Urban Light Rail Transportation Systems Catenary Line Anti-Icing Applications, Laboratory and Field Tests

Abstract

Problems such as freezing, icing, and / or snow accumulation in the machine systems during the winter can adversely affect the performance of the systems, sometimes stopping them altogether. One of the systems affected by winter conditions is the energy transmission lines. If not intervened, snow and / or ice accumulating on electrical wires can cause electrical transmission performance to drop, and extreme cases can cause wire breaks due to heavy wires. One of the energy transmission systems where power lines are open to the atmosphere is the pantograph-catenary systems that take up electrical energy. Frosting and ice accumulation on the catenary lines leads to arc formation and, in some cases, can interfere with electrical conduction between the pantograph and the catenary line. In the case of light rail transportation systems, this problem could lead to problems at higher rates than other rail systems. In Turkey, the activities to be done for preparation of winter and route maintenance in the intercity railway transmission lines are well known, but procedures for light rail systems are being newly prepared. In particular, the use of light rail systems in winter, where the conditions are more difficult, brings with it some problems. It is inevitable to anticipate the problems that may arise and to work to solve these problems. In this study, an experimental setup was designed to simulate the snow, dew formation on the copper wires in order to prevent / eliminate the icing problem that occurs in the urban light rail transportation systems catenary lines. Field tests were also carried out by applying anti-icing chemical solution in the catenary lines of the Eskişehir urban light rail transport system (ESTRAM). As a result of the field tests, it has been seen that the mono ethylene glycol application to wires can reduce arc formation and wear of the lines considerably. It has even been found that the application mono ethylene glycol before freezing of the line has the potential to reduce wear, breakdown and maintenance costs in the catenary lines.

Keywords

• Anti-icing,Arc formation,Catenary-pantograph contact,Urban railway systems,Tribology

Kent İçi Hafif Raylı Ulaşım Sistemleri Katener Sistemlerinin Anti Buzlanma Uygulamaları, Deney ve Saha Testleri

Abstract

Kış aylarında makine sistemlerinde meydana gelen donma, buzlanma ve/veya kar birikimi gibi sorunlar sistemlerin performansını olumsuz yönde etkilemekte bazen de çalışmasını tamamen durdurabilmektedir. Kış koşullarından etkilenen sistemlerden birisi de enerji iletim hatlarıdır. Müdahale edilmediği takdirde elektrik telleri üzerinde biriken kar ve/veya buz iletim performansının düşmesine, ekstrem durumlarda ise tellerin ağırlaşması ile de kopmalara neden olabilmektedir. İletim hatlarının atmosfere açık olduğu enerji iletim sistemlerinden birisi de elektrik enerjisini havai hattan alan pantograf-katener sistemleridir. Katener hatlarında meydana gelen buzlanma hatta ark oluşumuna yol açmakta ve bazı durumlarda ise pantograf katener hattı arasındaki elektrik iletimini kesebilmektedir. Literatüre bakıldığında ise bu durum kent içi hafif raylı ulaşım sistemlerinde bu sorun diğer raylı sistemlere göre ise daha yüksek oranlarda sorunlara yol açabilmektedir. Ülkemizde şehirlerarası demiryolu iletim hatlarında kışa hazırlık ve yol bakımı için yapılması gereken faaliyetler bilinmekle birlikte hafif raylı sistemler için prosedürler yeni yeni oluşturulmaya başlanmıştır. Özellikle hafif raylı sistemlerin kış şartlarının daha çetin geçtiği illerimizde kullanıma alınması ile birlikte ortaya çıkabilecek sorunlar ve bu sorunların çözümü için çalışmaların yapılması kaçınılmazdır. Bu çalışmada, kent içi hafif raylı ulaşım sistemleri katener hatlarında meydana gelen buzlanma probleminin önlenebilmesi/giderilebilmesi için karlanma durumunu simüle edebilecek bir deneysel düzenek oluşturulmuştur. Laboratuvar ortamında yapılan deney sonuçlarına göre kararlaştırılan orandaki buzlanma geciktirici (anti-icing) kimyasal solüsyonun ESTRAM Eskişehir kent içi hafif raylı ulaşım sistemi katener hatlarına uygulanması ile de saha deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan saha testi sonucunda uygulanan kimyasalın hatta ark oluşumunu oldukça azalttığı görülmüştür. Hatta donma olmadan önce uygulanmasının hatlardaki aşınma, arıza ve bakım maliyetlerini azaltma potansiyeli olduğu görülmüştür.

 

Keywords

• Triboloji,Raylı Sistemler,Katener Pantograf teması,Ark oluşumu,Buzlanma Önleme

References

1. “Weather History for Anadolu University Airpor, TR | Weather Underground.” [Online]. https://www.wunderground.com/history/airport/LTBY/2018/1/4/DailyHistory.html?req_city=&req_state=&req_statename=&reqdb.zip=&reqdb.magic=&reqdb.wmo=. [Accessed: 25-Jan-2018].
2. Karaköse M, Akın E, Aydın İ, and Yaman O Görüntü işleme ve bulanık mantık tabanlı pantograf geometrik modelin tespiti, Apr. 2014.
3. Aydin I, Karakose M, and Akin E, Anomaly detection using a modified kernel-based tracking in the pantograph–catenary system. Expert Syst. Feb. 2015 Appl., vol. 42, no. 2, pp. 938–948.
4. Szafránski Z Winter and Railways. International Union of Railways Rail System Department for the RSF, 2011.
5. Bhargava B Railway electrification systems and configurations 1999, vol. 1, pp. 445–450.
6. Landi A, Menconi L, and Sani L Hough transform and thermo-vision for monitoring pantograph-catenary system Proc. Inst. Mech. Eng. Part F J. Rail Rapid Transit, Jan. 2006 vol. 220, no. 4, pp. 435–447.
7. Baxter A, Network Rail A Guide to Overhead Electrification London, 132787-ALB-GUN-EOH-000001, 2015.
8. Coffey D A, Ashrawi S S, and Nieh E C, Aircraft wing de-icers with improved holdover times US 5386968 A.

9. Tomala A, Karpinska A, Werner WSM, Olver A, and Störi H Tribological properties of additives for water-based lubricants Wear, Oct. 2010, vol. 269, no. 11–12, pp. 804–810.
10. Er Ü and Çakir FH Kent Içi Hafif Rayli Ulaşim Sistemleri Katener Hatlarinda Buzlanma Problemi ve Bakim Yöntemlerinin Incelenmesi presented at the VIII. Bakım Teknolojileri Kongresi ve Sergisi, Denizli, 2017, pp. 195–201.
11. Heyun L, Xiaosong G, and Wenbi T Icing and Anti-Icing of Railway Contact Wires, Reliability and Safety in Railway, X. Perpinya, Ed. InTech, 2012.
12. Makkonen L Modeling of ice accretion on wires J. Clim. Appl. Meteorol. 1984, vol. 23, no. 6, pp. 929–939.
13. Wang F, Li C, Lv Y, Lv F and Du Y, Ice accretion on superhydrophobic aluminum surfaces under low-temperature conditions Cold Reg. Sci. Technol. Jun. 2010, vol. 62, no. 1, pp. 29–33.
14. Makkonen L, Laakso T, Marjaniemi M and Finstad KJ Modelling and Prevention of Ice Accretion on Wind Turbines Wind Eng. Jan. 2001, vol. 25, no. 1, pp. 3–21.
15. “DOTP, MEG, ANTFRİZ, GEC KİMYA SANAYİİ.” [Online]. http://www.gec.com.tr/meg.htm. [Accessed: 19-Jan-2018].
16. Ö. Erdoğan and N. Kanmaz, “Katener-Pantograf Sistemlerinde Buzlanma Problemine Karşı Mono Etilen Glikol UygulamasıI,” Undergrauate Thesis, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, 2018.