ELEKTRİKLİ TREN,TRAMVAY TEKNOLOJİSİ VE CER SİSTEMLERİ-1

HAFİF RAYLI SİSTEMLER(LIGHT RAIL VEHICLE SYSTEM)

  İçinde bulunduğumuz meslek dalının birçok sektörünün olduğunu biliyoruz.Bunlara birkaç örnek verecek olursak elektronik sistemler,kontrol-otomasyon,enerji vb.Özellikle enerji konusunda her dönem yapılan yenilikler,tasarruf anlamında yapılan yenilikleri yakından takip etmekteyiz.Hemen hemen enerji alanında yapılan bütün çalışmalar "Elektrik enerjisini ne kadar verimli kullanabiliriz" sorusunun cevabı üzerine yapılmaktadır.Buradan yola çıkarak mesleğimizin sektörlerinden biri olan "ELEKTRİKLİ TREN,TRAMVAT TEKNOLOJİSİ ve CER  SİSTEMLERİ"konusuna biraz yakından bakalım.

  Yıllarca insanlar taşıma sistemleri konusunda çeşitli çalışmalar yapmışlar,özellikle de tren teknolojisi hayatımıza girdikten sonra bu çalışmalar daha da hız kazanmış.İlk buharlı lokomotifler,dizel lokomotifler,dizel-elektrik lokomotifler ve son olarak elektrikli lokomotifler.Aslına bakacak olursak temelde hepsinin görevi taşıt aracını hareket ettiren motoru bir şekilde hareket ettirmek.Ancak burada dikkat edilmesi gereken bir nokta taşıt aracının ne tür olduğudur.Neticede buharlı loko ile elektrikli loko da kullanılan motor tipi ve besleme tipi farklı olacaktır.Bu detaylara fazla girmeden elektrikli tren teknolojisi tarihine kısa bir göz gezdirelim;

   Elektrikli lokomotifler veya elektrikli çekiş sistemleri fikri ilk olarak 1834 yılında Davidson isimli bir İskoç tarafından ortaya atıldı.Ancak 1879 yılına kadar buharlı lokomotif teknolojisinin hep gerisinde kaldı.Dünyanın ilk elektrikli raylı sistemi 1881 yılında Almanya'da Berlin yakınlarında Lichterfelde'de açıldı.2400m.'lik uzunluğa sahip olan hat 180V DC ile havai hat üzerinden(daha sonra bu hat ismine KATENER diyeceğiz.) çalışmakta olup tasarımcısı Alman Werner von Siemens'tir.O zamanlarda kullanılan raylı sistem teknolojisi sadece tek bir tramvay aracından meydana geliyordu.Teknoloji geliştikçe,işin içine biraz daha elektronik tabanlı sistemler de dahil olunca elektrikli raylı sistem teknolojisi epey ilerlemiş ve günümüzdeki noktasına ulaşmıştır.

  Ülkemizde ise elektrikli raylı sistemlere geçiş ilk olarak 1955 yılında İstanbul'da Sirkeci-Halkalı arasında açılmış olup hala faaliyetini sürdürmektedir.

   Bu sistemin tarihsel gelişmine baktığımızda ülkemiz açısından aslında çok da eski olmadığını görmekteyiz.Dünyada bu sisteme geçiş 1881 yılı iken bizde 1955 yılı olmuş.Tabi bu gecikmenin bir çok sebebi olabilir.O sebeplere burada değinmeyeceğiz.

 

 

 

Elektrikli raylı sistem teknolojisi iki ana başlık altında inceleyebiliriz:

1)Beslenme şekillerine göre

  a))KATENER(Havai Hat) sistemi ile besleme

  b))ÜÇÜNCÜ RAY(eklemeli) sistemi ile besleme

2)Enerji şekillerine göre 

  a))DC ile çalışan sistemler

  b))AC ile çalışan sistemler

1)Beslenme şekillerine göre:

Elektrikli raylı sistemlerde iki çeşit beslenme çeşidi vardır.Bunlardan biri KATENER diğeri ise ÜÇÜNCÜ RAY sistemidir.Bunlar kullanımı çalışma geriliminin çeşidine göre değişir.Şimdi bunların ne olduklarını biraz inceleyelim.

a))KATENER(Havai Hat)sistemi:

Katener sistemi,trafodan aldığı enerjiyi direkler,konsollar ve teller aracılığı ile pantografa ileten sistemdir.Bir katener projesi tesis edileceği zaman ilk olarak güzergah planı ele alınır ve direk yerleri tesbit edilir.

 

 

Yukarıdaki resimde bir katener sistemi görülmektedir.Katener üzerinde iki adet iletken bulunur.Bu iletkenlerin üst kısmında olanına taşıyıcı(PORTÖR)iletkeni,alt kısımda olanına ise kontak(SEYİR)iletkeni adı verilir.Bu iletkenler hakkında biraz bilgi vermek gerekirse,PORTÖR iletkeni genellikle 65 mm² kesitli bronzdan ( bakır ve kalay karışımı)oluşan telden meydana gelmiştir. Merkezi bir tel ve öz tarafında sol helezonvari sarılmış 6 telli birinci tabaka, bunun üstüne aksi yönde 12 tel sarılmıştır. Son olarak birinci tabaka ile aym yonde sarılmak suretiyle tel oluşturulmuştur. Etalon bakıra göre %60 iletkenliktedir. Dış çapı 10,5 mm, cer kopma yükü 4300 kg. metresinin ağırlığı da 600 gramdır.

 SEYİR iletkeni ise,elektrolit set bakırdan yapılmış olup kesiti katenerden akan akıma ne azami hızlara göre değişir.120 km/h. 160 km/h. Hızlarda 107 mm² 250 km/h. Hızlarda 120 mm² kesitli tel kullanılır.750 V. DC. ve 1500 V. DC. Gerilimli katenerlerde 120 mm² ve 150 mm² lik seyir telleri kullanılır. 107 mm² çapı 12,24 mm, cer kopma yükü 3905 kg. metresinin ağırlığı da 950 gramdır.%98 iletkenliğe sahiptir. 

 

 

Yukarıdaki resimde PORTÖR iletkeni(üstteki) ve SEYİR iletkeni(alttaki) açıkça görülmektedir.

Sistemi çalıştıran elektrik enerjisi SEYİR iletkenine kadar geldikten sonra buradan loko veya tren seti üzerinde bulunan PANTOGRAF isimli akım toplar aracı ile hareket kısmı olan motor tertibatına gönderilir.

 

Resimde PANTOGRAF isimli akım toplar aracı görülmektedir.Burada ARŞE denilen kısım iletkenden gelen enerjiyi ilk olarak alan ve sisteme gönderen kısımdır.Geniş olarak yapılmasındaki amaç ise elektrikli araç seyir halindeyken gerek güzergah değiştirmesi gerekse manevra yapması gibi durumlarda katener sistemi ile sürekli irtibatta olmasıdır.Aşağıdaki resimde ise PANTOGRAF ile SEYİR iletkenin irtibatı görülmektedir.

 

 

 

Katener sistemi 750V , 1.5KV ve 3.0KV  DC sistemlerinde kullanıldığı gibi 15KV ve 25KV AC sistemlerde de kullanılmaktadır.

b))ÜÇÜNCÜ RAY Sistemi:

ÜÇÜNCÜ Ray sistemi de katener sistemi gibi elektrikli raylı sistemlerde enerji taşımak amaçlı geliştirilmiş bir sistemdir.Bu sistemde elektrik enerjisi,aracın üzerinde gittiği 2 adet ray haricindeki 3.bir raydan aktarılır.Burada enerjinin 3.raya kadar gelme kısmı aynen Katener sisteminde olduğu gibi aynıdır.

 

 

 

Yukarıdaki resimde görüldüğü üzere 3.Ray enerjiyi taşıyan raydır.Bu sistemde kullanılan max.gerilim seviyesi 750V DC.dir.Daha üzerindeki gerilim değerlerinde izolasyon problemleri olduğundan sistem otomatik olarak Katenere geçiş yapar.Ancak burada şunu ifade etmekte fayda var,katener sisteminde çalışan bir elektrikli araç 3.Ray sisteminde çalışamaz.Aynı şey tam tersi durum için de geçerlidir.Eğer 3.Ray sistemi yapılmışsa buna uygun tren setleri tercih edilir ki bunlar genelde elektrik enerjisini araçlarının üzerinde bulunan(yukarıdaki resimde bknz.) fırça veya iletken ayak mekanizması ile alırlar.

 

 

 

ukarıdaki fotoğrafta tren setinin yanında görülen beyaz renkteki şerite benzeyen malzeme 3.RAY'dır ve tren seti bu ray üzerinden elektrik enerjisini alır.Ülkemizde buna örnek olarak izmir metrosunu verebiliriz.İzmir metrosu 3.RAY sistemi ile dizayn edilmiş olup besleme gerilimi de750V DC olarak tesis edilmiştir.

2)Enerji Şekillerine göre:

 

Şimdi de enerji şekillerine göre elektrikli raylı sistemlere bir göz atalım;

a))DC ile çalışan sistemler:

  DC ile çalışan elektrikli raylı sistemlerde enerji beslemesi tamamen DC gerilim üzerinden yapılır.Ayrıca lokomotif veya tren setinde kullanılan motor tertibatı da tamamen DC motor alt yapısı olarak hazırlanır.DC ile çalışan sistemlerde kullanılan motor tipi DC Seri motordur.Bu motora genelde CER motoru da denilmektedir.Seri motorun bu sistemlerde kullanım amacı yük altında kalkış yapabilen ve yük momentinin yüksek olmasıdır.Lakin seri motorun eğer milini boşta bırakırsanız endüktör sargısı üzerinden geçen akım aynı zamanda endüvi üzerinden de geçecektir.Motor akımı ile momenti ters orantılı olduğu için düşük momentte yüksek akım geçeceğinden motor abandone olmasına sebep olacaktır.O nedenle yük altında yüksek moment kavramı DC motorların elektrikli raylı sistemlerde kullanılmasına olanak sağlamıştır.

  Genelde DC ile çalışan elektrikli raylı sistemlerde hattın uzunluğu ile orantılı olacak şekilde trafo merkezleri tesis edilir.Bu trafo merkezlerine şehir şebekesinden gelen elektrik enerjisi öncelikle gerekli olacak gerilim seviyesine düşürülür.Daha sonrasında ise güçlü doğrultucular yardımıyla AC akım/gerilim DC akıma/gerilime çevrilir ve sisteme basılır.Sisteme basılan DC akım/gerilim tesis edilen elektrikli raylı sistemin özelliğine göre elektrikli loko.yu veya tren setinin çalışmasına yardımcı olur.

 

 

 

Yukarıdaki resimde basit bir DC ile çalışan elektrikli raylı sistemin prensip şeması görülmektedir.DC ile çalışan sistemlerde genel olarak canlı uç pantograf denilen akım toplar ucundan alınarak loko içindeki elektrik sistemine aktarılır.Peki ya dönüş hattı yani eksi uç neresidir.Bu sorunun cevabı da ray dır.DC ile çalışan sistemlerde dönüş hattı olarak trenin üzerinde hareket ettiği RAY kullanılır.Yukarıdaki resimde de bu gayet açıktır.

b))AC ile çalışan sistemler:

  AC ile çalışan elektrikli raylı sistemlerde genelde KATENER sistemi kullanılır.Sebebi ise yüksek gerilim seviyeleri tercih edilmesidir.Yukarıda bahsettiğimiz üzere 3.RAY sisteminde 750V DC değerinden sonraki yüksek değerlerde izolasyon problemleri ortaya çıkmaktadır.

  AC ile çalışan sistemlerde kullanılacak olan loko veya tren setlerinin de buna uygun olarak tercih edilmesi gerekir.En bariz özellik olarak KATENER  sistemi olacağı için elektrik enerjisi PANTOGRAF yardımıyla araca iletilecektir.Demek ki aracımız PANTOGRAFlı bir araç olacaktır.Bu sistemde karşımıza iki farklı loko çeşidi çıkmaktadır.İlk loko çeşidi tamamen 3fazlı ASM(asenkron motor) ile çalışan loko.dur.

 

 

 

Yukarıdaki resimde basit olarak AC sistemden beslenen bir elektrikli loko.nun prensip şeması görülmektedir.

 

 

Bu resimde ise AC ile çalışan bir elektrikli raylı sistemde elektrikli loko.nun iç detay şeması görülmektedir.Buradaki loko,toplam 4 adet 3 fazlı ASM motor ile hareket etmektedir.Şemadan da anlaşılacağı üzere SEYİR iletkeni üzerinden alınan AC akım/gerilim önce ana trafoda uygun gerilim değerine düşürülür sonra doğrultucu ile DC akım/gerilime dönüştürülür,son olarak inverter ile tekrar DC akım/gerilim  AC akım/gerilime dönüştürülerek motorlara tatbik edilir.

   Bu çalışma şekli genel olarak elektrik loko.larda kullanılan çalışma şeklidir.Aynı çalışma şeklini bazı tren setlerinde de görebiliriz.Bunun yanında ise gene AC sistemlerde çalışan fakat DC seri motor içeren tren setleri de mevucttur.Temel çalışma prensibi aynı olup tek fark son inverterin bu araçlarda olmamasıdır.Böylelikle DC akım/gerilim direkt motorlara tatbik edilir.

Bu yazımızda sizlere elektrikli raylı sistemlerin çalışma şekillerinden ve çeşitlerinden bahsettik.Yazımızın devamı ise elektrifikasyon ve kontrol sistemleri olacaktır.

Umarım faydalı bir paylaşım olmuştur sizler için,

Esenlikler dilerim.

Gökhan TERZİ

Elk.Öğr.

EMOGENÇ Gaün Bşk.