مدلسازی و محاسبات سیستم زمین، ولتاژ ریل و جریان های سرگردان برای شبکه های قطار شهری و ارائه روش های بهبود آنها

امروزه سیستم های حمل و نقل الکتریکی به سرعت در شهرها در حال گسترش هستند و با داشتن مزایایی مثل کاهش ترافیک، کاهش آلودگی های زیست محیطی و صوتی، یکی از ارکان اصلی حمل و نقل در شهرهای بزرگ محسوب می شوند. سیستم حمل و نقل الکتریکی یک سیستم پیچیده است که دارای بخش های مختلفی می باشد. سیستم زمین یکی از مهم ترین بخش های برقی شبکه های حمل ونقل الکتریکی می باشد که در این تحقیق به آن پرداخته می شود. در سیستم های حمل و نقل الکتریکی وقتی راجع به زمین بحث می شود، بایستی به دو موضوع توجه کرد، نخست سیستم زمین که بایستی برای اهدافی مثل جلوگیری از مواجه شدن افراد با خطر شوک الکتریکی در هنگام بروز خطا در سیستم ، عملکرد صحیح تجهیزات حفاظتی و هدایت گذراها و نویز به زمین برای سیستم های حمل ونقل الکتریکی طراحی شود و مساله دیگر، استفاده از ریل ها به عنوان مسیر برگشت جریان در شبکه های حمل و نقل الکتریکی dc می باشد که باعث ایجاد پتانسیل الکتریکی ریل ها نسبت به زمین و نشت جریان های سرگردان به زمین می شود. پتانسیل الکتریکی ریل ها نسبت به زمین می تواند باعث ایجاد خطر شوک الکتریکی برای افراد شود و مهم ترین اثر جریان های سرگردان، خوردگی تاسیسات فلزی مجاور مدفون در زیر خاک مثل لوله های فلزی و آرماتورهای تقویت کننده بتن می باشد که در صورت عدم کنترل می تواند آسیب جدی به زیرساخت های شهری وارد کند. بنابراین یکی از اهداف این تحقیق ارائه روش های موثر در جهت کاهش اثرات نامطلوب تزریق جریان های ac و dc به زمین می باشد. در این پایان نامه ابتدا ساختار کلی شبکه های الکتریکی که به منظور تغذیه سیستم های حمل ونقل الکتریکی به کار می رود مورد بررسی قرار گرفته و روش های بدست آوردن پارامترهای مهم شبکه الکتریکی بیان شده است. پس از محاسبه پارامتر های الکتریکی مورد نیاز شبکه قطار شهری اصفهان، جریان های اتصال کوتاه dc و ac در این سیستم با استفاده از شبیه سازی بدست آمده است. به منظور بررسی عملکرد سیستم زمین هنگام تزریق جریان خطا، ابتدا اصول طراحی و آنالیز سیستم زمین بیان و تاثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد سیستم زمین بررسی شده است. در نهایت عملکرد سیستم زمین اجرا شده در ایستگاه های قطار شهری اصفهان از لحاظ کنترل ولتاژهای خطرناک هنگام بروز خطا مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین روش هایی به منظور اصلاح و و بهبود عملکرد سیستم زمین ارائه شده است. یکی از مهم ترین مسایل در سیستم های حمل و نقل الکتریکی dc، پتانسیل الکتریکی ریل ها و جریان های سرگردان می باشد. به منظور مطالعه ی این مسایل در سیستم های حمل و نقل الکتریکی dc، ابتدا روش های مدلسازی سیستم ریل- زمین بیان و سپس تاثیر پارامترهای مختلف بر پتانسیل الکتریکی ریل ها و جریان های سرگردان بررسی شده است. در ادامه قطار شهری اصفهان به عنوان یک سیستم عملی در نظر گرفته شده و با استفاده از شبیه سازی، پتانسیل ریل ها و جریان های سرگردان در این سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین تاثیر و کارایی تجهیزات کنترل ولتاژ و شبکه های جمع آوری جریان سرگردان در شبکه های قطار شهری مورد مطالعه قرار گرفته است. در پایان روش هایی به منظور اصلاح و بهبود عملکرد تجهیزات کنترل ولتاژ و شبکه های جمع آوری جریان سرگردان در شبکه های قطار شهری ارائه شده است.