بررسی فنی نحوه تأمین برق ترامواها

فهرست مطالب

مقدمه

ترامواها یکی از مهم‌ترین وسایل حمل‌ونقل عمومی در شهرهای پرتراکم محسوب می‌شوند که به دلیل بهره‌وری انرژی بالا، کاهش آلودگی هوا و کاهش ترافیک، مورد توجه بسیاری از کشورها قرار گرفته‌اند. تأمین برق این سیستم‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، زیرا تأثیر مستقیمی بر عملکرد، هزینه‌های عملیاتی و پایداری سیستم دارد. در این مقاله، انواع روش‌های تأمین برق ترامواها، اجزای اصلی هر سیستم، مزایا و معایب آن‌ها، تحلیل‌های مهندسی، استانداردهای بین‌المللی و مقایسه بهره‌وری بررسی می‌شود. همچنین به تأثیر فناوری‌های نوین بر کاهش هزینه‌ها و افزایش راندمان سیستم‌های تغذیه پرداخته خواهد شد.

سیستم تغذیه از طریق سیم بالاسری (Overhead Catenary System - OCS)

در این روش، یک سیستم الکتریکی معلق شامل سیم‌های برق بالاسری، آویزهای نگهدارنده و تیرهای پشتیبانی، جریان را از طریق پانتوگراف به تراموا منتقل می‌کند.

 

اجزا و عملکرد فنی:

  • خط تماس (Contact Wire): سیمی که مستقیماً با پانتوگراف در تماس است و جریان الکتریکی را انتقال می‌دهد.
  • کابل حامل (Messenger Wire): برای پشتیبانی مکانیکی خط تماس و کاهش افت ولتاژ استفاده می‌شود.
  • پانتوگراف: بازویی که به سقف تراموا متصل است و برای دریافت جریان از سیم بالاسری طراحی شده است.
  • پست‌های تغذیه (Substations): ایستگاه‌هایی که برق را از شبکه قدرت شهری دریافت کرده و به ولتاژ مناسب (معمولاً 600 تا 750 ولت DC) تبدیل می‌کنند.
  • کابل‌های بازگشت جریان: بازگرداندن جریان الکتریکی از تراموا به زمین یا ریل‌ها برای تکمیل مدار الکتریکی.

 

چالش‌های فنی:

  • افت ولتاژ: با افزایش طول سیم، مقاومت باعث کاهش ولتاژ می‌شود که با استفاده از کابل‌های تقویتی جبران می‌شود.
  • ارتعاشات و فرسایش: تماس مداوم پانتوگراف با سیم می‌تواند موجب سایش مکانیکی و نیاز به نگهداری مکرر شود.

تداخل الکترومغناطیسی (EMI): ایجاد نویز در سیستم‌های مخابراتی و کنترلی که نیاز به فیلترهای حفاظتی دارد.

Overhead Catenary System - OCS

سیستم تغذیه از طریق ریل سوم (Third Rail System)

در این روش، یک ریل رسانا در کنار یا میان ریل‌های اصلی قرار دارد که از طریق کفشک جمع‌کننده جریان برق را به تراموا منتقل می‌کند.

 

اجزا و عملکرد فنی:

  • ریل سوم: یک هادی الکتریکی که در نزدیکی سطح زمین نصب شده و جریان را به وسیله تماس فیزیکی منتقل می‌کند.
  • عایق‌های حفاظتی: برای جلوگیری از تماس غیرمجاز و افزایش ایمنی.
  • کفشک جمع‌کننده جریان (Collector Shoe): تجهیزی که زیر تراموا نصب می‌شود و هنگام عبور از روی ریل سوم، جریان را دریافت می‌کند.
  • سیستم تغذیه: برق از ایستگاه‌های تغذیه با ولتاژ 600 تا 1500 ولت DC تأمین می‌شود.

 

چالش‌های فنی:

  • ایمنی: ریل برقدار می‌تواند خطر برق‌گرفتگی را افزایش دهد، مخصوصاً در مناطق باز شهری.
  • آلودگی و تجمع برف و یخ: عملکرد سیستم در شرایط آب‌وهوایی نامساعد کاهش می‌یابد.
  • استهلاک مکانیکی: به دلیل تماس مداوم کفشک جمع‌کننده با ریل، سایش و نیاز به تعمیرات دوره‌ای بیشتر است.
Third Rail System

سیستم تغذیه از طریق ریل میانی عایق‌بندی‌شده (Ground-Level Power Supply - APS)

در این سیستم، یک ریل برق‌رسانی در سطح زمین قرار دارد که فقط هنگام عبور تراموا فعال می‌شود.

 

اجزا و عملکرد فنی:

  • ریل تغذیه: از جنس آلیاژهای مس یا فولاد که در بخش‌های مجزا قرار گرفته و هنگام عبور تراموا، برق را تأمین می‌کند.
  • حسگرهای موقعیت‌یابی: تشخیص موقعیت تراموا برای فعال‌سازی بخش موردنظر از ریل.
  • واحد کنترل هوشمند: مدیریت قطع و وصل برق برای افزایش ایمنی.
  • کفشک جمع‌کننده جریان زیر تراموا: تماس با ریل زمین و انتقال جریان به سیستم الکتریکی.

 

چالش‌های فنی:

  • پیچیدگی در ایمنی: اطمینان از عدم برق‌دار بودن ریل زمانی که تراموا حضور ندارد.
  • هزینه بالا: نصب و نگهداری این سیستم نسبت به روش‌های سنتی گران‌تر است.
  • تأثیرات محیطی: آب، برف و آلودگی‌های محیطی می‌توانند عملکرد سیستم را تحت تأثیر قرار دهند.
نحوه اجرا به روش Ground-Level Power Supply - APS

سیستم تغذیه از طریق باتری یا سوپرخازن

در این روش، تراموا با ذخیره انرژی در باتری‌های لیتیوم-یونی یا سوپرخازن‌ها حرکت می‌کند. این باتری‌ها در ایستگاه‌ها شارژ می‌شوند.

 

اجزا و عملکرد فنی:

  • باتری‌های لیتیوم-یونی: دارای چگالی انرژی بالا و امکان شارژ سریع.
  • سوپرخازن‌ها: قابلیت ذخیره و تخلیه انرژی در زمان کوتاه.
  • سیستم مدیریت انرژی (BMS): کنترل و نظارت بر ولتاژ، دما و سلامت باتری.
  • ایستگاه‌های شارژ: معمولاً در ایستگاه‌های توقف برای تأمین برق سریع طراحی می‌شوند.

 

چالش‌های فنی:

  • ظرفیت محدود: برد حرکتی کوتاه در مقایسه با سیستم‌های تغذیه مستقیم.
  • هزینه بالا: هزینه خرید و تعویض باتری‌ها در بلندمدت زیاد است.
  • وزن بالا: افزایش وزن تراموا باعث افزایش مصرف انرژی می‌شود.
سیستم تغذیه از طریق باتری یا سوپرخازن

سیستم تغذیه بی‌سیم از طریق القای مغناطیسی (Wireless Inductive Power Transfer)

در این روش، برق به صورت القایی از سیم‌پیچ‌های مدفون در زمین به تراموا منتقل می‌شود.

 

اجزا و عملکرد فنی:

  • سیم‌پیچ‌های اولیه: مدفون در زمین و متصل به منبع تغذیه.
  • سیم‌پیچ‌های ثانویه: نصب‌شده در کف تراموا برای دریافت انرژی.
  • مبدل‌های فرکانس بالا: تبدیل انرژی الکتریکی به میدان مغناطیسی.
  • کنترلرهای هوشمند: مدیریت انرژی برای بهینه‌سازی انتقال برق.

 

چالش‌های فنی:

  • راندمان پایین‌تر: تلفات انرژی در مقایسه با روش‌های سیمی بیشتر است.
  • فاصله انتقال محدود: سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه باید نزدیک به هم باشند.
  • تداخل مغناطیسی: ممکن است روی سایر تجهیزات الکترونیکی تأثیر بگذارد
Wireless Inductive Power Transfer

بررسی استانداردهای بین‌المللی در تأمین برق تراموا

استانداردهای IEEE، IEC و EN شامل الزامات ایمنی، راندمان، پایداری ولتاژ و طراحی سیستم‌های تأمین برق ترامواها هستند. این استانداردها شامل دستورالعمل‌های فنی برای مهندسی سیستم‌های تغذیه و الزامات حفاظتی برای کاربران و تجهیزات می‌باشند.

مقایسه هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری روش‌های مختلف تأمین برق

تحلیل هزینه‌های نصب، نگهداری و مصرف انرژی در روش‌های مختلف نشان می‌دهد که روش‌های سیم بالاسری و ریل سوم، از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر از روش‌های بی‌سیم یا باتری هستند. در برخی پروژه‌ها، استفاده از روش ترکیبی می‌تواند بهره‌وری را افزایش دهد.

جمع‌بندی و انتخاب بهینه

انتخاب روش مناسب برای تأمین برق ترامواها به عواملی مانند شرایط شهری، هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری، ملاحظات زیست‌محیطی و ایمنی بستگی دارد. سیستم سیم بالاسری پرکاربردترین روش است، اما روش‌هایی مانند باتری و انتقال بی‌سیم نیز در حال پیشرفت هستند. تحقیقات در زمینه بهینه‌سازی مصرف انرژی و افزایش کارایی سیستم‌های تغذیه ادامه دارد و می‌تواند تأثیر بسزایی در توسعه پایدار سیستم‌های حمل‌ونقل شهری داشته باشد.

انتخاب بهترین روش تأمین برق برای تراموا بستگی به شرایط فنی، اقتصادی و محیطی دارد:

  • سیم بالاسری (OCS): مناسب برای خطوط طولانی و کم‌هزینه.
  • ریل سوم: مناسب برای سیستم‌های بسته (مترو) و شهرهای دارای محدودیت زیبایی‌شناسی.
  • ریل میانی (APS): مناسب برای محیط‌های شهری بدون کابل‌های هوایی.
  • باتری و سوپرخازن: مناسب برای مسیرهای کوتاه و مناطقی که امکان کابل‌کشی ندارند.
  • تغذیه بی‌سیم: فناوری نوین ولی هزینه‌بر و با راندمان پایین‌تر.
آرمین بهشتی

یک نظر

  • زهره خسروپناه گفت:

    سلام، ممنون از مطالب خوب سایت ریلکده

    آیا در این سیستم احتمال برق گرفتگی تیم تعمیرات وجود دارد؟

  • دیدگاهتان را بنویسید

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *