Bu yazımızda, her gün milyonlarca insanın kullandığı ve birçoğumuzun nasıl oluyor acaba diye düşündüğü raylı sistemlerin elektrifikasyonunun nasıl yapıldığını sizin için inceledik.
En temel şekilde raylı sistemlerde genel prensipi açıklamayla başlarsak raylı sistemlerde elektrifikasyonun iki aşaması vardır. Bunlar; cer gücünün üretimi ve bu gücün araçlardaki pantograf veya 3.ray pabuçları denilen bölüme ulaştırılmasıdır. Şimdi bu iki aşamayı inceleyeceğiz.
1) Cer Gücünün Üretimi
Raylı sistemlerde trenin hareketi için ve diğer yardımcı elemanların beslenmesi için gerekli olan güç “Cer Gücü” olarak adlandırılmaktadır. Cer gücünün ilk amacı treni hareket ettirebilmektir.
Cer gücü iki şekilde sağlanabilmektedir. Bunlar; alternatif akım ve doğru akım iledir. Gelin şimdi bu iki sistemi inceleyelim.
a) Alternatif Akım (AC) İle Çalışan Sistemlerde Besleme
Alternatif akım ile elektrifikasyon için üç fazlı enerji, Scott-T transformatör bağlantısı ya da geliştirilmiş bir woodbridge transformatör bağlantısı ile faz dönüşümü sağlanarak tek faza indirgenir ve daha sonrada elektrikli trenlere katener tesisleri veya ray ile besleme yapılır. Uzun mesafelerde rayların dönüş akımı için kullanılması, toprağa kaçak akımların akmasına neden olur. Bu kaçak akımların (sızıntı) ise haberleşme hatlarında elektromanyetik girişime (interferance-haberleşme endüksiyonuna) yol açmaktadır. Ülkemizde 25 kV gerilime ve 50 Hz frekansa sahip güç şehirlerarası tren yollarında kullanılmaktadır.
b) Doğru Akım (DC) İle Çalışan Sistemlerde Besleme
Yerel şebekeden trifaze olarak alınan gerilim redresör merkezlerinde, nominal işletme değerlerindeki DC gerilime dönüştürülür. Önceleri bu merkezlerde 6-darbeli dönüştürücü kullanılırken 12-darbeli dönüştürücüler daha sık tercih edilmektedir. Ülkemizde ve dünyada metro hattı gibi şehir içi hatlarda genellikle 750 V DC gerilim kullanılır. Aşağıdaki şekilde temel DC beslemeli bir tramvay şeması verilmiştir.
DC Cer Gücü Sistemi Bileşenleri:
Elektrikli ulaşım sistemleri güç temininde iki temel tüketici bulunmaktadır: Cer gücü ve yardımcı güç. Cer (çekiş) gücü trenleri besler; yardımcı güç ise istasyon, trafo merkezleri, kontrol merkezleri vb. tarafından kullanılan aydınlatma, ısıtma-soğutma, havalandırma, haberleşme gibi sistemler tarafından kullanılmaktadır. Yardımcı güç temin istemi, indirme, doğrultma ve dağıtıma fonksiyonlarını sağlayan cer gücü trafo merkezi, istasyon trafo merkezi ve 34,5 kV ana dağıtım hattı ile enterkonnektedir. Bir cer gücü trafo merkezi şu bileşenlerden oluşmaktadır:
• Redresör trafosu
• Redresör
• DC şalt hücreleri
• OG şalt hücreleri
• Ana dağıtım trafosu
• Dağıtım ve AG transfer trafosu
• Yardımcı güç panoları
• Kesintisiz güç kaynağı
• Kontrol donanımı
Üretilen bu cer gücü araçlara katener veya üçüncü ray sistemi ile taşınır. Şimdi bu sistemleri inceleyeceğiz.
2) İletim Sistemi
a)Katener Sistemi
Hızla seyir eden elektrikli trenlere ihtiyacı olan elektrik enerjisini ileten yol boyu tesislere katener tesisleri denir. Bir başka deyişle "Elektrikli Cer Hava Hatları" olarak da ifade edilir.
Aşağıdaki sistemlere bakıldığında katener sistemlerinin hıza bağlı olarak değiştiği görülmektedir. Hız arttıkça tesisin yapısı daha komplike hâle gelmektedir.
Tramvay kateneri: Maksimum hız 30 km/saat
Λ halatlı katener: Maksimum hız 90 km/saat
Basit katener: Maksimum hız 120 km/saat
Y halatlı basit katener: Maksimum hız 160 km/saat
Kompound katener: Maksimum hız 180 km/saat
Temel Katener Sistemi Kısımları
Seyir Teli: Elektrikli vasıtaların pantografları vasıtasıyla enerji aldığı teldir. Elektrolit sert
bakırdan yapılmış olup kesiti katenerden akan akıma göre değişir.
Portör Teli: Seyir telini taşıyan, seyir telinin yükseklik ayarlarını kolaylaştıran teldir.
Pandül: Portör ile seyir teli arasında bulunur. Seyir telinin çırpma yapmasını engelleyerek yüksekliğinin toleranslar içerisinde kalmasını ve portöre asılmasını sağlayan bir tel çeşididir.
b) Üçüncü Ray Sistemi
Üçüncü ray, demir yolu araçlarına elektrik enerjisi sağlamak amacıyla kullanılan yöntemdir. Bu yöntem adını taşıyıcı rayların birinin dış tarafında hat boyunca devam eden üçüncü raydan almaktadır. Üçüncü ray nadir de olsa bazen iki rayın ortasında da
olabilmektedir.
Elektrik, araçların yan taraflarında bulanan akım pabuçları aracılığıyla raydan trene aktarılır. Bu pabuçlar aracın her iki tarafında da bulunur. Aracın hareket etmesi için bu akım pabuçlarından en az birinin üçüncü ray ile temas hâlinde olması gerekir. Aksi takdirde araca güç aktarılamayacağından dolayı araç hareket etmeyecektir. Üçüncü rayların üzeri genellikle yalıtkan kapaklarla kapatılır böylece yağmur gibi hava şartlarının olumsuz etkilerinin üçüncü raya etkileri en aza indirilirken yolcu ve çalışanların yüksek gerilim hattıyla karşı karşıya gelmeleri önlenmiş olur.
Üçüncü Rayın Özellikleri:
Üçüncü ray çelikten üretilir. Çelik bir alaşımdır ve demir ile karbonun belirli oranlarda karışımından elde edilir.Üçüncü rayın elektrik iletkenliğinin yüksek olması ve kolay bükülebilmesi istenir. Bu bakımdan üçüncü ray çeliğinde karbon miktarı son derece düşüktür. Ancak karbon miktarının düşük olması, kolay dövülebilir olması, gerek taşıma esnasında gerekse kullanım süresince bazı olumsuzlukları beraberinde getirir.
