بررسی جریانهای سرگردان و پتانسیل ریل در راه آهن برقی dc و شبیه سازی آنها در خط 2 مترو تهران

انرژی محرک در لکوموتیوهای دیزل و برقی، صرف راه اندازی تراکشن موتورها می شود لکوموتیوهای برقی انرژی الکتریکی مورد نیاز تراکشن موتورهای خود را مستقیما از طریق شبکه تغذیه که به 2 صورت خط بالا سری یا ریل سوم است تامین می کنند. انرژی الکتریکی در محلی که پست کشش نامیده می شود به سیستم راه آهن برقی تحویل می گردد. جریان تراکنشی تامین شده توسط پست کشش از طریق سیستم تماس به وسیله تراکنشی رسانده می شود، سپس از طریق ریلها به سمت باسبار منفی پست کشش باز می گردد. از آنجا که ریلهای حرکتی نسبت به زمین به طورکامل عایق نیستند بخشی از جریان مسیر برگشت به داخل زمین نشت پیدا می کند. این جریان نشتی به زمین نفوذ کرده و یک مسیر موازی با مسیر اصلی برگشت جریان (ریلها) را از درون زمین ایجاد خواهد کرد و از طریق زمین به سوی منبع تغذیه که همان پست تراکشن (باسبار منفی پست) باز خواهد گشت، به این جریان نشت پیدا کرده به داخل زمین، جریان سرگردان گفته می شود.مهمترین عناصر تشکیل دهنده مسیر جریانهای سرگردان خطوط لوله فلزی قرار گرفته در داخل زمین و تقویت کننده ها و آرماتورهای فلزی داخل بتن تقویت شده می باشند. در خطوط تراکشن الکتریکی dc مهمترین اثر سوء جریانهای سرگردان خوردگی الکتروشیمیایی در این خطوط لوله و ساختارهای فلزی است که در اثر واکنشهای اندیک و کاتدیک ناشی از جریان سرگردان در فلز تحت تاثیر ایجاد می شود. در اثر این خوردگی لوله ها، سازه های فلزی، تقویت کننده های بتن مسلح و ... دچار فرسودگی می شوند. در واقع تاسیسات فلزیی که باید دارای عمر مفیدی در حدود 40 تا 50 سال باشند در صورت مواجه با این جریانهای سرگردان عمر مفیدشان به شدت کاهش یافته و برحسب شدت جریان به 10 تا 20 سال کاهش خواهد یافت. در این مقاله همچنین پارامترهای مختلفی که بر روی میزان جریانهای سرگردان اثرگذار هستند ارائه می شوند. این پارامترها عبارتند از: جریان تراکشنی i، مقاومت مسیر اصلی برگشت جریان، مقاومت مسیر نشت جریان به زمین، نوع سیستم زمین و ... همچنین 3 نوع سیستم زمین معرفی می شوند که عبارتند از : سیستم مستقیما زمین شده، سیستم زمین شده دیودی و سیستم زمین شناور (فلوتینگ) rpcd. سپس اصول کلی کنترل جریانهای سرگردان ارائه می شوند این روشها کنترلی براساس اصلاح و تغییر در پارامترهای اثرگذار در مقدار جریانهای سرگردان اجرا می شوند. در ادامه روشهای اندازه گیری جریانهای سرگردان نیز عنوان می شوند یکی از این روشها اندازه گیری براساس نوع سیستم زمین می باشد که معادلات مربوط به آن به طور دقیق تشریح می شوند و روش مورد استفاده برای شبیه سازی در این پروژه می باشد. همچنین برای محاسبه جریان تراکشنی به عنوان یکی از پارامترهای موثر در حجم جریانهای سرگردان، معادلات و روابط مربوط به تراکشن موتورها و دینامیک حرکت قطار نیز بررسی می شوند. سپس با استفاده از این معادلات، مدل شبیه ساز جریان تراکشنی و جریان سرگردان در خط تراکشنی با طول l ساخته می شود. این مدل قابلیت شبیه سازی مقدار جریانهای سرگردان و پتانسیل ریل را در هر نقطه ای که در روی خط واقع است دارا می باشد. در آخر خط 2 مترو تهران و نیز مشخصات و پارامترهای آن بررسی شده و با استفاده از این مدل شبیه ساز، وضعیت جریانهای سرگردان و پتانسیل ریل در نقاط مختلف این خط شبیه سازی می شود.