تحلیل و مدل سازی جامع ولتاژ ریل به زمین (Rail-to-Earth Potential) و مخاطرات ایمنی در خطوط مترو شهری

سیستم های کشش جریان مستقیم (DC Traction Systems) به عنوان متداول ترین روش تامین انرژی در شبکه های مترو شهری شناخته می شوند. در این سیستم ها، ریل های مسیر علاوه بر هدایت قطار، نقش مسیر بازگشت جریان کشش را نیز ایفا می کنند. عبور جریان های بزرگ از ریل ها موجب ایجاد افت ولتاژ در طول مسیر شده و در نتیجه اختلاف پتانسیل قابل توجهی میان ریل و زمین اطراف ایجاد می شود. این پدیده که با عنوان ولتاژ ریل به زمین (Rail-to-Earth Potential) شناخته می شود، یکی از مهم ترین چالش های ایمنی در سامانه های ریلی DC محسوب می گردد. افزایش ولتاژ ریل به زمین می تواند خطر برق گرفتگی مسافران و کارکنان، افزایش احتمال خوردگی تجهیزات فلزی مدفون، تشدید جریان های سرگردان و کاهش قابلیت اطمینان تجهیزات الکتریکی را به همراه داشته باشد. از این رو کنترل و محدودسازی این ولتاژ یکی از الزامات اصلی طراحی و بهره برداری خطوط مترو محسوب می شود. در این پژوهش ابتدا مبانی نظری ایجاد ولتاژ ریل به زمین و عوامل موثر بر آن مورد بررسی قرار می گیرد. سپس یک مدل جامع از شبکه کشش DC در محیط MATLAB/Simulink توسعه یافته و رفتار ولتاژ ریل در شرایط مختلف بهره برداری شامل حرکت قطار، شتاب گیری، ترمز احیاکننده و وقوع خطا تحلیل می شود. در ادامه مخاطرات ایمنی ناشی از افزایش ولتاژ ریل و عملکرد سامانه های حفاظتی مورد ارزیابی قرار گرفته و راهکارهای کاهش خطر ارائه می گردد. نتایج نشان می دهد که طراحی مناسب سیستم زمین، بهینه سازی مقاومت مسیر بازگشت جریان و استفاده از تجهیزات حفاظتی می تواند نقش مهمی در کاهش ولتاژ ریل به زمین و افزایش ایمنی شبکه های مترو ایفا کند.

کلیدواژه ها:

ولتاژ ریل ، مترو ، سیستم کشش ، REP.