8.6.5 Technická dokumentace napájecích zdrojů
Technická dokumentace napájecích zdrojů KO musí:
a) stanovit, jaká výstupní napětí se mohou objevit při všech uvažovaných stavech a poruchách, a to včetně specifikace a jejich úrovně, kmitočtu, obsahu vyšších harmonických; u vícefázových systémů musí udávat i fázové poměry; všechny údaje se musí uvádět v závislosti na dovoleném kolísání napětí a u AC napájení i na kmitočtu primárních zdrojů energie (sítě, dieselagregátu, atp.);
b) přesně specifikovat potřebné ochrany, kterými musí být zdroj signální energie chráněn.
9 Navrhování kolejových obvodů
9.1 Zásady navrhování kolejových obvodů
9.1.1 KO se signálními kmitočty 25 Hz a 50 Hz se nově nesmějí projektovat a instalovat.
9.1.2 Při navrhování KO se musí vycházet z vnějších podmínek jejich činnosti uvedených v 6, přitom musí být zaručena nejen bezpečná ale i spolehlivá činnost.
9.1.4 Elektronické části nově vyvíjených KO musí splňovat podmínky ČSN EN 50121-4 ed. 2.
9.1.5 KO musí být navrženy tak, aby nevyžadovaly v provozu změny jejich nastavování (tzv. sezónní regulaci). Za sezónní regulaci se nepovažuje jednorázové nastavení nižšího napájecího napětí (nebo nastavení nižší napájecí energie), jestliže se trvale zmenší měrná svodová admitance železničního svršku yB (např. po obnově železničního svršku).
Tabulka 9 - Nejnepříznivější provozní podmínky pro ohraničené kolejové obvody
a pro přenos kódů LVZ
|
Druh KO |
Parametry |
Volný stav |
Šuntový stav |
Havarijní stav |
Přetížení a) |
|
sériový b) |
napájecí napětí |
maximální |
minimální |
|
maximální |
|
svodová admitance |
YBmax |
YBmin |
|
YBmin |
|
|
požadovaná výstupní informace |
volnost |
obsazení |
|
obsazení |
|
|
paralelní nebo pro přenos kódů LVZ |
napájecí napětí |
minimální |
maximální |
maximální |
maximální |
|
měrná podélná impedance |
zmax |
zmin |
zmin |
zmin |
|
|
měrná svodová admitance |
yBmax |
yBmin |
yBkritc) |
yBmin |
|
|
požadovaná výstupní informace |
volnost |
obsazení |
obsazení |
volnost |
|
|
a) Přetížení je zjišťováno u sériových KO při obsazeném (šuntovém) stavu a u paralelních KO při volném stavu. b) Netýká se zařízení pro kontrolu průjezdu drážních vozidel. c) Hodnota yBkrit je při analýze havarijního stavu zjišťována. |
|||||
9.1.7 Při navrhování paralelních KO o délce menší než 2/3 maximální možné délky tohoto KO se musí ve volném stavu uvažovat se součinitelem provozní jistoty kP ³ 1,2. Pro ostatní délky paralelních KO může být součinitelem provozní jistoty kP ³ 1,1.
9.1.8 Při navrhování paralelních KO musí při šuntovém stavu účinná složka budicí veličiny kolejového přijímače i za nejnepříznivějších podmínek být menší než hodnota napětí zaručeného odbuzení UO kolejového přijímače.
9.1.9 Při navrhování paralelních KO musí být nejvyšší dovolené napětí na kolejovém přijímači při havarijním stavu a při kritické měrné svodové admitanci yBkrit nižší, než je hodnota napětí bezpečného dosažení zaručeného odbuzení UO kolejového přijímače.
9.1.10 Při volném stavu paralelních KO s fázově závislými kolejovými přijímači se doporučuje, aby fázová odchylka kolejového napětí od ideálního úhlu na kolejovém přijímači nebyla při maximální hodnotě měrné svodové admitance yB (viz tabulka 5) vyšší než ±25°.
9.2 Dokumentace kolejových obvodů
9.2.1 Základním dokumentem pro nastavování KO jsou regulační tabulky.
9.2.2 Regulační tabulky mohou být:
a) s celosíťovou nebo místní působností;
b) s trvalou nebo dočasnou platností.
9.2.3 Regulační tabulky zpracovává organizace, která navrhuje příslušný KO.
9.2.4 Regulační tabulky se schvalují současně se schvalováním nového typu KO.
9.2.5 Údaje, které musí obsahovat regulační tabulky
9.2.5.1 Všeobecné údaje:
a) název organizace, která regulační tabulky zpracovala;
b) jméno zpracovatele;
c) datum zpracování;
d) typové označení KO a název provozovatele dráhy (typové označení pro České dráhy, a. s., i mimo vlastní působnost pro ostatní provozovatele celostátní a regionální dráhy přiděluje ČD - Technická ústředna Českých drah);
e) označení vydání;
f) doporučené použití KO;
g) maximální přípustnou měrnou svodovou admitanci železničního svršku yBmax;
h) systém napájení KO včetně přípustných tolerancí;
i) soustavy železničního svršku včetně druhu kolejnicových stykových propojek;
j) přípustnost použití KO s ohledem na typ závislé trakce (DC 1,5 kV, DC 3 kV, 25 kV, 50 Hz a 15 kV, 16,7 Hz);
k) přípustnost použití KO s ohledem na typ ústředního zásobování vozů elektrickou energií (1 kV, 16,7 Hz; 1 kV, 50 Hz; 1,5 kV, 50 Hz; DC 1,5 kV; DC 3 kV dle UIC a 3 kV, 50 Hz pro lokomotivy a vozy ČD a ŽSR);
l) nejvyšší kategorie bezpečnosti KO, které jeho konstrukce vyhovuje;
m) schvalovací doložku provozovatele typu KO.
9.2.5.2 Technické parametry:
b) schéma KO včetně specifikace jednotlivých prvků;
d) přípustné sdružování kabelových vedení;
e) jmenovité napájecí napětí a jeho povolená tolerance nebo jiný jednoznačný způsob definice nastavení napájecí části KO;
f) dovolené rozpětí napětí (proudů) na kolejovém přijímači, které je dáno změnami parametrů železničního svršku;
g) údaj absolutní hodnoty maxima napětí na kolejovém přijímači při šuntovém stavu (při šuntové zkoušce;
h) maximální (eventuálně minimální) příkon KO; pokud není uvedeno jinak, předpokládá se, že výkon je určen bez magnetizačního příkonu napájecího transformátoru KO;
i) u KO s fázově závislými kolejovými přijímači;
ia) specifikace závislosti změn parametrů kolejových přijímačů v závislosti na změně fázových poměrů;
ib) fázový diagram kolejového přijímače s korektně orientovanými vektory;
j) rozptyl doby reakce kolejových přijímačů, pokud není uveden v příslušné dokumentaci;
k) maximální délka jednotlivých modifikací EKÚ;
l) způsob ochrany před úrazem elektrickým proudem ve všech vzájemně galvanicky oddělených částech KO;
m) nejvýše přípustný počet výhybek v rozvětveném KO dotyčného typu;
n) splnění podmínek platných TSI.
Údaje uvedené v ustanoveních článků a) až c) musí být uvedeny v závislosti na délce nebo konfiguraci EKÚ.
9.3 Provozní ověřování
9.3.1 Doby a podmínky provozního ověřování nových typů kolejových obvodů
Podmínky a doba provozního ověřování nových typů kolejových obvodů se stanovuje na základě dohody odběratele a dodavatele KO.
9.3.2 Způsob ověřování
Nové typy kolejových obvodů je možno provozně ověřovat bez dodatečných technických opatření, pokud jsou splněny tyto podmínky:
b) výsledek „Rozboru ….“ podle a) musí mít pozitivní výsledek;
c) u elektronických částí KO byla zpracována ve smyslu ČSN EN 50129 „Technická zpráva o bezpečnosti …“ a „Záznamy o nebezpečí….“;
d) elektronické části KO byly podrobeny laboratorním testům, jejichž obsah a provedení musí být předem projednáno příslušným asesorem;
e) během laboratorních testů elektronických části KO nebyly detekovány nebezpečné stavy.
O obsahu a výsledcích laboratorních testů musí dodavatel KO doložit příslušný protokol.
10 Označování typů kolejových obvodů
Označování typů kolejových obvodů je uvedeno na příloze D.
11 Technická bezpečnost kolejových obvodů a souvisejících zařízení
11.1 Postupy při prokazování technické bezpečnosti u KO a částí KO s vnitřní bezpečností
11.1.1 Technická bezpečnost těchto zařízení se zajišťuje a prokazuje podle ČSN EN 50129 přílohy C,
ČSN 34 2600 a ČSN EN 50238.
11.1.2 Pro prokázání dostatečné technické bezpečnosti těchto zařízení se zpracovává „Rozbor bezpečnosti funkce …“.
11.2 Postupy při prokazování technické bezpečnosti u částí KO s redundantní bezpečností
Technická bezpečnost těchto zařízení se zajišťuje a prokazuje podle ČSN EN 50128, ČSN EN 50129
a ČSN EN 50238.
Bezpečnostní rozbory se provádějí pouze pro paralelní KO.
Rozbory bezpečnosti funkce rozvětvených kolejových obvodů s více než 1 kolejovým přijímačem se neprovádějí.
11.2.1 Doporučené postupy
11.2.1.1 Součástí každého rozboru důsledků uvažovaných poruch KO musí být prověření funkční způsobilosti KO při jmenovitých hodnotách parametrů výstroje.
Ověřuje se:
a) volný stav KO;
b) šuntový stav KO;
c) havarijní stav KO u přímých KO 4. kategorie;
d) havarijní stav KO 3. kategorie a 2. kategorie těch částí EKÚ, které zajišťují kontrolu havarijního stavu, za předpokladu, že délka jejich hlavní větve je větší než 500 m;
e) přenos kódů LVZ.
11.2.1.2 Rozbor důsledků uvažovaných poruch KO má pozitivní výsledek, pokud při výskytu kterékoliv z předpokládaných závad:
a) zůstávají v platnosti podmínky ustanovení:
aa) článku 9.1.8 pro KO 3. a 2. kategorie; nebo
ab) článků 9.1.8 a 9.1.9 pro KO 4. kategorie;
b) vzrůst příkonu KO je takový, že dojde ke spolehlivému zapůsobení nadproudových ochran (např. pojistek nebo jističů), tj. zvětšený napájecí proud musí při rozboru dosáhnout hodnot, které jsou dvojnásobkem údaje výrobce o spolehlivém zapůsobení ochrany nebo pojistky.
11.3 Napájecí zdroje pro napájení kolejových obvodů - prokazování technické bezpečnosti
11.3.1 Napájecí zdroje pro KO musí bezpečně zajistit, aby jeho výstupní napětí, kmitočet a fázové natočení výstupních napětí (u dvou a více fázových zdrojů) mezi výstupními napětími byly ve stanovených mezích při výše uvedených tolerancích vstupních napětí.
11.3.1 Každý zdroj signální energie určený pro napájení KO musí mít doloženou technickou bezpečnost v závislosti na své konstrukci podle 11.1 nebo 11.2.
11.3.1 Tolerovaná reakční doba na detekci nebezpečného poruchového stavu je dána dobou pokrytí ve smyslu ČSN EN 50129 a ČSN EN 61508.
11.4 Stacionární zařízení napájená z TV - prokazování technické bezpečnosti
11.4.1 Prokazování technické bezpečnosti bezpečnostní analýzou
Pokud v rozboru bezpečnosti funkce ve smyslu ČSN 34 2600, nebo v technické zprávě o bezpečnosti ve smyslu ČSN EN 50129 příslušného stacionárního zařízení je doložena proudová i kmitočtová struktura zpětných proudů tak, že tato zařízení a konstrukčních důvodů nemohou generovat ohrožující proudy v kmitočtových pásmech podle tabulky 2 a tabulky 3 a uvedená skutečnost je příslušným subjektem (např. technickým schvalovatelem) potvrzena, lze takové zařízení připojit ke zpětnému kolejnicovému vedení podle zásad uvedených v příslušné dokumentaci.
11.4.2 Prokazování technické bezpečnosti měřením
V případě, že nejsou splněny podmínky definované v 11.4.1, musí bezpečnost být doložena měřením ohrožujících proudů.
12 Provoz kolejových obvodů
12.1 Pro KO musí být průběžně vedena provozní dokumentace předepsaná vnitřními předpisy provozovatele dráhy.
12.2 KO uváděné do provozu musí být provedeny a nastaveny podle platných regulačních tabulek. Provozovatel KO musí pro provoz a údržbu KO vydat příslušné vnitřní předpisy.
12.3 Zjistí-li se, že paralelní KO nevykazuje stav obsazení při přítomnosti kolejového vozidla v EKÚ, nesmí být od doby zjištění a po dobu trvání závady využívány závislosti zabezpečovacího zařízení odvozené od volnosti KO. Bezpečnost dopravy se musí v daném EKÚ zajišťovat administrativním způsobem předepsaným vnitřními předpisy provozovatele dráhy.
Příloha A (normativní)
Měření měrné svodové admitance železničního svršku yB
A.1 Všeobecně
Popsané měřicí metody zjišťují podklady pro výpočet absolutní hodnoty měrné svodové admitance železničního svršku yB.
A.1.1 Měří se proudem (se zkreslením menším než 8 %) o kmitočtu do 500 Hz. Doporučuje se však používat kmitočet, který je shodný se signálním kmitočtem KO.
A.1.2 U KO, které pracují v kmitočtové oblasti nad 500 Hz, se měří proudem o kmitočtu 50 Hz nebo proudem jiného vhodného kmitočtu do 500 Hz.
A.1.3 Každému měření má předcházet zjištění, zda měřený EKÚ je homogenní.
Homogenita vedení se zjistí nejrychleji tak, že se EKÚ při odpojené výstroji KO napájí konstantním napětím a mezi kolejovými pásy se v pravidelných vzdálenostech měří napětí U.
U homogenního KO musí mít graf závislosti U = f (délka) přibližný tvar spojité exponenciální křivky.
A.2 Ohraničené KO se měří podle zapojení které je znázorněno na obrázku 1. Měrná svodová admitance yB se vypočte ze vztahu
yB = I1.(Ux.L)-1
kde:
yB je absolutní hodnota měrné svodové admitance železničního svršku v S.km-1,
I1 napájecí proud při volném EKÚ v A,
Ux napětí v místě „x“ ve V,
L délka EKÚ v km.
A.3 Neohraničené KO se měří podle zapojení, které je znázorněno na obrázku A.2. Hodnota Lz se volí tak, aby platilo
γ.Lz £ 0,1
kde γ (řecké písmeno gama) je konstanta přenosu v km-1.
Přitom platí
γ = (z . yB)½
Výsledek prvního měření se použije k překontrolování, že tomuto vztahu bylo vyhověno. V opačném případě je třeba měření opakovat při menším Lz.
Měrná svodová admitance yB se vypočte ze vztahu
yB = Z1K.(2 . Z12 . Lz)-1
kde:
yB je absolutní hodnota měrné svodové admitance železničního svršku v S.km-1;
Z1K absolutní hodnota vstupní impedance KO v W, zkratovaného v místě A i B ve vzdálenostech LZ od místa zapojení měřících přístrojů;
Z1P absolutní hodnota vstupní impedance KO naprázdno v W;
Lz vzdálenost umístění zkratovacích lan od místa napájení v km.
Legenda
R regulační rezistor V voltmetr
A ampérmetr L délka KO
Obrázek A.1 - Zapojení pro měření ohraničených kolejových obvodů
Legenda
R regulační rezistor V voltmetr
A ampérmetr zl zkratovací lano
Lz vzdálenost zkratovaných míst od místa měření
Obrázek A.2 - Zapojení pro měření neohraničených kolejových obvodů
Příloha B (normativní)
Elektrické parametry ukolejňovací tlumivky a drenážní tlumivky
B.1 Ukolejňovací tlumivka
Ukolejňovací tlumivka nebo soustava tlumivek musí mít tyto vlastnosti a vyhovovat těmto elektrickým parametrům:
a) impedance při signálním kmitočtu KO musí vyhovovat ustanovení článku 6.3.4 (posledního odstavce);
b) činný odpor vinutí nesmí být větší než 0,01 W;
c) ukolejňovací tlumivka musí být schopna převést zkratový proud o hodnotě alespoň 20 kA v trvání až 50 ms a po jeho zániku obnovit svou funkční způsobilost;
d) ukolejňovací tlumivka musí být schopna omezit velikost a trvání napěťového impulsu po dobu zkratu natolik, aby na ukolejněné konstrukci nevzniklo nebezpečné dotykové napětí, jehož nejvyšší hodnotu stanoví ČSN 34 1500, po dobu delší než 0,6 s;
e) izolace vinutí proti kostře musí vyhovět stejnosměrnému zkušebnímu napětí 10 kV po dobu jedné minuty;
f) izolační odpor vinutí proti kostře při stejnosměrném zkušebním napětí 1 kV musí být nejméně 20 MW.
Minimální indukčnost ukolejňovacích tlumivek při výhradně skupinovém ukolejnění na hlavní vinutí stykových transformátorů KO o délce 1 000 m (např. na autobloku) závisí na signálním kmitočtu takto:
50 Hz, L50 = 0,0165 H
75 Hz, L75 = 0,0110 H
275 Hz, L275 = 0,0030 H
Při použití tlumivky se předpokládá, že součet zemních odporů všech ukolejněných konstrukcí připojených na jeden úsek ukolejňovacího lana je alespoň 5 W.
B.2 Drenážní tlumivka
Drenážní tlumivka musí mít tyto vlastnosti a vyhovovat těmto elektrickým parametrům:
a) impedance při signálním kmitočtu KO musí vyhovovat ustanovení článku 6.3.3 (posledního odstavce) nezávisle na velikosti drenážního proudu až do hodnoty odpovídající dimenzi pojistky v drenážním obvodu;
b) tlumivka musí být dimenzována na nejvyšší trvalou hodnotu proudu v drenážním obvodě;
c) činný odpor vinutí při jmenovitém stejnosměrném drenážním proudu musí být menší než 0,15 W;
d) izolace vinutí proti kostře musí vyhovět stejnosměrnému zkušebnímu napětí 10 kV po dobu jedné minuty;
e) izolační odpor vinutí proti kostře při stejnosměrném zkušebním napětí 1 kV musí být nejméně 20 MW.
Příloha C (informativní)
Doporučené parametry průrazky s opakovatelnou funkcí
Průrazná vložka průrazky s opakovatelnou funkcí by měla odolat:
a) minimálně 100krát působení přepětí s proudovým rázem do 100 A po dobu 0,6 s, přičemž činný odpor neklesne pod 1 000 W;
b) minimálně dvou po sobě jdoucích působení dynamického střídavého proudu 4 000 A, 50 Hz po dobu 0,2 s, přičemž činný odpor neklesne pod 500 W;
c) minimálně dvou po sobě jdoucích působení dynamického stejnosměrného proudu 15 000 A po dobu 0,05 s, přičemž činný odpor neklesne pod 500 W.
Příloha D (informativní)
Označení typů kolejových obvodů
Jednotlivé konstrukční typy KO u celostátních a regionálních drah se označují čtyřmístným číselným znakem, kde:
f) první číslice označuje provozní kmitočtové pásmo podle tabulky D.1
g) druhá a další číslice označují pořadové číslo, s výjimkou sériových nebo spádovištních KO, u nichž je druhá číslice vždy „0“.
Tabulka D.1 - Označení provozních kmitočtových pásem
|
fk Hz |
První číslice |
|
ss proud |
0 |
|
25 |
1 |
|
50 |
2 |
|
75 |
3 |
|
275 |
4 |
|
nevyužito |
5 |
|
KO s digitálními kolejovými přijímači. Kmitočet označuje pak 2. číslice (2, 3 a 4) |
6 |
|
Kolejové obvody s vysokým fritovacím napětím |
7 |
|
10 000 a 15 000 |
8 |
|
50 000 |
9 |
Příloha E (informativní)
Komentáře a podrobnější vysvětlení k této normě
E.1 Úvod
E.2 Informační část
E.2.1 Vliv měrné svodové admitance yB při havarijním stavu kolejového obvodu
Hodnoty usuH se vypočítávají zásadně při kritické měrné svodové admitanci yBkrit. Po snížení maximální měrné svodové admitance yBmax z hodnoty
yBmax = 1 S/km (1)
na hodnotu
Je skutečností4, že kritická hodnota usuH vychází vždy pro maximální hodnoty měrné svodové admitance yBmax podle rovnice (2).
E.2.2 Orientační popis trakčních pohonů pro motory s kotvou nakrátko (asynchronních motorů)
E.2.2.1 Všeobecně
Asynchronní elektrické motory ze své povahy mají pro trakční účely význam jen tehdy, pokud se mohou otáčet malými otáčkami. Jak je známo, otáčky asynchronního motoru závisí na jeho:
a) pracovním kmitočtu;
b) počtu pólů motoru;
c) skluzu.
Počet pólů asynchronního motoru je limitován jeho konstrukcí, proto je možno používat kmitočty od jednotek Hz do výše cca 300 Hz.
E.2.2.2 Trakční soustava DC 3 kV a DC 1,5 kV
Poslední vývoj a zkušeností z měření ukazují, že kmitočty ohrožujících proudů iRS hnacích vozidel této trakční soustavy korelují s pracovním kmitočtem třífázového napětí pro trakční motory a jejich amplitudy jsou relativně nižší, než je tomu u hnacích vozidel na trakční soustavě 25 kV, 50 Hz.
E.2.2.3 Trakční soustava 25 kV, 50 Hz
U hnacích vozidel této trakční soustavy nastává proti minulosti zásadní změna spojená s novými požadavky na zkreslení odebíraného trakčního proudu a na možnosti rekuperace trakční energie do trakčního vedení, které jsou definovány v ČSN EN 50163. Toto zařízení plní funkce:
a) aktivního filtru pro omezení zkreslení trakčního proudu;
b) usměrňovače a stabilizátoru napětí pro trakční pohony;
c) případně rekuperačního měniče.
Toto zařízení tvoří pak jistý „zesilovač a zdroj“ ohrožujících proudů iRS v oblasti pracovních kmitočtů trakčních motorů s potlačením kauzality podle článku E.2.2.2.
4 Tato skutečnost vychází z provedených výpočtů regulačních tabulek KO-3103 a KO-3401.
E.2.3 Definice ohrožujících proudů jednotky řady 680
Podle měření VÚŽ5 (z roku 2003) jednotka řady 680 vytváří ohrožující proudy - viz tabulka E.1.
Tabulka E.1 - Hodnoty ohrožujících proudů
jednotky řady 680 podle měření VÚŽ
|
|
||||
|
|
E.2.4 Odvození hodnot výstupních napětí měničů kmitočtu
E.2.4.1 Rotační měniče
E.2.4.1.1 Historický úvod
Pokles hodnoty průmyslového kmitočtu 50 Hz sloužila v minulosti ke kompenzaci chybějícího výkonu elektrické napájecí soustavy. Obecně platí princip, že čím nižší je průmyslový kmitočet, tím je nutno méně energie dodávat do synchronních generátorů, které napájejí rozvodnou síť. To znamenalo, že kmitočet v rozvodné síti mohl být podstatně nižší, než je v současné době6. Rotační měniče 75 Hz i 275 Hz byly sice rozdílně konstruovány, avšak oba typy byly poháněny asynchronními motory s kotvou nakrátko.
POZNÁMKA Rotační měnič 50/75 Hz je tvořen jedním čtyřpólovým asynchronním motorem s kroužky a jedním osmipólovým asynchronním motorem s kotvou na krátko, které jsou spolu spojeny na jedné ose. Osmipólový motor se otáčí proti směru točivého pole čtyřpólového motoru a vyváří tak „rotační transformátor“, kde energie přicházející do statoru čtyřpólového motoru je z rotoru vedena s cca 1,5 násobkem kmitočtu vstupního napětí.
Rotační měnič 50/275 Hz je tvořen čtyřpólovým asynchronním motorem s kotvou nakrátko, který pohání
22-pólový dvoufázový synchronní generátor napětí o jmenovitém kmitočtu 275 Hz.
E.2.4.1.2 Skluz asynchronních motorů
Každý asynchronní měnič se točí pomaleji, než se točí třífázové magnetické pole generované průmyslovým kmitočtem v tomto motoru. Tomu posunu se říká skluz, skluz naprázdno je velmi malý, zvětšuje se zatížením motoru. Minimální skluz dobře navrženého motoru (při chodu naprázdno) je asi 1 % (smin = 0,01), při plném jmenovité zatížení se skluz při jmenovitém výkonu zvyšuje až na 5 % (smax = 0,05).
Na skluz má však dominantně vliv pouze reálná složka odběru, vliv induktivní a kapacitní složky odběru je výrazně nižší (teoreticky je nulový).
V době, kdy se tyto měniče konstruovaly, ještě nebyly realizovány v žádných stavbách, a tak byly u příslušných dokumentů (technických podmínek) napsány součiny limitních údajů.
E.2.4.1.3 Rotační měniče 50/75 Hz
Při úvahách o rotačních měničích kmitočtů 50/75 Hz na začátku 60. let minulého století bylo zjištěno na základě zkušeností v bývalém SSSR v 50. letech minulého století, že energetická soustava může vytvářet kmitočet až fpmin = 45 Hz. První tyto měniče byly dovezeny z bývalého SSSR.
Rovněž nebyly v té době známy okolnosti, že reálný odběr z vedení 6 kV, 75 Hz bude zanedbatelný, a že dominantní zátěž tohoto vedení má kapacitní charakter. Velké obavy byly z přechodových jevů při zapínání a odpojování kabelových sekcí.
Tyto měniče napájejí vedení 6 kV, 75 Hz, jehož hlavním problémem je ta okolnost, že se jedná o vedení, které je provozováno prakticky naprázdno. Je známo, že tato kabelová vedení se musí paralelně připojenými tlumivkami kompenzovat pro omezení Ferrantiho jevu - zvyšování pracovního napětí na vzdálenějších koncích kabelových vedení.
_______________
5 Vyhodnocování naměřených hodnot ohrožujících proudů prováděli odborníci Výzkumného ústavu železničního a.s. pomocí selektivního voltmetru bez fázového rozlišení.
6 Na přelomu 70. a 80. let došlo ke kolapsu energetické soustavy v bývalé ČSSR. Síťový kmitočet v té době dosáhl minima 46,2 Hz. V současné době jsou přípustné meze 49,5 Hz a 50,5 Hz s tím, že na velmi krátký čas mohou tyto limity nabýt hodnot 49 Hz a 51 Hz.
Po vynásobení kritických údajů o hodnotě kmitočtu, se získá vztah
fM1 = fPmin ´ (1 - smax) ´ p = 45 ´ 0,95 ´ 1,5 = 64,125 Hz (3)
Po dosazení současné reálné hodnoty (fPmin = 49,5 Hz) podle ČSN EN 50160 a po respektování minimálního skluzu, získá se vztah
fM2 = fPmin ´ (1 - smin) ´ p = 49,5 ´ 0,99 ´ 1,5 = 73,508 Hz (4)
Maximální kmitočet takového měniče se vypočte podle vztahu
fM3 = fPmax ´ (1 - smin) ´ p = 50,5 ´ 0,99 ´ 1,5 = 74,235 Hz (5)
Z předchozího proto vyplývá
ΔfKOR75 = 73,508 Hz až 74,235 Hz (6)
ΔfOPR75 = 68 Hz až 79 Hz (7)
E.2.4.1.3 Rotační měniče 50/275 Hz
Tyto měniče byly vyvinuty na začátku 70. let minulého století a vycházelo se z tehdejších znalostí. Katastrofické hodnoty kmitočtů průmyslového elektrického rozvodu v naší zemi již nebyly předpokládány a vycházelo se z předpokladu minimální hodnoty průmyslového kmitočtu 48 Hz. Rovněž hnací motor byl zvolen tak, aby měl minimální skluz7.
Tento měnič navíc obsahuje kontrolní obvod, který kontroluje správný rozsah napětí, které je svázáno s hodnotou kmitočtu výstupního napětí.
V masovém rozsahu jsou nasazeny měniče kmitočtu 50/275 Hz o výkonu 2 ´ 7,5 kV.A. U kolejových obvodů KO-4300, které jsou těmito měniči napájeny je pozoruhodné, že dominantní jalový odběr je z místního napětí - jmenovitý příkon místní strany kolejového relé DSŠ-12S je dán vztahem
NM = (220)2/2230/65° W = 21,7 VA = (9,2 + j19,7) V.A (8)
Ve velké stanici s 200 kolejovými relé DSŠ-12S je reálný (wattový) výkon měniče kmitočtu 50/275 Hz
NMR = 9,28 ´ 200 = 1 840 W (9)
což je 24,5 % plného výkonu měniče. Tento výkon není daleko od chodu naprázdno (tj. s minimálním skluzem hnacího motoru) tohoto měniče.
Po vynásobení maximálně možného údaje o hodnotě kmitočtu a skluzu (4 %9), získá se vztah
fM4 = fPmin ´ (1 - smax) ´ p = 48 ´ 0,96 ´ 5,5 = 253,44 Hz10 (10)
Po vynásobení reálné hodnoty podle ČSN EN 50160 a při respektování skutečnosti minimálního skluzu, získá se vztah
fM5 = fPmin ´ (1 - smin) ´ p = 49,5 ´ 0,99 ´ 5,5 = 269,52 Hz (11)
Maximální kmitočet takového měniče se vypočte podle vztahu
fM6 = fPmax ´ (1 - smin) ´ p = 50,5 ´ 0,99 ´ 5,5 = 274,97 Hz (12)
Z předchozího proto vyplývá
DfKOR275 = 269,52 Hz až 274,97 Hz (13)
DfOPR275 = 262 Hz až 279 Hz (14)
7 Jako první prototypy byla vyvinuta soustrojí o výkonu 2 ´ 1,5 kVA, která byla velmi nespolehlivá a bez kontroly výstupního kmitočtu. Dalším problémem byly náhradní díly. Tyto měniče byly dávno nahrazeny měniči typu BZS.
8 Wattová složka příkonu NM.
9 Měnič 50/275 Hz, 2 ´ 7,5 kV.A byl dimenzován s velkou rezervou, proto je skluz předpokládán o hodnotě smax = 0,04.
10 V té době tento kmitočet neměl velký bezpečnostní význam, protože 5. harmonická od kmitočtu 48 Hz měla hodnotu 240 Hz, takže rozdíl mezi signálním kmitočtem a 5. harmonickou složkou byl pro dvoufázové kolejové přijímače korektní (více než 13 Hz).
E.2.4.2 Statické měniče typu BZY-2 nebo INY-2
U těchto měničů je kmitočet výstupního napětí přesně 1,5 násobkem průmyslového kmitočtu. Proto platí
fBZYmin = 49,5 ´ 1,5 = 74,25 Hz (15)
fBZYmax = 50,5 ´ 1,5 = 75,75 Hz (16)
Z předchozího proto vyplývá
DfKOBZY = 74,25 Hz až 75,75 Hz (17)
DfOPR75 = 70 Hz až 80 Hz (18)
E.2.4.3 Statické měniče řízené krystalem
Kmitočet výstupního napětí měniče, který je řízen krystalovým oscilátorem, je dán parametry příslušného krystalu. Dovolené kmitočtové rozmezí takového měniče musí být vždy užší, než jsou výše uvedené výsledky týkající se rotačních měničů. Pokud tomu tak není, pak je příslušný měnič kmitočtu třeba urychleně vyřadit z provozu.
E.2.4.4 Měniče řízené počítači
Z hlediska generování kmitočtu se jedná o analogii statických měničů řízených krystaly s tím rozdílem, že tyto měniče jsou dimenzovány na vyšší výkony, a že součástí jejich SW je velmi přesná kontrola výstupního napětí i kmitočtu, která souvisí s obavou, že by při některé poruše mohlo dojít k poškození velmi drahých výstupních tranzistorů.
E.2.4.5 Dílčí závěr
Reálná kmitočtová pásma a ochranná pásma v současnosti jsou uvede v tabulce E.2.
Tabulka E.2 - Reálná kmitočtová pásma pro kolejové obvody a jejich ochranná pásma
E.2.5 Provozní zkušenosti s provozem elektronických měničů kmitočtu
E.2.5.1 Předpoklady
Základní informace o provozních zkušenostech s měniči kmitočtů poskytuje kumulovaná doba provozu. Při jejím výpočtu se vychází z těchto předpokladů:
a) předpokládá se časově rovnoměrné nasazování předmětných měničů do provozu;
b) doba provozu se počítá od zahájení aktivace.
V případě pochybností se dává přednost výpočtu, který poskytuje nižší kumulovanou dobu provozu.
E.2.5.2 Měniče typu BZB, BZS, EZ atp.
Jejich masové nasazení začalo koncem 80. let a trvalo s různými odchylkami až do r. 2000, kdy je na koridorových tratích nahradily moderní měniče velkých výkonů řady univerzálních napájecích zdrojů typu UNZ. Těchto měničů je nasazeno v provozu podstatně více než 2000 ks. Kumulativní doba provozu TKK proto vychází
TKK = 20 roků/2 ´ 8 766 h/rok ´ 2 000 ks = 175 320 000 h (19)
E.2.5.3 Měniče typu BZY-2 (INY-1)
Jejich masové nasazení začalo koncem 80. let a trvalo s různými odchylkami až do r. 2000, kdy je na koridorových tratích nahradily moderní měniče velkých výkonů - univerzální napájecí zdroje UNZ. Těchto měničů je nasazeno v provozu okolo 300 ks. Kumulativní doba provozu TKB proto vychází
TKB = 20 roků/2 ´ 8 766 h/rok ´ 300 ks = 26 298 000 h (20)
E.2.5.4 Měniče univerzálních napájecích zdrojů UNZ-1 až UNZ-211
Jejich masové nasazení začalo koncem r. 1999 a trvá dodnes. Je vyrobeno a nasazeno cca 50 ks zdrojů UNZ-1 a 10 ks zdrojů UNZ-2. Většina z nich má dva měniče pro napájení kolejových obvodů. Kumulativní doba provozu TKU proto vychází
TKU = 5,5 roků/2 ´ 8 766 h/rok ´ (55 ´ 2) ks = 2 651 715 h (21)
E.2.6 Vztah mezi funkcí měničů kmitočtů a parametrů kontrolních obvodů těchto měničů12
E.2.6.1 Generování hodnoty výstupního kmitočtu měničů dělením základního kmitočtu
Tento typ měničů vytváří signální kmitočet dělením kmitočtu krystalu nebo krystalového oscilátoru (v MHz) dělením základního kmitočtu, což jsou obvykle logické integrované obvody (např. hradla nebo hradlová pole).
Kmitočet příslušného krystalu je dán jen rozměry, uspořádáním elektrod a typem materiálu, z něhož je vytvořen. Je proto vyloučena samovolná změna kmitočtu krystalu. Krystal kmitá buď na svém kmitočtu, nebo je zcela nefunkční.
Při poruše kteréhokoliv komponentu děliče kmitočtu nastane významná změna výstupního kmitočtu v závislosti na tom, ve které části hardware k předpokládané poruše dojde.
Jistým problémem může být nastavení kmitočtu měniče mimo pracovní kmitočtová pásma 75 Hz a 275 Hz. Takové měniče by neměly být dále v železničním provozu.
E.2.6.2 Kontrolní obvody měničů
Při náhlých změnách zátěží dochází na výstupních svorkách měničů zejména malých a středních výkonů ke krátkodobému poklesu nebo vzrůstu napětí, které může vyvolat na celé soustavě oscilace. Pokud by kontrolní obvod detekoval výstupní kmitočet měniče ve velmi úzkém pásmu, mohlo by se stát, že v důsledku výše uvedených oscilací by došlo k výpadku měniče. Proto konstruktéři měničů používají kontrolní obvody výstupních napětí s širokým pásmem, přičemž jsou využity hodnoty uvedené v původních verzích ČSN 34 2613.
Tímto řešením je docíleno bezvýpadkového provozu měničů kmitočtu i při vzniku oscilací.
Porucha oscilátoru nebo navazujícího děliče kmitočtu změní výstupní kmitočet měniče s podstatně vyššími kmitočtovými odchylkami, na které reaguje potom příslušný kontrolní obvod.
Přestože je šířka pásma kontrolního obvodu větší, pracuje elektronický měnič v úzkém kmitočtovém rozmezí (do cca ±0,1 Hz) v blízkosti nominální hodnoty13.
E.2.7 Funkce kolejových obvodů při větší změně signálního kmitočtu
Obvyklý dvoupásový kolejový obvod je poměrně složitá elektrická soustava, která je tvořena kmitočtově závislými prvky. Tyto prvky jsou:
a) omezovací kondenzátor Cn na napájecím konci - vytváří sériovou kapacitní impedanci;
b) impedance základního vinutí trakčního stykového transformátoru nebo topného stykového transformátoru napájecího konce - vytváří příčnou induktivní impedanci);
c) měrná podélná impedance železničního svršku - je induktivního charakteru s komplikovanějšími závislostmi - a narůstajícím kmitočtem přibližně lineárně roste; z hlediska přenosu signálu přes elektrický kolejový úsek již od středních délek se uplatňují komplexní hyperbolické funkce cosh(γ.L) a sinh(γ.L), jejichž amplitudy a fáze se s kmitočtem mění exponenciálně - malá změna kmitočtu má za následek velkou parametrickou změnu přenosové funkce;
_______________
11 Vzhledem ke krátké době provozu zdrojů UNZ-3 není s nimi zde uvažováno.
12 Krystaly jsou řízeny také hodiny procesorů.
13 V důsledku nepřesné formulace kvality výstupního kmitočtu takového měniče, kde se kmitočtové rozmezí kontrolního obvodu zaměňuje za skutečnou funkční vlastnost měniče kmitočtu, dochází k nepochopení celého problému.
d) impedance základního vinutí trakčního stykového transformátoru nebo topného stykového transformátoru přijímacího konce - vytváří příčnou induktivní impedanci);
e) kondenzátor Cp na přijímačovém konci - vytváří zpravidla paralelní kapacitní impedanci;
f) vstupní impedance kolejového relé ZP - má také silně induktivní charakter.
Zkušenost ukazuje, že ve skutečnosti se signální kmitočet mění pouze tak, jak je to uvedeno výše. V případě, že by nastal pokles nebo vzrůst kmitočtu mimo reálné meze a že by posun kmitočtu zůstal v dovolené kmitočtové oblasti, kolejový obvod by byl nefunkční.
Když se vezme v úvahu kumulativní doba provozu všech elektronických měničů, je pozoruhodné, že nebyl zaznamenán případ elektronického měniče, který by generoval signální kmitočet, který by se poruchově posunul na okraj frekvenčního pásma svého kontrolního obvodu. Pokud by tento jev nastal, tato závada by se velmi rychle projevila ve smyslu výše uvedeného rozboru.
E.2.8 Vztah kmitočtových pásem ohrožujících proudů a kmitočtových pásem kompenzačních proudů
Úvodem je třeba zdůraznit, že kompenzátor ohrožujících proudů tyto proudy kompenzuje (snižuje), avšak je beze zbytku neeliminuje. To znamená, že nevytváří přesný obraz ohrožujících proudů, ale pomocí upraveného kompenzačního kmitočtu 68 Hz až 80 Hz nebo 262 Hz až 280 Hz je přibližně kompenzuje. Tím nenastává úplná eliminace ohrožujících proudů, ale jejich částečná kompenzace. Obecně pro jednotku řady 680 stačí potlačit ohrožující proud o cca 80 %.
E.2.9 Definice kritických bezpečnostních podmínek
Nejhorší stav je znázorněn na obrázku E.1. Předpokládá se jízda vlaku od 1. KO do 2. KO. Před jízdou vlaku je na kolejovém přijímači napětí usuH. Přibližováním vlaku k izolovaným stykům se objeví ohrožující proud iTDS, který se přetransformuje na napětí uTDS na vstupních svorkách kolejového relé podle vztahu
Pro hodnotu kT přitom platí
kT = 1/(A21C + A22C/ZP) (23)
Nejhorší je situace, kdy se k hodnotě usuH připočte hodnota uTDS. Potom je souhrnné nebezpečí dáno hodnotou usuH + uTDS.
Obrázek E.1 - Schéma zapojení přijímačové části
dvoupásového kolejového obvodu při havarijním stavu
E.3 Základní východiska (postuláty)
Níže uvedená analýza vychází z níže specifikovaných východisek (postulátů) a předpokladů, které jsou dále podrobněji komentovány.
E.3.1 Vliv provozní relativní asymetrie Ar na přijímací konec kolejového obvodu
E.3.1.1 Postulát 1
Účinky ohrožujících proudů iTDS na výstroj přijímačových částí kolejových obvodů jsou nejvyšší při stoprocentní relativní asymetrii podle (26), proto všechny další úvahy předpokládají havarijní stav kolejového obvodu (Ar = 1).
Obecný vztah pro provozní relativní asymetrii Ar prvního dílčího zpětného trakčního proudu i1 prvního kolejnicového pásu a druhého dílčího zpětného trakčního proudu i2 druhého kolejnicového pásu je definován rovnicí
Ar = ||i1| - |i2||/(|i1| + |i2|) (24)
Když se nahradí rozdíl dílčích zpětných trakčních proudů i1 a i2 hodnotou účinného ohrožujícího proudu iTDS a součet dílčích zpětných trakčních proudů i1 a i2 hodnotou iTDS potom vztah (24) lze nahradit vztahem
což znamená, že účinná hodnota ohrožujícího proudu iRS je v důsledku parametru provozní relativní asymetrie Ar vždy menší, než je hodnota iTDS. Z toho vyplývá závěr, že z hlediska funkční bezpečnosti je nejhorší stav pro
iRS = iTDS (27)
Na drážní vozidla závislé vozby by nebylo třeba uplatňovat žádné nároky, pokud by byla zajištěna plná symetrie kolejových obvodů (Ar = 0).
Provozní relativní asymetrie Ar podle ČSN 34 2614 může být nejvýše
Ar = 0,1 (28)
Účinná složka ohrožujícího proudu iRS má v daném případě hodnotu 0,1 ´ iTDS. Z toho lze odvodit, že účinky ohrožujících proudů iTDS mají na kolejové obvody s dovolenou nebo mírně zvýšenou asymetrií velmi redukovaný vliv (jak v narušení jejich funkční bezpečnosti tak v narušení jejich spolehlivosti).
E.3.2 Distribuce ohrožujících proudů iRS ve zpětném kolejnicovém vedení
E.3.2.1 Postulát 2
Z hlediska účinků okamžitých hodnot ohrožujících proudů iRS, které generuje drážní vozidlo, platí, že stačí předpokládat, že ohrožující proudy ovlivňující kolejové obvody iTDS mohou relevantně působit jen na kolejový obvod, ve kterém se nachází čelo nebo konec drážního vozidla, nebo na sousedící kolejové obvody maximálně do vzdálenosti 700 m od prvního nebo posledního dvojkolí drážního vozidla.
Mezi krajními dvojkolími, která překračují pár izolovaných styků s jedním kolejovým obvodem v havarijním stavu, se ohrožující účinek nepředpokládá proto, že obě kolejnice jsou pod drážním vozidlem závislé vozby šuntovány minimálně čtyřmi dvojkolími, které vytvářejí účinný šunt pro ohrožující proudy14.
E.3.2.2 Postulát 3
Ohrožující proudy jsou součástí zpětných trakčních proudů15, a proto jejich distribuce ve zpětném kolejnicovém vedení závisí na distribuci zpětných trakčních proudů s tím rozdílem, že jejich únik do země je kmitočtově závislý - s vyšším kmitočtem je únik vyšší.
_______________
14 Oba kolejové obvody jsou šuntovány.
15 Jsou průvodními (konduktivními) proudy trakčních proudů.
Ohrožující proudy iRS vytvářejí v trakčním proudu iCL jen lehké amplitudové zkreslení, které u trakční soustavy 25 kV, 50 Hz není v časovém průběhu vůbec viditelné a u trakčních soustav DC 3 kV a DC 1,5 kV je jejich optická detekce např. pomocí osciloskopu narušována zbytkovým zvlněním trakčního proudu.
E.3.2.3 Postulát 4
Proud iTDS ovlivňující kolejový obvod je v případě trakčních soustav DC 3 kV a DC 1,5 kV identický s ohrožujícím proudem iRS.
Na tratích elektrizovaných trakčními soustavami DC 3 kV nebo DC 1,5 kV mohou hnací vozidla projíždět okolo napájecích stanic v plném tahu, za předpokladu, že trakční vedení je napájeno z dané napájecí stanice. Pokud tomu tak není, rozsvěcuje se před napájecí stanicí návěst „Stáhněte sběrač“ nebo „Vypněte trakční proud“. Z bezpečnostního hlediska je nebezpečnější první situace.
Obrázek E.2 - Distribuce zpětných trakčních proudů
na tratích elektrizovaných trakčními soustavami DC 3 kV nebo DC 1,5 kV
Velmi zjednodušený příklad distribuce ohrožujících proudů pro kritický případ jízdy vlaku v blízkosti napájecí stanice trakčních soustav DC 3 kV nebo DC 1,5 kV je znázorněn na obrázku E.2,
kde:
Rz je symbolicky znázorněna dílčí resistenci mezi zpětným kolejnicovým vedením a zemí,
R1 rezistence zpětného kolejnicového vedení mezi hnacím vozidlem a zpětnými vodiči napájecí stanice,
R2 rezistence zpětného kolejnicového vedení, které tvoří případná 2. kolej,
RTM rezistence trakčního pohonu hnacího vozidla.
V případě, že rezistence R1 bude velmi malá (hnací vozidlo se blíží k napájecí stanici), potom dominantní část zpětných trakčních proudů bude včetně ohrožujících proudů unikat do zpětného pólu napájecí stanice. Pokud bude v této cestě kolejový obvod, potom jeho ohrožující proud iTDS může v plné míře nebezpečně ovlivnit jeho kolejový přijímač. Tyto podmínky se zapíší vztahem
E.3.2.4 Postulát 5
Proud iTDS ovlivňující kolejový obvod platí v případě trakční soustavy 25 kV, 50 Hz vztah
kde
F = 0,625. (31)
Na tratích elektrizovaných trakční soustavou 25 kV, 50 Hz hnací vozidla, která jedou okolo napájecí stanice, musí jezdit buďto se staženým sběračem nebo s vypnutým trakčním odpojovačem (před těmito místy jsou neproměnné návěsti „Stáhněte trakční sběrač“ nebo „Vypněte trakční proud“). Tato skutečnost znamená, že pohyb těchto hnacích vozidel v blízkosti napájecích stanic je prováděn buďto s malým tahem nebo výběhem a neplatí proto závěry platné pro trakční soustavy DC 3 kV a DC 1,5 kV.
Hnací vozidla, která by mohla svými ohrožujícími proudy působit na kolejové obvody, je nutno proto posuzovat za podmínek pohybu hnacího vozidla na širé trati podle odkazu na postulát 2. Důsledkem tohoto stavu by teoreticky platil vztah
Vzhledem k obtížnosti problematiky byla do rovnice (32) vložena rezerva 20 %, a proto platí rovnice (30).
POZNÁMKA Základem výpočtu pro 20% snížení je hodnota 2 v rovnici (32). Odtud vychází F = 1/1,6 = 0,625.
Obrázek E. 3 - Distribuce zpětných trakčních proudů na tratích
elektrizovaných trakční soustavou 25 kV, 50 Hz
Velmi zjednodušený příklad distribuce ohrožujících proudů pro případ jízdy vlaku na trati s trakční soustavou 25 kV, 50 Hz je na obrázku E.3.
kde:
ZTM je impedance trakčního pohonu hnacího vozidla;
Z1 impedance zpětného kolejnicového vedení mezi hnacím vozidlem a zpětnými vodiči napájecí stanice;
Z2 impedance zpětného kolejnicového vedení, které tvoří případná 2. kolej.
E.3.2.5 Postulát 6
Je třeba analyzovat ovlivnění kolejového obvodu obsazeného drážním vozidlem okamžitými ohrožujícími proudy iTDS, přičemž z kolejového obvodu se odvádí zpětný trakční proud jen jedním směrem.
E.3.2.6 Účinek ohrožujících proudů iTDS na vlastní kolejový obvod
E.3.2.6.1 Kolejový obvod, z něhož se odvádí zpětný trakční proud oběma směry
V tomto případě je kolejový obvod současně v havarijním stavu a současně je šuntován. Důsledkem tohoto stavu je výrazný pokles účinné složky napětí při havarijním stavu usuH, který způsobí šuntující drážní vozidlo a následný vlak, takže nárůst ohrožujícího proudu takový kolejový obvod neovlivní.
E.3.2.6.2 Kolejový obvod, z něhož se odvádí zpětný trakční proud jen jedním směrem
Jedná se:
a) o případ traťového kolejového obvodu na styku dvou trakčních soustav nebo na styku trakční soustavy a neelektrizované tratě,
b) o případ staničního kolejového obvodu mimo hlavní koleje.
E.3.2.7 Účinek ohrožujících proudů iTDS na sousední kolejový obvod
V těchto případech může veškerý zpětný trakční proud iCL včetně ohrožujících proudů iTDS protékat půlkou základního vinutí trakčního stykového transformátoru nebo topného stykového transformátoru a působit nebezpečně na kolejové relé/kolejový přijímač.
E.3.3 Délky a uspořádání kolejových obvodů
E.3.3.1 Postulát 7
Bezpečnostní analýza je vždy prováděna pro nejnepříznivější stav funkční bezpečnosti a není proto nutno analyzovat podmínky působení ohrožujících proudů iTDS na krátkých, středních a rozvětvených kolejových obvodech.
Paralelní kolejové obvody SŽDC s.o. 4 a 3 kategorie musí podle této normy v havarijním stavu detekovat obsazený stav. To se jeví navenek stejně jako obsazení kolejového obvodu. Prakticky to znamená, že účinná složka napětí usuH na kolejovém relé/kolejovém přijímači musí být nižší, než je hodnota napětí odpadu kotvy UO kolejových relé nebo hodnota spolehlivé nečinnosti UO kolejového přijímače.
Vzdálenost mezi napětím usuH a UO se nazývá bezpečnostní rezerva. Tato rezerva vypovídá o účinnosti detekce havarijního stavu.
POZNÁMKA Ze zkušeností se zpracováváním regulačních tabulek a následných rozborů bezpečnosti funkce lze konstatovat, že zajištění dostatečné bezpečnostní rezervy je jeden ze dvou hlavních parametrů, které omezují délky kolejových obvodů. Druhým parametrem je maximální hodnota kódovacího proudu pro LVZ.
Z předchozího vyplývá, že minimální bezpečnostní rezervy jsou u dlouhých kolejových obvodů, a současně z předchozího vyplývá, že kratší a rozvětvené kolejové obvody mají bezpečnostní rezervu podstatně vyšší.
E.3.4 Aspekt měrné svodové admitance yB
E.3.4.1 Postulát 8
Další analýzy jsou odvozovány od maximální hodnoty měrné svodové admitance yBmax.
Havarijní stav kolejových obvodů se vypočítává pro nejnepříznivější případ měrné svodové admitance yB. Na základě zkušeností z výpočtů nejnovějších regulačních tabulek se ukazuje, že kritická měrná svodová admitance yBkrit je rovná maximální měrné svodové admitanci yBmax. Za současného stavu železničního svršku, který již zdaleka není znečišťován uhelným mourem, případně se kolejové lože dostatečně často čistí, je kolejový obvod s maximální svodovou admitancí yBmax mimořádně řídkým jevem.
E.3.5 Podmínky buzení kolejových relé ohrožujícími proudy iTDS
E.3.5.1 Postulát 9
Další úvahy vycházejí z pravděpodobné možnosti velmi blízké shodnosti kmitočtů ohrožujících proudů a signálních kmitočtů kolejových obvodů po dobu tak dlouhou, že je třeba uvažovat s nebezpečným buzením kolejových relé/kolejových přijímačů.
Veškeré další úvahy vycházejí z nejnepříznivějšího předpokladu (z hlediska funkční bezpečnosti), že účinek ohrožujícího proudu, který je transformován výstrojí kolejových obvodů na ohrožující napětí je vždy ve správné fázi. Tento předpoklad je mimořádně tvrdý, přestože je velmi málo pravděpodobný.
Kmitočet ohrožujících proudů a signální kmitočet ohrožovaných kolejových obvodů s vysokou pravděpodobností je shodný jen na velmi krátký čas. Měnič signálního napětí je podle druhu zařízení:
a) řízen síťovým kmitočtem - případ zdrojů BZY-2 apod.; nebo
b) řízen krystalovým oscilátorem - případ ostatních měničů kmitočtů.
V obou případech tyto kmitočty relativně velmi málo driftují.
Na druhé straně trakční pohon je samoregulační systém, jehož kmitočtová stabilita je relativně malá. Je silně ovlivňována rychlostí vlaku, jízdními odpory kolejových vozidel vlaku, větrem, povrchem kolejnic, profilem trati, funkcemi stabilizátorů trakčního napětí atp.
Při rozdílu obou zmíněných kmitočtů
Df = |fIRS - f| (33)
nastává interference obou kmitočtů, kdy v polovině intervalu
Tf = 1/Df (34)
se účinky ohrožujících proudů iTDS a signálních proudů sčítají (jejich amplitudy se v prvé půlperiodě zvětšují) a v druhé půlperiodě se navzájem odčítají (jejich amplitudy se v součtu zmenšují).
E.3.6 Jednopásové kolejové obvody s neutrálními kolejovými relé s usměrňovači a filtry FOR-1 nebo FOR-2
E.3.6.1 Postulát 10
Tyto kolejové obvody ovlivňují konduktivní proudy iC v kmitočtovém pásmu do 300 Hz.
E.3.6.1.1 Obecné odvození
POZNÁMKA Níže uvedená úvaha je velmi zjednodušená, poskytuje však velmi pesimistické (bezpečnostně správné) výsledky.
Jedná se výlučně o zastaralé kolejové obvody na tratích elektrizovaných trakční soustavou DC 3 kV se signálním kmitočtem 50 Hz. Distribuce konduktivních proudů je znázorněna na obrázku E.4.
Obrázek E. 4 - Schéma zapojení přijímačové části
jednopásového kolejového obvodu při havarijním stavu
Postupuje se na základě těchto bezpečnostních předpokladů:
a) každý EKÚ má na obou stranách KO odvod zpětných trakčních proudů, tedy i konduktivních proudů;
b) analýza kompatibility pro krátké KO (do 250 m) nemá význam, účinky ohrožujících proudů jsou zanedbatelné;
c) mezi trakčními kolejnicemi se zřizují mezikolejová lanová propojení do vzdáleností 400 m;
d) pro výpočet parametrů v EKÚ se používají pouze vnitřní impedance16 železničního svršku pro délku 400 m - viz tabulku E.3;
e) filtry FOR-1 a FOR-2:
ea) při kmitočtu 300 Hz snižují účinek ohrožujícího proud na 10 % původní hodnoty, vlaky jedoucí po dlouhých kolejových obvodech (nad 250 m) mají omezenou rychlost zpravidla na 40 km/h;
eb) při kmitočtu 50 Hz propouštějí ohrožující proudy bez tlumení;
f) přerušení signální kolejnice znamená totální zánik proudu tekoucího do reléového konce kolejového obvodu.
Tabulka E. 3 - Vypočtené hodnoty podélné impedance jedné kolejnice
Z uvedených skutečností vyplývá, že se jedná o EKÚ dlouhý 0,4 km, do kterého vstupuje z drážního vozidla konduktivní proud iC.
První redukce tohoto proudu nastává jeho rozdělením na polovinu v důsledku oboustranného odvodu zpětného trakčního (a tím i konduktivního) proudu. Platí
iC0 = iC/2. (35)
Proud iC0 se vlivem impedancí z1 a Rp rozdělí na dva proudy iC1 a iCTC, pro které platí
iC0 = iC/2 = iCTC + iC1 (36)
a
iCTC . (Zpk + Rp) = iC1 . z1 (37)
Pro iCTC platí
iCTC = Zpk . ((iC/2)/(2.Zpk + Rp) (38)
Po dosazení hodnot z tabulky E.3 a z předpokladu Rp = 2 W platí
POZNÁMKA Do hodnoty Rp je započtena i impedance transformátoru RTE-1 včetně výstroje.
Transformační činitel kT
Na základě měření - viz [5] - vychází činitel kT v rozmezí
32,1 W < kT < 41 W (40)
a na základě měření - viz [6] - vychází hodnota odpadu UO kotvy kolejového relé NMVŠ2-1000 v rozmezí
13,5 V < UO < 18,5 V (41)
Pokud se použije předpoklad, že nelimitní hodnota napětí odpadu UO kotvy kolejového relé NMVŠ2-1000 je
UO > 11 V (42)
potom je kritický souhrnný konduktivní proud
iCTCT = UO/kT (43)
což po dosazení dává
iCTC = 11 V/41 W = 0,269 A (44)
_______________
16 Viz Literatura [5]
Aplikací vztahů (39) a (44)
lze definovat
iC £ 0,269 A /0,0174 = 15,46 A (45)
POZNÁMKA Ostatní kmitočty ve vztahu k signálnímu proudu o kmitočtu 50 Hz jsou z tohoto aspektu marginální (řádově nižší).
E.3.7 Základní informace o časových parametrech kolejových relé typu DSR a DSŠ
E.3.7.1 Postulát 11
Doba přítahu kotev indukčních kolejových relé (kolejových relé typu DSR a DSŠ) je časově závislá - s poklesem hodnot budicího napětí se prodlužuje.
POZNÁMKA Toto tvrzení je pravdivé pouze za předpokladu, je-li budicí napětí tohoto relé vyšší, než je hodnota lehkého přítahu kotvy tohoto konkrétního kolejového relé. V opačném případě se kolejové relé nevybudí.
Kolejová relé typu DSR a DSŠ (s výjimkou kolejových relé typu DSR-13 a DSŠ-13 jsou výrobcem - Petrohradským (dříve Leningradským) elektrotechnickým závodem v Ruské federaci - deklarována jako kolejová relé pro signální kmitočet 50 Hz.
POZNÁMKA Kolejová relé DSŠ-13 pracují se signálním kmitočtem 25 Hz.
S ohledem na nevyhovující technologii výroby17 je nutno všechna relé DSŠ-12 nakupovaná v Ruské federaci počínaje rokem 1985 po dovozu demontovat, následně provést rastrování a poté vyžíhání18 hliníkových segmentů těchto relé. Smontované relé se nově justuje a plombuje.
Kolejová relé typu DSŠ-12 jsou modernizovaná a odlehčená kolejová relé DSR-12 v zásuvném provedení. Odlehčení konstrukce a redukce počtu kontaktů způsobuje snížení momentu setrvačnosti kotvy relé, takže relé typu DSŠ reaguje na vybuzení rychleji, než reagují kolejová relé typu DSR.
V případě relé DSŠ-12 se jedná o nejpočetnější typ relé, které je provozováno u SŽDC s.o. a ŽSR (a také na železnicích zemí bývalého SSSR).
Mechanický moment, který aktivizuje pohyb kotvy kolejových relé typu DSR nebo DSŠ, je vytvářen interakcí vířivých proudů v hliníkovém segmentu jeho kotvy. Magnetické uspořádání cívek těchto relé je ortogonální - cívky jsou umístěné proti sobě (na obou stranách segmentu kotvy kolejového relé) a při dodržení technologické kázně se navzájem neovlivňují - jedna cívka má magnetický obvod ve tvaru písmene „E“ a druhá cívka ve tvaru písmene „P“.
Magnetické obvody cívek kolejových relé typu DSR a DSŠ jsou tvořeny transformátorovými plechy relativně nízké jakosti (jedná se o plechy s velkou wattovou ztrátou na kg hmotnosti a o plechy se značnými ztrátami vířivými proudy). Obě skutečnosti způsobují přídavné wattové ztráty, které se mj. projevují zvýšenou teplotou těchto cívek.
Pokud je dodrženo konstantní místní napětí UM, potom čas na vybuzení kolejového relé typu DSR nebo DSŠ je závislý na kolejovém napětí uK a to na hodnotě napětí lehkého přítahu kotvy ULPkon daného kolejového relé. Kolejové relé se nevybudí, pokud budící (kolejové) napětí není vyšší než hodnota ULPkon.
Poloha kotvy relé je tedy jednoznačně daná příslušnými příkony obou systémů těchto kolejových relé.
Jak již bylo výše uvedeno, magnetický systém včetně lokalizace cívek kolejového relé DSŠ-12 je koncipován tak, aby nedocházelo k ovlivňování obou systémů navzájem. Proto energetické podmínky kotvy kolejového relé závisí pouze na součinu příkonu jeho kolejového systému a jeho místního systému a na fázových poměrech. Pro nejnepříznivější případ funkční bezpečnosti uvažujeme, že je tento fázový úhel nulový, kdy cosinus tohoto úhlu nabývá hodnoty 1.
17 Původní deskové hliníkové plechy pro segmenty těchto kolejových relé byly u ruského výrobce nahrazeny hliníkovými plechy ve svitcích. Při výrobě se svitkové plechy pouze vyrovnaly, avšak provozním ohřevem se segmenty díky tvarové paměti vrátily do původní polohy a kolejová relé nebezpečně detekovala trvalou volnost kolejových obvodů. Uvedený jev je v naší zemi znám přes 100 let, již Křižíkovy elektroměry používaly rastrování a žíhání.
18 Rastrování a žíhání odstraní mechanické pnutí v segmentu kolejového relé DSŠ-12, které je dáno válcováním hliníkových plechů do svitků, takže tyto segmenty se bez této operace vlivem tepla vracejí po určité době do původní polohy po válcování.
Rozdíl v časových parametrech TLP je dán těmito okolnostmi:
a) kolejové relé DSŠ-12M (pro kolejové obvody s pracovním kmitočtovým pásmem 50 Hz) je v zásadě původní kolejové relé od ruského výrobce (Petrohradského elektrotechnického závodu), kterým je v opravně relé rastrován a žíhán hliníkový segment jeho kotvy a který je následně nově nastaven a zaplombován.
b) všechna ostatní kolejová relé DSŠ-12 jsou přetypovávána na kolejová relé DSŠ-12S (pro kolejové obvody s pracovním kmitočtovým pásmem 275 Hz).
c) z nejcitlivějších přetypovaných kolejových relé se vybírají ta nejlepší (nejhbitější) kolejová relé, která se pak přetypovávají na kolejová relé DSŠ-12P (pro kolejové obvody s pracovním kmitočtovým pásmem 75 Hz).
E.3.8 Parametry kolejových relé typu DSŠ-12
Vybuzení kolejového relé DSŠ-12 do lehkého přítahu jeho kotvy je závislé na hodnotě potřebné práce AW, která tuto funkci plní.
Pro zjištění této práce bylo ve Zkušebně AŽD Praha s.r.o. provedeno měření 30 ks kolejových relé DSŠ-12. Výsledky těchto měření jsou vloženy do tabulky E.5. Hlavním smyslem tohoto měření bylo získat údaje o času TLP, kterou tento typ kolejových relé potřebuje ke svému lehkému přítahu kotvy.
Z hodnoty TLP a z hodnoty plného přítahu kotvy kolejového relé UP lze práci AW vypočíst podle vztahu
E.3.9 Podmínky pro stanovení dob TTDS-N a TTDS-TEMP
E.3.9.1 Postulát 12
Nominální hodnoty dob TTDS-N a TTDS-TEMP musí být stanoveny tak, aby jejich délka byla celým násobkem nejmenšího společného násobku period kmitočtů 50 Hz, 75 Hz a 275 Hz.
Doby TTDS-N a TTDS-TEMP jsou relevantní při měření hnacích vozidel, při jehož vyhodnocování se používá digitální měřící metoda na bázi Fourierovy analýzy. Integrační interval pro zmíněné vyhodnocování měření musí být zvolen tak, aby zejména u trakční soustavy 25 kV, 50 Hz byl eliminován vliv průmyslového kmitočtu 50 Hz, který je cca o 4 řády větší, než je detekovaný ohrožující proud.
Tuto podmínku splňuje časový interval 40 ms, do kterého se vejdou:
a) dvě periody jmenovitého kmitočtu 50 Hz (T50Hz = 20 ms a 2 ´ 20 ms = 40 ms) ;
b) tři periody jmenovitého kmitočtu 75 Hz (T75Hz = 13,333 ms a 3 ´ 13,333 ms = 40 ms);
c) jedenáct period jmenovitého kmitočtu 275 Hz (T275Hz = 3,636 ms a 11 ´ 3,636 ms = 40 ms).
E.3.9.2 Postulát 13
Nové hodnoty dob TTDS-N a TTDS-TEMP jsou
TTDS-N = 0,12 s (47)
TTDS-TEMP = 0,52 s (48)
Viz předchozí postulát.
E.3.9.3 Postulát 14
Podmínky podle odstavce předchozího postulátu platí pro jmenovité hodnoty zmíněných kmitočtů. V případě analýz pro jednotlivé kmitočty v ochranných pásmech kolejových obvodů podle ČSN 34 2613 se doby TTDS-N a TTDS-TEMP mohou příslušně prodlužovat nebo zkracovat tak, aby celý násobek konkrétních period byl co nejblíže k celým násobkům periody 50 Hz.
Například při kmitočtu 68 Hz pro jeho periodu T68Hz platí
T68Hz = 1/68 Hz = 14,705 ms (49)
Ve vztahu k době TTDS-N integrační interval bude 8 ´ 14,705 ms = 117,640 ms.
Ve vztahu k době TTDS-TEMP integrační interval bude 35 ´ 14,705 ms = 514,675 ms.
Naopak při kmitočtu 80 Hz pro jeho periodu T80Hz platí
T80Hz = 1/80 Hz = 12,5 ms (50)
Ve vztahu k době TTDS-N integrační interval bude 10 ´ 12,5 ms = 125 ms.
Ve vztahu k době TTDS-TEMP integrační interval bude 42 ´ 12,5 ms = 525 ms.
Analogicky to vychází u signálních kmitočtů odvozených od kmitočtů 275 Hz.
E.3.10 Nevyhovující kolejové obvody
Podmínkám této normy nevyhovují kolejové obvody, u kterých není dodržena podmínka
E.3.11 Kolejové obvody při havarijním stavu
Kolejové obvody musí při havarijním stavu zaručit bezpečnou detekci obsazení elektrického kolejového úseku.
E.3.12 Kolejová relé typu DSR
E.3.12.1 Postulát 15
Pro kolejová relé typu DSR v důsledku podstatné větší hmotnosti jejich kotvy platí
TLP-DSR > TLP-DSŠ. (52)
Jedná se o velmi zastaralá relé typu DSR-1, DSR-12, DSR-12P a DSR-12S. Jsou to relativně robustní relé, jejichž kotva má rozhodně vyšší moment setrvačnosti, než mají kotvy relé DSŠ-12, a tím relé typu DSR mají vyšší časovou imunitu proti rušivým proudům, než kterou mají relé typu DSŠ-12.
E.3.13 Kolejové obvody se signálním kmitočtem 25 Hz a indukčními kolejovými relé
E.3.13.1 Postulát 16
Provoz hnacích vozidel trakční soustavy 25 kV, 50 Hz není povolen na tratích s kolejovými obvody s indukčními kolejovými relé provozovanými se signálním kmitočtem 25 Hz.
Základní příčinou vzniku ohrožujících proudů, které jsou obsaženy ve zpětných trakčních proudech, je přítomnost stejnosměrné složky v magnetických obvodech. Ta je vyvolána nesymetrií výkonových tranzistorů navazujících zařízení (aktivního filtru nebo trakčního měniče). Přítomnost stejnosměrné složky v magnetickém obvodu vyvolává vznik tzv. subharmonických proudových složek, což jsou proudy o kmitočtech 25 Hz (= 50 Hz/2), 16⅔ Hz (50 Hz/3), 12,5 Hz (= 50 Hz/4), ….atd.
POZNÁMKA Aplikace přítomnosti stejnosměrné složky v magnetických obvodech je základním principem měničů kmitočtů 25 Hz, které tyto kolejové obvody používají. Provoz těchto měničů velmi negativně ovlivňuje energetickou napájecí síť. Podle platné ČSN EN 50160 takové měniče nelze připojovat na energetickou napájecí síť.
Nejsilnější je právě subharmonická složka 25 Hz, která dosahuje ve zpětných trakčních proudech takových hodnot, že nelze jejich provoz na příslušných tratích dopustit.
E.3.14 Impulsně pracující kolejové obvody
E.3.14.1 Postulát 17
Impulsně pracující kolejové obvody je možno používat bez omezení. (Tyto kolejové obvody je možno používat pro signální kmitočty 25 Hz, 50 Hz a 75 Hz.)
Časová základna a způsob zpracování impulsně pracujících kolejových obvodů všech použitelných na elektrizovaných tratích (soubory FID-2, FID-3, relé IMVŠ atp.) nemohou být zásadně ovlivněny ohrožujícími proudy, které trvají po dobu delší než TTDS-TEMP, pokud ohrožující proudy z drážního vozidla vyhovují podmínkám podle tabulky 4.
E.3.15 Kolejové obvody EON-8, ASE a ASAR
E.3.15.1 Postulát 18
Vzhledem k vysokým signálním kmitočtům těchto kolejových obvodů je možno je používat bez omezení.
Problém ASARu a elektrických jednotek řady 471 musí být řešen na jednotce řady 471.
E.3.16 Stanovení obecné podmínky pro základní hodnocení kvality kolejových obvodů z hlediska jejich ovlivnění při havarijním stavu
E.3.16.1 Postulát 19
Pro rychlé zhodnocení kvality kolejového obvodu je vhodný empirický vztah (51).
Obecně platí, že účinná složka kolejového napětí usuH při havarijním stavu by měla být co nejnižší. Jak je známo z teorie kolejových obvodů, tento požadavek je v protikladu s požadavkem na dobré šuntovací vlastnosti kolejových obvodů.
Při hodnocení kvality kolejových obvodů hraje významnou roli tzv. bezpečnostní rezerva, čímž se míní rozdíl UO - usuH. Čím vyšší tato hodnota bude, tím je kolejový obvod bezpečnější.
E.4 Doporučený postup při vypracování analýzy/studie kompatibility hnacích vozidel a kolejových obvodů podle ČSN EN 50238.
E.4.1 Úvod
Koncept bezpečnosti kolejových obvodů, který je východiskem pro proudové a časové limity ohrožujících proudů, vychází z předpokladu, že prodloužení časového intervalu TTDS-N a časového intervalu TTDS-TEMP je možné za předpokladu, že havarijní stav kolejových obvodů je doložen v příslušných regulačních tabulkách. Toto tvrzení je pravdivé pro většinu kolejových obvodů, které byly navrhovány po roce 1974.
Bohužel u SŽDC s.o. se nacházejí v provozu také kolejové obvody, které byly vyvinuty před rokem 1974 nebo v některých případech nejsou k dispozici úplné regulační tabulky.
E.4.2 Produkty měření ohrožujících proudů
Výsledkem vyhodnocení měření19 jsou data tvořena dvojicemi hodnot iTDS-DET a tTDS-DET.
POZNÁMKA Tyto hodnoty se získají podle metodiky 281020-MM, která je průmyslově chráněna.
E.4.3 Základní rozbor
POZNÁMKA U kolejových relé typu DSŠ-12 se u všech hodnot trvání proudů používají průměrné hodnoty proto, že kolejové relé je Ferrarisův indukční motor, jehož kotva má relativně velký moment setrvačnosti. V důsledku takové konstrukce je účinek na vybuzení kotvy tohoto kolejového relé dán průměrnou hodnotou v čase proměnných proudových veličin. Integrál, podle kterého by bylo nutné počítat práci tohoto kolejového relé, která je nutná k vybuzení jeho kotvy, toto průměrování vstupních proudů provádí i matematickou cestou.
Bezpečný stav nastane, pokud bude platit
(usuH + kT. iTDS-DET) < ULP (53)
Hodnotu lehkého přítahu ULP kotvy kolejového relé DSŠ-12 je možno akceptovat jen pro velmi řídké případy, kdy ohrožující proudy a iTDS-DET a časy tTDS-DET nevyhovují limitům ITDS-TEMP a ITDS-TEMP,
nebo pokud po vložení kritických hodnot tTDS-DET a iTDS-DET do vztahu (46) bude platit
AW > (usuH + kT. iTDS-DET)2/ZP . tTDS-DET (54)
V obou případech nemůže dojít k vybuzení příslušného kolejového relé - chybí buďto dostatečné napětí nebo dostatečná energie pro vybuzení kolejového relé. Je třeba zdůraznit, že stačí, aby byla splněna jen jedna z obou výše uvedených nerovností, aby nedošlo k vybuzení kolejového relé. Tyto vztahy ukazují, že nemá žádný smysl hledat jen proudové nebo jen časové překročení limitů, důležitá je bilance fyzikální práce nutná pro vybuzení kolejových relé.
19 Viz Literarura [15]
E.5 Odvození limitů ohrožujících proudů
E.5.1 Odvození limitu ohrožujícího proudu ITDS-PE
Pro tento limit se podle dosavadní tradice vyjde z definice bezpečnostní rezervy UO - usuH. Musí platit, že součet usuH + kT. iTDS-PE musí být menší, než je hodnota napětí odpadu kotvy kolejového relé DSŠ-12. Musí platit
(usuH + kT. iTDS-PE) < UO (55)
Po jeho úpravě se získá vztah
iTDS-PE < (UO - usuH)/kT (56)
Dosadí-li se pro tři nejhorší kolejové obvody příslušné hodnoty, získají se pro trakční soustavy DC 3 kV anebo DC 1,5 kV
a) pro kolejové obvody KO-2796 (usuH = 4,97 V, kT = 6,216 V/A a UO = 7 V)
iTDS-PE50 < (7 V - 4,97 V)/6,216 V/A = 0,327 A (57)
b) pro kolejové obvody KO-3102 (usuH = 8,3 V, kT = 4,909 V/A a UO = 9 V)
iTDS-PE75 < (9 V - 8,3 V)/4,909 V/A = 0,143 A (58)
c) pro kolejové obvody KO-4300 (usuH = 44,2 V, kT = 36,79 V/A a UO = 50 V)
iTDS-PE275 < (50 V - 44,2 V)/36,79 V/A = 0,158 A (59)
Pro tratě s trakční soustavy DC 3 kV, DC 1,5 kV, 0,75 kV a 0,6 kV DC platí
IRS-PE50 < 0,327 A (60)
IRS-PE75 < 0,143 A (61)
IRS-PE275 < 0,158 A (62)
Pro tratě s trakční soustavou 25 kV, 50 Hz jsou hodnoty 1/F krát vyšší, a proto vychází
IRS-PE75 < 0,229 A (63)
IRS-PE275 < 0,253 A (64)
Do této normy se zavádí jednotná hodnota
IRS-PE50DC = 0,260 A (65)
IRS-PE75DC = 0,110 A (66)
IRS-PE275DC = 0,130 A (67)
IRS-PE75AC = 0,180 A (68)
IRS-PE275AC = 0,200 A (69)
E.5.2 Odvození limitů ohrožujícího proudu ITDS-TEMP a TTDS-TEMP
V tomto případě se vychází z experimentální zkušenosti, že podstatná část překročení doby trvání ohrožujících proudů tTDS-DET je kratší, než je doba 0,5 s.
V tom případě se vztah (54) upraví na
AW > (usuH + kT. ITDS-TEMP)2/ZP . TTDS-TEMP (70)
Po úpravě se získá
(AW . ZP/TTDS-TEMP)1/2 > (usuH + kT. ITDS-TEMP) (71)
ITDS-TEMP < [(AW . ZP/TTDS-TEMP)1/2 - usuH]/kT (72)
Při volbě
TTDS-TEMP = 0,52 s (73)
vychází pro kritické kolejové obvody:
a) pro kolejové obvody KO-2796 (usuH = 4,97 V; kT = 6,216 V/A; AW = 0,0731 VAs a ZP = 609 W) po úpravě
ITDS-TEMP50 < [(0,0731 ´ 609 /0,52)1/2 - 4,97]/6,216 = 0,689 A (74)
b) pro kolejové obvody KO-3102 (usuH = 8,3 V, kT = 4,909 V/A, AW = 0,074 VAs a ZP = 880 W) po úpravě
ITDS-TEMP75 < [(0,074 ´ 880/0,52)1/2 - 8,3]/4,909 = 0,589 A (75)
c) pro kolejové obvody KO-4300 (usuH = 44,2 V; kT = 36,79 V/A; AW = 0,166 VAs a ZP = 14 000 W) se dosadí
ITDS-TEMP275 < [(0,166 ´ 14 000/0,52)1/2 - 44,2]/36,79 = 0,616 A (76)
Pro tratě trakčních soustav DC 3 kV; DC 1,5 kV; DC 0,75 kV a DC 0,6 kV platí
IRS-TEMP50 < 0,689 A (77)
IRS-TEMP75 < 0,589 A (78)
IRS-TEMP275 < 0,616 A (79)
Pro tratě s trakční soustavou 25 kV, 50 Hz jsou hodnoty 1/F krát vyšší, a proto vychází
IRS-TEMP75 < 1,102 A (80)
IRS-TEMP275 < 0,942 A (81)
Do této normy se zavádí jednotná hodnota
IRS-TEMP-DC = 0,500 A (82)
IRS-TEMP-AC = 0,800 A (83)
E.5.3 Odvození limitu ohrožujícího proudu ICTC
Prozatím není stanoven.
E.6 Upřesňující podmínky související s navýšením limitních hodnot ohrožujících proudů podle článku E.5.1 a E.5.2
E.6.1 Vyhovující kolejové obvody
Podmínkám této normy vyhovují bez jakýchkoliv opatření níže specifikované kolejové obvody:
a) kolejové obvody se signálním kmitočtem 50 Hz a 75 Hz, které používají soubory FID-2, FID-3 a DBP-2;
b) jednopásové kolejové obvody s filtry FOR-1 a FOR-2 a s kolejovými relé s usměrňovačem (např. s kolejovým relé typu NMVŠ2-1000/1000);
c) impulsně pracující kolejové obvody s impulsními kolejovými relé a s navazujícími kondenzátorovými dekodéry;
d) kolejové obvody se signálním kmitočtem 50 Hz:
da) kolejovými relé DSR-1 se stykovými tlumivkami DOMB;
db) kolejovými relé DSR-12 nebo DSŠ-12M a trakčními stykovými transformátory DT-0,2 (DT-952);
e) kolejové obvody KO-3103, KO-3401 a KO-3102;
f) kolejové obvody KO-4100, KO-4200 a KO-4300;
g) všechny sériové kolejové obvody a izolované kolejnice20.
20 U těchto kolejových obvodů není havarijní stav. Proto možnost jejich případného ohrožení je fyzikálně vyloučena.
E.6.2 Nevyhovující kolejové obvody
Podmínkám této normy nevyhovují:
a) staticky pracující kolejové obvody pracující se signálním kmitočtem 25 Hz a používající indukční kolejová relé DSŠ-13; tento typ kolejových obvodů nevyhovuje proto, že elektronické trakční pohony v oblasti 25 Hz zpravidla generují podstatně vyšší hodnoty ohrožujících proudů, než v kmitočtových oblastech 50 Hz nebo 75 Hz nebo 275 Hz;
b) kolejové obvody, které nevyhovují podmínce (55).
E.7 Odhad pravděpodobnosti vzniku výše popsaných nebezpečí
Na základě výše uvedených úvah a dílčích kalkulací je v dalším uveden odborný odhad pravděpodobností vzniku nebezpečné situace podle obrázku E.3.
Dílčí pravděpodobnosti jsou:
a) pravděpodobnost vzniku havarijního stavu
phs = 0,001 (84)
POZNÁMKA U SŽDC s.o. je t.č. cca 23000 paralelních kolejových obvodů s kolejovými relé DSŠ-12. Havarijní stav kolejového obvodu podvazuje dopravu, a proto lze předpokládat, že průměrně za den je mimo provoz 1/1000 z nich, což znamená 23 kolejových obvodů v havarijním stavu/den - pravděpodobnost vychází 1:1000.
b) pravděpodobnost režimu plného tahu v kolejovém obvodu, z něhož se odvádí zpětný trakční proud jen jedním směrem
pT = 0,001 (85)
POZNÁMKA Provoz vlaku v plném tahu v dané situaci je časově omezen provozem na všeobecný rozkaz. Příslušná hodnota je odhad odvozený z časové osy.
c) pravděpodobnost výskytu maximální měrné svodové admitance yBmax u dlouhých kolejových obvodů
pYBmax = 0,01 (86)
POZNÁMKA Stávající technická kvalita železničního svršku prakticky vylučuje (na rozdíl od minulosti) provozní režim kolejových obvodů při yBmax - pravděpodobnost je odhadnuta na 1:100.
Pro souhrnnou pravděpodobnost vzniku nebezpečné situace pS platí
pS = phs . pT . pymax (87)
Po dosazení vychází pro souhrnnou pravděpodobnost vzniku nebezpečné situace pS
pS = 10-8 (88)
což je s ohledem na provedená bezpečnostní zjednodušení více než dostatečné.
Z předchozích velmi nízkých pravděpodobností není nutno komplikovat výše provedenou analýzu zaváděním tolerancí napájecích napětí.
[1] Praha s.r.o. - Technický úsek společnosti - Řízení jakosti - Zkušebna AŽD - Měření časových parametrů relé DSŠ-12 - Protokol č. 05263 ze dne 12. 7. 2005
[2] Faran A., Srb, S.: Vlastnosti kolejových obvodů u Českých drah a Železnic Slovenské republiky a elektronická regulace trakčních pohonů hnacích vozidel závislé vozby. Železniční magazín 2004/03, Praha 2004
[3] Chudáček, V., Poupě O.: Zabezpečovací technika v železniční dopravě I, Nakladatelství dopravy a spojů, Praha 1970
[4] Měření činitele kT na jednopásových kolejových obvodech - Dokument ČD, a.s. Technické ústředny Českých drah č.j. 37/06-DLZT-P ze dne 05.05.2006-05
[5] Měření vstupní impedance transformátoru RTE-1 - Dokument ČD, a.s. Technické ústředny Českých drah č.j. 53/06-DLZT-P ze dne 05.05.2006-05
[6] Regulační tabulky pro kolejové obvody 75 Hz s relé DSŠ-12P, stykovými transformátory DT-1-150 s dvoufázovým napájením - vydání II., Výzkumný ústav železniční, Praha 1994
[7] RT-310 (nyní RT-3102) Regulační tabulky dvoupásových kolejových obvodů 75 Hz s kolejovými přijímači DSŠ-12P, Vydání I., Výzkumný ústav železniční, Praha 1981
[8] RT-3103 Regulační tabulky pro kolejové obvody 75 Hz s dvoufázovým napájením, s kolejovými relé DSŠ-12P a stykovými transformátory typu DT-075, AŽD Praha s.r.o. III. vydání, Praha 2002
[9] RT-3401 Regulační tabulky pro kolejové obvody 75 Hz s dvoufázovým napájením, s kolejovými relé DSŠ-12P a stykovými transformátory typu DT-0,2
[10] RT-43 (nyní RT-4300) Regulační tabulky dvoupásových kolejových obvodů 275 Hz s relé DSŠ-12S, Výzkumný ústav železniční, Praha 1982
[11] TNŽ 28 1020:200721 Zkoušky proudové kompatibility drážních vozidel a kolejových obvodů
[12] TNŽ 34 2613-1:2005 Železniční zabezpečovací zařízení - Kolejové obvody a vnější podmínky pro jejich činnost
[13] Котляпенко, Н.,Ф.: Электрические рельцовые цепи, Всесоюзное издательско - полиграфическое объединение министерстжа путей сообщения, Москва 1961
[14] ČD T 115 Předpis pro opravy výměnných dílů zabezpečovacích zařízení
[15] TNŽ 34 2620 Železniční zabezpečovací zařízení - Staniční a traťové zabezpečovací zařízení
_______________
21 V návrhu.
Prázdná strana
Upozornění: Změny a doplňky, jakož i zprávy o nově vydaných normách, jsou uveřejňovány ve Věstníku Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví.
|
ČSN 34 2613 ed. 2 |
|