Παραδείγματα μέτρων αντικεραυνικής προστασίας σε ηλεκτρικούς σιδηρόδρομους

• Κύριος συγγραφέας: Αυγέρης, Σταύρος
• Άλλοι συγγραφείς: Πυργιώτη, Ελευθερία
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2010
• Θέματα: Αντικεραυνική προστασία; Σιδηρόδρομοι; Αλεξικέραυνα υπερτάσεων; Κυκλώματα γραμμής; Lightning protection; Railways; Surge arresters; Track circuits; 625.13

Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αντικεραυνική προστασία όσον αφορά τα κυκλώματα γραμμής των ηλεκτρικών σιδηροδρομικών συστημάτων. Προτού όμως αναφερθούν τρόποι και συσκευές προστασίας ή δoθούν κάποια παραδείγματα εφαρμογών στις σιδηροδρομικές γραμμές κάποιων χωρών, πρέπει να γίνει μια εισαγωγική αναφορά γύρω από τον πυρήνα αυτής της εργασίας: τον κεραυνό. Έτσι, στο 1 κεφάλαιο γίνεται περιγραφή κάποιων εισαγωγικών εννοιών σχετικά με τον κεραυνό. Ξεκινώντας από τη φόρτιση των σύννεφων και στο πως αυτή γίνεται, καταλήγουμε στα διάφορα είδη κεραυνών. Ακολουθεί η εξομοίωση στο εργαστήριο με ορισμένα μεγάλα διάκενα εκκένωσης για την εξαγωγή κάποιων συμπερασμάτων της εκκένωσης του κεραυνού. Στη συνέχεια αναλύεται ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων μέσα από τρεις φάσεις: έναρξη οχετού (οχετός προεκκένωσης), φάση του οχετού επιστροφής και ο συνδετικός οχετός. Τέλος γίνεται ανάλυση του ρεύματος κεραυνού και των παραμέτρων του, ενώ δίνονται και κάποιες σχέσεις για τη συχνότητα εμφάνισης των κεραυνών. Στο 2 κεφάλαιο γίνεται ανάλυση των συνδέσεων ασφαλειών (fuse link), μιας εφαρμογής που χρησιμοποιείται για την αντικεραυνική προστασία των κυκλωμάτων γραμμής. Αρχικά γίνεται περιγραφή των ειδικών παραμέτρων του συστήματος της συγκεκριμένης εφαρμογής που χρησιμοποιείται στα κινητήρια συστήματα. Στη συνέχεια δίνεται μια σύντομη επισκόπηση του πλήρους σχεδίου. Ακολούθως περιγράφονται οι προσομοιώσεις υπολογιστών, στις οποίες καθορίστηκε η κατανομή του ρεύματος κεραυνού σ’ ένα κινητήριο σύστημα. Στην παράγραφο 2.1.3.δ, εξηγείται η εργαστηριακή δοκιμή της συσκευής περιορισμού της τάσης, ειδικά της συμπεριφοράς (με τη χαρακτηριστική) του ρεύματος κεραυνού. Επιπλέον, γίνεται περιγραφή της πρακτικής εφαρμογής των ασφαλειών που είναι ανθεκτικές σε κεραυνούς, παρουσιάζοντας μια πρακτική δοκιμή. Δίνονται επίσης ορισμένες τυποποιημένες εφαρμογές. Τέλος, εξηγείται το σχέδιο των συνδέσεων των ασφαλειών που είναι ανθεκτικές σε κεραυνούς. Στο 3 κεφάλαιο αναλύονται τα αλεξικέραυνα μεταλλικών οξειδίων (ΜΟ). Τα συστήματα ισχύος των ηλεκτρικών σιδηρόδρομων μπορούν να προστατευτούν έναντι υπερτάσεων με τη χρήση αυτών των συσκευών. Στο κεφάλαιο περιγράφεται η αρχή λειτουργίας των αλεξικέραυνων ΜΟ, η οποία βασίζεται στη μη γραμμική χαρακτηριστική τάσης - ρεύματος συγκεκριμένων κεραμικών στοιχείων, αποκαλούμενα MO varistors. Ακολουθούν οι τρεις τύποι αλεξικέραυνων υπέρτασης ΜΟ για τα ηλεκτρικά συστήματα σιδηρόδρομων: με περίβλημα πορσελάνης, με συνθετικό πολυμερές περίβλημα και με άμεσα διαμορφωμένο πολυμερές περίβλημα. Τέλος, γίνεται λόγος για τη χρήση των αλεξικέραυνων ΜΟ στα DC κινητήρια συστήματα σύμφωνα με την Ένωση των Γερμανικών Επιχειρήσεων Μεταφορών (VDV), σε διάφορες σιδηροδρομικές εφαρμογές. Στο 4 κεφάλαιο γίνεται ανάλυση ενός πλάνου αντικεραυνικής προστασίας για τα συνεχούς ρεύματος (DC) σιδηροδρομικά συστήματα. Αρχικά, γίνεται μια αναφορά στις τάσεις του συστήματος και τις διάφορες μορφές υπερτάσεων, των άμεσων και έμμεσων πληγμάτων κεραυνού. Στη συνέχεια περιγράφονται κάποιες συσκευές προστασίας (καθώς και τα χαρακτηριστικά αυτών), όπως είναι τα αλεξικέραυνα υπερτάσεων ΜΟ (τύπου Α1 και Α2), οι περιοριστές χαμηλής τάσης (LVL), ενώ εισάγεται ένας προσφάτως ανεπτυγμένος υβριδικός περιοριστής τάσης (HVL) ο οποίος συνδυάζει την προστασία από υπερτάσεις και την προστασία έναντι των επικίνδυνων τάσεων επαφής. Τέλος, γίνεται μία περιγραφή διαφόρων μέτρων προστασίας στις γραμμές μεταφοράς, στους υποσταθμούς καθώς επίσης και στα οχήματα κίνησης, ενώ δίνονται και κάποια αποτελέσματα δοκιμών με χρήση LVLs. Το 5 κεφάλαιο αναλύει την πρόβλεψη των σφοδρών εκκενώσεων κεραυνού που μπορούν να προκαλέσουν μια σοβαρή διαταραχή στη λειτουργία της αμαξοστοιχίας, με τη χρησιμοποίηση υπολογιστών βασισμένων στο Ιαπωνικό Δίκτυο Ανίχνευσης Κεραυνού (Japanese Lightning Detection Network - JLDN), προκειμένου να υποστηρίξουν πομπούς για να κάνουν μια αποτελεσματική λήψη απόφασης σχετικά με τη ρύθμιση των μηχανικών συντήρησης, τις γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας έκτακτης ανάγκης και τις επιπλέον ηλεκτρικές συσκευές για γρήγορη ανάκτηση. Ένα πραγματικού χρόνου σύστημα υποστήριξης λήψης απόφασης έχει αναπτυχθεί. Τέλος, γίνεται αναφορά στις δύο κύριες τεχνικές εκτίμησης, που εχουν αποτιμηθεί με την εφαρμογή τους σε πραγματικά δεδομένα κεραυνού, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της τροχιάς της περιοχής που κινείται επικίνδυνα και της διάρκειας της δραστηριότητας του κεραυνού. Στο 6 κεφάλαιο περιγράφονται οι λεπτομέρειες του αισθητήρα υπερτάσεων/υπερρευμάτων κεραυνού για το σιδηρόδρομο. Πρόκειται για ένα νέο σύστημα ελέγχου του σιδηροδρομικού σήματος, το οποίο ελέγχει σιδηροδρομικά σήματα, διακόπτες, κυκλώματα γραμμής βασισμένα στο πρωτόκολλο IP. Σε αυτό το σύστημα, πολλές ηλεκτρονικές συσκευές εγκαθίστανται κατά μήκος του σκληρού περιβάλλοντος του σιδηροδρόμου. Επομένως, αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές πρέπει να έχουν αντοχή προς το περιβάλλον για υπέρταση/υπέρρευμα κεραυνού, για θερμοκρασία, για δόνηση, για βροχή και για ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο. Σαν αντίμετρο για την υπέρταση κεραυνού, χρησιμοποιούμε την προστατευτική συσκευή (το αλεξικέραυνο). Η υποβάθμιση της προστατευτικής συσκευής μπορεί να προκαλέσει την καταστροφή των ηλεκτρικών συσκευών. Έτσι αναπτύχθηκε ο αισθητήρας υπερτάσεων/υπερρευμάτων για την ανίχνευση της υποβάθμισης της προστατευτικής συσκευής. Στο 7 κεφάλαιο περιγράφονται οι μετρήσεις των υπερτάσεων και των μεταβατικών ρευμάτων κεραυνού που εισέρχονται σε μια εγκατάσταση σιδηροδρόμου κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού του 2003 στο Tierp της Σουηδίας. Οι μετρήσεις υπερτάσεων έγιναν σε μια τεχνητή βάση που παρέχει έναν αδιάκοπο εφοσδιασμό για τα τηλεπικοινωνιακά συστήματα και τα συστήματα σηματοδότησης. Επίσης παρουσιάζονται και συζητούνται τα παραδείγματα των κυματομορφών των μεταβατικών ρευμάτων. Τέλος, το κεντρικό μήνυμα που περνάνε τα δύο τελευταία κεφάλαια, 8 και 9, είναι ότι πρέπει να ενισχυθούν τα αποτελεσματικά και οικονομικά αντίμετρα για την παρεμπόδιση των ζημιών κεραυνού στο σιδηροδρομικό σύστημα σηματοδότησης. Στο 8 κεφάλαιο μετρήθηκε η κατανομή του δυναμικού του κρασπέδου εδάφους όταν προκλήθηκε μια αύξηση δυναμικού της ράγας με την έγχυση ενός υπερρεύματος κεραυνού σε μια ράγα. Επιπλέον, διοχετεύθηκε ένα υπέρρευμα κεραυνού μέσα στη ράγα ή στο κράσπεδο εδάφους για να αυξηθεί το δυναμικό τους, προκειμένου να μετρηθούν οι υπερτάσεις κεραυνού σε μια ισόπεδη διάβαση έτσι ώστε να μπορέσουν να λάβουν βασικά δεδομένα για το σχεδιασμό της μόνωσης. Τέλος, αποδεικνύεται ότι ένα αποτελεσματικό αντίμετρο είναι να γειώσουμε τις συσκευές αντικεραυνικής προστασίας που συνδέονται με τους ηλεκτρονικούς ανιχνευτές τραίνων σε μια ισόπεδη διάβαση προκειμένου να κατασταλούν οι υπερτάσεις κεραυνού στην ισόπεδη διάβαση. Στο 9 κεφάλαιο μετρήθηκαν οι υπερτάσεις κεραυνού που προκλήθηκαν από την εισβολή των κυμάτων κεραυνού στο σιδηροδρομικό σύστημα ισόπεδης διάβασης, στην περίπτωση ενός πραγματικού πλήγματος κεραυνού, ώστε να μπορούν να κατανοηθούν οι υπερτάσεις αυτές ποσοτικά. Έτσι θα μπορούσαμε να διευκρινίσουμε τη συχνότητα εμφάνισης των υπερτάσεων κεραυνού στο σύστημα της ισόπεδης διάβασης στην κατάσταση του πραγματικού πλήγματος κεραυνού.