Demiryolu Elektrifikasyon Sistemlerinde Topraklama ve Temas Gerilimi

Öz

Elektrifikasyon sistemlerinde katener hattı (OCL) ve geri dönüş akımı devresi, AC cer akımı için akacak bir yol teşkil eder. Cer akımı, katener sistemi vasıtasıyla güzergâh üzerindeki elektrikli lokomotiflere aktarılır ve geri dönüş devresi yoluyla transformatör merkezine geri döner. Akım taşıyan raylar geri dönüş devresi için birincil iletkendir. Raylar ve toprak arasındaki direnç sonlu ve raylar boylamsal bir dirence sahip olduğundan, dönüş akımının bir kısmı toprağa ve buradan da transformatör merkezine geri akacaktır. Transformatör merkezinin yakınlarında ise bu akım raylara ve transformatör merkezi topraklama sistemine geri döner. Binlerce ampere ulaşabilecek akım, geri dönüş devresi içerisinde akabilir ve işletme esnasında raylarda ve araçların iletken kısımlarında gerilime sebep olabilir. Yolcular ve çalışan personel tarafından köprülendiğinde, potansiyel olarak tehlikeli olabilecek gerilimleri önlemek için geri dönüş devresinin uygun bir şekilde tasarlanması gerekmektedir. Bu çalışmada bir yüksek hızlı tren elektrifikasyon sistemi için topraklama ve geri dönüş devresi tasarlanmış, temas gerilimi değerleri hem arıza hem de işletme koşulları için bilgisayar simülasyonu ile hesaplanmıştır. Geri dönüş devresinin farklı bağlantıları için elde edilen simülasyon sonuçları çalışma içerisinde gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Elektrifikasyon
• Cer Akımı
• Topraklama
• Temas Gerilimi

Earthing and Touch Voltage in Railway Electrification Systems

Öz

The overhead contact line system (OCL) and the return circuit form the traction current circuit of electrified railways. The traction current flows via the contact line system to the electric locomotives and via the return circuit back to the substation. The running rails serve as the primary conductors for the return current. As the resistance between the rails and earth is finite and the rails have a longitudinal resistance, a portion of the return current will flow to earth and back to the substation through earth. Near the substation, this current flows back into the running rails and into the substation earthing system. Up to several thousand amperes can flow in the return circuit and cause voltages at the running rails and conductive parts of vehicles during operation. To avoid voltages which could be potentially dangerous when bridged by passengers and staff, the return circuits need to be adequately designed. In this study, an earthing and return current circuit were designed for a high-speed train electrification system and the touch voltage values for both operation and fault condition was calculated via a computer simulation. Simulation results of return circuit that have alternative connections are shown in this study.

Anahtar Kelimeler

• Electrification
• Traction Current
• Earthing
• Touch Voltage

Kaynakça

1. [1] TS EN 50119 Railway applications – Fixed installations – Electric traction overhead contact lines
2. [2] D. Serrano-Jiménez, L. Abrahamsson, S. Castaño-Solís, J. Sanz-Feito “Electrical railway power supply systems: Current situation and future trends”, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 92, 181–192. doi:10.1016/j.ijepes.2017.05.008.
3. [3] TS EN 50163 – Nisan 2013 Demiryolu Uygulamaları – Cer Sistemlerinin Besleme Gerilimleri Railway Applications-Supply voltages of traction systems.
4. [4] F. Kiessling, R. Puschman, A. Schmieder, Schneider E., “Contact Line for Electric Railways, Planning Design Implementation Maintenance, 2018”.
5. [5] J. R. Carson, “Wave propagation in overhead wires with ground return,” Bell Syst. Tech. J., vol. 5, pp. 539–554, Oct. 1926.
6. [6] TS EN 50122 – 1 Demiryolu uygulamaları- Sabit tesisler - Elekriksel güvenlik,topraklama ve dönüş devresi- Bölüm 1:Elektrik çarpmasına karşı koruma önlemleri
7. [7] A. Mariscotti, P. Pozzobon, “Determination of the electrical parameters of railway traction lines: calculation, measurement, and reference data”, IEEE Transactions On Power Delivery, vol. 19, no. 4, October 2004