Dilema kereta api negara kita, Bhg 7 – Sistem Elektrifikasi


Subjek ini agak berat untuk dibincangkan, lebih teknikal, tiada keselarasan, lebih politikal (level antara bangsa), keegoan negara2 dan boleh dikatakan tiada ketepatan kerana perbezaan teknologi serta integrasi antara teknologi. Banyak sumber atau amalan yang dipraktiskan oleh beberapa negara terutama negara2 dunia ketiga adalah berkonsepkan “buku kata”. Kebanyakkan sumber yang agak berat sebelah dalam pro dan kontra. Ada juga yang cuba menyembunyikan fakta, mereka hanya memaparkan kejayaan pilihan mereka. Walau apa pun kita akan cuba membincangkan pro dan kontra bagi kedua2 sistem elektrifikasi AC dan DC.

Terdapat dua bentuk sistem elektrifikasi untuk kereta api elektrik, iaitu:

  • Sistem elektrifikasi voltan tinggi arus ulang-alik:  25kV AC, 50Hz / 60Hz.
  • Sistem elektrifikasi voltan rendah/sederhana arus terus:  500 V, 750V, 1500 V, 3000V DC.

Oleh sebab kuasa elektrik dibekalkan dari sumber luar kepada kereta api elektrik, terdapat dua cara bagaimana voltan kuasa disalurkan.

  • Sistem sesentuh wayar atas / overhead line. Biasanya digunakan dalam sistem komuter/kereta api elektrik, tram dan juga kereta api kelajuan tinggi.
  • Rel ketiga, terdapat juga negara menggunakan rel keempat dengan konsep yang hampir sama. Rel ketiga dipasang pada aras tanah, sama ada secara bersebelahan trek atau berada antara rel landasan. Biasanya digunakan dalam servis LRT/MRT.

wayar overhed laluan komuter Chuo Line di Jepun, 1500V DC

Oleh sebab rel ketiga/keempat berada pada aras tanah, voltan maksimum dibenarkan tidak melebihi 1200V. Biasanya untuk sistem rel ketiga, voltan DC digunakan kerana ia berupaya membawa 41% lebih kuasa berbanding AC. Penggunaan rel ketiga hanya mengambil ruang yang padat, oleh itu ia mudah digunakan dalam terowong atau laluan subway.

Penggunaan rel ketiga nampak moden, lebih kemas dan tidak mengganggu pemandangan. Namun kelemahannya ia adalah berbahaya kepada pejalan kaki atau haiwan yang berjalan atas tanah. Maka tren dengan voltan rel ketiga biasanya diasingkan atau ditutup rapi, dan lintasan berpagar tidak boleh dibina merentasi trek dengan rel ketiga.

Oleh sebab batasan voltan yang rendah pada rel ketiga, ini juga secara langsung mengehadkan kelajuan dan saiz kereta api itu sendiri. Di samping itu platform aras rendah tidak boleh digunakan dan ia juga mengehadkan kemampuan penyaman udara yang mampu dibekalkan dalam kereta api. Secara praktis, jika kelajuan melebihi 160km/j, sesentuh (shoe) dan rel tidak dapat bersentuhan secara reliable (boleh diharapkan). Sebab itu sistem MRT/LRT tidak disasarkan untuk tren dengan kapasiti pengguna yang sangat besar (saiz tren dan juga bilangan koc), berkelajuan tinggi dan untuk perjalanan jarak jauh. Lihat perbincangan terdahulu dan kita akan sentuh sedikit secara teknikal dalam artikel ini.

Arcs like this are normal and occur when the collection shoes of a train drawing power reach the end of a section of power rail. London Underground menggunakan sistem 4 rel. Selamatkah sistem seperti ini (dari negara barat). :cry:

Selain daripada risiko renjatan elektrik pada aras tanah, voltan rel ketiga tidak boleh terlalu tinggi kerana untuk mengelakkan masalah arka elektrik di mana elektrik boleh melompat dari rel ketiga terus ke wayar neutral atau kepada konduktor berdekatan. Ini sangat2 membahayakan pengguna2 yang berada berhampiran landasan. Batas2an seperti ini mengehadkan kenapa LRT/MRT tidak berupaya untuk bergerak pada kelajuan tinggi dan secara lebih efektif berbanding sistem wayar atas. Oleh itu tanggapan sistem LRT/MRT adalah penyelesaian unggul kepada masalah trafik tinggi (atau trafik melampau) dalam bandar raya dan juga bandar2 berhampiran adalah cerita dongeng ahlul2 nujum yang di bawa dari negara2 Eropah. :-P

Kenapa perlunya sistem kereta api elektrik?

Kelebihan
  • Kurang atau mengurangkan pencemaran udara.
  • Performa tinggi, kos penyelenggaraan rendah dan kos tenaga yang rendah.
  • Lebih senyap daripada enjin diesel dan terdapat reka bentuk yang boleh dikatakan senyap secara relatif berbanding kenderaan lain walaupun pada kelajuan tinggi.
  • Oleh sebab kekurangan bahagian salingan (sorong tarik), tren elektrik bergerak mudah atas trek dan seterusnya mengurangkan penyelenggaraan trek.
  • Sesuai untuk servis komuter / EMU dengan hentian kerap.
  • Sesuai digunakan untuk laluan tren berkelajuan tinggi.
  • Juga sesuai digunakan laluan kargo dengan trafik tinggi dan konsisten atau di kawasan dengan rangkaian rel yang maju.
  • Lokomotif/EMU elektrik mengambil kelebihan motor elektrik yang berkecekapan tinggi, biasanya lebih dari 90%. Kecekapan tambahan boleh diperoleh dari “regenerative braking”.
Kelemahan
  • Kelemahan utama adalah kos prasarana yang sangat tinggi (laluan wayar atas atau rel ketiga, substation, sistem2 kawalan).
  • Pelaburan yang besar diperlukan, biasanya ini dibiayai oleh kerajaan sesebuah negara kerana ia sebahagian daripada sistem pengangkutan awam negara. Di Amerika Syarikat, polisi tempatan yang ketat iaitu cukai yang tinggi kepada pengguna elektrik voltan tinggi dan tiada bantuan daripada kerajaan menyebabkan kebanyakkan penggusaha tidak berminat untuk mewujudkan sistem kereta api elektrik di negara mereka.

Malah Amerika adalah satu2nya negara yang tidak berminat dalam usaha mengawal pencemaran udara untuk mengatasi masalah global warming. Keputusan presiden Bush yang samseng mengecewakan banyak negara2 maju yang lain. Lihat Kyoto Protokol. Green Technology, Glabal warming??? …. podah cit.

Participation in the Kyoto Protocol, as of June 2009, Green = Countries that have signed and ratified the treaty Grey = Countries that have not yet decided Blue = No intention to ratify at this stage.

Sistem elektrifikasi voltan tinggi AC 25kV

Sistem KTM komuter dan ERL menggunakan voltan kuasa 25kV 60Hz, spesifikisi voltan ini agak standard dan digunakan kebanyakkan negara terutama untuk laluan kelajuan tinggi.

Istilah

Kelebihan

Antara kelebihan penggunaan voltan pada kadar ini adalah

  • Voltan AC yang tinggi memudahkan penghantaran bekalan kuasa untuk jarak jauh kerana kehilangan kuasa yang rendah. Arus yang rendah digunakan dalam penghantaran voltan tinggi.
  • Adalah lebih mudah untuk meningkatkan kuasa voltan AC berbanding DC pada talian kuasa. Misalnya untuk “TGV world speed record” di Perancis, voltan bekalan 25kV ditingkatkan sementara ke 29.5 kV dan 31 kV pada masa berlainan (link 1: http://en.wikipedia.org/wiki/25kV_AC#Boosted_voltage dan link 2: http://en.wikipedia.org/wiki/TGV_world_speed_record).
  • Oleh sebab kehilangan voltan (voltage drop) rendah, jarak antara substation yang membekalkan voltan kuasa kepada wayar atas AC adalah lebih jauh daripada wayar atas DC. Transformer dapat digunakan dengan mudah untuk naikkan kembali voltan. Dalam kata bilangan substation yang diperlukan untuk jarak yang sama bagi wayar atas AC adalah kurang  daripada wayar atas DC.

  • Lebih tinggi voltan maka lebih kecil wayar atas yang digunakan, oleh itu wayar yang lebih ringan boleh digunakan. Jadi tiang2 penyokong yang dibina untuk wayar atas AC (lebih ringan) kosnya adalah lebih rendah daripada wayar atas DC. Ini kerana hanya sedikit arus diperlukan untuk penghantaran sejumlah kuasa yang sama. Walaupun kos pembinaan boleh dikurangkan di sini, tetapi itu tidak bermaksud kos secara keseluruhan adalah rendah.

  • Boleh menggunakan hanya satu lengan pantograph tunggal, misalnya dalam servis KTM komuter dan ERL.

pantograph, voltan DC

  • Sistem AC membolehkan “regenerative braking”, iaitu motor digunakan sebagai brek dan menjadi generator yang mengembalikan tenaga elektrik kembali kepada talian.
  • Teknologi elektronik kuasa membolehkan motor AC 3 fasa dihasilkan, ia lebih efektif dari motor DC kerana
    • Ia lebih mudah untuk dibina, ia tidak memerlukan sesentuh mekanikal untuk bekerja (seperti berus) dan ia lebih ringan daripada motor DC untuk kuasa yang setara.
    • Elektronik yang moden membolehkan motor2 AC dikawal secara efektif untuk memperbaiki lekatan dan juga tarikan.
    • Motor2 AC boleh dikawal oleh mikro pemproses untuk ketepatan tinggi dan boleh menjana semula arus semasa hampir berhenti, manakala penjanaan semula DC lenyap dengan segera pada kelajuan rendah.
    • Ia lebih lasak dan mudah untuk dikendalikan berbanding motor2 DC.

Motor penarik DC

Motor penarik AC

Kelemahan

Sebagaimana yang dinyatakan setiap konsep reka bentuk dalam kejuruteraan mempunyai pro dan kontra. Sistem yang betul2 ideal tak wujud, berikut adalah beberapa kelemahan untuk sistem elektrifikasi kereta api dengan voltan kuasa AC 25kV:

  • Pendedahan berlebihan kepada medan magnetik arus elektrik AC boleh menyebabkan kanser, childhood leukemia. Arus DC yang tetap tidak menghasilkan medan ini. Walau bagaimana terdapat beberapa kaedah dalam elektronik kuasa boleh direka untuk mengatasi masalah ini supaya ia tidak membahayakan penumpang.
  • Wayar atas AC untuk landasan kereta api elektrik mempunyai medan magnetik yang lebih kuat daripada kabel voltan tinggi untuk bekalan elektrik. Ini kerana bagi talian transmisi voltan tinggi, medan elektrik yang disebabkan arus dalam satu wayar cenderung untuk dibatalkan oleh arus dalam wayar2 lain(inverse square law). Tetapi untuk landasan kereta api elektrik, biasanya seseorang berada di antara dua konduktor (catenary dan rel-bumi). Medan magnetik dari dua konduktor bertambah, menghasilkan pendedahan medan magnetik yang lebih besar kepada manusia.

  • Voltan AC yang tinggi 25KV lebih berbahaya kepada manusia jika tersentuh secara langsung. Banyak kes kematian akibat kejutan elektrik atau terbakar teruk. Di Russia kira-kira 50-60 pekerja kereta api mati akibat kejutan elektrik (electrocution) setiap tahun. Dan banyak juga kes kematian dan kecederaan teruk akibat berada atas bumbung kereta api. Contoh : http://www.dailymotion.com/video/xa2p35_death-on-train-live-telecast_people (AWAS!! video ngeri, tidak sesuai untuk tatapan umum).
  • Sistem 25KV AC untuk landasan kereta api elektrik menggunakan hanya satu fasa dari tiga fasa yang biasanya digunakan dalam bekalan elektrik. Ini boleh menyebabkan ketidak seimbangan kuasa dalam bekalan elektrik 3 fasa dan seterusnya boleh menjejaskan pengguna lain. Masalah ini boleh di atas dengan memasang compensator VAr statik.
  • Voltan tinggi memerlukan jarak kelegaan (clearance) yang lebih besar dalam  terowong dan juga di bawah jambatan atas.
  • Untuk mengelakkan litar pintas, voltan tinggi mestilah dilindungi daripada kelembapan. Perubahan cuaca seperti “the wrong type of snow” telah menyebabkan kegagalan di masa lepas. Misalnya berlaku pada Disember 2009, apabila empat tren Eurostar rosak dalam Channel Tunnel.
  • Perlu memantau arus, voltan dan frekuensi bekalan elektrik secara berterusan.
  • Motor AC tidak mempunyai ciri2 ideal bagi tujuan tarikan. Masalah asal ini telah diatasi dalam teknologi elektronik kuasa. Motor AC 3 fasa.
  • Mempunyai kerintangan dalam talian yang tinggi, ini disebabkan oleh skin effect yang disebabkan oleh frekuensi 60Hz/50Hz.
  • Sistem enjin kereta api yang lebih kompleks berbanding enjin elektrik DC.
  • Penebat yang besar dan tebal diperlukan pada tiang penyokong wayar atas untuk mengelakkan kebocoran arus.

penebat wayar overhed shinkansen, 22kV AC 50/60Hz

 

  • Penebat yang besar dan tebal juga diperlukan atas bumbung EMU bagi mencegah kebocoran elektrik kepada penumpang.

  • Ketelitian tinggi diperlukan dalam pengendalian, sedikit kecuaian membawa padah. Adakah stesen KTM komuter benar2 terjamin selamat? Ini kerana negara kita menggunakan wayar atas 25kV AC 60Hz. Walaupun menggunakan penebat yang tebal pada catenary, bahan binaan stesen kebanyakkan adalah besi keluli atau konduktor elektrik(bumbung, tiang, kerusi, tangga, penyokong wayar atas, bla, bla …), hanya lantai platform, anak tangga, pasu bunga adalah bukan konduktor. Bayangkan … ahh, tak nak, tak nak … :cry: Jangan bimbang khayalan aku mungkin salah dalam konteks ini. :-D

Selain konduktor elektrik, besi (Fe) adalah unsur yang mempunyai sifat feromagnetik (magnetik), mmm … tak pasti kalau besi2 tu boleh menjadi kesinambungan medium medan magnetik dari arus AC voltan tinggi 25kV wayar overhed. Bagaimana pun kontraktor tempatan bukannya boleh dipercayai sangat, mana tau dalam banyak2 penebat (insulator) … ada satu-dua yang dia buat2 lupa atau cuba cut cost.

Gambar hiasan. :-o

  • Memerlukan tenaga mahir yang betul2 terlatih terutama dalam pengendalian voltan tinggi untuk sistem kereta api elektrik. Adakah KTMB mempunyai tenaga mahir bagi tujuan ini?
  • Bagaimana hendak mencuci kereta api supaya ia sentiasa nampak bersih, tidak nampak kusam? ETS walaupun belum sampai setahun jagung, tren ini sudah kelihatan kusam sepertinya ia tidak pernah dicuci. Bagaimana agaknya Jepun menjaga Shinkansen dan juga tren2 EMU mereka kerana ia sentiasa nampak bersih, jernih, putih bersih (kalau warna dia putih) dan berkilat2 (glossy)? Tak percaya?

Perhatikan body tren bersih berkilat2, tetapi atas bumbung agak berkulat. Ini menunjukkan bahawa tren dicuci dengan mesin, macam mesin car wash “go through”. Bahagian atas bumbung tak dicuci kerana bahaya voltan tinggi, tren dicuci sambil berjalan menerusi car wash. Video ini dirakamkan pada 13 Mac 2011, iaitu selepas gempa bumi dan semua servis tohoku shinkansen dihentikan.

Car wash untuk komuter

Car wash untuk shinkansen

  • Kos peranti elektronik dalam tren moden boleh naik sehingga 50% dari jumlah kos keseluruhan kenderaan ini.
  • Tidak sesuai untuk laluan dengen trafik tren EMU yang sangat rendah. Ini adalah kerana kos penyelenggaraan yang tinggi, lebih tinggi daripada kos operasi tren.
  • Lintasan kereta api berpagar tidak sesuai digunakan untuk kemudahan penduduk sekitar sama ada lintasan pejalan kaki atau jalan raya. Ini kerana faktor voltan tinggi 25kV AC dan juga medan elektromagnet yang tinggi di bawah wayar atas tidak baik untuk kesihatan. Oleh itu ia memerlukan laluan khas, jambatan atas, atau terowong yang banyak perlu dibina. Ini secara tak langsung meningkatkan kos pembinaan secara keseluruhan.
  • Voltan tinggi AC tidak baik untuk kesihatan penduduk sekitar terutama kawasan penduduk bersebelahan trek voltan tinggi. Mungkin atas sebab ini di Jepun, dalam bandar atau kawasan berpenduduk padat serta laluan yang sangat sibuk, sistem voltan DC digunakan untuk trek sistem kereta api elektrik. Manakala sistem voltan tinggi 25kV AC digunakan khusus untuk tren laju Shinkansen yang menggunakan laluan khas (banyak melalui jambatan atas dan terowong).

Dan untuk perjalanan jarak jauh (Joban Line & Tsukuba Express) yang melalui kawasan luar bandar dengan kepadatan penduduk lebih rendah dan banyak melalui kawasan pertanian, sistem voltan tinggi 20kV AC digunakan bersama 1.5kV DC. Menurut sumber ini, andaian aku tak tepat. :lol: Sebenarnya mereka menggunakan voltan 20kV AC ini atas arahan yang dikeluarkan oleh Japan Meteorological Agency untuk mencegah gangguan kepada alat2 pengukur geomagnetik yang terletak di makmal Yasato, Niihari District, Ibaraki. Oleh itu sebahagian laluan dari Moriya ke Tsukuba beroperasi menggunakan voltan AC (berada dalam 30km radius dari lokasi balai cerap). Dalam masa yang sama laluan utama Tohoku yang selari dengan Joban Line, lebih banyak melalui kawasan pendalaman dan jauh dari balai cerap, ini tidak menjadi isu dan ia menggunakan voltan DC di sepanjang laluannya.

  • Oleh sebab wayar atas AC lebih ringan, dibimbangi kontraktor yang tidak bertanggung jawab menggunakan wayar kabel bergred rendah untuk sistem AC 25KV AC. Ini kerana masalah kabel putus sering berlaku atau sekurang-kurangnya pernah berlaku beberapa kali di negara kita. Ini tidak begitu menghairankan kerana budaya kontraktor tempatan sering kali melakukan suatu kerja ala kadar, mungkin bagi tujuan untuk tender servis penyelengaraan berterusan di masa hadapan. Bagaimana jika wayar atas 25kV AC terputus di stesen? Setahu aku banyak binaan stesen komuter berbumbung penuh dengan telulang2 besi atau penuh dengan binaan besi (konduktor elektrik)? :cry: Satu lagi jawatankuasa siasatan ditubuhkan bagi menyiasat punca kejadian. :lol:

4 jalur wayar atas voltan tinggi 25kV untuk 4 trek di bawahnya. Ke4-4 jalur wayar atas voltan tinggi hanya disokong pada wayar kabel (formasi katenari) yang merentasi 4 landasan antara dua platform.

Dalam artikel ini kita tidak bincangkan tentang permasalahan katenari terutama jika tren bergerak laju. Jika tren bergerak laju, antara masalah yang dihadapi wayar atas adalah masalah wayar berhayun-hayun, masalah kestabilan dan seterusnya sesentuh (shoe) gagal berfungsi dengan baik dan tren EMU akan kehilangan kuasa. Link : http://www.sumidacrossing.org/SumidaCrossing/CatenaryPrototype.html dan wikipedia. Bagaimana jika tren EMU yang sering melaluinya bergerak pada kelajuan tinggi dan menyebabkan wayar atas sering berhayun-hayun, kestabilan wayar berkurangan dan seterusnya meningkatkan kegagalan “wear and tear”. Oleh itu risiko kabel penyokong terputus adalah sangat tinggi. Kabel terputus …. WOOiiii, ini kabel voltan tinggi 25kV AC. :-x Bandingkan dengan tiang penyokong wayar atas yang merentasi beberapa landasan untuk servis komuter di Jepun (1500V DC).

“Ooo tidak, … kita tidak boleh membina tiang penyokong wayar atas seperti itu kerana kosnya terlalu tinggi, membazir dan ia amat mengganggu pemandangan mata. Kita mesti green technology …” :lol:

  • Walaupun penggunaan voltan tinggi AC membolehkan penggunaan pantograph tunggal, tetapi jika berlaku kegagalan pada pantograph tunggal, maka tren EMU langsung tak boleh berjalan. Masalah ini mungkin telah berlaku pada sistem EMU KTM komuter. :-D

Formasi TGV Perancis (High Speed Train) mempunyai gerabak penarik pada kedua hujung tren, tetapi hanya satu pantograph dinaikkan di bawah talian kelajuan tinggi 25 kV AC. Gerabak di belakang dibekalkan menerusi kabel 25 kV sepanjang tren itu. Pendekatan seperti dilarangkan di Britain kerana tidak selamat dan boleh mengundang risiko. (Voltan tinggi di atas setiap gerabak, walaupun atas gerabak pengikut). Ayo yo, amma, aapa …. bahaya gak teknologi Perancis. 8-O

Sistem elektrifikasi voltan DC

Kelebihan sistem voltan DC pula,

  • Siri motor DC adalah pilihan terbaik untuk tujuan tarikan, ini kerana ia boleh dikawal dengan voltan, dan mempunyai ciri tork vs kelajuan yang hampir ideal. Kelebihan ini diatasi oleh motor AC 3 fasa dalam elektronik kuasa.
  • Saiz motor yang lebih kecil dan sistem litar yang lebih mudah berbanding motor AC dahulu, oleh itu motor boleh diletakkan di bawah tren tanpa mengambil ruang yang besar. Kelebihan ini juga diatasi oleh motor AC 3 fasa dalam elektronik kuasa.
  • Motor penarik DC lebih murah dan memerlukan penyelenggaran yang kurang daripada siri motor AC (versi dahulu). Kelebihan ini juga diatasi oleh motor AC 3 fasa dalam elektronik kuasa.
  • Kuasa yang dihantar tidak berubah2 dengan masa, oleh itu adalah lebih efisen digunakan dalam sistem catenary.
  • Sistem DC tidak menyebabkan reaktans dalam talian, oleh itu kebolehan pemindahan kuasa lebih tinggi pada talian.
  • Kerintangan talian adalah lebih rendah daripada sistem AC, ini akan menyebabkan kehilangan dalam talian yang lebih rendah. Sistem AC mempunyai pengaruh “kesan kulit” oleh frekuensi 60Hz atau 50Hz, di mana ia menyebabkan kerintangan tinggi dalam wayar.
  • Dalam sistem DC, kuasa satu2nya komponen sebenar. Oleh itu operator sistem transmisi tidak perlu bimbang kecukupan kuasa reaktif untuk mengekalkan keselamatan dan kestabilan sistem.
  • Oleh sebab frekuensi sifar, maka tiada perubahan frekuensi perlu dipantau. Kestabilan seketika semasa mengosongkan kegagalan dan petukaran tidak lagi menjadi masalah.
  • Bebas dari gangguan (interference) pada litar komunikasi yang tidak direka untuk merintangi voltan teraruh. Ini kerana tiada voltan teraruh dihasilkan kepada litar lain dari medan magnet DC yang tetap.
  • Pendedahan kepada medan magnetik DC adalah lebih selamat (seperti medan magnetik bumi yang tetap), tetapi pendedahan berlebihan pada medan magnetik AC boleh membahayakan kesihatan.
  • Walaupun dahulu voltan DC lebih sukar untuk ditingkatkan berbanding penggunaan transformer untuk voltan AC, kini dengan teknologi elektronik kuasa kos rendah, isu ini tidak lagi menjadi masalah. Teknologi moden hari ini, penghantaran bekalan kuasa elektrik jarak jauh (sangat jauh) atau menerusi dasar lautan adalah lebih ekonomi menggunakan HVDC (high voltage DC) atau UHVDC (ultra high voltage DC).
  • Kos penebat elektrik yang lebih murah, kerana voltan lebih rendah daripada sistem AC. Sistem 1.5kV DC di Yamanote Line, Jepun hanya memerlukan 2 plat penebat, manakala trek Shinkansen 25kV AC pula biasanya terdiri daripada 6 atau lebih plat penebat.

Penebat wayar atas 1.5KV DC

  • Walaupun sistem DC memerlukan wayar atas yang lebih tebal berbanding AC, ia juga bermaksud lebih tahan lasak terutama pada laluan trafik tinggi, jangka hayat yang lebih panjang dan maintainance wayar atas yang lebih rendah. Salah satu bukti kejayaan ini adalah sistem komuter EMU tersibuk di dunia, laluan Yamanote di Jepun.
  • Oleh sebab voltan DC yang lebih rendah digunakan, maka pembinaan lebih banyak litasan berpagar adalah munasabah. Trek kereta api juga selamat dibina berhampiran dengan kawasan perumahan atau dalam bandar berpenduduk padat. Kos pembinaan lintasan berpagar adalah jauh lebih murah dan praktikal daripada pembinaan jejantas dan laluan bawah.

Lintasan keretapi di Yamanote line

Penebat atas bumbung tren 1.5kV DC

Kelemahan DC
  • Memerlukan lebih banyak substation, setiap 10 – 25 km (lihat komen).

  • Memerlukan beberapa lengan pantograph untuk suapan bekalan kuasa pada gerabak penarik, namun ini adalah kelebihan berbanding satu lengan tunggal di mana jika satu sistem lengan pantograph rosak, lengan lain masih membolehkan tren dilarikan. Ada beberapa model EMU dibekalkan dengan lengan tambahan untuk tujuan kecemasan.
  • Circuit breaker untuk sistem DC lebih kompleks daripada AC, dan kosnya lebih tinggi.

Sistem Hibrid DC/AC

Di negara Jepun kebanyakkan laluan dengan wayar atas bagi laluan tren biasa, kargo dan komuter menggunakan sistem DC 1500V, hanya laluan Shinkansen menggunakan sistem AC 25kV. Kenapa guna DC dan tak guna AC, bukankan sistem AC yang lebih moden mempunyai banyak kelebihan? :-?

Sebenarnya sistem kereta api elektrik moden EMU (selain Shinkansen) dan juga lokomotif elektrik di Jepun sememangnya menggunakan motor penarik AC walaupun sumber kuasanya dari wayar atas DC. Inverter (misalnya Variable Voltage, Variable Frequency @VVVF) digunakan bersama elektronik kuasa yang lain (misalnya penggunaan IGBT) dalam sistem kereta api.

Terdapat keunikan bunyi terhasil daripada pelbagai sistem kawalan, ia juga bergantung pada pengilang dan juga sebab2 lain. Oleh itu walaupun mempunyai mekanisma yang sama, bunyi yang terhasil tidak serupa. Motor DC cenderung menghasilkan bunyi dengung yang licin, pic meningkat dengan kenaikan kelajuan. Motor AC pula cenderung menghasilkan pelbagai bunyi berpic tinggi, ia bergantung pada kadar pecutan dan juga kelajuan.

Sagami line 205-500 video with Series DC motor and magnetic excitation sound.

Keikyu N1000 video with VVVF/GTO sound. This train has a characteristic “musical” sound.

JRF EF210-0 video with VVVF/GTO sound.

JRF EF210-100 video with VVVF/IGBT sound. Note the difference from the EF210-0.

Chuo Line E231 video with VVVF/IGBT sound. This has a higher-pitched “singing” sound than the EF210.

JR Kyushu 885 (“white seagull”) video with VVVF/IGBT sound. This is closer to the E231, but not quite the same.

Oleh itu penggunaan sistem hibrid seperti ini mengadaptasi kelebihan sistem elektrifikasi berlainan dan kekurangan pada satu sistem dapat diatasi dengan lebih baik dan praktikal. Oleh itu pendekatan “buku kata” sangat tidak praktikal dan juga tak munasabah, jadi lebih baik “tutup buku”. :-P

Renung-renungkan :lol:

Adakah kontraktor serta perunding yang dipertanggung jawabkan dalam pembinaan landasan berkembar bagi memperkenalkan servis KTM komuter di negara kita, adakah mereka2 itu betul2 berpergetahuan dan mempunyai pengalaman yang luas dalam sistem kereta api elektrik? :-?

Atau mereka adalah graduan2 “buku kata”? Musykil2, hmmm … mmmm ;-) Hebat benar negara ini, TERhebat di dunia serta TERhebat di galaksi … bila … budak2 tadika berhingus diberi tender2 besar yang menentukan masa depan negara. :-o

Terima kasih kepada mereka dan juga terima kasih kepada pemimpin2 pada masa itu hingga ke hari ini kerana mencipta sistem pengangkutan awam seperti ini kepada rakyat marhaen. :-P “Don’t worried, most of them are extremely stupid like livestock chickens.” Bila nak sembelih … :lol:

Pandangan aku

Pada pandangan aku pilihan negara Jepun untuk sistem kereta api domestik, bukanlah pilihan yang teruk. Mungkin ia adalah pilihan terbaik, adakah ini secara kebetulan atau mengikut analisis, statistik, NKRA, bla, bla … Adakah pilihan mereka mengikut tilikan ahlul2 nujum tempatan mereka? :lol: Apa pun yang pasti ini adalah apa yang dinamakan sebagai “kejuruteraan”. :-D

Pada pandangan aku dari segi keselamatan, sistem elektrifikasi wayar atas DC adalah lebih baik dan selamat. Manakala dari segi efisiensi, performa, kapasiti dan juga kelajuan, sistem motor tarikan AC moden adalah lebih baik dan produktif. Kalau gabung  kedua kekurangan antara sistem di atasi dan kelebihan antara sistem diadaptasi. Namun kos mungkin lebih sedikit atau lebih mahal untuk sistem kereta api EMU yang moden. :-o

Bilangan substation, wayar atas yang tebal, bla, bla … untuk sistem DC, kos ini taklah terlalu mahal di mana negara kita boleh je buat sistem LRT/MRT/Monorel (sistem ini menggunakan sistem elektrifikasi DC). Tetapi kenapa untuk sistem elektrifikasi AC bagi landasan berkembar KTMB, kos pembangunan terlalu mahal untuk prasarana2 yang teramat canggih sehingga menyebabkan tak cukup budget untuk membeli rolling stok kereta api. Prasarana2 canggih,maju dan hebat, tetapi sistem kereta api ala kadar seperti melepas batuk di tangga. Ini projek2 mega pemimpin mana ha? :-? Ha, ha, ha, ha …. :lol:

Reference : Wikipedia, http://www.sumidacrossing.org/SumidaCrossing/, http://www.railway-technical.com/, http://www.jcmiras.net/jcm/item/86/, http://www.lafn.org/~dave/trans/rail/electric_rr.html dan juga lain2 sumber.

Artikel berkaitan :

  1. Aduhai …. kita kena tipu lagi
  2. Perbandingan kereta api negara kita dengan negara orang … satu cadangan – Bhg 1
  3. Perbandingan kereta api negara kita dengan negara orang … satu cadangan – Bhg 2
  4. Perbandingan kereta api negara kita dengan negara orang … satu cadangan – Bhg 3
  5. Perbandingan kereta api negara kita dengan negara orang … satu cadangan – Bhg 4
  6. Dilema kereta api negara kita, Bhg 1 – Landasan Menyanyi
  7. Dilema kereta api negara kita, Bhg 2 – Idola KTMB
  8. Dilema kereta api negara kita, Bhg 3 – Rangkaian Landasan
  9. Dilema kereta api negara kita, Bhg 4 – Landasan @ Rel
  10. Dilema kereta api negara kita, Bhg 5 – Sistem Keselamatan
  11. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 1
  12. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 2
  13. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 3, 4 dan 5
  14. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 6
  15. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 7, 8  & 9
  16. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 10
  17. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 11
  18. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 12
  19. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 13
  20. Dilema kereta api negara kita, Bhg 6 – Design Failure 14
  21. Dilema kereta api negara kita, Bhg 7 – Sistem Elektrifikasi
  22. Dilema kereta api negara kita, Bhg 8 – Analisis “Bangau Oh Bangau”
  23. Cadangan untuk sistem kereta api negara kita, sekadar cadangan … final

Xtra:

Posted on 9 Mei 2011, in Umum and tagged , , . Bookmark the permalink. 11 Komen.

  1. Boleh tak tuan ulas sedikit mengenai penyerahan laluan keretapi woodland ke tg pagar kepada singapura dan apa impaknya kepada malaysia.

    • ntah tak tahu … :roll:

      kalau ikut common sense, … hmmm … :-?

      agaknya apa yang “orang lain”@”negara lain” fikir terhadap negara yang gagal memelihara tinggalan sejarah negaranya, harta warisan yang dipusakai, kawasan jajahannya, kedaulatan negaranya, hak peribumi atau rakyatnya, sumber2 rezeki rakyatnya, kegagalan memanfaatkan sendiri khazanah alam, galian dan sumber asli, bla, bla, bla … dan seumpamanya. 8-O

      kalau akulah “orang lain” itu, pada kaca mata aku … negara itu tak bermaruah dan amat lemah. pemimpin2 negara itu sanggup mengadai apa saja untuk kepentingan masing2 atau agenda2 tertentu. maaf ini bukan isu politik, ini hanya satu tanggapan bebas sebagai manusia. :-|

      tanggapan lain boleh jadi … ia merupakan peluang keemasan tak terhingga kepada negara2 lain (serta rakyat mereka) untuk mengambil apa jua kesempatan, kekayaan, lubuk rezeki, harta benda, ekonomi, perniagaan, kewarganegaraan, baka keturunan, atau apa2 aje di atas kelemahan negara itu. tak menghairankan negara2 lemah seperti ini mudah dijajah atau pernah dijajah dalam sejarah. penjajahan tidak semestinya dengan penaklukan, penjajahan zaman moden … fikir2kan :-(

      err … “woodland ke tg pagar” atau “tanjong pagar ke woodland”? :-D

  2. Pd pendapat saya, sistem 25kV AC yang KTMB gunakan sekarang ini adalah sangat bersesuaian dengan panjang landasan KTMB yang bakal mencecah ratusan kilometer. Sistem25kv AC jugak merupakan standard utk keretapi jarak jauh samaada pada kelajuan sederhana atau tinggi.

    Jika sistem DC digunakan, memerlukan pembinaan stesen rectifier setiap 2.5km. Bayangkan berapa byk stesen perlu dibina utk ke Ipoh sahaja.

    Argument sistem DC lebih selamat boleh dirujuk kembali kepada perbahasan sistem DC vs AC antara Thomas Edison (Bapa Sistem DC) dan Nikolai Tesla (Bapa sistem AC). Tidak dinafikan sistem AC adalah dominan pd hari ini.

    Utk LRT/MRT, penggunaan DC sistem adalah munasabah, Namun begitu samaada hendak guna third rail atau overhead line, boleh dibahaskan. Mungkin third rail nampak lebih kemas dan kos pembinaan terowong dapat dikurangkan.

    • jarak antara substation feeder bergantung kepada nilai voltage yang digunakan, lebih rendah maka lebih rapat dan lebih tinggi maka lebih jauh. Jarak maksimum antara substation 1500 VDC adalah sehingga 15km pada double trek, kira2 24km untuk single trek. petikan dari http://www.railpage.com.au/f-p1390357.htm

      These distances are arseabout. It depends on the number of trains running at once (power cars actually), gradients, station stops, probablity of trains bunching, heating of catenery wire and rectifiers, especially during hot weather and size of rails and maximum voltage drop in rails. With DC (but not AC) the substations at either end of a section share the load. The electrical branch people have a program IIRC called ETRAIN which helps design substations.

      The number of factors makes it impossible to give oversimplified answers.

      lagi petikan:

      With AC you have to consider the voltage drop of the reactive part of the catenary resistance. This becomes even worse with modern AC locos. They produce harmonics which may interfere with each other and can lead to dangerous oscillations of the catenary voltage.

      In order to protect the feeding system you need shorter sections. The minimum short circuit current should be lower than the maximum current the trains need.
      In case of a short circuit, even if it is detected, it is not desirable to shut down the whole network.

      If you use 50/60 Hz power you have to distribute the load more ore less even between the three phases of the power grid. This limits the maximum allowable power of substations and requires neutral sections.

      Masalah ini mungkin sering dihadapi dalam servis KTM komuter, di mana menurut staf KTMB mereka mendapatkan bantuan tenaga pakar dari India untuk memperbaiki permasalahan ini. Walau bagaimana menurut laporan dan pembentangan usul elektrifikasi perunding tempatan di India, India boleh dikatakan masih lagi baru dalam elektrifikasi 25kV AC. Kalau tak silap Mumbai masih lagi guna DC. :-(

      Sebagai mana yang dikatakan, teknologi dalam elektrifikasi trek kereta api adalah tidak rigid dan mutlak bagi satu2 sistem. Benar elektrfikasi 25kV AC merupakan standard bagi trek kelajuan tinggi, ini kerana tren kelajuan tinggi memerlukan lebih banyak kuasa untuk membolehkan ia memecut dan juga menanggung beban pada kelajuan tinggi sehingga 300km/j atau lebih. Tambahan pula jika trek kelajuan tinggi itu bertrafik tinggi seperti trek shinkansen di Jepun, sudah tentu lebih banyak kuasa diperlukan. Walaupun lebih banyak substation diperlukan dalam ektrifikasi DC, itu tak menjamin kos keseluruhan termasuk prasarana bagi double trek AC jauh lebih rendah atau lebih rendah daripada DC? Negara kita, kos pembinaan prasarana mencatatkan berbilion2 RM tetapi tren yang melaluinya tak seberapa atau langsung tak setanding dengan nilai pelaburan untuk landasan berkembar. Kenapa? :-P

      Jika dibandingkan secara relatif dengan negara2 di dunia, walaupun bagi kita jarak antara JB ke Padang Besar adalah jarak jauh… tetapi sebenarnya tak jauh sangat. Jika siap sepenuhnya jarak double trek elektrik Gemas-Padang Besar adalah 759.2 km, manakala jumlah jarak trek KTMB adalah 1669 km (sumber: wiki). Jika dibandingkan dengan jumlah jarak trek bagi JR East (sahaja) 7,526.8 km, 3,668 km double trek, 5,512.7 km trek elektrik dan 1,052.9 km trek Shinkansen. Jepun bukanlah sebuah negara besar, besarnya tak jauh sangat dari saiz Malaysia (lihat : http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_and_outlying_territories_by_total_area). Beza cuma 47,127km persegi. 8-O

      Jumlah jarak trek KTMB 1669km lebih sikit dari jarak perjalanan tren biru, Twilight Express di Jepun. Jarak perjalanan Twilight Express : 1508.7 km (Osaka ke Sapporo), masa perjalanan selama 22 hingga 23 jam dan kelajuan operasi maksimum 110 km/j. http://en.wikipedia.org/wiki/Twilight_Express. Voltan overhed yang digunakan adalah 1.5kV DC. Ini menunjukkan bahawa dengan teknologi dalam elektronik kuasa, kebanyakkan kelemahan atau kekurangan antara sistem di atasi. Dari segi kos DC lebih ekonomik dan feasible untuk laluan2 utama kereta api yang padat, kompleks dan bertrafik tinggi. :-D

      Walaupun AC nampak lebih dominan, negara pengguna utama dan peneraju teknologi masih menggunakan sistem DC untuk servis biasa. Ini termasuk Perancis dan German, dan juga Spain, Australia, Rusia, UK, Korea Selatan dan Afrika Selatan. Kenapa? :-?

      apa pun tidak ada jawapan yang pasti atau pilihan yang betul2 sempurna. cuma apa yang kita boleh nilai adalah dengan melihat kejayaan sebuah sistem yang diguna pakai di negara orang, bukan secara TEORI tetapi dari sudut praktikal, maintainance rendah, kos operasi, kos modal, pendapatan, kemampuan sistem, kemampuan upgrade dan hasilnya, bla, bla, bla …. bukan itukah yang kita bincangkan dari mula sampai akhir siri ini? :-)

      sekadar pandangan :-)

      reference

  3. Jawapan yg bagus. Saya suka fikiran kritikal saudara.

    Cuma mungkin sekarang ini kita sudah terperangkap dgn metre gauge dan sistem 25kV. Sebab dah terpasang satu hampir seluruh pantai barat Malaysia maka sekarang dah susah nak migrate. Projek Komuter Seremban-KL bermula tahun 1993. Maybe tak ramai kontraktor yg familiar dgn sistem DC ini menyebabkan AC menjadi pilihan yg mudah. Jadi sistem sekarang hanya meneruskan sistem yang sudah ada kerana nak migrate ke sistem DC bukan perkara yang mudah.

    Dari segi tariff pula, KTMB mengambil bekalan elektrik terus dari Substation TNB utk mendapatkan tariff yg lebih murah. Tambahan pula, KTMB tidak akan menanggung transmission loss. Purata jarak antara substation TNB dgn substation yg lain ialah lebih kurang 30-60km, maka sistem AC mungkin menjadi pilihan pada tahun 1993, iaitu ketika mula-mula sistem elektrifikasi diperkenalkan di Malaysia. Nama consultant dia ialah David. Boleh jumpa dia di Wisma IEM, 7 June 2011 5.30 ptg-7.30 petang.

    Tapi saya memang bersetuju, KTMB mempunyai lebih byk ruang utk dibaiki dan tumpuan lebih sepatutnya diberikan utk sistem tren, bilangan tren dan penyelenggaraan dan bukannya bangunan.

  4. masalah komuter rosak dalam perjalanan, adakah ia diselenggara dengan betul? 25,000V AC bukan voltan rendah, kalau terkena renjatan boleh hangus dan mati serta merta seperti dalam video di atas. bagaimana dengan keselamatan penumpang? adakah nyawa rakyat malaysia tidak bernilai? adakah negara kita mempunyai tenaga mahir yang terlatih?

    lihat gap yang besar antara platfom dan pintu tren, ini membahayakan pengguna … tapi pengurusan KTMB boleh buat bodoh sahaja, takkan semua perkara kena orang lain fikirkan untuk mereka? kat stesen rawang pun masalah yang sama. stesen pula terdiri daripada tiang2 besi yang bersambungan penyokong kabel voltan atas, isyh2 …

    lebih menyedihkan rakyat malaysia pun ramai tak kisah tentang serta tak peka dengan masalah2 sekelilingnya. macam tukul dengan paku, diketuk baru terbenam. mereka hanya menelan bulat2 kata2 pemimpin pujaan mereka tanpa berfikir sedikit pun. bodoh sangatkah rakyat malaysia ini?

  5. update beberapa broken link/image … beberapa sumber mungkin tidak lagi wujud

  6. kemalangan akibat elektrik, overhed terbakar. berlaku kat US pada 28 Jul 2011 (?) [http://www.liveleak.com/view?i=f4e_1311908594&comments=1]. kat jepun juga pernah berlaku seperti ini tahun 1951 [http://en.wikipedia.org/wiki/Sakuragich%C5%8D_train_fire]. malaysia pun nak ikut ? :-P

    • semenjak landasan ktmb dieletrictkan, saya hanya mendengar satu kes orang kena renjatan overhead line ktmb iaitu kat sg gadut ketika bermain kereta mainan kawalan jauh. bagi saya, ia satu record keselamatan yg agak baik memandangkan sudah hampir 20 tahun kita ada overhead cable 25kv.

      2, Power =IV (current darab voltage).
      jika coach komuter guna power 3500kw, overhead cable 25kv akan menggunakan current sebanyak 140 amp manakala cable 3kv akan menggunakan 1116 amp. current yg tinggi ni akan meningkatkan kos operasi kerana power loss yg disebabkan current yg tinggi. ini merupakan unnecessary cost yg bakal ada jika ktmb menggunakan 3kv dc.

      3,kebanyakan overhead cable yg baru adalah dlm ac current. sistem keretapi yg masih menggunakan dc current adalah semata mata kerana dc current adalah pada zaman tersebut dan mereka x mahu unnecessary cost dlm tukar sistem ke ac. penjimatan kos penggunaan ac current mungkin x offset kos utk tukar dari dc ke ac. sebab lain kenapa dc menjadi pilihan adalah power yg train gunakan adalah x sebanyak mana yg memberikan dc cukup memadai dan penggunaan ac hanya memeningkan keadaan. mungkin sebab ni masih ada sistem rel yg menggunakan dc system.

      sekadar pendapat saya.

      • ada beberapa lagi kes renjatan, misalnya kes kecurian kabel overhead di rawang. kebanyakkan kemalangan kurang mendapat liputan, mungkin negara kita dah macam lali dengan kes2 kemalangan.

        susah nak cakap samada rekod keselamatan ktmb agak baik atau tidak. jika kita lihat purata kelajuan tren komuter ktmb, misalnya untuk perjalanan dari rawang ke kl sentral. kelajuan purata tren sekitar 27km/jam. slow giler …. memang la salah satu cara untuk elak kemalangan adalah dengan bergerak perlahan-lahan. waduh…. tapi, tapi … pengguna menaiki tren bukan untuk suka2 seperti anak2 menaiki tren mainan di taman tema.

        sama ada bekalan AC dan DC, masing2 ada kelebihan dan juga kekurangan. kalau tak silap ktmb juga ada masalah dengan voltan bekalan pada satu2 masa dan terpaksa mendapatkan tenaga pakar luar untuk mengatasi masalah itu. lihat isu kestabilan voltan bekalan 3 fasa.

        tentang penggunaan tenaga pula, juga susah nak cakap sama ada kos operasi ktmb dijimatkan atau dibazirkan. pasal frekuensi tren ktmb adalah rendah secara relatif, semua tren lokomotif masih jenis diesel dan bukan elektik. servis tak banyak, tak aktif, macam pasif, kekerapan rendah. kalau tak silap setiap tahun ktmb juga mencatatkan kerugian. …. kalau kekerapan tren dan servis tren adalah rendah, adakah tenaga@kos operasi dapat dijimatkan? hu, hu, hu ….

        kos operasi pengendalian keretapi di jepun mungkin tinggi, tetapi ia berbaloi kerana perolehan mereka juga sangat tinggi. menurut laporan, syarikat2 keretapi di negara itu sangat berdaya saing dan boleh dikatakan mereka sentiasa meningkatkan mutu perkhidmatan. setiap beberapa tahun ada beberapa servis yang ditamatkan, dan dalam masa yang sama ada beberapa servis baru turut diperkenalkan dengan tren baru. contoh : http://www.theverge.com/2014/7/17/5912341/japan-luxury-cruise-train

        maaf! sekadar pandangan.

      • memang 27km/h jika kira masa tren berhenti kat stesyen.

        landasan ktm memang perlu di overhaul sebab landasan ni telah digunakan sejak zaman british lagi. sebab tu juga landasan pantai timur ditutup untuk melakukan maintainan yg sekian tunggu lama.

        source 3 phase boleh ditukar pada dc sebelum menghasilkan source 1 phase untuk mengelakan masalah unbalance load. kadang kadang, sistem rel akan menggunakan satu wire neutral sebagai pengantara antara 3 phase yg berbeza yg berfungsi untuk menstabilkan load antara phase.

Tinggalkan Jawapan

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Tukar )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Tukar )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Tukar )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Tukar )

Connecting to %s

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 171 other followers

%d bloggers like this: