Zajímá Vás systém napájení železnic, trendy a souvislost s elektrizační soustavou v ČR? Pokud ano, tak právě tento seriál o napájecích soustavách železnic může být pro Vás! Série příspěvků Vás seznámí s nejrozšířenějšími způsoby napájení trakčních vedení železnic a sítí elektrifikované městské dopravy a tématy, které s napájením trakčních vedení úzce souvisí. Zabředneme tak i do oblasti energetiky, výkonové elektroniky či komunikační techniky s cílem vytvořit povědomí o tom, co vše se pod pojmem „elektrické napájení železnic“ skrývá.
V prvním díle si představíme železniční síť v České republice z pohledu trakce a představíme si trakční napájecí systémy, které se v ČR vyskytují.
Elektrifikovaná železnice byla symbolem ekonomického rozvoje v poválečném období minulého století. Železniční doprava, za války poháněná především parními lokomotivami, byla klíčová pro dopravu zboží a materiálu na středně dlouhé a dlouhé vzdálenosti. Zde se nabízí otázka, proč právě elektrická trakce se ukázala jako nejvhodnější, když elektřina pocházela (a z velké části stále pochází) z fosilních zdrojů. Důvodem byl především jednodušší transport energie ze zdroje do lokomotivy, teoretická nevyčerpatelnost zdroje z pohledu lokomotivy (elektrické vedení vs. omezený zásobník paliva), lepší dynamika jízdy (větší akcelerace), jednodušší údržba lokomotiv, snížení hlučnosti a lokálních emisí a nakonec možnost rekuperace energie (i když v počátcích elektrifikace se rekuperace nepoužívala).
V počátcích byly tratě elektrifikované výhradně pomocí DC vedení a to zejména z důvodu absence vhodné regulace střídavého (AC – Alternating Current) pohonu aplikovatelného do lokomotiv. Jako vhodný pohon pro železniční vozidla se totiž ukázal stejnosměrný motor s komutátorem a s regulací pomocí odporových předřadníků (podrobněji v dalším díle). Tento způsob regulace pohonu je mimochodem stále k vidění u některých v současnosti provozovaných lokomotiv.
Napájecí systém železnic byl původně na úrovni 1500 V a poté 3 kV. Vyšší úroveň napětí umožňuje použití hnacích jednotek vyšších výkonů, protože při stejném proudu (použití stejného průřezu troleje) a vyšším napětí lze přenést větší výkon dle:
Při stejném výkonu vedení protékají drátem menší proudy, úbytek napětí na odporu vedení je tedy menší ({\Delta U = R \cdot I}) a napájecí stanice (měnírny) mohou být dále od sebe (typicky 20 km). V současné době je systém DC 3 kV rozšířen v severní části území ČR jako pozůstatek koncepce elektrifikace železnic po 2. světové válce.
Napájení trakčních vedení na nižších úrovních napětí (DC 600 V a 750 V) je typické pro městské sítě hromadné dopravy – tramvaje, trolejbusy, metro. Tyto sítě jsou specifické zejména velkou hustotou dopravních prostředků a měníren, které jsou napájeny ze sítě 22 kV.
Napájecí soustava 25 kV, 50 Hz byla budována od 60. let 20. století. Vyznačuje se možností provozu lokomotiv o větším jednotkovém výkonu (např. 6.4 MW lokomotiva Siemens Vectron) v souvislosti s úbytky napětí. Vyšší napětí umožňuje také umístění napájecích stanic dále od sebe (až 60 km) a tím snížit náklady na výstavbu napájecí infrastruktury. Napájecí soustavu 25 kV, 50 Hz využívají například francouzské vysokorychlostní soupravy TGV. V České republice je tato soustava rozšířená v jižní části republiky a v budoucnu bude nahrazovat stejnosměrné sítě 3 kV v rámci naplňování cílů Ministerstva dopravy a to zejména v oblastech:
Trakční soustava 25 kV 50 Hz bude použita i pro budoucí vysokorychlostní tratě (VRT) v ČR.
V současné době existuje v České republice velké množství tratí (asi 68 %), které nejsou elektrifikovány. Hovoříme o tzv. nezávislé trakci a tento způsob pohonu je výhodný zejména na méně frekventovaných tratích menšího významu. Ačkoliv v ČR je velké procento tratí s nezávislou trakcí, musíme si uvědomit, že je to dáno poměrně hustou sítí železničních tratí a že většina přepravy se odehrává na elektrifikovaných tratích.
Provoz vozidel s nezávislou trakcí (VNT) na elektrifikovaných tratích je možný, nicméně v ČR byl tento druh provozu do r. 2015 zpoplatněn. Motivace dopravců používat VNT na elektrifikovaných tratích spočívá v nutnosti více druhů lokomotiv pro trasy využívající i neelektrifikovanou trať a zavedení příspěvku na obnovitelné zdroje energie do ceny elektrické energie. Na neelektrifikovaných tratích jsou zatím dieselové lokomotivy výhradním VNT. V budoucnu lze očekávat nahrazování dieselových vozidel vozidly využívající vodík či stlačený zemní plyn (CNG), zejména v kontextu snižování emisí CO2 v dopravě. [4]
Za zmínku stojí nezávislá trakce v USA. Železniční síť v USA vznikala masivně již v průběhu 19. století a měla za úkol propojit sídla vzdálené i několik set kilometrů od sebe. Dnešní síť vznikla na těchto základech, je určena především pro transkontinentální nákladní dopravu a železniční tratě jsou zde v soukromém vlastnictví. V kombinaci s relativně nízkou hustotou zalidnění (a tím i menší nízkou koncentrací energetických zdrojů) v centrální části USA je problematické tratě elektrifikovat, protože elektrifikace vyžaduje významné finanční investice. Navíc, enviromentální politika USA není svými důsledky tak striktní v porovnání se situací v Evropě. To vše přispívá k tomu, že v USA je výhodné provozovat VNT. [5]
Zdroje:
Napsat komentář