Şehiriçi ve Şehirler Arası Raylı Ulaşım Sistemleri İçin Ray Devreleri Ve Tekerlek Tespit Sistemlerinin Karşılaştırılması 

Tekerlek tespit ve dingil sayar sistemleri ray meşguliyetinin tespiti için gerekli olan temel bilgiyi sağlamakta ve hemzemin geçitlerin kontrolü, geniş ölçekli anahtarlama ve tetikleme işlevlerine ihtiyaç duyulan birçok uygulamada kullanılmaktadırlar. Bu teknoloji dünya standartlarında ray açıklığına uygun şekilde geliştirilmiş ve hızla ray devrelerinin yerini almaktadır. 

Dingil sayıcı sistemlerin sıklıkla kullanıldığı raylı toplu taşıma sistemlerinin gereksinimleri ve koşulları standart ray açıklığına sahip demiryolları ve uzun mesafeli blok ray devrelerinden oluşan sistemlerden ciddi şekilde farklılık göstermektedir. Buna rağmen, bu alanda da tekerlek tespit sistemleri ve dingil sayarlara açık bir şekilde yönelim vardır. 

Bu tanıtım yazısı toplu taşımaya özgü niteliklere genel bakışı ve buna bağlı olarak hem ray devreleri hem de tekerlek tespit ve dingil sayıcı sistemlerin gerçekleştirmesinde karşılaşılabilecek zorlukları ifade etmektedir. Bu iki teknolojinin avantajları ve dezavantajları karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. 

ÖZET 

Dünya çapında uygulanan toplu taşıma projelerinden elde edilen gerçekçi tecrübeler ile birlikte modern tekerlek algılama ve dingil sayıcı sistemlerinin faydaları bu sektördeki eksikliklerin birçoğunu gidermektedir. Farklı tipte ve yapıda birçok araç olduğundan, bu sistemlerin uygulanacağı projelerde,  projeye özel adaptasyonunun, operatör, sistem entegratörleri ve dingil sayıcı üreticileri ile beraber tartışılarak hazırlanması ve müşteriye ve projeye özel çözümler sunulması gerekmektedir. 

Yeni hatlar ve projeler artarak modern dingil sayar sistemleri ile donatılmaktadır. Bunun nedeni olarak bu sistemlerin fonksiyonel olması ve işletme maliyetlerinin düşük olmasıdır. Günümüzde raylı toplu ulaşım sistemlerinde bile ray devreli sistemlerden, tekerlek tespit ve dingil sayar teknolojisine doğru belirgin bir yönelim bulunmaktadır. 

1. Raylı toplu ulaşımın özel şartları 

Toplu taşıma sistemleri içerisinde kullanılan tekerlek tespit ve dingil sayar sistemlerinin gereksinimleri standart demiryollarından bazen ciddi farklılıklar göstermektedir. Devam eden başlıklarda bu gereksinimlerin çeşitlilikleri ve karmaşıklıkları açıklanacaktır. 

1.1 Taşıtlar, demiryolları araçları 

1.1.1 Tekerlek geometrileri ve flanşları 

Yüksek ve düşük tekerlek flanşları, dar ve geniş taban alanına sahip tekerlekler ve farklı çaplarda tekerlekler bulunmaktadır. Bu tekerlek geometrileri ve flanşların tekerlek tespiti üzerine doğrudan etkisi bulunmaktadır. 300 mm ye kadar olan küçük çaplı tekerlekler ve 20 mm yüksekliğindeki küçük flanşlar bu alanda kullanımı olan değerlerdir. Boyut aralıkları çok değişken olmakta ve hesaba kesinlikle katılması gerekmektedir. 

1.1.2 Ray geometrisi ve elektromanyetik ray frenleri 

Teker algılama sensörleri etki alanındaki ve hassas bölgelerdeki değişimleri saptamaktadır. Bunun bir sonuncu olarak yaklaşan demir kütlenin hassasiyeti değişkenlik göstermektedir. Tramvaylar, metrolar, yer altı araçları ve banliyölerde ideal koşullara da yani optimize edilmiş ray geometrisine sahip hatlarda dahi elektromanyetik fren kullanıldığında, güvenli ve sürekli tekerlek tespitinde problemler doğurmaktadır. Şekillerde, elektromanyetik frenlerin araç üzerinde muhtemel konumlarına ilişkin figürler verilmiştir. Tekerlek tespit sensörlerin analog çıkış akımları ayrıca gösterilmiştir. Farklı elektromanyetik frenlerin etkisi açıkça görülmektedir. Farklı yüksekliklerde ve pozisyonlarda gerçekleştirilen montaj, güvenilir bir şekilde dingil ve frenlerin ayrıştırılmasını zorlaştırmaktadır.- 

1.1.3 Ray geri dönüş akımları 

Ray geri dönüş akımları ray üzerinde tekerlek tespit sistemlerinin algılama mesafesinde eş merkezli manyetik alan oluşturmaktadır. Seyir telinin kısa devre etmesi durumunda ray geri dönüş akımı 15 kA ya da daha fazla olabilir. 

1.1.4 Manyetik Alan 

IGBT’li dönüştürücüler ve düşük kayıplı eviriciler   yüksek   anahtarlama frekanslarında çalışmaktadır. Bundan dolayı bozucu manyetik alan etkileri beklenen bir durum olup çok geniş spekterumda karşımıza çıkmaktadır. 

1.1.5 Bakım araçları 

Normal araçların yanında,  farklı  bakım  araçları  örneğin  malzeme ve  ekipman taşıyan çekiciler veya muayene araçları da genellikle çalışma saatlerinin dışında aynı rayları kullanmaktadır. Bu durumda kendine özgü birçok farklı boji yapısı ve tekerlek geometrisi ortaya çıkmaktadır. 

1.2 Ray yatakları ve çevresi

Toplu taşımadaki ray yatakları ve rayın diğer kısımları birçok farklı yönden standart demiryollarından farklılıklar göstermektedir. 

1.2.2 Ray profilleri 

Tramvayların tekerlek ve flanşları genellikle oluklu ray üzerinde çalışmaktadır. Bu oluklu raylar sağlam  ve yoğun bir malzemeler ile çevrelenerek döşenirler. 

1.2.3 Su baskını ve birikimi 

Oluklu rayların çevresindeki su birikimi ve taşmasına engel olmak için tekerlek tespit sistemlerinin raydaki parçaları, kabloları ve kelepçelerinin korunması için özel tasarım gerekmektedir. 

1.2.4 Demiryolu üzerinden araba ve yaya geçişi

Raylı toplu  taşıma sistemleri ile  araç  ve  yaya  trafiği kesişebilmekte ve bu  bölgelerde tekerlek tespit sistemlerin üzerinden geçilebilmekte ve kirlenebilmektedir. Bu durum aşmak için  teknik, yapısal ve işlevsel çözümler bulunması gerektirmektedir. 

2. Ray devreleri 

Ray devreleri birbirinden ve topraktan izole edilmiş raylar ile çalışmaktadır.İzole edilmiş raya veya raylara 1-3 V arasında gerilim uygulanmaktadır (boş akım prensibi). Eğer elektrik devresi kesik değilse, sistem ray bölgesini serbest olarak görmektedir. Tren dingili rayları kısa devre ederse veya teknik bir arızadan dolayı bu elektrik devresi kesilirse, sistem meşguliyet durumuna geçmektedir. Ray devrelerinin kullanılması aşağıda sıralanan durumların değerlendirilmesini ve işletme, araçlar ve bakım durumlarına buna göre planlanmasını gerektirmektedir: 

Araçtan akan bozucu akımlara karşı hassasiyet, Ray bölgelerinin balast direnci Dingil şönt devresi,İzolasyon noktaları için bakım gerekliliği, Gerçek ray meşguliyet bilgisine ek olarak anklaşmandan alınan mantıksal meşguliyet bilgisi de gereklidir. 

Cer geri dönüş akımlarının sınırlayıcı olması Raya bağlı ekipmanlar izolasyonlu olmalı, Uzun ray bölgelerinin görüntülenmesinin maliyetli olması, Tekerlek ve ray arasındaki yağ ve kir, kullanımı kısıtlamaktadır. 

Proje yönetim gereksinimlerinin yanı sıra açısından ray devreleri yüksek kurulum ve bakım maliyeti gerektirmektedir. (izolasyon cebri ve bölgeleri, kablolamalara ve ray bağlantıları) 

Ray devreleri seçilirken ray kırığı tespiti konusunda sıkça tartışmalar yapılmaktadır. Bu konu sadece belirli durumlar altında mümkün olabilmektedir. Akım geri dönüş kablolarının ray üzerinde birleştirilmesi (köprüleme) durumunda ray kırıkları bu bölgelerde tespit edilememektedir. Ray kırıkları ancak izoleli ray bölgesinde tespit edilebilmektedir. Birçok yapılan araştırmalar ve çalışmalarda ray devrelerinin ray kırığı tespitinde garanti ve güvenilir sonuç öneremediği sonucuna varmıştır. 

3. Tekerlek tespiti ve dingil sayıcı sistemleri 

Tekerlek algılayıcıları ray içine monte edilir ve tekerlek flanşlarının etkisini yukarıya doğru bakan bobinlerle tespit eder. Örneğin RSR180 deki gibi tekerlek sensörünü çevreleyen kutunun merkezinde bulunan iletim bobinleri arasında birinden diğerine doğru akan bir manyetik alan oluşur. Tekerlek rayın üzerinden geçerken manyetik alanla birlikte endüklenen gerilimde değişmektedir. Bu etki tekerlek flanşını yani dingil’i tespit etmekte kullanılır. 

Tekerlek sensörleri ray boyunca sıralanmış ve iki tane alıcı bobinden oluşan iki adet sensör sisteminden oluşmaktadır. Böylelikle hem araç yönü tespiti yapılıp hemde güvenlik seviyesi (CELENEC SIL 4) garanti altına alınmıştır. Tekerlek sensörü üzerinde yükten bağımsız iki sinyal bulunmaktadır. Bu sinyaller farklı algoritmalar kullanan bir bina içi akıllı değerlendirme kartı ile tüm kablo boyunca değerlendirilip incelenebilir. 

Dingil sayma sistemleri, aracın ray balast direnci ve dingil şönt devresi değerlerinden etkilenmediği için sistemin avantajları açıkça görülmektedir. Dingil sayar sistemlerinin ray devrelerine göre avantajları arasında daha düşük yatırım gerektirmesi ve tren güvenlik sistemlerinin güncellenmesi veya değiştirilmesi gereken durumlarda üst yapıya müdahalede bulunmaksızın aktif olan hatlarda dingil sayar sistemlerinin, ray meşguliyet tespit sistemleri ile birlikte sahaya uygulanabilmesi gösterilebilir. 

Ray devresi teknolojileri toplu taşıma sistemlerinde şu anda en yaygın olarak kullanılan teknolojidir. Ancak, açıkça görülmektedir ki dingil sayar sistemleri ray devrelerine göre kullanım ömrü maliyeti, güvenlik ve uygunluk açısından daha üstün durumdadır. İzolasyon kaynaklı darbeler, izolasyon problemleri, kirlilik, yapraklar, tuz gibi negatif etkiler dingil sayma teknolojisi için bir problem değildir.