایش داده و مقاومت عایقی سطحی را کاهش دهد. همچنین افزایش مقاومت تماسی ناشی از آلودگی و اکسیداسیون می تواند باعث افزایش افت ولتاژ و تلفات حرارتی در مسیر جریان شود. بر اساس نتایج، در شرایط آلودگی شدید، حاشیه اطمینان الکتریکی کلید کاهش یافته و احتمال عملکرد نامطمئن، افزایش دمای کنتاکت و کاهش عمر موثر تجهیزات افزایش می یابد. در نهایت، استفاده از پایش وضعیت، برنامه شست وشو و نگهداری مبتنی بر شرایط محیطی، کنترل رطوبت در محفظه تجهیزات و استفاده از منطق نگهداری پیشگیرانه به عنوان راهکارهای اصلی افزایش قابلیت اطمینان HSCB پیشنهاد شده است.

کلیدواژه ها:

آلودگی محیطی ، گردوغبار ، رطوبت ، HSCB ، کلید قدرت DC ، شبکه کشش ریلی ، جریان نشتی.