Transport szynowy i automatyka

Transport szynowy ma wiele zalet. Metro, tramwaje, pociągi są stosunkowo szybkie, a czas podróży nimi skraca dodatkowo niezależność od utrudnień i korków na drogach. Poza tym są tanie oraz bezpieczne – wypadki na torach zdarzają się nieporównywalnie rzadziej niż w ruchu drogowym. Jako środki transportu zbiorowego, z wagonami o dużej ładowności, które jednocześnie przewożą wielu pasażerów i duże ilości towarów, są też bardziej ekologiczne niż samochody. Dzięki temu ich popularność nie maleje, w odpowiedzi na co przewoźnicy stale je modernizują w zakresie zasilania, instalacji użytkowych i zarządzania ruchem taboru. W artykule na przykładzie metra i pociągów przedstawiamy rozwiązania w tym zakresie. Oprócz tego analizujemy potencjał oraz wyzwania we wdrażaniu systemów autonomicznych, które, jak wszystko na to wskazuje, wcześniej czy później zrewolucjonizują transport szynowy.

Część 1. Metro – zasilanie i instalacje użytkowe

Metro to podziemna kolej miejska wykorzystywana w przewozach pasażerskich. Jest budowane w taki sposób, aby nie kolidowało z innymi środkami transportu miejskiego. Podstawową jednostką organizacyjną sieci metra jest linia. Stanowi ona wyodrębniony, ciągły układ torów ze stacjami, z peronem i urządzeniami eksploatacyjnymi, które służą do obsługi ruchu pasażerskiego, i szlakami, czyli odcinkami torów między stacjami. Linia metra ma zapewniony dojazd do stacji techniczno-postojowej. Rozmieszcza się na niej również tory odstawcze, na których pozostawione są składy wyłączone z ruchu oraz tory do zawracania pociągów. Od linii mogą odchodzić odgałęzienia i łącznice z innymi liniami.

Jak jest zasilane metro?

Energia elektryczna na linie metra jest dostarczana za pośrednictwem podłączonych do publicznej sieci energetycznej podstacji trakcyjno-elektroenergetycznych. Zasilają sieć trakcyjną i urządzenia własne stacji. Sieć trakcyjna składa się z sieci jezdnej oraz powrotnej. Pierwsza (trzecia szyna) jest dodatnim biegunem obwodu zasilania. Sieć powrotną stanowi zespół szyn, będących ujemnym biegunem obwodu zasilania, połączonych elektrycznie kablami stanowiącymi obwód powrotny prądów trakcyjnych. Podstacje i sieć trakcyjna powinny spełniać wytyczne przepisów, które ich dotyczą. Przykład to rozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty metra w Polsce.

Zgodnie z nim system zasilania metra powinien dostarczać energię elektryczną o parametrach odpowiednich do potrzeb oraz być bezpieczny, zapewniając ochronę m.in. przed porażeniem prądem elektrycznym, przepięciami, pożarem, wybuchem. Odległość pomiędzy podstacjami, ich wyposażenie, parametry sieci jezdnej i powrotnej muszą uwzględniać m.in.: spodziewane natężenie ruchu, typ, prędkość, wagę pojazdów szynowych, poziom niezawodności zasilania wymagany w warunkach normalnych i sytuacjach awaryjnych. Podstacje, linie je zasilające i sieć trakcyjna muszą być ponadto przystosowane do współpracy z pojazdami wyposażonymi w urządzenia do hamowania odzyskowego.

Podstacje i sieć trakcyjna w świetle przepisów

Podstacje trakcyjno-elektroenergetyczne muszą być zasilane dwoma odrębnymi liniami kablowymi, z dwóch niezależnych GPZ-ów (głównych punktów zasilających) publicznej sieci energetycznej. Dodatkowo powinny być wyposażone w linię kablową zasilania awaryjnego, doprowadzoną z sąsiednich podstacji trakcyjno-elektroenergetycznych. Na podstacji muszą znajdować się dwa transformatory zasilane z różnych sekcji rozdzielnicy SN, dostarczające energię elektryczną na potrzeby nietrakcyjne danej stacji i połowy długości tuneli do sąsiednich stacji. Na stacjach metra, gdzie nie ma podstacji trakcyjno-elektroenergetycznych, powinny znajdować się podstacje zasilane liniami kablowymi z dwóch sąsiednich obiektów tego typu. Generalnie podstacje muszę być także przystosowane do pracy z obsługą, jak i zdalnego sterowania. Obowiązkowe jest wyposażenie je w system wentylacji albo klimatyzacji i stałe samoczynne urządzenia gaśnicze.

Zasilanie sieci trakcyjnej więcej niż jednej linii metra z jednej podstacji trakcyjno-elektroenergetycznej jest dozwolone tylko, jeżeli każda z linii jest zasilana z oddzielnego prostownika tej podstacji i przez wydzielone sekcje szyn zbiorczych, zasilającej oraz powrotnej. Kable sieci trakcyjnej należy prowadzić tak, by nie naruszały torów (w miejscach skrzyżowań z nimi powinno się je układać w rurach przepustowych) ani urządzeń przytorowych. Sieć jezdna powinna być wykonana z materiałów dobrze przewodzących oraz odpornych na ścieranie, a w obrębie peronów pasażerskich i technologicznych musi być zabezpieczona osłoną izolacyjną.

Powinna być dzielona na sekcje zasilane dwustronnie z podstacji trakcyjno- elektroenergetycznych w sąsiedztwie. Odcinki stanowiące jedną sekcję muszą być połączone łącznikami albo kablami. Na początku i końcu odcinka między przerwami trzeciej szyny wymagany jest wślizg zabezpieczający odbieraki prądu w pojeździe metra przed uszkodzeniami mechanicznymi.