Vědeckotechnický sborník ČD

Transkript

1 Vědeckotechnický sborník ČD č. 28/2009

2 Danuše Marusičová 1 Transformace technické normalizace v České republice a její dopad do železničního sektoru Klíčová slova: technická normalizace, Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, Centra technické normalizace, CTN ACRI, ČSN, EN, CEN, CENELEC, IEC, TSI. 1. Úvod V loňském roce byla v ČR zahájena transformace technické normalizace s cílem zefektivnit systém zabezpečování tvorby a vydávání českých technických norem (ČSN). Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR (MPO) rozhodlo o zrušení své příspěvkové organizace, Českého normalizačního institutu (ČNI), k datu Součástí tohoto rozhodnutí bylo i přijetí opatření k zabezpečení tvorby a vydávání ČSN od v rámci Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (ÚNMZ). 1.1 Základní priority transformace MPO pro transformaci technické normalizace stanovilo tři základní priority: zlepšení dostupnosti ČSN (především elektronickou formou), výrazné zlevnění ČSN (až o 50%) zlepšení srozumitelnosti ČSN (obsah, terminologie, kvalita překladů do českého jazyka) Ke zlepšení dostupnosti ČSN a zlevnění přístupu k ČSN určitě přispěje zpřístupnění všech platných ČSN v elektronickém certifikovaném formátu (pdf) podle pravidel Podmínek používání systému ČSN online zveřejněných na internetové adrese ÚNMZ které umožní individuální tisk normy nebo její části každému zaregistrovanému zájemci a to jak pro firmy s více uživateli, tak i pro jednotlivce. U norem má pro jejich srozumitelnost a jednoznačnost velký význam použití správné terminologie a to jak v českých normách vytvořených jen na národní úrovni nebo zvláště u evropských a mezinárodních norem přebíraných překladem. Je třeba 1 Ing. Danuše Marusičová, 1941, Vysoká škola dopravní v Žilině, směr stavební (1963), dlouholeté zkušenosti z práce u ČD (ČSD), nyní specialista Výzkumného Ústavu Železničního, a.s., a technická pracovnice Centra technické normalizace ACRI, předsedkyně redakční rady Vědeckotechnického sborníku ČD. 1

3 poznamenat, že v přejímaných mezinárodních a evropských normách se za základ překladu bere jejich anglické verze a že většina technických norem dnes vzniká převzetím evropských a mezinárodních norem jejich překladem. ÚNMZ, vědom si důležitosti správné terminologie, která se z norem přejímá do řady dalších i právních dokumentů, vytvořil databázi Terminologie technické harmonizace, která je rovněž k dispozici na internetových stránkách ÚNMZ. 1.2 Hlavní partneři při tvorbě technických norem Kromě ÚNMZ jako národního normalizačního orgánu (NNO), jsou dalšími významnými partnery při tvorbě technických norem ústřední správní úřady (ÚSÚ), pro oblast dopravy to je Ministerstvo dopravy ČR, a nově sektorově, oborově orientovaná Centra technické normalizace (CTN), která od začátku tohoto roku, jako přímí smluvní partneři ÚNMZ, zajišťují tvorbu norem v dohodnutém oboru a představují i širší zapojení především průmyslu do procesu tvorby norem. Důležitou roli při tvorbě norem také mají Technické normalizační komise (TNK), které zřizuje ÚNMZ jako svůj poradní orgán, účast v nich je dobrovolná a jejími členy se mohou stát jak zástupci profesně příslušných podniků, organizací a institucí, tak i jednotlivci, odborníci v dané profesi. Pracovníci ÚNMZ odborně příslušní dané TNK zastávají v nich funkci tajemníka. Účast v TNK poskytuje členům možnost získávání aktuálních informací o práci věcně příslušné technické komise mezinárodní nebo evropské normalizační organizace, o stavu přípravy jednotlivých norem, k jejichž obsahu se prostřednictvím CTN mohou vyjadřovat. Každý návrh na zpracování normy musí být odsouhlasen k zařazení do plánu technické normalizace na příslušný rok sektorovým ÚSÚ a doporučen odborně příslušnou TNK. Kromě zpracovatele normy musí být také odsouhlasen způsob financování, přičemž se vychází ze zásady, že náklady na zpracování zpravidla hradí ta zájmová sféra, která vypracování normy úkolu požaduje. Zabezpečuje se z prostředků organizací nebo ze státního rozpočtu na základě smluv s příslušným CTN nebo s individuálním zpracovatelem. Seznam zahajovaných úkolů schváleného plánu technické normalizace a jeho průběžná aktualizace se v souladu se zákonem č. 22/1997 Sb. ve znění pozdějších předpisů zveřejňuje ve Věstníku ÚNMZ a na jeho internetové adrese. 1.3 Účast při tvorbě mezinárodních nebo evropských technických norem Posílení zapojení průmyslových podniků přímo do tvorby mezinárodních nebo evropských norem je jedním z cílů transformace technické normalizace. Účast zástupců podniků a institucí v pracovních orgánech evropských a mezinárodních normalizačních organizací (pracovní, studijní a poradní skupiny nebo projektové týmy, subkomise apod.) mezinárodních normalizačních technických komisí má tyto zásady: 2

4 Podnik prostřednictvím CTN nebo přímo požádá Odbor technické normalizace ÚNMZ o pověření pro svého zástupce vyslat ho do vybraného pracovního orgánu jako zástupce České republiky. ÚNMZ požádá vedoucího pracovního orgánu o přijetí navrženého kandidáta za člena a vysílaného zástupce vybaví příslušným jmenováním. Vysílaný zástupce musí být pro tuto práci odborně i jazykově (angličtina) způsobilý. Náklady na jeho účast při jednáních nese vysílající podnik, ÚNMZ na tuto činnost nepřispívá. Výhodou účasti v pracovních orgánech evropských a mezinárodních normalizačních organizací pro vysílající podnik je možnost ovlivnit návrh evropské nebo mezinárodní normy již při jejím vzniku, zisk informací a kontaktů z pracovního týmu v dané oblasti zájmu, odborný růst vysílaného zástupce. 1.4 Harmonogram tvorby ČSN EN norem Pro každé zpracování ČSN EN se připravuje a schvaluje plánovací list projektu, jeho vzor je k dispozici na internetové adrese ÚNMZ. Podle plánovacího listu má projekt ČSN EN tyto etapy: a) Mezinárodní spolupráce: schválení nového projektu (příprava návrhu EN) etapa 1 zpracování návrhu EN etapa 2 veřejné projednání EN etapa 3 konečný návrh EN b) Převzetí do ČSN: etapa 4 první návrh ČSN etapa 5 připomínkové řízení k ČSN etapa 6 návrh ČSN Je třeba připomenout, že projednávání a připomínkování norem je veřejné a k návrhům se může vyjádřit každý, a to nejpozději do 4 týdnů před příslušnou lhůtou uvedenou u jednotlivých norem ve Věstníku Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (k dispozici na internetové adrese ÚNMZ). Připomínky k návrhům norem lze uplatnit přímo na adrese ÚNMZ nebo prostřednictvím oborově příslušného CTN. 3

5 2. Technická normalizace v železničním systému 2.1 Interoperabilita železničního systému a evropské normy Železniční sektor se v posledním více jak desetiletí snaží o zvýšení svojí konkurenceschopnosti vůči ostatním druhům dopravy, zvláště pak vůči dopravě silniční, a to především v mezinárodní dopravě. Evropská komise, vedená snahou zajistit jednotný a otevřený trh pro železniční průmysl a zvýšit mobilitu zboží i osob v evropském prostoru, vypracovala jako jeden z důležitých nástrojů napomáhající překonání technických i legislativních překážek, které se za více jak století existence železnice na evropském kontinentu vytvořily v rámci jednotlivých národních států, směrnice Evropského společenství o interoperabilitě evropského železničního systému a směrnici o bezpečnosti železnic Společenství. Z těchto směrnic pak vycházejí Technické specifikace pro interoperabilitu (TSI), které byly a jsou postupně vypracovány Evropskou železniční agenturou (ERA European Railway Agency) a schvalovány Evropskou komisí pro jednotlivé subsystémy (strukturální a provozní) evropského železničního systému a to jak pro systém vysokorychlostní, tak i konvenční. Hlavními subsystémy pak jsou: infrastruktura, kolejová vozidla, energie, řízení a zabezpečení, provoz. TSI, která představují společné harmonizované technické standardy, jsou vydávány jako Rozhodnutí Komise a jsou závazné pro všechny členské státy Evropského společenství. Stejně závazné jsou i evropské normy, resp. části evropských norem, v TSI uvedené. Je třeba vědět, že i podle nedávného vyjádření DG TREN (GŘ pro dopravu a energetiku) verze normy EN, na kterou se odkazují TSI, zůstává závazná bez ohledu na jakékoli pozdější změny (změny po zveřejnění TSI). Pokud dojde ke změně normy, bude změna zohledněna v příští revizi TSI. Do této revize zůstává závaznou předchozí verze normy. Tato skutečnost vyvolává potřebu těsné spolupráce mezi ERA a evropskými normalizačními institucemi CEN/CENELEC tak, aby novelizace norem a novelizace TSI byly koordinovány a nedocházelo k situacím, kdy by TSI byly překážkou technického rozvoje a paradoxně nebyla závazná verze normy, která je na nižší technické úrovni. Případně, aby časový odstup mezi novelizací normy a novelizací TSI byl co nejkratší. Zpracování a vydávání TSI (tento proces stále pokračuje a řada TSI již byla i novelizována) vyvolalo silný tlak na zpracování nových nebo aktualizaci stávajících evropských železničních norem a následně i relevantních norem mezinárodních. Evropské normy tak představují důležitý prvek postupné technické standardizace a harmonizace a jsou podmínkou pro implementaci interoperability v železničním systému jednotlivých členských států Společenství. 4

6 2.2 Hlavní evropské a mezinárodní normy pro železniční sektor V oblasti tvorby technických norem pro železniční sektor lze považovat za nejdůležitější mezinárodní a evropské normalizační organizace ISO - Mezinárodní organizace pro standardizaci, CEN - Evropský výbor pro standardizaci, CENELEC - Evropský výbor pro standardizaci elektrotechniky, IEC - Mezinárodní komise pro elektrotechniku, ETSI - Evropský ústav pro telekomunikační normy, jejichž normy pokrývají problematiku převážné části železničního sektoru (v řadě případů spíše drážního, protože jejich platnost není omezena pouze na železnici, ale může platit i pro tramvajovou a trolejbusovou dopravu, metro a lanovky). K tvorbě železničních technických norem patří také zmínka o vyhláškách Mezinárodní železniční organizace (UIC), které jsou v řadě případů podkladem pro tvorbu evropských norem nebo i technických specifikací pro interoperabilitu (TSI). 2.3 Centrum technické normalizace ACRI Jedním z Center technické normalizace se od stala i Asociace podniků českého železničního průmyslu ACRI (Association of Czech Railway Industry). ACRI koncem prosince loňského roku podepsala rámcovou dohodu s ÚNMZ na vytvoření CTN pro zajištění úkolů tvorby ČSN včetně mezinárodní spolupráce při tvorbě technických norem v rámci mezinárodních a evropských normalizačních organizací, projektů technické normalizace a dalších činností s tím spojených v oblastech týkajících se železničního sektoru. Její působnost pokrývá oblast norem spadajících do působnosti mezinárodních a evropských normalizačních organizací a to: CEN/Technická komise 256 Železniční (drážní) aplikace, která připravuje normy v oblasti železniční infrastruktury a kolejových vozidel, CENELEC/Technická komise 9X Elektrické a elektronické zařízení pro železnice, IEC/Technická komise 9 Elektrická zařízení a systémy pro železnici (u nás je používán termín Elektrická trakční zařízení). 5

7 Rozsah zajišťované normalizace u CEN/TK 256 je shodný s rozsahem norem spadajícím do působnosti národní Technické normalizační komise TNK 141 Železnice ; rozsah normalizace zajišťované v posledních dvou uvedených organizací je jen částečně shodný s rozsahem norem spadajících do působnosti národní Technické normalizační komise TNK 126 Elektrotechnika v dopravě. CTN ACRI při plnění smlouvy s ÚNMZ spolupracuje jak s oběma TNK, tak především s pracovníky ÚNMZ, kteří mají ve svojí agendě shora uvedené Technické komise CEN, CENELEC a IEC i obě TNK, ale i dalšími zástupci odborných organizací a institucí, které o problematiku přípravy a připomínkování návrhu norem projeví zájem. 2.4 CEN Technická komise 256 Železniční aplikace CEN/TK 256 Železniční aplikace navrhuje normy z oblasti železniční (drážní) infrastruktury a kolejových vozidel. Tomu odpovídá i základní organizační členění na subkomise, přičemž řada pracovních skupin zabývající se problematikou zasahující do více subkomisí stojí samostatně mimo subkomise. Existence i aktivita jednotlivých pracovních skupin se mění podle rozsahu a termínu zpracovávaných norem nebo jejich revizí. Na Obr. 1 je pro názornost uvedena organizační struktura CEN/TK 256 z roku 2008, která není zcela shodná s přehledem jednotlivých pracovních skupin uvedených v Tab. 1 podle stavu z roku 2009, pod SC1 byla nově ustavena Studijní skupina SG 12 Kolej bez štěrkového lože (Kolej s pevnou jízdní dráhou) / Study Group SG12 Ballastless track. Obr. 1 Organizační schéma CEN TC 256 6

8 Přehled pracovních skupin CEN - TC 256 (podle internetových stránek CEN ): SC/WG CEN/TC 256/SC 1 CEN/TC 256/SC 1/SG 11 CEN/TC 256/SC 1/WG 4 Název pracovní skupiny /Title of WG Kolej / Track Rozchod koleje / Track gauge (momentálně spící WG) Kolejnice / Rails CEN/TC 256/SC 1/WG 5 Stroje pro stavbu a údržbu tratí / Track construction and maintenance machines CEN/TC 256/SC 1/WG 15 Návrh parametrů polohy koleje / Track alignment design parameters CEN/TC 256/SC 1/WG 16 Pražce příčné a výhybkové / Sleepers and bearers CEN/TC 256/SC 1/WG 17 Upevňovací systémy / Fastening systems CEN/TC 256/SC 1/WG 18 Výhybkové konstrukce výroba a přejímka / Switches and crossings - Performance and acceptance CEN/TC 256/SC 1/WG 21 Přejímání prací na koleji po opravě a/nebo údržbě / Acceptance of trackwork after renewal and/or maintenance work CEN/TC 256/SC 1/WG 28 Kvalita geometrie koleje / Track geometry quality CEN/TC 256/SC 1/WG 34 Kvalifikace dodavatelů traťových prací / Qualification of trackworks contractors CEN/TC 256/SC 1/WG 39 Bezpečnostní ochrana při práci na trati / Safety protection on the track during work CEN/TC 256/SC 1/WG 40 Hlukové ochrany / Noise barriers CEN/TC 256/SC 2 Dvojkolí, podvozky / Wheelsets - Bogies CEN/TC 256/SC 2/WG 11 Kola, dvojkolí / Wheels - Wheelsets CEN/TC 256/SC 2/WG 12 Valivá ložiska, mazadla / Roller bearings and lubricants CEN/TC 256/SC 2/WG 13 Rám podvozků / Bogie frames CEN/TC 256/SC 2/WG 14 Ocelové pružiny / Steel springs CEN/TC 256/SC 2/WG 29 Komponenty pryžového odpružení / Rubber suspension components CEN/TC 256/SC2/WG 30 Tlumiče a aktivní systémy / Dumpers and active systems CEN/TC 256/SC 2/WG 35 Detekce horkého ložiska / Hot box detection CEN/TC 256/SC 2/WG 38 Mazání okolků / Flange lubrication CEN/TC 256/SC 3 Brzdění / Braking CEN/TC 256/SC 3/WG 22 Hlavní železniční tratě / Main line railways CEN/TC 256/SC 3/WG 23 Městská doprava / Urban traffic CEN/TC 256/SC 3/WG 24 Komponenty / Components CEN/TC 256/SC 3/WG 25 Terminologie, výpočty, homologační postupy / Terminology, calculations, homologation procedures CEN/TC 256/WG 2 Konstrukční požadavky / Structural requirements CEN/TC 256/WG 3 Hlukové emise / Noise emission CEN/TC 256/WG 6 Aerodynamika / Aerodynamics CEN/TC 256/WG 7 Jízdní komfort / Ride comfort 7

9 SC/WG CEN/TC 256/WG 8 CEN/TC 256/WG 9 CEN/TC 256/WG 10 CEN/TC 256/WG 19 CEN/TC 256/WG 20 CEN/TC 256/WG 26 CEN/TC 256/WG 27 CEN/TC 256/WG 31 CEN/TC 256/WG 32 CEN/TC 256/WG 33 CEN/TC 256/WG 36 CEN/TC 256/WG 37 CEN/TC 256/WG 41 CEN/TC 256/WG 42 CEN/TC 256/WG 43 CEN/TC 256/WG 44 CEN/TC 256/WG 45 Název pracovní skupiny /Title of WG Klimatizace, vytápění, větrání / Air conditioning, Heating and Ventilation Osvětlení / Lighting Interakce vozidlo/kolej - Vehicle/Track Interaction Technické výkresy / Technical drawings Cisterny / Tank Wagons Nákladní vozy / Freight wagons Dveře / Doors Svařování železničních vozidel a komponentů / Welding of railway vehicles and components Průjezdné průřezy / Gauges Zařízení spřáhla / Coupling devices Záchranné a poplachové systémy / Emergency and alarm systems Kabina strojvedoucího / Driver's cab Uličky v osobních vozech / Passenger Gangways Zvedání vozidel / Vehicle Lifting Pozemní služby / Ground based services Osoby se sníženou pohyblivostí / People with Reduced Mobility (PRM) Podmínky pro životní prostředí / Environmental Conditions TC technická komise - Železniční aplikace SC1- subkomise 1- Kolej; SC2 - subkomise 2 - Dvojkolí, podvozky; SC3 - subkomise 3 - Brzdění WG - pracovní skupina; JWG - společná pracovní skupina; SG Expertní nebo studijní skupina Tab.1 Přehled pracovních skupin CEN/TC CENELEC Technická komise 9X Elektrické a elektronické zařízení pro železnice Technická komise 9X Elektrické a elektronické zařízení pro železnice má následující subkomise: SC 9XA subkomise 9XA Komunikační, signalizační a ovládací (řídící) systémy SC 9XB subkomise 9XB Elektromechanický materiál kolejových vozidel (kolejová vozidla) SC 9XC subkomise 9XC Elektrické zdroje a uzemňovací systémy pro zařízení hromadné dopravy a pomocné přístroje (pevná zařízení) 8

10 I zde, stejně jako u CEN TC 256, se počet pracovních skupin mění v čase podle vývoje situace v technické normalizaci. Podle internetových stránek CENELEC ze srpna 2009 má Technická komise 9X pracovní skupiny, které jsou uvedeny na následujících stránkách v Tab. 2. Komise / Subkomise TC9X SC9XA Pracovní skupina WG 11 WG 12 x WG 13 WG 14 JWG Safety / bezpečnost x WG WG WG WG 09.D.1 WG 09.D.2 WG 11 Název Měření energie / Energy Measurement Možnosti komunikace mezi zařízeními vztahujícími se k bezpečnosti a MMI / Communication means between safety equipment and Man Machine Interface (MMI) Požadavky související s únikovou kapacitou v případě požáru v dlouhém tunelu / Requirements related to the running capacity in case of fire in a long tunnel Obecné požadavky a speciální požadavky na bezpečnostní systémy pro vozidla, zabezpečovací a pevná zařízení / Common requirements and specialist requirements for safety systems for rolling stock, signalling and fixed installations Systém managementu bezpečnosti ve spolupráci s CEN/TC256 / Safety management system in cooperation CEN/TC256 Příručka pro EN část 2: Zajištění bezpečnosti / Guide for EN Part 2: Safety assurance Kompatibilita mezi vozidlem a systémy pro detekci vlaků Část 2 Kompatibilita s kolejovými obvody (TS ), Část 3 Kompatibilita s počítači náprav (TS ) / Compatibility between rolling stock and train detection systems Part 2 Compatibility with track circuits (TS ) Part 3 Compatibility with axle counters (TS ) Charakteristiky traťových systémů pro detekci vlaků / Characteristics of trackside train detection systems Funkční aspekty rozhraní strojvedoucí vozidlo / Functional aspects of Driver Machine Interface ERTMS - Definice objektů na trati kromě palubního zařízení / ERTMS - Definition of trackside objects in addition to cab-signalling Údržba normy EN Software pro drážní řídicí a ochranné systémy / Maintenance of EN Software for railway control and protection systems 9

11 Komise / Subkomise Pracovní skupina SC9XA WG 12 SC9XB WG 05 WG 08 WG 13 WG 14 WG 15 x WG 16 WG 18 WG 19 WG 20 WG 21 WG 22 WG 23 WG 24 WG 25 Název Údržba norem EN a EN bezpečnost ve vztahu ke komunikaci v přenosových systémech / Maintenance of EN and EN safety related communication in transmission systems Zkoušení kolejových vozidel / Testing of rolling stock Pravidla pro instalaci kabeláže / Rules for installation of cabling Železniční kolejová vozidla a materiály obecně pren ( Drážní zařízení Kolejová vozidla Elektrické konektory, požadavky a zkušební metody) / Railway rolling stock and material in general - pren ( Railway applications - Rolling stock - Electrical connectors, requirements and test methods ) Dorozumívání mezi vozidly a vlakem a traťovým zařízením / Intercommunication between vehicles and train/wayside Trolejbusy / Trolleybuses Sběrače: Charakteristiky a zkoušky / Pantographs: Characteristics and tests Charakteristiky třífázového vlakového napětí / Three phase train line voltage characteristics Externí (vnější) napájecí systém pro železniční vozidla / Shore (external) supply system for rail vehicles Baterie pro železniční vozidla / Batteries for rail vehicles Systémy palubních pomocných měničů energie / Onboard auxiliary power converter systems Obecná systémová architektura pro napájení palubních elektrických systémů / Generic system architecture for onboard electric supply systems Vysokonapěťové průchodky pro trakční transformátory /HV-bushings for traction transformers Izolační kapalinové čerpadlo pro trakční transformátory a tlumivky / Insulating liquid pump for traction transformers and reactors Vodní čerpadlo pro trakční měniče / Water pump for traction converters 10

12 Komise / Subkomise SC9XB SC9XC Pracovní skupina WG 26 WG 27 WG 01 WG 07 WG 09 WG 10 WG 11 WG 13 Název Relé pro transformátory a tlumivky buzené (ovládané) plynem a kapalinou (Buchholzovo relé) / Gas and liquid actuated relay for traction transformers and reactors (Buchholz relay) Podmínky pro životní prostředí / Environmental conditions Drážní zařízení, Pevná zařízení Elektrická bezpečnost, uzemnění a vodivé propojení / Railway Applications Fixed installations Electrical safety, earthing and bonding Drážní zařízení Systémy pro odběr proudu - Požadavky na měření dynamické interakce mezi sběračem a trolejovým vedením a ověřování těchto měření / Railway applications Current collection systems Requirements for and validation of measurements of the dynamic interaction between pantograph and overhead contact line Technická kriteria pro interakci mezi sběračem a trolejovým vedením (pro dosažení volného přístupu) pren proudová kritéria pro volný přístup / Technical criteria for the interaction between pantograph and overhead contact line(to achieve free access) pren Current Collection Criteria for Free Access Drážní zařízení Pevná zařízení Trakční transformátory, Dodatek k normě EN 50329:2003 / Railway applications Fixed installations Traction transformers, Amendment to EN 50329:2003 Drážní zařízení - Napájení a kolejová vozidla - Technická kritéria pro koordinaci mezi napájecími systémy a kolejovými vozidly pro dosažení interoperability / Railway applications, Power supply and rolling stock, Technical criteria for the coordination between the power supply systems (substations) and rolling stock to achieve interoperability Drážní zařízení - Pevná zařízení, Elektrická trolejová vedení / Railway applications - Fixed installations, Electric traction overhead contact lines 11

13 Komise / Subkomise SC9XC Pracovní skupina WG 14 WG 16 SG 17 SG 18 SG 19 JWG SC 9XC/TC 210 Název Drážní zařízení Pevná zařízení, Bezpečné vzdálenosti pro práci v blízkosti zařízení trolejového vedení / Railway applications Fixed installations, Electric traction safety measures for personal working near overhead line equipment Drážní zařízení - Pevná zařízení - Spínače DC - Část 5: Spínače přepěťové a podpěťové ochrany a omezovače nízkého napětí pro zvláštní použití v sítích DC; revize EN 50123:2003 / Railway applications Fixed installations, Electric traction D.C. switchgear Part 5: Surge arresters and low voltage limiters for specific use in D.C. systems; To revise EN 50123:2003 Drážní zařízení, Pevná zařízení Elektrická trakce Elektrická bezpečnost stacionárních zařízení / Railway applications, Fixed installations Electric traction Electrical safety of fixed installations Technická revize norem EN :2007 a EN :2007 / Technical revision of EN :2007 AND EN :2007 Drážní zařízení Pevná zařízení - Požadavky a zkušební metody pro segmentovací zařízení z pohledu interoperabilního prvku / Railway applications Fixed installations Requirements and testing methods for sectioning device in the view of interoperability constituent Účinky elektromagnetické interference na potrubí způsobené vysokonapěťovými A.C. drážními systémy a systémy napájení pr EN / Effects of electromagnetic interference cause by AC railway line and power lines on pipelines admissible values and protection measures pr EN x spící WG nebo JWG (Joint Working Group společná pracovní skupina) Tab. 2 Organizační členění CENELEC TC 9X 12

14 2.6 IEC Technická komise 9 IEC - Technická komise 9, která má mezinárodní charakter a CENELEC Technická komise 9X, která má jen evropskou působnost, spolu spolupracují a často vzájemně přejímají svoje normy. Přehled pracovních skupin podle internetových stránek IEC z je uveden v následující Tabulce 3. Význam použitých zkratek: WG Working Group pracovní skupina PT Project Team projektový tým MT Maintenance Team udržovací tým AG Advisory Group poradní skupina WG / PT /MT / AG WG 40 WG 43 WG 44 WG 45 WG 46 Název Management městské drážní dopravy a zabezpečovací systémy / Urban Guided Transport Management and Command/Control Systems Vlaková komunikační síť (TCN) / Train communication network (TCN) Podmínky prostředí pro zařízení / Environmental conditions for equipment Automatizovaná městská drážní doprava / Automated urban guided transport Multimediální palubní systémy pro železnici / Onboard multimedia systems for railways WG 47 Zařízení kolejových vozidel Kondenzátory pro výkonovou elektroniku Část 2: Hliníkové elektrolytické kondenzátory s kapalným elektrolytem a dvouvrstvé kondenzátory / Rolling stock equipment - Capacitors for power electronics - Part 2: Aluminium electrolytic capacitors with non solid electrolyte and electric double layer capacitors WG 48 ODIS Palubní řídící informační systém / ODIS - On board Driving Information System PT Systémy pro odběr proudu Technická kriteria pro interakci mezi sběračem a trolejovým vedením (pro dosažení volného přístupu) / Current collection systems - Technical criteria for the interaction between pantograph and overhead line (to achieve free access) PT Koordinace izolace / Insulation Coordination PT Systémy pro odběr proudu Sběrače Zkušební metody pro uhlíkové lišty / Current collection systems - Pantographs - Testing methods for carbon contact strips 13

15 WG / PT /MT / AG PT PT PT MT 30 Název Elektrická trakce Lineární indukční motory s krátkým statorem napájené z výkonových měničů / Electric traction - Electrical machines for rail and road vehicles - Short primary type linear induction motors fed by power converters Postupy pro měření úrovní magnetického pole vytvářeného elektronickými a elektrickými zařízeními v drážním prostředí z hlediska vlivu na člověka / Measurement procedures of magnetic field levels generated by electronic and electrical apparatus in the railway environment with respect to human exposure Pevná zařízení Elektrická trakce Speciální požadavky na kompozitní izolátory / Fixed installations - Electric traction - Special requirements for composite insulators Revize projektu 60349: Elektrická železniční zařízení -Točivé elektrické stroje pro kolejová a silniční vozidla / Revision of project 60349: Electric railway equipment - Rotating electrical machines for rail and road vehicles MT 31 Údržba normy IEC / Maintenance of IEC MT 32 Údržba normy IEC / Maintenance of IEC MT Mezinárodní elektrotechnický slovník / International Electrotechnical Vocabulary MT Trakční transformátory a tlumivky v drážních vozidlech / Traction transformers and inductors on board rolling stock MT MT MT Elektronická zařízení používaná v železničních vozidlech / Electronic equipment used on rail vehicles Zařízení kolejových vozidel - Rázové a vibrační zkoušky / Rolling stock equipment - Shock and vibration tests Kolejová vozidla - Kombinované zkoušení motorů na střídavý proud a jejich kontrolní systém / Rolling stock - Combined testing of alternating current motors and their control system MT Zařízení kolejových vozidel kondenzátory pro výkonovou elektroniku / Rolling stock equipment - Capacitors for power electronics MT MT AG 49 Pevná zařízení / Fixed installations Elektromagnetická kompatibilita / Electromagnetic Compatibility Poradní skupina předsedy / Chairman s Advisory Group Tab. 3 Organizační členění IEC TC9 14

16 3. Závěr Modernizace železniční infrastruktury i kolejových vozidel v ČR, zvyšující se technická úroveň výrobků a zavádění nových výrobků a technologií spolu s nezbytností aplikace interoperability představují jak historickou změnu v železničním systému s cílem zlepšit služby zákazníkům, tak i nemalé investiční prostředky. Pro efektivní realizaci investic a v řadě případů získání certifikátu pro výrobky je nezbytná nejen znalost již vydaných evropských norem, ale i včasná znalost jejich návrhů již v procesu přípravy a schvalování. Proto by se, především průmyslové podniky v ČR, měly do těchto procesů aktivně zapojovat. Základní adresy internetových stránek k technické normalizaci pro železniční (drážní) systém: ÚNMZ ISO CEN CENELEC IEC ETSI UIC CTN ACRI Literatura: [1] Internetové stránky ÚNMZ, CEN, CENELEC, IEC a ACRI V Praze, listopad 2009 Lektoroval: Ing. Václav Voves ÚNMZ 15

17 Petr Varadinov 1 Pilotní projekt ETCS L2 v České republice Klíčová slova: Interoperabilita, ERTMS, ETCS, GSM-R, pilotní projekt 1. Úvod Pojem evropského řídicího systému vlakové dopravy ERTMS (European Rail Traffic Management System) je nejčastěji spojován se systémem evropského vlakového zabezpečovače ETCS (European Train Control System). ERTMS však zahrnuje více systémů, jejichž hlavním cílem je vytvořit podmínky pro zajištění technické interoperability v evropské železniční síti. Seznámení s těmito systémy, stavem jejich vývoje a záměry Správy železniční dopravní cesty, státní organizace, (dále jen SŽDC) v této oblasti je cílem tohoto příspěvku. Se sjednocováním Evropy, odstraňováním hranic mezi jednotlivými státy, se neustále zvyšují nároky na to, aby v celém evropském prostoru mohly všechny dopravní systémy být provozovány bez omezení a časových ztrát zejména při přechodech hranic. Na železnici je tato situace o to složitější, že jednotlivé národní systémy mají poměrně značné odlišnosti např. návěstní systém, vlaková zabezpečovací zařízení, ale také rozdílné provozní předpisy. To je zdrojem potíží při zajišťování železniční dopravy přes hranice jednotlivých států. Představuje to časově a organizačně náročná opatření na hranicích států souvisejících se střídáním personálu, výměnou hnacích vozidel atd. První snahy o odstranění těchto potíží vedly k vybavování hnacích vozidel více systémy národních vlakových zabezpečovacích zařízení. To však naráží na značné technické komplikace a prakticky je velmi obtížné instalovat na hnacím vozidle více než tři národní systémy. Přitom v Evropě je provozováno přes 20 těchto systémů. Sjednocení národních systémů je z ekonomických, kapacitních a časových důvodů prakticky nemožné. V roce 1991 byl z popudu Mezinárodní železniční unie (UIC) zahájen projekt jednotného evropského vlakového zabezpečovače ETCS, který sledoval zajištění interoperability v oblasti zabezpečovací techniky formou zastřešujícího systému, schopného komunikovat s národními zabezpečovacími systémy a jednotným způsobem vyjadřovat podmínky pro jízdu vlaku strojvedoucímu. K projektu se kromě železničních správ připojilo i sdružení evropských výrobců zabezpečovací techniky EUROSIG. Pro závažnost tohoto projektu ve vztahu k cílům, které sleduje Evropská unie, byl tento projekt Unií převzat a stal se částí projektu ERTMS European Rail Traffic Management System. 1 Ing. Petr Varadinov, nar Absolvent VUT Brno, FE obor slaboproudá elektrotechnika V r ukončil na VŠDS Žilina postgraduální studium v oblasti sdělovací a zabezpečovací technika na železnici, v r.1996 pak postgraduální studium na ČVUT Praha v oblasti železniční zabezpečovací technika. V roce 2002 absolvoval Prague International Business Schoul, kde obhájil MBA. Do roku 2005 u Českých drah, nyní u SŽDC, zde je činný v oblasti zavádění ERTMS. 1

18 ERTMS představuje projekt s větším rozsahem, který pokrývá následující oblasti: komunikace projekt EIRENE European Integrated Railway radio Enhanced NEtwork - v jehož rámci byly vytvořeny funkční a systémové specifikace, které umožnily realizaci systému GSM-R Global System for Mobile communications Railway (Globální systém pro mobilní komunikaci železnice) zabezpečení projekt ETCS - European Train Control System evropský vlakový zabezpečovací systém řízení ETML European Traffic Management Layer část systému ERTMS, která řeší řízení provozu na evropských koridorech z nadnárodního hlediska projekt OPTIRAILS by měl být takovým přínosem pro řízení provozu, jakým je ETCS přínosem pro oblast řízení a zabezpečení, a chce sehrát svou úlohu při zvyšování kvality poskytovaných služeb. V současné době jsou výsledky tohoto projektu využívány v systému Rail Net Europe (RNE). provozu nové systémy komunikace, zabezpečení a řízení jízd vlaku vyžadují i odpovídající jednotné provozní předpisy projekt EOR European Operational Rules (evropské provozní předpisy). V současnosti se výsledky tohoto projektu uplatňují při tvorbě TSI Provoz, které budou tuto oblast zastřešovat. ETCS Systém evropského vlakového zabezpečovacího zařízení zajišťuje technickou interoperabilitu - vlaky jsou schopné bezpečné jízdy na základě informací, přijímaných od staničních, traťových a přejezdových zabezpečovacích zařízení. Technická interoperabilita je předpokladem pro interoperabilitu obecnou, při které je řízení vlaku založeno na ucelené informaci, zobrazované v kabině strojvedoucího v souladu s obecně platnými pravidly definovanými pro evropskou železniční síť. Základní principy funkce ETCS lze stručně vyjádřit takto: pohyb vlaku je možný jen při platném oprávnění k jízdě s vymezeným koncem cesty a obvykle též časovým limitem k jeho dosažení bezpečná kontrola rychlosti vlaku stanovená na základě: - vzdálenosti ke konci jízdní cesty - rychlostních omezení v jízdní cestě - sklonových poměrů - charakteristik vlaku (délka, brzdění, ) 2

19 Architektura systému ETCS je znázorněna na následujícím obrázku: Vlak Strojvedoucí Záznam. jedn. JRU FIS FIS FFFIS TIU MMI ETCS JRU palubní část STM FFFIS Jádro systému Odometr BTM LTM EURORADIO FIS FFFIS FFFIS FFFIS GSM mobilní část GSM fixní část FIS FIS Národní systém EUROBALISE EUROLOOP EURO- RADIO Radio infill EURORADIO (FFFIS) (FFFIS) Stavědla a LEU (FIS) FIS RBC 1 RBC 2 FIS FIS Řízení kryptografických klíčů Dálkové ovládání ETCS traťová část Význam zkratek FFIS Form Fit Functional Interface Specification rozšířená funkční specifikace FIS Functional Interface Specification funkční specifikace rozhraní TIU Train Interface Unit jednotka vlakového rozhraní MMI Man-Machine Interface rozhraní pro styk s obsluhou JRU Juridical Recording Unit záznamová jednotka BTM Balise Transmission Modul modul pro komunikaci s balízou LTM Loop Transmission Modul modul pro komunikaci se smyčkou EURORADIO rozhraní mezi systémem GSM-R a ETCS STM Specific Transmission Modul specifický přenosový modul RBC Radio Block Centre radiobloková centrála Radio-infill doplňkové informace přenášené rádiem LEU Lineside Elektronic Unit traťová elektronická jednotka pro přepínatelnou balízu 3

20 Aplikační úrovně ETCS Systém má tři aplikační úrovně, které lze charakterizovat takto: Úroveň 1: Traťové funkce: Určení povolení k jízdě v souladu s údaji od zabezpečovacích zařízení (stavědla, ) Přenos povolení k jízdě a popisu tratě na vlak Palubní funkce: Příjem povolení k jízdě a popisu tratě vztažený k příslušné balíze Výpočet dynamického rychlostního profilu Porovnání aktuální rychlosti vlaku s povolenou rychlostí a příp. aplikace brzd Palubní signalizace pro strojvedoucího Aplikační úroveň 1 Dostal jsem nové oprávnění minout návěstidlo. Mohu tedy zvyšovat rychlost. vlakové zařízení Balíza 4

21 Úroveň 2: Traťové funkce: Registrace každého vlaku vybaveného ETCS v radioblokové centrále - RBC Sledování polohy každého ETCS vlaku v RBC Určení povolení k jízdě v souladu s údaji od zabezpečovacího zařízení (stavědla, ) individuálně pro každý vlak Přenos povolení k jízdě na každý vlak individuálně Palubní funkce: Vlak vysílá svou polohu vztaženou k balíze do RBC Výpočet dynamického rychlostního profilu Porovnání aktuální rychlosti vlaku s povolenou rychlostí a příp. aplikace brzd Palubní signalizace pro strojvedoucího Aplikační úroveň 2 RBC vlakové zařízení Moje oprávnění k jízdě a popis jízdní cesty přicházejí plně prostřednictvím rádia, proto je situace, zobrazená displejem v mé kabině, vždy aktuální a není potřeba žádných optických návěstidel. Balíza 5

22 Úroveň 3: Traťové funkce: Registrace každého vlaku vybaveného ETCS v RBC Sledování polohy každého ETCS vlaku v RBC Závěr jízdní cesty a jeho rušení v závislosti na informacích od vlaků Určení povolení k jízdě v souladu s údaji od zabezpečovacího zařízení (stavědla, ) individuálně pro každý vlak Přenos povolení k jízdě na každý vlak individuálně Palubní funkce: Vlak vysílá svou polohu vztaženou k balíze do RBC Vlak dohlíží svou celistvost a vysílá ji do RBC Výpočet dynamického rychlostního profilu Porovnání aktuální rychlosti vlaku s povolenou rychlostí a příp. aplikace brzd Palubní signalizace pro strojvedoucího Aplikační úroveň 3 Stavědlo a ústředna radiobloku Celistvost vlakové zařízení Kontrola celistvosti mého vlaku je prováděna ve vlaku samotném, proto nejsou vyžadovány kolejové obvody a já mohu jet v pohyblivém traťovém oddíle. Balíza 6

23 Obdobně jako tyto tři aplikační úrovně lze vyjádřit případy: Úroveň 0 - trať není vybavena traťovou částí ETCS ani národním systémem: Traťové funkce: Nejsou Palubní funkce: Kontrola maximální rychlosti vlaku Kontrola mezní povolené rychlosti pro tuto úroveň Čtení balíz pro detekci přechodu do jiné úrovně a speciálních příkazů; ostatní zprávy jsou ignorovány Úroveň STM - trať je vybavena národním systémem a palubní část ETCS je vybavena STM (Specific Transmission Modul), který je schopen komunikovat s národní traťovou částí, pak je možné získané informace zpracovat a zobrazovat pomocí palubní části ETCS: Traťové funkce: Nejsou, využívá se národního systému vlakového zabezpečovače Palubní funkce: Závisí na národním systému a implementaci STM Čtení balíz pro detekci přechodu do jiné úrovně a speciálních povelů; ostatní zprávy jsou ignorovány Řízení činnosti STM Palubní signalizace pro strojvedoucího v závislosti na národním systému V případě, kdy lze vlaku zajistit aktualizovanou informaci o povolení k jízdě i v době jízdy k hranici prostorového oddílu (návěstidlu), kam až má uděleno povolení k jízdě, je možno zajistit provoz i bez proměnných návěstidel na trati. V úrovni 1 se toho dosahuje tzv. in-fill neboli doplňkovou funkcí, která se realizuje pomocí dalších přepínatelných balíz nebo smyček umístěných před hranicí prostorového oddílu na takovou vzdálenost, aby vlak přijal aktualizované povolení k jízdě bez nutnosti zpomalovat. V úrovní 2 je, díky rádiovému přenosu povolení k jízdě z RBC na vlak, tato podmínka splněna automaticky. V úrovni 3 pak vlak sám zajišťuje kontrolu své integrity (celistvosti) a protože RBC zná polohu všech vlaků ve svém obvodu, může vždy rozhodnout o volnosti daného úseku cesty bez použití infrastrukturních prostředku pro zjišťování volnosti kolejových úseků. To jsou předpoklady pro nevídané možnosti při vybavování nových tratí, kdy správnou volbou vybavenosti systému ETCS lze ušetřit mnoho z infrastrukturních zařízení. V současnosti jsou v provozu nebo před dokončením pilotní projekty ETCS v deseti zemích Švýcarsko, Rakousko, Maďarsko, Bulharsko, Francie, Německo, Velká Britanie, Itálie, Nizozemí a Španělsko. Jedná se většinou o pilotní projekty pro implementaci ETCS úrovně 1 a 2 do národních podmínek. Ve Švýcarsku byl zahájen komerční provoz na trati Mattstetten Rothrist a v Lötschberském tunelu s ETCS úrovně 2. V České republice je v současné době realizován pilotní projekt ETCS úrovně 2 na úseku Poříčany Kolín. 7

24 2. Pilotní projekty ERTMS v České republice Pilotní projekt GSM-R v ČR Realizace pilotního projektu GSM-R na trati Děčín Praha Kolín, jako úseku IV. evropského koridoru na území ČR, navazující na tratě DBAG, jejichž vybavení tímto systémem proběhlo kolem roku 2004, byla zahájena uzavřením kontraktu s firmou KAPSCH TELECOM spol. s r.o. Kontrakt byl uzavřen v květnu 2004, stavba byla bezprostředně poté zahájena a ukončena byla v červnu Ve vazbě na GVD 2005/6 byl realizovaný systém GSM-R uveden do ověřovacího provozu. Vlastní výběr vhodné lokality a rozsahu pilotního projektu GSM-R nebyl náhodný, zvolený úsek na 1. NTŽK (národním tranzitním železničním koridoru) byl vybrán jako nejvhodnější prostředí pro možnost komplexního ověření jednotlivých systémových vlastností, funkcí a služeb, a to ať už v rámci vlastního pilotního projektu nebo v návazných aplikacích: Z hlediska interoperability zvolený úsek poskytuje možnost ověření přechodnosti a problematiky napojení na síť GSM-R sousední železniční správy, v tomto případě DBAG. Zvolený úsek pokrývá rádiovým signálem GSM-R prostor pilotního projektu ETCS (Poříčany Kolín) a Železniční zkušební okruh Velim Výzkumného Ústavu Železničního, a. s. (dále jen VUZ), čímž umožňuje praktické odzkoušení a ověření druhé úrovně návazné komponenty projektu ERTMS systému ETCS v těchto lokalitách. Úsek obsahuje i významný železniční uzel Praha a trať ve členitém terénu. Infrastrukturní část pilotního projektu GSM-R sestává z technologie ústředny a dohledového pracoviště, kontroléru základnových radiostanic, přenosové technologie včetně příslušných kabelových tras a základnových radiostanic v počtu 37 ks umístěných v linii trati. Mobilní částí systému GSM-R bylo v rámci pilotního projektu vybaveno celkem 10 železničních kolejových vozidel 9 vozidlových řad (471/971, 451, 362, 363, 163, 162, 150, 124) 10 vozidlovými radiostanicemi a pořízeno celkem 100 ks přenosných radiostanic, z toho 80 ks v provedení pro všeobecné použití a 20 ks v provedení s vyšší mechanickou a klimatickou odolností pro provozní použití. Návazně na realizaci pilotního projektu GSM-R pokračuje vybavování národních železničních koridorů i postupné vybavování vozidel dopravců tímto systémem. V současné době je dokončeno vybavení 1.NTŽK, ve fázi realizace je tento systém na 2.NTŽK a jsou připravovány stavby na dalších tratích vybrané sítě. Tak jsou vytvořeny podmínky pro nasazení systému ETCS druhé úrovně na těchto tratích. Pilotní projekt ETCS úroveň 2 v České republice Na základě studií zpracovaných VUZ, v letech 2000 až 2001 pro účely specifikace pilotního projektu pro implementaci systému ERTMS/ETCS do podmínek železnice v ČR, bylo rozhodnuto použít pro vybavení národních železničních koridorů, tedy nejexponovanějších tratí konvenčního železničního systému na území ČR, systému ETCS úrovně 2. Takto byl zadán a zahájen i Pilotní projekt ETCS v úseku Poříčany Kolín. 8

25 Současně bude zachován provoz národního systému vlakového zabezpečovače (ATP) typu LS, který umožní zajistit provoz v migračním období. Traťová část národního systému ATP LS je integrální součástí existujících staničních traťových a zabezpečovacích zařízení. Systém ETCS úrovně 2 byl zvolen především z následujících důvodů: modernizace infrastruktury národních koridorů proběhla nebo bude probíhat v předstihu před stavbami systému ETCS; v rámci modernizace jsou budována elektronická zabezpečovací zařízení, nebo dříve zabezpečovací zařízení s elektronickou řídicí úrovní, která umožňují spolupráci s RBC systému ETCS; jsou využívány traťové zabezpečovací systémy, jejichž technologické celky jsou centralizovány do přilehlých stanic; informace od přejezdových zabezpečovacích zařízení na trati jsou staženy do stanic; systém ERTMS/GSM-R, který je pro funkci ETCS úrovně 2 nezbytný, je budován v předstihu před stavbami systému ETCS a v parametrech požadovaných specifikacemi EIRENE pro provoz systému ETCS úrovně 2; systém úrovně 2 je systémem s kontinuálním přenosem dat prostřednictvím GSM-R, který je schopen průběžné aktualizace dat přenášených mezi tratí a vlakem, což je v podmínkách smíšeného provozu a vlaků provozovaných různými rychlostmi velmi důležité, aby nedocházelo k omezování kapacity tratě; systém úrovně 2 dovoluje zavádět dočasná omezení provozu (pomalé jízdy apod.) obsluhou z MMI RBC; systém úrovně 2 přináší širší možnosti pro optimalizaci řízení provozu; systém úrovně 2 využívá nepřepínatelných balíz, což výrazně snižuje nároky na zajištění spojovacích cest pro jednotlivé komponenty systému; z hlediska možnosti dalšího rozvoje je systém úrovně 2 ve srovnání se systémem úrovně 1 výrazně otevřenější, neboť využívá i přenosu informací z vlaku na trať, tzn., že aktuální údaje o skutečné jízdě vlaku jsou dostupné v RBC a využitelné pro optimální řízení provozu. Naproti tomu v případě ETCS úrovně 1: pro zajištění přenosu přijatelného objemu informací pro řízení jízdy vlaku je nezbytné zajistit spojovací cesty mezi přepínatelnými balízami, jejich ovládacími jednotkami (LEU) a zabezpečovacím zařízením. Je-li zabezpečovací zařízení centralizováno do přilehlých stanic, pak to představuje nutnost pokládky nových kabelů v mezistaničních úsecích, to by vedlo v mnoha případech k znehodnocení některých prací provedených v rámci modernizace a ztráty záruky na ně; v podmínkách smíšeného provozu je pro udržení plynulosti provozu nezbytná včasná aktualizace povolení k jízdě, což vyžaduje realizaci infill funkce, kromě dalších nároků na spojovací cesty patří tato zařízení (smyčky - kabely uložené na patě kolejnice) k nejzranitelnějším a vandalizmem nejčastěji poškozovaným zařízením na dopravní cestě; při použití úrovně 1 bez infill funkce by došlo ke snížení propustnosti tratě oproti současnému stavu systém úrovně 1 neumožňuje jednoduše (pouze obsluhou zařízení) zavádět přechodná omezení provozu např. pomalé jízdy; 9

26 systém úrovně 1 je jistě vynikajícím interoperabilním vlakovým zabezpečovačem (ATP), ale z pohledu možnosti dalšího rozvoje je výrazně uzavřenějším systémem ve srovnání se systémem úrovně 2, neboť údaje o skutečné jízdě vlaku nejsou centralizovány (neexistuje přenos z vlaku na trať). Toto srovnání vede jednoznačně k potvrzení správnosti rozhodnutí budovat na národních koridorech ČR systém ETCS úrovně 2 (ETCS L2) přesto, že to vyžaduje vyšší náklady ve srovnání s úrovní 1. Specifikace Pilotního projektu ETCS L2 Poříčany Kolín Pilotní projekt ETCS L2 je realizován s využitím finanční podpory z fondu ES (ISPA) ve výši 75% nákladů, 25% je hrazeno z prostředků SFDI (Státní fond dopravní infrastruktury). Vítězem mezinárodního tendru na zhotovitele se stalo konsorcium firem Anslado Segnalemento Ferroviario (dnes Ansaldo STS Italy) a CSEE Transport (dnes Ansaldo STS France), se kterým byla koncem roku 2004 zahájena předkontraktační jednání a v dubnu 2005 podepsána smlouva na realizaci pilotního projektu. Hlavním subdodavatelem je AŽD Praha, s.r.o. Po vyjasnění všech formálních náležitostí mezi zadavatelem a zhotovitelem byla stavba zahájena k Pro koordinaci a pro zajišťování činností spojených s přípravou, realizací a provozem ETCS v podmínkách železnice České republiky byl v 02/2005 jako společný koordinační orgán SŽDC a Českých drah (dále jen ČD) ustaven Realizační tým ETCS. Úsek pilotního projektu ETCS je v rámci pilotního projektu GSM-R pokryt signálem GSM-R v kvalitě pro tratě vybavené ETCS úrovně 2 a 3 pro rychlost do 220 km/h. V blízkosti úseku pilotního projektu ETCS se nachází Železniční zkušební okruh Velim (dále ŽZO), kde je možno provést část testů implementovaného systému bez ovlivnění pravidelného železničního provozu na trati pilotního projektu. Pilotní projekt je realizován v systémových specifikacích SRS verze Poslední platnou verzi specifikací 2.3.0d, požadovanou v souladu s poslední platnou verzí Technických specifikací pro interoperabilitu (TSI) pro řízení a zabezpečení pro evropské ETCS koridory, se již z časových důvodů nepodařilo implementovat, odchylky jsou však minimální. Traťovou část tvoří jedna rádiobloková ústředna (RBC) připojená k staničním, traťovým a přejezdovým zabezpečovacím zařízením trati pilotního projektu, která zajišťuje přenos dat na vlak prostřednictvím GSM-R. Dále jsou součástí traťové části nepřepínatelné balízy. Palubní částí ETCS jsou vybaveny dvě lokomotivy a jedna jednotka řady 471/971, součástí palubních částí je i národní specifický modul (STM Specific Transition Module) pro národní vlakové zabezpečovací zařízení typu LS. V současné době se pilotní projekt nachází ve fázi testování a jsou zahájeny práce na schvalovacích procedurách. Zahájení ověřovacího provozu se předpokládá v roce

27 Jiříkov Černousy Mikulášovice Pansky Rumburk Krásná Lípa Varnsdorf Dol.Žleb Rybniště Hrádek n.n. Raspenava Č.Kamenice Jedlová Moldava v Kr.h. Bílý Potok p. S. Dubí Šenov Benešov Louka u Litvínova Harrachov Litvínov Vejprty Duchcov Tanvald Potůčky Most Úštěk hor.n. Mimoň st.nádraží Rokytnice n.jiz. Bilina Jirkov Obrnice Lovosice Žel. Žacléř Hranice v Č. Kraslice Otvice Vrchlabí Královec Čížkovice Brod Turnov Luby Kadaň Svoboda n. Ú. Meziměstí u Chebu Merklin Kunčice Bakov Libochovice St.Paka Plesná N.Role Vilémov Žatec Louny Chodov Aš Libuň N.Sedlo Dalovice Sokolov Kadaňský Mladá Dol.Bousov Otovice Seníky Karlovy Rohozec Straškov Boleslav Vraňany Vary Kaštice Jičín Frant.Lázně Bochov Zlonice Velvary Lužec Starkoč Ostroměř Krásný Jez Všetaty Krupá Kopidlno Václavice Lužná Podlešín Křinec Hněvčeves Jaroměř Javorník ve Sl. Kolešovice Milovice Protivec Vidnava Blatno Lysá n.l. Nymburk Smiřice Dobruška Velká Kraš u Jesenice Opočno Čelákovice Mar. Lázně Hostivice P. Holešovice Mochov Vel. Mikulovice P. Běchovice Osek Solnice Bezdružice Poříčany Mladotice Nučice Jindř.ve Sl. Pečky Osoblaha Planá Chlumec Rokytnice v O.h. u Mar.L. Rudná u Prahy Kolín Zlaté Tachov Beroun Lipová Záboří n. L. St. Město p. S. Hory Lázně Radnice Zdice Kouřim Bošice Přelouč Třemešná ve Sl. Pňovany Stupno Lichkov Vrané Kouty Vrbno Svojšín Zadní Třebáň n. Vlt. n.des. p.prad. Kutná Hora Moravany Bečváry Dolní Bor Chrást Heřman. Ch. město Choceň Lipka Lochovice Heřmanova Městec Krnov Chrudim Huť Sobotím Nýřany Rokycany Čerčany Čáslav Dobříš Ústí Žleby Prachovice Petrov n.des. Benešov Ledečko n. Orl. Štíty M.Morávka Milotice Třemošnice Lanškroun u Prahy Bruntál Chuchelná Nezvěstice Bludov Rudoltice Svob.Heřmanice Rýmařov Kravaře Zruč Valšov Rožmitál Poběžovice Staňkov Sedlčany Zábřeh Olbramovice Hlučín Trhový Světlá Březnice Štěpánov n. Sáz. Svitavy Domažlice Nepomuk Budišov n.budiš. Havlovice Karviná město O.Svinov Mladeč Kunčice Chromice Bílovec Blatná Česká Kubice Humpolec Litovel předměstí Fulnek Žďár n.sáz. Janovice n. Ú. Studénka Č.Těšín Senice Tábor na Hané Horažďovice Dobronín Frýdek Polná Místek Obrataň Písek Bechyně Kostelec Nový u Jihl. Jičín Frýdlant n. O. Skalice Kostelec Veřovice Putim na Hané Dluhonice Ražice Horní Křižanov n.s. Protivín Drahotuše Železná Ruda Cerekev Hodslavice Ostravice Týn n.vlt. Tovačov Tišnov Mosty Veselí n.l. Rožnov p.radh. u Jablunkova Číčenice Nezamyslice Dívčice Okříšky Jindř.Hr. Studenec Vel. Karlovice Kroměříž Hulín Vsetín Zborovice Střelice Holubice Morkovice Zlín střed Oslavany Vizovice Volary N. Bystřice Mor.Budějovice Nemotice Otrokovice Mor. dopravna JED Hor.Lideč Lúky p.m. ŽSR Jemnice Bránice Koryčany N. Údolí Slavonice Hrušovany Ždánice Židlochovice St. Město Luhačovice Rakšice Pohořelice Kunovice Vranovice Kyjov Mor. Bylnice Hustopeče u B. Písek Čejč Veselí Újezdec Vlárský Průsmyk Č.Velenice Šakvice n.mor. Hrušovany Rohatec Lipno n.vlt. n.jev. Zaječí Mutěnice Rybník Hodonín Šatov Lednice Sudoměřice H.Dvořiště Hevlín Vrbovce Boří Les Vědeckotechnický sborník ČD č. 28/2009 Poloha pilotních projektů GSM-R a ETCS na 1.národním tranzitním koridoru (trans-evropský koridor IV tj. 1. NTŽK, nebo také Evropský ETCS koridor E ) je patrná z následujícího obrázku. DEUTSCHLAND Cheb Bečov n.teplou Tršnice DEUTSCHLAND Plzeň Chomutov Postoloprsty Děčín Ústí n. L. * k bylo vybaveno GSM-R 33 vozidel ÖSTERREICH Rakovník Teplice Louny před. Roudnice Praha České Budějovice 16 pro přeshraniční provoz na síť DBAG 7 EMJ ř vozidel v pilotním projektu Kralupy M.Labe Mělník Neratovice Frýdlant v Č. Smržovka Josefův Důl Martinice Hradec Králové Havlíčkův Brod Pardubice Týniště n.o. Corridor X Č.Třebová Teplice n.met. Letohrad Hanušovice Brno Pilotní projekt GSM-R (201 km) Pilotní projekt ETCS L2 (22 km) Prostějov Červenka Břeclav POLSKA Kojetín Olomouc Přerov Ostrava Bohumín Dětmarovice Petrovice u Karv. SLOVENSKO 3. Strategie rozvoje ERTMS v České republice v letech Pro naplnění směrnic Evropských společenství o interoperabilitě evropského železničního systému realizovala Evropská komise (EK) řadu významných kroků podporujících aplikaci interoperability především v oblasti zabezpečovacího zařízení, kde nezbytnou podmínku interoperability představuje systém ERTMS: Návrh Memoranda pro EK, ve kterém jsou vyjádřeny priority investování na trans-evropské železniční síti včetně předpokládaného příspěvku EU ve výši 140 miliard EUR pro plánovací období Jednou z uvedených priorit je horizontální projekt Železniční koridory a rozvoj řídicího systému ERTMS, ve kterém se předpokládá vybavení až km tratí evropských koridorů systémem ERTMS. Sdělení Komise Evropskému parlamentu a Radě o zavedení evropského sytému ERTMS/ETCS z , ve kterém informuje o potřebě rychlého a koordinovaného přechodu na nový systém. Jmenování pana Karla Vincka koordinátorem EK pro rozvoj ERTMS. Schválení TSI, jako přímo platného právního předpisu, který výslovně zakazuje další rozvoj stávajících národních zabezpečovacích a komunikačních systémů. Stanovení šesti evropských koridorů jako jádra sítě TEN pro přednostní vybavení systémy ERTMS/ETCS. Součástí evropského ETCS koridoru E je i náš 1. NTŽK. Postup rozvoje ETCS na tomto koridoru je mezinárodně koordinován v rámci projektu Corridor E Dresden Prague Bratislava / Vienna Budapest Bucharest Konstanta Zvláštní účet fondu TEN-T pro podporu rozvoje systému ETCS. 11

28 Česká republika využila možnosti spolufinancování projektů pro realizaci ETCS ze zvláštního účtu TEN-T. V první výzvě pro předkládání žádostí o spolufinancování projektů z tohoto fondu uspěla s žádostí o spolufinancování 1. etapy realizace ETCS na české části Evropského ETCS Koridoru E v úseku Břeclav státní hranice SK/A Kolín. V současné době probíhá příprava této stavby. V rámci druhé výzvy opět Česká republika podala žádost o spolufinancování druhé etapy realizace ETCS na české části Evropského ETCS Koridoru E v úseku Kolín Děčín státní hranice D. Očekává se vyhodnocení předložených žádostí Evropskou komisí. Vybavení celé české části ETCS Koridoru E (tj. 1. NTŽK) by mělo být dokončeno do konce roku Aplikace systému ERTMS se týká jak železniční infrastruktury, tak i dopravců a to jak v oblasti vybavení kolejových vozidel, tak i v oblasti informatiky a lidských zdrojů. Pouze v synergii celého systému se mohou zhodnotit vynaložené finanční prostředky a projeví se sledovaný cíl interoperabilní systém se zvýšenou mírou bezpečnosti připravený k zapojení do evropského železničního systému a mající předpoklady možného zvyšování kapacity sítě. I Evropská komise chce podporovat zejména projekty, které jsou zaměřeny jak na vybudování infrastruktury, tak současně i na potřebné vybavení vozidel. Na základě shora uvedených dokumentů, závěrů a doporučení realizovaných studií i dosavadních poznatků z realizace obou pilotních projektů, sledování vývoje oficiálních stanovisek Evropského společenství v oblasti podpory zavádění systému ERTMS a široké diskuse zasvěcených odborníků SŽDC, ČD a VUZ byly stanoveny následující záměry pro budování ERTMS v České republice, které byly a budou zahájeny v plánovacím období 2007 až Předpokládaná implementace ERTMS/GSM-R v období etapa realizace: 2. etapa realizace: 12

29 Předpokládaná implementace ERTMS/ETCS do roku etapa realizace: 2. etapa realizace: 4. Závěr Realizace projektu ERTMS v České republice bude přínosem zejména pro: zvýšení úrovně bezpečnosti železniční dopravy zvýšení rychlosti a propustnosti tratí efektivní řízení dopravy využití GSM-R pro další aplikace přístup našich vozidel na železniční síť sousedních zemí přístup cizích vozidel na železniční síť ČR zachování ekonomicky významné pozice železnice v tranzitní dopravě rozvoj českého železničního průmyslu s pozitivním dopadem na zaměstnanost splnění podmínek interoperability dle směrnic ES Strategie rozvoje projektu ERTMS v České republice vychází z dnes známých dokumentů a kalkulací především zahraničních partnerů a podkladů Evropské komise. S ohledem na skutečnost, že komponenty zejména ETCS nejsou dosud v plně sériové výrobě a předpokládá se pohyb nákladů spojených s pořízením základních komponentů, je nezbytná průběžná aktualizace této strategie. Navržený časový harmonogram je podmíněn: realizací pilotního projektu ETCS promítnutí schváleného implementačního plánu ERTMS pro Českou republiku do programových dokumentů Ministerstva dopravy dostupností investičních prostředků 13

30 Podle získaných zkušeností a na základě vývoje situace bude harmonogram aktualizován. 14

31 Literatura: 1. Etapové zprávy úkolu M aplikace evropského zabezpečovače ERTMS/ETCS v železniční síti ČD, VÚŽ, Praha prosinec 2000 a červen Strategie rozvoje projektu ERTMS v České republice v letech , SŽDC a ČD, Praha Březen Národní implementační plán ERTMS, schválený poradou MD ERTMS/ETCS Class 1. System Requirement Specification, subset 026, V 2.3.0, Rozhodnutí komise č. 2009/561/ES, kterým se mění rozhodnutí komise 2006/679/ES V Praze, listopad 2009 Lektoroval: Ing. Jiří Kaláč SŽDC 15

32 Václav Michajluk 1 Snížení nákladů na údržbu železniční dopravní cesty pevná jízdní dráha BBEST se symetrickou kolejnicí Klíčová slova: Balfour Beatty, BBEST, INNOTRACK, pevná jízdní dráha, náklady po dobu životnosti, železniční dopravní cesta Úvod: V roce 2006 započal projekt INNOTRACK Innovative Track Systems s plným názvem Development of cost-effective high performance track infrastructure for heavy and light rail systéme, 3letý projekt 6. rámcového programu EU, v jehož řešitelském konsorciu bylo 33 členů, představitelů evropských železničních organizací, univerzit, vědeckých pracovišť a průmyslu, předních evropských výrobců zařízení, materiálů a technologií pro železniční stavební infrastrukturu. Cílem projektu bylo nalezení takových technických řešení, která by ve výsledku mohla přinést celkové snížení nákladů na údržbu železniční dopravní cesty až o 30%. V současné době, kdy je projekt u konce, je zřejmé, že těchto cílů nelze dosáhnout pouze změnou zažitých postupů a větší mírou mechanizace, ale bude nutno přistoupit i k řešením s vyššími vstupními investicemi. Součásti projektu INNOTRACK byl i vývoj softwarových řešení, které nám umožní jednoduché a přesné porovnání současného přístupu a nově navrženého řešení v delším časovém horizontu. Jedním z takovýchto úspěšných řešení je i níže popsané řešení nové konstrukce železničního svršku společnosti Balfour Beatty Rail Technologies Ltd., Derby, UK, přední britské společnosti zabývající se údržbou železničních tratí, projekční a stavební činností. Tuto konstrukci pevné jízdní dráhy s označením BBEST Balfour Beatty Embedded Rail System navrhl pan Charles Penny ze společnosti Balfour Beatty, který také poskytl podklady pro tento příspěvek. Pan Charles Penny, Eur Ing., BSc., FICE, FIHT, MIGEM, MCMI projektant tunelů a mostů (např. části Eurotunel), jako hlavní inženýr pracoval na mnoha stavbách (Eurotunel, londýnské metro, významné infrastrukturní stavby po celé Anglii), vedoucí vývojového centra společnosti Balfour Beatty. Externě přednáší na univerzitách v Anglii, zástupce společnosti Balfour Beatty v projektu INNOTRACK. 1 Václav Michajluk, Ing., 1972, Vysoká škola dopravy a spojů v Žilině, katedra traťového hospodářství, systémový specialista, Správa železniční dopravní cesty, státní organizace, odbor provozuschopnosti. Člen skupiny Track Expert Group při UIC, v letech zástupce SŽDC v projektu INNOTRACK řešeného v 6. rámcovém programu EU. 1

33 Na první pohled se u BBEST nejedná o zcela nové řešení. Řešení, kdy je kolejnice uložená v drážce betonové konstrukce pevné jízdní dráhy (dále jen PJD) jsou známa a používají se např. v tramvajové dopravě. Inovativnost tohoto řešení lze však spatřovat v její jednoduchosti, funkčnosti, komplexnosti a ekonomické výhodnosti. Dnešní tradiční konstrukcí železničního svršku rozumíme štěrkové kolejové lože s kolejnicemi uloženými na příčných pražcích s pružným upevněním. Pražce jsou u nově budovaných a rekonstruovaných tratí dnes již v převážné míře betonové. Jak dokazují např. francouzské železnice, je tento systém stále plně funkční a vyhovující, a to i pro velmi vysoké rychlosti. V tomto příspěvku se nezabývám problematikou železničního spodku. Považujme jej za kvalitní, realizovaný podle platných norem a předpisů. Budeme-li hovořit o klasické konstrukci železničního svršku nebo PJD předpokládáme použití klasického tvaru širokopatní kolejnice např. tvaru 60 E1 resp. 60 E2. Popis systémů: Klasický železniční svršek Kvalita a vlastnosti železničního svršku klasické konstrukce je dána interakcí upevňovacího systému, kvalitou materiálů a provedených prací a v neposlední řadě zabezpečenou a vhodnou údržbou štěrkového lože. Pružnost kolejového roštu je dosahována zvoleným typem upevnění. V dnešní době se jedná především o bezpodkladnicové upevnění s elastickými vložkami pod patou kolejnice, případně doplněné o podpražcové podložky. Z dlouhodobého hlediska např. 80 let, mají-li zůstat zachovány všechny původní parametry, musí proběhnout během této doby několikrát pravidelná údržba a korekce geometrických parametrů koleje, 2-3x výměna materiálu štěrkového lože, kolejnic a systému upevnění. Celý systém vyžaduje častou a náročnou inspekční činnost s využitím vysoké míry lidské činnosti. Systém je ve své podstatě složitý, průměrně s 98ks komponentů na běžný metr délky. 2

34 Obr. 1 Součásti klasické konstrukce železničního svršku koleje s příčnými pražci Vhodným řešením konstrukce železničního svršku je PJD, která je svými vlastnostmi vhodná především pro vyšší rychlosti a zatížení a pro specifická prostředí, jako jsou dlouhé tunely. Štěrkové lože je nahrazeno betonovou deskou, do které jsou uchyceny vystrojené pražce. Používá se klasická širokopatní kolejnice. Tuhost konstrukce je dána samotnou tuhostí betonové desky, pružnost konstrukce je dána materiálovými vlastnosti pružných podložek. Zřízení PJD je finančně i časově náročné. Případné následné korekce po vytvrzení betonu jsou finančně velmi náročné, složité nebo i nemožné. Na rozdíl od klasické konstrukce železničního svršku odpadá však častá údržba. Systém by měl být po dobu životnosti, která je nyní odhadována na cca. 60 let, v podstatě bezúdržbový. U PJD se mírně snižují náklady na inspekční činnost, zvyšuje se komfortnost a bezpečnost cestování. Nepříjemným faktorem je zvýšený hluk vyžadující dodatečná technická řešení. U obou typů konstrukcí dochází k opotřebení kolejnic s jejich nutnou výměnou, která se neobejde bez využití těžké mechanizace. Při monitorování stavu kolejnic nelze v plné míře využít např. ultrazvuk. Konstrukce BBEST Systém BBEST je tvořen betonovou deskou s podélnými drážkami pro uložení kolejnice. Kolejnice je uložena do skořepiny, která zajišťuje jak pružnost systému, tak nahrazuje funkci upevňovadel. Tuhost systému je dána tuhostí betonové desky. Systém je rychlý na výstavbu, jednoduchý na údržbu, vyžaduje minimální inspekční činnost, která může být navíc plně mechanizovaná. Základní konstrukční prvky systému BBEST jsou znázorněny na obrázku 2. 3

35 Obr. 2 Základní konstrukční prvky systému BBEST Konstrukční prvky systému BBEST Betonová deska Základním konstrukčním prvkem je betonová deska se dvěma vodícími drážkami. Na vyarmovanou kontrukci PJD je jednoduše upraveným silničním pokladačem, jehož úprava zabere několik málo hodin a po ukončení prací jej lze v podobném čase opět upravit a přesunout na původní práci, je vybetonován tvar PJD BBEST. Stroj je naváděn pomocí přesné zaměřovací techniky, přesnost betonáže je v tolerancích + 10 mm. Celou linku zvládne obsluhovat tříčlenná posádka (Obr.3). Betonová deska potřebuje po vybetonování pouze lokální ruční úpravy. Kolejnice Jedná se o symetrickou, vyjímatelnou kolejnici označení BB14022 s hmotností 74kg/m (Obr. 4). Výška symetrické kolejnice je nižší než u kolejnice 60E1 nebo 60E2, hlava kolejnice je opracována do stejného tvaru jako hlava klasické kolejnice. Na rozdíl od klasických tvarů kolejnic má symetrická kolejnice až o 30% nižší vnitřní napětí. Tohoto je dosaženo již při výrobě - pro vyválcování kolejnice je požadován menší počet průjezdů válcovací stolicí. Symetrická kolejnice je vyrobena ze stejného materiálu jako běžně používané typy kolejnic, to znamená, že kolejnice je plně svařitelná běžnými způsoby. Pro svařování je potřeba pouze přizpůsobit formu a technologii svařování. Kolejnice lze dodávat v dlouhých pasech podobně jako kolejnice klasického tvaru. Tvar symetrické kolejnice umožňuje ojetí až 24mm, přičemž stále zůstává minimální mezera 8,5mm mezi okolkem a konstrukcí tělesa BBEST (Obr. 5). Manipulace s kolejnicemi je realizována pomocí soustavy jednoduchých lešení. 4

36 Obr. 3 Pohled na zřizování BBEST Removable rail vyměnitelná kolejnice Grout injektáží cementová malta Shell skořepina Removable pad vyměnitelná (polyuretanová) vložka Obr. 4 Prvky konstrukce BBEST 5

37 Obr. 5 Porovnání ojetí hlavy kolejnice u klasické konstrukce a BBEST Polyuretanová vložka a skořepina Jedná se o konstrukční systém dvou částí pevná skořepina (Obr. 6) a vyjímatelná polyuretanová vložka, která svým vnějším tvarem přesně zapadá do vnitřního tvaru skořepiny. Vtlačením kolejnice do vložky dojde k utěsnění vložky ve skořepině, čímž se systém stane vodotěsný a zároveň je dosažena požadovaná tuhost proti překlopení. Materiálové vlastnosti vložky a skořepiny byly pečlivě a dlouhodobě vyvíjeny a testovány. Skořepina je svým tvarem navržena tak, aby po usazení systému a jeho fixaci v drážce speciální cementovou zálivkou zůstala pevně uchycena ve své poloze, čímž je zajištěno, že při vyjmutí kolejnice a vložky a po jejím opětovném vložení bude poloha kolejnice ve stejné poloze, jako byla před vyjmutím. 6

38 Obr. 6 Skořepina Vývoj a testování Všechny komponenty, tj. betonová deska, beton, skořepina, vložka i kolejnice, byly ve fázi výzkumu testovány v laboratorních podmínkách mnoha destruktivními i nedestruktivními testy a měřeními. Na systému BBEST byly prováděny testy požární, elektrické vodivosti, práce kolejových obvodů za sucha i mokra aj. Následně testy probíhaly po zřízení zkušebních úseků. Na základě těchto výsledků byly tomuto systému uděleny certifikáty bezpečnosti a systém je uznán pro rutinní provoz. Příklady testování jsou zřejmé z následujících obrázků. Obr. 7 Testování prvků BBEST v Mnichově 7

39 Výstavba Krok 1 pokládka betonové desky Po přípravě podkladních vrstev a ocelové výztuže, přichází na řadu betonování samotné konstrukce systému BBEST. Konstrukce je vyrobena ze speciální směsi betonu obsahující drobné drátky, které působí jako sekundární výztuž zachycující povrchová napětí v betonu, čímž je zabráněno rozvoji mikrotrhlin. Beton je pokládán např. upraveným pokladačem asfaltových vozovek (finišerem) do finálního tvaru s využitím posuvného bednění (Obr. 8). Beton je tlakově hutněn na požadovanou hodnotu. Výkon stroje je uváděn v rozsahu 1-1,5/min. Přesnost betonáže vodících drážek je + 10mm. Betonované sekce mohou být dlouhé podle potřeby, deska svou konstrukcí a použitými materiály kompenzuje tlakové a tahové síly uvnitř konstrukce. V případě potřeby lze zřídit dilatační celky. Místo realizace in situ lze vytvářet i jednotlivé bloky konstrukce BBEST prefabrikací a jejich pokládkou na místě určení. Bloky jsou do sebe zachyceny přes zámek. Spáry mezi bloky jsou následně ošetřeny. Betonová deska je již při pokládce betonu upravena k odtoku vody z prostoru mezi kolejnicovými pasy. Tvar desky je mezi pasy koncipován jako korýtko, do kterého jsou umístěny kanalizační vpusti, které odvádějí vodu mimo těleso dráhy, případně je pod kolejnicí vynechám malý kus betonu a voda může volně odtékat na povrch mimo těleso dráhy. Obr. 8 Zřizování desky s použitím posuvného bednění 8

40 Krok 2 instalace skořepiny a její fixace Po vytvrdnutí betonu přichází na řadu instalace skořepiny na finální místo ve vodící drážce. Původní systém usazoval skořepinu přímo osazenou polyuretanovou vložkou a kolejnicí pomocí speciálních, přesto jednoduchých portálků. Po zkušenostech s pokládkou byl vyvinut inovovaný systém, ve kterém je kolejnice nahrazena víčkem, které má stejné vnější rozměry jako následně vložená kolejnice. Víčko je spojeno se spodní částí skořepiny, následně však lehce oddělitelné. Skořepina s víčkem je osazena s tolerancí +1 mm pomocí portálků do finální polohy. Poté je skořepina ve vodící drážce fixována speciální cementovou zálivkou (Obr. 9). Obr.9 Skořepina s víčkem řešení vyvinuté v projektu Innotrack Krok 3 uložení kolejnice Po vytvrdnutí zálivky dochází k oddělení víčka skořepiny od spodní části. Do skořepiny je následně vložena polyuretanová vložka a do ní vtlačena kolejnice. Kolejnice zcela vyplňuje polyuretanovou vložku, tato následně vyplňuje skořepinu. V případě potřeby je možné kdykoliv pomocí jednoduchého nástroje kolejnici vyjmou z vložky a provést potřebnou opravu či výměru části kolejnice. 9

41 Obr. 10 Princip rychlého zřízení BBEST ve 3 na sobě nezávislých krocích Výhody systému BBEST Obecně lze říci, že popsaný systém nás neomezuje použít jakýkoliv ze současně používaných technických řešení spojených s provozem železnice, pro který se využívá kolejový rošt. Lze tedy zřizovat kolejové obvody, vkládat izolované styky, provádět pod kolejnicemi kabely, zajistit vzájemnou izolovanost obou kolejnicových pasů, v současné době systém vyhovuje rychlostem do 260 km/hod a hmotnost 25 t/náprava. Stabilita Stavební a konstrukční řešení systému BBEST zaručují stabilitu koleje pro nápravové hmotnosti 25 MPa, tak pro rychlosti vyšší než 250 km/hod. Tyto vlastnosti byly a jsou testovány na dvou zkušebních úsecích a to v Anglii a ve Španělsku. Výhodou systému je možnost měnit tuhost vložky, která absorbuje síly přecházející z vozidla do železničního svršku. Na rozdíl od pružného upevnění kolejnice má upevnění symetrické kolejnice větší příčnou tuhost, což má za následek menší příčné kmitání kolejnice. Jízda vozidel je klidnější a to jak v přímé, tak i v obloucích. Beton a vložka podporují kolejnici po celé její délce, tuhost proti překlopení kolejnice je výrazně vyšší, než u klasického systému upevnění. Obě kolejnice jsou na sobě nezávislé, proto lze zřizovat pro každou kolejnici různou tuhost, úklon a další parametry. Celková tuhost systému BBEST byla testována při různých frekvencích a bylo prokázáno, že útlum vlastního kmitání konstrukce vyvolaného průjezdem vozidel je ve všech hladinách výrazně nižší, než u konstrukce klasického železničního svršku. 10

42 Údržba a monitoring Údržba systém BBEST je minimální. Toho lze dosáhnout vysokým stupněm mechanizace, pro jejíž využití má tento systém výborné předpoklady. Použití kolejnice BB14022 např. umožňuje bezproblémové využití ultrazvukového měření v celém profilu kolejnice (Obr. 11). Systém uchycení kolejnice nevyžaduje tak častou inspekční činnost, jaká je nutná u klasického upevnění kolejnice. Jak již bylo zmíněno výše, tvar kolejnice BB14022 umožňuje větší ojetí hlavy kolejnice, čímž se životnost kolejnice a tím i nutnost ji vyměňovat, prodlužuje až o 100% oproti klasické kolejnici 60E2. Pro opravné práce je potřeba pouze několik nástrojů. Po opětovném vložení vyměněné kolejnice není nutná směrová a výšková úprava, kolejnice je umístěna přesně do polohy, kde byla před vyjmutím. Veškeré úkony, které je nutno na kolejnici dnes provádět (jako je svařování, výměna vadného izolovaného styku atp.), lze provádět bez omezení, nebo je nutno pouze upravit některé postupy či nástroje, jako je tomu např. v případě broušení hlav kolejnic, kdy je potřeba upravit brousící agregáty. Obr. 11 Defektoskopická kontrola kolejnice Bezpečnost Díky své konstrukci je systém BBEST výrazně bezpečnější než jiné systémy PJD. Při vzniku lomu je, díky systému uložení symetrické kolejnice v lůžku, kolejnice stále podporována. Místo lomu není potřeba provizorně vložkovat, oprava se řeší jednorázově vevařením vložky. Kolejnice BB14022 přidržována po celé své délce, celá konstrukce má větší tuhost jak v podélném, tak i v příčném směru, což přispívá k větší bezpečnosti proti vybočení, podélným a příčným posunům. Systém BBEST může mít vybudován betonový ochranný systém proti vykolejení, který svou konstrukcí při případném vykolejení vrací kolo zpět na kolejnici. Dva z uvedených příkladů jsou zřejmé z následujícího obrázku č.12. Výrazně snížena je i možnost teroristického útoku na žel. infrastrukturu. 11

43 Obr. 12 Možná ochrana proti vykolejení Využití Využití systému BBEST je v zásadě stejné, jako u jiných typů PJD. Předností oproti jiným PJD je však jeho velmi malá konstrukční výška. S výhodou je tento systém navrhován při rekonstrukcích tunelů (Obr. 13), kdy potřebujeme zvětšit přechodový průřez bez nutnosti zásahu to konstrukce tunelového ostění. Pokud toto řešení použijeme již v konceptu projekčních prací při stavbě tunelu nového, získáme značné úspory již ve fázi výstavby tunelu, neboť se až o 600 mm sníží poloměr tunelové roury. Dalším výhodným místem pro použití systému BBEST jsou mostní stavby (Obr. 14), kde díky menším rozměrům konstrukce BBEST dochází k menší dimenzi samotné nosné konstrukce mostu. Nižší konstrukční výška umožňuje přepravu vyšších nákladů. Obecně lze říci, že vhodnost využití systému BBEST je tam, kde je potřeba hledat řešení pro stísněné prostorové podmínky. Obr. 13 Rozdíl konstrukční výšky tunelové roury při použití BBEST a klasické konstrukce 12

44 Obr Rozdíl konstrukční výšky mostní konstrukce při použití BBEST a klasické konstrukce Cena Jak již bylo nastíněno v úvodu, musíme k problematice ceny přistupovat minimálně ze dvou hledisek: na jedné straně pořizovací náklady na vybudování konstrukce samotné a na náklady, které nám přinese snížení nákladů vyplývajících z využití výhod, které vyplývají z provozování konstrukce BBEST. Nejlépe nám o tom vypovídá porovnání nákladů po dobu životnosti (Live Cycle Costs, dále jen LCC). Obecně však můžeme říci, že zřízení konstrukce BBEST odpovídá nákladnější variantě klasického železničního svršku. V pořizovacích nákladech je, v porovnání s jinými druhy PJD, konstrukce BBEST levnější nebo srovnatelně drahá. LCC - Finanční porovnání Náklady po dobu životnosti porovnávají na straně jedné VŠECHNY vstupní náklady na zřízení a provoz konstrukce BBEST po dobu předpokládané životnosti konstrukce, která se předpokládá minimálně 60let a na straně druhé všechny náklady spojené se zřízením a provozem referenčního systému, kterým bude např. klasická nově zřízená konstrukce železničního svršku. Do matice dat pro výpočet porovnání jednotlivých typů konstrukcí mezi sebou tak určitě zahrneme náklady na zřízení konstrukcí, náklady na rekonstrukci konstrukcí, náklady na inspekční činnost, všechny náklady spojené s údržbou, personální náklady. Je možné a vhodné zahrnout, kromě všech snadno si představitelných vstupů, i hledisko např. společenské, kterým může být např. úspora celkových nákladů daňových poplatníků v dlouhodobém pohledu, nebo hledisko bezpečnostní, vliv hlučnosti atp. Do výpočtu vstupují tato hlediska prostřednictvím koeficientů. Všechna hlediska jsou v matici zastoupena také svou četností výskytu po dobu minimálně nejkratší životnosti každé z konstrukcí nebo časovou dobou libovolně definovanou. Všechny tyto vzájemné vazby LCC v současné době snadno řešíme pomocí software DLLC, který je dalším výsledkem projektu INNTRACK. Tento software nám následně jednoduchou 13

45 záměnou požadovaných vstupních parametrů, např. při přechodu z hmotnosti 22,5 t/nápravu na 25 t/nápravu, graficky názorně ukazuje (Obr. 15), jak se mění náklady pro každé z uvedených technických řešení. Z výše popsaného můžeme obecně říci, že konstrukční systém BBEST vychází v porovnání LCC s klasickou konstrukcí železničního svršku jako hospodárnější a výhodnější řešení. Následně uvedený graf nám ukazuje příklad takového porovnání nákladů v závislosti na provezené zátěži. Obr Porovnání nákladů v závislosti na provezené zátěži mezi BBEST a klasickou konstrukcí s kolejovým ložem Závěr V tomto článku jsou uvedeny pouze nejdůležitější a základní principy konstrukce BBEST. Ve fázi výzkumu bylo položeno a zodpovězeno více než 500 technických otázek. O výhodách konstrukce může hovořit i to, že v závěru roku 2009 vznikne již 3. zkušební úsek a to v Německu. Na obou doposud realizovaných úsecích v Anglii (Crewe, srpen 2003, smíšený provoz) a ve Španělsku (Medina del Campo, 2002, vysokorychlostní provoz) je bezproblémově provozována pravidelná doprava. Konstrukce byla v Anglii schválena pro použití v rutinním provozu v únoru Přestože je řešení BBEST svým přístupem velmi inovativní, lze předpokládat, že si v budoucnu své místo na evropské železnici jistě najde. Důkazem může být i v nejbližší době plánovaná realizace tohoto systému v Londýnském metru. Systém BBEST představil pan Charles Penny také v září letošního roku v Praze na semináři zorganizovaném SŽDC. 14

46 Obr. 16 BBEST v provozu, West Coast Line, Crewe, Anglie Literatura: Všechny poskytnuté obrázky a technické údaje pocházejí z archivu společnosti Balfour Beatty a pana Charlese Pennyho. V Praze, listopad 2009 Lektoroval: Ing. Danuše Marusičová VUZ 15

47 Věra Nováková 1 Specifikace minimálních požadavků železnice na ukazatele kvality signálu GNSS/GALILEO pro nebezpečnostní železniční telematické aplikace Klíčová slova: Galileo, GNSS, telematické aplikace 1. Úvod ČD-Telematika, a.s. spolupracuje již třetím rokem se SŽDC, s.o. Technickou ústřednou dopravní cesty, Laboratoří inteligentních systémů Pardubice na dotovaném projektu Certifikace satelitního navigačního sytému Galileo pro železniční telematické aplikace a zpracovává část pro nebezpečnostní železniční telematické aplikace. Cílem projektu je formulovat metodiku pro převod měřítek kvality satelitního navigačního signálu Galileo do železničních atributů spolehlivosti a bezpečnosti dle standardů CENELEC a vypracovat postup certifikace systému a signálu Galileo pro železniční aplikace. Na základě analýzy jsme v rámci projektu vybrali pro ověření čtyři aplikace. U těchto aplikací jsme vyspecifikovali požadavky na službu GNSS, které nyní ověřujeme v praxi a podle výsledků ověření vhodnosti využití systému Galileo bude navržena certifikace jednotlivých parametrů GNSS pro železniční dopravu Vybrané telematické aplikace Výkonové zpoplatnění železniční infrastruktury Komplexní systém pro sběr, verifikaci a uložení dat, která slouží k výpočtu zpoplatnění a výběru poplatku za použití železniční infrastruktury. Na hnacím vozidle je umístěna mobilní část, která vysílá a uchovává data o identifikaci vozidla, poloze, projeté vzdálenosti, informace o doprovodu vlaku, vlakových náležitostech spolu se záznamem o čase pořízené informace, případně další doplňující informace, do stacionární části. Přenos dat o poloze vlaku může probíhat on-line nebo off-line. Stacionární část slouží pro ukládání a verifikaci dat z mobilní části s kmenovými daty získanými ze stávajících informačních systémů. Sledování polohy vlaků, vozů, zásilek nebo přepravních jednotek Hlavní funkcionalitou systému je zpracování událostí vozu a vlaku z různých zdrojů s ohledem na jejich logickou, časovou a prostorovou posloupnost, včetně poskytování základních i statistických údajů o pohybu vozů a vlaků v rámci působnosti dopravce. Systém umožňuje sledování charakteristik vozů, jako jsou provozní údaje, údaje o technickém stavu vozu a základní technická data vozu. Hierarchizace sledovaných objektů umožňuje získat přesný a podrobný pohled na pohyb vozů. 1 Ing. Věra Nováková, 1975, Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera. V současnosti ČD- Telematika, a.s., řízení a spolupráce na dotovaných projektech a projektech telematických aplikací vyvíjených v ČD-T. 1

48 Management parku kolejových vozidel Nadstavba aplikace Sledování polohy vlaků, vozů a zásilek, shromáždění informací jako podpora managementu dopravy. Sledování vozového parku v reálném čase, přenos informací, reakce na aktuální situace a vyhodnocování se postupem času stává nezbytným nástrojem dopravců. S tím je spojen i postupný přechod od hlasové k textové komunikaci, neboť veškerá data a údaje mohou být zpracovány a archivovány automaticky výpočetní technikou. Pouze dokonalá organizace vozového parku umožňuje dobrou návratnost investic vložených do dopravy, což dokazují zkušenosti západoevropských i našich dopravců. Kromě toho lze výrazně zvýšit kvalitu služeb zákazníkům, poskytovat jim okamžité informace o průběhu zakázky a s předstihem řešit vznik možných problémů. Diagnostika infrastruktury V současné době není systém, který by nějakým způsobem umožňoval sledovat stav železniční infrastruktury v reálném čase. Vhodně umístěné přijímače Galileo mohou být důležitým prostředkem při sledování pohybů mostů, hrází, budov apod. Družicová technologie může být využita k definování překážek na dopravní cestě, pro ochranu majetku při propojení na IZS, k zabránění škodám a ztrátám na zdraví obyvatel. Železniční infrastruktura musí být pravidelně kontrolována, aby se zjistily případné změny polohy koleje a projeté zátěže. Systém Galileo urychlí celý proces údržby tím, že označí datem a polohou snímky a všechna provedená měření, bez narušení plynulosti dopravy. Služba bude sloužit pro sledování kritické vzdálenosti od překážek na dopravní cestě (posuny mostních konstrukcí, závady na železničním svršku apod.). Tato služba však v žádném případě nenahrazuje činnost zabezpečovacího zařízení [1]. 2. Požadavky na aplikaci Sledování polohy vlaků, vozů, zásilek nebo přepravních jednotek Požadavky na jednotlivé parametry byly stanoveny s ohledem na železniční atributy spolehlivosti a bezpečnosti (RAMS) dle norem ČSN EN a ČSN EN Jako vzorová aplikace s podrobnými výpočty je v tomto článku uvedena pouze aplikace Sledování polohy vlaků, vozů, zásilek nebo přepravních jednotek, pro parametry přesnost, bezporuchovost, udržovatelnost, pohotovost, bezpečnost určení polohy, integrita bezpečnosti a závažné poruchové stavy. Podle tohoto vzoru byly vypočteny parametry i u ostatních aplikací a jsou shrnuty v tabulce č.1: Souhrnný přehled požadavků. Parametry byly navrhnuty s ohledem na znalosti prostředí a v průběhu praktického ověření výsledků budou případně upřesněny s přihlédnutím na využití v provozu. 2

49 2.1. Požadavky na jednotlivé parametry Přesnost Požadovaná horizontální přesnost polohy objektu je 5-10 metrů (2σ ) na trati, ve stanici 1-2 metry (rozlišení kolejí). Pokud je 3x po sobě detekována stejná poloha objektu, aplikace odešle informaci o poloze spolu s informací objekt se nepohybuje (stojí), neodesílají se ani nezaznamenávají data do doby, než objekt změní polohu. Detekce stojícího objektu je možná pomocí např. odometru snímajícího otáčky kol. Díky šumu a chybám GNSS se objekt podle údajů z GNSS přijímače neustále pohybuje v malém okolí své aktuální polohy a bylo by tedy nutné určit, co již je zastavení a co pomalý pohyb požadavek na integraci systému GNSS s odometrickým subsystémem. Pro zlepšení kvality služby se předpokládá, že v předem vytipovaných místech, bude použit kombinovaný přijímač se systémem GPS. Požadavek na horizontální přesnost polohy na trati: 5 10m ( 95% ) Požadavek na horizontální přesnost polohy ve stanici: Čas odesílání informací o poloze: 1 2m Frekvence odesílání informací o poloze: ( 95% ) Δ t = 0,5 min = 8,33*10 3 h f = 1 Δt = 120h 1 Požadavek na horizontální mez výstrahy: HAL = 10m Vzájemný vztah mezi horizontální mezí výstrahy definované uživatelem HAL a směrodatnou odchylkou v případě fault-free ξ ff je dán na základě vztahu: HAL = K ff ξ ff kde K ff je tzv. konfidenční koeficient. 3

50 Poloha poskytována vlakovým polohovým lokátorem založeném na GNSS bude správná, když bude chyba polohy (PE, Position Error) udržována v rámci horizontální meze výstrahy HAL (definované uživatelem). Případ absence poruch označujeme jako hypotézu H 0. Na základě předpokladu, že chyby v ortogonálních směrech jsou nezávislé s normálním rozdělením a nulovou střední hodnotou a pokud pro zjednodušení uvažujeme stejné variace v každém směru, bude rozdělení horizontální chyby odpovídat Rayleighovu rozdělení. Pravděpodobnost správného určení polohy P VPL,ff bude v případě absence poruch (H 0 ) po dosazení rovna: K 2 VPL, ff = P( PE HAL H 0 ) = 1 e = 1 P Naopak chyba polohy VPL překročí horizontální mez výstrahy HAL s odpovídající doplňkovou pravděpodobností P ( PE > HAL H 0 ) = 1 P VPL, ff. Konfidenční koeficient K ff tak přímo ovlivňuje pohotovost, protože v případě bez poruchy je pohotovost využití GNSS menší o pravděpodobnost (1-P VPL,ff ). Pokud je vliv na pohotovost významný (řádově více jak procenta), pak hodnoty obou veličin ξ ff a HAL nejsou zvoleny vhodným způsobem, protože pohotovost použití systému GNSS by byla významně snížena díky častým překročením meze výstrahy i při absenci poruch GNSS. Je nutné požadovat zvýšení koeficientu K ff, tzn. buď požadovat menší hodnotu ξ ff, nebo větší mez výstrahy HAL. V dalším textu je mez výstrahy HAL = 10 m považována za pevně danou a pokusíme se odvodit maximální přípustnou horizontální přesnost polohy. Pokud uvažujeme max. hodnotu nepohotovosti při absenci poruch 0,01%, potom je odpovídající konfidenční koeficient K ff,min = 4,291 a požadavek na maximální směrodatnou odchylku polohy je ξ ff,max = 2,33 m. Na základě předpokladu, že horizontální přesnost je specifikována jako chyba polohy v konfidenční oblasti přesně 95%, je požadavek na max. horizontální přesnost polohy HA max = 5,7 m. Nepříliš vhodně zvolený původní požadavek na přesnost polohy 5-10 m je proto změněn na jedinou hodnotu 5,7 m, za podmínky maximální nepohotovosti 0,01% v případě absence poruchy. Při použití GNSS na železniční trati je též nutné uvažovat stínění satelitního signálu SIS (Signal-In-Space) z důvodu překážek na trati, stínících objektů a prostředí kolem tratě, což ovlivňuje dobu využití (nevyužití) GNSS a tudíž má také vliv na výslednou pohotovost. Pro první přiblížení uvažujme na koridorových tratích 95% až 100% dostupnost SIS, na vedlejších tratích 70% až 95% dostupnost signálu SIS: A A SIS 2 ff e 2 HAL 2ξ ( A = 95%, A 100% ), K = 95% 100% SIS, K min SIS, K max = ( A = 70%, A = A 95% ) SIS, V = 70% 95% SIS, V min SIS, V max SIS, K min= 2 ff 4

51 Nechť A SIS označuje dostupnost SIS na trati. V dalším textu jsou rozlišovány následující tři případy: 1) 100% dostupnost SIS (žádné stínění SIS na celé trati): A SIS = A SIS, K max = 100% 2) 95% dostupnost SIS, tj. nejmenší dostupnost SIS na koridorových tratích: A 95% SIS = A SIS, K min = 3) 70% dostupnost SIS, tj. nejmenší dostupnost na vedlejších tratích: A SIS = A SIS, V min = 70% Pak střední čas nepoužitelného stavu za rok je: 1) při 100% dostupnosti SIS: t ( PVPL ff ) Trok ASIS ff, max = 1, t ff 10 4, max = t ff = 0,876 0, 9h, max 2) při 95% dostupnosti SIS: t ff 10 4, max = ,95 t ff = 0,832 0, 8h, max 3) při 70% dostupnosti SIS: t ff 10 4, max = ,7 t ff = 0,613 0, 6h, max T rok = počet hodin za jeden rok: T rok = = 8760h 5

52 Bezporuchovost Stanovení minimální a maximální tolerance četnosti poruch: Porucha maximálně 1x za 72 hodin provozu služby, pouze na omezenou dobu. Plánovanou údržbu a opravy směřovat raději do nočních hodin, vždy na tyto plánované opravy upozornit uživatele s podrobným harmonogramem a předpokládanými komplikacemi, které mohou nastat, zda bude zařízení mimo provoz nebo bude nahrazeno daty z jiných IS a zda bude dodržena kvalita poskytované služby nebo se sníží. Nepředpokládané opravy a údržba, upozornit uživatele. Požadavek na četnost poruch: λ 2 max 1 72 = 1,39 * 10 = h 1 Střední doba mezi poruchami: MTBF = λ 72h min 1 max = Při předpokladu konstantní četnosti poruch (období normálního provozu) je charakter funkční závislosti minimální bezporuchovosti správného určení polohy R(t) určován exponenciálním zákonem rozdělení: R min 2 λ max* t 1,39*10 * t () t = exp = exp Maximální poruchovost funkce určení polohy F(t): F max 2 λ max* t 1,39*10 * t () t = 1 R ( t) = 1 exp = 1 exp Maximální hustota pravděpodobnosti poruchy: Udržovatelnost f max min 2 λ max* t 2 1,39*10 * t () t = df () t / dt = λ exp = 1,39 *10 exp max max Běžná údržba zařízení, kontrolní testování (1 měsíčně) přerušení služby maximálně na 10 minut, delší opravy a údržba (po 6 měsících) ve večerních hodinách, výpadek max. 2 hodiny, vždy upozornit uživatele o přerušení služby a informací o předběžné délce trvání poruchy služby. Plánovanou údržbu a opravy směřovat raději do nočních hodin, vždy na tyto plánované opravy upozornit uživatele s podrobným harmonogramem a předpokládanými komplikacemi, které mohou nastat, zda bude zařízení mimo provoz nebo bude nahrazeno daty z jiných IS a zda bude dodržena kvalita poskytované služby nebo se sníží. Nepředpokládané opravy a údržba, upozornit uživatele. 6

53 Požadavek na přerušení služby při kontrolním testování 1 týdně: max. na 10 minut. Maximální čas údržby za rok: t u = min t u 8, 7h _ max _ max = Přerušení služby a doba obnovení po detekované poruše je obecně řešena dle SLA, smluvně se zákazníkem. Požadavek na přerušení služby max. na 10 min po detekované poruše. maximální čas potřebný na odstranění jakýchkoliv poruch (čas přerušení služby za rok): to _ max = ( Trok MTBFmin ) 1 6 t o 20, 3h _ max = Minimální střední doba do opravy: ( tu _ max + to _ max t ff _ max ) Trok MTTRmin = MTBF + MTTR = min 0, 25h Četnost opravy: μ max = 1 MTTR min μ max = 4h 1 Pohotovost Aplikace budou ukládat data o poloze trvale (24 hodin denně), proto požadujeme vysokou pohotovost služby. Výpadky služby GNSS budou tolerovány pouze při poruchách, které mohou nastat 1 x za 72 hod maximálně na 10 minut. Po obnovení přenosu dat je třeba, aby zařízení okamžitě začalo komunikovat a odesílat informace o poloze objektů. Požadujeme záznam o tom, že byla přerušena služba GNSS (dohledání). Informace budou dostupné ve stanoveném intervalu dle potřeby on-line/off-line s požadovanou horizontální přesností: Informace dostupné trvale on-line, v případě výpadku signálu upozornění na výpadek služby, po tuto dobu budou informace zaznamenávány off-line (pouze pro případnou kontrolu), informace pro zobrazení na mapě lze čerpat z jiných IS. Požadovaná horizontální přesnost polohy objektu je 5-10 metrů, ve stanici požadujeme horizontální přesnost polohy objektu 1-2 metry (rozlišení jednotlivých kolejí). Pokud se nebude měnit poloha objektu (bude stát), zařízení odešle informaci o poloze spolu s informací, že se objekt nepohybuje a nebude odesílat ani zaznamenávat data až do doby než se začne objekt opět pohybovat. 7

54 Vliv výpadku funkce určení polohy pro danou aplikaci, krátký nežádoucí výpadek stanovení intervalu tolerance: Sledovaný objekt se nezobrazí např. na mapě je třeba upozornění, že nastal výpadek služby, zdroj dat pro zobrazení objektu bude nahrazen daty z jiných IS, sníží se kvalita poskytované služby. Střední čas nepoužitelného stavu: MDT max = t + t + t + 1 u _ max o _ max ff _ max [( A ) T ] SIS rok Střední čas použitelného stavu: Pohotovost: min rok max rok SIS ( t + t t ) MUT = T MDT = T A + u _ max o _ max ff _ max A = MUT MDT + max u,max + min = PVPL, ff ASIS MUTmin Trok t t o,max Dosazením číselných hodnot dostáváme: (1- P VPL,ff ) / K ff,min 10-4 / 4,291 m ξ ff,max / HA max MTTR min 2,33 m / 5,7 m 0,25 h μ max 4 h -1 A SIS 100 % 95 % 70 % t ff,max [h] 0,9 0,8 0,6 MDT max [h] 29,9 467,8 2657,6 MUT min [h] 8730,1 8292,2 6102,4 A 99,7 % 94,7 % 69,7 % 8

55 Bezpečnost určení polohy PL = odhadnutá chyba určení polohy, vypočtená podle aktuálního rozložení satelitů a příjmu signálu. AL = mez výstrahy je daná provozními podmínkami - je to přípustná odchylka polohy, která nesmí být překročena bez varování uživatele. Oznámení poruchy systému, stanovení postupů v případě poruchy zařízení: Je třeba oznámit poruchu, přenos dat bude v době poruchy off-line. Integrita bezpečnosti Postup při poruše přenosu dat: je třeba vyvolat výstrahu, data se budou zaznamenávat off-line (pouze pro případnou kontrolu), po dobu výpadku služby lze data čerpat z jiných IS, sníží se frekvence odesílání informací o poloze objektu. Postup při poruše zařízení pro přenos dat: upozornění na poruchu, data lze získat z jiných IS. Závažné poruchové stavy Závažné poruchové stavy ovlivňují funkci pokládanou za velmi důležitou. V případě této aplikace se jedná o takové stavy, pro které existuje nepřípustné riziko finanční ztráty. Nepřípustné riziko může být například uvažováno jako maximální možná přípustná ztráta při použití této aplikace na všech vozidlech za jeden rok FZ rok [Kč]. Potom je zapotřebí znalost následujících údajů: N V - průměrný denní počet vozidel, které využívají tuto aplikaci T A1V - průměrná doba používání aplikace připadající na jedno vozidlo FZ I - průměrná finanční ztráta při použití jedné zavádějící informace o poloze FZ rok = Kč, N v = vozidel denně, T A1V = 20 hodin, FZ I = Kč. Každá zavádějící informace (chyba polohy je větší než mez výstrahy a tato skutečnost není ohlášena) způsobí finanční ztrátu. Předpokládáme, že finanční ztráta hrozí u každé dvacáté zavádějící informace (z množiny chybných informací). Potom na základě předchozích údajů můžeme stanovit maximální počet možných zavádějících informací, které lze tolerovat: N TI N 20 FZ TI rok FZ = 200 I Celková doba využívání aplikace pro všechna vozidla za rok T A : T A = N V TA 1V 365 T A = = 219 *10 6 h 9

56 Počet informací o poskytnuté poloze za jeden rok N AI : N AI N AI 6 = T A f A = 219 * ,997 = 2,6 *10 10 Pravděpodobnost, že nastane maximálně přípustná finanční ztráta FZ rok : P = N TI N AI 10 9 P = 200 2,6 *10 = 7,63*10 [2]. V následující tabulce jsou shrnuty výsledky, vypočtených parametrů dle stejného vzoru, pro ostatní navržené aplikace. 10

57 Požadavky na službu GNSS pro jednotlivé aplikace: Výkonové zpoplatnění železniční infrastruktury Sledování polohy vlaků, vozů, zásilek nebo přepravních jednotek Fleet management Diagnostika infrastruktury λ max [h -1 ] 4,17*10-2 1,39*10-2 1,39*10-2 2,08*10-2 MTBF min [h] MTTR min [h] ,19 0,25 0,25 0,22 t u max [h] 8,7 8,7 8,7 8,7 t o max [h] 60,8 20,3 20,3 30,4 μ max [h -1 ] 5, ,55 A SIS 100% 95% 70% 100% 95% 70% 100% 95% 70% 100% 95% 70% t ff max [h] 0,9 0,8 0,6 0,9 0,8 0,6 0,9 0,8 0,6 0,9*10-3 0,8*10-3 0,6*10-3 MDT max [h] 70,4 508,3 2698,1 29,9 467,8 2657,6 29,9 467,8 2657,6 39,1 477,1 2667,1 MUT min [h] 8689,6 8251,7 6061,9 8730,1 8292,2 6102,4 8730,1 8292,2 6102,4 8720,9 8282,9 6092,9 A 99,2% 94,2% 69,2% 99,7% 94,7% 69,7% 99,7% 94,7% 69,7% 99,6% 94,6% 69,6% Tabulka 1: Souhrnný přehled požadavků 11

58 3. Závěr Projekt se zabývá aktuální problematikou, která dosud nebyla řešena ani v rámci skupiny mezinárodních expertů UIC GALILEO Applications for Rail ani v některém z dalších projektů GJU (Galileo Joint Undertaking), či projektů Rámcového programu výzkumu a vývoje EU. Protože hlavní ukazatele kvality systémů GNSS/GALILEO vycházejí zejména z letecké koncepce bezpečnosti, tedy zásadně odlišné od železniční, je nutné specifikovat požadavky železnice na GNSS/GALILEO v termínech (metrice) dle příslušných železničních norem; a stanovit postup, jak tyto požadavky schvalovat. Záměrem projektu je připravit podmínky pro praktické využití satelitní navigace v železničních telematických aplikacích ještě před tím, než bude systém GALILEO uveden do plného provozu. Do budoucna se očekává, že tento nový koncept založený na telekomunikacích a navigačních technologiích umožní snížit provozní náklady (zejména z důvodů náhrady člověka technikou), snížit náklady na údržbu (z důvodu redukce traťového zařízení) a zvýšit bezpečnost (náhradou chybujícího člověka technikou). Implementací systému GALILEO do železniční zabezpečovací techniky dojde na evropských železničních koridorech ke zvýšení kapacity přepravy a plynulosti dopravy. GALILEO rovněž umožní instalovat cenově dostupné systémy i pro regionální tratě s menší hustotou provozu, kde v současné době nelze instalovat klasická zařízení z důvodu vysoké pořizovací ceny [1]. 4. Definice a zkratky Zkratka Význam ČSN EN Drážní zařízení Stanovení a prokázání bezporuchovosti, pohotovosti, udržovatelnosti a bezpečnosti (RAMS) Část 1: Základní požadavky a generický proces ČSN EN Drážní zařízení Sdělovací a zabezpečovací systémy a systémy zpracování dat Elektronické zabezpečovací systémy EU Evropská unie GALILEO Navigační systém Evropské unie GNSS Global Navigation Satelite Systém - Globální družicový polohový systém GPS Global Positioning Systém navigační systém IS Informační systém IZS Integrovaný záchranný systém RAMS Zkratka vyjadřující kombinaci bezporuchovosti, pohotovosti, udržovatelnosti a bezpečnosti SŽDC, s.o. Správa železniční dopravní cesty, s. o. UIC International Union of Railways - Mezinárodní železniční unie VPL Vlakový polohový lokátor 12

59 5. Použité informační zdroje [1] Interní zdroj ČD-Telematika, a.s. [2] Interní zdroj SŽDC, s.o., TÚDC, LIS Pardubice. V Praze, září 2009 Lektoroval: Ing. Milada Veselá, Csc. ČVUT, Fakulta dopravní, Praha 13

60 David Krásenský 1 Outsourcing provozu IT na železnici jako cesta k úsporám a efektivitě Klíčová slova: železnice, manažer infrastruktury, informační systém, outsourcing, úspory nákladů 1. Informační systémy na železnici: komplexní pohled Provozovatelem dráhy (PD) neboli manažerem infrastruktury (MI) je v České republice státní organizace Správa železniční dopravní cesty (SŽDC); činnost provozování dráhy pro ni v současné době na základě mandátní smlouvy zajišťují v současné době České dráhy, a.s. (ČD) a v této souvislosti se nazývají operátor obsluhy dráhy (OOD). Základní přehled informačních systémů provozovatele dráhy na českých železnicích byl již představen v jiných článcích (např. Mestický, Krásenský: Vstříc životním změnám: informační systémy provozovatele dráhy v procesu transformace železniční dopravy, konference EURO-Žel 2009, Žilina). Tyto systémy pokrývají veškeré činnosti spojené s plánováním, organizováním, sledováním a řízením vlakové dopravy nad základními technologickými objekty a tvoří komplexní, vzájemně provázaný, distribuovaný funkční celek. Připomeňme si jejich nejdůležitější principy. Obrázek 1 popisuje obecnou strukturu informačních systémů řízení provozu z pohledu životního cyklu vlaku. V levé části jsou zde systémy pro plánování vlakové dopravy (KANGO a ISOŘ KADR), zatímco pravá část přechází k operativnímu řízení. Jedním z nejdůležitějších prvků tohoto schématu je přitom datová symbióza systémů ISOŘ ŘVD a ISOŘ CDS. To jsou dva nejdůležitější systémy operativního řízení provozu, probíhá mezi nimi masivní výměna dat a vstup z lokální úrovně tvoří aplikace Dopravní kancelář, GTN a SGVD (Splněný grafikon vlakové dopravy, určený pro tratě se zjednodušenou dopravou). 1 Ing. Mgr. David Krásenský (krasensky@oltis.cz), narozen 4. srpna 1973, je absolventem Matematické informatiky na Masarykově univerzitě Brno, Fakulta informatiky, a oboru Technologie a řízení dopravy na Univerzitě Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera. Působí jako odborný konzultant společnosti Oltis Group pro oblast koncepce a strategie výstavby informačních systémů; kromě analýz v oblasti konceptuální přípravy nových projektů je také autorem řady článků v odborných periodikách a pravidelně vystupuje na odborných konferencích a setkáních. 1

61 Portál provozovatele dráhy Přístupové rozhraní IS provozovatele dráhy s přístupem dopravců ISOŘ APORT Systémy operativního řízení provozu IS KANGO ISOŘ KADR ISOŘ ŘVD ISOŘ CDS ADPV DK GTN SGVD Podkladové systémy kmenová data REVOZ Omezení infrastruktury CSV Obrázek 1: Informační systémy řízení provozu z pohledu životního cyklu vlaku 2. Outsourcing jako moderní způsob provozování informačních systémů Historicky byly všechny klíčové informační systémy pro plánování a řízení železniční dopravy provozovány samotnou organizací železnice, v její vlastní režii. S rostoucím objemem síťového provozu, zpracovávaných dat i náročnosti administrace a provozu systémů vzrůstají ale i nároky na činnost pracovišť i jednotlivých pracovníků. Moderním řešením provozu informačních systémů je takzvaný outsourcing. Tento pojem je běžnou součástí slovníku manažerů zhruba od 70. let 20. století. Doslova znamená zajištění z vnějšího zdroje a označuje obstarání či pořízení potřebného zboží nebo služby od externího, vnějšího subjektu. Společnost tak deleguje vedlejší činnosti a práci ze své interní struktury na externí entitu (subkontraktora, dodavatele) specializovaného na provádění těchto operací. Outsourcing se považuje za obchodní rozhodnutí, které má vést ke snížení nákladů a/nebo k zaměření se na důležitější úkoly v rámci výrobního procesu související s konkurenceschopností. Je doslova ideální pro podpůrné služby jako je IT. Není ale vhodné jej aplikovat na core business, tedy základní předmět podnikání organizace. Outsourcing volí celá řada společností především pro následující výhody, které se promítají i do činnosti manažera železniční infrastruktury: 2

62 Snížení fixních i variabilních nákladů. Dodavatelé outsourcingu dokáží často využít úspory z velkého rozsahu, kterých jednotlivý klient nemůže dosáhnout. Zdrojem úspor je ale především výrazné zvýšení efektivity poskytované služby (provozu informačního systému) oproti zajištění vlastními prostředky. Zákazník také není nucen budovat nákladnou infrastrukturu provozních a dohledových pracovišť na mnoha místech železniční sítě a zbavuje se rizika spojeného s poddimenzováním nebo naddimenzováním infrastruktury jinými slovy platí jen to, co skutečně potřebuje. Špičkové pracoviště je díky sdílení prostředků skutečně vybudováno a provozováno za nižší cenu než v režii zákazníka. Klientská organizace se soustředí na svůj základní předmět podnikání. Organizace manažera železniční infrastruktury (MI) nepůsobí na trhu proto, aby provozovala nějaké informační systémy, ale aby zajistila plánování a řízení provozu na železniční dopravní cestě. Jestliže firma nakoupí provoz informačních technologií prostřednictvím outsourcingu, mohou se její zaměstnanci soustředit na ty činnosti, které jsou pro její poslání podstatné. Dispečerský aparát a další pracovníci tak skutečně neztrácejí čas a mohou se plně soustředit na povinnosti vyplývající ze řízení dopravy. Přístup k širší množině dovedností a technologií. Díky externím zdrojům se organizace MI dostane přesně k těm speciálním dovednostem a technologiím, které v daném okamžiku potřebuje, aniž by musela vynaložit veškeré náklady na nábor pracovníka, jeho vyškolení atd. Provoz IT je skutečně plně zajištěn po všech stránkách technické, personální a jiné vybavení. Vyšší flexibilita. Formou outsourcingu je někdy vhodné vykrýt také různá období zvýšené zátěže (u manažera infrastruktury s nepřetržitým provozem se jedná například o zátěž spojenou s nasazením nového informačního systému). Dodavatel zajišťuje pro zákazníka špičkovou administraci a to systémovou i technologickou (dozor nad provozem systému i nad datovým obsahem). Systémy jsou trvale provozovány na moderní, adekvátně dimenzované technice, která je průběžně inovována. Nepřetržitý provoz je obsazen 3 pracovníky ve dne i v noci a navíc jedním pracovníkem na denní směny v pracovní dny. Při předpokladu náročnějších změn v systémech jsou směny operativně posilovány (například změny oblastí řízení, přechod grafikonu). Vyšší odpovědnost. Dobře napsaná smlouva (kontrakt) s dodavatelem outsourcovaných služeb je vzájemně závazná dohoda, podle které je pro- 3

63 dávající povinen dodat specifikované výrobky nebo služby a kupující je povinen za ně zaplatit. Množství prací údržby probíhá, aniž by je zákazník musel jakkoli iniciovat, vyžádat nebo se jimi zabývat a také problémy jsou odstraněny dříve, než si je zákazník vůbec uvědomí a oznámí. Naprosto prvořadou výhodou, kterou zdůrazníme v samostatném odstavci, je ale výrazné zvýšení kvality provozu daného informačního systému. Na outsourcovaném provozování a administraci informačního systému se totiž podílí špičkově vyškolení, specializovaní pracovníci dodavatelské organizace, kteří mají komplexní znalosti z provozovaných systémů a díky administraci rozsáhlejší množiny vzájemně provázaných systémů mají také mnohem bohatší zkušenosti s řešením provozních i mimořádných situací. 3. Případová studie: outsourcing na české železnici Pro České dráhy resp. SŽDC jsou formou outsourcingu provozovány informační systémy pro řízení železničního provozu (zejména ISOŘ CDS, ISOŘ ŘVD, ISOŘ KADR, ISOŘ Analýza GVD), dále Portál provozovatele dráhy a systém evidence výkonů a docházky EVYDO. Obrázek 2: Serverová farma pro provozování klíčových informačních systémů, zleva: IBM Blade Center, záložní napájení (UPS), podsíť provozu nekritických aplikací Nákladní dopravce ČD Cargo má prostřednictvím outsourcingu zajištěn provoz systémů plánování a řízení nákladní dopravy jako je ISOŘ ŘVD, ISOŘ Logistický dispečer a klientské systémy pro přístup do systémů manažera infrastruktury, a dále systémy pro plánování a řízení hnacích vozidel a personálu APS viz dále. Na doplnění informací můžeme ještě uvést systémy pro plánování a řízení lokomotiv a vozů u několika menších soukromých dopravců a speditérů (EVAL, WIGO, Colli, Cargi). Společnost OLTIS Group provozuje v současné době formou outsourcingu všechny klíčové informační systémy řízení provozu, a to pro uživatelskou organizaci ČD jako operátora obsluhy dráhy. Poskytované služby mají následující parametry: 4

64 provoz všech klíčových systémů ISOŘ CDS, ISOŘ ŘVD, ISOŘ Analýza, ISOŘ KADR, dále systémy, které nejsou v tomto příspěvku podrobněji popsány, jako Vojenské přepravy, Portál provozovatele dráhy, APS (Automatizované pracoviště strojmistra sledování hnacích vozidel a strojvedoucích), EVYDO (systém evidence výkonů a docházky) špičkové technologické vybavení systémy jsou provozovány na serverové farmě ve vyhrazené klimatizované místnosti se záložními napájecími zdroji (bateriový zdroj UPS pro překlenutí krátkodobých výpadků, naftový motorgenerátor pro případ delšího, i časově neomezeného výpadku elektrické sítě) výkonný hardware jádro systémů provozováno na IBM Blade Center (2x14 blades) redundantní disková pole typu RAID-5 (technologie Fibre Channel) o kapacitě 2x2 TB, outloader pro zálohování na pásky, viz dále odpovídající systémový software technologie Windows 2003 Server, databázový systém Oracle 10g (2x Enterprise Edition, 2x Standard Edition) kapacitní sítě a bezpečnost datové komunikace připojení do intranetu ČD zdvojenou optickou linkou (přenosová kapacita 2x100 Mbit/s), zabezpečení provozu firewallem s demilitarizovanou zónou (DMZ), inteligentní přepínače (switches) typu Cisco Catalyst podpora vysokého počtu klientů k systémům ISOŘ ŘVD a ISOŘ CDS v průměru připojeno 350 živých aktivních i pasivních klientů ze sítě ČD, dále několik desítek klientů pro účely analýzy GVD (nad živou i archivní kopií dat), okolo 500 místních pracovišť pro vstup dat (Dopravní kanceláře); k portálu provozovatele dráhy je v průměru připojeno 80 klientů, k ISOŘ KADR 200 klientů podpora vysokého počtu transakcí v systému ISOŘ ŘVD více než 2 milióny transakcí za 24h, v systému ISOŘ CDS přes 17 miliónů zpráv za 24h (v síti ČD), viz údaje v samostatných tabulkách vysoká kvalita služeb smluvně garantovaná dostupnost každého z klíčových systémů 99% uptime (reálná dostupnost ještě vyšší, díky třívrstvé architektuře a plně redundantní dvojici databází není nutné odstavení systému ani při pravidelné údržbě) je zajištěna pomocí specializovaných aplikací jako je DAP (Dohled nad provozem aplikací; dálkový dohled postavený na technologii.net Remoting); nepřetržitá špičková administrace všech systémů, která umožňuje personálu rychle detekovat výskyt problému (do 5 sekund) a pomoci k jeho odstranění 5

65 Obrázek 3: Dohled nad provozem aplikací systém DAP Takto tedy vypadá moderní podoba provozu klíčových informačních systémů pro plánování a řízení železničního provozu (rodina ISOŘ a další), realizovaná na zařízeních společnosti OLTIS Group formou outsourcingu. Významným přínosem tohoto řešení je soustředění veškerých řešitelských i provozních kapacit do jediného místa; pro ČD jako uživatele znamená toto řešení především výrazné zvýšení kvality služeb poskytovaných systémem. 4. Technické aspekty provozu systémů Systémová infrastruktura nepřetržitého provozu poskytovaného v outsourcované službě OLTIS Group je postavena na technologii blade serverů. Konkrétně se jedná o techniku IBM, která je leaderem na poli Blade řešení; vzniklo zde historicky unifikované rozhraní Blade center s nejvyšší penetrací Blade serverů v jednom šasi. Blade řešení přináší následující klíčové výhody: maximalizace výkonu na minimálním prostoru úspora energie jak při napájení, tak i následném chlazení minimalizace veškeré kabeláže komplexní duální (redundantní) řešení rychlá a efektivní výměna hardwaru, většina hot-plug (výměna za chodu) 6

66 Obrázek 4: Technická infrastruktura outsourcingu Technickou infrastrukturu doplňuje dále Energocentrum s komplexním řešením záložního, plně automatického napájení (jeho součástí je 2x paralelní UPS, každá o jmenovitém výkonu 16 kw, a pro případ rozsáhlejšího výpadku elektrické sítě i motorgenerátor), datová síť SAN s duálními okruhy, postavená na technologii Fibre Channel (FC), a vnitřní ethernetová síť se standardizovanými gigabitovými rozvody UTP, připojená k páteřní síti prostřednictvím duálního okruhu optické metropolitní sítě MAN. Obrázek 5 znázorňuje ve zjednodušeném schématu základní principy komunikace dopravců se systémy provozovatele dráhy přes veřejný Internet. Vzhledem k otevřené povaze Internetu jako veřejné sítě předpokládáme: vyčlenění systémů určených pro komunikaci s externími uživateli (zejména dopravci) do demilitarizované zóny (DMZ), například webových serverů provoz interních systémů PD i interních systémů dopravce ve vnitřním intranetu ochrana vstupu z Internetu do DMZ pomocí firewallu oddělení interních systémů od DMZ pomocí firewallu fyzické zabezpečení DMZ i celé sítě možnost přístupu po vyhrazené síti za stanovených podmínek přístup k aplikacím a systémům v DMZ podle definovaných přístupových práv, po přihlášení přes logserver 7

67 Zařízení dopravce Síť provozovatele dráhy LAN DA Internet DMZ DA DA Firewall PDA jiný zařízení v LAN zařízení v terénu Intranet,interní informační systémy Obrázek 5: Komunikace systémů dopravce se systémy provozovatele dráhy 5. Zákulisí provozu: outsourcing v číslech Pro doplnění textu jsou níže uvedeny tabulky dokreslující rozsah provozovaných systémů. a to na vzorku typického dne provozu: tabulka 1 charakterizuje celkové počty aktivních klientů klíčových systémů v dělení na nejvýznamnější klienty (uživatelské organizace) ČD a ČD Cargo, tabulka 2 pak popisuje objemy informací vyměňovaných mezi dispečerským systémem ISOŘ ŘVD a okolím. Konkrétně jsou zde uvedeny počty komunikovaných zpráv (odeslaných a přijatých) a úhrnná velikost přenášených informací v bajtech. Je zajímavé, že ČD Cargo jako nákladní dopravce má v systémech ISOŘ méně než jednu třetinu klientů, avšak z pohledu objemu přenášených zpráv je poměr téměř přesně opačný a 60% dat připadá právě na něj. Aplikace Klientů celk. Z toho ČD ČD % Z toho ČDC ČDC % ISOŘ ŘVD % % ISOŘ CDS % 37 11% ISOŘ Analýza GVD % 4 8% ISOŘ VP+LogDis % % Celkem % % Tabulka 1: Pravidelné počty aktivních klientů klíčových systémů provozovatele dráhy 8

68 Takto vzniká poměrně přínosná symbióza provozovatele dráhy (PD) a dopravců: nejenže dopravce (dopravci) získávají se vstupem do systémů řízení provozu přístup k širší množině dat a ke komplexnějším informacím o vývoji vlakové dopravy, ale také sám provozovatel dráhy získává řadu důležitých informací, které by jinak bylo velmi obtížné, ne-li nemožné pořídit a shromáždit. Na druhé straně je poměrně obtížné dosáhnout potřebného oddělení okruhů dat, funkcí i přístupových práv. Informace + dotazy okolních IS Přijato Odesláno Celkem Velikost EVAL GTN MIS ISV CEVIS APS DD IT CEVIS WEB Celkem Informace, dotazy klientů ŘVD Přijato Odesláno Celkem Velikost ČD klienti ŘVD ,79% ČD Cargo klienti ŘVD ,21% Celkem ,00% Informace,komunikace ISOŘ ŘVD databáze, ISOŘ Komunikátor Přijato Odesláno Celkem Velikost Celkem Informace celkem Tabulka 2: Denní objemy zpráv v systému ISOŘ ŘVD Cílovým řešením je proto jednoznačně oddělení systémů i dispečinků PD a dopravců. S tím také souvisí vývoj samostatných systémů každého z dopravců pro podporu jejich dispečerského aparátu (DA), a to s rozšířenou datovou základnou podle potřeb konkrétního dopravce. Systémy provozovatele dráhy (zejména ISOŘ ŘVD, ISOŘ CDS) budou nicméně nadále poskytovat výstupy systémům dopravce, a to na základě dotazů s definovanými formáty. To je zároveň největším úkolem OLTIS Group jako dodavatele pro nejbližší období. 9

69 6. O řešiteli Společnost OLTIS Group a.s. je softwarová společnost zaměřená na vývoj aplikací zejména v oblasti železniční dopravy a dopravní logistiky. Je řešitelem řady informačních systémů pro řízení železniční dopravy na různých organizačních úrovních Českých drah, včetně realizace projektů s celostátní působností a včetně provozování kriticky důležitých systémů provozního řízení na vlastní serverové farmě (formou outsourcingu). Společnost je držitelem certifikátů tří systémů řízení, které mají zavedeny jako integrovaný systém řízení splňující požadavky mezinárodních norem ČSN EN ISO 9001:2001, ČSN EN ISO 14001, ČSN ISO/IEC Je také předním exportérem v oboru. Literatura: [1] Schwalbeová, Kathy: Řízení projektů v IT, Computer Press, Brno, 2007 (kód K1388), 720 stran, ISBN: [2] Dokumenty projektu MD616 (CG , Vytvoření standardů informačních vazeb systémů provozovatele dráhy a provozovatelů drážní dopravy ) [3] Webové stránky společnosti OLTIS Group, [4] Interní materiály společnosti OLTIS Group V Praze, listopad 2009 Lektoroval: Mgr. Miriam Pavloušková ČD, a.s., GŘ 10

70 Zdeněk Štěpánek 1 Modernizace lokomotiv řady 230 Klíčová slova: elektrická lokomotiva, modernizace, řídící systém Úvod Řada 230 střídavých elektrických lokomotiv (původní označení S 489.0) byla první řadou lokomotiv pro napájecí soustavu 25 kv/50 Hz sériově vyráběnou výrobcem ŠKODA Plzeň. Jedná se o čtyřnápravové lokomotivy s maximální rychlostí 110 km/h, výkonu 3080 kw, primární vysokonapěťovou regulací na trakčním transformátoru, křemíkovými usměrňovači a čtyřmi stejnosměrnými trakčními motory. Technickou novinkou v dané době bylo použití skelného laminátu při stavbě skříně lokomotivy. Tím bylo dosaženo hmotnostní úspory a nového výtvarného řešení, které je dodnes unikátní a nadčasové. Díky tomuto lokomotivy získaly přezdívku Laminátky. Bývalé Československé státní dráhy nakoupily postupně v letech celkem 110 těchto lokomotiv. Lokomotivy řady 230 byly navrženy jako univerzální byly používány v nákladní a podle potřeby i v osobní dopravě na všech tratích elektrizovaných střídavou napájecí soustavou. Jejich nasazení bylo a prakticky je i dnes od Chebu přes České Budějovice - Havlíčkův Brod Brno Břeclav Bratislavu až po Štúrovo. Díky úspěšnému konstrukčnímu provedení se lokomotivy řady 230 staly v letech 1968 až 1969 základem pro výrobu navazující lokomotivní řady 240 (S 499.0). Během jejich dlouhodobého nasazení se projevily jako mimořádně spolehlivá hnací vozidla. Vzhledem k postupnému poklesu výkonů v železniční dopravě v 90. létech minulého století byly mnohé lokomotivy této řady odstaveny jako nadbytečné a postupně předurčené k fyzické likvidaci. Se založením dceřiné společnosti Českých drah, a.s., - ČD Cargo, a.s., přešla k do stavu ČD Cargo naprostá většina zbývajících lokomotiv řady 230 v celkovém počtu 82 kusů. Vzhledem k tomu, že se v oblasti nákladní dopravy otevřely pro lokomotivy řady 230 nové perspektivy, zejména ve směru Slovensko/Maďarsko, bylo rozhodnuto i o zprovoznění 8 strojů původně zrušených, ještě nesešrotovaných. Společnost ČD Cargo se rozhodla vzhledem k jejich celkovému stavu sedm těchto lokomotiv nejen zprovoznit, ale provést na nich takové změny, které povedou k vyšší užitné hodnotě a prodloužení jejich životnosti o cca 20 let s možností provozování i mimo síť Správy železniční dopravní cesty, s.o. Osmá lokomotiva byla zprovozněna v červenci 2009 ve Středisku oprav kolejových vozidel ČD Cargo v Českých Budějovicích ve standardním provedení jako náhrada za násilně poškozenou lokomotivu Realizaci této zakázky převzala na základě veřejné obchodní soutěže společnost Pars nova, a.s. 1 Ing. Zdeněk Štěpánek, nar. 1967, absolvent Univerzity Jana Pernera v Pardubicích. V současné době pracuje na pozici ředitele Odboru údržby a oprav kolejových vozidel ČD Cargo, a.s. 1

71 Modernizace lokomotiv Lokomotivy, které byly předmětem modernizace, se nacházely v neprovozním stavu, v různém stupni procesu rušení, částečně s odebranými díly. Uvedení lokomotiv do původního stavu s podmínkou zachování konstrukční jednotnosti s ostatními vozidly lokomotivní řady 230 se již v prvopočátku ukázalo jako liché. Obr. č. 1 Pohled na odstavené lokomotivy před modernizací Náklady, které byly dány především nutností malosériové výroby chybějících dílů nebo celých konstrukčních celků, celý proces zprovoznění lokomotiv zdražovaly. Vzhledem k dlouhé době od výroby vozidel nebyly již některé specifické díly dostupné na trhu. Proto, po zvážení všech provozně-technických a ekonomických souvislostí, rozhodla společnost ČD Cargo o základním nastavení parametrů zprovoznění a modernizace. Jsou to: zachování základních parametrů a trakčních vlastností lokomotivy, zachování spolehlivých komponentů lokomotivy s provedením jejich kontroly, případně opravy, náhrada již nedostupných nebo morálně přestárlých komponentů, provedení příslušných změn schváleného stavu pro tuto řadu lokomotivy, provoz ve vícenásobném řízení, zlepšení pracovních podmínek obsluhy lokomotivy, provedení laku dle platného Grafického manuálu vozidel hnacích, nákladních a zvláštních přeprav společnosti ČD Cargo včetně mezinárodního označení, způsobilost pro provoz v Maďarsku a na Slovensku, příprava pro zástavbu prvků ETCS. 2

72 Po přistavení lokomotiv do Pars nova Šumperk v závěru roku 2008 byly lokomotivy komisionálně prohlédnuty s detailním stanovením nutného rozsahu opravy a modernizace. Nemodernizované díly a celky byly opraveny v rozsahu hlavní opravy. Během vlastní realizace zakázky se vzhledem k její složitosti průběžně scházeli zástupci objednatele a zhotovitele za účelem upřesnění a kontroly jejích dílčích kroků. Zjednodušeně lze cyklus modernizace lokomotivy shrnout do následujících bodů: předání lokomotivy do opravy, vyvázání lokomotivy, oprava podvozků lokomotivy včetně demontáže a opravy trakčních motorů, demontáž skříně lokomotivy, odstranění starých nátěrů a koroze, následná oprava poškozených míst a provedení nových vnitřních nátěrů, výměna elektroinstalace, souběžná oprava a renovace strojů, přístrojů a ostatních součástí, montáž kabin, provedení laku lokomotivní skříně, montáž celků do lokomotivy, částečná napěťová zkouška a oživování, montáž a oživení externě dodaných prvků, dokompletování skříně o připravenou střechu se sběrači a zavázání podvozků, zvážení lokomotivy spojené s výškovým ustavením, přesun pod střídavý napájecí systém do opravny kolejových vozidel ČD Cargo Břeclav, kde jsou prováděny napěťové a jízdní zkoušky, předání lokomotivy do provozu objednateli. Vzhledem k době odstavení lokomotiv z provozu se objevily mimo jiné i zásadní problémy s degradací laminátových skříní lokomotiv, což kromě její vlastní opravy přinášelo s sebou i nutnost vyzkoušení a schválení specifických postupů pro úpravu povrchu skříně a poté jejího nátěru. Jako zajímavost uvádíme, že jedna z lokomotiv měla boční laminátové díly nahrazeny plechovými, zřejmě jako pozůstatek odstraňování násilného poškození v minulosti. Základní změny oproti standardnímu provedení lokomotivy jsou: náhrada kompresorů K 1 LOK kompresory 3 DSK 100, náhrada střídavého hlavního vypínače SDVV25B novým typem hlavního rychlovypínače MACS, zvýšení izolační třídy trakčních motorů, náhrada pásnicových vedení ve strojovně kabely, dosazení návěstních píšťal, vlakový zabezpečovač MIREL VZ1, dosazení elektronického rychloměru UniControls Tramex RE1, zabudování digitální radiostanice GSM-R (TRS VS-67), zvýšení bezpečnosti dopravy dosazením nového návěstního osvětlení platné legislativy s použitím prvků LED, nový řídící systém HS-100, úprava a renovace řídících pultů. 3

73 Z uvedeného výčtu technických vylepšení stojí za zmínku zejména dosazení dvou kompresorů 3 DSK 100. Mají lepší provozní parametry, jsou spolehlivější a zároveň se osvědčily dlouhodobě na jiných lokomotivách. Dále v oblasti řídícího systému lokomotiv jsou mechanické kontroléry a reléové zařízení nahrazeny polovodičovým řídícím systémem HS 100 od společnosti HS Trans s.r.o. Olomouc. Vedle základního rozsahu, který zahrnuje řídící systém, ukazatele jízdních stupňů, snímačů polohy a indukčních prvků je systém rozšířen o další funkcionality jako jsou: převodník proudu, kontroléry, karty řízení směru a směrové kontroly. Ekonomické přínosy řídícího systému HS 100 jsou počítány v úspoře hodin při údržbě a kontrolách obvodů lokomotivy, zjednodušení provozní údržby díky snadné identifikaci vadných míst a šetrnějším zacházení s trakčními motory. Celý systém HS 100 tak umožňuje: snadnou kontrolu a změnu nastavení, registraci a indikaci poruchových stavů (včetně čísla vlaku a strojvedoucího), průběžnou kontrolu stavů lokomotivy, odstranění kontaktních přístrojů relé a pomocné kontakty, synchronizaci systémových hodin s tachografem. Obr. č. 2 Pohled na zástavbu elektroniky řídícího systému a elektronického rychloměru 4

74 Obr. č. 3 Pohled na řídící pult po modernizaci Při modernizaci lokomotiv řady 230 nebylo opomenuto ani pracoviště strojvedoucího. V oblasti zlepšení pracovních podmínek strojvedoucího byly provedeny: změna vnitřního osvětlení, montáž klimatizace, dosazení pomocných ovládacích prvků trakce v blízkém dosahu bočního okénka stanoviště strojvedoucího, renovace hygienického koutku, dosazení mikrovlnné trouby, 5

75 dosazení nové sedačky ergonomického tvaru. Obr. č. 4 Mikrovlnná trouba a umyvadlo v hygienickém koutku 6

76 Obr. č. 5 Celkový pohled na lokomotivu První opravenou a modernizovanou lokomotivou byla v měsíci listopadu 2009 převzata Následovat budou lokomotivy inventárních čísel 019, 047, 048, 067, 090 a 092. Lokomotivy budou postupně zařazeny do ostrého zkušebního provozu na území České republiky. Po ukončení schvalovacího procesu v Maďarsku a Slovensku tak lze předpokládat postupné provozní nasazení na další výkony ve vozbě nákladních vlaků. I když na hodnocení úspěšnosti modernizace je ještě brzy, lze již na základě prvních jízdních zkoušek konstatovat, že proces modernizace sedmi lokomotiv řady 230 splnil po technické stránce očekávání. Literatura: [1] Pracovní dokumenty ČD Cargo, a.s. [2] Pars nova, a.s. Projekt modernizace a rekonstrukce železničních kolejových vozidel V Praze, listopad 2009 Lektoroval: Ing. Miroslav Němeček ČD Cargo, a.s. 7

77 Jaromír Zelenka 1 Analýza vodicích vlastností dieselelektrické lokomotivy s novým podvozkem CZ LOKO pomocí simulačních výpočtů Klíčová slova: dvounápravový podvozek dieselelektrické lokomotivy, simulační výpočty, vodicí vlastnosti, kvazistatická vodicí síla. 1. Úvod Po úspěšném vývoji nové koncepce vedení dvojkolí u dvounápravových dieselelektrických lokomotiv se společnost CZ LOKO a.s. zaměřila na vývoj dvounápravového podvozku traťové a posunovací lokomotivy s výkonem od 800 do 1500 kw s maximální rychlostí do 120 km/h. V rámci řešení programového projektu výzkumu a vývoje IMPULS Ministerstva průmyslu a obchodu pod názvem Výzkum a vývoj modulových dvounápravových podvozků dieselelektrických lokomotiv se Dopravní fakulta Jana Pernera Univerzity Pardubice jako spolupříjemce projektu podílela na výzkumu jízdních a vodicích vlastností lokomotivy s novou koncepcí podvozku. V tomto příspěvku jsou uvedeny výsledky ověřování vodicích vlastností lokomotivy při průjezdu oblouky velmi malých poloměrů pomocí simulačních výpočtů. 2. Popis nového podvozku CZ LOKO Hlavním cílem výše uvedeného programového projektu řešeného společností CZ LOKO a.s. v letech bylo zhotovení prototypu modulového dvounápravového podvozku dieselelektrické lokomotivy. Tento nový podvozek byl společností poprvé představen v rámci Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně v roce Trakční podvozek (viz Obr. 1) je určen pro čtyřnápravovou lokomotivu, která bude typově označena řadou Jedná se o podvozek se svařovaným rámem, s dvojitým vypružením, s pohonem dvojkolí tlapovým motorem s valivým uložením. Primární vypružení je tvořeno čtyřmi šroubovitými pružinami na jedno dvojkolí a sekundární vypružení rámu podvozku vůči skříni je provedeno čtyřmi šroubovitými pružinami na podvozek. Pružiny v obou stupních vypružení využívají Flexi-coil efektu. Vypružení podvozku je v příčném směru i ve svislém směru doplněno hydraulickými tlumiči. Podélné tlumiče vrtivých pohybů se předpokládají uplatnit pouze pro lokomotivu s rychlostí 120 km/h. Vedení dvojkolí je provedeno jako ojničkové, shodné s lokomotivou řady (viz [1, 2]). Přenos krouticího momentu je proveden jednostupňovou převodovkou se dvěma ozubenými koly. V podvozku jsou dva stejnosměrné trakční motory CZ LOKO výkonu 2x360 kw (je možnost použití i asynchronních motorů stejného výkonu). 1 Doc. Ing. Jaromír Zelenka, CSc., 1957, Vystudoval VŠDS v Žilině obor DMT specializace kolejová vozidla. Docent na Dopravní fakultě Jana Pernera Univerzity Pardubice, Katedra dopravních prostředků a diagnostiky, vedoucí oddělení kolejových vozidel. Vedoucí Dislokovaného pracoviště DFJP v České Třebové. 1

78 Přenos tažných sil na skříň lokomotivy je proveden pomocí centrálního otočného čepu přivařeného k rámu lokomotivy. Podrobný popis podvozku je v literatuře [1]. Obr. 1 Nový dvounápravový podvozek CZ LOKO na MSV v Brně Simulační výpočty vodicích vlastností lokomotivy Simulační výpočty dynamických vlastností vozidla tvoří nedílnou součást v etapě vývoje nového vozidla. Proto při vývoji nového podvozku CZ LOKO byla provedena řada simulačních výpočtů pro ověření navržených parametrů vypružení podvozku a celé lokomotivy. 3.1 Hodnocení účinků na trať Jednou z nejdůležitějších sledovaných veličin při vyšetřování vodicích vlastností lokomotivy při hodnocení účinků na trať je kvazistatická vodicí síla na nabíhajícím kole nápravy Y qst pro zkušební oblast 3 a 4 [3], tj. oblouky o malých poloměrech 400 m R 600 m a oblouky o velmi malých poloměrech 250 m R < 400 m. Kvazistatická vodicí síla má mezní (limitní) hodnotu dle ČSN EN Y qst,lim = 60 kn pro zkušební oblasti bez přechodových úseků. Dosažení této velmi přísné mezní hodnoty je problematické, uvedená norma ve své poznámce přímo uvádí: (citace) Tato mezní hodnota je známá jako problematická pro vozidla ve zkušební oblasti 4. Průběžně se přehodnocuje podle UIC. Za určitých podmínek jsou možné odchylky od této mezní hodnoty. V návrhu nového znění vyhlášky UIC 518 z 10/2007 jsou v případě skupiny účinky na trať změněny mezní hodnoty kvazistatické vodicí síly na nabíhající nápravě tím způsobem, že tato limitní hodnota je závislá na poloměru oblouku R [m] a je dána vztahem 2

79 Y = 30 [ kn]. R qst, lim + Grafické porovnání mezní hodnoty podle ČSN EN a podle návrhu vyhlášky UIC 518 ukazuje Obr LIMITNÍ HODNOTY KVAZISTATICKÉ VODICÍ SÍLY Zkušební oblast m R < 400 m ČSN EN : 2006 návrh UIC /2007 Yqst, lim [kn] Poloměr oblouku R [m] Obr. 2 Mezní hodnoty kvazistatické vodicí síly. Výsledky simulačních výpočtů byly porovnávány s oběma mezními hodnotami Y qst,lim. 3.2 Popis simulačního programu V rámci spolupráce na řešení projektu byl vytvořen dynamický model čtyřnápravové lokomotivy, který byl následně řešen simulačním programovým systémem vyvíjeným na Katedře dopravních prostředků a diagnostiky DFJP. Celý proces modelování jízdy kolejového vozidla všeobecně sestává z následujících kroků: - tvorba dynamického modelu, - tvorba matematického modelu, - algoritmizace matematického modelu a tvorba programového systému, - testování a verifikace programového systému, - provedení simulačních výpočtů, - vyhodnocení výsledků simulačních výpočtů. Programový systém vyvíjený na DFJP, Dislokovaném pracovišti v České Třebové, označený SJKV-v.4nv pro provádění simulačních výpočtů čtyřnápravového vozidla byl modifikován pro použití simulačních výpočtů lokomotivy řady 744. Tento programový systém se skládá z dynamického modelu příslušného kolejového vozidla a dynamického modelu koleje. Další důležitou část programového systému tvoří matematický aparát, který řeší geometrickou vazbu dvojkolí a koleje, adhezní vazbu kolo-kolejnice, atd. Popis dynamického modelu koleje a vozidla uvádí např. literatura [4, 5, 6]. Matematické modely jsou algoritmizací převedeny do programovacího jazyka Pascal vývojového prostředí Borland Delphi. Podrobnější popis programového systému DFJP je uveden v [2]. 3

80 3.3 Základní parametry podvozku a lokomotivy - vstupní data pro simulaci Přehled použitých hmotnostních a rozměrových parametrů lokomotivy 744, které byly převzaty od výrobce, jsou uvedeny v Tab. 1: Tab. 1 Základní vstupní data do simulačních výpočtů Parametr Hodnota Poznámka Hmotnost skříně kg Moment setrvačnosti skříně kolem x-osy kg.m 2 Moment setrvačnosti skříně kolem y-osy kg.m 2 Moment setrvačnosti skříně kolem z-osy kg.m 2 Vzdálenost otočných čepů Výška podlahy stanoviště strojvedoucího nad TK 8.6 m 1.85 m Hmotnost podvozku kg bez dvojkolí + 1/3 TM Moment setrvačnosti podvozku kolem x-osy kg.m 2 Moment setrvačnosti podvozku kolem y-osy kg.m 2 Moment setrvačnosti podvozku kolem z-osy kg.m 2 Hmotnost dvojkolí kg + 2/3 TM Moment setrvačnosti dvojkolí kolem x-osy kg.m 2 Moment setrvačnosti dvojkolí kolem y-osy 584 kg.m 2 Moment setrvačnosti dvojkolí kolem z-osy kg.m 2 Průměr kola Poloviční příčná vzdálenost tlumení od osy vozidla Poloviční příčná vzdálenost vypružení od osy vozidla Rozvor podvozku Výška těžiště podvozku nad TK Výška přenosu podélných sil podvozek-skříň nad TK Poloviční příčná vzdálenost nápravových ložisek 1.1 m m 1.013/1.113 m 2.4 m m 0.34 m m Parametr Hodnota Poznámka Tuhost pružiny primárního stupně vypružení Nm -1 Tuhost pružiny sekundárního stupně vypružení Nm -1 Svislý tlumič primárního stupně vypružení Příčný tlumič sekundárního stupně vypružení H8P H8L

81 Svislý tlumič sekundárního stupně vypružení H8L Obr. 3 Model podvozku. Rychlost jízdy: tato je při simulačních výpočtech alternována podle hodnoty požadovaného příčného nevyrovnaného zrychlení, poloměru oblouku a převýšení koleje. Max. hodnota příčného nevyrovnaného zrychlení dle ČSN EN je a n = 1.1 m.s -2. Při převýšení koleje 150 mm v obloucích velmi malého poloměru je rychlost jízdy při simulaci pro R = 250 m V = 82 km/h, pro R = 300 m V = 90 km/h a pro R = 350 m V = 97.2 km/h. Charakteristiky kontaktní geometrie dvojkolí-kolej: jsou dány kombinací použitého jízdního obrysu kola dvojkolí a příčného profilu hlavy kolejnice. Byly vytvořeny soubory dat popisujících kontakt dvojkolí s jízdním obrysem ORE S1002 na kolejnicích UIC60 s úklonem 1:20 a 1:40. Dalšími vstupními parametry simulace jsou geometrické parametry koleje (svislé a příčné odchylky polohy jednotlivých kolejnicových pásů). Tyto GPK byly získány z měřicího vozu nebo byly získány generováním ze spektrální výkonové hustoty tratí Evropy. Při simulačních výpočtech pro hodnocení vodicích vlastností bylo provedeno porovnání výsledků simulace s respektováním geometrických parametrů koleje (kolej s nerovnostmi) a výsledků simulace po ideální koleji bez GPK (kolej bez nerovností). Z těchto výsledků simulačních výpočtů jsou zřejmé především trendy vývoje sledovaných veličin, přechodové jevy apod. Tyto výsledky jsou také využívány pro analýzu vlivu různých parametrů (parametrů konstrukčních, parametrů vypružení a tlumení apod.) 5

82 Porovnání výsledků simulací oběma způsoby je provedeno na následujících průbězích vodicích sil (Obr. 4) a kolových sil (Obr. 5) ΣY1, Y11, Y12 [N] dráhasimulace[m] Obr. 4 Vodicí síly prvního dvojkolí, výpočet bez nerovností a s nerovnostmi (s GPK). Porovnání výsledků dvojího přístupu simulace jízdy lokomotivy v oblouku koleje bylo provedeno hodnocením středních hodnot sledovaných veličin v jednotlivých hodnocených úsecích. Rozdíl středních hodnot ΔE těchto veličin 380m vypočtený dle vztahu Δ E = ( ED EK ), kde E D je veličina dynamická x= 110m (se zohledněním GPK) a E K je veličina kvazistatická (bez zohlednění GPK), nebyl větší než 1%. Uvedená skutečnost shody středních hodnot sledovaných veličin vede k závěru, že při analýze vlivu jednotlivých vstupních parametrů simulace lze provádět zrychlené simulační výpočty, kdy je provedena simulace jízdy jen do ustáleného stavu, (např. v případě poloměru oblouku R = 250 m, viz Obr. 4 a Obr. 5, nastává ve vzdálenosti 250 m), kdy jsou ze simulačního výpočtu využity okamžité hodnoty odpovídající tomuto stavu. Není tedy nutné provádět simulaci jízdy po celé dráze a časově náročné zpracování výsledků včetně statistického zpracování v jednotlivých hodnocených úsecích dle ČSN EN

83 Q11, Q12 [N] dráha simulace [m] Obr. 5 Kolové síly prvního dvojkolí, výpočet bez nerovností a s nerovnostmi (s GPK). 4. Vyhodnocení simulačních výpočtů vodicích vlastností lokomotivy Pro posouzení vodicích vlastností nového podvozku lokomotivy byly provedeny simulační výpočty v obloucích malých poloměrů a to pro R = 250, 300 a 350 m. Hmotnost lokomotivy byla alternována v rozmezí t. Rychlost jízdy simulace byla stanovena pro maximální hodnotu nevyrovnaného zrychlení a n = 1.1 m.s -2. Byly dále provedeny simulační výpočty pro charakteristiky kontaktní geometrie odpovídající úklonu kolejnic 1:20 a 1:40. Na Obr. 6. a Obr. 7 jsou znázorněny průběhy dosahovaných hodnot kvazistatické vodicí síly na nabíhajícím kole první nápravy na koleji s úklonem kolejnic 1:20. Z těchto porovnání je možno vyslovit následující poznatky: - podmínce normy ČSN EN by vyhovovala lokomotiva do hmotnosti cca 76 tun, neboť očekávaná hodnota kvazistatické vodicí síly se počítá ze všech hodnocených úseků zkušební oblasti 4, tedy oblouků o velmi malých poloměrech 250 m R < 400 m. Přitom norma dále stanoví, že jednotlivé hodnocené úseky koleje musí zahrnovat úplný rozsah hodnot přiřazených poloměrů oblouků a pro zajištění nezbytného rozložení poloměrů oblouků ve zkušební oblasti s malými a středními poloměry oblouků musí být dodržena stanovená střední hodnota poloměru oblouku. Pro zkušební oblast 4 je to střední hodnota R m + 50 = 300 m. 20 7

84 R = 250 m R = 300 m R = 350 m 64 Y 1qst [kn] Y qst,lim dle ČSN EN 14363: Hmotnost lokomotivy [t] Obr. 6 Porovnání dosahované kvazistatické vodicí síly na nabíhajícím kole první nápravy v obloucích velmi malých poloměrů v závislosti na hmotnosti lokomotivy. - Pokud by se vodicí vlastnosti lokomotivy, tedy kvazistatické vodicí síly, hodnotily podle návrhu vyhlášky UIC 518, vyhovovala by lokomotiva i pro maximálně navrhovanou alternativu hmotnosti 80 t (viz Obr. 7). 8

85 Y qst,lim dle UIC 518 (návrh) 80 t 78 t 76 t 74 t 72 t 70 t Y 1qst [kn] Y qst,lim dle ČSN EN 14363: Poloměr oblouku R [m] Obr. 7 Porovnání dosahované kvazistatické vodicí síly na nabíhajícím kole první nápravy v obloucích velmi malých poloměrů v závislosti na hmotnosti lokomotivy. Dále byl sledován vliv úklonu kolejnic, výpočty byly dále provedeny pro charakteristiky kontaktní geometrie dvojkolí-kolej odpovídající jízdnímu obrysu ORE S1002 na kolejnicích UIC60/1:40. Hodnoty dosahovaných kvazistatických sil na nabíhajícím kole první nápravy se snížily oproti výsledkům na úklonu kolejnic 1:20 o % (viz Obr. 8). Z porovnání kvazistatické vodicí síly (příznivější průběh vodicí síly na koleji s úklonem 1:40) vyplývají lepší vodicí vlastnosti podvozku a celé lokomotivy na koleji s úklonem 1:40. Toto zjištění plně koresponduje s výsledky simulací vodicích vlastností jiných kolejových vozidel (viz např. [7]). 9

86 70 68 R = 250 m, úklon kolejnic 1:20 R = 250 m, úklon kolejnic 1: Y 1qst [kn] Y qst,lim dle ČSN EN 14363: Hmotnost lokomotivy [t] Obr. 8 Porovnání dosahované kvazistatické vodicí síly na nabíhajícím kole první nápravy v oblouku R = 250 m v závislosti na hmotnosti lokomotivy a pro kolej s úklonem kolejnic 1:20 a1: Závěr Pomocí programového systému jízdy kolejového vozidla vyvíjeného na DFJP byla provedena analýza vodicích vlastností nového podvozku dieselelektrické lokomotivy řady Byla sledována dosahovaná kvazistatická vodicí síla při průjezdu oblouky velmi malých poloměrů při různých vstupních hodnotách simulace jízdy. Hodnocení bylo provedeno dle ČSN EN a podle návrhu vyhlášky UIC 518 (2007). Výsledky simulačních výpočtů tvoří tak nedílnou součást vývoje nového podvozku a lokomotivy, které se budou dále upřesňovat na základě zpřesňujících charakteristik nově vyvíjené lokomotivy společností CZ LOKO a.s. Skutečné ověřování jak vodicích, tak i jízdních vlastností lokomotivy bude provedeno na základě rozsáhlých zkoušek na prototypu lokomotivy v budoucím období. Poznámka: Výsledky prezentované v tomto článku byly řešeny v rámci projektu VaV Ministerstva průmyslu a obchodu IMPULS ev.č. FI-IM4/042 Výzkum a vývoj modulových dvounápravových podvozků dieselelektrických lokomotiv. Literatura: [1] KOPAL J.: Pojezd lokomotiv provenience CZ LOKO a.s. Sborník přednášek XIX. konference s mezinárodní účastí Současné problémy v kolejových 10

87 vozidlech, září 2009, ASI Česká Třebová, Univerzita Pardubice, 2009, ISBN , str.1-6. [2] ZELENKA J.: Jízdní a vodicí vlastnosti dvounápravových dieselelektrických lokomotiv CZ LOKO. Nová železniční technika, č. 6/2009, (v tisku). [3] ČSN EN 14363:2006. Železniční aplikace Přejímací zkoušky jízdních charakteristik železničních vozidel Zkoušení jízdních vlastností a stacionární zkoušky. Český normalizační institut, [4] IZER, J., ZELENKA, J., LATA, M., POLÁČEK, J., SÁLA, P. Interakce dopravních prostředků a dopravní cesty. Dílčí zpráva plnění výzkumného záměru za rok Česká Třebová: [5] IZER, J., ZELENKA, J. Optimalizace vypružení elektrického motorového vozu ř Sborník přednášek XIII. Mezinárodní konference Současné problémy v kolejových vozidlech. Pardubice: Univerzita Pardubice, 1997, s ISBN [6] KAVÁN, P. Výzkum problematiky jízdy železničních vozidel s malými koly. Kandidátská disertační práce, Pardubice, [7] ZELENKA J., ŠPALEK P.: Simulační výpočty vodicích vlastností lokomotivy řady 380, posuzování vlivu mezipodvozkové vazby. Sborník přednášek XIX. konference s mezinárodní účastí Současné problémy v kolejových vozidlech, září 2009, ASI Česká Třebová, Univerzita Pardubice, 2009, ISBN , str Česká Třebová, listopad 2009 Lektoroval: Ing. Pavel Matys vedoucí oddělení Konstrukce a projekce CZ LOKO a.s. 11

88 Jiří Janšta 1 Registr vozidel REVOZ a jeho význam na liberalizovaném dopravním trhu Klíčová slova: registr vozidel, manažer infrastruktury, ERA, TAF TSI, TSI WAG, aplikace portálu. 1 Úvod Aplikace registr vozidel (REVOZ) manažera infrastruktury je webovou aplikací vyvinutou a provozovanou na portálové platformě společnosti OLTIS Group a.s. Jejím cílem je vytvořit seznam všech hnacích vozidel, vozidel infrastruktury a údržby (speciální vozidla) a jejich řad, které jsou schváleny pro provoz na dopravní síti daného manažera infrastruktury. Údaje ke každému vozidlu je možné rozdělit na administrativní a technické. Pří vývoji aplikace byly zohledněny všechny požadavky, které na tuto problematikou klade legislativa EU a národní legislativa ČR. Do seznamu uživatelů této aplikace je možné zařadit zaměstnance manažera infrastruktury, Drážního úřadu (DÚ), dopravců, držitelů a vlastníků vozidel, atd. Informace o vozidlech je možné poskytovat do dalších autorizovaných informačních systémů manažera infrastruktury, např. aplikace, v níž se provádí konstrukce vlakových tras ad hoc, vyúčtování poplatku za užití dopravní cesty, atd. 2 Legislativa Při vývoji aplikace REVOZ byl kladen důraz na splnění všech požadavků, které na problematiku vedení registru kolejových vozidel klade legislativa EU a národní legislativa ČR. V následujících podkapitolách je uveden výčet většiny důležitých právních aktů. 2.1 Legislativa EU V rámci legislativy EU se k problematice registru kolejových vozidel vztahují následující právní akty: Směrnice 2001/16/ES článek 24 - nařizuje členským státům každoročně aktualizovat registr kolejových vozidel (i pro veřejnost) Nařízení 2004/881/ES specifikuje pro ERA vytvoření vzoru registru vozidel Rozhodnutí komise 2007/756/ES specifikuje pro vnitrostátní orgán členského státu (DÚ) povinnost vedení registru vozidel v definovaném rozsahu Nařízení 2008/1335/ES ERA zajisti veřejnosti přístup k registrům vozidel a dokumentům o vozidlech, evropský registr typů vozidel Nařízení 2006/62/ES kapitola nařizuje vedení registru vozidel v definovaném rozsahu pro držitele vozidla 1 Ing. Jiří Janšta, nar Absolvent Univerzity Pardubice, Dopravní fakulty Jana Pernera, obor Technologie a řízení dopravy. Pracuje ve společnosti OLTIS Group a.s. na pozici analytik. jansta@oltis.cz 1

89 Směrnice 2004/49/ES článek 16 vedení registr vozidel na DÚ včetně dozoru nad aktualizací Směrnice 2008/110/ES změny ve směrnici 2004/49/ES, např. odpovědnost za údržbu vozidla záznam v registru vozidel Směrnice 2008/57/ES článek 33 vedení registru vozidel v členském státě EU, článek 34 vedení registr typů vozidel v ERA; zajištění přístupu k registrům Rozhodnutí komise 2006/861/ES příloha H požadavky na registr nákladních vozů 2.2 Legislativa ČR V legislativě ČR jsou pro problematiku registru vozidel podstatné tyto právní dokumenty: Zákon 266/1994 (zákon o drahách) ve znění zákona č. 189/1999 Sb., zákona č. 23/2000 Sb., zákona č. 71/2000 Sb., zákona č. 132/2000 Sb., zákona č. 77/2002 Sb., nálezu Ústavního soudu uveřejněného pod č. 144/2002 Sb., zákona č. 175/2002 Sb., zákona č. 218/2002 Sb., zákona č. 309/2002 Sb., zákona č. 320/2002 Sb., zákona č. 103/2004 Sb., zákona č. 1/2005 Sb., zákona č. 181/2006 Sb. a zákona č. 191/2006 Sb.: 49d DÚ musí vést registr drážních vozidel 49e odstavec 5 DÚ zajistí zveřejnění aktuálních údajů vedených v registru vozidel Vyhláška č. 352/2004 Sb. (o provozní a technické propojitelnosti evropského železničního systému) 21 nařizuje: provozovateli dráhy, který je součástí evropského železničního systému, vedení a zveřejňování registrů součástí subsystému dráhy (aktualizaci dat musí provozovatel dráhy projednat s DÚ), dopravci vedení a zveřejňování registru jím provozovaných vozidel na dráhách evropského železničního systému (aktualizaci dat musí dopravce projednat s DÚ), provozovatelům drah a dopravcům na dráhách evropského železničního systému zajištění zveřejnění registrů formou dálkového elektronického přístupu k informacím. 3 Aplikace REVOZ Aplikace REVOZ byla vytvořena jako webová aplikace, ve které se udržuje seznam vozidel schválených k provozu na dopravní síti daného manažera infrastruktury (nebo též provozovatele dráhy) a seznam řad vozidel. Hlavním cílem aplikace je načíst z datových zdrojů (jiných aplikací) nebo zadat přes pořizovací formuláře příslušné administrativní a technické údaje pro jednotlivá kolejová vozidla a jejich řady, tyto údaje udržovat aktuální, a dle přístupových práv je v režimu online nabízet jednotlivým uživatelů a také informačním systémům u daného manažera infrastruktury v rámci životního cyklu vlaku, tj. od objednání trasy až po vyfakturování poplatku za užití dopravní cesty. Dále tyto údaje využívat jako podklad pro sestavení předpisů SŽDC (ČD) D2/1 a SŽDC (ČD) D2/81. 2

90 Mezi datové zdroje, které jsou perspektivní pro poskytování údajů do registru vozidel manažera infrastruktury, můžeme zařadit tyto: registr kolejových vozidel vedený vnitrostátním bezpečnostním orgánem (Drážní úřad), registr kolejových vozidel vedený držitelem vozidla (na dopravní síti se většinou můžou pohybovat vozidla od několika různých držitelů vozidel). Aplikace REVOZ je snadno rozšířitelná a může poskytnout vedení registru kolejových vozidel pro více subjektů současně s navzájem vymezenými přístupovými právy na jednotlivé datové položky zvlášť pro čtení i editaci. Tato vlastnost umožňuje například vedení jednoho společného registru kolejových vozidel pro manažera infrastruktury, vnitrostátní bezpečnostní orgán (Drážní úřad) a jednotlivé držitele vozidel. Takovéto řešení přináší následující hlavní výhody: jednotnou databázi kolejových vozidel bez nutnosti synchronizace dat mezi různorodými informačními systémy výše uvedených subjektů, snížení nákladů pro jednotlivé subjekty na vývoj a provozování vlastních informačních systémů v případě nákupu outsourcingu provozování aplikace REVOZ. Obr. 1 Ukázka obrazovky REVOZ se seznamem řad hnacích vozidel 3

91 3.1 Uživatelé aplikace REVOZ Každý uživatel se na vstupu do aplikace musí autorizovat. K autorizaci uživatele se využívá Logserver (LDAP server). Zde jsou pro REVOZ vedeny jednotlivé role (typy uživatelů) a v nich jsou zařazeni konkrétní uživatelé. Při úspěšné autorizaci uživatele vrátí Logserver roli uživatele (může jich být více) a systém mu automaticky spustí webové uživatelské rozhraní, které disponuje jeho daty a funkcemi pro něj určenými. Díky použití portálové platformy společnosti OLTIS Group a.s. pro aplikaci REVOZ může tato aplikace využívat technologii jednotného přihlašování (Single sign-on). Ta zaručuje, že pokud se uživatel úspěšné přihlásí na portále provozování dráhy ( má automaticky autorizovaný přístup i do aplikace REVOZ bez nutnosti se znovu přihlašovat. Aplikace REVOZ rozeznává tyto uživatelské role (dle výše uvedené legislativy): Manažer infrastruktury, Vnitrostátní bezpečnostní orgán (DÚ), Dopravce, Držitel vozidla, Vlastník vozidla, Orgány inspekce, ERA (Evropská železniční agentura), Veřejnost. 3.2 Funkce aplikace REVOZ Aplikace REVOZ v současné verzi nabízí tyto hlavní funkce: Registr vozidel dle datových položek definovaných v Rozhodnutí Komise 2007/756/ES Registr řad: Hnací vozidla (datové položky dle specifikace SŽDC, TAF TSI) Speciální vozidla (datové položky dle specifikace SŽDC, TAF TSI) Nákladní vozy (datové položky dle specifikace TAF TSI a TSI WAG hotovo pouze analyticky, zatím nezrealizováno) Osobní vozy (datové položky dle specifikace TAP TSI hotovo pouze analyticky, zatím nezrealizováno) Vazba mezi řadou vozidla a vozidlem Číselník společností (dle datových položek definovaných v TAF TSI) Další číselníky: Vlakové zabezpečovače Radiostanice Skupiny speciálních vozidel Generování sestav: Poklad pro sestavení předpisu SŽDC (ČD) D2/1 Doplněk s technickými údaji k Dopravním předpisům 4

92 Podklad pro sestavení předpisu SŽDC (ČD) D2/81 Doprava speciálních vozidel dle typů Sestava o řadě HV dle specifikace SŽDC Tab. 1 Ukázka sestavy řady hnacího vozidla řady 363 pro potřeby manažera infrastruktury 5

93 Obr. 2 Ukázka územního schválení řady Architektura aplikace REVOZ Architektura aplikace REVOZ je založena na čtyřech vrstvách. Uživatelé z internetu, intranetu ČD a intranetu SŽDC se můžou připojovat k webové aplikaci REVOZ umístěné v demilitarizované zóně na serverové farmě společnosti OLTIS Group a.s. Webový server bezpečným a spolehlivým způsobem komunikuje s aplikačním serverem, který vykonává veškerou výpočetní logiku a zajišťuje perzistenci dat na úrovni databázového serveru. Požadavky kladené na jednotlivé části architektury: Klient: osobní počítač, doporučený internetový prohlížeč Internet Explorer nebo Firefox, Webový server: počítač na platformě Intel s operačním systémem Microsoft Windows 2003 Server; Internetová informační služba min. 6.0, Aplikační server: server na platformě Intel s operačním systémem Microsoft Windows 2003 Server, Databázový server: server na platformě Intel s operačním systémem Microsoft Windows 2003 Server; databázový server Oracle verze 10g. ISŘP: aplikační server REVOZ poskytuje datové rozhraní pro ostatní úlohy manažera infrastruktury. Logserver: zajišťuje autorizaci a autentizaci uživatele 6

94 Obr. 3 Architektura aplikace REVOZ Mezi hlavní cíle této architektury můžeme zařadit: důraz na bezpečný přístup k datům, minimální požadavky na software klienta, krátká doba odezvy, vysoká dostupnost, snadná výměna dat s ostatními informačními systémy (webová služba nebo.net remoting). 3.4 Outsourcing provozu Společnost OLTIS Group a.s. je schopna zajistit v rámci dodávky informačního systému REVOZ i jeho provozování formou outsourcingu na vlastní serverové farmě v Olomouci. Pod pojmem provozování informačního systému je třeba rozumět především tyto hlavní činnosti: zajištění technického a programového vybavení pro provoz serverové části systému včetně umístění do prostor s klimatizací a nepřerušitelným napájením, 7

95 zajištění servisu technického vybavení serverové části systému, administrace provozu systému (instalace nových verzí systému, zálohování a archivace dat systému, aktualizace systémového programového vybavení), zajištění dostupnosti systému z internetu, intranetu ČD a intranetu SŽDC, online monitorování všech komponent informačního systému pracovníky Outsourcingu Oltis, měsíčně zpracovávaná zpráva o provozu systému pro jeho vlastníka (seznam všech plánovaných i mimořádných událostí s přesným určením doby vzniku a zániku dané události), průběžné konzultační služby k systému v pracovní době, řešení mimořádných události vzniklých v aplikaci v režimu 24/7/ Využití aplikace REVOZ pro manažera infrastruktury Jak již bylo zmíněno výše, tak jedním z cílů aplikace REVOZ je poskytovat údaje autorizovaným systémům manažera infrastruktury. Hlavním smyslem je maximální využití administrativních a technických dat z registru kolejových vozidel pro aplikace, které se aktivně podílí na zajišťování jednotlivých fází životního cyklu vlaku (předprodejní fáze, žádost o trasu, příprava před odjezdem, jízda vlaku, fakturace, statistika). Tyto aplikace jednak dané informace samy používají a také si je mezi sebou dále předávají, což klade požadavek na používání dat z jednoho autorizovaného datového zdroje. Praktické využití dat v jednotlivých aplikacích může být následující: ISOŘ KADR kontrola rozsahu schválení řady daného vozidla na síti manažera infrastruktury v rámci žádosti o trasu, viz Obr. 2, a využívání technických údajů vozidel pro účely dynamiky jízdy vlaku, ISOŘ ŘVD využívání technických údajů vozidel při sestavování směnového plánu, ISOŘ CDS využívání informací o rozsahu schválení dané řady vozidla na síti manažera infrastruktury při sledování průběhu jízdy vlaku, viz Obr. 2, a technických údajů jednotlivých vozidel, APORT kontrola schválení daného vozidla na síti manažera infrastruktury při pořizování rozboru vlaku, CEVIS využívání technických údajů vozidel při sledování vlaků a vozů, Dopravní deník využívání technických údajů pro získání přehledu o vlacích v daném dopravním bodě, ADPV využívání technických informací při výpočtu finančních poplatků za užití dopravní cesty. Výčet aplikací uvedený v této kapitole, které mohou data o kolejových vozidlech efektivně využívat, stejně jako rozsah využití dat v nich není konečný. 5 Využití aplikace REVOZ pro držitele a vlastníky vozidel a dopravce Držitelé a vlastníci vozidel, a dopravci, můžou využívat aplikaci REVOZ pro vedení jednoduchého registru vozidel dle legislativy EU a ČR. Registr jim umožňuje pořízení základních evidenčních údajů o vozidle: Číslo vozidla, Rok výroby vozidla, Výrobce vozidla, 8

96 Společnosti údržby vozidla, Vlastník vozidla, Držitel vozidla, Správce registru vozidel, Omezení vozidla, Informace o registraci vozidla, Číslo průkazu způsobilosti, Interní číslo vozidla, Výrobní číslo vozidla, Doklad o pořízení vozidla, Emisní norma (důležité pro získání slevy z poplatku za užití dopravní cesty), Radiostanice vozidla, Vlakové zabezpečovací zařízení vozidla, Kontroly vozidla včetně hlídání platnosti kontrol. Aplikace REVOZ v žádném případě nenahrazuje vlastní sofistikované informační systémy držitelů a vlastníků vozidel. Poskytuje vedení registru společnostem s malým počtem vozidel. Pro společnosti s velkým počtem vozidel poskytuje aplikace REVOZ datové rozhraní pro propojení jejich aplikací za účelem poskytnutí potřebných minimálních dat do aplikace REVOZ. Motivem poskytnutí dat je jejich následné využití v systémech manažera infrastruktury jednotlivými dopravci, viz kapitola 4. 6 Závěr Z výše uvedeného textu je zřejmé, že problematika vedení registru kolejových vozidel je poměrně složitá s ohledem na množství požadavků z legislativy EU a ČR, které je třeba během vývoje akceptovat. Aplikace REVOZ všechny tyto požadavky splňuje a současně poskytuje uživateli kvalitní, rychlé a uživatelsky příjemné webové rozhraní. Poměrně nadčasová myšlenka jednotného registru vozidel pro více subjektů s přesně vymezenými přístupovými právy se během analýzy a vývoje aplikace jevila jako velmi perspektivní s ohledem na poměrně složitou výměnu dat mezi nesourodými aplikacemi v rámci jednotlivých subjektů. Zejména manažer infrastruktury získá díky aplikaci REVOZ dokonalý přehled o schválených kolejových vozidlech a řadách kolejových vozidel, které mohou užívat jeho železniční síť. Tyto informace může dokonale využít v jednotlivých informačních systémech, které pokrývají životní cyklus vlaku. 9

97 Literatura [1.] Úřední věstník EU: Rozhodnutí Komise č. 2006/920/ES ze dne 11. srpna 2006 o technické specifikaci pro interoperabilitu týkající se subsystému Provoz a řízení dopravy "transevropského konvenčního železničního systému [2.] ERA: REGISTRATION OF ROLLING STOCK final report ze dne [3.] AEIF: THE INFRASTRUCTURE DATA AND THE ROLLING STOCK DATA ze dne [4.] Project No: 2005-EU S: STRATEGIC EUROPEAN DEPLOYMENT FOR TAF TSI APPENDIX C REFERENCE FILES ze dne [5.] Úřední věstník EU: Rozhodnutí Komise 2007/756/ES ze dne 9. listopadu 2007, kterým se přijímá společná specifikace celostátního registru vozidel stanoveného podle čl. 14 odst. 4 a 5 směrnic 96/48/ES a 2001/16/ES [6.] Úřední věstník EU: Rozhodnutí Komise 2006/861/ES ze dne 28. července 2006 o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému Kolejová vozidla - nákladní vozy" transevropského konvenčního železničního systému [7.] Úřední věstník EU: Nařízení Komise (ES) č. 2006/62 ze dne 23. prosince 2005 o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému pro telematické aplikace v nákladní dopravě evropského konvenčního železničního systému (TAF TSI) [8.] SŽDC (ČD): Předpis D2/81 doprava speciálních vozidel podle typů [9.] SŽDC (ČD): Předpis D2/1 doplněk s technickými údaji k Dopravním předpisům [10.] Úřední věstník Evropské unie: Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2001/16/ES ze dne 19. března 2001 o interoperabilitě transevropského konvenčního železničního systému [11.] Sbírka zákonů ČR: Vyhláška MD č. 352/2004 Sb. ze dne 20.května 2004 o provozní a technické propojitelnosti evropského železničního systému (vyhlášena v částce č. 114/2004 Sb.), ve znění vyhlášky č.377/2006 Sb. (vyhlášena v částce č. 119 /2006 Sb.) [12.] Janšta, J.: Analýza registru vozidel. OLTIS Group a.s [13.] Vincent Madurkay: Sběr výchozích údajů pro založení registru vozidel podle TSI. Vědeckotechnický sborník ČD 18/

98 Seznam zkratek ADPV: CEVIS: ČD: ČR: CSV: DOZZ: DÚ: ERA: EU: GTN: Archív dat provozních výkonů Centrální vozový informační systém České dráhy, a.s. Česká republika centrální systém výluk, informační systém dálkové ovládání zabezpečovacího zařízení Drážní úřad European Railway Agency, Evropská železniční agentura Evropská unie graficko technologická nástavba zabezpečovacího zařízení, informační systém, nástavba zabezpečovacího zařízení ISOŘ APD: informační systém operativního řízení, archív primárních dat ISOŘ CDS: informační systém operativního řízení, centrální dispečerský systém ISOŘ KADR: informační systém operativního řízení, kapacita dráhy ISOŘ ŘVD: informační systém operativního řízení, řízení vlakové dopravy ISOŘ: informační systém operativního řízení ISŘP informační systémy řízení provozu LDAP: Lightweight Directory Access Protocol, protokol pro ukládání a přístup k datům na adresářovém serveru. Logserver: Označení LDAP serveru MI: manažer infrastruktury REVOZ: informační systém pro vedení registru kolejových vozidel SŽDC: Správa železniční dopravní cesty, státní organizace TSI TAF: Telematic Applications for Freight, telematické aplikace v nákladní dopravě TSI WAG: subsystem rolling stock freight wagons, subsystém vozový park TSI: WWW: ŽDC: nákladní vozy Technical Specifications for Interoperability, technické specifikace pro interoperabilitu. World Wide Web, služba sítě internet pro přenos hypertextového, často multimediálního obsahu železniční dopravní cesta V Praze, listopad 2009 Lektoroval: Ing. Marek Neustadt SŽDC 11

99 Karel Hlava 1, Ladislav Mlynařík 2 Práce a výkon při rekuperaci Klíčová slova: jednofázová soustava 25 kv, 50 Hz, rekuperační brzdění, rekuperační výkon, rekuperační energie Úvod Trakční napájecí soustava 25 kv, 50 Hz je na ČD koncipována s důsledným využitím jednostranného napájení trakčního obvodu. Provozují se dva druhy jednostranného napájení, a to: napájení T, kde jeden trakční transformátor napájí oba směry traťových úseků s tím, že trakční napájecí stanice (TNS) obvykle leží přibližně uprostřed celkové délky napájeného úseku, napájení L, kdy jeden trakční transformátor napájí obě stopy TV jednoho jízdního směru a druhý trakční transformátor pak obě stopy druhého jízdního směru, přičemž oba trakční transformátory jsou připojeny na rozdílná sdružená napětí sítě 110 kv, v obou případech je jednofázový trakční transformátor připojen na sdružené napětí sítě 110 kv, kde příslušné fáze jsou dány vždy dohodou s dodavatelem elektrické energie. Napájené úseky TV jsou ukončeny buď ve spínacích stanicích (u varianty T ), nebo leží mezi TNS a spínací stanicí (u varianty L ). Zásadně se však dodržuje, že obě jízdní stopy jednoho dvoukolejného traťového úseku jsou napájeny napětím ze stejného trakčního transformátoru. V místě spínacích stanic i před trakční napájecí stanicí jsou do TV vložena neutrální pole, aby se zamezilo překlenutí odlišných napěťových soustav při přejezdu sběrače hnacího vozidla. Při rekuperačním brzdění rozlišujeme tři režimy brzdění, a to: brzdění udržovací, spádové, brzdění zpomalovací, brzdění zastavovací. 1 doc. Ing. Karel Hlava,CSc., 1930, ČVUT Praha, specializace elektrická trakce, emeritní vedoucí oddělení EMC ve VÚŽ a TÚDC, externí učitel Univerzity Pardubice, Dopravní fakulty Jana Pernera. 2 Ing. Ladislav Mlynařík, 1984, Dopravní fakulta Jana Pernera, Univerzita Pardubice, interní doktorand Katedry elektrotechniky a zabezpečovací techniky v dopravě DFJP 1

100 Brzdění udržovací či spádové se používá s výhodou na dlouhých klesáních trati, kde lze dosáhnout významných energetických úspor. V síti ČD se však podobné spády nevyskytují, a proto v dalším tomuto režimu brzdění nebudeme věnovat pozornost. Brzdění zpomalovací slouží ke snížení jízdní rychlosti jedoucí vlakové soupravy, tedy k omezení její kinetické energie danému v podstatě rozdílem jízdní rychlosti na začátku zpomalování a snížené jízdní rychlosti výsledné. Brzdění zastavovací je mezním případem brzdění zpomalovacího, kdy se uplatňuje jako pomůcka pro zastavení vlakové soupravy s cílem vrátit celou kinetickou energii jedoucí soupravy zpět do sítě. Konstrukce trakčního měniče hnacích vozidel však neumožňuje využití režimu rekuperace až do zastavení hnacího vozidla. Při jisté jízdní rychlosti (obvykle cca 40 km/h) hnací vozidlo samočinně přepíná z režimu rekuperace na režim elektrodynamické brzdy s použitím přeměny zbytkové kinetické energie na teplo v brzdových odpornících hnacího vozidla. Kinetická energie jedoucí vlakové soupravy je závislá na: celkové hmotnosti vlaku, dané součtem hmotnosti hnacího vozidla a vlastní vlakové soupravy, jízdní rychlosti na počátku brzdění, součiniteli rotujících hmot jak trakčních motorů, tak i dvojkolí vlakové soupravy. Během brzdění se však část kinetické energie vlaku spotřebovává na krytí jízdních odporů. V případě zastavovacího režimu brzdění se prvotní kinetická energie může rekuperací vrátit do napájecí soustavy zmenšená pouze o složku spotřebovanou během brzdění na krytí jízdních odporů. V případě zpomalovacího režimu brzdění se takto rekuperovatelná energie zmenšuje ještě o kinetickou energii odpovídající snížené jízdní rychlosti po ukončení brzdného režimu. Podobný stav nastává při samočinném přechodu rekuperačního brzdového režimu a režim elektrodynamické brzdy. Početní analýza Kinetická energie jedoucího vlaku je dána výrazem 2 2 A = 1, 072 β m V 10 [Wh] (1) KIN CELK POC 2

101 kde β je činitel rotujících hmot, kde pro jednoduchost budeme předpokládat stejnou hodnotu pro hnací vozidlo i pro dvojkolí vlakové soupravy a vezmeme střední hodnotu β 107, m CELK celková hmotnost vlaku [t], pro kterou platí výraz mcelk = mhv + m (2) VS m HV m VS V POC hmotnost hnacího vozidla [t] hmotnost vlakové soupravy [t] jízdní rychlost na počátku brzdění [km/h] Měrný jízdní odpor je udáván větším počtem vzorců, z nichž zvolíme dva: pro elektrickou čtyřnápravovou lokomotivu ve tvaru: V + 12 phv = 5 + 0, 0524 [N/kN] 10 2 (3) kde V je příslušná jízdní rychlost [km/h] pro vlakovou soupravu ve tvaru 2 pvs = 2, 5 + 0, V [N/kN] (4) celkový měrný jízdní odpor kombinace hnacího vozidla a vlakové soupravy je dán výrazem p CELK = m p + m p m + m HV HV VS VS HV VS (5) Při výběhu (bez použití vlakové brzdy) by se celá tato energie A KIN spotřebovala na krytí jízdního odporu. Během toho by vlaková souprava ujela dráhu výběhu l 0 [km], kterou určíme z trakční práce A TRAK s použitím průměrného jízdního odporu odhadnutého pro střední jízdní rychlost během výběhu na rovné trati p CELK,0 [N/kN]. Bude platit rovnice A TRAK = A KIN = 2,724 m CELK p CELK,0 l 0 [Wh] (6) 3

102 kde A TRAK je trakční práce užitečně vynaložená na ujetí výběhové dráhy l 0 [km] Z této rovnice plyne po úpravě pro výběhovou dráhu l 0 l 0 A = 2,724 m KIN CELK p CELK,0 [km] (7) Při režimu zastavovacího brzdění lze ve smyslu výše uvedeného využít pro rekuperaci pouze rozdíl obou energií podle výrazu AREK = AKIN A (8) TRAK což po dosazení z výrazů (1) a (6) dává pro největší rekuperovatelnou energii po úpravě A REK = m CELK 2 2 ( 1,072 β V 10 2,724 l p ) POC K výrazu (9) je vhodné dodat tyto poznámky: REK CELK,0 [Wh] hodnota l REK [km] je v podstatě závislá na dostupném rekuperačním výkonu, který může hnací vozidlo v tomto režimu poskytnout; čím větší rekuperační výkon je k disposici, tím kratší bude i délka l, navazující číselné příklady ukáží, že vliv druhého členu ve výrazu (9) je ve srovnání s hodnotou prvního členu malý a v reálných provozních podmínkách by jej bylo pravděpodobně možno zanedbat, proto též není příliš na závadu, že měrný jízdní odpor během brzdění p CELK,0 je brán pro střední rychlost během brzdění. Při použití zpomalovacího brzdného režimu se výraz (9) pouze doplní o rozdíl jízdních rychlostí na počátku brzdění V POC a na konci zpomalovacího brzdění V KON. Pro tento režim brzdění pak dostaneme pro největší hodnotu rekuperovatelné energie výraz A = m 1,072 β V V 10 2,724 l p (10) REK CELK REK [ ( ) ] POC KON REK CELK,0 Podívejme se nyní na hodnoty činného rekuperačního výkonu P REK [W], který umožňuje hnací vozidlo. Na tomto výkonu je závislá v prvním přiblížení délka použití rekuperačního režimu brzdění t REK [min.], která je dána za předpokladu konstantní hodnoty rekuperačního výkonu během celého brzdění výrazem (9) t REK A REK = 60 [min.] P REK (11) 4

103 Grafické pomůcky pro odhad rekuperační energie, rekuperačního výkonu a jeho trvání První grafická pomůcka je obsažena na grafu č. 1. Na tomto grafu lze snadno odečítat velikost kinetické energie A KIN ve smyslu výrazu (1), je-li dána především celková hmotnost vlakové soupravy m CELK. Pro jednoduchost byly při tabelování výrazu (1) použity tyto předpoklady: pro činitel rotujících hmot byla dosazena jako univerzální hodnota β 107,, pro snížení kinetické energie A KIN o energii A TRAK, nutnou pro krytí jízdních odporů během brzdění, byl přijat předpoklad, že A 01, A. TRAK KIN Tímto postupem byl sestrojen graf č. 1. Jeho koncepce tedy dovoluje rychlý odhad velikosti energie, kterou za daných podmínek lze rekuperovat zpět do napájecí soustavy během celého průběhu zastavovacího brzdového režimu. Navíc však tento graf dovoluje i rychlý odhad hodnoty rekuperovatelné energie při zpomalovacím režimu brzdění. Postačí totiž odečíst pro danou celkovou hmotnost vlakové soupravy m CELK, která se během brzdění nemění, hodnotu AKIN( VPOC ) odpovídající počáteční jízdní rychlosti V POC a hodnotu energie AKIN( VKON ) odpovídající snížené jízdní rychlosti V. KON Stejným způsobem lze odhadnout i hodnotu rekuperovatelné energie za použití předpokladu, že hnací vozidlo přechází při jízdní rychlosti snížené během rekuperačního brzdění např. na 40 km/h z brzdného režimu rekuperačního na brzdný režim s použitím elektrodynamické brzdy. Dále byl vypracován graf č. 1A, obsahující hodnoty rekuperovatelné energie pro větší rozsah hmotnosti vlakové soupravy. Druhá grafická pomůcka je obsažena na grafu č. 2. Zde je možno jednoduše odhadnout délku dodávky rekuperované energie do napájecí soustavy t REK, pokud známe rekuperační výkon hnacího vozidla P REK, opět za výše uvedených předpokladů a navíc za předpokladu, že hnací vozidlo svojí regulací rekuperovaného výkonu udržuje jeho hodnotu na konstantní výši během celého brzdného období, což je pravděpodobné. Závěrem nutno podotknout, že energie vracená v rekuperačním režimu brzdění do sítě 110 kv je energií jednofázovou a jí odpovídající proudy jsou vedeny pouze do dvou vodičů sítě 110 kv. 5

104 Číselné příklady Příklad č. 1: Mějme: * rekuperující hnací vozidlo s hmotností m = 80 HV t * vlakovou soupravu s hmotností m = 420 VS t * rekuperační brzdění se použije při rychlosti V = 160 POC km / h Pak dostaneme postupně: * měrný jízdní odpor hnacího vozidla na rovině pro 80 km/h p = 944, HV N / kn * měrný jízdní odpor vlakové soupravy na rovině pro 80 km/h p = 468, VS N / kn * měrný jízdní odpor soupravy jako celku pro V=80 km/h pcelk, 0 = 544, N/ kn * celková kinetická energie vlakové soupravy pro 160 km/h A = 146, 8 KIN kwh * celková energie pro krytí jízdních odporů do zastavení ATRAK = 7, 41 l REK * za předpokladu brzdné dráhy l 2 REK km by platilo A 14, 8 TRAK kwh * pro rekuperaci zbývá podle (9) energie A = 132, 0 REK kwh * což při rekuperačním výkonu P 3 REK MW dává t 264, min. REK * při omezení rychlosti na 100 km/h bude podle (10) a při A délce, na které se rychlost snižuje, l 2 REK 63, 8 kwh REK km * což při uvedeném rekuperačním výkonu dává t REK 128, min. Příklad č. 2: Mějme: * rekuperující hnací vozidlo s hmotností m = 80 HV t * vlakovou soupravu s hmotností m = 550 VS t * rekuperační brzdění se použije při rychlosti V = 160 POC km / h * rekuperační brzdění se přeruší při rychlosti V = 40 KON km / h Pak dostaneme postupně: * měrný jízdní odpor hnacího vozidla na rovině pro 100 km/h p = 11, 57 N / kn * měrný jízdní odpor vlakové soupravy na rovině pro 100 km/h p VS N kn * měrný jízdní odpor soupravy jako celku pro V=100 km/h pcelk, 0 = 662, N/ kn HV 6

105 * celková kinetická energie vlakové soupravy pro 160 km/h A = kwh KIN, P, * celková kinetická energie na konci rekuperace pro 40 km/h A = kwh KIN, K, * za předpokladu brzdné dráhy l 1,5 REK km by platilo ATRAK 17, 04 kwh * pro rekuperaci zbývá podle (10) energie AREK = 156, 4 kwh * což při rekuperačním výkonu P 3 REK MW dává t 313, min. REK Příklad č. 3: Mějme: * rekuperující hnací vozidlo s hmotností m = 80 HV t * vlakovou soupravu s hmotností m = 2000 VS t * rekuperační brzdění se použije při rychlosti V = 80 POC km / h * rekuperační brzdění se přeruší při rychlosti V = 40 KON km / h Pak dostaneme postupně: * měrný jízdní odpor hnacího vozidla na rovině pro 60 km/h p = 772, HV N / kn * měrný jízdní odpor vlakové soupravy na rovině pro 60 km/h p = 372, VS N / kn * měrný jízdní odpor soupravy jako celku pro V=60 km/h pcelk, 0 = 388, N/ kn * celková kinetická energie vlakové soupravy pro 80 km/h A = kwh KIN, P, * celková kinetická energie na konci rekuperace pro 40 km/h A = 38 2 kwh KIN, K, * za předpokladu brzdné dráhy l 1,5 REK km by platilo A 33, 0 TRAK kwh * pro rekuperaci zbývá podle (10) energie A = 81, 6 REK kwh * což při rekuperačním výkonu P 3 REK MW dává t 163, min. REK Takto vypočtené závěrečné hodnoty lze získat také použitím obou připojených grafických pomůcek. 7

106 Seznam příloh Graf č.1: Graf č.1a: Graf č. 2: Závislost rekuperovatelné energie na hmotnosti soupravy a počáteční rychlosti pro rozsah hmotnosti do 1200 t totéž, ale pro rozsah hmotnosti do 2100 t Závislost trvání režimu rekuperace na rekuperované energii při daném výkonu rekuperace Literatura 1. Jansa Fr.: Trakční mechanika a energetika kolejové dopravy, Praha, Jansa Fr.: Dynamika a energetika elektrické trakce, NADAS, 1980 V Praze, srpen 2009 Lektoroval: Ing. Jiří Šimánek SŽDC, s.o. 8

107 Přílohy 350 Graf č.1 - Závislost rekuperovatelné energie na hmotnosti soupravy a počáteční rychlosti pro rozsah hmotnosti do 1200 t 300 rekuperovatelná energie [kwh] km/h 160 km/h 140 km/h 120 km/h 100 km/h 80 km/h hmotnost [t] 600 Graf č.1a - Závislost rekuperovatelné energie na hmotnosti soupravy a počáteční rychlosti pro rozsah hmotnosti do 2100 t km/h rekuperovatelná energie [kwh] km/h 120 km/h 100 km/h 80 km/h 60 km/h hmotnost [t] 9

108 20 Graf č.2 - Závislost trvání režimu rekuperace na rekuperované energii při daném výkonu rekuperace 18 trvání režimu rekuperace [min.] kw 3000 kw 2000 kw 4000 kw rekuperovaná energie [kwh] 10

109 Jindřich Kašpar 1, Jaroslav Kupr 2, Petr Chlum 3 Modernizace trakční napájecí stanice Zkušebního centra Velim Výzkumného Ústavu Železničního, a.s. Klíčová slova: zkušební centrum, napájecí stanice, modernizace. 1. Úvod Výzkumný Ústav Železniční, a.s. (dále VUZ), který je dceřinou společností Českých drah, a.s., je významnou institucí zabývající se zejména zkušebnictvím drážních vozidel. K tomuto účelu provozuje Zkušební Centrum Velim (dále ZCV) nacházející se cca 50 km východně od Prahy. ZCV disponuje dvěma železničními zkušebními okruhy (velkým a malým), pomocným kolejištěm a technologickým zázemím pro zkoušky. Svými technickými parametry, zejména velkého zkušebního okruhu (délka 13,2 km, max. rychlost 210 km/h a 230 km/h pro vozidla s naklápěcími skříněmi), se řadí k velmi významným železničním zkušebním centrům v Evropě. Tomu odpovídá i jeho klientela, která představuje všechny významné evropské výrobce kolejových vozidel. Historie ZCV sahá až do roku 1962, kdy byl postaven velký zkušební okruh. 2. Vývoj napájecí stanice ZC VUZ Velim Ten byl v roce 1965 elektrizován střídavou napájecí soustavou 25 kv 50 Hz. Od té doby se píše historie napájecí stanice (dále NS), která byla v roce 1971 doplněna o stejnosměrné napájecí systémy a v roce 1997 vybavena střídavým napájecím systémem 15 kv 16,7 Hz. ZCV tedy disponuje všemi základními v Evropě používanými napájecími systémy, které je navíc možno nezávisle používat na jednotlivých zkušebních tratích, což významně zvyšuje konkurenceschopnost společnosti. Vzhledem k vývoji technických parametrů elektrických hnacích vozidel docházelo v posledních několika letech k situacím, kdy parametry původní NS limitovaly možnosti provádění zkoušek. Nejsložitější byla situace u stejnosměrných napájecích 1 Ing. Jindřich Kašpar, (nar. 1979) vystudoval Univerzitu Pardubice Dopravní fakultu Jana Pernera obor Dopravní infrastruktura zaměření Elektrická zařízení v dopravě. V současné době pracuje jako projektant u firmy Elektrizace železnic Praha a.s. Zaměřuje se na návrh a projekci trakčních napájecích stanic. 2 Jaroslav Kupr, (nar. 1955) vystudoval Střední průmyslovou školu strojnickou. V současné době pracuje jako obchodní ředitel firmy ELPRING Praha a.s. 3 Ing. Petr Chlum, (nar. 1975) vystudoval ČVUT Fakultu elektrotechnickou, obor Elektrické stroje, přístroje a pohony. V současné době pracuje jako specialista pro zkoušky ve Zkušební laboratoři Výzkumného Ústavu Železničního a.s. se zaměřením na elektrotechnické a trakční zkoušky kolejových vozidel a napájecích stanic. 1

110 systémů 1,5 kv a 3 kv DC. Ty byly v době svého vzniku velmi elegantně vyřešené - pomocí lokomotivních transformátorů bylo možno regulovat napětí plynule od 0 do 3,9 kv, ale postupem doby již svým výkonem 4,5 MW nebyly schopny pokrýt potřeby současných vozidel. Jelikož použitá konfigurace již další zvýšení výkonu neumožňovala a vzhledem k již odslouženým létům rozhodlo vedení VUZ o zadání a realizaci projektu celkové modernizace NS se zaměřením na část zabezpečující stejnosměrné napájecí systémy. Obr. 1 Letecký snímek ZC Velim s vyznačením kolejiště 3. Modernizace napájecí stanice 3.1 Požadavky na modernizaci Hlavním cílem modernizace bylo zvýšení výkonu stejnosměrného systému 3 kv na 10 MW a ostatních (1,5 kv a 750 V) na 5 MW při zachování možnosti regulace napětí v širokém rozsahu, modernizace a centralizace ovládání technologie všech napájecích systémů a výměna základních technologických celků rozvoden 110 kv, 25 kv a 22 kv. Důležitým požadavkem byla současně minimalizace dopadů modernizace na zkušební provoz. ZCV je velmi využíváno zákazníky a vozidla elektrické trakce z toho představují více než 90 %. Z těchto důvodů dlouhodobé napěťové výluky nepřicházely v úvahu. 2

111 Obr. 2 Stavba nové měnírny Projekt byl proto zpracován jako novostavba stejnosměrné měnírny, jejíž součástí je velín i pro ostatní napájecí systémy, která je situována na volném prostranství před původní stejnosměrnou měnírnou, která zůstala do poslední chvíle v provozu. Vzhledem k požadovaným výkonovým parametrům a hloubce regulace jsou nově rozděleny stejnosměrné napěťové systémy do dvou, a to 3 kv a 1,5 kv současně se 750 V, přičemž jejich regulační pásma se překrývají. Aby toto bylo možno realizovat, bylo nutno zadat realizaci atypického trojfázového olejového řiditelného transformátoru 12,5 MVA, 23/23 kv s regulací +5, -10 odboček po 5 %, pro nějž bylo nutno vybudovat kryté venkovní stání. Dále byl nahrazen regulační transformátor pro systém 25 kv 50 Hz rovněž atypickým jednofázovým olejovým řiditelným transformátorem 12,5 MVA, 110/27 kv s regulací +3, -13 odboček po 3 %, jelikož původní neměl požadovanou hloubku regulace a pro snížené napětí byly Obr. 3 Přeprava nového regulačního využívány transformátory stejnosměrné transformátoru měnírny, což omezovalo výstupní výkon. Oba atypické transformátory vyrobila firma ETD Plzeň. Dále byly modernizovány přepojovací portály a ovládání veškeré technologie NS bylo centralizováno a přemístěno do nového velínu. Modernizováno bylo také napájení elektrických předtápěcích stojanů pro napájení vozů vysokým napětím situovaných v pomocném kolejišti, které byly původně napájeny přímo z trakčního vedení pomocného kolejiště. Nově jsou napájeny přímo z NS nezávisle na napětí v trakčním vedení na pomocném kolejišti. To si vynutilo mimo jiné i instalaci nového transformátoru 25 kv 50 Hz / 3 kv, 1,5 kv a 1 kv 50 Hz. Ve stávající rozvodně 22 kv byl instalován nový dobíječ staniční baterie pro záložní napájení 110 V a realizována hrazená kompenzace nízkého napětí. Součástí modernizace je také stavba dvou osvětlovacích věží, sanace ekologické zátěže původní NS, terénní úpravy okolo nového objektu a demolice původní stejnosměrné měnírny. 3.2 Zdroj a rozvod napájecího systému 3 kv DC a napájecích systémů 1,5 kv resp. 750 V DC Veškerá technologie, která je určena pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný a kterou tvoří tři usměrňovačové skupiny s návaznou rozvodnou 3

112 stejnosměrného proudu, je umístěna v prvním nadzemním podlaží nové stejnosměrné měnírny. Pro napájení trakční proudovou soustavou 3 kv jsou určeny dvě usměrňovačové skupiny se značnou přetížitelností - každá o výstupním jmenovitém napětí 3300 V a proudu 1500 A, což odpovídá přibližně výkonu 5 MW. Usměrňovačovou skupinou se rozumí sestava trakčního transformátoru, trakční omezovací tlumivky a trakčního usměrňovače EZB-U. Instalované zařízení vychází ze standardního zařízení instalovaného na české železnici, jsou však respektovány specifické požadavky zkušebnictví, zejména na hlubokou regulaci výstupního napětí, kterou realizuje regulační transformátor. 15 MW. Obr. 4 Technologie nové měnírny Unikátním způsobem je řešena usměrňovačová skupina pro trakční proudové soustavy 1,5 kv a 750 V. Je použit jeden transformátor se dvěma šestipulsními můstky a trakčními omezovacími tlumivkami. Můstky lze pomocí odpojovačů řadit sériově pro napájení soustavou 1,5 kv se jmenovitým proudem 3000 A nebo paralelně pro napájení soustavou 750 V se jmenovitým proudem 6000 A. Výkon této usměrňovačové skupiny je opět 5 MW, celkový instalovaný výkon všech usměrňovačových skupin je tedy přibližně Pro soustavu 3 kv jsou realizovány tři vývody s rychlovypínači stejnosměrného proudu se jmenovitým proudem 3600 A pro jištění jednotlivých úseků trakčního vedení; pro každý úsek je samostatný rychlovypínač. Pro soustavu 1,5 kv / 750 V, která je méně využívána, jsou vývody s rychlovypínači jen dva, kde jeden se jmenovitým proudem 3600 A lze připnout k jakémukoli úseku trakčního vedení a druhý se jmenovitým proudem 4600 A je určen pro napájení úseku s třetí kolejnicí (systém známý zejména z metra), která je instalována v případě potřeby. Vývodová pole 3 kv i 1,5 kv / 750 V s rychlovypínači vycházejí ze standardních provedení rozváděče EZB-N s osvědčeným systémem chránění a řízení s komunikací po průmyslovém Ethernetu. Ochrany vývodu jsou řešeny jako plně elektronická procesorová zařízení s rozsáhlými možnostmi nastavení, čehož lze s výhodou použít například při změně napětí vývodů. Přepínání mezi jednotlivými proudovými soustavami do určených vývodů zajišťuje speciálně vyvinutý přepojovací rozváděč. Z tohoto rozváděče může být napájeno zařízení k absorpci rekuperované energie, a to přímým vývodem, tj. bez předřazeného rychlovypínače stejnosměrného proudu. Z rozváděče jsou vedeny kabelové vývody na venkovní přepojovací portál, který slouží pro přepojování úseků trakčního vedení mezi soustavami DC, AC 50 Hz a AC 16,7 Hz. 4

113 3.3 Řídicí a vizualizační systém NS Při rozsáhlé modernizaci NS došlo k implementaci nového řídicího a vizualizačního systému, který je integrujícím prvkem všech nových i stávajících technologických uzlů. Veškeré ovládání technologie NS je nově prováděno z prostor pro řízení a monitorování prováděných zkoušek, tzv. velínu situovaného spolu s jeho technologickým a hygienickým zázemím a dále také rozvodnami ve druhém nadzemním podlaží nové stejnosměrné měnírny. Hlavními úkoly nového řídicího a vizualizačního systému jsou ovládání technologie NS, sběr dat z celého systému trakčního napájení, jejich vizualizace a archivace. Archivací rozumíme ukládání historických záznamů vybraných veličin a stavů. Archivovaná data mohou sloužit k servisu zařízení a také mohou být důležitým podkladem dávajícím informaci o provozních hodnotách trakční měnírny, jako jsou například odebrané, resp. dodané výkony atd. Blokové schéma navržené řídicí struktury nové měnírny je znázorněno na Obr. 5. Řídicí struktura je hierarchicky rozčleněna celkem na čtyři úrovně označené čísly 0 až 3, přičemž nejvyšší úroveň je úroveň 3 a nejnižší je úroveň 0. Jednotlivé úrovně Obr. 5 Blokové schéma řídícího a vizualizačního systému spolu komunikují pomocí různých typů sběrnic s využitím různých protokolů. Využití více druhů protokolů je dáno technickými možnostmi použitých komponentů, kdy některé uzly systému podporují pouze jeden protokol. 5

114 Na Obr. 6 je schématicky znázorněna prostorová dislokace jednotlivých částí řídicího systému. Většina zařízení je instalována v budově nové měnírny 3 kv a ve velínu. Ve stávající rozvodně 15 kv zůstal modulární řídicí PLC komunikující s tyristorovými měniči PEG a s příslušnými ochranami. V rozvodně rekuperace zůstal řídicí systém spínání rekuperačních rezistorů doplněný o dotykovou obrazovku. Rozvodna 22 kv AJA je doplněna modulárním PLC, který obsluhuje daný uzel, komunikuje Obr. 6 Schéma rozmístění jednotlivých částí řídícího a vizualizačního systému s instalovanými ochranami a předává data serveru CML. Vstupně/výstupní signály řídicího systému jsou realizovány takto: Analogové vstupy Pro snímání analogových vstupů jsou použity moduly XIOC-8AI-I2. Analogové vstupy jsou měřené hodnoty napětí a proudu, všechny informace jsou do ML přivedeny ve formě proudových signálů. Teplotní vstupy Pro snímání teplotních vstupů jsou použity moduly XIOC-4T-PT. Do ML jsou vedeny přímo signály z čidel Pt100. Digitální vstupy Informace o stavu jednotlivých prvků technologie jsou vedeny na účastnickou svorkovnici ve formě kontaktních hlášení, napájeny napětím 110 V (220 V) DC. 6

115 V rozváděči ML jsou signály odděleny oddělovacími relé 110 V / 24 V nebo 220 V / 24 V na hodnotu 24 V DC a zavedeny do vstupních modulů PLC, typ XIOC-16DI. Ovládání výstupů Řídicí automat ovládá prvky technologie prostřednictvím kontaktních povelů. Výstupní moduly PLC jsou tranzistorové, typ XIOC-16DO. Povely jsou vyvedeny z PLC na hladině 24 V DC a přes kontakty převodních relé 24 V / 110 V DC jsou vyvedeny na účastnické svorkovnice. Obr. 7 Nový velín Pro záložní napájení řídicího a vizualizačního systému je použita jednofázová online UPS Powerware o výkonu 1000 VA umístěna přímo v rozváděči. 3.4 Technické parametry NS Napájecí systém Před modernizací Po modernizaci 3 kv DC rozsah regulace napětí 0-3,9 kv 1,7-4,0 kv výstupní výkon 4,5 MW při 3 kv 10 MW trvalý proud 1,5 ka limitován trakčním vedením Max. přetížení 150 % po dobu 2 hodin - 2,1 ka 150 % po dobu 2 hodin možnost rekuperace vozidlem od roku 2008 ANO do odporníků NS od roku 2008 ANO do odporníků NS 1,5 kv a 750 V DC rozsah regulace napětí součást systému 3 kv DC 0,4-1,8 kv výstupní výkon 5MW trvalý proud limitován trakčním vedením Max. přetížení 150 % po dobu 2 hodin možnost rekuperace vozidlem od roku 2008 ANO do odporníků NS 25 kv, 50 Hz rozsah regulace napětí kv kv kv výstupní výkon 10 MW 4,0 MW 10 MW možnost rekuperace vozidlem ANO do sítě ANO do sítě 15 kv, 16,7 Hz rozsah regulace napětí 2,0-17,5 kv 2,0-17,5 kv výstupní výkon 9 MW 9 MW možnost rekuperace vozidlem ANO do sítě ANO do sítě 7

116 3.5 Základní údaje o projektu a stavbě Název stavby : Modernizace trakční napájecí stanice Zkušebního centra Velim Investor : Výzkumný Ústav Železniční, a.s. Zástupce investora: Ing. Josef Dufka financování stavby : 60 % Výzkumný Ústav Železniční, a.s, 40 % operační program MPO- Potenciál Generální projektant : ELPRING PRAHA a.s. organizační řízení projektu : Jaroslav Kupr architektonicko stavební řešení : Ing. Dagmar Pilařová, Ing. Hana Šedivá, Ing. Jiří Slánský Statika : TOBRYS s.r.o. technologie trakční napájecí stanice : Elektrizace železnic Praha a.s. technologie řídicího a vizualizačního systému : PEG spol. s r.o. stanice domovní technologie : ENVIROTECH, s.r.o., AKUKLIMA Praha, s r.o., ZTIIS, spol. s r.o., ELPRING PRAHA a.s., Generální dodavatel : Chládek a Tintěra, Pardubice a.s. hlavní stavbyvedoucí : Ing. Tomáš Feygel dodavatel technologií trakční napájecí stanice : Elektrizace železnic Praha a.s. dodavatel technologie řídicího a vizualizačního : PEG spol. s r.o. systému klíčové subdodávky stavby : Elektromont servis Brno, spol. s r.o. Doba výstavby : 02/ /2009 projektová příprava : 04/ /2009 Uvedení do provozu : Závěr Realizace celé akce modernizace NS probíhala v období od února do listopadu 2009, přičemž projektová příprava byla prováděna již od dubna Investorem byl Výzkumný Ústav Železniční, a.s., přičemž 40 % uznatelných nákladů bylo financováno z operačního programu MPO Potenciál s podílem fondů EU. Harmonogram modernizace byl díky úsilí všech zainteresovaných stran dodržen a tak dne 19. října 2009 byla zmodernizovaná NS předána do zkušebního provozu. Modernizací získal VUZ ve svém ZCV moderní napájecí stanici plně vyhovující požadavkům na zkoušky současných i budoucích elektrických drážních vozidel podle evropských norem i směrnic TSI. 8

117 Obr. 8 Nová měnírna po dokončení Literatura: 1. Projekt modernizace trakční napájecí stanice, Elpring Praha a.s., 06/ ČSN EN Drážní zařízení Napájecí napětí trakčních soustav, 07/ TSI HS Energy, 03/ Návrh TSI CR Energy, 11/2009. V Praze, listopad 2009 Lektoroval: doc. Ing. Karel Hlava, Csc. 9

118 Pavel Janoušek 1 Nabídky služeb zkušebního centra VUZ ve Velimi Klíčová slova: zkušební centrum, velký zkušební okruh, malý zkušební okruh, dynamický zkušební stav, hala na přípravu zkoušek, akreditovaná laboratoř, zkoušení vozidel, optimalizace parametrů vozidel Otevřením zkušebního železničního okruhu v roce 1963 v rovinaté, záměrně k tomu účelu vybrané krajině nedaleko obce Cerhenice v okrese Kolín, byla vlastně začata historie místa, které je dnes nazýváno Zkušebním centrem VUZ. Původně vytvořený zkušební železniční okruh byl postupně doplněn druhým zkušebním okruhem ležícím uvnitř velkého. Postupně docházelo k rozšiřování systémů napájení a k dostavbě dalších objektů, rozšiřujících nabídku zkušebních možností centra. V současné době je Zkušební centrum tvořeno velkým a malým okruhem, napájecí stanicí, pomocným kolejištěm, dispečerskou budovou, základní administrativní budovou, dynamickým zkušebním stavem, halou na přípravu zkoušek, skladovými prostorami a příjezdovou kolejí do železniční stanice Velim, která umožňuje spojení centra s evropskou železniční sítí. VUZ využívá Zkušebního centra nejen k provádění zkoušek realizovaných vlastní akreditovanou zkušební laboratoří, ale nabízí také zákazníkům zejména zkušební okruhy pro zkušební nebo optimalizační činnosti na vozidlech. Obr. 1 - Půdorysné uspořádání zkušebního centra 1 Pavel JANOUŠEK, Ing., nar. 1950, ČVUT Praha, Strojní fakulta, obor dopravní stroje a manipulační zařízení - specializace kolejová vozidla Výzkumný Ústav Železniční, a. s., zástupce technického ředitele 1

119 Velký železniční okruh Velký železniční okruh v celkové délce 13,276 km umožňuje jízdu vozidel do maximální rychlosti 200 km/h (210 km/h pro vozidla s naklápěcí skříní) při hmotnosti na nápravu až 22,5 t a dále při redukované maximální rychlosti jízdu vozidel do maximální hmotnosti na nápravu 25 t. Lze na něm provádět speciální jízdní zkoušky bezpečným způsobem (např. výběhové odpojovací brzdové zkoušky železničních vozidel). Nabízí možnost vysokého využití času k provádění zkušebních jízd, protože zkušební tým disponuje tratí zkušebního okruhu bez ohledu na vnější vlivy, jak tomu je při zavádění zkušebních jízd na provozovaných tratích. Mezi km 0,1 a 2,0 je úsek trati, ve kterém byly nastaveny a jsou udržovány parametry plně odpovídající požadavkům na zkušební trať pro měření hluku podle Technické specifikace pro interoperabilitu (TSI) - hluk. Na km 11,6 je úsek vhodný pro měření vyzařování rušivých elektromagnetických polí kolejových vozidel za jízdy ve smyslu ČSN EN a měření specifických vlastností kolejových vozidel ovlivňujících činnost zabezpečovacího zařízení. Okruh je pokryt signálem GSM-R a ETCS level 1. Malý železniční okruh Malý železniční okruh umožňuje jízdu v celé své délce 3,951 km maximální rychlostí 80 km/h, některé oblouky většího poloměru je však možno projíždět vyššími rychlostmi s větším nevyváženým příčným zrychlením. Právě pro zkoušky dynamických vlastností vozidel v obloucích je tento okruh využíván. Umožňuje však i jízdy pro dlouhodobé zátěžové zkoušky jak vozidel, tak případně i infrastruktury nebo jejích prvků. S výhodou je využívána příjezdová kolej s obousměrnou možností připojení k otáčení směru jízdy zkušebních souprav na kolejišti Zkušebního centra. Vybavení Zkušebního centra Oba zkušební okruhy a část pomocného kolejiště jsou vybaveny napájecí trolejí. Napájecí stanice umožňuje separátní napájení obou okruhů a pomocného kolejiště různými napájecími systémy. Stejnosměrný napájecí systém má při jmenovitém napětí 3 kv trvalý výkon 10 MW, při jmenovitých napětích 1500 V a 750 V je trvalý výkon 5 MW. Systém umožňuje jízdu vozidel s brzděním s rekuperací do troleje, energie je mařena v sekci odporníků o výkonu 8 MW. Střídavý napájecí systém 25 kv / 50 Hz umožňuje dodávat trvalý výkon 10 MW. Střídavý napájecí systém 15 kv / 16 ⅔ Hz nabízí trvalý výkon 9 MW. U obou střídavých systémů je také možná jízda vozidel s rekuperací do troleje. 2

120 Výše uvedených výkonových parametrů na stejnosměrné soustavě bylo dosaženo po rekonstrukci, která byla dokončena ke konci října Lze konstatovat, že možnosti napájecích systémů pokrývají v základě všechny běžně užívané evropské železniční napájecí systémy. Obr. 2 - Napájecí stanice VUZ disponuje na kolejišti zkušebního centra elektrickou SS lokomotivou ř Lokomotiva s trvalým výkonem 2472 kw dosahuje maximální rychlosti 200 km/h. Je určena jako tažné vozidlo zkušebních souprav při jízdních zkouškách a je vybavena vozidlovým systémem ETCS level 1. Druhá lokomotiva, která je k dispozici, je motorová ř. 740 s maximální rychlostí 80 km/h a slouží pro posunovací práce včetně zajištění spojení se žst. Velim při návozu nebo odvozu zkoušených vozidel, případně také jako tažné vozidlo zkušebních souprav při jízdních zkouškách. 3

121 Obr. 3 - Lokomotiva ř. 124 Akreditovaná zkušební laboratoř disponuje měřicími vozy pro speciální účely měření. Jedná se o - dynamometrický vůz pro zjišťování tažné síly na háku, - speciální vůz umožňující provádění brzdové zkoušky s odpojením zkoušeného vozu za jízdy, - elektrotechnický vůz vybavený pantografem a speciální elektrickou výbavou - a vůz pro provádění dynamických zkoušek chodu vozidel. Měřicí vozy umožňují jízdu maximální rychlostí 160 km/h. Obr. 4 - Měřicí vozy 4

122 Hala na přípravu zkoušek Hala na přípravu zkoušek nabízí dvě koleje v délce haly 57,6 m. Jedna kolej je průběžná a na ní je instalován prohlížecí kanál dlouhý 35 m. Hala je vytápěná, je vybavena elektrickým přívodem 230 V / 10 A a 380 V / 32 A a rozvodem tlakového vzduchu o maximálním tlaku 10 bar. Prostor nad částí neprůběžné koleje je vybaven inspekční lávkou, umožňující vstup na střechu vozidel a také otvorem ve střeše s možností odsávání spalin při případných stacionárních zkouškách motorových lokomotiv. Obě kolejnice průběžné koleje jsou v místě se zaručenou nivelitou vybaveny tenzometrickými snímači, které spolu s vyhodnocovacím zařízením umožňují při projíždění vozidel pomalou rychlostí zjišťování hmotnosti na jednotlivá kola soupravy. Toto měření hmotnosti provádí zkušební laboratoř jako akreditovanou zkoušku. Průběžná kolej je na jedné straně haly tvořena protisměrnými oblouky o poloměru 150 m s definovanou mezipřímou. Tato část kolejiště se využívá k provádění tzv. zkoušky průjezdu S-obloukem. Dynamický zkušební stav Obr. 4 - Pohled do haly na přípravu zkoušek Dynamický zkušební stav je určen k provádění speciálních zkoušek celých kolejových vozidel nebo jejich komponentů, případně komponentů infrastruktury. Hala dynamického zkušebního stavu je vybavena železobetonovým blokem o hmotnosti cca 5000 t, který je vůči základům budovy odpružen a odtlumen. Tím je umožněno provádění dynamických zkoušek kolejových vozidel až o hmotnosti 120 t zatěžujícími cyklickými silami bez přenosu vibrací a nadměrného hluku do základů budovy. Síly při zkouškách jsou vyvozovány hydraulickými válci a proto má stav vlastní hydraulické zařízení jako zdroj energie pro zkoušky. Jedná se o hydraulická čerpadla, rozvody stlačeného média, kapacitní zásobníky, filtry kapaliny a chladicí systém. 5

123 Toto uspořádání umožňuje provádět i několik zkoušek najednou, aniž by docházelo k negativnímu vzájemnému ovlivňování. Řídicí, měřicí a vyhodnocovací zařízení je ve speciální místnosti velíně. Toto uspořádání umožňuje dodržet základní požadavky na hlukové podmínky pro obsluhující personál. Dynamický zkušební stav je připraven nabídnout: - pevnostní zkoušky podvozků, - pevnostní zkoušky ložiskových komor, - zkoušky stanovující pól náklonu, koeficient náklonu, polohu těžiště vozidla, vlastních kmitů vypružení a torzní tuhost částí vozidel, - pevnostní zkoušky brzdových rozpor, - pevnostní zkoušky sedadel dopravních prostředků, - měření momentu odporu podvozku proti natočení, - pevnostní zkoušky pružin kolejových vozidel, - zkoušky táhlových a narážecích ústrojí, - zkoušku výkonnosti nápravových ložisek, - únavovou zkoušku železničního kola, - statické a únavové zkoušky betonových pražců, - zkoušky upevnění kolejnic. Všechny uvedené zkoušky provádí zkušební laboratoř VUZ jako akreditované. Mimoto jsou oborní pracovníci zkušebního stavu schopni připravit a provést speciální zkoušky podle požadavků zákazníků. Obr. 5 - Pohled do haly dynamického zkušebního stavu 6

124 Měrný oblouk Pro úplné dokreslení základní nabídky zkoušek Zkušebního centra VUZ Velim je třeba zmínit měrný oblouk s poloměrem 150 m, opatřený na deseti průřezech tenzometrickými snímači sil. Při průjezdu vozidla umožní zjistit příčné síly mezi kolem a kolejnicí a umožní tak určit míru bezpečnosti proti vykolejení za kvazistatických podmínek. Měrný oblouk je na příjezdové koleji k dynamickému zkušebnímu stavu. Základní budova Zkušebního centra Pro své zákazníky Zkušební centrum dále nabízí dvě zasedací místnosti (kapacita cca 40 nebo 15 míst), vybavené potřebnou videotechnikou. Další prostory v hlavní budově, případně v hale na přípravu zkoušek mohou poskytnout zákazníkům kancelářské prostory vybavené přípojkami na internet. Zákazníkům slouží také skladové prostory pro jejich náhradní díly a měřicí techniku. V neposlední řadě poskytuje centrum prostory pro uskladnění měřicích zařízení a přípravu měření pracovníkům akreditované laboratoře VUZ. Obr. 6 - Základní budova Zkušebního centra Tento výčet nabídek spolu s možností využití zkušebních okruhů až na 24 hodin denně je základem pro úspěšné provádění běžných i speciálních činností s cílem získat spokojeného zákazníka, který se na Zkušební centrum VUZ Velim rád vrací. V Praze, listopad 2009 Lektoroval: Ing. Ivo Malina, CSc. ČVUT 7