Kalabalıklaşan şehirlerde artan trafik yoğunluğu nedeniyle şehir içinde yolculuklar yüksek oranda yer altına inmiştir. Yer altında bir köstebek misali sürekli yapılan çalışmalarla hem zamandan hem de enerjiden tasarruf etmek amacıyla raylı sistemler kurulmaktadır.
Kurulan raylı sistemlere talep arttıkça iş sektörü de büyümektedir. Raylı sistemlerde enerji kavramı elektrik mühendislerinin artık yoğun olarak çalıştığı bir uzmanlık alanıdır. Bu yazımızda trenlerin hareket ve istasyonun elektrik enerjisini karşılayan güç kaynağı sistemlerini anlatacağız.
Hareket ve İstasyon Enerjisi Sistemi
Raylı sistem hattı boyunca her istasyonda Orta Gerilim Odası (diğer adıyla Cer Odası) bulunmaktadır. Nadir durumlarda projenin durumuna göre gerekli görülmezse bazı istasyonlarda bu oda olmayabilir. Raylı sistemlerde enerji çoğunlukla ring sistemi içerisinde aktarılmaktadır. Yani bir istasyonda enerji kesilirse trene ve istasyona diğer istasyonlardan enerji aktarımı yapılabilir. Böylece trenlerin ve istasyonların 7/24 kontrol altında tutulması sağlanır.
Enerji, raylı sistem hattına şehir şebekesinden orta gerilim seviyesinde alınmaktadır. Trende giderken duvarlarda göreceğiniz kırmızı kalın kablolar bu enerji kablolarıdır (Şekil 1). Şehir şebekesinden alınan bu enerji istasyonun OG odasına aktarılır. Orada bulunan DC doğrultucularda çoğunlukla ülkemizde 750V veya 1500 V'a çevrilerek trene enerji olarak aktarılmaktadır. Alçak gerilim trafolarında da istasyon iç enerji ihtiyacını karşılamak üzere 400V'a dönüştürülmektedir.
Şekil 1: Tren hattı boyunca ilerleyen istasyonlara giriş çıkış yapan OG kablolar (sol tarafta)
Trenler enerjisini çoğunlukla katener sistem (birkaç projede 3.ray ile) vasıtasıyla almaktadır. Şekil 2’de CER odasından (Redresör merkezi) 3.ray sistemine DC enerji aktarımının nasıl olduğu gösterilmektedir.
Şekil 2: DC cer besleme sistemi prensip şeması (Kießling, 2001)
Bir CER Odasında Bulunan Ekipmanlar
• OG ve DC şalt hücreleri
• Ana dağıtım trafosu
• İç İhtiyaç ve AG transfer trafosu
• Redresör trafosu
• Redresör
• Yardımcı güç panoları
• Kesintisiz güç kaynağı
• Kontrol donanımı
Rejeneratif Enerji Kazanımı ve Kullanım Alanları
Mevcut kaynakların verimli kullanımı amacı nedeniyle elektrikli sistemlerde de çeşitli kazanım yöntemleri mevcuttur. Elektrikli motorlu araçların frenleme esnasında mekanik hareketlerden dolayı o an için oluştuğu rejeneratif enerjinin (ters güç) kullanımı amacıyla sistemler geliştirilmiştir.
Trenlerin frenleme esnasında oluştuğu bu ters güç frenleme reostaları ile harcanmaktadır. Ayrıca ortaya çıkan bu rejeneratif enerjinin, motorların frenleme esnasında jenaratör olarak çalışması ile de iletken raya geri verilmesine dinamik frenleme denir.
Dinamik frenleme ile kazanılan enerji fayda sağlayacağı gibi gerilim yükselmesine de neden olabilir. Güç kalitesi problemleri nedenlerinden biri olan gerilim yükselmesi, sistem açısından olumsuz bir durumdur. Eğer trenin çevresinde kalkacak bir tren yoksa bu enerji kullanılamayacağından böyle bir durumda enerji reosta bankları üzerinde harcanarak olası güç kalite sorunlarının önüne geçilmesi hedeflenir.
Şekil 3: Frenleme yapan trenin oluştuğu rejeneratif enerjinin hızlanan diğer trene aktarılması
Kazanılan enerji trenlerin iç ısınması amacıyla, trenin yakınında bulunan başka bir trenin kalkış anında kullanması (Şekil 3) veya eğer gerekli sistemi kurulmuşsa şebekeye geri verilmesi amacıyla da kullanılabilir. Rejeneratif enerji kazanımı sadece trenlerde değil, frenleme yapan diğer elektrikli motorlarda da kullanılan bir sistemdir.