۱۰۸۰۵پ
per
آنالیز و کنترل پتانسیل ریل و جریان های سرگردان در سیستم های حمل و نقل ریلی برقی
/الهه نادری
: دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
۱۱۴ص
چاپی
کارشناسی ارشد
رشته‌ی مهندسی برق- قدرت
۱۳۹۱/۱۱/۲۵
تبریز
در دنیای امروز سیستم‌های حمل و نقل ریلی برقی به سرعت در حال گسترش هستند .مهمترین المان‌های سیستم‌صهای ریلی برقی شامل ریل‌صها، منبع تغذیه و لوکوموتیوها هستند .در این سیستم‌صها جریان تولید شده توسط پست کشش از طریق شبکه تغذیه که می‌صتواند سیستم بالاسری یا ریل سوم باشد، به سیستم کششی رسانده می‌صشود .به دلایل اقتصادی در سیستم‌های حمل و نقل ریلی برقی، ریل‌صها علاوه بر نقش تکیه‌صگاه و مسیر حرکت واگن‌صهای ترن، به عنوان هادی برگشت جریان مصرفی ترن‌صها به پست کشش DC استفاده می‌صشوند .جریان مورد نیاز لوکوموتیو در حدود چندین هزار آمپر است و ریل دارای مقاومت چندین میلی اهم است .بنابراین افت ولتاژ شدیدی بر روی ریل ایجاد خواهد شد .افت ولتاژ ایجاد شده بر روی ریل باعث ایجاد اختلاف سطح پتانسیل بین ریل و زمین می‌صشود .با توجه به اینکه ریل‌ها نسبت به زمین به طور کامل عایق نیستند، پتانسیل ریل باعث می‌صشود که جریان قبل از رسیدن به باسبار منفی پست کشش از مسیر اصلی خود منحرف شود و مسیری موازی با مسیر اصلی برگشت جریان در داخل زمین ایجاد کند .به این جریان نشت پیدا کرده به داخل زمین جریان سرگردان می‌صگویند .از آنجایی که جریان سرگردان به دنبال مسیری با هدایت الکتریکی بیشتر است، از تجهیزات فلزی دفن‌صشده در خاک مانند لوله‌صهای آب ،گاز و آرماتورهای تعبیه شده در بتن مسلح عبور می‌صکند .بنابراین خوردگی در قسمتی که جریان فلز را ترک می‌صکند و وارد خاک یا بتن می‌صشود، ایجاد خواهد شد .مدل‌صسازی، آنالیز و کنترل پتانسیل ریل و جریان سرگردان به دلیل مشکلات ایجاد شده در اثر استفاده ریل‌صها به عنوان مسیر برگشت جریان، مانند افزایش پتانسیل ریل بیش از حد مجاز، خوردگی الکتروشیمیایی فلزات و تداخل جریان سرگردان با سیستم سیگنالینگ یکی از دغدغه‌صهای اصلی محققین است .در مطالعات پیشین روش‌صهای مختلفی برای مدل‌صسازی مسیر برگشت جریان استفاده شده است .اکثر مطالعات پیشین برای محاسبه مجموع جریان سرگردان از مدل خط انتقال استفاده کرده‌صاند .بدین‌صگونه که مقاومت‌های خودی و متقابل برای مدل‌صسازی ریل و زمین مورد استفاده قرار گرفته و در نتیجه یک شبکه نردبانی یک یا دو لایه‌صای از مقاومت حاصل می‌صشود .این شبکه نردبانی با استفاده از معادلات گره قابل حل است .دقت این مدل به پارامترهای گسترده خط، طول خط و تعداد المان‌صها بستگی دارد .برای به دست آوردن پاسخ دقیق و مناسب باید طول المان‌صها کوچک انتخاب گردند .بهترین روش برای حل معایب روش‌صهای پیشین استفاده از روش المان محدود است .همچنین بررسی، آنالیز جریان سرگردان و تخمین پتانسیل ریل وابسته به شرایط سیستم حمل و نقل ریلی برقی دارد .تحلیل پخش جریان برای بدست آوردن ماکزیمم چگالی جریان سرگردان و همچنین شناسایی مسیرهای حرکت این جریان به منظور کاهش صدمات ناشی از این جریان‌صها با استفاده از نرم‌صافزار المان محدود COSMOS ۲.۰ در این پایان‌صنامه مورد بررسی قرار گرفته است .به این منظور مدل دوص بعدی سطح مقطع تونل به صورت شماتیکی در این نرم‌صافزار طراحی، مقدار و نوع منبع ورودی تعیین شده است .در این مورد منبع ورودی شامل پتانسیل ریل است که روی حداکثر مقدار مجاز تنظیم می‌صشود .نتایج حاصل از شبیه‌صسازی نشان می‌صدهند، قسمتی از جریان که از ریل خارج می‌صشود، تمایل به جاری شدن در آرماتورهای واقع در تونل دارد .جریان وارد آرماتورهای واقع در زیر ریل شده و در نقطه‌صای که آرماتورها در کف تونل خاتمه می‌صیابند از آن‌صها خارج می‌صشود .در ناحیه خروج جریان از آرماتورها ناحیه آندیک تشکیل که باعث خوردگی می‌صشود .با استفاده از قانون فارادی نرخ خوردگی حاصل از ماکزیمم مقدار چگالی جریان سرگردان محاسبه شده است .تغییرات میزان چگالی جریان سرگردان براساس تغییرات عایق‌صبندی ریل و مقاومت بتن در این پایان‌صنامه بررسی شده است .همچنین از مدل دوصبعدی المان محدود به منظور بررسی تأثیر فرش پلیمری) که در زیر بستر ریل قرار دارد (بر روی میزان چگالی جریان سرگردان استفاده شده است .سیستم قطار شهری تبریز به عنوان سیستم آزمون در این پایان‌صنامه مورد بررسی قرار گرفته است .در این سیستم صفحات فلزی بر روی هر بخش تونل نصب شده‌صاند .این صفحات به منظور جمع‌صآوری جریان سرگردان طراحی شده‌صاند .سطح مقطع این صفحات ۱۰۰ سانتیمتر مربع است .این سیستم به منظور جمع‌صآوری جریان سرگردان در فواصل یک متری از یکدیگر نصب شده‌صاند .با استفاده از مدل سه‌صبعدی المان محدود تأثیر عملکرد این صفحات فلزی نیز در جمع‌صآوری جریان سرگردان بررسی شده است .همچنین با استفاده از مدل دوصبعدی سیستم قطار برقی میدان‌صهای مغناطیسی در این سیستم آنالیز شده است
dimentional finite element model of DC transit system -dimensional model is used to assess the impact of these steel plates on the stray current collection. Also, magntic fileds have been analyzed by 2-m intervals. A finite element three-sectional area of these plates is 100 cm2. Stray current collectors are installed at 1-D) model. This thesis analyzes the stray current in Tabriz Urban Railway Organization (TURO). In Tabriz transit system, the steel plates are located at the segment of the tunnel. These plates are designed to drain leakage currents from running rails. The cross-dimensional finite element method. Furthermore, the value and type of the electromagnetic sources are defined. In this study the source is constituted by the rails potentials, which were initially set to the value of maximum rail potential. Results illustrate that the part of the current that leaves the rails tends to flow in the tunnel iron reinforcement bars. The currents come into the reinforcement bar under the rail and go out from the end of the bars near the wall of the tunnel. The parts of the reinforcement bars in which the current go out constitute the anodic areas in which corrosion can prime depending on the current density. Faraday law is used to determine the corrosion rate of material which will be corroded by a direct current. This thesis illustrates how the stray current density magnitude varies according to rail insulation and concrete resistance. Meanwhile, in order to evaluate the effect of polymer carpet under the running rails on the magnitude of stray current, the problem was analyzed by means of a finite element two dimension (2-current and the evaluation of maximum potential referred to particular transportation service conditions. In this thesis, FEM of current flow is presented to predict maximum magnitude of stray current density and also to figure out the possible paths for stray current by computer simulation. Finite element computation is made by COSMOS 2.0 software package. This analysis is performed by means of a two-line model is the most frequently model to stray current calculation, which used to precisely model the negative return circuit. So, self and mutual resistance is used to describe the running rail, the stray current collection system, and the ground, therefore, a single or two layer ladder network results. These ladder networks solved by a nodal voltage equation. The accuracy of this model depends on the distributed parameters, the line length and the numbers of cells used. Furthermore, other studies regard the analysis of stray-reduction will occur at each point where stray current leaves the metal and goes into the soil or the concrete surrounding the metal. Considering some problems such as the rise of rail potential above earth, corrosion damage and interface problems with the signaling equipment of traction systems, make it necessary to modeling, analysis and control of these currents. Different methods have been proposed for calculation and model of stray current. It is well known that transmission-At present, railway transit systems are developing rapidly in the world. The essential elements of railway transit systems are the rails, power supply, and vehicle. In DC railway transit systems traction, current flows out from the traction substation and pass the third rail or overhead contact system to the wagon. Generally, in DC transit systems, the running rails are used not only for supporting and guiding the train but also as the return circuit for the traction supply current. The current required by the train will be quite large, up to several thousand amperes and the resistance of the running rail will be about several milliohms per kilometer. Therefore, a significant voltage drop on the running rail will be generated. This voltage drop will cause potential difference between rail and ground. Since the rails have a poor insulation from earth, rail potential will cause electric current deviate from the running rails and leak to earth before returning to the negative terminal of the traction substation. This current finds a parallel and alternative route in the earth before returning to the rail and the negative bus at the substation. Such leakage current is named stray current. Stray Current will track to find the route with lowest resistance. Therefore, it flows directly through metallic structure buried in the soil. Hence, Oxidation or iron
نادری، الهه
طرفدارحق، مهرداد، استاد راهنما
صباحی، مهران، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
