Vědeckotechnický sborník ČD

Transkript

1 Vědeckotechnický sborník ČD č. 14/2002

2 Jan Pour Řízení informatiky v rámci systému řízení podniku Klíčová slova: informační systémy a technologie (IS/IT), systémová integrace, outsourcing business intelligence, architektura informačního systému. Tento příspěvek se zaměřuje na otázky řízení informačních systémů a informačních technologií podniku jako na jednu z podstatných součástí podnikového řízení. Informatika podniku musela být řízena vždy, v současné době však význam řízení informačních systémů a informačních technologií (IS/IT) nabývá na stále větším významu tak, jak se informační technologie stávají integrální součástí všech obchodních, výrobních, finančních a dalších procedur podniku. Z tohoto důvodu věnuje i vedení Českých drah řízení vlastní informatiky mimořádnou pozornost. Aktuálním vyjádřením této pozornosti a důrazu na řízení informatiky ČD je i specifický projekt, který je právě řešen v kooperaci ČD, DATIS a ITG, s.r.o. Tento projekt postupně definuje a nastavuje nové procedury řízení informatiky ČD, její organizaci, kompetence, kvantitativní ukazatele, a to vše s respektováním vztahů uživatelských útvarů ČD, odboru 29 - řízení informatiky a celé škály dodavatelů a poskytovatelů služeb, kde dominantní roli hraje o.z. DATIS. Poznámka: Pokud by se čtenář zajímal o některé aktuální aspekty řízení IS/IT a stav trhu v této oblasti odkazuje autor na www stránky České společnosti pro systémovou integraci V dalších paragrafech tohoto článku se věnujeme nejprve podstatě současných problémů a možností informačních systémů a technologií a s tím i jejich nových nároků na řízení IS/IT v celém podniku. V navazujícím textu se zabýváme i některými dílčími aspekty přístupu k řešení dané problematiky v rámci výše zmíněného projektu. Podíváme-li se zpět, je zřejmé, že informační systémy sedmdesátých a osmdesátých let byly založeny na relativně stejnorodých aplikacích a technologiích - při jistém zjednodušení - jeden centrální počítač, jeden operační systém, jedna databáze, jedno vývojové prostředí. Aplikace mají zhruba podobný charakter, uživatelé jsou spíše pasivními dodavateli dat a příjemci výstupů. Celý informační systém tak má relativně kompaktní charakter, jeho řízení má své podstatné problémy, ale problémy svého druhu - spolehlivost techniky, dostatečný výkon a rychlost zpracování, synchronizaci jednotlivých prací, dávek, vstupní a výstupní kontroly apod. Informační systémy devadesátých let a prvních let nového století prošly mimořádně rychlým vývojem, jehož detailnější popis je zřejmě zbytečný. Současný stav však lze charakterizovat následujícími třemi klíčovými faktory: Ing. Jan Pour, 1946, pracovník katedry informačních technologií VŠE Praha a současně analytikem společnosti ITG, s.r.o. Praha. Vystudoval VŠE Praha v roce Jeho profesní orientací jsou otázky systémové integrace, řízení informačních systémů a technologií a aplikace a technologie business intelligence.

3 zkracující se doba mezi inovacemi - doba mezi dvěma inovacemi informačních technologií se stlačuje z několika let na několik měsíců. V širším slova smyslu se však zkracuje i doba inovací aplikačních produktů a stejně tak i doba inovací požadavků na tyto aplikace. Stejně se postupně zrychluje tempo nároků i na koncepční změny informačního systému, a to vlivem stále vyšší rychlosti změn ekonomického a obchodního prostředí, ➁ vysoká heterogenita produktů, aplikací i služeb - na úrovni základních technologií (technika, základní software) je to běžně známý fakt. Vedle toho je však současný informační systém tvořen i aplikacemi zcela rozdílného charakteru. Jako příklady uveďme vedle základních aplikací pro taktické a operativní řízení (účetnictví, obchod,..) i manažerské aplikace, aplikace pro realizaci elektronického obchodu, kancelářské systémy atd. Pro všechny tyto aplikace je typické, že jsou často určeny různým typům uživatelů, jsou založeny na různých technologiích, různě se projektují a různě se provozují. Z toho lze i odvodit, že za těmito aplikacemi jsou i různí dodavatelé s různým charakterem produktů i služeb, globalizace informačního prostředí - samozřejmě primárně souvisí s globalizací ekonomiky a světového trhu a se vznikající informační společností. Kromě toho je však dynamizována řadou dílčích velmi podstatných faktorů, zejména komunikační infrastrukturou, vysokou dostupností počítačových a datových zdrojů (interních i externích), rozvojem informatické vzdělanosti populace apod. Všechny tyto, případně další faktory, mají jeden zásadní dopad - řízení informatiky se muselo a musí měnit. Stále více služeb je tzv. outsourcováno, zajišťováno externě a externí dodavatelé musí být efektivně koordinováni, heterogenní technologie i aplikace musí být vtěsnány do jednoho funkčního celku, externí informační zdroje v globálních počítačových sítích nabývají, oproti interním, na stále větším významu a musí být zajištěn jejich efektivní a kvalitní výběr atd. Při řízení informačních systémů se tak oproti minulosti minimalizuje řízení vlastních vývojářských aktivit. Na druhé straně se stává stále složitější a podstatnější otázka integrace hotových, existujících produktů, zdrojů, nabízených služeb, ale i uživatelských požadavků a představ. Současné a zejména perspektivní nároky na řízení IS/IT podniku vyplývají zejména z ekonomických, obchodních a provozních potřeb a cílů podniku a současně nových možností IT. Jsou to tyto tři hlavní cíle: Zajistit vysokou funkcionalitu informačního systému, tj. nejen na úrovni základních evidenčních, resp. transakčních funkcí, ale především funkcí analytických (finančních, prodejních apod.), funkcí pro podporu rozhodování a funkcí kontrolních. Tyto funkce jsou dnes podporovány nejen kvalitním aplikačním software (typu ERP - Enterprise Resource Planning), ale i rozvojem oblasti označované souhrnně jako business intelligence (aplikace EIS - Executive Information System, datových skladů, data mining apod.) a strategickými aplikacemi vyvíjenými na míru mimo standardní produkty. Specifické nároky na funkcionalitu IS/IT a současně jeho řízení přináší prostředí nadnárodních společností, prostředí globálního světového trhu, rozvoj elektronického obchodu apod.

4 Dosáhnout požadované úrovně disponibility IS/IT, tj. klíčových systémových vlastností bezpečnosti, spolehlivosti, flexibility, požadovaného výkonu, systémové doby odezvy. Řízení IS/IT v oblasti disponibility je složitější o to, že se do ní promítá celá řada aspektů mimo vlastní informatiku. Tak např. řešit v současné době izolovaně bezpečnost IS/IT bez dalších bezpečnostních technických a organizačních opatření v rámci celého podniku je značně problematické. Kromě toho dosažení potřebné úrovně disponibility musí být i v odpovídajících nákladových relacích. Řízení rozvoje a provozu IS/IT musí trvale sledovat maximalizaci poměru cílových ekonomických, případně mimoekonomických efektů IS/IT a vynaložených nákladů. Znamená to optimalizovat náklady na IT produkty a služby a současně orientovat využití IS/IT na jasně definované a pokud možno měřitelné efekty. 1. Integrace řízení IS/IT do podnikového řízení Jedním z nejpodstatnějších momentů současného rozvoje informatiky je její postupná integrace do nejrůznějších podnikových, ale i běžných lidských aktivit. Informatika se stala součástí ekonomických a obchodních analýz, výrobních technologií, procesů prodeje, nákupu, marketingu, nejrůznějších druhů návrhářských, projekčních, konzultačních služeb. S tím se razantně rozšířil okruh bezprostředních uživatelů informačních technologií, podstatně se zvýšil rozsah, komplexnost, ale současně i složitost informačních systémů. Výrazně tak vzrostly nároky na vývoj, provoz a užití informačních systémů a jejich řízení 1.1 Rozvoj řízení podniku Informační systémy a informační technologie výrazně dynamizují řídící procesy, urychlují komunikaci mezi obchodními partnery, pracovníky podniku. Na druhé straně je nutné definovat všechny klíčové faktory, které rozvoj IS/IT a jeho řízení ovlivňují. Zásadní význam má především celkový charakter podnikového řízení. Tradiční, poměrně složité hierarchické řídící struktury, s často vysokým počtem řídících úrovní jsou postupně nahrazovány procesním řízením podniků, založeným na několika hlavních procesech (obchodních, provozních) a řadě obslužných procesů. Organizační struktury se tak zplošťují, jsou jednoznačně vymezeny zodpovědnosti za realizaci jednotlivých procesů (od začátku do konce, bez složitých předávání zodpovědností). Díky tomu je řízení podniku schopno pružněji reagovat na změny prostředí (požadavků zákazníků, situaci na trhu apod.). Informatika musí tuto procesní orientaci respektovat, tj. integrovat své funkce podle procesů a nikoli pouze podle relativně izolovaných, hierarchicky uspořádaných struktur. S procesní orientací řízení souvisí i stále silněji se objevující potřeba tzv. BPR projektů (Business Process Reengineering), v jejichž rámci jsou procesy podnikového řízení definovány, popisovány, analyzovány a optimalizovány. To znamená, že se zjišťují duplicitní nebo neefektivní činnosti v těchto procesech, jejich zbytečná složitost, případně nekonzistence apod. Pro realizaci BPR projektů se využívají specializované softwarové nástroje nebo komplexy nástrojů, jako je např. ARIS Toolset, firmy IDS Scheer (SRN). Projekty IS/IT na projekty BPR navazují, případně tvoří jeden projekční celek. Bylo by nesmyslné nasazovat aplikace IS/IT na původní procesní a funkční struktury a teprve následně tyto struktury racionalizovat. Tlak konkurence, zahraniční vlivy i vnitřní potřeba podniků vede k nejrůznějším projektům zvyšování kvality (ISO 900x, TQM apod.). Na tomto místě proto opět zdůrazněme úzkou vazbu těchto projektů a projektů IS/IT. Vytvářet např. dokumentaci ISO 900x bez respektování stavu a

5 předpokládaného vývoje podnikové informatiky, může být z 50 i více procent nakonec zbytečnou prací. Podstatným momentem pro formulaci rozvoje IS/IT je i úroveň centralizace či decentralizace řízení. Tendence k decentralizaci řízení a posilování samostatnosti obchodních nebo provozních jednotek je zejména u velkých organizací zřejmá. Otázkou je, jak se tato tendence promítá do řízení IS/IT? V literatuře se uvádí, že i při vysoké decentralizaci řízení je účelná centralizace dvou oblastí řízení, a to je marketing a informatika. Důvodem je účelná integrace zdrojů (včetně potřebných specialistů) nutných pro tyto činnosti a dosahování významných synergických efektů, např. vzhledem k dodavatelům, v opakovatelnosti projektů, dodržování standardů apod. Je samozřejmé, že nakonec se úroveň centralizace v řízení IS/IT liší podle konkrétních podmínek daného podniku. Neúměrná míra decentralizace zatím v informatice přinesla spíše problémy a ztráty. Otevřenou otázkou řízení IS/IT je však i vymezení jeho prostoru. Se stále větším prorůstáním informačních technologií do technologií čistě provozních (výrobních linek, dispečerských zařízení, telekomunikací apod.) se hranice mezi řízením IS/IT a vlastního výrobního, resp. produkčního provozu, stává v tomto smyslu nezřetelnou. V praxi pak někdy dochází k různým kompetenčním sporům (např. při formulaci investičních záměrů, schvalování investic, určování nositelů nákladů apod.). Standardním problémem se často ukazuje např. vymezení zodpovědnosti za řízení informatiky a vedle toho nebo v rámci toho telekomunikací. Jednoznačné pravidlo zřejmě určit nelze a i zde je nutné respektovat specifické podmínky každého podniku. Je však nutné jednoznačně a konkrétně vymezit tyto hranice a prostor pro řízení IS/IT. 1.2 Pozice řízení IS/IT v řízení podniku Pozice, jakou zaujímá řízení IS/IT v řízení podniku, je dána celou řadou aspektů. Je ovlivněna především celkovou úrovní podnikového řízení, projekty, které se v rámci rozvoje podniku realizují (BPR, kvality, rozvoje technologií apod.). To znamená, že v případě vysoké úrovně podnikových manažerů lze předpokládat i vysokou úroveň řízení informatiky. Vedle toho existuje řada dalších dílčích faktorů, které vycházejí z celkového pojetí IS/IT v daném podniku. Sem především patří: rozsah a struktura uživatelské sféry, případně zákazníků informačních služeb - význam podnikové informatiky ovlivňuje celkový počet uživatelů, jejich kvalifikační úroveň, charakter aplikací, s nimiž pracují., rozsah a úroveň informačních služeb pro externí zákazníky (rezervační aplikace, konzultační služby,...), struktura zákazníků, jejich požadavky, celkový počet apod. Specifické nároky na řízení IS/IT jsou evidentní např. u systémů, kde hlavním zákazníkem je veřejnost - např. v právě v Českých drahách, míra outsourcingu činností vývoje a provozu IS/IT. To znamená, jaké činnosti v informatice a v jakém rozsahu jsou pro podnik zajišťovány dodavatelsky a jaké si podnik zajišťuje sám (viz další paragraf), funkce systémového integrátora, tj. kdo ji vykonává (externí organizace nebo vlastní specialisté). IS/IT dnes v důsledku své široké dostupnosti uživatelům spoluvytvářejí charakter celé firmy a spoluurčují její chod. Promítají se do přípravy a realizace většiny strategických záměrů firmy jako např. podporou nových služeb zákazníkům, širokým uplatněním v marketingu apod. Informační systém a informační technologie jsou jedním z nejpodstatnějších faktorů

6 konkurenceschopnosti, jejich kvalita rozhoduje o rychlosti reakce firmy na poptávku (např. EDI, elektronický obchod,...), umožňuje pružně reagovat na změny v požadavcích zákazníků, na výkyvy na trhu apod. Co je však nejdůležitější, informatika a informační služby se stávají pro mnohé firmy důležitou podnikatelskou aktivitou, jako příklad uveďme rezervační služby, projekční služby, konzultační služby apod. Řízení IS/IT by tak ve vedení společností mělo být zastoupeno, aby byly vazby nových navrhovaných služeb podniku na IT posuzovány a rozvíjeny od samého začátku. To dokumentují příklady velkých a úspěšných firem našich i zahraničních. 1.3 Outsourcing IS/IT Vzhledem k tomu, že outsourcing IS/IT je v současné době velmi živou otázkou, pokládá autor za účelné na toto téma uvést několik dílčích poznámek. Podstatou outsourcingu IS/IT je zajišťování vybraných činností a služeb IS/IT externími dodavateli. Důvody pro toto řešení mohou být konkurenční, odborné, finanční nebo organizační. Podle toho, co je předmětem outsourcingu se rozlišuje outsourcing rozvoje IS/IT, tj. implementace jednotlivých standardních aplikací a technologií, případně vývoj specializovaných aplikací přímo podle potřeb podniku. Vedle toho je další možností i outsourcing provozu IS/IT, tj. provozování jednotlivých aplikací, případně celého systému na technice a SW dodavatele, případně zákazníka, avšak s tím, že se dodavatel stará i o údržbu a inovaci této zapůjčené techniky. Totální outsourcing pak znamená, že dodavatel zajišťuje provoz a rozvoj zákazníkovi kompletně. V současné praxi zcela převládá outsourcing rozvoje IS/IT, avšak i outsourcing provozu získává postupně stále více stoupenců viz [Voříšek, Bruckner, 1998]. Pro řešení outsourcingu musí být, kromě smlouvy o outsourcingu, jasně definovány i procesy řízení IS/IT, zejména na rozhraní mezi zákazníkem a poskytovatelem služeb (řízení uživatelských požadavků, zadávání a koordinace projektů,..) a systém ukazatelů a metrik pro měření a vyhodnocování kvantity a kvality outsourcingových služeb, a to jako podklad pro stanovení jejich ceny. Pro posuzování vhodnosti či nevhodnosti uplatnění outsoucingu v praxi Českých drah shrňme na závěr tohoto paragrafu jeho podstatné efekty a rizika. Efekty outsourcingu : možnost soustředění se na hlavní činnost podniku a tam trvale zvyšovat kvalitu, v případě vysoce kvalitního dodavatele, přístup k aplikacím a technologiím na špičkové úrovni, rychlejší uplatnění nejnovějších technologií, zvýšení flexibility IS/IT vzhledem k požadavkům uživatelů, dodavatel disponuje větším zázemím zdrojů než útvar IS/IT zákazníka, rozložení nákladů za produkty a služby a s tím související uvolnění zdrojů - personálních, kapitálových prostředků pro jiné účely, jiné investiční programy, většinou snížení operativních nákladů - dodavatel většinou sdílí zdroje pro více zákazníků, řešení problému, kdy zákazník nedisponuje potřebnými personálními a technickými zdroji pro IS/IT. Rizika outsourcingu: dlouhodobá závislost na jednom dodavateli, v IS/IT je výměna dodavatelské firmy relativně náročnou záležitostí, bezpečnostní rizika, především v provozu, nedostatečné znalosti dodavatele v předmětné oblasti zákazníka, špatně nastavený smluvní vztah, podcenění procesních a organizačních pravidel kooperace.

7 Bez ohledu na to, jaká je skutečná míra outsourcingu IS/IT podniku, tj. jaké procento služeb IS/IT je outsourcováno na externí dodavatelské organizace, ukazuje se jako účelné, aby řízení IS/IT podniku zajišťovali jeho vlastní specialisté (informační manažer, případně další specialisté). Na tomto místě ještě zdůrazníme, že řízení IS/IT by mělo mít své zastoupení v nejvyšším vedení (top managementu) podniku nebo organizace. I přesto, že ve velké části našich podniků není k tomuto posunu potřebná vůle, je nutné pokládat tuto cestu za perspektivní. 2. Cesty rozvoje řízení IS/IT Jestliže jsme v předchozím textu dospěli k závěru, že informatika podniku vyžaduje specifický přístup k řízení a že toto řízení, stejně tak jako informatika sama, se permanentně rozvíjí, pak si v souvislosti s rozvojem řízení informatiky musíme položit několik otázek: (a) co je předmětem rozvoje řízení informatiky, co se musí řešit? (b) z čeho vycházet? (c) jak postupovat? Předmětem řešení - otázka (a) - je návrh a implementace komplexního systému řízení IS/IT s respektováním všech relevantních vazeb na řízení podniku, resp. řízení všech dalších oblastí podnikových aktivit (provoz, obchod, finance, personál). Vnitřní obsahovou náplň systému řízení IS/IT tvoří: vymezení úrovní a oblastí řízení IS/IT, funkce řízení IS/IT, jejich obsah a struktura, procesy řízení IS/IT, dokumentace řízení IS/IT, jednotlivé druhy dokumentů a jejich obsah a forma, metody řízení IS/IT, role v řízení IS/IT, organizace IS/IT. Rozvoj řízení IS/IT je možné považovat za specifický projekt na rozhraní informatiky, řízení a organizace. Při řešení tohoto projektu je možné vycházet otázka (b) z těchto hlavních zdrojů: z celkové koncepce řízení podniku, podnikové strategie, případně další dokumentů strategického charakteru majících vztah na informatiku podniku, z výsledků projektů realizovaných v podniku v oblasti organizace, řízení kvality apod., jako jsou projekty BPR, TQM, z informační strategie podniku, pokud je zpracována. Na základě dostupných zdrojů a záměrů podniku v rozvoji řízení IS/IT se pak definuje postup řešení otázka (c), který obecně zahrnuje tyto etapy: 1) Vymezení cíle a účelu řešení systému řízení IS/IT na úrovni vedení podniku to je nezbytným vstupním krokem k jeho přípravě a realizaci. 2) Určení pracovního týmu, jeho vnitřní organizace, pravidel kooperace, dokumentačních standardů a harmonogramu řešení. 3) Analýza dostupných zdrojů řešení (viz otázka (b)) a stanovení způsobu jejich využití.

8 4) Stanovení úrovní a hlavních oblastí řízení IS/IT v podniku a jejich vazeb (celkové architektury) a určení postupu řešení jednotlivých oblastí, případně výběr prioritních oblastí. 5) Zpracování SWOT analýzy IS/IT podniku za celý systém a podle jednotlivých vymezených oblastí řízení IS/IT (viz předchozí bod). 6) Zpracování celkové koncepce řízení IS/IT vymezení klíčových procesů, rámcové náplně oblastí řízení (hlavních funkcí), vymezení klíčových rolí, struktury dokumentace, ukazatelů pro řízení. 7) Řešení jednotlivých oblastí řízení zahrnující především vymezení procesů řízení, činností, které je naplňují, jejich vstupů a výstupů a rolí, které se na jejich realizaci podílejí. 8) Návrh organizace IS/IT, vycházející z účasti rolí na jednotlivých procesech řízení, tj. návrh organizační struktury útvaru informatiky, náplně funkčních míst a jejich zasazení do organizace podniku, 9) Detailní návrh dokumentace řízení, obsahu a formy jednotlivých dokumentů, ukazatelů, resp. metrik pro řízení IS/IT, návrh, výběr, případně implementace technologických nástrojů pro podporu řízení IS/IT. 10) Kompletace systému řízení IS/IT podniku, jeho oponentura a prezentace všem zainteresovaným pracovníkům podniku a na jeho základě zpracování všech potřebných interních směrnic a norem pro oblast informatiky. 3. Základní komponenty systému řízení IS/IT s respektováním řešení projektu IS/IT ČD V této části se budeme zabývat již jednotlivými komponentami systému řízení IS/IT a možnostmi jejich naplnění v podmínkách ČD 3.1 Úrovně a oblasti řízení IS/IT ČD Řízení IS/IT ČD se musí realizovat, obdobně jako v ostatních sférách podnikových aktivit, na třech základních úrovních: 1) strategické, 2) taktické, 3) operativní. Je nutné přiznat, že v praxi dnes evidentně převládá úroveň operativního řízení, ale absence obou vyšších úrovní je velmi často zdrojem problémů a poruch projevujících se v řízení projektů či provozu IS/IT. Na každé z uvedených úrovní řízení se realizují funkce řízení, které se člení do jednotlivých oblastí řízení IS/IT. Uspořádáním těchto oblastí a jejich vzájemných vazeb vzniká základní schéma řízení IS/IT, resp. jeho celková architektura. Architektura řízení IS/IT (viz další obrázek) tak, jak byla definována v ČD, zahrnuje následující oblasti: 1. Strategické řízení IS/IT, řešení celkové koncepce, 2. Plánování, zadávání a koordinace projektů IS/IT 3. Řízení služeb a rozvoj organizace ve vazbě na informatiku, 4. Řízení disponibility bezpečnosti a výkonu IS/IT 5. Řízení ekonomiky IS/IT,

9 6. Personální řízení IS/IT, 7. Řízení datových zdrojů, 8. Řízení informačních technologií, 9. Řízení projektů, 10. Řízení sítě a provozu IS/IT. Řízení systémových vlastností (3) Rozvoj služeb a organizace (4) Řízení disponibility (1) Strategické řízení IS/IT Taktické řízení IS/IT (2) Zadávání, plánování a koordinace projektů IS/IT - řízení aplikací Řízení zdrojů IS/IT (5) Řízení ekonomiky -finančních zdrojů (5) Řízení personálních zdrojů v IS/IT (6) Řízení datových zdrojů (7) Řízení technologických zdrojů (ZSW, HW, komunikace) Business Intelligence Externí vazby C R M Marketing Řízení produktu (8) Řízení jednotlivých projektů Operativní řízení IS/IT (9) Řízení provozu IS/IT a správa sítě Ekonomika Obrázek 1: Celková architektura řízení IS/IT První oblast tvoří strategickou úroveň řízení IS/IT, oblasti 2 až 8 jsou taktickou úrovní a oblasti 9 a 10 představují operativní úroveň. Při řešení uvedených oblastí je účelné vycházet z obecných, společných principů, ale následně definovat i zvláštnosti řízení jednotlivých typů úloh v IS/IT (MIS, EIS, OIS, zákaznické úlohy apod.) a rovněž zvláštnosti různých kategorií úloh, tj. úlohy řešené specializovaným vývojem, na základě standardního ASW, s využitím interních nebo externích řešitelských kapacit. 3.2 Funkce a procesy řízení IS/IT Východiskem pro řešení funkční struktury a struktury procesů řízení IS/IT je uvedená architektura definující hlavní úrovně a oblasti řízení a jejich celkové uspořádání. Obsahová náplň každé oblasti je vymezena funkcemi, resp. skupinami funkcí, které se dále mohou členit na činnosti. Oblast funkce činnost představuje statický pohled hierarchickou funkční náplň celého systému. Vedle oblastí, funkcí a činností musí být vymezeny i procesy řízení IS/IT - rozlišují se: (a) hlavní (nebo globální) procesy vztahující se k úrovni řízení. Pro každou z uvedených úrovní řízení (strategickou, taktickou, operativní) se definují hlavní řídící procesy, jako např.: na úrovni strategického řízení zpracování a průběžná aktualizace informační strategie ČD,

10 na taktické úrovni definování, zadávání a koordinace úloh IS/IT - na základě analýz a plánování požadavků na tyto projekty a dostupných zdrojů pro jejich řešení (ekonomických, organizačních, personálních, datových, technologických), na operativní úrovni řízení úloh IS/IT od úrovně projektů (a jejich vstupních analýz) až po zajištění, monitorování a vyhodnocování provozu a užití realizovaných aplikací. (b) procesy, resp. základní nebo podpůrné procesy odpovídající realizaci jednotlivých základních funkcí (viz předchozí bod), např. analýza stavu IS/IT. Procesy tvoří většinou jednu ze součástí hlavních procesů, (c) specializované procesy jsou procesy řízení odpovídající již jednotlivým typům a kategoriím úloh (např. řízení projektů ERP, EIS,...). Funkční pohled Procesní pohled Úroveň řízení (např. operativní) Hlavní proces (např. řízení úlohy) Funkce (např. analýza a návrh) Proces (např. analýza a návrh) Činnost (např. návrh prog. modulů) Specializovaný proces (např. analýza a návrh EIS) Obrázek 2: Funkční a procesní pohled na řízení IS/IT Procesy jsou sestaveny z dílčích činností, kde pro každou činnost se určují vstupy a výstupy činnosti, zodpovědnost a kooperace rolí, metodická a technologická podpora realizace činností apod.. Takto jsou postupně definovány i jednotlivé procesy v projektu řízení IS/IT ČD. 3.3 Role v řízení IS/IT Role jsou chápány jako typové skupiny pracovníků podniku, které mají v systému řízení IS/IT obdobnou pozici a plní obdobné, resp. stejnorodé úkoly. Rolím se v návrhu systému řízení IS/IT ČD přiřazují zodpovědnosti za jednotlivé funkce a procesy řízení a kooperace na nich. Vazby rolí a funkcí a procesů řízení jsou základem pro návrh organizace IS/IT.

11 V případě výše uvedeného projektu řízení IS/IT ČD bylo definováno cca 30 hlavních rolí, z nich prioritně byly při analýze funkcí a procesů IS/IT využity zejména tyto role: řídící článek IS/IT: je skupina rolí a jejich náplní, která představují řídící pracovníky na úrovni ČD, včetně ředitele informatiky odboru 29, zadavatel IS/IT: obecně pracovník nebo útvar, který zajišťuje formulace nových potřeb a požadavků vzhledem k potřebám rozvoje řízení ČD, ke změnám v legislativě, ke změnám v požadavcích uživatelů na funkce a disponibilitu IS/IT. Podílí se na formulaci vazeb zadávaného řešení k ostatním oblastem řízení, resp. ostatním projektům nebo provozovaným aplikacím, v kontextu uvedeného projektu se předpokládá, že se jedná o útvary a pracovníky informatiky ČD (mimo DATIS), a to na úrovni GŘ, tak i na úrovni podřízených organizačních jednotek dodavatel IS/IT: je výkonná část informatiky ČD. V daném kontextu představuje hlavního dodavatele služeb IS/IT pro ČD, tj. jsou to všechny útvary, pracovníci a skupiny pracovníků DATIS. uživatel IS/IT: představuje uživatelskou část, resp. uživatelskou úroveň IS/IT ČD. Je reprezentován útvarem, pracovníkem nebo skupinou pracovníků, kteří využívají služeb IS/IT, a to jak na úrovni GŘ, tak na úrovni podřízených OJ. Jsou to pracovníci ČD mimo pracovníků informatiky ČD a DATIS. externí dodavatel IS/IT: je právnická nebo fyzická osoba, která na základě smlouvy (kontraktu) s řídícím článkem, případně dodavatelem IS/IT dodává výrobky nebo služby potřebné pro zajištění provozu IS/IT. Účelem aplikace rolí je základní přiřazení zodpovědností a kooperací k definované struktuře funkcí a procesů řízení IS/IT. Na základě takto vymezeného rozdělení zodpovědností a kompetencí se postupně upravuje, racionalizuje organizace a příslušná organizační dokumentace IS/IT ČD organizační struktura, funkční náplně, prováděcí příkazy. To znamená, že se vytváří potřebná základna pro postupnou, ale systematickou optimalizaci organizace IS/IT a komplexní rozvoj celého systému řízení. 3.4 Implementace řešení projektu Řešení projektu Řízení IS/IT ČD je v současné době realizováno na konceptuální úrovni, tj. jsou definována základní organizační a procedurální pravidla, některé dílčí procesy atd. Po této etapě řešení bude nezbytné přistoupit k jeho praktické implementaci, a to v několika rovinách - zejména: v rovině organizační bude nutné: o prověřit, doplnit a aktualizovat organizační směrnice, včetně základního prováděcího opatření pro oblast informatiky, o systematicky připravovat a naplňovat restrukturalizaci poskytovaných informačních služeb a v návaznosti na to i organizační změny útvarů, které tyto služby poskytují,

12 v rovině personální bude nutné: o navrhnout a realizovat novou systemizaci pracovních míst v IS/IT, o vytvořit a realizovat plán nezbytných školicích aktivit spojených s rozvojem řízení IS/IT, v rovině technologické bude nutné: o navrhnout a postupně naplňovat architekturu aplikací IT pro podporu řízení informatiky ČD, o zhodnotit možnosti a realizovat využití podnikového intranetu pro komplexní řízení informatiky, o navrhnout potřebné spektrum specifických aplikací pro řízení informatiky (např. na úrovni podnikového metasystému, aplikací groupware, business intelligence, správy dokumentů, řízení pracovních toků,..). Implementační kroky je možné realizovat postupně ale i paralelně s řešením dalších projekčních úkolů. Ukazuje se, že nové technologie budou velmi silně ovlivňovat i vlastní podstatu a logiku řídících procesů v IS/IT a proto lze nadále podpořit princip, aby další postup v řešení projektu postupoval ve vzájemném kontextu logiky řešení a uplatňovaných informačních a komunikačních technologií. Literatura: 1. Angel, I. O., Smithson, S.: Information Systems Management - Opportunities and Risks, Macmillan Donovan, J.: Business Re-engineering with Information Technology. Prentice Hall Dohnal, J., Pour, J.: Architektury informačních systémů v průmyslových a obchodních podnicích, Ekopress, Praha Hausmann, O., Hojdar, M., Řepa, V.: Řízení projektu informačního systému, VŠE, Praha Hammer, M., Champy, J.: Reengineering the Corporation - A manifesto for Business Revolution. Nicolas Brearly Publ, Horáková, H.: Strategický marketing, VŠE, Praha Kossuir, D. a kol.: Elektronická komerce, Computer Press, Brno Malý, M., Dědina, J.: Organizační architektura, Victoria Publishing, Řepa,V. a kol.: Metodiky vývoje informačních systémů, Ekopress, Praha Scheer, A. W.: Architecture of Integrated Information System, Springer Verlag, Scheer, A. W.: Buseiness Process Engineering, Springer Verlag, Učeň, P.: Metriky přínosů IS/IT, Grada, Voříšek, J.: Strategické řízení informačního systému a systémová integrace, Management Press, Praha Voříšek, J., Bruckner, T.: Outsourcing, Ekopress, 1998 V Praze, září 2002 Lektoroval: Ing. Jaroslav Vašátko GŘ ČD

13 Jaroslav Kleprlík, Tatiana Molková Železniční doprava v integrovaném dopravním systému Klíčová slova: osobní doprava, osobní železniční doprava, integrovaný dopravní systém, dopravní obslužnost, kvalita. Integrovaný dopravní systém (IDS) představuje efektivní způsob, jak využít předností jednotlivých druhů dopravy a zajistit moderní veřejnou hromadnou osobní dopravu. Jedním z jeho hlavních cílů je zabezpečit dopravní obslužnost vymezeného území v požadované kvalitě. 1. IDS a jeho dekompozice Každý systém, tedy i IDS, je složen z podsystémů. Proto je důležité u jednotlivých podsystémů a jejich dílčích složek definovat základní obsahovou náplň, ošetřit vzájemné vnitřní vazby a stanovit výsledné koncepční řešení, které umožní komplexní fungování celého systému. 1.1 Organizační podsystém Tento podsystém zahrnuje legislativní ošetření vzniku a provozu IDS, územní vymezení jeho činnosti, vytvoření organizační a řídící struktury a definování provozních podmínek. Legislativní předpisy ČR vymezují právní poměry pro procesy probíhající v rámci IDS. Jedná se nejen o vnitřní vztahy, ale jde i o působnost IDS na okolí. Zásadním problémem je však absence podmínění realizace zákonných ustanovení o plnění závazků Jaroslav Kleprlík, Ing., Ph.D., 1971, vystudoval Dopravní fakultu Jana Pernera Univerzity Pardubice, obor technologie a management v dopravě a telekomunikacích, v současné době pracuje jako odborný asistent na katedře technologie a řízení dopravy DFJP. Tatiana Molková, Ing., Ph.D., 1966, vystudovala Dopravní fakultu Jana Pernera, Univerzity Pardubice, obor technologie a management v dopravě a telekomunikacích, v současné době pracuje jako odborná asistentka na katedře technologie a řízení dopravy DFJP.

14 veřejné služby, zejména úhrady prokazatelné ztráty dopravcům vytvořením systému koordinované dopravy jakým IDS je. Tento stav zapříčiňuje možnost dotování konkurující si dopravy, a tím i neopodstatněných souběhů a současná platná legislativa též nezná postihy za neplnění zákonných ustanovení o propojení drážní a linkové dopravy. V rámci integrace do Evropské unie je tedy třeba přistoupit také k přejímání legislativních ustanovení EU, kde součástí je nejen doporučení na zřízení dopravních svazů, ale i sankce při realizaci neoprávněných souběhů různých doprav a zavedení kritérií kvality (jako příklad lze uvést Zákon o veřejné regionální dopravě a dopravě na krátké vzdálenosti - Rakousko). INTEGROVANÝ DOPRAVNÍ SYSTÉM (IDS) Organizační podsystém Informační podsystém Dopravní podsystém Finanční podsystém Legislativní ošetření IDS Pro zákazníky Přepravní požadavky (marketing) Kalkulace vlastních nákladů Územní vymezení IDS Pro dopravce Dopravní infrastruktura Cenová a tarifní politika Organizační a řídící struktura Pro organizátora dopravy Technická základna Investiční politika Provozní podmínky Pro orgány veřejné správy Technologie Účetnictví Obr.1: Dekompozice IDS V rámci vymezeného území IDS integruje činnost: jednotlivých druhů dopravy, jednotlivých dopravců zapojených do systému, orgánů veřejné správy (krajské úřady, okresní úřady, magistráty, obecní úřady, sdružení měst a obcí). Organizační a řídící struktura IDS představuje architekturu a hierarchické uspořádání. Definuje kompetence a odpovědnosti jednotlivých úrovní. Vlastní model IDS může být: - dvouúrovňový - klasický smluvní vztah mezi objednavatelem dopravního výkonu a dopravcem nebo dopravci. (V našich podmínkách se ukázal jako málo účinný.);

15 - tříúrovňový - jedná se o doplnění dvouúrovňového modelu o organizátora IDS. Jeho úlohou je smluvně zabezpečovat realizaci dopravních výkonů v požadovaném rozsahu a kvalitě s ohledem na ekonomické možnosti.s přihlédnutím k zahraničním zkušenostem lze doporučit právě tento model. Další náplň organizační a řídící struktury IDS spočívá ve vytvoření smluvních vztahů mezi zúčastněnými subjekty. K uvedeným smluvním vztahům patří dle [2]: Deklarace IDS regionu, Smluvní přepravní podmínky, Dohoda o vzájemném uznávání integrovaných jízdních dokladů, Smlouva o zajištění financování organizátora IDS a rozvoj IDS, Smlouva o spolupráci a koordinaci, Smlouva o plnění závazku veřejné služby pro zajištění základní dopravní obslužnosti, Smlouva o plnění závazku veřejné služby pro zajištění ostatní dopravní obslužnosti a další smlouvy ošetřující problematiku IDS. Provozní podmínky vymezují problematiku vlastního provozu. Důležitou činností v této oblasti je efektivní spolupráce dispečerského řízení jednotlivých dopravců při operativním řešení odchylek od jízdních řádů a řešení mimořádností v dopravním provozu. 1.2 Informační podsystém Úlohou tohoto podsystému je definovat, jaké informace, v jakém rozsahu a v jakém časovém intervalu sledovat s ohledem na jejich využití. Cílem je zajištění aktuálních, relevantních a dostupných informací pro: a) zákazníky (cestující), b) dopravce (provozovatele dopravy v rámci IDS), c) organizátora dopravy, d) orgány veřejné správy. Jedná se o vytvoření stavebnicového informačního systému, který poskytne informace pro všechny podsystémy sdružené v rámci IDS a také informace zájemcům ze svého okolí. Zde je vhodné využít internetové sítě, systémů GPS a sítě mobilních telefonů GSM. 1.3 Dopravní podsystém Dopravní podsystém zahrnuje oblasti průzkumu přepravního trhu, dopravní infrastruktury, technické základny a vlastní technologii dopravy. Z pohledu kvality musí být na základě marketingového přístupu k trhu zodpovězeny otázky: Pro koho má být doprava zabezpečena? Jaká jsou místa zdrojů a cílů přepravy? Pro

16 kolik zákazníků bude přeprava realizována? Jedná se tedy o zjištění požadavků zákazníků a vyhodnocení statistických informací o přepravních požadavcích a poptávce po přepravě požadované, skutečné a o tvorbu O/D matic. Potenciální poptávku je třeba zjistit přímo u potenciálních zákazníků. Pozornost je potřebné zaměřit zejména na školy a firmy a dále zákazníky dnes využívající individuální, především automobilovou dopravu, kteří jsou zdroji největší a relativně pravidelné poptávky. Skutečnou poptávku lze zjistit z odbavovacích systémů pro cestující. V autobusové dopravě jsou to elektronické pokladny pro tisk a výdej jízdenek a zařízení vedoucí záznamy o pohybu cestujících při nástupu a výstupu do dopravního prostředku (tzv. systém chek in - check out). V případě železniční dopravy je to elektronický výdej (cca 80% všech jízdních dokladů, kde jsou výstupy z jednotlivých výdejen zpracovány a jednotlivé jízdní doklady položeny na trať) u jízdenek vydaných mimo elektronický systém a bezplatné přepravy a v případě městské hromadné dopravy je zjišťování skutečné poptávky náročnější. Jednou z možností je instalovat zařízení vedoucí záznamy o pohybu cestujících. Další možností je provádění přepravních průzkumů přímo v dopravních prostředcích a na zastávkách. Je však nezbytné z důvodu objektivnosti zajistit nezávislost a nezaujatost osob, které provádějí průzkum. Dále tento průzkum vést jednak na zastávce a jednak v dopravním prostředku a následně porovnat. Důležité je dosáhnout co nejvyšší přesnosti a tím hodnověrnosti průzkumu, který je následně podkladem pro změny v organizaci dopravy. Zjištění budoucích přepravních proudů při časové a prostorové návaznosti uvedených druhů dopravy může být rovněž poměrně složité, neboť dosud fungují tyto systémy izolovaně. Matice O/D, znázorňující poptávku po přepravě se vytvoří následujícím způsobem.: Uzly, které představují jednotlivé zastávky se očíslují od 1 do n. Pro určené časové období se stanoví první přepravní požadavek z uzlu i do uzlu j a označí se q 1 ij. Celkový přepravní požadavek se určí dle vztahu : q C = m q i, j k = 1, ( K ) kde: m... celkový počet všech přepravních požadavků na úseku z i do j ve stejné časové poloze. Dopravní infrastruktura zahrnuje pasportizaci pozemních komunikací, drah (dopravní sítě) a výpravních bodů. V případě dopravní sítě je vhodné využít digitálních map území (DMÚ). S využitím výpočetní techniky lze na jednotlivých vrstvách digitálních map i j

17 znázornit kromě stávajícího stavu i mimořádné události a následně modelovat jejich řešení (např. náhradní autobusová doprava). V případě výpravních bodů je žádoucí mít k dispozici následující údaje: - evidenční číslo, - název zastávky (používat jednotný název téže zastávky všemi dopravci), - technický plán, - schématický plán (přístup, nástupiště, uspořádání výpravní budovy, návaznost na parkoviště, návaznost na autobusovou či městskou hromadnou dopravu), - vyznačení stupně bezbariérovosti, - číslo tratě, na které se nachází, - atrakční obvod, který obsluhuje, - výpravní oprávnění, - vybavení (informační středisko, čekárny, úschovny, údaje o výdeji jízdenek,atd.), - jízdní řád (příjezdy vlaků, odjezdy vlaků), - další informace. Technická základna zahrnuje především dopravní prostředky a dále dopravní zařízení. V případě ČR je žádoucí, aby železniční doprava z důvodu zvýšení kvality nabídla IDS nová vozidla v rámci programu obnovy a modernizace vozového parku (stát, region), která budou splňovat požadavky: a) cestujících, b) železničních dopravců, především ČD, c) vyplývající z trendů u vyspělých železničních správ. K požadavkům cestujících na vozidla patří: snadný nástup a výstup, nízkopodlažní vozy, využití výsuvných stupaček, vazba na vhodnou konstrukci nástupiště, lehké, především automatické otevírání a zavírání dveří, pohodlný a estetický interiér vozidla, odpružení vozidlové skříně a snížení kmitů a rázů při jízdě přes výhybky a při brzdění a rozjezdu vozidla, v případě spojování jízdních souprav bezzábranové a izolované přechody mezi vozy - vyšší bezpečnost při přecházení, snížení hluku a nečistoty, zajišťování čistoty a pořádku pravidelným čištěním vozidel,

18 nabídka dalších služeb - přeprava kočárků, jízdních kol, rozměrnějších cestovních zavazadel apod. K požadavkům železničních dopravců na vozidla patří: motorové či elektrické jednotky velké přepravní kapacity, které lze v případě dopravních špiček spojovat,. lehká, pevná konstrukce s bezpečnostními prvky a moderním zabezpečovacím zařízením, nízkopodlažní vozidlo s dokonalým designem a s prostory pro dětské kočárky, jízdní kola a vozíky pro imobilní občany, široké dveře s centrálním ovládáním z důvodu častého, rychlého, pohodlného a bezbariérového nástupu a výstupu cestujících, (i více než dvoje na každé straně jednoho dílu vozidla podle velikosti výměny cestujících při krátkém pobytu na zastávkách), schopnost rychlé akcelerace a brzdění na krátkých vzdálenostech, odpovídající investiční a provozní náklady, splnění ekologických parametrů, možnost automatizovaného čištění, spolehlivost v provozu a dlouhá životnost. Oblast technologie zahrnuje převedení přepravní poptávky na dopravní síť, dělbu přepravní práce mezi jednotlivými druhy dopravy a dopravci zapojenými do IDS, stanovení prostorových poloh linek a železničních tratí, stanovení časových poloh jednotlivých spojů, tvorbu jízdních řádů a tvorbu turnusů zaměstnanců a oběhů vozidel. Součástí technologie je rovněž celkové vyhodnocení pomocí technologických ukazatelů. 1.4 Finanční podsystém Zde vyvstávají důležité otázky, jakým způsobem bude systém financován, kdo v jaké výši a za jakých podmínek bude poskytovat dotace. V rámci tohoto podsystému se tedy především definují, uskutečňují a řídí finanční toky mezi jednotlivými subjekty zúčastněnými v IDS. Tento podsystém musí mít nezbytně vytvořenu vazbu na informační podsystém. Obsahová náplň dílčích složek finančního podsystému: - Kalkulace vlastních nákladů - za účelem zjištění hospodárnosti je třeba stanovit kalkulaci vlastních nákladů; do této kalkulace zabezpečit vstup transparentních dat (např. využití elektronických pokladen pro výdej jízdenek, čipových karet) a ve vazbě na informační podsystém vypracovat softwarový produkt pro provedení kalkulací.

19 - Cenová a tarifní politika - zde jde o unifikaci jízdních dokladů, vytvoření jednotného tarifního systému. Úlohou dále je rozdělení vymezeného území do jednotlivých zón. Praktikování této politiky úzce souvisí se zavedením unifikovaného odbavovacího systému pro zákazníky. - Investiční politika - zde je třeba provést stanovení ekonomické náročnosti na investice a na vlastní provoz. Souvisí to se zamýšleným rozvojem a rozsahem IDS (budování multimodálních terminálů, zavádění jednotných informačních systémů a softwarových produktů atd.). - Účetnictví - zajištění bezprostředního přenosu dat z provozu, kalkulací do účetního systému dopravců a organizátora dopravy. 2. Postavení železniční dopravy v systému IDS Velmi významným dopravním prvkem IDS regionu je veřejná regionální a příměstská železniční doprava. Její hlavní přednost vyplývá z jejích kapacitních možností a schopnosti uspokojit vysokou poptávku po přepravě. Z tohoto důvodu má být hlavní páteřní sítí IDS právě železnice. Zapojení železniční dopravy do IDS je klíčovým momentem realizace IDS. Proto železniční doprava a v případě ČR České dráhy mají aktivně přistupovat k jednáním o budování a dalším rozvoji IDS. České dráhy jsou v současnosti zapojeny do IDS: - Zlín - Otrokovice, - Ostravský dopravní integrovaný systém, - Pražská integrovaná doprava. Jedním z IDS, který vznikl v ČR v posledním období je Východočeský integrovaný dopravní systém - VYDIS. Ten od umožňuje cestování dopravními prostředky MHD provozovanými Dopravním podnikem města Hradec Králové a.s. (zóna 1), Dopravním podnikem města Pardubic a.s. (zóna 2) a vlaky Českých drah v úseku trati 031 Hradec Králové hl. n. - Pardubice hl. n. a přilehlých traťových úsecích (zóna 3) na jeden jízdní doklad za zvýhodněnou cenu. Dalším novým IDS v ČR je Integrovaná doprava Plzeňska a IDS České Budějovice. S ohledem na změnu územně správního uspořádání ČR a s vytvořením nových krajů jsou zároveň vytvářeny podmínky pro další rozvoj IDS. Zde lze navíc využít i zahraničních zkušeností, kde právě na provozu IDS participují stát, kraj (země), krajské město a ostatní přilehlé obce ve vymezeném spádovém území.

20 V ČR se nabízí vytvoření dalších IDS: - Integrovaná doprava Ústeckého kraje, - Integrovaná doprava Jihomoravského kraje (Brno), - IDS Střední Morava (Olomouc, Přerov, Prostějov, Šumpersko), - IDS Nisa (Liberec - Jablonec nad Nisou), - Integrovaná doprava Karlovarska (Egronet), - IDS Vysočina. U stávajících IDS je předpoklad rozvoje do podoby krajských regionálních systémů. 3. Předpoklady pro aktivní zapojení ČD do IDS Pro zapojení ČD do IDS je třeba provést změny v oblasti legislativních, provozních, tarifních a ekonomických podmínek, jejich důsledné sjednocení. Smyslem těchto změn je: - oddělit účetně provozování dráhy a provozování drážní dopravy, - provést výběr preferovaných páteřních tras a linkových napáječů a zde zvýšit nabídku pro realizaci silného koncentrovaného přepravního proudu, - řešit další postup u tratí, kde nebude zvýšení přepravních výkonů realizovatelné a přepravní náklady budou vysoké, - řešit oblast věcně usměrňovaných cen jízdného v osobní vnitrostátní železniční dopravě [3], - ošetřit problematiku poskytování jednotlivých druhů slev jednotlivými dopravci a výše těchto slev, - unifikovat jízdní doklady (nejlépe použití čipových karet) a rovněž neomezovat kombinaci jízdního dokladu ČD a IDS pro cesty, které začínají na území IDS a končí mimo toto území a naopak, - sladit konstrukci jízdních řádů, a to především konfliktů regionální dopravy (uvedeného IDS) a dálkové dopravy a též souběžných spojů ČD a autobusové dopravy, - zajistit informační a finanční toky mezi zúčastněnými subjekty v rámci IDS, - optimalizovat oběhy vozidel a nasazování vozidel na příslušné spoje, - modernizovat vozový park a to především vozy pro příměstskou dopravu.

21 4. Vývoj koncepčních materiálů EU definujících podmínky provozu jednotlivých druhů hromadné přepravy osob V rámci EU byly přijaty postupně jednotlivé následující předpisy a materiály, které se zabývají provozováním jednotlivých druhů veřejné hromadné přepravy osob: - Rozhodnutí Rady EU č.271/1965 o harmonizaci určitých ustanovení, týkajících se konkurence v dopravě železniční, silniční a vnitrozemské vodní, které definuje závazek veřejné služby, kompenzaci finančních břemen, která vznikají dopravcům z přijetí závazku veřejné služby, povinnost poskytnutí náhrady za finanční břemena uvalená na přepravu osob z důvodů uplatnění sazeb a podmínek stanovených v zájmu jedné nebo více kategorií osob; - Nařízení Rady EU č.1191/1969 o akcích členských států, které se týkají závazků veřejné služby v dopravě železniční, silniční a vnitrozemské vodní, které upřesňuje definici závazku veřejné služby jako závazku provozu, přepravy a tarifu, stanovuje zásady pro ukončení respektive zachování závazku veřejné služby a metodiku pro posuzování přiměřenosti dopravních služeb s ohledem na veřejné zájmy, definuje okolnosti pro uplatnění přepravních sazeb a podmínek v zájmu jedné nebo více kategorií osob; - Nařízení Rady EU č.1893/1991, které doplňuje nařízení Rady EU č.1191/1969 tím, že stanovuje obecná pravidla pro uzavírání závazků veřejné služby, definuje pojem veřejné služby v městské a příměstské dopravě, způsob provozování a účtování veřejné služby ze strany dopravců, způsob financování veřejné služby jednak ze strany veřejných orgánů, jednak ze strany dopravců, obsah smlouvy na zajišťování veřejné služby; - Směrnice Rady EU č. 12/2001, kterou se mění a doplňuje směrnice Rady EU č. 440/1991 o rozvoji železnic Společenství, která stanovuje podmínky pro přizpůsobení železničních dopravců potřebám vnitrozemské dopravy, zejména účetní oddělení vlastnictví dráhy, provozu na dráze a drážní dopravy; - Směrnice Rady EU č. 13/2001, kterou se mění a doplňuje směrnice Rady EU č. 18/1995, o poskytování licencí železničním podnikům, která zabezpečuje rovný přístup k podnikání na železnici a stanovuje zásady a požadavky pro vydávání licencí;

22 - Směrnice Evropského parlamentu a Rady EU č. 14/2001, o přidělování kapacity železniční infrastruktury a zpoplatnění použití železniční infrastruktury a o bezpečnostní certifikaci; - Bílá kniha Evropské komise "Strategie oživení železnic společenství" ze dne , která se zabývá ošetřením problematiky nákladů souvisejících se železniční dopravou, jejich členěním a hrazením a podmínkami úhrady služeb železniční dopravy provozované ve veřejném zájmu; - Bílá kniha Komise Evropských společenství "Evropská dopravní politika pro rok 2010: čas rozhodnout" ze dne , která se zabývá disproporcemi mezi jednotlivými druhy dopravy, navrhuje programy revitalizace železniční dopravy s důrazem na zvýšení kvality jí poskytovaných služeb (zajištění bezpečnosti, optimální využití železniční infrastruktury, modernizace služeb, atd.) a posílení aktivní role železniční dopravy v IDS. Uvedené materiály EU se zaměřují na problematiku účetních systémů, stanovení způsobu náhrad za plnění závazku veřejné služby a podmínek pro odpovědné rozhodnutí o alokaci finančních zdrojů ze státního rozpočtu a veřejných rozpočtů a o způsobu jejich redistribuce dopravním organizacím. 5. Základní legislativní předpisy ošetřující problematiku IDS v ČR K základním legislativním předpisům, které upravují v ČR problematiku dopravní obslužnosti patří: 1. Zákon 35/2001 Sb., úplné znění zákona o dráhách; 2. Vyhláška 175/2000 Sb. o přepravním řádu pro veřejnou drážní a silniční osobní dopravu; 3. Vyhláška 174/2000 Sb., kterou se vydává dopravní řád drah ve znění vyhlášky 173/1995 Sb. a vyhlášky 242/1996 Sb.; 4. Vyhláška 36/2001 Sb. o prokazatelné ztrátě ve veřejné drážní osobní dopravě a o vymezení souběžné veřejné osobní dopravy; 5. Vyhláška 429/2001 Sb. o podrobnostech prokazování finanční způsobilosti k provozování dráhy celostátní nebo dráhy regionální, o způsobu prokazování finanční způsobilosti k provozování drážní dopravy na dráze celostátní nebo dráze regionální a o doplňkových přepravních službách; 6. Zákon 1/2001 Sb., úplné znění zákona o silniční dopravě; 7. Vyhláška 478/2000 Sb., kterou se provádí zákon o silniční dopravě;

23 8. Vyhláška 388/2000 Sb. o jízdních řádech veřejné linkové osobní dopravy; 9. Vyhláška 50/1998 Sb. o prokazatelné ztrátě ve veřejné linkové dopravě; 10. Vyhláška 97/2001 Sb., kterou se mění vyhláška 366/1999 Sb. o způsobu prokázání finanční způsobilosti dopravcem; 11. Zákon 40/1964 Sb., občanský zákoník ve znění pozdějších předpisů; 12. Zákon 199/1994 Sb. o zadávání veřejných zakázek ve znění pozdějších předpisů. Legislativní předpisy jsou v současné době více rozpracovány v oblasti silniční dopravy. Postupně jsou však přijímány i v dopravě drážní. V rámci schvalované legislativy se doporučuje v maximální míře unifikovat a jednotně definovat maximum společných prvků. Příkladem je již schválená vyhláška 175/2000 Sb. ošetřující přepravní podmínky společně ve veřejné linkové dopravě a v drážní dopravě. Obdobně by měla být zpracována a ošetřena i problematika jízdních řádů a dále oblast prokazování finanční způsobilosti dopravce. 6. Kvalita železniční dopravy a IDS Železniční doprava v ČR může v rámci IDS dosáhnout celé řady výhod, ale v současné době se zdá, že je dostatečně nevyužívá. Jednou z příčin tohoto stavu je problém kvality, která není vždy realizována na odpovídající úrovni. Zlepšení je možné hledat v uplatňování nových dopravních a přepravních technologií a v technických řešeních. V osobní dopravě se hodnocení její kvalitativní stránky zaměřuje zejména na dílčí kriteria jako rychlost, bezpečnost, návaznost spojů. Z hlediska definování kvality je proto třeba přistoupit ke komplexnějšímu pohledu. Celkovou kvalitu lze vyjádřit následujícími kritérii: 1. dostupnost - rozsah nabízené služby z geografického hlediska, času a frekvence dopravního prostředku, 2. přístupnost - vazba na ostatní druhy dopravy v rámci IDS, mimo IDS a na individuální dopravu, 3. informace - poskytování souboru informací při plánování a při uskutečňování cest, 4. časové hledisko - sledování dob přepravy, časové návaznosti spojů, 5. péče o zákazníka - poskytování doplňkových služeb přepravní povahy a ostatních služeb, 6. cestovní pohodlí a kultura cestování - zajistit příjemnou a pohodovou přepravu, 7. bezpečnost - zajistit bezpečnost v prostorách výpravních bodů a v dopravních prostředcích,

24 8. ekologické hledisko - minimalizace negativních vlivů na životní prostředí. Po definování kritérií kvality je třeba provést měření kvality dopravní služby. K tomuto měření lze využít provozních záznamů nebo reprezentativních průzkumů. Výsledky měření se následně vyhodnotí a zařadí do stanovených stupňů kvality. Poté se povede zhodnocení, zda bylo dosaženo v dané oblasti stanoveného stupně kvality (cíle) a případně navrhnou opatření a vytvoří se podmínky vedoucích k jeho dosažení. Příklady měření výkonu u výše definovaných kritérií kvality: Dostupnost - jak je dostupná osobní železniční doprava v dané oblasti (stanovit, jakému procentu lidí je dostupná), jak jsou dostupná nízkopodlažní vozidla, do kolika zastávek lze dojít v rámci stanoveného časového intervalu, kolik procent zákazníků má přímé spojení a kolik stanovené počty přestupů (kolik přestupuje 1x, 2x...) atd. Přístupnost - kolik výpravních bodů má bezbariérový přístup a v jakém rozsahu (jen výpravní budova, budova i nástupiště), kolik je multimodálních terminálů, přehodnocení lokace železničních zastávek s cílem více je přiblížit k sídlům (zejména na regionálních tratích). Dále v rámci integrace dopravy aktivně vstoupit do jednání s ostatními dopravci o zřizování a provozování společných zastávek. Oblast přístupnosti zahrnuje rovněž možnost získání integrovaných jízdních dokladů (předprodej, čipové karty) atd. Informace - dostupnost jízdních řádů všech dopravců zapojených do IDS, dostupnost přepravních řádů a vyhlášených smluvních přepravních podmínek, dostupnost tarifů, dostupnost informačních materiálů, informace pro orientaci v prostorách výpravních hal, informování cestujících v dopravních prostředcích (vlakový rozhlas, listinné materiály), přesnost informací poskytovaných provozními zaměstnanci (namátkové dotazy kontrolních orgánů), podávání informací v případě mimořádných událostí atd. Časové hledisko - doba na odbavení cestujícího (ve špičce, v sedle), doba potřebná pro získání příslušné informace, doba strávená při přestupech, doba strávená v dopravním prostředku, dodržování jízdních řádů (kvantifikace zpožděných spojů v rámci časových intervalů) atd. Péče o zákazníka - dosažitelnost a ochota provozních zaměstnanců, počet stížností (oprávněných, neoprávněných), rychlost vyřizování reklamací atd. Cestovní pohodlí a kultura cestování - využití obsaditelnosti dopravního prostředku (v rámci stanovených intervalů), místa pro ruční zavazadla, možnost přepravy cestovních zavazadel, technické parametry dopravního prostředku z pohledu cestujícího na jízdní komfort, ergonomické parametry a pohodlí ve vozidle, čistota atd.

25 Bezpečnost - počet dopravních nehod v členění dle závažnosti, počet krádeží (učinit opatření na rizikových spojích či výpravních bodech), bezpečnost přístupu na zastávku či nástupiště atd. Ekologické hledisko - kvantifikace vozidel splňujících příslušné emisní limity, limity hluku, likvidace odpadků z vlaků osobní přepravy a z výpravních bodů atd. Rozvoj IDS v České republice potvrzuje, že tento systém organizace veřejné hromadné dopravy přináší výhody a užitek nejen cestujícím, ale i dopravcům. Z klíčového postavení železniční dopravy v tomto systému tedy vyplývá úloha neustále zvyšovat úroveň kvality stávajících a budovat nové IDS. Literatura: [1] Kleprlík, J.: Integrovaný systém veřejné osobní dopravy v regionu, doktorská práce, Univerzita Pardubice, DFJP, 1999 [2] Integrace dopravních systémů a zajištění dopravní obsluhy v regionech, CS-Projekt, spol.s r.o., 2000 [3] Cenový věstník 01/2001 [4] CEN/TC 320/WG5 N75 Přepravní služby - Veřejná doprava osob - Definice kvality, stanovení cílů a měření [5] Bílá kniha Komise Evropských společenství "Evropská dopravní politika pro rok 2010: čas rozhodnout", Brusel 2001 [6] Molková, T.: Hodnocení kvality dopravních a přepravních procesů, disertační práce, Pardubice 1999 [7] Mojžíš, V. a kol.: Kvalita dopravních a přepravních procesů a služeb, projekt institucionálního výzkumu, výroční zprávy za roky , Pardubice [8] Mojžíš, V. a kol.: Optimalizace dopravní obsluhy územích celků veřejnou osobní dopravou, GAČR 103/00/0443, dílčí zpráva za rok 2001, Pardubice [9] Konzultace s metodikem ČD pro IDS.

26 V Pardubicích, září 2002 Lektorovali: Ing. Rudolf Markvart ČD DOP O 16 Prof. Ing. Vlastislav Mojžíš, CSc. Univerzita Pardubice, DFJP Doc. Ing. Milan Hobza, CSc. ČVUT Praha, Fakulta dopravní

27 Jan Černý, Pavel Drdla Modely přizpůsobení taktového režimu výkyvům poptávky Klíčová slova: doprava, železniční doprava, taktová doprava, jízdní řád, pásmový jízdní řád, interval dopravy, optimalizace, matematické modely. 1. Úvod Taktovým režimem nazýváme takový režim fungování dopravního systému, ve kterém jednotlivé jízdy (spoje) po dané trase se po celý den, anebo po významnou část dne, pravidelně opakují s periodou, jež je obvykle 1 hodina, nebo její dvojnásobek (2 hod.), nebo její zlomek (např. 30, 20, 15, 12, 10 min.). Často se s ním setkáváme u MHD, u osobní železniční dopravy aj. Výhody taktového režimu jsou zejména v tom, že zákazník si snadno zapamatuje časovou polohu spojů, což pro něj znamená i zvýšení kvality služby, dopravce snadněji zorganizuje zajištění provozu (oběhy vozidel, turnusy osádek, přestupní návaznosti apod.). Tyto přednosti způsobují, že se taktový režim rozšiřuje na další a další systémy, nebo jejich části. Např. na síti Nizozemských železnic prakticky na všech tratích se jezdí v taktu (obvykle 60, nebo 30 min.) a i u nás se tento režim používá na některých úsecích. Podobně je tomu na linkách MHD ve větších městech. Taktový režim nemá však jen samé výhody. Za hlavní nevýhodu lze považovat to, že přepravní poptávka není stále a všude stejná. Výkyvy poptávky můžeme pozorovat jak v čase (kolem 7.10 hod. přijíždí ke škole méně žáků, jako kolem 7.45), tak i podél trasy (cestujících na spoji směrem od centra ubývá) a ve zpětném směru (ráno jede více cestujících do města, odpoledne naopak). Prof. RNDr. Jan Černý, DrSc., Dr.h.c. (*1935) získal titul doktor věd v r v oboru Dopravní technika na Vysoké škole dopravy a spojů v Žilině a tamtéž byl jmenován profesorem organizace a řízení komunikačních systémů v roce Od r doposud je zaměstnán na Fakultě managementu VŠE jako profesor. Je odborníkem na obecnou teorii systémů, přenosové systémy, operační výzkum a management dopravních systémů. Ing. Pavel Drdla, Ph.D. (*1972) získal titul doktor v r v oboru Technologie a management v dopravě a telekomunikacích. Od r doposud je zaměstnán na Dopravní fakultě Jana Pernera Univerzity Pardubice jako odborný asistent. Je odborníkem na osobní dopravu a periodické jízdní řády.

28 Pro eliminaci těchto výkyvů lze využít různá opatření, jež si v dalším popíšeme podrobněji. Charakter těchto opatření závisí od mnoha okolností. Jednou z nejdůležitějších je, zda v celém uvažovaném systému se dodržuje jednotný interval I na všech úsecích a směrech polojednotný interval T, společný pro všechny směry a úseky, přičemž na konkrétním úseku u a směru s platí, že T = n us I us, kde I us je interval mezi spoji na úseku u ve směru s a n us je počet spojů za dobu T na tomtéž úseku a směru. Tab. 1. Vztah dvou individuálních intervalů k polojednotnému I I 2 Pro ilustraci si můžeme uvést vztah délky polojednotného intervalu T k intervalům I us, pokud by pro posledně jmenované připadaly v úvahu jen dvě možnosti I 1 a I 2, obě dělící číslo 60 (tab. 1). Dále je důležité vědět, zda v systému působí (kapacitně) homogenní nebo heterogenní park vozidel, přesněji řečeno, základních dopravních jednotek a dále, zda jsou tyto jednotky spojitelné do jedné. 2. Případ nestejně vytížených směrů a homogenního parku 2A) Předpokládejme, že v systému je stanoven jednotný interval I a že na daném úseku u nejprve v jedné části období (např. v ranní špičce) je k obsluze jednoho směru zapotřebí na jeden spoj m + k základních jednotek a ve druhém m základních jednotek, což se později změní na podobnou situaci s vyměněnými směry. Pak máme k dispozici tyto možnosti řešení: 2A1) V obou směrech jezdí soupravy (skupiny) o m + k jednotkách. 2A2) V slabším směru jsou provozovány soupravy o m jednotkách, v silnějším (v ranní špičce do města, nebo centra) o m + k jednotkách a na konečné (pásmové) stanici se odstavují, aby se odstavily, až zase (odpoledne) budou provozovány v opačném směru. 2A3) V slabším směru jsou provozovány soupravy o m jednotkách, v silnějším o m + k jednotkách, přičemž k jednotek se vrací nejlevnější trasou zpět. Dlužno poznamenat, že je-li r počet souprav, potřebných k obsluze těchto spojů, je počet jednotek, potřebných pro řešení 2A1 roven r(m + k). Je-li dále q počet párů spojů o nestejném počtu jednotek a mezi údobími špiček je určité údobí sedla, kdy jezdí méně jednotek, pak pro řešení 2A2 potřebujeme kromě r(m + k) ještě dalších qk jednotek a odstavné místo (parkoviště) pro ně.

29 Může vzniknout otázka, co myslíme slovem souprava. U kolejové dopravy je to jasné, ale co to znamená u autobusové dopravy? Je to skupina za sebou jedoucích vozidel (kmenové + posily). Dále můžeme poznamenat, že lze kombinovat řešení 2A1 s 2A2, případně 2A3 s 2A2 část nadbytečných jednotek se odstaví, část pendluje resp. vrací se krátkou cestou. Předpokládáme-li že park vozidel je daný a jedná se o jeho co nejlepší využití, pak je nejvýhodnější 2A2. Vztah 2A1 a 2A3 záleží na tom, zda krátká cesta je výrazně levnější, než původní trasa. 2B) Připouští-li se v systému i polojednotný interval, pak možno použít kteroukoli z možností 2A1-2A3. Pokud je budeme aplikovat na autobusovou dopravu, objevuje se této souvislosti následující problém: Problém: Posilové spoje nebo kratší interval? Odpověď na tuto otázku připouští obě možnosti: Místo posilových spojů raději zkrátit interval. Tato možnost je vhodná tehdy, když je poptávka stabilní a nehrozí, že by spoje někdy jezdily prázdné. V opačném případě (pokud interval není příliš dlouhý) je lepší zavést posilové spoje, jejichž existence není fixována v jízdním řádu a umožňuje dopravci reagovat na snížení poptávky zkrácením, nebo vynecháním posilového spoje. Kromě možností 2A1-2A3 se pro případ 2B) nabízí ještě následující možnost: 2B1) Zvolit na silnějším i slabším směru intervaly takové délky, aby je bylo možno provozovat soupravami o stejném počtu jednotek, přičemž přebytečné jednotky by se vracely po nejrychlejší trase zpět (spojené do takových souprav, aby to bylo z provozního hlediska co nejvýhodnější. Při stanovení délek intervalů a souprav se uplatňují zejména tato hlediska: ekonomické, když vedení soupravy z několika jednotek je levnější, než samostatná jízda jednotlivých jednotek, využití vozidel, aby se nestalo, že pobyty na konečných budou procentuálně příliš velké, propustnosti komunikace, když tato nemusí být schopna pojmout jakékoli množství samostatných spojů kvality přepravy, když ve většině případů čím kratší interval, tím kvalitnější obsluha. 3. Případ nestejně vytížených směrů a heterogenního parku I v případě heterogenního parku je možné uvažovat o řešeních typu 2A1-2A3 a 2B1, jsou tu však pestřejší možnosti v sestavování souprav z různých (přesněji různě kapacitních) základních jednotek. Nutno přitom počítat s tím, že zejména u kolejové dopravy (kde je pomalejší obměna vozidel) mohou být velké diference v provozních nákladech ne plně odpovídající poměru kapacit. Naopak v autobusové dopravě lze v našich podmínkách zhruba počítat s tím, že uvažujeme-li kloubové autobusy pro cca 120 cestujících (stojících a sedících dohromady), standardní pro cca 80, midi pro cca 40 a mini pro cca 20 cestujících, jsou jejich kilometrické náklady v poměru zhruba 1,1 : 1,0 : 0,7 : 0,5 (tzv. pravidlo odmocniny: náklady jsou v poměru druhých odmocnin kapacit). Pak kromě požadavku dostatečné kapacity souprav přichází požadavek, aby dražší jednotky jezdily méně, než levnější. 4. Případ nestejně vytížených úseků ve stejném směru V této části se budeme zabývat nejčastější nerovnoměrností vytížení spojů na různých úsecích jejich trasy. Budeme uvažovat trasu ze stanice A přes stanici B do stanice C, přičemž úsek AB má poptávku cestujících vyšší, než BC a tedy, pokud má být na celé trase stejný interval mezi spoji, je nutné buď a) ve stanici B ve směru do C zkracovat a ve směru do A prodlužovat soupravy, anebo

30 b) se smířit s tím, že na úseku BC se budou provozovat soupravy zbytečně velké. V dalším textu si podrobněji popíšeme první možnost, využívající pásmové rozlišení provozu. S pásmovým jízdním řádem jako prostředkem pro eliminaci výkyvů přepravní poptávky v jednotlivých úsecích dopravních linií je možno se v praxi setkat často. Tento nástroj organizace dopravy často využívá různou velikost taktových intervalů, zohledňující právě vzpomínané odchylky v přepravních potřebách cestujících na trase a především na jejich jednotlivých úsecích (pásmech). Obtížnější je ale situace, kdy je vyžadováno zachování velikostí stávajících taktových intervalů, které zpravidla jsou stejné po celé dopravní linii. Jedná se o dosti obtížný úkol, který je vhodné řešit ad-hoc ke konkrétnímu případu, protože není možno teoreticky postihnout všechny situace, k nimž může v praktickém provozu dojít. Jako nejvhodnější řešení této úlohy je změna kapacity dopravních prostředků na jednotlivých úsecích. Pokud se vyjde tedy ze situace, kdy je kladen důraz na zachování stejné velikosti taktového intervalu na celé trase, lze toto znázornit na následujícím příkladě. Nejdříve si pro srovnání ukážeme řešení typu b) zachování souprav na celé trase (obr. 1) koncová stanice A pásmová stanice B koncová stanice C Obr. 1: Režim provozu stejných souprav na celé trase Zde se skutečně jedná o společný interval pro všechny nasazované / provozované soupravy, navíc je na obrázku pro názornost naznačen oběh dopravních prostředků ve vztahu ke koncovým stanicím. Naopak na obr. 2 vidíme situaci, při které část soupravy se obrací ve stanici B a jen méně kapacitní zbytek pokračuje do A. koncová stanice A pásmová stanice B koncová stanice C Obr. 2: Pásmový režim na trase AB se znázorněním oběhu částí souprav

31 V případě, že se jedná o taktový jízdní řád zabezpečovaný autobusovými spoji, tak jako příklad může sloužit situace, kdy v pásmu si silnější poptávkou po přepravě jsou v rámci jednoho spoje provozovány například 2 nebo 3 autobusy, ve druhém pásmu potom pouze jeden autobus (jako kmenový dopravní prostředek spoje). Posilové dopravní prostředky by v tomto případě končily svoji jízdu právě v pásmové stanici a vracely by se zpět v rámci následujícího spoje opačného směru. Opět jsou v obrázku znázorněny návaznosti v rámci oběhů dopravních prostředků. V okamžiku, kdy se ale jedná o taktový jízdní řád zabezpečovaný vlakovými spoji, je situace složitější, než je tomu u autobusů. Na zřetel se zde musí vzít odlišnosti a specifické zvláštnosti železničního provozu, jako je například provoz na jednokolejné trati, přivěšování a odvěšování vozového parku, změna směru jízdy apod. Při zohlednění situace z předcházejícího obrázku bude muset v pásmové stanici docházet k přivěšování a odvěšování částí souprav, čímž dojde k úspoře jeho počtu a zároveň i spotřebované energie pro jízdu, na druhé straně ale bude docházet ke zvýšené manipulaci s vlivem na růst nákladů na provozní zaměstnance a obsazování zhlaví. Zjednodušeným matematickým modelem je možno celý problém popsat následujícím způsobem: Nechť K počet spojů daného směru v pásmu za stanovené časové období (obvykle 60 minut) Q 1 průměrné přepravní požadavky na jeden spoj silnějšího pásma, zvětšené o zálohu z nepravidelností, Q 2 průměrné přepravní požadavky na jeden spoj slabšího pásma, zvětšené o zálohu z nepravidelností, n i počet jednotek (vozidel, vozů) v rámci jednoho spoje (i=1 znamená silnější, i=2 slabší pásmo) q kapacita jednotky Pak musí platit, že n i je nejmenší přirozené číslo, splňující nerovnost qn i Q i. Dlužno poznamenat, že díky této podmínce nebude platit rovnost, mezi poměry poptávky a nabídky, pouze přibližný vztah Q2 n2 * p = = p, Q n 1 Z matematického modelu vyplývá, že pokud v pásmové stanici dochází k odvěšení n 1 n 2 jednotek (vozů), bude pásmo s menšími přepravními požadavky dostatečně pokryto kapacitou menší soupravy Případ kolísání poptávky v čase Předpokládejme nyní, že na určité trase AB, ať už rozdělené na pásma, nebo ne, dochází k tak významným výkyvům poptávky cestujících (v některých pásmech, nebo na celé trase, v některém, nebo v obou směrech), přičemž tyto výkyvy jsou tak velké, že je potřebné měnit kapacity souprav po sobě následujících spojů. Předpokládejme rovněž, že úsek je obsluhován homogenním parkem jednotek (pro nehomogenní park je problém mnohem složitější a zatím těžko postižitelný). Pro potřeby řešení této úlohy a vytvoření matematického modelu si zavedeme pojem elementární spoj. Jedná se o jednu jízdu jedné jednotky ze stanice, kde je zařazena do sou

32 pravy, obsluhující nějaký spoj, do stanice, kde je z této soupravy vyřazena. Máme li na trase ABC spoj, na kterém v úseku AB jedou 3 jednotky (resp. měly by jet v souladu s poptávkou) a na úseku BC z nich pokračuje jen jedna, bude to představovat tyto elementární spoje: s 1 z A do C s 2 z A do B s 3 z A do B Označme S množinu všech takto definovaných elementárních spojů. Znovu opakujeme, jde o jízdy jednotek, potřebné z kapacitních důvodů, ne o ty jednotky, které se k soupravě přidají z důvodů technologických, aby se přesunuly tam, kde je jich zapotřebí. Pomocí množiny S vytvoříme orientovaný graf G = (S, H, c), jehož vrcholy jsou elementární spoje, do hranové množiny H zařadíme všechny dvojice h = (r,s), kde r,s S a kromě toho jedna a tatáž konkrétní jednotka může nejprve jet na spoji r a pak na spoji s. Cena c(r, s) vyjadřuje náklady na přesun jednotky z místa, kde opouští spoj r do místa, kde začne provádět spoj s a dále všechny na to potřebné manipulační náklady, zmenšené o fixní náklady c o, které vzniknou, když je do provozu zařazena další jednotka. Tyto fixní náklady mohou zahrnovat odpisy, náklady na periodické prohlídky (nezávislé na počtu najetých kilometrů) a, pokud jednotka má předepsanou osádku (např. autobus řidiče), tak i pevnou složku její mzdy. Pak můžeme formulovat následující úlohu: Optimalizační úloha: Na grafu G najít takovou množinu cest P, že každý elementární spoj je na některé cestě z P, minimalizuje hodnotu účelové funkce crs (, ), kde symbolem (r, s) P myslíme to, ( rs, ) P že spoj s bezprostředně následuje za spojem r na nějaké cestě z P. Každá cesta z množiny P v praxi představuje jeden turnus některé jednotky, tedy posloupnost spojů, jež tato jednotka v daném časovém období (např. dnu) odjede. Dopravní věda dává k dispozici v podstatě tři metodické postupy na řešení této optimalizační úlohy: využití množinově-pokrývacího problému využití lineárního programování využití metod teorie grafů. Podrobněji se o nich můžeme dočíst v článku [1]. Pokud by čtenáře zajímalo zjištění, o co se zkomplikuje tato problematiky v případě heterogenního parku, může sáhnout po článcích [2,3]. 6. Závěr V rámci tohoto příspěvku Modely přizpůsobení taktového režimu výkyvům poptávky jsou popsány a v některých případech i vytvořeny modely a metody, které umožňují při zachování taktového režimu dopravy optimalizaci kapacity spojů, odpovídající výkyvům poptávky.

33 Literatura: 1. Černý, J.: Optimalizační modely a metody pro oběhové rozvrhy v regionální dopravě. Sborník konference s mezinárodní účastí Věda o dopravě, str ISBN Praha, listopad Palúch, S.: Bus Scheduling problem with two types of Buses. Studies of the Faculty of Management Science and Informatics, vol. 8, 1999, pp Palúch, S.: A Graph Theory Approach to Bus Scheduling with Two Types of Buses. Studies of the Faculty of Management Science and Informatics, vol. 9, December 2001, pp V Pardubicích, září 2002 Lektoroval: Ing. Jan Kofroň ČD DOP O16

34 Michal Hušek, Alois Kotrba Rádiové dálkové ovládání posunovacích lokomotiv OPL 99.A Klíčová slova: dálkové ovládání, OPL-99.A, bezdrátové řízení. 1. Úvod Od 1. července 2001 je možné vidět v maloměřické provozní jednotce depa kolejových vozidel Brno dálkově ovládanou lokomotivu ř Lokomotiva je ovládaná pomocí zařízení OPL 99.A, které bylo vyvinuto a vyrábí se ve firmě TRS s.r.o. Pardubice. Lokomotiva, obdobně jako dálkově řízené modely letadel, lodí nebo automobilů, reaguje na každý pohyb ovládacích prvků umístěných na malé oranžové skříňce, kterou má strojvedoucí - operátor u sebe. Strojvedoucí - operátor musí ještě před tím, než začne aktivně používat toto zařízení, složit příslušnou zkoušku před komisí Drážního úřadu. Samozřejmostí je i dálkově ovládané spřáhlo pro zavěšení dalších vozidel bez dotyku ruky na spřáhlové ústrojí. Strojvedoucí - operátor je při jízdě lokomotivy informován o její rychlosti a tlaku oleje v motoru. Pro brzdění lokomotivy má možnost použít brzdu elektrodynamickou (rekuperační), brzdu bubnovou a brzdu kolejnicovou. Spolehlivost celého zařízení je dána již jeho konstrukcí. Dokonce pro případ pádu strojvedoucího - operátora a následné ztráty spojení je ovládací zařízení vybaveno tak aby lokomotivu vždy okamžitě zastavilo. 2. Použití zařízení na lokomotivách Souprava dálkového ovládání OPL 99.A je moderní, mikroprocesorově řízený komunikační systém, vyvinutý k bezdrátovému řízení lokomotiv při posunu. Jde o jednu z verzí dálkových ovládání řady OPL, která jsou již několik let úspěšně osazována a provozována na lokomotivách typů 703, 704, 711, 724, 740 a 799. Bezpečnostní požadavky spojené s tímto druhem ovládání vedly k použití obousměrného, digitálně zabezpečeného přenosu povelů. Komunikace mezi přenosnou/vysílací a lokomotivní/přijímací částí soupravy probíhá ve formě opakovaných krátkých datových telegramů FFSK, rychlostí 1200 bit/s (alternativně 2400 bit/s). K obousměrnému přenosu dat standardním simplexním rádiokanálem je použit časový duplex. Každý povel nebo zpětné hlášení je na straně určení vyhodnocen a zpětně potvrzen. Ing. Michal Hušek, nar Absolvent VŠDS Žilina (1981) obor Elektrická trakce a energetika v dopravě. V současné době provozní náměstek DKV Brno. Ing. Alois Kotrba, nar Absolvent Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice (2000) obor Dopravní prostředky. V současné době přednosta provozní jednotky Maloměřice DKV Brno.

35 3. Popis zařízení Přenosná -řídicí část OPL 99.A V je datový Vysílač-přijímač vybavený ovládacími prvky pro zadání povelů a indikátory zpětných hlášení. Ovládací skříňka z hliníkové slitiny je za provozu připevněna pomocí nosných popruhů před tělem obsluhy. Vysílání povelů a příjem zpětných hlášení zajišťuje vestavěná datová rádiostanice. Robustní konektor, ve kterém je našroubována anténa, je umístěn na přední stěně skříňky řídicího bloku. Tím jsou zajištěny optimální podmínky pro funkci antény rádiostanice, aniž by její umístění ztěžovalo práci obsluhy. Ve dně skříňky ovladače je prostor s kontaktním polem pro připojení napájecího akumulátoru. Na levém boku skříňky je kolébkový vypínač napájení celého vysílacího bloku. Zapnutí napájení je indikováno pomalu blikající LED, vestavěnou do hmatníku vypínače. Směrem na řízenou lokomotivu může být přenášeno až 18 povelů, zpět je obsluha informována o základních provozních stavech lokomotivy.v případě jde o následující povely a zpětná hlášení: Povely přenášené na lokomotivu Zpětná hlášení z lokomotivy Výkon 8 stupňů v Grayově kódu Porucha DIESEL Červená LED (blikající) Přerušovaný akustický signál Brzda EDB 8 stupňů v Grayově kódu Bubnová brzda zapnuto po dobu stisknutí tlačítka Porucha AKU Červená LED (blikající) Přerušovaný akustický signál Kolejová brzda zapnuto po dobu stisknutí tlačítka Směr jízdy volba mezi vpřed / vzad Požár Červená LED (blikající) Trvalý akustický signál STOP po stisknutí tlačítka trvalý stav Houkačka zapnuto po dobu stisknutí Automatická Zelená LED (blikající) tlačítka výluka Písek zapnuto po dobu stisknutí tlačítka Aku/Diesel volba režimu pohonu Překročení maximální rychlosti Start zapnuto po dobu stisknutí dieselu tlačítka Stop zapnuto po dobu stisknutí Běh dieselu dieselu tlačítka Ovládání přední/zadní samostatně spřáhla Žlutá LED (blikající) Přerušovaný akustický signál Žlutá LED bliká, je-li diesel vypnut

36 KOLEJOVÁ BRZDA DIESEL STOP / START NOUZOVÝ STOP PORUCHOVÁ HLÁŠENÍ BUBNOVÁ BRZDA DIESEL SPUŠTĚN POŽÁR PORUCHA DIESEL EDB VÝKON -/+ VÝKON VÝKON VOLBA POHONU STOP DIESEL START VPŘED STOP PORUCHA AKU EDB -/+STOP AKUMULÁTOR VZAD EDB ZAPNUTÍ / VYPNUTÍ BLOKU OPL 99 A A. VÝLUKA RYCHLOST INDIKACE RYCHLOSTI OPL-99 A SMĚR JÍZDY PŘEDNÍ SPŘÁHLO ZADNÍ PÍSEK HOUKAČKA HOUKAČKA OVLÁDÁNÍ SPŘÁHEL INDIKACE AUT. VÝLUKY VOLBA LOKOMOTIVY PÍSKOVÁNÍ Vozidlová (lokomotivní) část OPL 99.A P je datový Přijímač-vysílač, plnící zároveň funkci rozhraní mezi dálkovým ovládáním a standardními řídícími prvky lokomotivy. Do tohoto zařízení vstupují také logické signály zpětných hlášení z řízené lokomotivy. Rozhraní je kombinací reléového a optoelektronického přenosu separátních povelů a informací. Blok je napájen z palubní sítě vozidla prostřednictvím vestavěného měniče, který zároveň zajišťuje galvanické oddělení obvodů dálkového ovládání. OPL 99.A P je řešen jako standardní 19 skříň, umístěná ve společném rámu s ostatní elektronikou lokomotivy. Do skříně lokomotivní části je vestavěna také datová rádiostanice sloužící k příjmu povelů a vysílání signálů zpětných hlášení. S vozidlovou anténou umístěnou na střeše lokomotivy je blok OPL 99.A P propojen koaxiálním kabelem. 1. Provoz zařízení Provozní vlastnosti: Ke spuštění vozidlové části soupravy slouží třípolohový spínač (O START DO ) na panelu řídicího stanoviště lokomotivy. Zapnutím vysílače OPL 99.A V při zvolené poloze START se otestuje vzájemná komunikace přenosné a vozidlové části systému. Je-li test v pořádku, po přepnutí do polohy DO je možné zahájit práci v režimu dálkového řízení. Každý povel je zpravidla aktivní po dobu působení na jemu příslušný ovládací prvek. Řídí-li se konkrétním ovladačem funkce s více provozními stupni, zůstává po jeho uvolnění nastavena poslední dosažená úroveň. Vysílače obou částí jsou automaticky uváděny do provozu pouze na dobu nezbytnou k přenesení digitálně zabezpečeného datového telegramu. Kromě vědomě vyvolávaného povelu STOP je souprava vybavena dalšími prvky bezpečnosti: Obvody dálkového ovládání automaticky sledují intervaly, ve kterých obsluha působí na ovládací prvky. Překročí-li tato doba hodnotu cca 20s, je obsluha akustickým varovným signálem vyzvána ke stisknutí tlačítka funkce BDĚLOST. V opačném případě dojde automaticky k aktivaci funkce STOP, která zablokuje dálkové ovládání a zastaví ovládanou vlakovou soupravu. Obdobně se zachová dálkové ovládání při pádu obsluhy (aktivuje se polohové čidlo v řídicím bloku), nebo při ztrátě rádiového kontaktu mezi řídicí a vozidlovou částí.

37 Stejně významným bezpečnostním prvkem je také skladba telegramu s možností automatické opravy přenášených dat a systém adresace, který zajišťuje, že řízena je pouze lokomotiva ke které DO patří. Použití: Takto koncipovaný systém s přenosem zpětných hlášení by umožňoval obsluze řídit i stroj pracující mimo oblast přímého dohledu. Z bezpečnostních důvodů se však soupravy OPL používají pouze k práci na vzdálenosti odpovídající délce vlakové soupravy s 10 až 12 vozy a samozřejmě vždy v zóně spolehlivého dohledu obsluhy. Datové rádiostanice používané v soupravách OPL jsou k provozu na území České republiky schváleny Rozhodnutím Českého telekomunikačního úřadu. Rádiové DO řady OPL 99.A používá k přenosu datových telegramů vyhrazených kmitočtů ve smyslu Generální licence č. GL 21/R/2000, Českého telekomunikačního úřadu. Konkrétní provozní kmitočet je uveden na typových štítcích základních bloků soupravy. Souprava rádiového dálkového ovládání se po zabudování na drážní hnací vozidlo používá jako součást jeho výstroje. Způsob montáže a použití musí být ve shodě s technickými podmínkami TP č JLS, ve smyslu jejich přílohy č. 1: Zařízení k dálkovému ovládání hnacích drážních vozidel. Souprava OPL-xx.x a jejího dodatku OPL-99.A. Technické podmínky i jejich dodatky jsou schváleny Drážním úřadem. 2. Technické parametry Kmitočtový rozsah MHz / MHz Napájecí napětí / spotřeba: Počet kanálů až 2 OPL 99.A V (ovládání) 6 V= / 320 ma max. VF výkon 100 mw Průměrná doba provozu (jedno 8 hodin nabití aku DO130) Modulace F9 OPL 99.A P (lokomotiva) 24V= / 0,5 A max. Datový přenos FFSK 1200/2400 bit/sec Délka telegramu 6 Byte Rozměry / hmotnost : Skladba telegramu Komunikační protokol MPT 1327 OPL 99.A V (ovládání) 150x200x150mm 1,5 kg Kmitočtový zdvih ± 4 KHz OPL 99.A P (lokomotiva) 482x135x262mm Šíře pásma ± 8 KHz 5kg Impedance antény 50 Ω Anténa na lokomotivě typ VA 46 Provozní teplota - 25 C až + 55 C Krytí OPL 99.A V IP 44 OPL 99.A P IP 20 Parametry rádiového přenosu odpovídají použité datové rádiostanici Přijímač: Vysílač: Citlivost -117 dbm(eia 12dB SINAD) Nežádoucí produkty -70 db Selektivita 70 db FM šum -45 db Intermodulace 65 db Zkreslení < 5% Kmitočtová stabilita ±2,5ppm (-25 C až +55 C) Kmitočtová stabilita ±2,5ppm (-25 C až +55 C) Přeladitelnost 10 MHz Přeladitelnost 10 MHz

38 1. Závěr Zbývá ještě odpovědět na otázku, co toto vylepšení lokomotivy v provozní jednotce Brno Maloměřice vlastně přináší. Především úsporu dvou posunovačů a také lepší způsob manipulace s lokomotivou při jízdě ve správkárenských prostorách provozní jednotky. V Brně, srpen 2001 Lektorovali: Ing. Ivan Freiburg TRS s.r.o. Ing. Miloslav Macháček ČD DOP O12

39 Příloha:

40 Ctirad Novotný, Lukáš Hejzlar Modernizované osobní vozy ČD s upravenými podvozky Görlitz V z hlediska jejich chodových a vodicích vlastností Klíčová slova: jízdní bezpečnost, jízdní vlastnosti, podvozek Görlitz V, vyhláška UIC vydání (říjen 1999), moment odporu podvozku proti natáčení, ekvivalentní konicita, charakteristiky pojezdu, geometrické parametry koleje. 1. Úvod ČD provádí modernizaci stávajících osobních vozů a to jak v zájmu zlepšení kultury cestování, tak i se zřetelem na zajištění nízké úrovně dynamických účinků na trať po celou dobu meziopravárenského cyklu (jak to vyžaduje proces schvalování vozidla do provozu). V důsledku předchozí orientace bývalých ČSD na dovoz osobních vozů z bývalé DDR převažují v parku osobních vozů podvozky Görlitz, a to jejich provedení V a Va. Proto jsou modernizace pojezdu osobních vozů určených pro provoz na tratích koridoru soustředěny na úpravy podvozků Görlitz zmíněných provedení. 2. Popis řešení modernizace podvozků 2.1 Podvozek Görlitz V Potřeba upravených podvozků u vozů osobní přepravy pro provoz na tratích koridoru je prvořadá u modernizovaných vozů, protože je nutno dosahovat nejen zlepšení prostorů pro cestující, ale dosáhnout i zlepšení chodových vlastností modernizovaných osobních vozů na úklonu kolejnic 1:40 na tratích koridorů. Doposud bylo bohužel upřednostňováno pouze jednostranné řešení, tj. pomocí modernizace interiéru bez současné úpravy podvozků Görlitz V-64V (viz obr. 1a,b), a Görlitz V-74V-RD (viz obr. 2). U podvozků Görlitz V se jeví prvořadým úkol zaručení dobrého vedení dvojkolí v celém meziopravárenském cyklu. V případě užití těchto podvozků u vybraných vozových řad (jídelní, lůžkové, vozy pro mezinárodní dopravu s V max = 160 km/h) je dále nutné řešení úpravy zavěšení kolébky (tj. příčného vypružení skříně) pro zlepšení chodu v přímé koleji a pro snížení hlučnosti uvnitř vozové skříně užití kotoučové brzdy. Ing. Ctirad Novotný, nar. 1937, absolvent VŠD r. 1960, Oblast kolejových vozidel VÚŽ. Ing. Lukáš Hejzlar, nar. 1978, absolvent DFJP Univerzity Pardubice r. 2001, Oblast kolejových vozidel VÚŽ.

41 Stávající podvozek Görlitz V-64V Zavěšení kolébky a příčné vypružení je provedeno výkyvnými dvojitými závěsy skládajícími se ze závěsek a hraníků. Obr. 1a: Podvozek Görlitz V-64 Vedení dvojkolí je suvné, založené na osové pohyblivosti pouzdra z tvrzené tkaniny upevněného na vodicím čepu rámu podvozku proti ocelovému pouzdru, pevně vsazenému do konzoly ložiskové skříně. 1 vodicí čep 2 pouzdro z tvrzené tkaniny 3 ocelové pouzdro Obr. 1b: Vedení dvojkolí v rámu podvozku Görlitz V-64V

42 Stávající podvozek Görlitz V-74V-RD Podvozky GöV-74V-RD mají pro tlumení kývání rámu podvozku užity v prvním stupni vypružení třecí tlumiče vodicí čep 2 pouzdro z tvrzené tkaniny 3 ocelové pouzdro 2.2 Podvozek Görlitz Va Obr. 2: Vedení dvojkolí v rámu podvozku Görlitz V-74V-RD Německý dodavatel osobních vozů s podvozky Görlitz V si byl vědom jejich nedostatků v oblasti vedení dvojkolí, příčného vypružení a umístění tlumičů v sekundárním vypružení. Proto u pozdějších dodávek osobních vozů (období po roce 1980) přistoupil k jejich vybavení podvozky Görlitz Va (viz obr. 3a,b; 4). U tohoto podvozku, který vychází z podvozku Görlitz V, jsou provedeny následující úpravy zajišťující zlepšení chodu jím vybavených vozů. Jedná se o: zlepšení vedení dvojkolí užitím šikmo uložených pružin primárního vypružení v podélném směru (viz obr. 3a) užití jednodílného závěsu kolébky pro zlepšení chodu v příčném směru v přímé koleji (viz obr. 4) umístění tlumičů sekundárního vypružení mezi horním dílem kolébky a rámem podvozku. Podvozek Görlitz V má totiž: pružiny primárního vypružení orientovány ve svislém směru užit dvojdílný závěs kolébky (spodní část závěsu tvoří hraníky) viz obr. 4. Obr. 3a: Orientace os pružin primárního vypružení vůči středu podvozku Görlitz Va

43 1 pryžová podložka 2 plastové pouzdro 3 matice 11 vodicí kroužek 12 sestava vodicího čepu Obr. 3b: Vedení dvojkolí v rámu podvozku Görlitz Va Obr. 4: Porovnání realizace příčného vypružení podvozku Görlitz Va (nahoře) a Görlitz V (dole)

44 Rozsah úprav podvozků Görlitz V je dán: rozsahem modernizace vozů, pod kterými jsou zavázány cenovými náklady modernizace. Vzhledem k tomu, že tuzemskými dodavateli modernizovaných vozů pro ČD jsou firmy MOVO, a. s. Plzeň a ŽOS České Velenice, má každá firma s ohledem na rozsah modernizace jimi dodávaných vozů jiný rozsah úprav podvozků Görlitz V. 2.3 Podvozek Görlitz V/CV ŽOS České Velenice realizovaly dle návrhu DFJP Univerzity Pardubice podvozek Görlitz V/CV (viz obr. 5a,b,c), který vznikl modernizací podvozku Görlitz V-64V (viz obr. 1a,b). Obr. 5a: Podvozek Görlitz V/CV vodicí čep 2 pouzdro 3 pryžový prstenec 4 kluzné ložisko 3 4 Obr. 5b: Vedení dvojkolí v rámu podvozku Görlitz V/CV

45 Obr. 5c: Podvozek Görlitz V/CV se snímačem rámové síly Původní provedení vedení dvojkolí je u podvozků Görlitz V-64V realizováno vodicími čepy, na nichž jsou nasunuta pouzdra z tvrzené tkaniny (viz obr. 1b). Na nich jsou s vůlí nasunuty ložiskové skříně s ocelovými kluznými pouzdry. Pouzdra z tvrzené tkaniny se však v provozu rychle opotřebovávají a vůle se nadměrně zvětšují. Výrazně se tak zhoršuje kvalita vedení dvojkolí. Zvyšuje se náchylnost k neklidnému chodu dvojkolí. U podvozků GöV/CV je následující provedení vedení dvojkolí (viz obr. 5b). Vodicí čep je vyroben nový, jeho kluzná část je chromována a hladce broušena. Tímto je sníženo opotřebení a zároveň je znemožněna koroze. V upravené ložiskové skříni je uloženo pouzdro s pryžovým prstencem. Jedná se o upravené komponenty, které se používají u podvozků typu 801 (viz obr. 9a,b). V pryžovém prstenci jsou vyvrtány otvory, aby se při kmitání mohl přefukovat vzduch mezi horním a dolním vlnovcem. Do tohoto prstence je zalisováno pouzdro s kluzným ložiskem s vrstvou teflonu. Je tak vytvořena kvalitní kluzná vazba teflon - hladký chrom. Výrazně je snížen součinitel tření a tedy i opotřebení. Aby se vrstva teflonu nevydřela nečistotami, jsou kluzné části zakryty pryžovými vlnovci. Pro snížení úrovně kývání rámu podvozku jsou použity v prvním stupni vypružení svislé hydraulické tlumiče typu P110X vyrobené Strojírnou Oslavany. Tyto jsou uchyceny v nových konzolách přivařených na rámu podvozku a v konzolách na víkách ložiskových skříní. Uchycení tlumičů umožňuje mírné úhlové natočení tlumiče a je elektricky izolováno. Tlumiče mají tlumící konstantu při stlačování i při roztahování shodnou o velikosti 16 knsm -1. Vozy ř. Bee a 022 vybavené takto upravenými podvozky GöV/CV jsou provozovány ve sledovaném provozu v DKV Brno. Protože na podvozku nejsou provedeny žádné další úpravy, vyjma alternativního dosazení třecích tlumičů v primárním vypružení, je zajištěna nízká cena úpravy.

46 2.4 Podvozek Görlitz V/DS Dle návrhu a realizace MÁV Dunakeszi Vagóngyártó és Javító Kft vybavilo MOVO Plzeň modernizované vozy ř. Apee, Bpee, Aee a Bee podvozky GöV/DS (viz obr. 6a,b,c), které vznikly modernizací podvozků Görlitz V-64V. Podvozek Görlitz V/DS Obr. 6a: Podvozek Görlitz V/DS Vedení dvojkolí Vodicí čep je zasunut do děleného pouzdra z polyamidu obepnutého pryžovým kroužkem, který je vložen do vodicího pouzdra, jež je součástí ložiskové skříně. Obr. 6b: Vedení dvojkolí v rámu podvozku Görlitz V/DS

47 Obr. 6c: Závěs kolébky a sekundární vypružení podvozku GöV/DS Podvozek Görlitz V/DS se vyznačuje: novým brzdovým zařízením s kotoučovou brzdou a moderní protismykovou ochranou typu Knorr G/5 uzemněním náprav Frost Stermann Technik AB 408 B změnou vedení dvojkolí je užit vodicí čep, dělené vodicí pouzdro z polyamidu obepnuté pryžovým pouzdrem a dalším pouzdrem, které je součástí ložiskové skříně užitím jednodílných závěsů kolébky uložených v kuželových pryžových pružinách užitím pružné narážky v sekundárním vypružení užitím podélného omezení vedení kolébky narážkami s pryžovou vložkou omezením příčného pohybu kolébky pryžovou pružinou s progresivní charakteristikou užitím dvojkolí nového typu dle vyhlášky UIC 515 s průměrem čepu 130 mm. Dalšími dostupnými úpravami podvozků GöV jsou řešení užívaná na DB a ZSSK. 2.5 Podvozek Görlitz Va/Del Dle návrhu DB Versuchszentrum 1, Delitzsch a realizace dřívější DWA Vetschau (případně dílen DB Halberstadt) jsou užity upravené podvozky Görlitz Va/Del (viz obr. 7a,b) hromadně u vložených a řídicích vozů RE vlaků. Je provedena: úprava vedení ložiskových skříní v podélném a příčném směru vodorovnými vodítky v provedení obdobném jako u podvozků GöVI úprava podélného vedení kolébky pomocí v pryži uložených vnějších táhel v provedení obdobném jako u podvozků GP 200 v primárním vypružení jsou užity třecí tlumiče (v případě úpravy podvozku GöVa jsou osy pružin primárního vypružení opět svislé).

48 Obr. 7a: Podvozek Görlitz Va/Del osobního vozu DB pro RE vlaky Obr. 7b: Vedení dvojkolí v rámu podvozku Görlitz VI, které je užito u podvozku Görlitz V/Del 2.6 Podvozek Görlitz V/DSV Dle návrhu a realizace ŽOS Vrútky užívá ZSSK u vybraných modernizovaných osobních vozů upravené podvozky Görlitz V/DSV (viz obr. 8). Modernizace těchto podvozků spočívá v: úpravě podélného a příčného vedení ložiskových skříní vůči vodicímu čepu užitím vodicího děleného pouzdra z polyamidu obepnutého pryžovým pouzdrem a dalším pouzdrem, které je součástí ložiskové skříně užití podélného vedení kolébky pomocí táhel uložených v pryži v provedení obdobném jako u podvozku vz. 801 (viz obr. 9a,c) užití třecích tlumičů v primárním vypružení, protože se svými rozměry výše uvedená polyamidová pouzdra na tlumení pohybů v tomto vypružení nepodílejí užití kotoučové brzdy.

49 Obr. 8: Podvozek Görlitz V/DSV Podvozek vz. 801 Obr. 9a: Podvozek vz vodicí trn 2 pryžový prstenec 3 pouzdro 4 pružina 5 matice M30 6 miska 7 matice M30 8 silonové pouzdro Obr. 9b: Vedení dvojkolí v rámu podvozku vz. 801

50 Obr. 9c: Podvozek vz. 801 pod měřicím vozem ČD 2.7 Potřeba, cenová náročnost a rozsah modernizací podvozků Görlitz V Z vozů ČD v různém rozsahu modernizovaných je: 36,5 % vozů s podvozky GöV/DS 6,6 % vozů s podvozky GöVa 16,4 % vozů s podvozky GöV-74V-RD (s třecími tlumiči) 13,9 % vozů s podvozky GöV-64V (bez třecích tlumičů) 0,7 % vozů s podvozky GöV/CV (s kapalinovými tlumiči) 25,9 % vozů s podvozky GP 200 S (DWA Vetschau) Z hlediska cenové náročnosti je pořadí provedených úprav následující: nejdražší typ upraveného podvozku GöV/DS GöVa/Del GöV/DSV realizátor MÁV Dunakeszi Vagóngyartó MOVO Plzeň předpoklad: dřív. DWA Vetschau + ŽOS České Velenice ŽOS Vrútky nejlevnější GöV/CV ŽOS České Velenice

51 Z hlediska vypovídací schopnosti, tj. ovlivnění chodově technických vlastností, je pořadí upravených podvozků přímo úměrné vynaloženým finančním prostředkům (vyjma zkreslení z hlediska cenových relací u německého a slovenského dodavatele). nejvyšší rozsah provedených úprav nejnižší rozsah provedených úprav typ upraveného podvozku GöV/DS V max = 160 km/h GöV/DSV V max = 140 (160) km/h GöVa/Del V max = 140 km/h GöV/CV V max = 140 km/h rozsah provedených úprav vedení dvojkolí, závěsy kolébky, příčné a podélné vedení kolébky, pružné narážky v sekundárním vypružení, tlumiče mezi horním dílem kolébky a rámem podvozku, dvojkolí s průměrem čepu 130 mm, kotoučová brzda vedení dvojkolí obdobné jako u GöV/DS, podélné vedení kolébky (dle podvozku vz. 801), třecí tlumič v primárním vypružení, kotoučová brzda vedení dvojkolí vodorovnými pasy dle GöVI, podélné vedení kolébky dle GP 200 vedení dvojkolí (vychází z podvozku vz. 801), kapalinový tlumič v primárním vypružení 3. Experimentální ověřování modernizací podvozků Pro ověření chodových a vodicích vlastností modernizovaných osobních vozů ČD s upravenými podvozky Görlitz V bylo provedeno na vozech Bee a 022 s podvozky GöV/CV Bpee 001 a 018 s podvozky GöV/DS s odstupňovaným km proběhem - ověření rozhodujících charakteristik pojezdu rozdělení kolových sil průměr kol, rozchod dvojkolí, rozkolí funkční rozměry vodicích čepů a kluzných ložisek (GöV/CV) vodicích čepů a dělených pouzder (GöV/DS) závislost síla-rychlost hydraulických tlumičů moment odporu proti natáčení hodnoty ekvivalentní konicity v měřených úsecích - zhodnocení statických parametrů příčného vypružení - posouzení jízdní bezpečnosti a jízdních vlastností ve vztahu ke kritériím vyhlášky UIC Ověření rozhodujících charakteristik pojezdu Vůz Bee (km proběh , ) a Bee (km proběh , a )

52 Naměřené a povolené hodnoty jsou uvedeny v následujících tabulkách. vůz Bee proběh km Bee proběh km vůz Bee proběh km Bee proběh km posuzovaná veličina rozdělení hmotností na kola dvojkolí hmotností na dvojkolí podvozku v % průměrné hmotnosti na dvojkolí rozdíl průměrů na dvojkolí na dvojkolí podvozku mezi podvozky rozdělení hmotností na kola dvojkolí hmotností na dvojkolí podvozku v % průměrné hmotnosti na dvojkolí dovolené rozmezí (rozdíl) 46,0-54,0 % zjištěné rozmezí (rozdíl) 47,4 52,6 % 98,0-102,0 % 99,4 100,6 % (dle vyhlášky 173/95) 1360 ± 1 mm (nové dvojkolí) rozkolí 1360 ± 3 1 mm (po opravě, V99/1) 1359,0 1360,3 mm 1360 ± 3 mm (v provozu, V68) rozchod dvojkolí mm 1423,2 1426,4 mm průměr kol mm 919,8 922,3 mm 0,5 mm 0,2 0,6 mm 5 mm (V68) až 1,0 mm 10 mm až 2,5 mm rozdíl průměrů na dvojkolí na dvojkolí podvozku mezi podvozky 46,0-54,0 % 47,5 52,5 % 98,0-102,0 % 99,5 100,5 % (dle vyhlášky 173/95) 1360 ± 1 mm (nové dvojkolí) rozkolí 1360 ± 3 1 mm (po opravě, V99/1) 1359,3 1360,1 mm 1360 ± 3 mm (v provozu, V68) rozchod dvojkolí mm 1419,6 1422,0 mm průměr kol mm 917,6 920,0 mm 0,5 mm až 1,3 mm 5 mm (V68) až 1,4 mm 10 mm až 2,1 mm dovolené rozmezí zjištěné rozmezí posuzovaná veličina rozdělení hmotností na kola dvojkolí hmotností na dvojkolí podvozku v % průměrné hmotnosti na dvojkolí rozdíl průměrů na dvojkolí na dvojkolí podvozku mezi podvozky rozdělení hmotností na kola dvojkolí hmotností na dvojkolí podvozku v % průměrné hmotnosti na dvojkolí (rozdíl) 46,0-54,0 % (rozdíl) 47,5-52,5 % 98,0-102,0 % 99,5-100,5 % (dle vyhlášky 173/95) 1360 ± 1 mm (nové dvojkolí) rozkolí 1360 ± 3 1 mm (po opravě, V99/1) 1359,1 1359,9 mm 1360 ± 3 mm (v provozu, V68) rozchod dvojkolí mm 1422,0 1422,8 mm průměr kol mm 915,4 917,8 mm 0,5 mm až 1,66 mm 5 mm (V68) až 2,37 mm 10 mm až 3,44 mm rozdíl průměrů na dvojkolí na dvojkolí podvozku mezi podvozky 46,0-54,0 % 46,7-53,3 % 98,0-102,0 % 99,1-100,9 % (dle vyhlášky 173/95) 1360 ± 1 mm (nové dvojkolí) rozkolí 1360 ± 3 1 mm (po opravě, V99/1) 1359,1 1361,3 mm 1360 ± 3 mm (v provozu, V68) rozchod dvojkolí mm 1421,7 1424,4 mm průměr kol mm 921,8 923,3 mm 0,5 mm až 0,2 mm 5 mm (V68) až 0,4 mm 10 mm až 4,5 mm

53 vůz Bee proběh km posuzovaná veličina rozdělení hmotností na kola dvojkolí hmotností na dvojkolí podvozku v % průměrné hmotnosti na dvojkolí rozdíl průměrů na dvojkolí na dvojkolí podvozku mezi podvozky dovolené rozmezí (rozdíl) 46,0-54,0 % zjištěné rozmezí (rozdíl) 46,8 53,2 % 98,0-102,0 % 98,9-101,1 % (dle vyhlášky 173/95) 1360 ± 1 mm (nové dvojkolí) rozkolí 1360 ± 3 1 mm (po opravě, V99/1) 1360,3 1362,1 mm 1360 ± 3 mm (v provozu, V68) rozchod dvojkolí mm 1422,6 1424,2 mm průměr kol mm 905,0 907,1 mm 0,5 mm až 0,6 mm 5 mm (V68) až 1,4 mm 10 mm až 3,0 mm Výše uvedená zjištěná rozmezí (rozdíly) posuzovaných hodnot splňují předepsaná dovolená rozmezí (či dovolené rozdíly). Vedení dvojkolí - rozměry Z porovnání průměrů vodicích čepů a průměrů kluzných ložisek neplynou vůle v příčném a podélném směru, které byly pro dřívější provedení vedení ložiskových skříní podvozků Görlitz V v provozu charakteristické. Zjištěné rozdíly průměrů dosahovaly vůz km proběh rozdíl průměrů [mm] až 0,27 až 0,28 Bee ,35 0, ,36 podélně 0,39 Bee ,31 0, ,32 0,36 příčně Moment odporu podvozku proti natáčení u obou vozů vykazoval vyšší hodnoty oproti hodnotám dosaženým při nižším km proběhu, jak vidno z následující tabulky. max. moment odporu řada vozu km proběh stav vozu [knm] ,73 prázdný Bee ,73 prázdný ,23 prázdný Bee ,30 prázdný ,56 obsazeno osobami V případě ocenění dosažených velikostí momentu odporu proti natočení podvozku vůči skříni dle velikosti dosažené hodnoty X faktoru, pro který platí kritérium X 0,1 (pren bod )

54 M X = + M... moment odporu [knm] 2a 2Q 0 2a +... rozvor podvozku [m] = 2,5 m 2Q 0... průměrná nápravová síla [kn] možno uvést, že kritérium X 0,1 bylo splněno. Kritérium ekvivalentní konicity (v přímé i v obloucích R m) 0,5 pro V max 140 km/h bylo splněno vyjma: hodnot na zúženém rozchodu tratě VŽZO 1429, 1430, 1432 mm v různém rozsahu u obou vozů hodnoty na normálním rozchodu tratě u vozu Bee : - VŽZO u 4. dvojkolí (km proběh ) - Velim Pečky, 2. kolej u 4. dvojkolí (km proběh ) - Pečky Poříčany, 2. kolej u 4. dvojkolí (km proběh ) Byla zjištěna asymetričnost v nastavení příčných (6 10 mm) a podélných (4 11 mm) vůlí kolébky. Charakteristiky užitých hydraulických tlumičů se nacházely mimo předepsaný rozsah v těchto příkladech: u vozu Bee (km proběh ) 4 v prvotním vypružení (min. hodnoty) 5 v druhotném vypružení (max. hodnoty) 4 v tahu, 1 v tlaku při 0,3 m/s 1 v příčném vypružení (max. hodnota) u vozu Bee (km proběh ) 1 v prvotním vypružení (min. hodnota) 4 v druhotném vypružení (max. hodnoty) 6 v příčném vypružení (max. hodnoty) 4 v tahu i tlaku při 0,12 m/s, 2 v tahu při 0,3 m/s u vozu Bee (km proběh ) 3 v prvotním vypružení (min. hodnoty) 5 v druhotném vypružení (max. hodnoty) 4 v tahu, 1 v tlaku při 0,3 m/s 3 v příčném vypružení (max. hodnoty). Nutno zdůraznit, že u vozů Bee 272 nebyl zjištěn žádný nefunkční tlumič. Přístupné tlumiče jsou v případě viditelného úkapu oleje většího rozsahu v DKV vyměňovány Vozy Bpee 006 (km proběh 1 300), Bpee 001 (km proběh ), Bpee 018 (km proběh ) Naměřené a povolené hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce. vůz Bpee 006 proběh km posuzovaná veličina rozdělení hmotností na kola dvojkolí hmotností na dvojkolí podvozku v % průměrné hmotnosti na dvojkolí dovolené rozmezí (rozdíl) 46,0-54,0 % zjištěné rozmezí (rozdíl) 48,1-51,9 % 98,0-102,0 % 99,8-100,2 % (dle vyhlášky 173/95) 1360 ± 1 mm (nové dvojkolí) rozkolí 1360 ± 3 1 mm (po opravě, V99/1) 1360,5 1361,2 mm 1360 ± 3 mm (v provozu, V68) rozchod dvojkolí mm 1425,2 1425,8 mm průměr kol mm 923,0 924,5 mm

55 vůz Bpee 001 proběh km Bpee 018 proběh km posuzovaná veličina rozdíl průměrů na dvojkolí na dvojkolí podvozku mezi podvozky rozdělení hmotností na kola dvojkolí hmotností na dvojkolí podvozku v % průměrné hmotnosti na dvojkolí rozdíl průměrů na dvojkolí na dvojkolí podvozku mezi podvozky rozdělení hmotností na kola dvojkolí hmotností na dvojkolí podvozku v % průměrné hmotnosti na dvojkolí dovolené rozmezí (rozdíl) 0,5 mm 5 mm (V68) 10 mm 46,0-54,0 % zjištěné rozmezí (rozdíl) až 0,5 mm až 1,0 mm až 1,5 mm 48,3-51,7 % 98,0-102,0 % 99,9-100,1 % (dle vyhlášky 173/95) 1360 ± 1 mm (nové dvojkolí) rozkolí 1360 ± 3 1 mm (po opravě, V99/1) 1360,1 1361,1 mm 1360 ± 3 mm (v provozu, V68) rozchod dvojkolí mm 1421,4 1422,6 mm průměr kol mm 900,6 903,8 mm 0,5 mm až 2,7 mm 5 mm (V68) až 4,3 mm 10 mm až 4,5 mm rozdíl průměrů na dvojkolí na dvojkolí podvozku mezi podvozky 46,0-54,0 % 46,0 54,0 % 98,0-102,0 % 99,9-100,1 % (dle vyhlášky 173/95) 1360 ± 1 mm (nové dvojkolí) rozkolí 1360 ± 3 1 mm (po opravě, V99/1) 1360,5 1361,0 mm 1360 ± 3 mm (v provozu, V68) rozchod dvojkolí mm 1420,1 1422,5 mm průměr kol mm 896,1 902,3 mm 0,5 mm až 1,3 mm 5 mm (V68) až 6,2 mm 10 mm až 5,5 mm Bylo zjištěno překročení dovolené hodnoty rozdílu průměru kol na dvojkolí hodnotou 2,7 mm u vozu Bpee 001; 1,3 mm u vozu Bpee 018 dvojkolí téhož podvozku hodnotou 6,2 mm u vozu Bpee 018. Hodnoty vnějších průměrů dělených pouzder obou vozů Bpee 001 a 018 určené pomocí kalibrovacího vzorku radiálního čepu se nacházely pod mezní hodnotou 68,8 mm. Naměřené hodnoty průměrů vodicích čepů splnily podmínku mezní hodnoty 55,6 mm. Moment odporu podvozku proti natáčení vůči skříni u vozů Bpee 001 a 018 vykazoval tyto hodnoty. řada vozu km proběh max. moment odporu [knm] stav vozu Bpee ,26 prázdný 2,95 obsazeno osobami Bpee ,94 prázdný 1,21 obsazeno osobami Kritérium X 0,1 pro hodnocení velikosti momentu odporu proti natáčení podvozku vůči skříni bylo splněno.

56 Kritérium ekvivalentní konicity (v přímé i v obloucích R m) 0,4 pro V max 160 km/h bylo splněno vyjma: hodnot na zúženém rozchodu tratě VŽZO 1429, 1430, 1432 mm v různém rozsahu u všech dvojkolí hodnot v přímé na trati Velim - Pečky a VŽZO s rozchodem 1435 mm, které vyhovují do rychlosti 140 km/h. Z hlediska charakteristik užitých hydraulických tlumičů možno říci, že předepsané silové charakteristiky v závislosti na rychlosti pohybu byly splněny. U vozu Bpee 018 byla zjištěna vysoká hodnota rozdílu diagonálního součtu hmotností na kola (ovlivněná mimo jiné absencí doplňkového omezení na tento rozdíl diagonálního součtu ve vyhlášce 173/95 Sb.). 3.2 Zhodnocení statických parametrů příčného vypružení Tabulka 1: Tuhosti příčného vypružení vozů řada vozu typ podvozku tuhosti příčného vypružení vozu [N/mm] prázdného obsazeného Bpee Görlitz V/DS B Görlitz Va Ds Görlitz V *) *) až **) až **) *) vůz před revizí Poznámka: Vzhledem k tehdy stávající nemožnosti **) vůz po revizi přístavby vozů Bee 272 byly užity vozy Ds Tabulka 2: Vůle v podélných a příčných narážkách kolébky a v narážkách skříně vozu podvozek Görlitz V Görlitz Va Görlitz V/DS vybrané hodnoty pro vůle v podélném a příčném směru příčná vůle kolébky v podélném směru v příčném směru ± 25 mm (20 mm volný chod) ± 5 mm + 5 mm v pryžové narážce + pryží odpružené narážky s progresivní charakteristikou ± 5 mm + pryží odpružené narážky ± 5 mm + pryžová vložka ± 25 mm (20 mm volný chod) + 5 mm v pryžové narážce s progresivní charakteristikou ± 25 mm volný chod + pryžová pružina s progresivní charakteristikou příčná vůle v narážkách skříně vozu s podvozky - - ± 40 mm Provoz vozů s větším nevyrovnaným zrychlením v obloucích vyžaduje zvýšenou přesnost symetrie uložení vozové skříně na podvozcích, tj. stejnou jmenovitou velikost příčných vůlí v zarážkách na obou stranách vozů. Tuto symetričnost lze narušit m.j. změnou délky

57 jednotlivých závěsů kolébek při seřizování výšky nárazníků nebo ve snaze dosáhnout potřebnou velikost zatížení kol. V případě dvojitých závěsů kolébek podvozku GöV (GöV/CV) se projevuje vliv opotřebení činných ploch dvojitých závěsů na polohu bodu prokluzu; čím déle trvá odvalování v sedlech závěsek a hraníků, tím je menší činná délka celého závěsu. Vozy Bpee jsou vybaveny podvozky GöV/DS, u nichž příčné vypružení tvoří jednoduché závěsy kolébky a příčná poddajnost pružin druhotného vypružení. Vyznačují se nižší tuhostí příčného vypružení (k prázdný = 400 N/mm, k obsazený = 552 N/mm), která umožňuje větší výchylky vozové skříně. K vyčerpání volné příčné vůle v narážkách kolébek mm (vlivem nesymetričnosti v uložení skříně) dochází při nevyrovnaném zrychlení 0,2 0,3m/s 2. Uplatňuje se větší stlačení pryžových narážek, které zde není pevnou narážkou omezené. Vozy Bpee jsou vybaveny narážkou (mezi vozovou skříní a rámy podvozků) s proměnnými příčnými vůlemi. Tyto narážky umožňují v přímé trati příčnou vůli 40 mm, která dovoluje provoz vozu Bpee při nevyrovnaném zrychlení a n 0,85m/s 2 v obloucích. S ohledem na zjištěné nesymetričnosti v nastavení vůlí v příčných narážkách a výsledky měření statických parametrů příčného vypružení, jsou posuzované vozy s podvozky GöV/DS, GöV a GöV/CV vhodné pro jízdu v obloucích s realizovaným nedostatkem převýšení I [mm] (nevyrovnaným zrychlením a n [ms -2 ] ) v rozsahu následující tabulky. vůz podvozek Bee 272 GöV GöV/CV přípustný realizovaný nedostatek převýšení I [mm] odpovídající nevyrovnané zrychlení a n [ms -2 ] Bpee GöV/DS 130 0,85 charakteristika příčného vypružení je dána druh příčných narážek 115 0,75 dvojitými závěsy pouze v kolébce jednoduchými závěsy uloženými v kuželovitých pryžových pružinách a příčnou poddajností pružin druhotného vypružení v kolébce a ve vozové skříni (narážky s proměnnými vůlemi) 3.3 Měřené veličiny Byly měřeny následující veličiny: označení síly H na 1. a 4. dvojkolí...h 1, H 4 zrychlení v úrovni podlahy vozové skříně nad předním podvozkem svisle, příčně...z 1 *, y 1 * nad zadním podvozkem svisle, příčně...z 2 *, y 2 * Kontaktní geometrie dvojkolí/kolejnice (bod vyhlášky UIC 518) Jsou stanoveny podmínky pro hodnoty ekvivalentní konicity dvojkolí vozidel, která mají být podrobena zkouškám chodových vlastností. Pro vozy s maximální rychlostí jízdy 140 km/h (resp. 160 km/h) nemá ekvivalentní konicita překročit hodnotu 0,5 (resp. 0,4). V přímé a v obloucích s R 2500 m při zjištění vyšší hodnoty ekvivalentní konicity, než je stanovená nejvyšší hodnota, lze v případě místní nestability chodu vozidla vyloučit odpovídající kolejový úsek z posuzování.

58 3.3.2 Bezpečnost jízdy (bod vyhlášky UIC 518) Vyhodnocovaná veličina Kritérium Limitní hodnoty rámové síly na 1. a 4. dvojkolí H 2m (H 2m ) lim β = 0,9 pro osobní vozy P o = stat. nápravová síla (H 2m) lim = β (10 + P o /3) [kn] pro F 1 =0,15%, F 2 =99,85% svislé zrychlení skříně v úrovni podlahy nad středem předního a zadního podvozku z * (z * ) lim (0,4 4 Hz) (z * ) lim = 3 ms -2 pro F 1 =0,15%, F 2 =99,85% Jízdní vlastnosti (bod vyhlášky UIC 518) Vyhodnocovaná veličina Kritérium Limitní hodnoty příčné zrychlení skříně v úrovni podlahy nad středem otáčení předního a zadního podvozku svislé zrychlení skříně v úrovni podlahy nad středem otáčení předního a zadního podvozku směrodatná odchylka příčného zrychlení skříně v úrovni podlahy nad středem otáčení předního a zadního podvozku směrodatná odchylka svislého zrychlení skříně v úrovni podlahy nad středem otáčení předního a zadního podvozku kvazistatická hodnota příčného zrychlení skříně v úrovni podlahy nad středem otáčení předního a zadního podvozku y * (y * ) lim (0,4 10 Hz) z * (z * ) lim (0,4 10 Hz) sy * (sy * ) lim (0,4 10 Hz) sz * (sz * ) lim (0,4 10 Hz) y * kvaz (y * kvaz) lim (DP 20 Hz) (y * ) lim = 2,5 ms -2 pro F 1 =0,15%, F 2 =99,85% (z * ) lim = 2,5 ms -2 pro F 1 =0,15%, F 2 =99,85% (sy * ) lim = 0,5 ms -2 (sz * ) lim = 0,75 ms -2 (y * kvaz) lim = 1,5 ms -2 pro F 0 = 50 %

59 F 2 = 99,85 % F 0 = 50 % F 1 = 0,15 % Obr. 10: Distribuční funkce a odečtené statistické hodnoty 3.4 Výsledky jízdních zkoušek Zkoušené vozy Bee s km proběhem (ve stavu prázdný), (ve stavu obsazeno osobami), Bee s km proběhem (ve stavu prázdný), (ve stavu prázdný), (ve stavu prázdný, obsazeno osobami) Zkoušené vozy vyhověly kritériím jízdní bezpečnosti zjednodušené metodiky vyhlášky UIC 518 dle bodu , a to až do rychlosti 140 km/h a nejvyšší realizované hodnoty nevyrovnaného zrychlení a n = 1,16 1,17 m/s 2 (nedostatek převýšení I = 177,5 179,0 mm). Rovněž kritéria jízdních vlastností (vyhláška UIC 518 bod ) byla splněna s výhradou dále uvedené podmínky pro splnění kritéria hodnoty statistického parametru F 0 = 50 % (DP 20 Hz) pro příčné zrychlení skříně při průjezdu oblouky. Rychlost jízdy nesmí v tomto případě překročit rozmezí rychlosti, při kterém jsou realizovány nejvyšší zkušební hodnoty nedostatku převýšení I = 157,5-172,5 mm ve smyslu bodu 6.1 vyhlášky UIC 518. Určitý vzestup měřených hodnot v závislosti na km proběhu je viditelný u rámových sil. Pro vozy s podvozky GöV jsou typické vyšší úrovně směrodatné odchylky příčného zrychlení skříně Zkoušené vozy Bpee 001 s km proběhem (ve stavu prázdný, obsazeno osobami), Bpee 018 s km proběhem (ve stavu prázdný, obsazeno osobami) Zkoušené vozy vyhověly kritériím jízdní bezpečnosti zjednodušené metodiky vyhlášky UIC 518 dle bodu (Bpee 001 a 018), a to až do rychlosti 160 km/h a nejvyšší realizované hodnoty nevyrovnaného zrychlení a n = 1,16 ms 2 (nedostatku převýšení I = 177,1 mm). Kritéria jízdních vlastností jsou splněna s výjimkou zanedbatelného překročení u hodnot statistického parametru F 0 = 50 % (DP 20 Hz) pro příčné zrychlení skříně při průjezdu oblouky. V tomto případě rychlost jízdy nesmí překročit rozmezí rychlosti, při kterém jsou realizovány nejvyšší zkušební hodnoty nedostatku převýšení I = 157,5 172,5 mm ve smyslu bodu 6.1 vyhlášky UIC 518.

60 Obr. 11: Přehled nejvyšších dosažených hodnot měřených veličin u vozů Bee a 022

61 Obr. 12: Přehled nejvyšších dosažených hodnot měřených veličin u vozů Bpee 001 a 018

62 4. Vyhodnocení GPK zkušebních úseků Vyhodnocení GPK zkušebních úseků bylo provedeno nejen v souladu s požadavky vyhlášky UIC 518 (příloha D), ale i dle ČSN pro potřebu O13 GŘ ČD. Měření GPK provedla firma KŽV, s.r.o. Praha měřicím zařízením KRAB. 4.1 Vyhodnocení stavu geometrie dle ČSN Vyhodnocení stavu geometrie dle ČSN bylo provedeno pomocí programu KRAB 6.12 Win. Výsledky byly uvedeny v tabulkách lokálních závad a tabulkách úsekového hodnocení. Jako příklad uvádíme příslušnou tabulku pro úsek v oblouku o R = 300 m v r Tabulka 3: Lokální závady a úsekové hodnocení oblouku R = 300 m Lokální závady Hladina příčný směr svislý směr směr rozchod změna rozchodu převýšení celkové zborcení výška levý pravý ZK1 1,8 m ZK2 6,0 m ZK3 12,0 m levá pravá cykličnost styků 1 ±8 ± ±3 ± ±8 ±8 ±50 2 ±10 ± ±4 ± ±10 ±10 ± / / / / /1 Úsekové hodnocení příčný směr svislý směr celková známka kvality úsek [km] směr - osa rozchod převýšení výška - osa σ ZKv σ ZKv σ ZKv σ ZKv 6,000-6, ,200-6, Dále bylo provedeno měření celkové známky kvality měřených úseků ve vztahu k její mezní hodnotě. Jako příklad uvádíme výsledky vyhodnocení v r Tabulka 4: Hodnoty celkové známky kvality zkušebních úseků Trať Kolej MŽZO VŽZO Kolín - Velim Velim - Pečky Pečky - Poříčany oblouk R 300 m, km 6,0-6,4 oblouk R 450 m, km 4,3-5,0 oblouk R 800 m, km 1,9-2,4 oblouk R 1400 m, km 4,0-6,0 přímá km 6,9-8,4 přímá km 0,1-1,4 Celková známka kvality 0,89-1,53 0,57-1,99 0,85-1,79 2,13-2,60 1,93-2,50 2,06-2,28 přímá km 352,8-353,8 1,48-3,05 přímá km 358,6-359,6 přímá km 359,7-360,7 přímá km 365,6-366,6 přímá km 366,7-367,7 2,16-3,04 1,97-3,35 2,43-3,02 2,31-3,39 Mezní hodnota celkové známky kvality RP km/h 2,4 RP km/h 2,4

63 4.2 Vyhodnocení stavu geometrie dle UIC 518 Vyhodnocení stavu geometrie dle UIC 518 bylo provedeno pomocí programu KRAB 52 DOS, kde z každého úseku byl vytvořen textový soubor, který obsahuje tabulku minimálních, středních, maximálních hodnot a směrodatných odchylek geometrických veličin. Veličiny GPK byly počítány v pásmu 3 25 m s filtrací Butterwordovým filtrem, jak požaduje vyhláška UIC 518. Z hlediska kriterií vyhlášky UIC 518, příloha D jsou rozlišovány následující úrovně kvality QN. Tabulka 5: V případě směrodatných odchylek jsou uvedeny úrovně kvality QN1 a QN2 Směrodatná odchylka pro podélnou výšku < V 80 km/h 80 < V 120 km/h 120 < V 160 km/h 160 < V 200 km/h 200 < V 300 km/h QN1 [mm] 2,3 1,8 1,4 1,2 1,0 QN2 [mm] 2,6 2,1 1,7 1,5 1,3 Směrodatná odchylka pro směr < V 80 km/h 80 < V 120 km/h 120 < V 160 km/h 160 < V 200 km/h 200 < V 300 km/h QN1 [mm] 1,5 1,2 1,0 0,8 0,7 QN2 [mm] 1,8 1,5 1,3 1,1 1,0 Tabulka 6: V případě nejvyšších hodnot jednotlivých chyb jsou uvedeny úrovně kvality QN1, QN2 a QN3 (která je definována jako QN3 = 1,3 QN2) Nejvyšší hodnota jednotlivých chyb pro podélnou výšku < V 80 km/h 80 < V 120 km/h 120 < V 160 km/h 160 < V 200 km/h 200 < V 300 km/h QN1 [mm] 12,0 8,0 6,0 5,0 4,0 QN2 [mm] 16,0 12,0 10,0 9,0 8,0 Nejvyšší hodnota jednotlivých chyb pro směr < V 80 km/h 80 < V 120 km/h 120 < V 160 km/h 160 < V 200 km/h 200 < V 300 km/h QN1 [mm] 12,0 8,0 6,0 5,0 4,0 QN2 [mm] 14,0 10,0 8,0 7,0 6,0

64 Jako příklad uvádíme hodnocení pro úsek s obloukem R = 300 m v r Zkušební úsek: MZO, oblouk R = 300 m, rozchod 1435mm, úklon kolejnic 1:20 poloha [km] délka úseku 6,000-6, m 6,070-6, m 6,140-6, m 6,210-6, m 6,280-6, m 6,350-6, m kategorie úseku oblouk oblouk oblouk oblouk oblouk oblouk geometrická veličina kolejnic. pás max. h. [mm] stř. h. [mm] min. h. [mm] SDO [mm] podélná výška pravý levý směr pravý levý poloměr zborcení 7, převýšení rozchod 6, podélná výška pravý levý směr pravý levý poloměr zborcení 7, převýšení rozchod 6, podélná výška pravý levý směr pravý levý poloměr zborcení 7, převýšení rozchod 6, podélná výška pravý levý směr pravý levý poloměr zborcení 7, převýšení rozchod 6, podélná výška pravý levý směr pravý levý poloměr zborcení 7, převýšení rozchod 6, podélná výška pravý levý směr pravý levý poloměr zborcení 7, převýšení rozchod 6,

65 5. Předpoklady úspěšného provozu modernizovaných vozů ČD s upravenými podvozky GöV Pro požadované zařazení vozů z hlediska maximálních provozních hodnot rychlostí a realizovaných hodnot nedostatků převýšení je nutným předpokladem předpisový udržovací stav podvozků. Jedná se o: dvojkolí: nepřekročení dovolených hodnot pro rozchod dvojkolí, rozkolí, rozdíly průměrů kol téhož dvojkolí, rozdíly průměrů kol dvojkolí téhož podvozku, rozdíly průměrů kol mezi podvozky, jízdní obrys: hodnoty S h, S d, q R, stav jízdní plochy, vyváženost dvojkolí, mezních hodnot ekvivalentní konicity (předpisy V25 příloha 9, V99/1, V68, vyhláška 173/95 Sb., vyhláška UIC 518 bod 6.2.3) vedení dvojkolí: u podvozků GöV/DS... nejvýše při dosažení proběhu km provést výměnu dělených pouzder a pryžových kroužků, překontrolovat průměr vodicích čepů a ocelových pouzder. Při dosazování vyměněných dílů nutno dodržet nejen předepsané hodnoty pro nové díly, ale i předepsanou materiálovou kvalitu. Průběžně přebírat zkušenosti od maďarského realizátora rekonstrukce, a to nejen z hlediska změny rozměrových hodnot nových dílů, ale i z hlediska materiálu, jízdní obrys reprofilovat u podvozků GöV/CV.. není potřeba dalších opatření, protože po proběhu km vůle v soustavě vodicí čep/kluzné ložisko nepřesáhly 0,36 mm podélně a 0,39 mm příčně příčné vypružení: - stejné délky závěsek, jejichž délka může být pozměněna při nastavení výšky nárazníků či seřízení kolových sil kol podvozku - funkční kuželové pryžové pružiny závěsů kolébky (podvozky GöV/DS) - nastavení symetrických vůlí v příčných narážkách (v extrémním případě dochází totiž k rozdílnému chování vozidla při průjezdu obloukem různou orientací při realizaci vyšších hodnot nedostatku převýšení) - funkční pryžové narážky kolébky předepsané charakteristiky (u podvozků GöV/DS s předepsanou progresivní charakteristikou výměna po km) - funkční tlumiče příčných pohybů kolébky vůči rámu podvozku, jejichž charakteristiky splňují podmínky předpisu V98/64 - tuhost příčného vypružení u podvozků GöV (a tedy i GöV/CV) je ovlivněna opotřebením činných ploch dvojitých závěsů ve vztahu k poloze bodu prokluzu; čím déle trvá odvalování v sedlech závěsek a hraníků, tím je menší činná délka celého závěsu svislé vypružení: - funkční tlumiče svislých pohybů v primárním a sekundárním vypružení, jejichž charakteristiky splňují podmínky předpisu V98/64 u vozů pro V max = 160 km/h s podvozky GöV/DS nutno snížit dovolený rozdíl hmotností na kola téhož dvojkolí z 8 % na 6 % za účelem snížení možného rozdílu diagonálního součtu kolových hmotností téhož podvozku z 16% na 12% (vyjádřeno v % průměrné hmotnosti na dvojkolí u téhož podvozku). Kontrolovat rozdíl v součtu hmotností na kola levé a pravé strany vozidla vyjádřený v % celkové hmotnosti vozidla pro určení extrémů v dané vozidlové řadě (dochází totiž k rozdílnému chování vozidla

66 při průjezdu oblouky různou orientací při realizaci vyšších hodnot nedostatku převýšení). 5.1 Konkrétní příklad zjištěného velkého diagonálního rozdílu součtu kolových sil u vozu Bpee 018 Rozdíl diagonálního součtu kolových sil (vyjádřený v % průměrné hmotnosti na dvojkolí u téhož podvozku) je dán vztahem: 12 (32) 22 (42) 11 (31) 21 (41) q diag. ( Q + Q ) ( Q + Q ) [%] = Q11 + Q12 + Q 21 + Q (1) 2 Rozdíl hmotnosti na kola téhož dvojkolí (vyjádřený v % hmotnosti na téže dvojkolí) je dán vztahem: Äq dvojkolí Q11 Q12 = 100 [%] (2) Q + Q Vůz Bpee 018 podvozek a podvozek b Q 11 Q 12 Q 21 Q 22 Q 31 Q 32 Q 41 Q Pro vůz Bpee 018 pak platí: Podle vzorce (1) Podle vzorce (2) q diagonální a = 4,237 % q 1.dvojkolí = 4,752 % q 2.dvojkolí = 0,517 % q diagonální b = 16,079 % q 3.dvojkolí = 8,075 % q 4.dvojkolí = 8,004 % Limitní hodnoty q i dvojkolí 8 % nebyly sice překročeny, ale diagonální rozložení hmotnosti vedlo pak k hodnotě q diagonální 16,08 %.

67 Označení podvozků osobních vozů ČD dle výrobců a provedených úprav GöV/CV podvozek Görlitz V s rekonstruovaným vedením ložiskových skříní dle řešení ŽOS České Velenice CV... České Velenice GöV/DS... podvozek Görlitz V rekonstruovaný v Dunakeszi a vybavený kotoučovou brzdou D... Dunakeszi S... kotoučová brzda GöV/DSV... podvozek Görlitz V rekonstruovaný v ŽOS Vrútky a vybavený kotoučovou brzdou V... Vrútky GöVa/Del... podvozek Görlitz Va rekonstruovaný v dřívějších DWA Vetschau (případně v dílnách DB Halberstadt) Del... Delitzsch GöV-64V... podvozek Görlitz V s ložiskovou skříní vzor 64V (6 šroubů) GöV-74V... podvozek Görlitz V s ložiskovou skříní vzor 74V (4 šrouby) GöV-74-RD... podvozek Görlitz V s ložiskovou skříní vzor 74V (4 šrouby) a třecími tlumiči v primárním vypružení GP 200 S... podvozek vyrobený vagónkou ve Studénce s V max = 120 km/h nebo v DWA Vetschau s V max = 160 km/h GP... Görlitz Praha Literatura: [1] Vyhláška UIC 518 (Jízdně - technické zkoušky a připuštění železničních vozidel - jízdní bezpečnost, namáhání jízdní dráhy a jízdní vlastnosti) 2. vydání 10/99. [2] RIC Úmluva o vzájemném užívání osobních a zavazadlových vozů v mezinárodní dopravě (ČD D13), vydání 1/1999. [3] ČSN Konstrukční a geometrické uspořádání koleje železničních drah a její prostorová poloha, část. 2: Stavba a přejímka, provoz a údržba. [4] Komentář k ČSN [5] Novotný, C.: Porovnání chodových vlastností vybraných vozů ČD ř. A (GöV) a ř. Bmee (GP 200 S) na úklonu kolejnic 1:20 a 1:40 v oblasti rychlostí do km/h. VÚŽ Praha, [6] Novotný, C.: Systémové pojetí zabezpečení žel. dopravy při zvýšení rychlostí na km/h. Seminář Železniční vozidla 10/92 Loučeň. [7] Pohl, Novotný, Kluvánek: Příčné síly hnacích vozidel a bezpečnost proti vykolejení. Seminář Železniční vozidla a kolej 11/91 Stará Lesná. [8] Mohyla: Statické parametry příčného vypružení vozů s podvozky typu Görlitz. Zpráva VÚKV 96-C068, 97-C062. [9] Novotný, C.: Bezpečnost proti vykolejení vozu ř. Bhee. VÚŽ Praha 1996.

68 [10] Weber: Chodové vlastnosti jídelního vozu ř. WRRmz. VÚŽ Praha [11] Izer, J., Zelenka, J.: Charakteristiky kontaktní geometrie. Scientific Papers of the University of Pardubice, Series B, 2/1996. [12] Hanneforth, W.: Laufwerke. Transpress Bucher [13] Führer, G.: Gleiskonstruktionen. Transpress Berlin [14] Podkladové materiály pracovní skupiny WG10 Vzájemné působení vozidlo/trať technická komise CEN/TC 256 Železniční aplikace. [15] Zelenka, J. Izer, J.: Výpočet kontaktní geometrie osobních vozů řady Bee na trati VŽZO a trati ČD v úseku Choceň Uhersko, SP05/98, SP05/99. [16] Zelenka, J. Izer, J.: Výpočet kontaktní geometrie osobních vozů řady Bee a Bpee na trati VŽZO a trati ČD v úseku Kolín Poříčany, SP10/00. [17] Izer, J.: Vozidlo a kolej. Vědeckotechnický sborník ČD 7/99. [18] Lintner: Rekonstrukce vedení dvojkolí na podvozku GöV, GöVa. Vědeckotechnický sborník ČD 8/99. [19] Sladký, Decker: Modernizace osobních železničních vozů v MOVO Plzeň. Vědeckotechnický sborník ČD 8/99. [20] Změna písmenného značení osobních vozů v důsledku platnosti nové úmluvy RIC od čj. 77/ O12/1 - Ba z [21] ČD Sei 2/315/2 4. změna předpisu Kartotéka železničních osobních vozů. [22] Kos, Mohyla: Omezení příčných pohybů skříně kolejového vozidla. Technické zprávy čs. Vagonek Tatra, 1963, č. 4. [23] Maruna: Podvozky s proměnnými příčnými vůlemi a zúžení vozu. Technické zprávy VÚKV, 1968, č [24] Mohyla: Omezení příčných pohybů vozové skříně narážkami. Zpravodaj Kolejová vozidla 3/99. V Praze, září 2002 Lektoroval: Prof. Ing. Jiří Izer, CSc. Dopravní fakulta Jana Pernera Univerzity Pardubice

69 Petr Kolář Počítač náprav Frauscher AMC Klíčová slova: železniční zabezpečovací technika, počítač náprav. 1. Úvod V posledních letech v naší republice došlo k značnému rozšíření počítačů náprav v železniční zabezpečovací technice. Největšího počtu nasazení u ČD dosáhly výrobky firmy Frauscher, konkrétně typ AZF, na který je vydán zaváděcí list ZL 16/99-SZ. Jedná se řádově o stovky počítacích úseků (415 úseků s 678 počítacími body 02/2002 ) na naších železničních tratích. Počítače náprav pracují v zabezpečovací technice především jako náhrada kolejových obvodů ve staničním, traťovém a přejezdovém zabezpečovacím zařízení, na vlečkách nebo v metru, pod stejnosměrnou i střídavou trakcí a samozřejmě také pod nezávislou trakcí. Firma Frauscher vyvinula a vyrábí několik variant počítačů náprav. Počítač náprav Frauscher AMC v aplikaci s kolovými senzory RSR 122 verze 2.1. zkouší v ověřovacím provozu dodavatelská firma Signalbau a. s. v železniční stanici Přerov. Tato varianta je určena pro provoz s vyloučenou osobní dopravou a pro rychlost železničních vozidel nepřesahující 40 km/h, tedy pro vlečková kolejiště, seřaďovací nádraží nebo manipulační koleje. 2. Kolové čidlo RSR 122 Obr.1: Čidlo RSR 122 Kolové čidlo je bodový snímací prvek umístěný v kolejišti a slouží k vyhodnocení průjezdu kola po kolejnici. Je schopné zaregistrovat přítomnost kola i ve velmi krátkém čase, řádově milisekundy. Konstrukce čidla v kombinaci s dalším vyhodnocovacím zařízením umožňuje nejen detekovat přítomnost kola, ale dokáže určit jeho směr pohybu, počet průjezdů jednotlivých náprav v jednom i druhém směru. Rovněž může upozornit na vzdálení čidla od kolejnice, např. při mechanickém poškození nebo uražení čidla apod. Konstrukce čidla je odolná proti vlivům elektromagnetických brzd pracujících na principu vířivých proudů v kolejnicích. Ing. Petr Kolář, nar Absolvent Fakulty strojní a elektrotechnické VŠD v Žilině. Pracoviště: ČD - Technická ústředna dopravní cesty, Bělehradská 22, Praha 2. 1

70 2.1 Elektrický princip činnosti Kolový senzor se skládá ze dvou samostatných elektrických systémů umístěných podél kolejnice a vzdálených od sebe 120 mm. Čidlo rozezná směr pohybu kola podle toho, který systém je ovlivněn dříve. Každý systém je tvořen rezonančním obvodem naladěným na určitou frekvenci ( f 1 f 2 ) a najetím kola nad systém dojde k jeho rozladění. Konkrétně u čidla RSR 122 verze 2.1. jsou použity frekvence f 1 = 1110 khz ± 15 khz a f 2 = 1015 khz ± 15 khz. Vlastní senzorový systém můžeme považovat za proudový zdroj. Na obr. 2 je jeho náhradní schéma zapojení. Obr. 2: Náhradní schéma zapojení Obvod je nastaven tak, že v základním stavu, kdy je čidlo připojeno ke kolejnici a nad systémem se nenachází žádné kolo, teče obvodem ustálený proud (klidová úroveň proudu). Proud musí být nastaven v rozmezí 3,8 až 5 ma. Průběh senzorového proudu v závislosti na projetí kola znázorňuje obr. 3. Při průjezdu kola nad systémem se proud sníží a po vzdálení kola opět naroste na původní hodnotu. Snížená hodnota proudu se nazývá úroveň zatlumení a je vyhodnocena jako průjezd kola nad čidlem. Protože druhý samostatný systém v čidle je vzdálen 120 mm ve směru jízdy, dochází k jeho ovlivnění s časovým posunem t z. Časový posun závisí na rychlosti pohybu kola při dané vzdálenosti systémů v čidle následujícím vztahem (1): 432 t z = [ms] (1) v kde: t z časový posun mezi ovlivněním prvního a druhého systému [ms] v rychlost pohybu kola [km/h] 2

71 RSR 122 Sys1 RSR 122 Sys2 NU VU ZU UP NU VU ZU NU.. nadproudová úroveň VU.. vypínací úroveň ZU.. zapínací úroveň UP.. úroveň přerušení UP Sys1 t z Sys2 t [ms] Obr. 3: Průběh proudu v závislosti na projetí kola Současně s kolem zasahuje do elektromagnetického pole snímače i samotná kolejnice, která má také vliv na velikost proudu. Při vzdálení čidla od kolejnice dojde ke zvýšení proudu na tzv. nadproudovou úroveň a ta je dále vyhodnocena jako porucha. Na velikost proudu mají společný vliv následující faktory: - přítomnost kola nad čidlem - samotná kolejnice společně s upevňovacími přípravky - vnitřní nastavení systému 2.2 Mechanická konstrukce čidla Čidlo je umístěno v krytu o rozměrech 60 x 60 x 230 mm. Elektronická část je zalita do plastového pouzdra, které je vyztuženo skleněnými vlákny. Konstrukce je provedena tak, aby jeho uchycení ke kolejnici bylo jednoduché s možností nastavení optimální polohy. Čidlo se připevňuje na vnitřní část kolejnice do polohy udané výrobcem v technické dokumentaci. Dodržení přesného umístění je důležitým předpokladem pro správnou činnost celého zařízení. Možnosti uchycení na kolejnici znázorňuje obr. 4. 3

72 Montáž na stojinu kolejnice Montáž pomocí upevň. soupravy Senzor RSR 122 Kryt pro nastavovací prvky Upevňovací šrouby Upevňovací souprava Obr. 4: Uchycení čidla na kolejnici První způsob montáže představuje přímé uchycení na stojinu kolejnice pomocí dvou šroubů do předem vyvrtaných otvorů v kolejnici. Je to levnější způsob, ale s několika nevýhodami. Je zde složitější montáž, která vyžaduje přesné umístění vrtaných děr do kolejnice, nesmí se překročit dotahovací momenty na šroubech při uchycení čidla z důvodu možného poškození. Druhý způsob je proveden za pomocí upevňovací soupravy, která se při montáži v kolejišti pouze nasune na patu kolejnice a dotáhne jedinou maticí. Uchycení čidla k upevňovací soupravě je již provedeno od výrobce. Tento způsob umožňuje snadnější montáž čidla a nepotřebuje vyvrtané otvory v kolejnici. Je sice finančně náročnější, ale montáž a nastavení je kvalitnější a rychlejší a pro následné udržovací práce v kolejišti je výhodnější. 2.3 Připojení čidla Kolové čidlo je připojeno kabelem uloženým v ochranné hadici o délce 5m se čtyřmi barevně označenými vodiči. Spojení mezi čidlem a kabelem je pevně zalito. Připojení na zemní kabel se provádí přes svorkovnici v kabelovém stojánku, viz obr. 5. Maximální délka kabelu je limitována úbytkem napětí při maximálním proudu v obvodě. Výsledné napětí na čidle nesmí klesnout pod 5V (měřeno na svorkovnici kabelového stojánku). Obr. 5: Kabelový stojánek 4

73 3. Vyhodnocovací zařízení AMC Vyhodnocovací zařízení AMC slouží k napájení a vyhodnocení signálů kolových čidel. Zapojení je provedeno na desce s plošnými spoji ( 100x160 mm ), které jsou zasunuty do skříně viz obr. 6 a 7. Obr. 6: Vyhodnocovací deska AMC Obr. 7: Počítač náprav AMC Signál z čidla umístěného v kolejišti je přiváděn na desku AMC a zde je upraven vstupním zesilovačem a po jeho digitalizaci je dvoukanálově zpracován. Pokles proudu pod nastavenou zapínací úroveň (viz obr. 3) je zde vyhodnocen jako obsazení senzoru. Z obsazení systému 1 a 2 v čidle je určen směr jízdy kola. Počítač náprav AMC kolo v jednom směru přičítá a v druhém odčítá, záleží na volbě zapojení systémů v čidle. Jednotlivé desky AMC mezi sebou spolupracují pomocí datového přenosu v sériovém zapojení. Telegram, který obíhá jednotlivé desky, se skládá z 9 Byte a je opakovaně vysílán každých 17 ms. Princip činnosti spočívá v tom, že přičtené nápravy při vjetí do useku se zase při vyjetí odpočítávají. Sledovaný úsek je volný tehdy, když se celkový součet náprav v úseku rovná nule. Počítač náprav poskytuje prostřednictvím optočlenové vazby dva výstupní kanály základní a inverzní. Na obr. 8 je minimální konfigurace počítače náprav pro jeden úsek. Obsahuje dvě vyhodnocovací desky AMC a jednu napájecí desku VBG. Při maximální konfiguraci počítače náprav může být zapojeno současně pojížděných až 15 počítacích bodů v jednom počítacím úseku. Například, je možné vytvořit jeden počítací úsek, obsahující kolejiště celého jednoho zhlaví. Jeden počítací bod se může využít i pro dva sousední úseky. 5

74 Počítací úsek RSR122 RSR122 AMC 1 AMC 2 Volno / Obsazeno VBG 232 Volno / Obsazeno diagnostika Obr. 8: Konfigurace počítače náprav pro jeden úsek 4. Měření na počítači náprav V železniční stanici Přerov na výhybce 316 probíhá ověřovací provoz počítače náprav AMC s třemi počítacími body. Na obr. 9 je praktické provedení vnitřní části počítače náprav i s výstupními relé a komparačním obvodem. Obr. 9: Ověřovaný počítač náprav s výstupními relé a komparačním obvodem 6

75 Komparační obvod porovnává stav klasického kolejového obvodu s výstupy počítače náprav AMC a současně i hlídá jejich vzájemnou inverzi. V případě jakéhokoliv nesouladu komparační relé hlásí poruchový stav a obvod lze uvést do základního stavu pouze obsluhou startovacího tlačítka. Na obr. 10 a 11 jsou konkrétní naměřené průběhy senzorových signálů z ověřovaného zařízení. Obr. 10 ukazuje pomalý průjezd jednoho vozu přes jedno čidlo. Křivka A odpovídá systému 1 a křivka B systému 2. Na obr. 11 je zachycen průjezd celého vlaku. Obr. 10: Naměřené průběhy 1 vůz Obr. 11: Naměřené průběhy průjezd vlaku 5. Závěr Pro ověřování funkčnosti a spolehlivosti počítače náprav byla vybrána vyhybka na seřaďovacím nádraží. Jedná se o extrémně zatížené místo provozem, projíždí zde asi vozů denně v obou směrech. Po celou dobu ověřovacího provozu ( 8 měsíců ) nenastala situace, že by došlo k nesouladu stavů na komparačním obvodě. Počítač náprav spolehlivě vyhodnocuje jízdy železničních vozidel ve všech směrech, zastavení v počítacím úseku případně nad čidlem nebo zpětné vycouvání z úseku. Z dosavadního průběhu ověřovacího provozu a z provedených zkoušek a měření vyplývá, že počítač náprav AMC je vhodným zařízením pro zjišťování průjezdu železničních vozidel, pro vyhodnocování volnosti a obsazení úseků případně pro měření rychlosti vozů. Obecně lze říci o počítačích náprav, že mají značné přednosti proti klasickým kolejovým obvodům, ale také některé nevýhody. Výhody : - spolehlivě pracují i v kolejišti se špatným izolačním stavem ( kovové pražce, apod.) - k jejich činnosti se nemusí zřizovat izolované styky - na správnou činnost nemá žádný vliv koroze kolejnic - snadná a rychlá montáž - činnost neovlivňují zpětné trakční proudy 7

76 - nižší celkové pořizovací náklady - mají výrazně nižší spotřebu elektrické energie v porovnání s klasickými kolejovými obvody Nevýhody: - nehlídají nasazení zvláštních vozidel na kolej v úseku mezi počítacími body - nekontrolují celistvost kolejnic - neumožňují liniový přenos vlakového zabezpečovače - případná falešná ovlivnění zpravidla vyžadují zásah údržby - ne všechna kolová čidla jsou odolná účinkům elektromagnetických brzd pracujících na principu vířivých proudů v kolejnici Počítače náprav se stávají dalším důležitým technickým prvkem v železniční zabezpečovací technice, která přispívá k bezpečnosti a plynulosti vlakové dopravy na naší železnici. Literatura: [1] Uhlíř, J., Frýbort, F.: Počítače náprav typu AZF. Nová železniční technika (3), s , [2] Signalbau a.s. Technická dokumentace počítače náprav AMC, 2001 [3] Axle counting system AMC - G (RSR121/RSR122), In: V Olomouci, září 2002 Lektoroval: Ing. Petr Varadinov ČD TÚDC Olomouc 8

77 Václav Chudáček, Ivan Konečný, Karel Stoll Problémy elektrické kompatibility kolejových obvodů Klíčová slova: kolejový obvod, ohrožující vliv, rušení, kompatibilita, hnací vozidla, trakce, ukolejnění. 1. Úvod Kolejnice železničního svršku jsou sdíleny řadou elektrických systémů - trakčním napájecím systémem, systémy elektrického vytápění osobních vozů vlakových souprav, systémy centrálního napájení vozů elektrickou energií, systémy kolejových obvodů atd. Jejich vzájemné ovlivňování plyne především z galvanického propojení zmíněných systémů. Nesouměřitelnost přenášených výkonů znevýhodňuje kolejové obvody. Obecně lze podle důsledku dělit vlivy na nebezpečné (při nichž vznikají napětí a proudy nebezpečné pro údržbu, popř. připojená zařízení), rušivé (jejichž účinkem vznikají napětí a proudy, které zhoršují jakost přenášených signálů) a ohrožující (které svými druhotnými účinky mohou způsobit stav ohrožení osob a zařízení). V případě kolejových obvodů jsou nejzávažnější ohrožující vlivy, které se, na rozdíl od vlivů rušivých, nemusí projevit znemožněním funkce navazujících systémů (určitou funkci např. přenos signálu - naopak mohou podporovat) ale přitom znemožní bezpečné vyhodnocení šuntovaného stavu. Tyto vlivy jsou v provozu těžko identifikovatelné a proto je nutné jim předcházet. S kolejnicemi, jako se zpětným vodičem trakčního systému, se z důvodu ochrany před nebezpečným dotykovým napětím nebo pro omezení negativních vlivů bludných proudů, spojují (tzv. ukolejňují) další zařízení či konstrukce. Veškerá tato připojení mohou být zdrojem dalších cizích elektrických galvanických vlivů. Pokud však tato připojení mají nízký odpor k zemi, mohou na kolejový obvod působit i pasivně - změnou impedančních poměrů v kolejovém obvodu či v celém systému kolejových obvodů. Právě tyto faktory ale rozhodujícím způsobem určují míru, s níž se cizí elektrické vlivy mohou v kolejovém obvodu uplatnit. Opět obecně lze tedy rozlišovat mechanizmus vlivů aktivních a vlivů pasivních. Kromě toho všechna vedení kolejového obvodu (vlastní kolejové vedení, vedení k napájecímu a přijímacímu konci kolejového obvodu, případné vedení mezi zdrojem referenčního napětí a fázově citlivým přijímačem) jsou vystavena indukčním vlivům elektromagnetických polí. Zde stojí za pozornost zejména veškerá s tratí více či méně souběžná elektroenergetická vedení, ale také elektromagnetická pole vznikající v blízkosti trakčních spotřebičů (zejména hnacích vozidel) a, při extrémní blízkosti a velkém výkonu, Ing. Václav Chudáček, CSc., nar. 1943, absolvent VŠD 1965, obor bloky a spoje, pracovník oblasti sdělovací a zabezpečovací techniky VÚŽ. Doc. Ing. Ivan Konečný, CSc., nar. 1942, absolvent VŠD 1965, obor bloky a spoje, vedoucí oblasti sdělovací a zabezpečovací techniky VÚŽ. Ing. Karel Stoll, CSc., nar. 1933, absolvent ČVUT 1957, fakulta elektrotechnická, pracovník oblasti sdělovací a zabezpečovací techniky VÚŽ. 1

78 např. i rádiové vysílače. Aktivní vlivy lze tedy (opět obecně) dělit na vlivy galvanické, indukční a kapacitní. U vlastního kolejového vedení kolejových obvodů se kapacitní vlivy obvykle neuvažují vzhledem k malé vzdálenosti vedení od země, u ostatních vedení se neuvažují vzhledem k dnes výhradnímu používání kabelů. 2. Působení vlivů Mechanizmus, kterým cizí vlivy na kolejové obvody působí, se výrazně liší podle konfigurace a stavu kolejového obvodu a typu zdroje rušení. 2.1 Galvanický vliv trakčního proudu Jednopásové obvody Na obr.1 se trakční proud I r, protékající kolejovým obvodem, rozdělí na část I t (protékající trakční kolejnicí) a část I s (protékající signální kolejnicí a také výstrojí napájecího konce N a přijímacího konce P kolejového obvodu). Velikost proudu I s bude (se zanedbáním odporu šuntu) I s Z t = I t, ΣZ kde: I s... I t... Z t... ΣZ... je proud signální kolejnicí a tím i přijímacím koncem kolejového obvodu [A], je proud trakční kolejnicí [A], je podélná impedance zpětného trakčního vedení (trakční kolejnice) v délce kolejového obvodu, nebo, v případě šuntu, mezi přijímacím koncem a šuntem [Ω], je impedance obvodu tvořeného signální kolejnicí a oběma zakončovacími impedancemi nebo, v případě šuntu, zakončovací impedancí reléového konce a podélnou impedancí signální kolejnice mezi přijímacím koncem a šuntem [Ω]. It Ir Is Ur Ir Is N Obr. 1 Z2 P Is Uvážíme-li zjednodušené náhradní schéma při šuntu na napájecím konci (obr. 2), kdy vliv bude v reálných případech největší, pak pro maximální napětí na přijímačovém konci kolejového vedení, způsobené proudem I r, můžeme psát 2

79 Ir It Zt U Is Zs Z2 Ur Obr. 2 l t r max I r Z2, z t l + z s l + Z 2 z kde: U rmax..je maximální vlivové napětí na kolejnicích na přijímacím konci kolejového obvodu [V] I r... je celkový ovlivňující proud tekoucí kolejovým obvodem [A], z t... představuje měrnou podélnou impedanci trakční kolejnice (Z t = z t.l) [Ω/km], z s... představuje měrnou podélnou impedanci signální kolejnice (Z s = z s.l) [Ω/km], l... je délka kolejového obvodu nebo vzdálenost šuntu od přijímače [km], Z 2... představuje impedanci přijímacího konce kolejového obvodu ze strany kolejnic [Ω]. Pokud Z 2» z. l + z. l, což je u reálných obvodů často splněno díky vysokému tlumícímu odporu na přijímacím konci, pak t s U r max I z l. r t To odpovídá zjednodušenému pohledu, že u jednopásových kolejových obvodů je přijímací konec ovlivňován úbytkem napětí, vzniklým průtokem trakčního proudu trakční kolejnicí. Při přerušení signální kolejnice lze vliv zanedbat, zatím co při přerušení trakční kolejnice by celý trakční proud protékal napájecí a přijímací výstrojí kolejového obvodu. U ČD je ale vyloučeno použití jednopásového kolejového obvodu v místech, kde by tvořil jedinou cestu pro průtok zpětného trakčního proudu - vždy je k disposici alternativní cesta, např. dalším souběžným kolejovým obvodem. Pak stačí vzít v úvahu hodnotu z t pro nejnepříznivější konfiguraci, což je ve většině případů právě podélná impedance jedné kolejnice v nejdelším možném kolejovém obvodu. Situaci při selhání (přerušení) i paralelních cest odvodu trakčního proudu řeší proudová ochrana výstroje - tedy pojistky v kolejovém obvodu, co nejblíže ke kolejím Dvoupásové obvody U dvoupásového obvodu (obr. 3) ovlivňující trakční proud I r přitéká do kolejového obvodu středem stykového transformátoru ST, na jehož sekundárním vinutí je připojena výstroj napájecího nebo přijímacího konce kolejového obvodu. Výstroj přijímacího konce 3

80 představuje impedanci Z 2, impedance Z vst představuje zpětnou impedanci kolejového obvodu (popř. včetně šuntu) ze strany přijímacího konce. Představíme-li si nyní stykový transformátor jako ideální transformátor s vyvedeným středem na primáru a převodem 1 : 1, zatímco vlastnosti skutečného stykového transformátoru (převod, magnetizační impedance, rozptyl) jsou zahrnuty do impedance přijímacího konce Z 2, platí pro analýzu vlivů trakčního proudu v kolejovém obvodu náhradní schéma z obr. 4. Zvst Z2 ΣΤ ΣΤ I1 ΣΤ ΣΤ Ir Ir Π Ν I2 Π Ν Obr. 3 Obr. 4 Ovlivňující proud vyvolá na přijímacím konci kolejového vedení ovlivňující napětí U r, úměrné velikosti rozdílu proudů I 1 a I 2, které ale protékají vždy jen jednou polovinou primárního vinutí, zatímco napětí U r sledujeme na celém primáru. Tedy: U r = 1 2 Z Z ( I I ) vst 2 1 2, Z vst + Z 2 kde : U r.. je vlivové napětí na kolejnicích na přijímacím konci kolejového obvodu [V] I 1, I 2.. jsou trakční proudy jednotlivých kolejnicí [A], Z 2... je zakončovací impedance kolejového vedení na přijímací straně [Ω], Z vst... je zpětná impedance kolejového obvodu ze strany přijímacího konce [Ω]. Pro většinu dlouhých kolejových obvodů ČD je možné zpětnou impedanci Z vst považovat za vlnovou impedanci kolejového vedení (i v případě šuntu na napájecím konci) a protože v řadě případů je (z jiných důvodů) impedance přijímačového konce také přibližně rovna vlnové impedanci kolejového vedení, lze pro ovlivňující napětí psát přibližný výraz 1 U r Z2 ( I1 I2 ), 4 4

81 Pokud proudy I 1 a I 2 budou stejně velké, na přijímači se žádné cizí napětí neobjeví. Za provozně dosažitelnou asymetrii dvoupásového kolejového obvodu, definovanou jako I1 I2 a = 100 [% ; A], I + I 1 2 se považuje a 10%. K této hodnotě se obvykle přihlíží i při konstrukci obvodů, když se kontroluje, že i při této asymetrii bude zajištěna řádná funkce (např. při změně magnetizační impedance stykových transformátorů při přesycování). Ke zvýšení asymetrie dochází zejména přímým ukolejňováním konstrukcí s nízkým zemním odporem na jednotlivé kolejnicové pasy a závadami v podélné impedanci kolejnic (špatně vodivé propojky na nesvařených kolejnicových pasech, nedokonale vodivá připojení lan stykových transformátorů atd.). Extrémním případem je pak přerušení propojovacího lana ke stykovému transformátoru nebo lom koleje v blízkosti přípojného lana stykového transformátoru na přijímacím konci, kdy celý ovlivňující proud protéká pouze jednou polovinou primárního vinutí stykového transformátoru (obr. 5). Na rozdíl od jednopásových obvodů (nebo i obvodů se stykovou tlumivkou) se přes stykový transformátor do výstroje přenese jen střídavá složka trakčního proudu a tak u stejnosměrné trakce nelze spoléhat na proudové ochrany výstroje. Na přijímacím konci kolejového vedení se v takovém případě může objevit, s jistým zjednodušením, bez ohledu na přítomnost či nepřítomnost šuntu (Z vst = ), maximální napětí U rmax dané proudem I r : Obr. 5 1 U r max Z2I r, 2 kde : U rmax..je maximální ovlivňující napětí mezi kolejnicemi na přijímacím konci kolejového obvodu [V], I r je trakční proud [A], Z 2... je zakončovací impedance kolejového vedení na přijímací straně [Ω]. 2.2 Galvanický vliv topného proudu U jednopásových kolejových obvodů při elektrickém topení není nutné uvažovat s úbytkem napětí na trakční kolejnici - je možné uvažovat s přítomností šuntu, ale nelze uvažovat propojení zpětného topného proudu přes kostry vozidel, protože to je nestabilní. Impedance přijímacího konce je tedy šuntována vlakovým šuntem (s hodnotou mezního 5

82 vlakového šuntu Rš = 0,1 Ω. Za nejnepříznivějšího stavu, kdy celá hodnota šuntovacího odporu je soustředěna na jednom (nepříznivém - na obr.6 např. levém horním) přechodu kolokolejnice, ovlivňující napětí na přijímacím konci (na straně kolejnic) může dosáhnout maximálně hodnoty : Σ Γ Ir Z2 Ir Z2 Rš Z2 Obr. 6 U r max Z R I 2 š = r, Z2 + R š což za běžných okolností, kdy Z 2 R š = 0,1 Ω přejde na tvar U r max I R = 0,1 I. r Také v tomto případě lom "trakční" kolejnice u jednopásového obvodu nezpůsobí zvláštní ohrožující vliv, neboť lze spoléhat na proudovou ochranu (pojistky) ve výstroji kolejového obvodu. V případě dvoupásového kolejového obvodu je nejhorší situace obdobná s případem 100% asymetrie při vedení trakčního proudu (odst ) - šunt rušivého proudu se pro přerušení lana stykového transformátoru také neuplatní. š r 2.3 Indukční vliv Vliv ovlivňujícího vedení na vedení ovlivňované lze obecně popsat [1]: kde : di x dx du x dx = Y 12 U = W 12 1 I yu 1 x zi W 12.. je měrná vazební impedance mezi vedením ovlivňujícím a ovlivňovaným, Y 12.. je měrná vazební admitance mezi vedením ovlivňujícím a ovlivňovaným, x 6

83 z, y.. je měrná podélná impedance a příčná admitance vedení ovlivňovaného (kolejového), U 1, I 1..je proud a napětí ovlivňujícího vedení v místě souběhu. Tyto rovnice neuvažují zpětný vliv vedení ovlivňovaného na vedení ovlivňující, předpokládají homogenní vedení a konstantní napětí a proud v ovlivňujícím vedení v celém souběhu. Dále rovnice platí pro ustálený stav při napájení harmonickým střídavým proudem. Platí však pro libovolné uspořádání obou vedení (obvody jednovodičové i vícevodičové), uspořádání je respektováno příslušnými hodnotami vazební admitance a impedance a primárními parametry vedení. Pro řešení vlivů na kolejové vedení je možné zanedbat elektrickou indukci (kapacitní vliv), protože kolejnice leží prakticky na zemi, tedy Y 12 = 0. Úplným řešením soustavy diferenciálních rovnic je pak U x = c 1 e γx + c 2 e γx 1 W12 γx γx I x = I1 c1 e + c 2 e. Z γ Konstanty c 1 a c 2 lze určit z mezních podmínek na počátku a konci vedení. Při detailním sledování vlivů na kolejové obvody bylo třeba zkoumat vliv na jednotlivá vedení, která kolejový obvod tvoří (tj. první kolejnice-zem, druhá kolejnice-zem, kolejnice-kolejnice) a to od všech složek proudu ovlivňujícího vedení (fázových a nulové). Rozbory ukázaly, že problémy lze očekávat zejména u trojfázových vedení s účinně uzemněným nulovým bodem (což jsou v našich podmínkách rozvody zvn, vvn a nn). Dále se ukázalo, že při největších vlivech, způsobovaných vedeními zvn a vvn, pro vzdálenost vedení od kolejí větší než 100 m, činí složka, vzniklá působením jednofázového zkratového proudu na smyčku tvořenou v celém mezistaničním úseku oběma kolejnicovými pasy a zemí, více než 90 % celkového vlivu. S výjimkou velmi těsných souběhů stačí tedy sledovat pouze její působení a ostatní složky je možné zanedbat. Takto indukovaný proud protéká pak soustavou kolejových obvodů stejně jako např. trakční proud a stejným mechanizmem také působí problémy v nesymetrickém kolejovém obvodu. Lze odvodit, že ovlivňující napětí mezi kolejnicemi na přijímacím konci U r pak bude U r λ = 2 m i= 1 W 1/ 2i I ni l i r vi kde : I n je trojnásobná nulová složka proudu trojfázového vedení při jednofázovém zkratu, W 1/2 je vazební impedance mezi dvěmi jednovodičovými vedeními, l je délka souběhu, i je index příslušného výpočetního úseku tak, jak jsou známy z výpočtů vlivů ve sdělovací technice, r V je výsledný redukční činitel, λ je činitel citlivosti kolejových obvodů, tedy jakási napěťová obdoba dříve uvedeného proudového činitele asymetrie a (obr. 7). 7

84 Obr. 7 Vazební impedance musí být v uvedeném případě stanovena pro vazbu dvou jednovodičových vedení se zpětnou zemí. S využitím např. tzv. Haberlandova vztahu lze pak pro výpočet měrné vzájemné indukčnosti stanovit kde : a.. σ.. f = + 1 / 2 10 ln 1 [H/km], a σ f L 2 je vzájemná vzdálenost obou vedení [m], je měrná vodivost půdy [S/m], je kmitočet rušivého proudu [Hz]. Pro vazební impedanci pak samozřejmě platí, že W 1/2 = ω.l 1/2. Výpočty, potvrzené i měřeními na kolejových obvodech v reálných podmínkách (i s modelovanými zkratovými proudy) v 70tých letech v kooperaci ČD a energetického podniku ČEZ, prokázaly závažné problémy s kompatibilitou kolejových obvodů 50 Hz a energetických rozvodů (zejména zvn a vvn) i při soubězích se vzdáleností větší než 10 km. To vedlo nakonec k zákazu další výstavby kolejových obvodů 50 Hz i při stejnosměrné a nezávislé trakci. Obdobné úvahy lze uvést i pro stanovení vzájemného ovlivnění souběžných kolejových obvodů. Vzájemnou indukčnost mezi dvěmi symetrickými dvoudrátovými vedeními při uvažovaní vlivu země lze určit např. opět z Haberlandova vztahu jako a σ f 10 d L1/ a S1 a S2 L 2 12 / 34 = a S1 a S2 = 2 2 da a a σ f 10 2 kde : a S1, a S2 jsou šířky smyčky dvojvodičových vedení [m], a.. je vzájemná vzdálenost obou vedení [m], σ.. je měrná vodivost půdy [S/m], f.. je kmitočet rušivého proudu[hz]. S uvážením vzdálenosti středů kolejí cca 4 m, šířky kolejového vedení cca 1,5 m, vodivosti půdy 0,1 0,001 S/m a frekvencí do 20 khz lze pro kolejové obvody počítat s hodnotou vzájemné indukčnosti cca 0,03 mh/km. Tato vazba u kolejových obvodů v oblasti khz již 8

85 nedovoluje pomíjet možnost vzájemného ovlivnění ani dokonale symetrických souběžných kolejových obvodů. Provoz souběžných traťových kolejových obvodů téhož kmitočtu je tím prakticky vyloučen. V železniční praxi ČD se projevil i další druh indukčního vlivu - vliv na zabezpečovací zařízení na vozidle, způsobený trakčními zařízeními a silovými rozvody hnacích vozidel. Byl zaznamenán (přes obvyklé stínění) na vodičích mezi snímači a skříní vlakového zabezpečovače. Obdobný vliv však může působit i přímo na kolejové obvody (obr. 8). Tento vliv je velmi úzce spojen s konkrétní konfigurací trakčních obvodů (konkrétní uložení silových vodičů, motorů, měničů, stínění atd.) i konstrukcí kolejových obvodů (vedení přívodních lan, umístění stykových transformátorů atd.). Obr Ukolejnění Na elektrifikovaných tratích je z důvodu ochrany před nebezpečným dotykovým napětím nutné v prostoru ohrožení trakčním vedením vodivě spojovat s kolejemi všechny neživé části trakčního vedení a další nadzemní vodivé konstrukce. Dále se ke kolejím připojují úložná vodivá zařízení (kabely, potrubí, nosné podzemní nebo mostní konstrukce) při jejich protikorozní ochraně před bludnými proudy (elektrické drenáže). Všechna tato připojení ke kolejím - ukolejnění - mohou způsobit změnu vnějších podmínek činnosti kolejových obvodů. Ke změně může dojít pasivně - změnou struktury a velikosti impedancí kolejového vedení kolejových obvodů - a/nebo aktivně - přivedením cizích rušivých proudů do kolejových obvodů. Pasivní působení je závislé na místě připojení ukolejnění, na velikosti odporu ukolejňovaného objektu vůči zemi či jinému místu a na konfiguraci ostatních ke kolejnicím připojených impedancí. Obecně lze říci jen to, že přímé připojení k jedné kolejnici dvoupásového obvodu způsobuje jeho nesymetrii a tedy zvětšuje jeho citlivost na jakékoliv případné zdroje aktivního rušení. Symetrické připojení ke středu stykového transformátoru znamená snížení impedance tohoto bodu vůči zemi. Oba způsoby ukolejnění mohou přispět k vytvoření obchozí cesty s nedostatečným útlumem. Také pro detekci havarijního stavu kolejového obvodu (detekci lomu kolejnice) je jedním z rozhodujících předpokladů dodržení určité velikosti impedance středu stykového transformátoru vůči zemi [1]. Pokud tato impedance bude nedostatečná (například vlivem přímého připojení konstrukcí s velmi nízkým odporem vůči zemi na středy stykových transformátorů na reléovém i napájecím konci), nebude obvod schopen identifikovat lom kolejnice. Důsledkem neidentifikace havarijního stavu kolejového obvodu může za určitých okolností být i ztráta schopnosti detekce šuntovaného stavu. Potenciálními zdroji aktivního ovlivnění jsou veškerá připojovaná vodivá úložná zařízení, protože jejich prostřednictvím se mohou vyrovnávat zemní potenciály mezi 9

86 oblastmi, jimiž úložné zařízení probíhá a tak i do kolejí může být přiveden cizí proud. Obdobně, bude-li ukolejňovaná nadzemní vodivá konstrukce spojena s dalším elektrickým zařízením (jiné zařízení než části trakčního obvodu), může být tato konstrukce součástí onoho dalšího elektrického obvodu (nebo se jí stát vlivem poruchy) a být tak zdrojem aktivního ovlivnění. Takový případ by například nastal, když na připojované konstrukci bude upevněno jiné elektrické zařízení než části trakčního obvodu a jeho elektrické obvody budou s konstrukcí záměrně (např. nulování) či poruchou vodivě spojeny. Dovolené způsoby ukolejnění jsou u ČD dány, v závislosti na velikosti jejich zemního odporu, možnosti aktivního působení a použitém typu kolejového obvodu v dané oblasti, normou ČSN Obchozí cesty Pokud uvažujeme soustavu kolejových obvodů, např. v mezistaničním úseku podle obr. 9, je možné sledovat vzájemné galvanické ovlivňování i relativně vzdálených kolejových obvodů. Nesymetrií (způsobenou v tomto případě naznačeným lomem koleje) se kolejový Ir 1J Ir 2J Ir 3J Ir 4J Ir 5J Ir Ir Obr. 9 obvod 2J stal zdrojem rušivého proudu Ir, který se v rámci celého mezistaničního systému (uvažujeme, v souladu se skutečností, že stanice představují díky svému rozvětvení relativně nízký odpor vůči zemi) vyrovnává tak, jako např. trakční proud. Ostatní kolejové obvody mohou být tímto proudem ohroženy v případě, že se také v nich vyskytuje nějaká nesymetrie. Nebude-li např. v obvodě 4J proud Ir rozdělen do obou kolejnic stejně, vznikne na jeho přijímači rušivé napětí úměrné rozdílu proudů v jednotlivých kolejnicích. Současně je obvod 4J také zdrojem rušení pro ostatní obvody a obvod 2J je extrémně citlivý na cizí rušivé proudy. Cesty, v nichž se proud Ir může uzavřít, nazýváme obchozími cestami a jsou důsledkem skutečnosti, že vlastní kolejové vedení není dvojbranem s rozprostřenými parametry (jak je obvykle zjednodušeně uvažováno v teorii kolejových obvodů), ale je nutno brát v úvahu také vedení zemí [1]. Uvážíme-li možnost připojení různých konstrukcí přímo ke kolejnicovým pasům, mezikolejová trakční propojení atd., je zřejmé, že obchozí cesty obecně mohou mít různou, podstatně komplikovanější konfiguraci, než je konfigurace na obr. 9. Problémy lze očekávat vždy, když připojení ke kolejnicím jsou přímá (bez regenerovatelné průrazky), mají nízký odpor proti zemi, obchozí cesta má malý útlum a kolejové obvody jsou často, z různých důvodů a po dlouhou dobu, nesymetrické. Je evidentní, že proti takovým vlivům nejsou obvody chráněny běžně užívanými ochranami sousedních kolejových obvodů (fázová, frekvenční atd.). 10

87 Pozn.: V této souvislosti je třeba zmínit zvlášť nepříjemný případ, který nastane při současném lomu koleje v sousedních kolejových obvodech. V závislosti na tom, které kolejnice se přeruší, může dojít (i přes správné vystřídání fáze v sousedních kolejových obvodech) ke sčítání vlastního (nyní nesymetrického) signálu se signálem sousedního obvodu (nyní také nesymetrickým a proto protékajícím středem stykového transformátoru do sousedního obvodu). V závislosti na konfiguraci celé situace (délce sousedících kolejových obvodů, rozmístění napájecích a přijímačových konců, nedostatečném útlumu celé obchozí cesty) může dojít ke stavu, kdy není zajištěn havarijní stav a, následně, ani šuntovaný stav postižených obvodů. Situace se může poněkud zlepšit změnou konfigurace napájecích a přijímačových konců (v závislosti na skutečné velikosti napětí a skutečném natočení fáze na styku kolejových vedení), ale toto opatření nemusí být za všech izolačních stavů a při různých délkách kolejových obvodů úspěšné. Z čistě zabezpečovacího hlediska by nebylo třeba popsaný případ ošetřovat, protože představuje dvě nezávislé poruchy (dva různé lomy koleje), pokud po detekci první poruchy bude neprodleně zahájen opravný proces. Zabezpečovací fundamentalista ovšem může tvrdit, že tento případ může nastat i jednou příčinou např. současným přerušením více lan vlečenou klanicí vypadlou z vlaku (popř. činností méně přizpůsobivých občanů) a měl by pravdu, pokud by tak specifický jev (přeruší se pouze určitá lana a jiná ne) nebylo možné považovat za dostatečně nepravděpodobný, aby jej bylo možné zanedbat. 1 Technicky čisté řešení by spočívalo v kolejových obvodech, které samy svou funkcí dohlíží na to, že se v kolejovém obvodu nevyskytuje nadměrná asymetrie. Takové řešení je možné a dokonce je provozováno (např. u FS), ovšem za cenu podstatně zvýšených investičních nákladů a to nejen do kolejových obvodů, protože pak je třeba učinit i další technická opatření, která provozní symetrii kolejových obvodů za všech provozních stavů skutečně zajistí (např. ukolejňovací lana podél trati atd.). Pokud takové řešení není k disposici, musí ho nahradit odpovídající údržba. I tento případ dokumentuje důležitost udržování co nejlepší symetrie kolejových obvodů, odstraňování poruch v co nejkratší době, vyvarování se všeho, co by mohlo zbytečně snižovat impedanci případné obchozí cesty atd. Obchozí cesty mohou vzniknout i ve vlastním kolejovém obvodu, jak je naznačeno na obr. 10. Budou-li např. v bodech A a B připojeny ke kolejnici dva objekty s nízkým izolačním odporem proti zemi, nebo mezi sebou navzájem, nebude část kolejnice mezi body A a B hlídána na lom koleje. Důsledkem bude, že při výskytu druhého lomu mezi body A a B nebude v úseku mezi oběma lomy zajištěno ani šuntování. 3J A B Obr Za podrobné vyšetření takového konkrétního případu u Horní Lidče přísluší zvláštní uznání pracovníkům tamního udržovacího okrsku a pracovníkům SZL Olomouc a to včetně jejich nadřízených, kteří se postarali o to, aby zjištěný případ nebyl jako nepohodlný urychleně zameten pod koberec, ale naopak trvali na řádném vyšetření. 11

88 3. Charakteristika zdrojů cizích vlivů Pro kolejové obvody mohou být v podmínkách ČD zdrojem rušení zejména : trakční soustavy : střídavá - 25 kv, 50 Hz, stejnosměrná - 3 kv, elektrické topení, další zařízení připojená k trakčnímu nebo topnému vedení, ostatní elektroenergetická zařízení, ukolejnění, signální zdroje jiných kolejových obvodů: sousední kolejové obvody, souběžné kolejové obvody, ostatní kolejové obvody, jejichž vliv může být zprostředkován tzv. obchozími cestami. 3.1 Trakce Hnací vozidla Dominantní je přímý galvanický vliv zpětného trakčního proudu protékajícího kolejnicemi od hnacího vozidla a ovlivňující kolejový obvod způsobem popsaným v části 2.1 a 2.2. Spektrum rušivých kmitočtových složek ve zpětném trakčním proudu je tak závislé jednak na napájecí soustavě a trakční napájecí stanici, jednak na hnacím vozidle, tj. typu trakčního motoru (stejnosměrný nebo střídavý asynchronní) a způsobu jeho regulace. Rychlý rozvoj výkonové elektroniky v posledním období vedl k několika odlišným principům regulace s výrazně odlišným spektrem rušivých vlivů. V následujících odstavcích je uveden jejich stručný přehled. Klasická hnací vozidla (první generace) se vyznačují stejnosměrnými trakčními motory (pro stejnosměrnou i střídavou trakční soustavu) a regulací změnou napájecího napětí a změnou buzení (obr.11). Regulace na stejnosměrné trakci využívá rozjezdové odpory, přepínání buzení motorů a změnu řazení trakčních motorů do skupin. Na střídavé trakci je navíc použito přepínání odboček na trakčním transformátoru a následné usměrnění střídavého napětí diodovým můstkovým usměrňovačem. Rušivé proudy odpovídají v obou případech použitým neřízeným usměrňovacím členům - u stejnosměrné trakce usměrňovači v měnírně, u střídavé trakce usměrňovači na vozidle. = Ztrátová regulace M = Obr

89 Vývoj v hnacích vozidlech pak směřoval ke snižování ztrát při regulaci. K prvnímu uplatnění došlo u vozidel pro střídavou trakci, se stejnosměrnými trakčními motory s regulací napětí řízeným tyristorovým usměrňovacím můstkem (lze označit jako vozidla druhé generace, obr.12). Při tomto způsobu regulace napětí dochází k silnému tvarovému zkreslení odebíraného trakčního proudu, v závislosti na úhlu otevření tyristorů v usměrňovacím můstku. V rušivém spektru jsou vlivem řízených tyristorových usměrňovačů zvýrazněny zejména všechny liché harmonické složky základního kmitočtu, při nesymetrii vyniknou i sudé složky. Řízený usměrň. M = Obr. 12 Další vývoj směřoval k trakčním měničům pro nízkoztrátovou regulaci hnacích vozidel se stejnosměrnými trakčními motory a to jak pro stejnosměrnou, tak střídavou trakční soustavu (třetí generace vozidel, obr.13). Tyto měniče využívají impulsní šířkovou modulaci (PWM), tj. pracují s proměnnou šířkou impulsu na jednom nebo více nosných kmitočtech. Mimo oblast ČD byly použity i měniče s tzv. dvouhodnotovým řízením, které generují plynule proměnné nosné kmitočty. Rušivé spektrum zpětných trakčních proudů pak obsahuje kmitočtové složky rovnající se řídícímu (nosnému) kmitočtu pulzního měniče a jejich násobkům. Pro jejich snížení je na vstupu zařazen LC filtr. = = Filtr = Pulzní měnič = M Obr. 13 Další vývoj byl pak zaměřen na využití třífázových asynchronních trakčních motorů v hnacích vozidlech (vozidla třiapůlté generace, obr. 14). Tyto motory byly zpočátku řízeny s pomocí proudových střídačů, v současné době jsou regulovány a napájeny měniči s plynule proměnným napětím a frekvencí. Typické je zde použití výkonových tyristorů GTO a nosný kmitočet měniče řádově ve stovkách Hz. Před vlastní trakční frekvenční měnič se na stejnosměrné trakci předřazuje pomocný měnič (snižující) na stejnosměrné mezinapětí, kterým je pak napájen vlastní trakční měnič. Při střídavé trakci zajišťuje stejnosměrné mezinapětí diodový můstek. Pro regulaci trakčního měniče je opět využito modulace PWM. Modulaci lze uskutečnit dvěma způsoby : buď se při konstantním nosném kmitočtu mění plnění periody (poměr impuls/mezera), nebo se při konstantní šířce impulsu mění perioda nosného kmitočtu. V reálných trakčních měničích se pak využívá kombinace obou způsobů. Lze tak minimalizovat dynamické (spínací) ztráty na výkonových spínačích a optimalizovat rychlost odezvy při změnách. Pro snížení vstupní impedance a rušivých 13

90 kmitočtů je na stejnosměrném mezinapětí zařazen LC filtr typu dolní propust, s mezním kmitočtem cca 20 Hz. Spektrum rušivých kmitočtů je zde závislé na kmitočtu trakčního měniče a způsobu jeho regulace (sinusová modulace, obdélníkové řízení). Tyto rušivé kmitočty jsou na stejnosměrné trakci pak částečně filtrovány (resp. konvertovány) do jiné kmitočtové polohy pomocným měničem a LC filtrem. = = = = Filtr = Trakční měnič s GTO = M Obr. 14 Nejnověji jsou používány v trakčních měničích hnacích vozidlech s třífázovými asynchronními trakčními motory výkonové spínací tranzistory IGBT (vozidla čtvrté generace, obr. 15). Kaskádním řazením výkonových měničů (pro snížení jejich svorkových napětí) je zpravidla vypuštěn na stejnosměrné trakci snižující pomocný měnič a výkonové trakční měniče jsou připojeny přes filtr LC přímo na trakční vedení. Na střídavé trakci se využívá pro získání stejnosměrného mezinapětí pomocných tzv. pulzních usměrňovačů (čtyřkvadrantových měničů). Vlastní trakční měniče pracují s nosnými kmitočty řádově v jednotkách khz a algoritmy jejich řízení (spolu s vlastnostmi pulzních usměrňovačů) umožňují i rekuperaci při brzdění. Pulzní usměrňovač umožňuje aktivní filtraci odebíraného trakčního proudu, takže průběh proudu je blízký sinusovému a ve fázi s napětím (cos ϕ 1). Teoreticky by tedy obsah rušivých signálů měl být (v provozním stavu) zejména na střídavé trakci minimální. = Čtyřkv. měnič = Filtr = Trakční měnič s IGBT = M Obr. 15 Z uvedeného přehledu je patrné, jak významně se na potlačení rušivých kmitočtů podílí filtrační členy. Ty jsou ve všech případech konstruovány jako jednoduchý (ale výkonový) pasivní LC filtr typu dolní propust. Jeho případné poruchy (zejména odpojení části baterie kondenzátorů) mohou způsobit celkové zvýšení úrovně rušení nebo zvýraznění určité části rušivého spektra. Problematické jsou z hlediska zabezpečovací techniky nejen poruchové stavy, ale i další vlivy, které na kvalitu filtru působí, jako např. impedance napájecí soustavy, možnost nežádoucích rezonančních jevů (společně s napájecím vedením) atd. Totéž co platí pro vlivy trakčních částí hnacích vozidel, ovšem v míře odpovídající výkonu, platí i pro vlivy ostatních, tzv. pomocných pohonů na hnacích vozidlech. 14

91 Kromě galvanického vlivu působí trakční soustava indukčními vlivy na veškerá vedení v souběhu s tratí, tj. zejména na slaboproudé rozvody železniční sdělovací a zabezpečovací techniky. Zvýšené rušivé proudy vyšších kmitočtů pak mohou mít vliv na kvalitu zejména sdělovacích kanálů doposud provozovaných po metalických vedeních, a proto je nutné uvažovat i psofometricky vážené komplexní vlivy. Teoreticky je možné uvažovat i o přímém indukčním vlivu elektromagnetického pole, vznikajícím v blízkosti trakčních obvodů na hnacích vozidlech, na výstroj kolejového obvodu či jiných částí zabezpečovacích zařízení (viz část 2.6). U ČD významný přímý vliv na kolejové obvody z tohoto titulu sice nebyl zaznamenán, ale ani se po něm nepátralo. Kompatibilitu trakce a kolejových obvodů nelze vyřešit žádným jednorázovým opatřením. Vyžaduje trvalou pozornost a interdisciplinární přístup při každém novém potenciálním zdroji ovlivnění Další spotřebiče připojené k trakčnímu vedení Z trakčního vedení jsou kromě hnacích vozidel prostřednictvím různých transformátorů nebo měničů napájena i některá železniční stacionární zařízení. Tak např. pro elektrický ohřev výhybek v zimním období se v současné době používá napájení odporových topnic napětím z trakčního vedení. Na střídavé trakci se napětí trakční sítě 25 kv/50 Hz transformuje na napětí 400 V (230 V) pomocí transformátorů, které jsou obvykle umístěny na sloupech trakčního vedení. "Neživý" konec primárního vinutí transformátoru se ukolejňuje na trakční kolejnici jednopásového kolejového obvodu nebo se připojuje na střed stykových transformátorů (dvoupásové kolejové obvody) v místech tzv. neomezeného připojení (ČSN ). Na stejnosměrné trakční soustavě se k tomuto účelu využívají měniče ze stejnosměrného trakčního napětí 3 kv na střídavé napětí 50 Hz, 400 V (230 V). Výstupní napětí je zpravidla filtrováno a je sinusového tvaru. Měnič napětí je řešen s využitím tranzistorů IGBT ve výkonovém obvodu, pracuje s řízením PWM na konstantním nosném kmitočtu v kmitočtovém pásmu cca jednotek khz. Obdobně jako u trakčních měničů je i v těchto případech třeba před jejich zavedením ověřit, že nebudou nepřijatelně ovlivňovat kolejové obvody Střídavá trakční soustava 25 kv, 50 Hz Ve zpětném trakčním proudu se vyskytují všechny složky, které jsou obsaženy již v primární napájecí soustavě, tedy kromě základního kmitočtu 50 Hz i jeho vyšší harmonické, ale také další jako např. signály hromadného dálkového ovládání (HDO), které jsou do napájecí soustavy injektovány k řídícím účelům. V rozvodech ČR se dnes k tomuto účelu nejčastěji používá signál o kmitočtu 216 Hz, klíčovaný sériovým kódem a může dosahovat až 5ti % napěťové úrovně příslušné sítě, ale nově jsou normovány i další kmitočty. Hnací vozidla pak přispívají rušivými vlivy danými typy trakčních motorů a způsobem jejich regulace, jak je uvedeno pro jednotlivé typy v odstavci Dále se ve spektru zpětných trakčních proudů mohou objevit interferenční kmitočty odvozené z rozdílů kmitočtů jednotlivých pulzních měničů v témže napájecím úseku (včetně kmitočtů harmonických). 15

92 Ochranná opatření proti vlivům střídavé trakce jsou komplikována nejvíce ohledem na nutnost dodržet maximální normou dovolenou úroveň nebezpečných dotykových napětí neživých vodivých částí, nacházejících se v blízkosti trakčního vedení Stejnosměrná trakční soustava 3 kv Ve zpětném trakčním proudu se vyskytuje zbytkové zvlnění, pocházející z trakčních usměrňovačů v měnírně. U ČD se používají dvanáctipulzní trakční usměrňovače a tedy typický je výskyt složky 600 Hz a všech jejich vyšších lichých násobků (v menší míře i sudých). Metro obvykle využívá šestipulzních usměrňovačů s typickým výskytem složky 300 Hz. Filtrační obvody instalované v měnírnách pro jejich potlačení mají (obdobně jako na vozidlech) omezenou účinnost. Starší pokusy o zvýšení jejich účinnosti narazily na problémy s rezonancemi vznikajícími v součinnosti s proměnnou charakteristikou trakčních vedení. Problematické jsou také poruchové stavy usměrňovačů, kdy např. při neplnofázovém provozu usměrňovačů se mohou vyskytovat prakticky všechny harmonické složky napájecího kmitočtu 50 Hz včetně základní. Tato okolnost vylučuje setrvání u kolejových obvodů 50 Hz bez specifických ochran i na stejnosměrné trakci. Přiměřeně se uplatní také všechny další proudové složky, které se vyskytují v napájecí síti, tedy např. proudy HDO. Zajímavostí je jejich frekvenční transformace vlivem trakčních usměrňovačů v měnírně. Obecně dochází k posunu původní frekvence rušivého signálu o ± n.50 Hz, protože v závislosti na konstrukci a počtu fází usměrňovače (n) dochází při usměrňování síťového proudu vlastně k jejich amplitudovému nebo frekvenčnímu klíčování právě síťovou frekvencí. Při využívání trakčních měničů na hnacích vozidlech platí obdobné závěry jako na střídavé trakci. Díky zvýrazněným spektrálním složkám trakčního proudu je nutné kontrolovat i indukční vlivy stejnosměrné trakční soustavy na souběžná vedení, protože ta, s ohledem na bludné proudy, nemohou využívat stínících efektů uzemněných vodičů či pláště. Ochranná opatření proti vlivům stejnosměrné trakce jsou obecně komplikována nejvíce ohledem na bludné proudy, které velmi nepříznivě působí na veškerá úložná zařízení. Je nutné se vyhnout opatřením, která by bludné proudy enormně zvyšovala. 3.2 Elektrické topení Při elektrické trakci je topení v osobních vozech napájeno prostřednictvím průběžného topného kabelu z hnacího vozidla. Na stejnosměrné trakci je kabel napájen přímo trakčním stejnosměrným napětím 3 kv, na střídavé trakci střídavým napětím 3 kv/1,5 kv z odbočky trakčního transformátoru. Zpět ke zdroji se topný proud vrací kolejnicemi. I na hnacím vozidle nezávislé trakce může být pro elektrické topení a centrální napájení vozů elektrickou energií instalován topný alternátor, poháněný trakčním spalovacím motorem. V podmínkách ČD je použit alternátor s můstkovým usměrňovačem. Musí být proveden tak, aby základní harmonická složka topného proudu při normálním provozním stavu (plnofázový chod alternátoru i usměrňovače) byla větší než 300 Hz. Toho je třeba dosáhnout i při minimálních možných otáčkách, daných volnoběžnými otáčkami spalovacího motoru. Za jízdy se pak agregát točí rychleji a tedy střídavé složky proudu jsou nad frekvencemi provozovaných kolejových obvodů. Problémem je, obdobně jako u stejnosměrné trakce, poruchový stav, kdy se ve výstupním proudu mohou vyskytnout harmonické složky 16

93 základního kmitočtu alternátoru. Pokud by takový stav mohl nastat a vlivy by přesahovaly únosnou mez, musí být na plnofázový provoz alternátoru bezpečně dohlíženo. Ústřední zásobování osobních vozů elektrickou energií je odvozeno ze stejného zdroje jako vlakové topení. Při hodnocení vlivu topení je možné vzít v úvahu, že vliv je za normálních okolností, v porovnání např. s vlivy trakce, omezený prostorově (délkou vlaku) i časově (dobou průjezdu vlaku) - viz odst Výkonové měniče v osobních vozech Pro napájení osvětlení, klimatizace a ostatních elektrických zařízení v moderních osobních železničních vozech se používají měniče napětí se shodným obvodovým řešením a vlastnostmi, jako jsou měniče využívané pro elektrický ohřev výhybek. Měniče jsou napájeny z průběžného topného kabelu stejnosměrným, nebo na vstupu měniče usměrněným střídavým napětím (měniče jsou obvykle vybaveny automatickým přepnutím vstupního napájecího napětí podle druhu trakce). 3.4 Ostatní elektroenergetická zařízení Obecně mohou být zdroji ovlivnění veškeré procesy výroby a rozvodu elektrické energie. V elektroenergetické soustavě jsou v ČR v úrovni zvn a vvn provozovány třífázové rozvody s účinně uzemněným nulovým bodem, v úrovni vn s izolovaným středem a v úrovni nn opět s uzemněným středem. Tyto rozvody působí na veškerá elektrická vedení, tedy i na vedení kolejové, zejména indukčním vlivem (kapacitní vliv lze obvykle opět s ohledem na stínění kabelů a malou výšku kolejového vedení nad zemí zanedbat). V blízkosti velkých zemnících sítí (elektrárny, rozvodny) se mohou vyskytovat i galvanické vlivy na vedení. Jak indukčním, tak galvanickým vlivem se do kolejového obvodu mohou dostat rušivé proudy síťového kmitočtu 50 Hz a jeho vyšších harmonických složek, případně i další složky obsažené v rozvodech (např. opět HDO). Méně často se lze (zejména v městských a průmyslových aglomeracích) setkat s vlivy jiných systémů, provozovaných městskou hromadnou dopravou (stejnosměrné systémy) nebo velkými podniky - doly, válcovny (výkonové měniče s proměnným kmitočtem, často v oblasti pod kmitočtem sítě). 3.5 Ukolejnění Podle charakteru ukolejněného objektu je třeba posuzovat nebezpečí aktivního působení a odhadovat kvalitu možných rušivých proudů. Většinou lze předpokládat, že aktivní ovlivnění bude mít charakter síťového proudu (50 Hz včetně vyšších harmonických složek) a/nebo stejnosměrného proudu (přičemž potenciál proti kolejnici se může měnit). V některých případech však může být přiveden i proud jiných kmitočtů. To je třeba ověřit zejména v případech ukolejňování nestandardních zařízení a v případech, kdy připojovaná konstrukce může být záměrně či poruchou součástí jiného elektrického zdroje. Kolejové obvody, provozované u ČD na vyhrazených frekvencích 75 Hz a 275 Hz, mají dostatečnou ochranu před cizími vlivy mimo oblast těchto vyhrazených frekvencí a proto není třeba se ve standardních případech možností aktivního ovlivnění v praxi zabývat. To 17

94 však neplatí pro starší kolejové obvody 50 Hz, dosud provozované na některých úsecích se stejnosměrnou trakční soustavou nebo nezávislou trakcí. Ohrožený přitom může být nejen kolejový obvod v místě připojení, ale i obvody do jisté vzdálenosti od místa připojení, protože ovlivňující proud I r se může kolejemi šířit obdobně jako proud trakční. 3.6 Signální zdroje jiných kolejových obvodů V závislosti na použité struktuře kolejových obvodů a charakteru obchozí cesty se tyto zdroje nemusí od vlastního signálního zdroje nijak lišit ani frekvencí, ani fází, ani případným kódováním a tedy se jim nelze účinně bránit, pokud proniknou až na přijímací konec kolejového obvodu. Ochranným opatřením proti tomuto druhu rušení je zatím nejen u ČD pouze pořádek a pečlivost údržby. V udržování pořádku v tomto směru napomáhá koordinační plán ukolejnění, který obsahuje všechny relevantní objekty v dané oblasti, předepisuje způsob jejich propojení s kolejnicemi a je vytvořen společně silnoproudými a zabezpečovacími odborníky tak, aby vyhovoval oběma odvětvím. Řádná údržba pak musí zajistit trvalý soulad mezi plánem a realitou. Dále musí údržba zajistit, že případné poruchou vzniklé závady v symetrii kolejového obvodu nezůstanou dlouho neodhaleny a neopraveny. K tomu slouží i periodická měření a prohlídky. 4. Mezní hodnoty vlivů na přijímačích Cizí vlivy, v závislosti na své povaze a velikosti, mohou na kolejové obvody působit rušivě, tj. nepříznivě ovlivňovat jejich spolehlivou funkci, nebo dokonce způsobit ohrožení bezpečnosti dopravy tím, že by např. paralelní kolejové obvody falešně hlásily volnost obsazeného kolejového úseku. Podle doby trvání vlivu může být vliv trvalý, dlouhodobý nebo krátkodobý, přičemž za trvalý vliv se považuje vliv způsobený provozním stavem ovlivňujícího zařízení, za dlouhodobý se považuje vliv vyvolaný takovou poruchou ovlivňujícího zařízení, která může trvat řádově v minutách až hodinách a za krátkodobý se považuje vliv vyvolaný takovou poruchou ovlivňujícího zařízení, která může trvat řádově v sekundách. Tato obecná terminologie je převzata z oblasti ochran sdělovacích vedení před nebezpečnými vlivy elektroenergetických vedení a zařízení pro usnadnění komunikace s jinými odvětvími. Z hlediska hodnocení vlivu na kolejové obvody nemá význam oddělovat trvalé a dlouhodobé vlivy; krátkodobé vlivy lze pak odlišně posuzovat (viz dále) jen v případě, že trvají kratší dobu než je reakční doba přijímačů kolejových obvodů, protože je třeba brát v úvahu možnou sekvenční činnost navazujících logických obvodů. Při ovlivnění je třeba počítat s tím, že se k vlastnímu napětí v kolejovém obvodu superponuje napětí cizího vlivu. Důsledky budou různé podle velikosti, frekvence a fáze ovlivňujícího napětí a podle typu přijímače, popřípadě i podle druhu kódování signálu. V úvahu je třeba brát, tak, jak je v zabezpečovací technice obvyklé, nejnepříznivější případ. To je obvykle (v případě, že rušení je jevem nezávislým na vlastním kolejovém obvodu) prostá adice účinných složek za nejnepříznivější konfigurace. 18

95 4.1 Trvalé nebo dlouhodobé ohrožující vlivy Aby nedošlo k ohrožujícímu vlivu na staticky pracující kolejový obvod, nesmí velikost vlivu Uv v okamžiku, kdy vozidlo obsazuje kolejový obvod, překročit hodnotu danou rozdílem napětí odpadu Uo a nejvyššího možného napětí Us, vyskytujícího se na přijímači v šuntovaném stavu v době, kdy přijímač není ovlivňován cizím vlivem, tedy (viz obr. 11) : U v < U U. o s Aby nedošlo k ohrožujícímu vlivu na staticky pracující kolejový obvod v době, kdy je kolejový obvod již obsazen (tj. kolejové relé je odpadlé vlivem přítomného vlaku nebo poruchou obvodu), nesmí velikost vlivu Uv překročit hodnotu danou rozdílem napětí nepřítahu Unp a nejvyššího možného napětí vyskytujícího se na přijímači při šuntu Us (resp. v havarijním stavu Uh - hodnoty Uh i Us jsou ale obvykle velmi blízké), tedy : U v < U U, np s Pro impulsně pracující kolejový obvod obdobně platí (v obou případech stejně), že velikost vlivu Uv nesmí překročit hodnotu danou rozdílem napětí nepřítahu Unp a nejvyššího možného napětí vyskytujícího se na přijímači při šuntu Us, tedy : U v < U U, np s ale pokud cizí vliv stoupne tak, že U U > U, v s no nedojde při šuntu k odpadu přijímače, příslušný dekodér vyhodnotí situaci bezpečně a ohrožující vliv nevznikne. Existuje tedy i u impulsních kolejových obvodů oblast velikosti vlivu, kdy neimpulsní rušivé napětí ohrozí šuntovou citlivost obvodů. Situace bude (na první pohled paradoxně) tím příznivější, čím menší bude koeficient vypnutí přijímače. Přítah Nepřítah Neodpad Odpad Šunt Volný stav Šuntovaný stav Obr Krátkodobé ohrožující vlivy Z pouhé okolnosti, že vliv není trvalý, neplynou ani u staticky ani u impulsně pracujících obvodů žádné úlevy proti vlivům trvalým, pokud krátkodobý vliv není kratší 19

96 než doba reakce kolejového přijímače resp. navazujícího zařízení. Pro nejběžněji u ČD používané přijímače typu DSŠ je pro tento účel obecně možné uvažovat s dobou reakce maximálně 100 ms. Pro vlivy kratší než 0,1 s lze pak uvažovat s limitní hodnotou krátkodobého rušivého napětí U vk kde U U v vk =, 10 t k t k... je doba trvání krátkodobého vlivu t k < 0,1 [s]. V časové oblasti je nutné uvažovat ještě další okolnosti. První je skutečnost, že doposud byla uvažována pouze selektivita přijímačů za podmínek ustáleného stavu rušivého vlivu. Jakýkoliv přechodový jev ale vyvolává celé spektrum rušivých kmitočtů, které nesouvisí s kmitočtem rušivého vlivu za ustáleného stavu a tedy může způsobit i vliv na přijímače kolejových obvodů pracující při vyhrazeném kmitočtu. Trvání takového vlivu (např. rozkmitání filtru) je pak závislé na konkrétní konstrukci jak ovlivňujícího, tak ovlivněného zařízení, přičemž rozhodující je dodaná energie do kolejového přijímače. Navíc je nutné omezit četnost výskytu takových krátkodobých rušivých proudů (např. ohled na LVZ nás nutí k opatrnosti vždy, kdy by se mohly vyskytovat přechodové jevy s četností vyšší než 1 Hz). Pokud tedy vzniknou z konfigurace obvodů pochybnosti v těchto směrech, je nutné vždy přinejmenším aplikovat limitní hodnoty Uv pro vlivy trvalé. 4.3 Rušivé vlivy Aby se na kolejovém obvodu neprojevil rušivý vliv, tj. aby volný kolejový obvod nebyl hlášen jako obsazený, nesmí velikost vlivu Uv překročit rezervu napětí na přijímači od hodnoty přítahu (je nutno brát v úvahu přítah po předchozím šuntu), tedy U v < U U, kde Upr... je nejmenší napětí vyskytující se na neovlivněném kolejovém přijímači při volném stavu, Up... je napětí přítahu přijímače. 5. Hodnocení vlivů Při hodnocení vlivů je třeba obecně brát v úvahu řadu ne zcela souměřitelných faktorů: energii dodanou v jednotlivých stavech vlastním napájením kolejového obvodu, energii dodanou v jednotlivých stavech cizím vlivem, současnost jejich působení, limit dovoleného ohrožujícího vlivu, limit dovoleného rušivého vlivu, důsledky vlivů na bezpečnost a spolehlivost celého systému vzhledem k tomu, že kolejový obvod je primárním prvkem informace ve všech sofistikovanějších zabezpečovacích systémech, není rozumné zde dělat nějaké kompromisy a to ani z hlediska bezpečnosti, ani z hlediska spolehlivosti, pr p 20

97 možné současné působení více různých vlivů - zdrojem rušení může být například více hnacích vozidel v jednom trakčním úseku, mohou se kombinovat cizí indukční vlivy s vlivy galvanickými atd. a to při uvažování všech stavů kolejového obvodu i ovlivňujícího zařízení (včetně poruchových). Jak patrno z předchozích částí, stanovení mezí, při nichž k ohrožujícímu resp. rušivému vlivu ještě nedojde, znamená nejprve stanovit, s jakou rezervou splňuje kolejový obvod normovanou šuntovou citlivost, citlivost k lomu koleje a případně i další zaručované parametry kolejového obvodu (např. ve vztahu k zařízení VZ). Přitom je nutno uvažovat všechny typy kolejových obvodů, které mohou být vlivem postiženy, všechny jejich konstrukční délky, poruchové stavy atd. Z takto rozsáhlého rozboru je nutné vybrat nejnepříznivější případ. Dále je patrné, že při určování nejdůležitější dovolené meze ovlivnění, tj. ohrožujícího ovlivnění z hlediska šuntové citlivosti, se vyskytují dvě hodnoty charakterizující rezervu v šuntové citlivosti (resp. v havarijním stavu) jednou vůči hodnotě odpadu přijímače, podruhé vůči hodnotě zaručeného nepřítahu přijímače. První případ odpovídá situaci, kdy dvoupásový kolejový obvod (doposud hlášen jako volný) je za působení rušivého vlivu obsazován vlakem a přitom má dojít ke změně na stav "obsazen". Jen v případě vyloučení situace, kdy současně dojde k rušení, obsazení kolejového obvodu a lomu koleje, bylo by možné uvažovat rušivý proud v dvoupásovém kolejovém obvodu s normální, tj. provozní asymetrií. Pokud tento stav nelze vyloučit (a v podmínkách ČD se skutečně nevylučuje, protože lom bývá spojen právě s jízdou vlaku), je nutné počítat se 100% nesymetrickým rušivým proudem. Druhý případ odpovídá situaci, kdy kolejový obvod je pro poruchu (lom koleje nebo přerušení přípojných lan) ve stavu "obsazen" a vlivem rušení by mohl být hlášen jako "volný" (třeba i při obsazení vlakem). I v tomto případě je třeba uvažovat 100% nesymetrický rušivý proud. Pro jednotlivé případy rušení je pak nutné aplikovat vždy příslušnou hodnotu. Uveďme ještě, že hodnota zaručeného nepřítahu přijímačů indukčního typu je jen o málo vyšší než hodnota odpadu a je velmi vzdálená od hodnoty přítahu. Obdobný závěr platí i pro fázové detektory. V podmínkách ČD se na základě analýz všech standardně používaných dvoupásových kolejových obvodů za přijatelnou hodnotu ohrožujícího i rušivého vlivu považuje jednotně 5 % napětí přítahu staticky pracujícího kolejového přijímače (měřeno na přijímači). Tuto hodnotu není v žádném případě možno považovat za příliš úzkoprsou. U většiny používaných kolejových obvodů navržených pro šuntovou citlivost 0,1 Ω a zaručujících detekci lomu koleje znamená připuštění takto velkého ovlivnění snížení šuntové citlivosti až k původní, doposud u ČD normované hodnotě 0,06 Ω, aniž by se uvažoval synergický efekt více zdrojů ovlivnění, tolerancí výstroje atd. Je třeba konstatovat, že návrh lepšího kolejového obvodu při současné technické délce (1,5 2,0 km), maximálním dovoleném svodu (y = 1,0 S/km), zajištění detekce lomu koleje a se stávajícími reléovými přijímači (koeficient vypnutí 0,5) je mimo technické možnosti. Zlepšení by bylo možné očekávat teprve při hromadném nasazení kolejových obvodů s elektronickými přijímači s podstatně vyšším koeficientem vypnutí nebo při opuštění podmínky zaručené detekce lomu koleje. Obojí je v současné době u ČD nereálné první s ohledem na ekonomické náklady, druhé s ohledem na statistiku lomů koleje. S jistým zjednodušením lze limitní hodnotu pro všechny dvoupásové kolejové obvody u ČD interpretovat jako limitní hodnotu 50 mv (měřeno mezi kolejnicemi na přijímačovém konci kolejového vedení) nebo jako hodnotu asymetrického rušivého proudu trakce ve 21

98 vyhrazených pásmech 0,167 A. Pro jednopásové obvody lze obdobně jako limitní tolerovatelnou hodnotu rušivého proudu trakce stanovit hodnotu 0,7 A. Tyto hodnoty ovšem představují celkový rušivý proud v kolejovém obvodu, na kterém se podílí všechna vozidla na napájecím rameni, ale který je na druhé straně redukován rozdělením zpětného proudu do jednotlivých kolejí (např. na dvoukolejné trati, staničních kolejí atd.) a rozdělením zpětného proudu mezi koleje a zem. Uvážíme-li tedy ještě alespoň druhé hnací vozidlo srovnatelného výkonu a předpokládáme-li, že toto druhé hnací vozidlo je zdrojem nekorelovaného rušivého napětí stejné velikosti, bude hodnota dovoleného rušivého proudu, příslušná jednomu hnacímu vozidlu (soupravě), zaokrouhlená (vzhledem k rozptylu charakteristických impedancí atp.) 2 I = r1 I r 2, tedy 0,1 A pro dvoupásový obvod a 0,5 A pro jednopásový obvod. Pokud je vozidlo určeno pro provoz v úseku, kde jsou provozovány jak jednopásové, tak dvoupásové obvody, platí pochopitelně nižší hodnota z obou, tj. 0,1 A. Samozřejmě všechny výše uváděné hodnoty je třeba posuzovat vždy ve vztahu k selektivitě přijímačů - týkají se pouze té části kmitočtového (popř. fázového) spektra, na níž je přijímač citlivý. Je-li selektivita přijímače upravována filtrací, je třeba uvážit reálné (neideální) charakteristiky filtrů (včetně reakce na skokové změny a velmi krátké impulsy vysoké úrovně) a navíc pak i možné poruchové stavy tak, jak je obvyklé v zabezpečovací technice. Je-li selektivity dosaženo fázovými detektory nebo indukčními relé, je třeba do úvah zahrnout čistotu a frekvenční (popř. fázovou) stabilitu referenčního signálu, posoudit chování přijímače při blízkých frekvencích a zahrnout i reálnou odezvu jeho výstupu. V podmínkách ČD to například znamená považovat pro standardní dvoupásové kolejové obvody s indukčními relé za citlivou oblast ± 4 Hz od frekvence referenčního signálu. Tuto oblast je nutné dále rozšířit o možné kolísání frekvence napájecích zdrojů pro kolejové obvody, které je výrazné zejména u starších, rotačních, zdrojů. Výsledkem je, že u ČD pro kolejové obvody 75 Hz je nutné za citlivou oblast považovat pásmo Hz, pro kolejové obvody 275 Hz pásmo Hz. Zúžení těchto pásem přichází v úvahu teprve po úplné záměně rotačních zdrojů za zdroje statické, kdy bude možné uvažovat s pásmy 75Hz ± 6 Hz a 275Hz ± 6 Hz. Pro jednopásové obvody 50 Hz s filtrem se limit rušivých trakčních proudů 0,5 A vztahuje na kmitočtovou oblast 0,1 300 Hz. Pokud je v této oblasti zjištěn současný výskyt různých rušivých složek, je celkový vliv uvažován obvyklým vztahem Ic = I + I + + I. 1 Na střídavé trakci používané starší impulsní dvoupásové a jednopásové kolejové obvody RC 25 a RC 75 s fázově necitlivým přijímačem (IRV a pod.) mají před relé předřazeny podstatně kvalitnější pasivní článkové filtry, ale není známa jejich zaručovaná frekvenční charakteristika. Vzhledem k jejich malému počtu a tomu, že se již řadu let nově nezřizují, se jeví účelné aplikovat pro ně týž limit jako pro obvody 50 Hz, ale neuvažovat přitom rušivou složku 50 Hz (je dostatečně potlačena až do velikosti trakčních proudů). 2 i 22

99 6. Ověřování vlivů Ověřování vlivů lze v různých fázích života zařízení provádět teoreticky nebo praktickými zkouškami. V etapě návrhu se vychází z teoretických rozborů, provedených na základě podrobné znalosti elektrické výzbroje hnacího vozidla popř. jiných silových obvodů. Teoretické rozbory musí být v rámci typové zkoušky (vozidla, trakčního zařízení atd.) vždy doplněny praktickými zkouškami na hotovém zařízení. Smyslem těchto zkoušek je při různých stavech ovlivňujícího zařízení zaznamenat ovlivňující proud, analyzovat ho (tj. oddělit z něj složku nebo složky, které mohou mít negativní vliv na činnost kolejových obvodů) a porovnat velikost ovlivňujících složek s dovolenými limity ovlivnění. Problémem při analýze signálu je skutečnost, že se ve většině případů nejedná o jevy stacionární, ale jevy výrazně proměnné s časem, momentálním stavem ovlivňujícího zařízení a případně dalších prvků. Měřící aparatura musí všechny tyto okolnosti reflektovat. Na obr. 12 je blokové schéma vhodného zařízení. Snímač musí snímat proudy, tekoucí ovlivňovaným zařízením. V případě, že je vyšetřován galvanický vliv jediného hnacího vozidla není nezbytné, aby snímaný proud byl proud tekoucí kolejovým obvodem. Je možné snímat proud v odpovídajícím místě na hnacím vozidle, popř. proud vracející se do napájecí stanice, tak jak je to praktické právě s ohledem na proměnnost měřených hodnot. Pokud ovšem má být vyšetřen celkový vliv vozidla (včetně případného vlivu magnetického pole vozidla), nezbývá než uskutečnit alespoň část měření na trati s modelovým kolejovým obvodem a výsledky porovnat s hodnotami naměřenými na vozidle nebo v trakční napájecí stanici. Komentář Snímač Filtr Záznam Analyzátor Obr. 17 Snímač musí být volen tak, aby zachytil s dostatečnou přesností celé zájmové frekvenční spektrum s ohledem na dynamiku signálu. Je vhodné aby sejmutý signál byl uložen ve dvou úrovních - poprvé jako celkový snímaný signál, podruhé jako signál bez dominantní složky (na stejnosměrné trakci složka stejnosměrná - snadno proveditelné, na střídavé trakci složka 50 Hz - obtížně proveditelné). Filtrace, jejímž účelem je zlepšení dynamických poměrů pro uložení i analýzu té části spektra, která je předmětem zájmu, nesmí ovšem nepříznivě ovlivnit věrohodnost výsledků. Je vhodné, aby záznamové médium umožňovalo současně se signály uložit i komentář, popisující všechny rozhodné okolnosti, za nichž jsou data získána. Před měřením je nezbytná kalibrace celého měřícího řetězce (nejlépe injektováním kalibračního signálu v oblasti dominantní složky i v oblasti zájmových kmitočtů) a zjištění rušivého pozadí. Analýza se provádí obvykle ve dvou etapách - poprvé jako orientační během vlastního měření a snímání hodnot, podruhé jako detailní analýza záznamů po skončeném měření. Zvláštní pozornost zaslouží již zmíněná proměnlivost měřených hodnot. Řešením je taková 23

100 analýza, která umožní prohlédnout a vyhodnotit celý záznam souvisle, bez vynechaných míst, ale přitom natolik váženě, aby byly vyloučeny krátkodobé jevy (včetně odezev na ně, způsobených měřícím řetězcem), které nejsou schopny nepříznivě ovlivnit kolejový obvod. V současné době se vyhodnocení provádí selektivním voltmetrem postupně nastavovaným na jednotlivé zájmové frekvence (tj. pracovní frekvence kolejových obvodů) a celé záznamy se opakovaně projíždí a časový snímek je dokumentován na grafu v souřadnicích Ir a t, s parametrem kmitočet (kmitočtové pásmo) a stav hnacího vozidla, při kterém byl snímek pořízen. Nově se připravuje metoda s využitím real-time analyzátorů a wavelet analýzy, zatím co automatické digitální analýzy na vybraných vzorcích ze záznamu byly odmítnuty pro nebezpečí, že i při značném množství vzorků může být pominuto něco důležitého. Přitom dosavadní zkušenosti ukazují, že při praktických zkouškách je třeba věnovat zvláštní pozornost následujícím stavům : a) vozidla : - vlivu kmitočtů pulzního měniče v závislosti na rychlosti a proudovém odběru vozidla, - vlivu různých stupňů poměrného tahu, - vlivu stavu hnacího vozidla (normální chod pulzních měničů, poruchový chod pulzních měničů, vyřazení jednoho podvozku, nesymetrie usměrňovacího můstku, filtr, atd.), - kombinaci více vozidel v napájecím úseku, b) napájecí stanice : - tolerance, symetrie a čistota napájecí sítě, - vliv poruch usměrňovacího můstku (u ss trakce), - vliv filtru a jeho poruch (u ss trakce). 7. Závěr Včasnou dohodou mezi výrobci hnacích vozidel a zabezpečovacími techniky se ČD podařilo zvládnout nástup vozidel druhé a třetí generace a zavedení topných agregátů do motorové trakce tak, že z tohoto titulu nevznikly prakticky žádné provozní problémy s kompatibilitou hnacích vozidel a kolejových obvodů. K tomu nepochybně přispěla skutečnost, že těmto otázkám se trvale a ve spolupráci věnovali pracovníci obou odvětví. Po dohodě výrobců lokomotiv a ČD byly do provozu připuštěny pouze pulzní měniče s pevnými řídícími kmitočty 33,3 Hz, 100 Hz a 300 Hz, které sami, ani jejich harmonické složky, neleží v oblastech kmitočtů vyhrazených u ČD pro kolejové obvody. Impulsní měniče s plynule řízeným kmitočtem nebyly u ČD připuštěny k provozu. Při zavádění nových hnacích vozidel s asynchronními motory se jen s obtížemi daří udržet rušení na vyhrazených pásmech 75 Hz a 275 Hz v dovolených limitech, přičemž v některých případech je vliv v ostatních vyhrazených (dnes nevyužívaných) pásmech překračován. Problematická je také dlouhodobá účinnost filtračních obvodů, jejichž doladěním bylo při typových zkouškách zajištěno dodržení limitních hodnot. Není také známo, jak se tyto hodnoty daří dodržet u dalších sériových výrobků. Těmto a řadě dalším otázkám z oblasti kompatibility je třeba se trvale věnovat. Nyní se tak neděje. 24

101 8. Literatura: [1] Detekce kolejových vozidel v železniční zabezpečovací technice. ČD-VÚŽ, Praha 1997 [2] pren (2002) Railway applications - Compatibility between rolling stock and train detection systems [3] Zpráva VÚŽ "Mezní hodnoty rušivých vlivů na kolejové obvody". Praha 1997 V Praze, březen 2002 Lektoroval: Ing. Vladislav Kyjovský 25

102 Josef Matuš, Eleonora Čermáková Studium nízkofrekvenčních elektromagnetických polí na elektrizovaných tratích ČD Klíčová slova: elektromagnetické pole nízkých frekvencí, indukovaná proudová hustota,kolejová vozidla, legislativa, měření, velikost intensity elektrického pole, velikost magnetické indukce, vnitřní klima (Indoor Climate). 1.Úvod Pracovní skupina Evropského centra pro životní prostředí a zdraví Světové zdravotnické organizace zasedala v květnu 2000 v nizozemském Bilthovenu, kde byly formulovány Principy práva na zdravé vnitřní prostředí. Míra kvality vnitřního prostředí je většinou vyjádřena platnými zákony v dané zemi. Běžně se studuje v pracovním i obytném prostředí teplota, vlhkost, prašnost, osvětlení, hluk, toxicita, mikrobiální charakter prostředí a pod.) Na technizovaných a ve velké míře elektrizovaných pracovištích (v současné době i v domácnostech) je středem pozornosti i studium elektromagnetických polí vyskytujících se v tomto prostředí. Zajímavá pro studium je i oblast velmi nízkých frekvencí zahrnující frekvenci 50Hz a v anglické literatuře má zkratku ELF ELMF Extremaly Low Frequency of Electromagnetic Field = elektromagnetické pole extrémně nízkých frekvencí. Jedním z typů pracovních prostředí, kde se vyskytuje nízkofrekvenční elektromagnetické pole, je prostor v kolejových vozidlech a na nástupištích elektrizované železniční trati. Poměrně vysoké hodnoty velikosti magnetické indukce ( jak z dalšího textu vyplyne jde o hodnoty podlimitní dle zákona č. 480/2000 Sb.) lze detekovat v kabině strojvedoucího pod střídavým i stejnosměrným vysokonapěťovým trolejovým vedením ČD konkrétně v našem případě ~ 25 kv / 50Hz. Značně vysoké hodnoty velikosti intenzity elektrického pole ( jak z dalšího textu vyplyne jde o hodnoty podlimitní dle zákona č. 480/2000 Sb.) lze detekovat i na nástupištích nádraží pod střídavým i stejnosměrným vysokonapěťovým trolejovým vedením. ELF ELMF proniká do vozů vlakové soupravy i do kabiny strojvedoucího. Do kabiny strojvedoucího proniká rovněž elektromagnetické pole ze strojovny, která je oddělená od kabiny pouze dveřmi. S ohledem na vlastnosti elektrické a magnetické složky ELF ELM pole, experimentální zařízení a vybudovanou teorii indukovaných proudů v elektricky vodivé lidské tkáni, je níže v textu sledována převážně magnetická složka elektromagnetického pole v kabině strojvedoucího, na nástupištích je detekována jak magnetická, tak i elektrická složka tohoto typu elektromagnetického pole. Magnetická složka ELF ELM pole prochází lidským i jiným živým elektricky vodivým organizmem téměř nezměněna a reaguje s ním dvěma základními způsoby. Jednak indukuje přídavné elektrické proudy, které mohou narušit funkci Ing. Josef Matuš, nar Absolvent VŠDS Žilina (1982) obor Provoz a údržba dráhových vozidel. V současné době vrchní přednosta DKV Brno. RNDr. Eleonora Čermáková, CSc., nar Absolventka MUPF Brno, obor Elektronika a vakuová fyzika. V současné době odborný asistent na VUT FAST Brno.

103 životně důležitých orgánů v lidském těle, jednak může ovlivnit velikost výstupního potenciálu buněk živé tkáně a narušit rovnovážný tok iontů draslíku, sodíku, vápníku a jiných iontů buněčnou blanou a tím narušit celkovou rovnováhu v lidském těle. Elektrická složka ELF ELMF nabíjí povrch lidského těla a většinou tělem neprostupuje. Do ledna t.r. neexistoval v české republice zákon, který by limitoval úrovně těchto typů elektromagnetických polí. Od vstupuje v platnost nařízení vlády z O ochraně zdraví před neionizujícím zářením, zákon č. 480/2000 Sb., který již limituje úrovně velikosti magnetické indukce a velikosti intenzity elektrického pole ELF ELMF. Existuje matematicko fyzikální aparát, který teoreticky odvozuje velikost indukované proudové hustoty v lidském těle, které je exponované elektromagnetickým polem o určité frekvenci a výše uvedeným zákonem je stanovena její limitní hodnota. 2. Výpočet proudové hustoty v lidském těle indukované elektromagnetickým polem nízkých frekvencí. (ELF ELMF) V zákoně 480/2000 jsou uváděny limitní hodnoty indukované proudové hustoty v lidském těle, které je exponované nízkofrekvenčním elektromagnetickým polem. Jde o výpočet indukované proudové hustoty vyvolané velikostí magnetické indukce B(ω ). Střídavá magnetická složka ELF ELMF proniká téměř neproměnná lidskou vodivou tkání a indukuje proud o určité proudové hustotě. Elektrická složka téhož nízkofrekvenčního elektromagnetického pole nabíjí jen povrch lidského těla. Výpočet velikosti proudové hustoty vychází ze zjednodušeného předpokladu kulového tvaru lidského, elektricky vodivého těla o konstantní elektrické vodivosti σ, relativní magnetické permitivitě µ r = 1, poloměru zjednodušeného modelu lidského těla r a intenzitě H vektoru magnetické složky elektromagnetického pole o frekvenci f. Vztah mezi vektorem magnetické indukce B (ω ) a vektorem intenzity magnetického pole H (ω ) je dán rovnicí B (ω ) = µ H (ω ), (1) indukční tok Φ (ω ) jdoucí plochou S (kruhový průřez kulového modelu) je vyjádřen rovnicí Φ (ω ) = B(ω )ds. (2) S Jestliže rozměr kruhového průřezu je menší než vlnová délka působícího elektromagnetického pole ( tento předpoklad je splněn pro ELF ELMF) lze předpokládat, že B (ω ) je konstantní přes plochu S. V tomto případě indukované napětí e(ω ) podél kruhového obvodu elektricky vodivého modelu lidského těla lze psát dle Lenzova zákona ve tvaru: e(ω ) = -ω Φ(ω ) = -ω µ S H(ω ). (3) Průměrná hodnota velikosti intenzity indukovaného elektrického pole E podél velikosti obvodu Γ kruhového průřezu je dán rovnicí e( ω) S E(ω ) = = ωµ H ( ω) Γ Γ, (4) hodnota velikosti proudové hustoty J(ω) je dána Ohmovým zákonem ve tvaru: S J ( ω ) = σe( ω) = σωµ H ( ω) Γ (5) Pro kruhový průřez platí S=π r 2, Γ=2π r (6) a pro velikost indukované proudové hustoty lze psát:

104 J( ω ) = K( ω ) r and K( ) 2 ω = σωµh (ω ) = σωb (ω ). (7) Ze vzorce (7) vyplývá, že velikost indukované proudové hustoty je úměrná elektrické vodivosti lidského těla σ, frekvenci proměnného pole f, kde ω = 2πf, a velikosti magnetické indukce B(ω) periodicky proměnného elektromagnetického pole. Rovnice (7) je základní vztah používaný pro výpočet indukované proudové hustoty v lidském těle a v zákoně 480/2000 je limitována její hodnota a je odvozena od průměrné hodnoty elektrické vodivosti lidského těla. Je nutné podotknout, že elektrická vodivost různých lidských tkání a orgánů ( plíce, srdce apod.) je rozdílná. Liší se rovněž elektrická vodivost těla novorozenců, dospělých jedinců i starých lidí. Tato skutečnost je brána v úvahu pouze v legislativě ve Velké Británii a limitní hodnoty indukované proudové hustoty, velikosti magnetické indukce a velikosti elektrické intenzity jsou rozdílné pro dospělé a pro děti; naše zákony tuto skutečnost neberou v úvahu. 3. Současná legislativa pro ELF ELM pole v České republice Od vstupuje v platnost nařízení vlády z O ochraně zdraví před neionizujícím zářením zákon č. 480/2000 Sb. Níže vybrané paragrafy se týkají problematiky ELF ELM polí ( frekvence 0,1Hz 2 khz.) V tabulce 1 je udána limitní hodnota indukované proudové hustoty v lidském těle vyvolaná elektromagnetickými poli typu ELF ELM. Tabulka 1: Indukovaná proudová hustota [ J/ A.m -2 ] - nejvyšší přípustné hodnoty Zaměstnanci Ostatní osoby Frekvence f/hz J/ A.m -2 J /A.m -2 < 1 0,057 a) 0,011 a) 1 4 0,04 /f 0,08 /f ,01 0,002 a) špičková hodnota Referenční úrovně velikosti intensity elektrického pole a velikosti magnetické indukce pole typu ELF ELM jsou udány v následující tabulce.

105 Tabulka 2: Referenční úrovně intenzity elektrického pole a magnetické indukce pro zaměstnance a ostatní osoby. Platí pro nepřetržitou expozici. frekvence/hz Inten. elektr. pole E/V.m -1 zaměstnaci < 1 pro statické pole není zavedena referen. úroveň Inten. elektr. pole E/V.m -1 ostatní osoby pro statické pole není zavedena referen. úroveň Magn. indukce B/ T (tesla) zaměstnanci Magn. indukce B/T ostatní osoby 0,28 a) 0,056 * ,2/f 2 0,04/f ,025/f 0,005/f /f 2, /f (pro /f 0,005/f (pro )Hz 800)Hz Vysvětlivky k tabulce 2: * ) špičková hodnota a) časový průměr magnetické indukce ve směně při expozici zahrnující trup nebo hlavu. 4. Experiment K měření nízkofrekvenčního elektromagnetického (ELF ELM) pole v kabině strojvedoucího i pod VN trolejí ČD bylo použito přístroje EFA 300 firmy WANDEL & Goltermann. Přístroj umožňuje měřit nízkofrekvenční magnetické i elektrické pole. K měření magnetické složky je detektor pro měření velikosti magnetické indukce ELF ELM pole zabudován v těle přístroje. Pro větší přesnost měření je možné připojit vnější kulovou sondu. Na obr. 1 je zobrazen displej přístroje EFA 300. Z tohoto displeje lze odečíst průměrnou detekovanou hodnotu velikosti magnetické indukce o aktuální frekvenci a rovněž procentuální zastoupení hodnoty velikosti magnetické indukce ve směru os x, y a z. Ve spodní části displeje je zobrazeno aktuální nastavení přístroje. Přístroj EFA 300 má možnost volby rozsahu měření od 100 nt do 10 mt, Dále je možné nastavit detekci maximální hodnoty (PEAK) nebo průměrnou hodnotu (RMS). V našem případě bylo měření prováděno v režimu RMS, neboť i limitní hodnoty v nařízení vlády 480/2000 vycházejí z průměrných hodnot velikosti magnetické indukce. Důležitá pro výsledky měření je volba frekvenčního filtru. Je možné zvolit úzkopásmový filtr (16,7 Hz; 33,3 Hz; 50 Hz; 60 Hz; 100 Hz; 120 Hz; 1,2 khz celkem 11 možných voleb), nebo širokopásmový filtr ( 4 možné volby 5 Hz 2 khz; 30 Hz - 2 khz; 5 Hz 30 khz; 30 Hz 30 khz). V našem případě byl zvolen širokopásmový filtr 30 Hz 2 khz. V souboru detekovaných hodnot frekvencí převládala frekvence 50 Hz.

106 Obr. 1: Displej přístroje EFA 300 Při měření elektrické složky ELF ELM pole je nutné připojit krychlovou sondu k tělu přístroje optickým kábelem. Měření elektrického pole je oproti měření magnetického pole značně problematické, neboť předměty nacházející se v elektrickém poli velmi zkreslují výsledky měření. Je třeba dbát na to, aby byl během měření vliv uspořádání přístrojů minimální. Při měření elektrické složky ELF ELM pole musí být základní přístroj i osoby provádějící měření co nejdále od senzoru, senzor musí být upevněn na stativu a odizolován od hlavy stativu. Povrch senzoru a upevňovacího zařízení musí být po dobu měření suchý, neboť vlhkost také ovlivňuje výsledky měření. Magnetometr EFA 300 používá k přenosu dat optické rozhraní (data jsou přenášena po optickém vláknu světlem, aby nebyla data zkreslena přenosem, jak k tomu někdy dochází klasickou cestou). Přístrojem EFA 300 byl změřen průběh magnetické složky nízkofrekvenčního elektromagnetického pole v kabině strojvedoucího v lokomotivě řady 350 na rychlostním koridoru Břeclav Brno. V kabině nebyla měřena elektrická složka ELF ELM pole, neboť v malém prostoru kabiny by byly naměřené hodnoty zkreslené. Trať Břeclav - Brno je zatrolejovaná střídavou proudovou soustavou 25 kv / 50 Hz. Průběh změn velikosti magnetické indukce B/tesla je zobrazen na grafu 1. Na ose y grafu je vynesena velikost magnetické indukce, na ose x - čas jízdy vlakové soupravy. Záznam magnetické indukce začíná v čase 13:41:52 h, kdy vlaková souprava vyjíždí ze železniční stanice Břeclav. Na grafu je patrné zvýšení hodnoty magnetické indukce na 1, T, vlak zde dosáhl rychlosti 40 km/h. (Se zvyšujícím se výkonem trakčních motorů indukuje se i větší hodnota magnetické indukce tentýž efekt nastává při brždění vlakové soupravy.) Bezprostředně dochází k poklesu rychlosti (vypnutí motorů jízda na volnoběh) a rovněž k poklesu velikosti magnetické indukce. Při zvyšování rychlosti vlakové soupravy na 80 km/h narůstá opět velikost magnetické indukce na hodnotu blížící se hodnotě T. V čase 13:43:22 h došlo ke stažení sběračů při projezdu neutrálním polem ( trakční napájecí stanice), při kterém klesá velikost magnetické indukce na nulu. Následuje další nárůst hodnot velikosti magnetické indukce při zvyšování rychlosti vlaku ze 75 km/h na 155 km/h, čemuž odpovídá nárůst velikosti magnetické indukce na hodnotu T. K nulovým hodnotám magnetické indukce dochází při projetí neutrálního pole za Šakvicemi v časovém intervalu 13:56:30 h 13:56:40 h a za Modřicemi 14:05:36 h 14:05:45 h. Při rychlém brždění elektrodynamickou brzdou z 80 km/h na 40 km/h v časovém intervalu 14:10:30 h 14:10:40 h narůstá hodnota magnetické indukce na 4, T. V časovém okamžiku 14:11:10 h dochází k dalšímu brždění za pomocí elektrodynamické brzdy - hodnoty magnetické indukce dosahují velikosti 2, T. V časovém okamžiku 14:12:00 h vlak zastavil v železniční stanici Brno hlavní nádraží.

107 V kabině strojvedoucího byla rovněž změřena velikost magnetické indukce těsně při otevřených dveřích do strojovny, při maximálním zatížení motorů. Maximální hodnota magnetické indukce dosahuje nadlimitních hodnot 0,16 mt. Touto hodnotou magnetické indukce však strojvedoucí není exponován, neboť prostor od strojovny je vždy stíněn zavřenými dveřmi (viz graf 2). Na nástupišti v železniční stanici Břeclav byly rovněž změřeny velikosti intenzity elektrického pole. Měření bylo provedeno po délce 11 m, na okraji nástupiště (místo s maximálním výskytem cestujících). Viz graf 3. Maximální hodnota velikosti intenzity elektrického pole dosahuje 1,1 kv/m. Mírně zvlněný průběh velikosti magnetické indukce je způsoben okamžitým proměnným odběrem elektrické energie z trolejového veden. Na grafu 4 je rovněž změřena velikost intenzity elektrického pole při přibližování vlakové soupravy. Maximální hodnota intenzity elektrického pole vzrostla na téměř na 3 kv/m.

108 Graf 1: Průběh velikosti magnetické indukce na trati Břeclav - Brno, trolejové vedení 25 kv/50hz, lokomotiva řady 350

109 Graf 2: Průběh velikosti magnetické indukce při otevřeném vchodu do strojovny, při maximálním výkonu motorů. Graf 3: Velikost intenzity elektrického pole na nástupišti v Břeclavi. (Měřeno na okraji nástupiště po délce 11 m s krokem měření 1m.)

110 Graf 4: Změna velikosti intenzity elektrického pole na nástupišti při očekávaném příjezdu vlakové soupravy. Na nástupišti byl rovněž změřen průběh magnetické indukce. Maximální hodnota se pohybuje kolem 1 µt (graf 5). Při přijíždějících vlakových soupravách se mění na konstantním stanovišti i velikost průběhu magnetické indukce na nástupišti (graf 6). V okamžiku příjezdu vlakové soupravy se na daném místě nástupiště mění během několika vteřin velikost magnetické indukce téměř 1,7 krát - z 1,3 µt na 2,2 µt (graf 7). Graf 5: Průběh magnetické indukce na nástupišti. Maximální hodnota se pohybuje kolem 1µT.

111 Graf 6: Při přijíždějících vlakových soupravách se mění i velikost průběhu magnetické indukce na nástupišti. Graf 7: V okamžiku příjezdu vlakové soupravy se na daném místě nástupiště mění během několika vteřin velikost magnetické indukce.

112 5. Závěr Porovnáme li naměřené hodnoty velikosti magnetické a elektrické složky ELF ELM pole s limitními hodnotami uváděnými v zákonu 480/2000 pro ELF ELM pole docházíme k následujícímu závěru. a) Velikost magnetické indukce ELF ELM pole v kabině strojvedoucího - viz graf 1, nedosahuje limitních hodnot ani pro profesionály ( T), ani pro běžné obyvatelstvo ( T). Maximální naměřená hodnota velikosti magnetické indukce v kabině strojvedoucího dosahuje 4, T, což je o půl řádu méně, než jsou referenční hodnoty zákona 480/2000. Poněvadž však změnou magnetického pole vznikají indukované proudy ve vodivém prostředí, jsou rychlé časové změny velikosti magnetické indukce v kabině strojvedoucího při nejmenším nežádoucí. Velikost magnetické indukce se mění v krátkých časových okamžicích v rozmezí i několika řádů a může způsobit v lidském těle nacházejícím se v exponovaném prostředí v úvodu vyjmenované efekty zdravotního rázu. Odstíněním magnetické složky ELF ELMF od kabiny strojvedoucího, včetně dveří od strojovny by se výše popsaná situace podstatně zlepšila. b) Velikost elektrické složky ELF ELM pole detekovaná na nástupišti, (grafy 3, 4) rovněž nedosahuje limitních hodnot zákona 480/2000. (Limitní hodnoty jsou 10 kv/m a 5 kv/m pro profesionály i pro obyvatelstvo.) Vzhledem ke krátkodobému pobytu cestujících na nástupišti není nutné považovat tuto hodnotu za nebezpečnou. c) Velikost magnetické indukce ELF ELM pole detekovaná na nástupišti (grafy 5, 6, 7) rovněž nedosahuje limitních hodnot zákona 480/2000 a je detekována 2 řády pod limitními hodnotami. (Limitní hodnoty jsou 0,5 mt pro profesionály a 0,1 mt pro obyvatelstvo.) Vzhledem ke krátkodobému pobytu cestujících na nástupišti není rovněž nutné považovat tuto hodnotu za nebezpečnou. Literatura: [1] Sbírka zákonů 480/2000. (Nařízení vlády ze dne O ochraně před neionizujícím zářením. [2] Lajčíková, A.: Právo na zdravé vnitřní ovzduší. Tepelná ochrana budov lv, 2, 2001, str [3] Polk, Ch. Postow, E.: Biological Effects of Electromagnetic Fields, CRC, Press New York,1995. [4] Čermáková, E.- Pekař, K.: Study of Low Frequency Electromagnetic Fields Under High Voltage Lines. In: Physical Properties of Materials. Proc. of International Workshop. Edited by J. Zámečník, 2000 Bratislava, Slovak University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Department of Physics, s , ISBN [5] Matuš, J.-Čermáková,E.: Nízkofrekvenční elektromagnetické pole v kabině strojvedoucího lokomotivy na elektrifikované železniční trati. Nová železniční technika (v tisku). [6] Čermáková, E.: Magnetická pole nízkých kmitočtů s netepelnými účinky - faktor ovlivňující vnitřní klima budov. TZB - Haustechnik, (vydavatelství ALFA Conti s.r.o., Bratislava & Strobel Verlag, Arnsberg, SRN) III, 1995, 6, pp ISBN [7] Čermáková, E.: Human Exposures to ELF Magnetic Fields. (Wplyv pol magneticznych ELF na clowieka) In.: SPETO 98 21st. Seminar of Fundamentals of Electrotechnics

113 and Circuit theory,(org. Instytut Elektrotechniki Teoretycznej i Przemyslovej Politechniki Ślaskiej) Gliwice-.Ustroň , s [8] Čermáková, E.: ELF Magnetic Fields in the Indoor Climate and the Magnetically induced currents in the Human body. In:Indoor Climate of Buildings 98 - Health and Comfort vs Intelligent Technology,(org. Slovak Society of Environmental Technology, Association of Slovak Scientific and Technological Societes) High Tatra - Štrbské Pleso, Slovac Rep December, 1998, s [9] Čermáková, E.-Foltýnová, S.-Hatáková, I.-Machalec, O.-Merunková, M.-Pekař, K.- Šimek, K.: Studium technických zařízení budov z pohledu emise nízkofrekvenčního elektromagnetického pole. In.: Inteligentne budovy, lx.2000, Vysoké Tatry, Nový Smokovec, h. Park, (ed. J. Ehrenwald, Bratislava, TU Fstv, SSTP, 2000, s SSTP0029. Poznámka Tato studie vznikla v rámci výzkumného záměru na VUT FAST Brno č.: CEZ.J22/98: , a v rámci česko-slovenské vědeckotechnické spolupráce č. 226/290 a 251/066, kterou podporuje MŠMaT České a Slovenské republiky. V Brně, leden 2002 Lektorovali: Ing. Jiří Doubrava ČD DOP O12 Doc. Ing. Karel Hlava, CSc. ČD SŽE Hradec Králové Ing. Jiří Urbánek GŘ ČD Samostatné oddělení ekologie - 28

114 Karel Hlava Parametry odběru elektrické energie dvanáctipulzním trakčním usměrňovačem v závislosti na jeho zatížení Klíčová slova: dvanáctipulzní usměrňovač, harmonické primárního proudu, účiník základní harmonické. 1. Úvod Metoda simulace chování elektrických obvodů na PC umožňuje analyzovat podrobněji chování dvanáctipulzního trakčního usměrňovače ČD vůči napájecí síti 22 kv. Provedená analýza podává obraz o následujících veličinách charakterizujících odběr elektrické energie v závislosti na zátěži usměrňovače: účiník základní harmonické, velikost úhlu překrytí fázových proudů, poměrný obsah harmonických v primárním proudu obou částí schématu, poměrný obsah harmonických v celkovém primárním proudu, vztah mezi úhlem překrytí fázových proudů a fázovým posunem složky základní harmonické primárního proudu vůči křivce napájecího napětí. Trakční usměrňovač používaný na ČD má jednotné schéma dvojitého trojfázového můstku, což umožňuje dvanáctipulzní usměrnění trakčního proudu. Dnes nejvíce ceněnou vlastností tohoto schématu je, že v jeho primárním proudu se jako nejnižší z harmonických objevuje až 11. harmonická, následovaná pak harmonickými řádu 13, 23, 25, atd. Vůči napájecí straně 22 kv se trakční usměrňovač projevuje jako zdroj proudových harmonických uvedených řádů. Poměrný obsah proudových harmonických vztažený na obsah harmonické základní (50 Hz) je v literatuře uváděn tzv. amplitudovým zákonem, podle kterého je poměrný obsah n-té harmonické dán výrazem I = 100 n [%] (1) n Platnost tohoto zákona je však podmíněna dvěma předpoklady, a to: 1. usměrněný proud je dokonale vyhlazený indukčností zatěžovacího obvodu ( L ), 2. transformátor napájející usměrňovač má zanedbatelný rozptyl ( u 0 ). První předpoklad je v podmínkách trakčního usměrňovače do jisté míry splněn. Trakční usměrňovač má ve svém zatěžovacím obvodu zařazen reaktor pro omezení strmosti nárůstu Doc. Ing. Karel Hlava, CSc., nar. 1930, absolvent ČVUT FEI, obor elektrická trakce r. 1953, vědecký pacovník (ČD VÚŽ, TÚDC, SŽE), nyní docent katedry elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice. k d 1

115 zkratového proudu a podélná indukčnost trakčního vedení včetně vnitřní indukčnosti hnacích vozidel dávají požadovaný indukční charakter zátěže. Druhý předpoklad však splněn není, protože trakční transformátor usměrňovače nutno považovat za reálný transformátor a jako takový vždy vykazuje jistou hodnotu rozptylové reaktance představované napětím nakrátko u k. Z toho důvodu nelze bez dalšího rozboru považovat poměrný obsah harmonických v primárním proudu s hodnotami podle amplitudového zákona za platný a vliv nenulové hodnoty rozptylové reaktance na toto spektrum vyžaduje zvláštní analýzu. 2. Prameny pro analýzu vlivu rozptylové reaktance transformátoru usměrňovače Pramen [1] na str. 365 až 367 posuzuje vliv rozptylové reaktance transformátoru usměrňovače na efektivní hodnotu primárního proudu, avšak nerozebírá její vliv na spektrální složení tohoto proudu. Navíc neobsahuje podklady pro dvojité trojfázové můstkové schéma usměrňovače z toho důvodu, že v době vydání tohoto pramene nebylo toto schéma víceanodovými rtuťovými usměrňovači realizovatelné. Pramen [2] v kapitole 2.15 na str. 174 až 181 cituje výše uvedený amplitudový zákon. V závěru kapitoly pak jsou v [2] uvedeny výsledky pramene [4], kde autor uvádí bez bližšího odvození výraz pro opravnou veličinu k hodnot spektra primárního proudu v závislosti na úhlu překrytí γ výrazem (pro neřízený usměrňovač) k InA E X 2 / a ( ) L( ) cos( ) = K γ γ γ (2) kde I na je efektivní hodnota složky n-té harmonické v anodovém proudu E 2 efektivní hodnota fázového napětí X a anodová reaktance způsobující vznik úhlu překrytí γ K( γ ) a ( ) L γ jsou pomocné veličiny definované následujícími výrazy K L ( γ ) ( γ ) = = sin π n sin π n 2 ( n ) ( n 1) γ 2 1 sin ( n ) ( n + 1) γ γ ( n+ ) sin ( n ) ( n 1) ( n+ 1) γ (3) (4) Poznámka: Číselné hodnoty těchto pomocných veličin jsou vykresleny v pramenu [2] na obrázcích č Celý rozbor je však založen na šestipulzním schématu usměrňovače a uvádí proto i hodnoty pro 5. a 7. harmonickou, které se v primárním proudu dvanáctipulzního usměrňovače nevyskytují. 2

116 V pramenu [3] se již v kapitolách na str. 77 až 79 uvádí dvanáctipulzní schéma usměrňovače a v kapitole na str. 79 až 82 se opět cituje amplitudový zákon. Navíc jsou uvedeny i časové průběhy primárních proudů způsobovaných jak sekcí hvězdy tak i trojúhelníka trakčního transformátoru (obr. 2.23). Hodnoty jednotlivých spektrálních složek primárního proudu však uvedeny nejsou, je zde jen odkaz na pramen [2]. Vliv úhlu překrytí na hodnoty spektra primárního proudu není sledován vůbec. 3. Podstata vlivu úhlu překrytí na spektrum primárního proudu usměrňovače Obecně platí, že největší hodnoty jednotlivých spektrálních složek daného časového průběhu (např. primárního proudu usměrňovače) dostaneme, budou-li se v tomto časovém průběhu vyskytovat jisté partie se strmými boky. Tak např. čistě obdélníkový průběh podle obrázku 1 vykazuje podle [5] poměrné amplitudy jednotlivých spektrálních složek dané výrazem (analogie amplitudového zákona) kde i i n 1 1 = n i 1 je hodnota spektrální složky základní harmonické, hodnota spektrální složky n-té harmonické. i n (5) Jestliže vyloučíme strmé nárůsty sledované veličiny a nahradíme je např. lineárními náběžnými hranami v délce α elektrických stupňů podle obrázku 2 (průběh jako podle rovnoramenného lichoběžníka), bude podle [5] pro poměrné amplitudy jednotlivých spektrálních složek platit výraz kde i i n 1 1 sin = 2 n sin ( n α) ( α) α je poměrný časový interval, během kterého probíhá sledovaná veličina náběžnou nebo odběhovou hranou rovnoramenného lichoběžníka (6) Uvedené výrazy dávají následující procentní hodnoty spektrálních složek: n obdélník lichoběžník lichoběžník lichoběžník (α=10 ) (α=20 ) (α=30 ) 3 33,3 32,0 28,1 22,2 5 20,0 17,6 11,5 4,0 7 14,3 11,0 3,8 2,0 9 11,1 7,1 0,0 2,5 11 9,1 4,5 1,6 0,8 13 7,7 2,6 1,7 0,6 Z tabulky je patrno, že časový průběh podle rovnoramenného lichoběžníka vykazuje ve srovnání s časovým průběhem definovaným jako obdélník. podstatně menší poměrné hodnoty jednotlivých spektrálních složek. 3

117 Dále je patrno, že čím jsou náběžné i odběhové hrany pozvolnější (tedy čím je větší hodnota poměrného časového intervalu α ), tím jsou tyto rozdíly větší. 4. Časový průběh primárního proudu usměrňovače v období komutace Trakční usměrňovač 3 kv je od samého začátku elektrizace ČSN realizován původně jednoanodovými rtuťovými usměrňovači, později pak křemíkovými diodami, vždy však (až na malé výjimky) ve dvanáctipulzním schématu. Toto schéma vyžaduje, aby transformátor trakčního usměrňovače obsahoval dvojici sekundárních vinutí, z nichž jedno je spojeno jako hvězda, druhé pak jako trojúhelník. Primární vinutí je společné a zapojené do hvězdy. Podmínkou pro napětí fázových vinutí je, aby sdružená napětí jimi tvořená a přiváděná k usměrňovacím můstkům měla stejné hodnoty. Další podmínkou pak je, aby rozptylové reaktance obou sekundárních vinutí (vztažené na jejich stejná sdružená napětí) byly také stejné, aby oba můstky dodávaly stejný díl (polovinu) celkového zatěžovacího proudu usměrňovače. Diody obou částí usměrňovače jsou napájeny galvanicky oddělenými sekundárními vinutími (uzel části hvězda je vyveden pouze pro připojení svodičů přepětí, část zapojená do trojúhelníka žádný uzel nemá). Známý mechanizmus postupného vedení proudu jednotlivými diodami předpokládá, že se diody střídají ve vedení zatěžovacího proudu tak, že od okamžiku průsečíku dvou po sobě jdoucích sinusovek napájecího napětí: proud diodou, náležející narůstajícímu napájecímu napětí, se zvětšuje podle zákona daného výrazem i ωt = A cos ωt (7) [ ] ( ) ( ) D1 1 proud diodou, náležející klesajícímu napájecímu napětí, klesá podle zákona daného výrazem i ( ω D2 t) = A cos ( ω t) (8) V obou těchto výrazech značí veličina A hodnotu usměrněného proudu. Sečteme-li oba výrazy i D1 ( ω t) + i D2 ( ω t) = A (9) dostaneme splnění předpokladu, že i během komutace proudů v diodách D1 a D2 zůstává hodnota usměrněného proudu konstantní. Dioda připojená na opačnou polaritu výstupního napětí usměrňovače se při komutaci nijak neprojeví a vede proud trvale. Doba, za kterou dosáhne proud v diodě D1 hodnotu usměrněného proudu a v diodě D2 klesne k nule, nazýváme úhlem překrytí γ. Obecně platí pro jeho hodnotu výraz cos( γ ) = 1 2 I DC XA (10) U 2 6 kde I DC je hodnota usměrněného proudu, dodávaného danou částí můstkového usměrňovače (polovina celkového proudu zátěže usměrňovače) X A hodnota anodové reaktance (dána rozptylem transformátoru), efektivní hodnota fázového napájecího napětí. U 2 4

118 Poznámky: násobitel 2 v čitateli značí, že ve fiktivním zkratovém obvodu vytvořeném v období komutace mezi dvěma fázemi napájecího napětí jsou zapojeny v sérii dvě náhradní reaktance X A náležející oběma fázovým napětím transformátoru, číslo 6 pod odmocninou přepočítává efektivní hodnotu fázového napětí na vrcholovou hodnotu napětí sdruženého. Díky popsanému jevu komutace se strmosti nárůstových i odběhových boků křivky časového průběhu primárního proudu zmírní, a to tím více, čím větší je délka období komutace γ, hodnota usměrněného proudu I DC a čím větší je rozptylová reaktance transformátoru usměrňovače X A při stálé hodnotě napájecího napětí U 2. Časový průběh primárního proudu usměrňovače v daném dvanáctipulzním schématu, znázorněný na obrázku 3, se skládá ze dvou průběhů, a to: z průběhu primárního proudu daného sekundárním vinutím usměrňovačového transformátoru zapojeného do hvězdy, viz obrázek 4 z průběhu primárního proudu daného sekundárním vinutím usměrňovačového transformátoru zapojeného do trojúhelníka, viz obrázek 5. Součtový proud vykazuje ve svém časovém průběhu za jednu půlperiodu: tři oblasti komutace, kdy primární proud narůstá, tři oblasti komutace, kdy primární proud klesá. 5. Spektrální analýza celkového primárního proudu dvanáctipulzního usměrňovače Pro spektrální analýzu byl použit SW SPice, verze 4.0, která byla získána jako evaluation version bez nároků na úplatu. Netlist popisující celé schéma je uveden v následující tabulce: Sekce hvězdy: pomocný prvek: zatěžovací obvod: Dvanáctipulzní usměrňovač můstkový pro úhel překrytí RPOM G RZ fázové indukčnosti: diodová usměrňovací skupina: fázová napájecí napětí: LZ L m L m L m D D D D D D D D D D D D 5

119 Sekce trojúhelníka: pomocný prvek: zatěžovací obvod: fázové indukčnosti: VA 6 95 sin( ) VB 7 95 sin( ) VC 8 95 sin( ) RPOMa G RZa LZa L1a m L2a m L3a m diodová usměrňovací skupina: D12a 10 0 D D11a D D22a 20 0 D D21a D D32a 30 0 D D31a D fázová napájecí napětí ve hvězdě vzniklé transfigurací trojúhelníka: VAa sin( ) VBa sin( ) VCa sin( ) společné prvky pro ovládání výpočtu.model D d () ; *ipsp*.probe I(L1) I(L1a) I(L2a).tran 1.000u u ; *ipsp*.end Poznámky k netlistu SPice: 1. Program SPice vyžaduje, aby jeden bod obvodu byl určen jako vztažný bod a je označen symbolem 0. V daném případě byl takto označen jeden pól usměrněného výstupního napětí. 2. Výpočet programem SPice v případě použití nelineárních prvků (zde usměrňovacích diod) odmítá v jistých časových okamžicích konvergovat. Z tohoto důvodu jsou uzly obou napájecích hvězd ( 95 a 85 ) propojeny pomocnými odpory RPOM a RPOMa s uzlem 0, a jejich zvolená hodnota RPOM = RPOMa = 1 GΩ nijak neovlivní výstupní číselné hodnoty. 3. Zatěžovací obvody obou sekcí jsou tvořeny sériovou kombinací RZ = RZa = 200 Ω a vyhlazovací indukčnosti LZ = LZa = 1,2 H, zapojenou na výstupní svorky usměrňovače značené 4 a 40. Hodnota vyhlazovacích tlumivek LZ a LZa byla zvolena tak, aby zajistila postačující vyhlazení výstupního proudu obou sekcí odděleně a nikoliv jen celého usměrňovače. 4. Hodnoty fázových tlumivek L1, L2, L3, L1a, L2a a L3a byly měněny postupně v mezích od 0,5 mh do 24,4 mh. Výchozí nejmenší hodnota byla omezena konvergencí výpočtu, horní hodnota pak vykázala úhel překrytí γ 22 elektrických stupňů, což se blíží poměrům při jmenovitém zatížení usměrňovače. 6

120 5. Pro usměrňovací diody byl zvolen standardní knihovní model značený D. 6. Fázová napájecí napětí sekce hvězdy jsou značena VA, VB a VC, mají amplitudu 2050 V při průmyslovém kmitočtu 50 Hz a vzájemné fázové úhly po 120 elektrických stupních. 7. Napájecí napětí sekce trojúhelníka odpovídají hvězdě vzniklé transfigurací trojúhelníka s napětími VAa, VBa a VCa, protože v programu SPice se nepodařilo realizovat napájení ve schématu trojúhelníka napětí. 8. Okamžité hodnoty primárního proudu v přívodu do sekce hvězdy I Y jsou při výpočtu vzaty jako hodnoty proudu I(L1) procházejícího prvkem L1, připojeným na fázové napětí VA; pro proud I Y tedy platí výraz ( ) I = Y I L 1 (11) 9. Okamžité hodnoty primárního proudu v přívodu do sekce trojúhelníka I D jsou vyjádřeny ve smyslu Kirchhoffova zákona s použitím: proudu I(L1a) procházejícího prvkem L1a připojeným na napětí VAa pootočeného vůči napětí Va o 30 elektrických stupňů, proudu I(L2a) procházejících prvkem L2a připojeným na napětí VBa, přičemž tento proud nutno odečítat, protože teprve napětí (-VBa) je vůči napětí Va otočeno také o 30 elektrických stupňů, avšak v opačném smyslu než napětí VAa; pro proud I D tedy platí výraz [ ( ) ( )] I I L 1 a I L 2 a : 3 (12) D = 10. Okamžité hodnoty celkového proudu v přívodu do usměrňovače I CELK jsou pak dány součtem podle výrazu I = I + I = I L1 + I L1a I L2a : 3 (13) CELK Y D [ ] ( ) ( ) ( ) 11. V závěru netlistu je uvedeno, že budou zobrazeny časové průběhy s krokem po 1 µs až ve čtvrté periodě (od 60. do 80. milisekundy po zapnutí), jak definuje ustanovení.tran 1.000u u ; *ipsp* (14) 12. Pro analýzu byl použit režim Transient s parametry: PRINT STEP 1.00u STEP CEILING 40.0u Pro spektrální analýzu poskytuje SW SPice verze 4.0 dvě možnosti, a to: je-li analyzovaný časový průběh uveden v seznamu průběhů počítaných přímo tímto programem, pak je možné získat soubor amplitudových i fázových charakteristik jednotlivých harmonických přímo v tabulkové formě až do předem zadaného řádu; to se týká analýzy např. výrazu (11), 7

121 je-li však analyzovaný časový průběh popsán kombinací několika průběhů počítaných individuálně přímo SW SPice, jako např. výrazem (12) nebo (13), pak je nutno použít metody převodu analyzovaného kombinovaného časového průběhu do frekvenční oblasti Fourierovou transformací, která poskytne možnost odečtu amplitud jednotlivých spektrálních složek zadaného časového průběhu. 6. Vyšetření hodnot úhlu překrytí fázových proudů Úhel překrytí fázových proudů γ je jistým ukazatelem zatížení usměrňovací skupiny. Jeho hodnota narůstá v souladu s výrazem (10) za jinak stejných podmínek (daných hodnotami X A a U 2 ) s rostoucím proudovým zatížením usměrňovače I DC od nulové hodnoty do zhruba 25 elektrických stupňů při jmenovitém zatížení trakčního usměrňovače 3 kv DC ČD. Číselnou hodnotu úhlu překrytí γ můžeme určit: buď pomocí výrazu (10), nebo odečítat přímo z časového průběhu celkového primárního proudu usměrňovače I CELK Druhá cesta je názornější, avšak méně přesná. Časový průběh proudu, který v oblasti komutace ve smyslu výrazu (7) narůstá, či který ve smyslu výrazu (8) klesá, má na svém počátku nulovou strmost, jak ukazuje první derivace výrazů (7) a (8), a kurzorem lze jen nepřesně určit vlastní začátek oblasti komutace, i když okamžik jejího ukončení je již definován výrazněji. Podrobnější rozbor vzniku a velikosti úhlu překrytí γ ukázal, že všech šest oblastí komutace vykazuje stejné délky, takže nezáleží při jejím stanovování druhou cestou, kterou konkrétní oblast pro odečítání časových okamžiků začátku a konce oblasti komutace použijeme. 7. Obecně platný diagram závislosti poměrného obsahu harmonických primárního proudu řádu 11, 13, 23 a 25 na velikosti úhlu překrytí proudů Diagram na obrázku 6 znázorňuje závislost procentního obsahu 11., 13., 23. a 25. harmonické v primárním proudu dvanáctipulzního usměrňovače na úhlu překrytí fázových proudů. Je konstruován opakovaným použitím výše popsaného výpočetního programu SPice pro postupně měněné hodnoty fázové indukčnosti při stálém charakteru zatěžovacího obvodu. Hodnoty úhlů překrytí γ byly stanoveny pomocí první cesty, tedy výpočtem podle výrazu (10). Veličina I DC byla stanovena pomocným použitím téhož programu, kde byla požadována Fourierova analýza proudu IRZ ( ) IRZa ( ) pouze stejnosměrná složka dávající požadované hodnoty I DC. =, z jejíž tabulek byla převzata 8

122 Diagramy pro jednotlivé harmonické protínají svislou osu v bodech, které odpovídají úhlu překrytí γ=0, tedy stavu při zanedbání fázových reaktancí, jak předpokládá platnost amplitudového zákona (1). Křivky pro 11. a 13. harmonickou jsou v diagramu doplněny výrazy dovolujícími analytickou aproximaci vykreslených průběhů včetně údaje o přesnosti této aproximace (R 2 ). 8. Ukázka závislosti poměrného obsahu harmonických primárního proudu řádu 11, 13, 23 a 25 na velikosti zatěžovacího proudu usměrňovače Výraz (10) dovoluje navázat hodnoty úhlu překrytí fázových proudů γ na hodnoty usměrněného proudu I DC vždy pro zvolené hodnoty X A při ponechání U 2 na konstantní hodnotě. Úpravou výrazu (10) totiž dostaneme, že U 2 6 [ 1 cos( γ )] IDC XA = (15) 2 Pro ukázku závislosti poměrného obsahu harmonických v primárním proudu na zatěžovacím proudu usměrňovače zvolíme následující výchozí parametry: jmenovitý zatěžovací proud trakčního usměrňovače ČD jako celku zvolíme IDC, CELK = 2 IDC = 1500 A této proudové hodnotě přiřadíme úhel překrytí (největší z vypočtených) γ=21, 65 elektrických stupňů, této hodnotě úhlu překrytí a poloviční hodnotě zvoleného proudu I DC, CELK náleží podle výrazu (10) při dané hodnotě fázového napětí fázová indukčnost L1 = 0, 5315 mh, zajišťující nezávisle v obou částech schématu samostatnou komutaci fázových proudů. V dalším budeme předpokládat, že takto sestavený dvanáctipulzní usměrňovač bude zatěžován menšími proudy, které způsobí podle výrazu (10) menší hodnoty úhlu překrytí γ. Na vodorovnou osu pak vyneseme místo stupnice úhlu překrytí stupnici odpovídajících hodnot celkového usměrněného proudu podle upraveného výrazu (15) I DC, CELK [ cos( γ )] 2 U = π 50 L1 2 (16) což po dosazení výchozích hodnot a vyčíslení dává vztah I DC CELK [ ( )], = 21257, 2 1 cos γ (17) Ukázka závislosti procentního obsahu harmonických na celkovém zatěžovacím proudu usměrňovače je pro zvolené výchozí hodnoty uvedena na obrázku 7. Pro názornost ještě ukážeme závislost hodnot 11. a 13. harmonické primárního proudu v ampérových hodnotách vztažených na výše citované vstupní hodnoty číselného příkladu. 9

123 Pro odvození této závislosti nám poslouží náhradní analytické výrazy uvedené na obrázku 7 pro procentní obsah 11. a 13 harmonické. Tyto hodnoty jsou vztaženy na hodnotu základní harmonické I 1. Převod transformátoru usměrňovače byl stanoven hodnotou 8,76. Vztah hodnoty celkového usměrněného proudu I DC, CELK k hodnotě proudu I 1 byl odvozen použitím výše uvedeného programu a stanoven výrazem I1 876, I1 IDC, CELK = (18) 105, 012, Tento vztah dosadíme do aproximačních výrazů uvedených na obrázku 7 a dostaneme po vyčíslení pro 11. harmonickou E I1 I 1 1 I11 = 0, , 078 I 2 1 = 012, 012, = 2, 083E I 2, 417E I + 9, 078E I [A] (19) pro 13. harmonickou I E I1 I1 = 0, , 6532 I 2 012, 012, = = 4, 167E I 2, 92E I + 7, 653E I [A] (20) 1 Tyto průběhy jsou vyneseny na obrázku Spektrální složení primárního proudu sekce Y, sekce D a celkového proudu Obě sekce dvanáctifázového usměrňovače komutují samostatně a jeví se tedy vůči primární napájecí síti jako dva paralelně pracující šestipulzní usměrňovače. Tyto samostatné sekce mají tedy ve svém primárním proudu mimo složek 11. a 13. harmonické také složky 5. a 7. harmonické, jak dokládá tato tabulka platící pro zvolené hodnoty indukčnosti fázových tlumivek L1 až L3a 10,4 mh: n I(L1) I(L1a) I(L2a) 1 18,37 /-9,536 18,37 /20,46 18,37 /140,5 5 3,565 /131,6 3,565 /-78,37 3,564 /161,6 7 2,370 /114,2 2,370 /-35,81 2,370 /84, ,349 /-105,9 1,349 /-136,0 1,349 /104,1 13 1,038 /-125,4 1,038 /-95,41 1,038 /24,58 Zatím co spektrum primárního proudu sekce Y je dáno podle výrazu (11) přímo složkami proudu I(L1), je nutno složky primárního proudu sekce D určit podle výrazu (12). Tímto postupem dostaneme pro 5. harmonickou postupně: ( 1) = 3, 565 ( 0, j0, 74780) IL 10

124 ( ) ILa 1 IL ( 2a) = 3, 565 ( 0, j 0, 74774) 3 Pro složku 5. harmonické celkového primárního proudu I CELK dostaneme podle (13) ( j ) I = + CELK 3, 565 0, , Podobně pro složky 7. harmonické dostaneme stejným postupem: ( 1) = 2, 370 ( 0, j0, 91212) ( 1 ) IL ( 2a) = 2, 370 ( 0, j 0, 91219) IL ILa 3 Pro složku 7. harmonické celkového primárního proudu I CELK dostaneme podle (13) ( j ) ICELK = 2, 370 0, , Podobně pro složky 11. harmonické dostaneme stejným postupem: ( 1) = 1, 349 ( 0, j0, 96174) ( 1 ) IL ( 2a) = 1, 349 ( 0, j 0, 96102) IL ILa 3 Pro složku 11. harmonické celkového primárního proudu I CELK dostaneme podle (13) ( j ) I = CELK 1, 349 0, , Podobně pro složky 13. harmonické dostaneme stejným postupem: ( 1) = 1, 038 ( 0, j0, 81513) IL ( 1 ) IL ( 2a) ILa 3 ( j ) = 1, 038 0, , Pro složku 13. harmonické celkového primárního proudu I CELK dostaneme podle (13) ( j ) ICELK = 1, 038 1, , Z uvedeného číselného příkladu vyplývají dva závěry: spektrální složky 5. a 7. harmonické, produkované nezávisle oběma sekcemi dvanáctipulzního usměrňovače, jsou v protifázi a v celkovém primárním proudu se tedy ruší, spektrální složky 11. a 13. harmonické jsou oběma sekcemi usměrňovače produkovány v prakticky stejných hodnotách a v celkovém primárním proudu se vektorově sčítají, podobně se budou chovat i další spektrální složky (složky 17. a 19. harmonické se ruší, složky 23. a 25. se opět sčítají, atd.). 11

125 10. Souvislost hodnot úhlu překrytí γ a úhlu ϕ 1 definujícího účiník základní harmonické Časové průběhy primárního proudu jak obou sekcí tak i celkového proudu dvanáctipulzního usměrňovače ukazují, že při respektování jevu překrytí fázových proudů musí docházet k opožďování křivky základní harmonické proudu vůči napájecímu napětí. Z toho plyne, že usměrňovač bude mít účiník základní harmonické induktivního charakteru. Výjimečně se může v bodě připojení usměrňovače k napájecí síti objevit kapacitní charakter usměrňovače, pokud: usměrňovač bude pracovat na stejnosměrné straně naprázdno, a současně jeho přepěťové ochrany (R-C členy na sekundárních vinutích transformátoru) budou poskytovat jalový kapacitní výkon větší než je jalový induktivní výkon naprázdno pracujícího transformátoru usměrňovače. Literatura [2] uvádí v kapitole 2.16 výraz pro souvislost úhlu ϕ 1 a γ ve tvaru 1 2 ϕ1 γ (21) 2 3 Dále jsou v kapitole 4.13 téhož pramene uvedeny výrazy pro tuto souvislost, kde α je úhel zpoždění použitý pro fázově řízený usměrňovač (v našem případě je α=0 ): pro předpoklad kosinového časového průběhu proudů během komutace ve tvaru 2 ϕ1 γ (22) 3 pro předpoklad idealizovaného lineárního časového průběhu proudů během komutace ve tvaru 1 ϕ1 γ (23) 2 Fourierovou analýzou pro celý rozsah hodnot fázových indukčností spektrální složky základní harmonické primárního proudu obou sekcí dvanáctipulzního usměrňovače a početně stanovené složky celkového primárního proudu byla vyšetřována hodnota podílu K = ϕ γ1 (24) a tak vznikl obrázek 9 znázorňující závislost K jako funkce fázové indukčnosti L1, definující i úhel překrytí γ. 11. Závislost účiníku základní harmonické na hodnotě usměrněného proudu Účiník základní harmonické dvanáctipulzního usměrňovače je definován fázovým úhlem ϕ 1, o který se opožďuje časový průběh složky základní harmonické celkového primárního proudu za křivkou napájecího napětí. 12

126 Vztah mezi hodnotou úhlu ϕ 1 a úhlem překrytí γ je dán výrazem (24). Z odpovídajícího obrázku 9 lze pro daný číselný příklad odvodit, že pro hodnotu činitele K platí s dobrou přibližností vztah K 067, (25) Dále použijeme vztah (17), udávající závislost celkového usměrněného proudu, na úhlu překrytí γ. I DC CELK Kombinací těchto výrazů lze odvodit vztah pro závislost cos( ϕ 1 ) na I DC, CELK ve výpočetním tvaru cos( ϕ ) cos 067,, arccos 1 I = DC CELK 1 (26) 21257, 2 vzniklého kombinací výrazů (17), (24) a (25) a po úpravě dostaneme výraz ϕ, cos 1 = 1 I DC CELK 067, 21257, 2 (27) Závislost účiníku základní harmonické na usměrněném proudu podle výrazu (26) obsahuje obrázek 10. V tomto obrázku jsou však hodnoty podle (26) v oblasti malých hodnot usměrněného proudu potlačeny, protože v této oblasti a v reálných podmínkách převažuje již vliv magnetizačního příkonu transformátoru usměrňovače, který byl v simulaci obvodu zanedbán. Tato část průběhu je vyznačena odhadnutou křivkou vynesenou tečkovaně. Celý průběh odpovídá i hodnotám zjištěným při měření na usměrňovačích trakčních napájecích stanic ČD. 12. Závěr Studie upřesňuje pohled na kvalitu odběru elektrické energie dvanáctifázovým usměrňovačem, jak jej používají České dráhy. Přináší nové poznatky, což se týká především předpokladů pro platnost tzv. amplitudového zákona, udávajícího poměrné hodnoty harmonických v primárním proudu usměrňovače. Analýza ukazuje omezenou oblast platnosti tohoto zákona a uvádí výsledky počítačové metody pro stanovení vazby primárních proudových harmonických na úhlu překrytí a tím i na zátěži usměrňovače. V závěru je podáno vysvětlení pro nepřítomnost složek 5. a 7. harmonické v celkovém primárním proudu usměrňovače a pro závislost účiníku základní harmonické na zátěži usměrňovače. 13

127 Obrázky: Obr. 1: Pravoúhlý průběh 1,5 1 0,5 veličina 0-0, ,5 čas [ms] 1,5 Obr. 2: Průběh rovnoramenného lichoběžníka 1 0,5 veličina 0-0, a=2ms= ,5 čas [ms] 14

128 Obr. 3: Celkový primární proud dvanáctipulzního usměrňovače primární proud [A] ,06 g 0,065 0,07 0,075 0,08 0, čas [ms] Obr. 4: Primární proud Y-sekce dvanáctipulzního usměrňovače primární proud [A] 5 0 0,06 g 0,065 0,07 0,075 0,08 0, čas [ms] 15

129 Obr. 5: Primární proud D-sekce dvanáctipulzního usměrňovače primární proud [A] ,06 0,065 0,07 0,075 0,08 0,085-5 g čas [ms] 16

130 Obr. 6: Procentní hodnoty harmonických primárního proudu dvanáctipulzního usměrňovače 10 9 y=-0,0064x2-0,0322x+9,1422 R2=0,999 8 procenta harmonických proudu y=-0,0059x2-0,0622x+7,782 R2=0, úhel překrytí [elektrických stupňů] 11. harm. 13. harm. 23. harm. 25.harm. 17

131 Obr. 7: Procentní hodnoty harmonických primárního proudu dvanáctipulzního usměrňovače 10 procenta harmonických prim. proudu y=6e-7x2-0,0035x+7,6532 R2=0,99 y=3e-7x2-0,0029x+9,0781 R2= usměrněný proud [A] 11. harm. 13. harm. 23. harm. 25.harm. 18

132 Obsah 8. harmonické v primárním proudu v závislosti na 1. harmonické tohoto proudu harmonická primárního proudu [A y = 2E-07x 3-0,0002x 2 + 0,0908x R 2 = základní harmonická primárního proudu [A] Obr. 9: Závislost činitele K a úhlu překrytí? na fázové indukčnosti 0,68 0,675 y=4,4478x0,4962 R2=1? činitel K y=-0,0001x+0,6714 R2=0, činitel K 0, úhel překrytí g 0, , fázová indukčnost [mh] 0 19

133 Obr. 10: Závislost účiníku základní harmonické na usměrněném proudu 1 0,99 0,98 účiník 0,97 0,96 0, usměrněný proud [A] Literatura: [1] Technický průvodce pro inženýry a stavitele, sešit 12 Elektrotechnika, II. část, ČMT, Praha 1932 [2] Kaganov, I. L.: Elektronnye i ionnye preobrazovateli, časť III. Cepi pitanija i upravlenija ionnych priborov, Gosenergoizdat, Moskva 1956 [3] Rozanov, J. K.: Základy výkonové měničové techniky, SNTL, Praha 1985 [4] Černyšev, M. A.: Invertornye agregaty tjagovych podstancij, Transželdorizdat Moskva 1956 [5] Hlávka, J.: Střídavé proudy, SNTL, Praha 1958 V Praze, leden 2002 Lektoroval: Ing. Jiří Krupica ČD TÚDC EMC Praha 20

134 Josef Mynář Nové konstrukce a technologie používané u Českých drah při rekonstrukcích železničního spodku Klíčová slova: zlepšené zeminy, vyztužené zeminy, technologie bez snášení kolejového roštu Úvod V současné době provádí České dráhy rozsáhlou modernizaci železniční sítě. Koridorové stavby se modernizují pro rychlosti do 160 km/h. Rekonstrukce železniční sítě vyžaduje nejen modernizaci železničního svršku, ale především železničního spodku, neboť stávající tratě byly vybudovány před více než 100 lety pro podstatně nižší provozní zatížení a rychlosti. Je zřejmé, že bez použití moderních metod a technologií nelze tento úkol plně zajistit. Při modernizaci jsou proto používány nejen nové technologie, jako na př. zřizování konstrukčních vrstev bez snášení kolejového roštu, ale i jak nové materiály, především pak geosyntetika, tak i nové konstrukce mezi něž patří zlepšené a vyztužené zeminy, hřebíkování ap. V tomto příspěvku se bude pojednávat o zlepšených a vyztužených zeminách a technologii zřizování konstrukčních vrstev bez snášení kolejového roštu.. Předpisová ustanovení Pro používání uvedených konstrukcí a technologií na stavbách Českých drah platí: Předpis ČD S4 Železniční spodek Vzorové listy železničního spodku Obecné technické podmínky geomřížky a geomembrány v tělese železničního spodku Obecné technické podmínky použití textilií v konstrukci pražcového podloží Technické kvalitativní podmínky staveb Českých drah Metodický pokyn statických výpočtů pro navrhování a provádění konstrukcí zemních těles z armovaných zemin v podmínkách Českých drah Zásady pro zřizování konstrukčních vrstev pražcového podloží technologiemi bez snášení kolejového roštu Předpis ČD S4 stanoví zásady používání výztužných materiálů v tělese železničního spodku a požadavky na jejich kvalitu. Pro zlepšování a stabilizace zemin stanoví základní požadavky, druhy stabilizací, vhodné zeminy pro jejich zpracování, jakož i jejich vhodnost, způsob provádění a zásady zkoušení. Ve vzorových listech je uvedeno prostorové a rozměrové uložení výztužných prvků a stabilizovaných vrstev v konstrukci tělesa železničního spodku. Obecné technické podmínky stanoví požadované vlastnosti výztužných prvků podle způsobu jejich použití v tělese železničního spodku, při čemž jsou rozhodující hodnoty pevnosti v tahu a tažnost. Dále stanoví zásady prokazování a kontroly kvality výztužných prvků, jakož i doklady, které musí výrobce předložit pro vydání Osvědčení ČD o vhodnosti těchto materiálů pro použití na stavbách Českých drah. Bez tohoto Osvědčení nelze materiály na stavbách ČD používat. Mynář Josef, Ing., 1941, absolvent VŠD Žilina, odbor stavební 1963, systémový specialista odboru stavebního ČD Divize dopravní cesty Praha.

135 Technické kvalitativní podmínky staveb ČD stanoví zásady provádění, druhy a četnosti zkoušek. Kromě uvedený dokumentů lze pro zlepšené a vyztužené zeminy přiměřeně použít i ustanovení ČSN Navrhování a provádění zemního tělesa pozemních komunikací. Rovněž lze použít TKP Pozemních komunikací. Zásady pro zřizování konstrukčních vrstev seznamují s jednotlivými stroji a strojními linkami, které lze používat na stavbách ČD, jejich technickými a technologickými parametry a pracovními postupy. Nové konstrukce a technologie 1. Zlepšené zeminy Zlepšené zeminy jsou používány jednak v konstrukčních vrstvách, jednak ve vlastním zemním tělese. Provedením statických zatěžovacích zkoušek na zemní pláni se zjistilo, že převážná část modernizovaných tratí nedosahuje požadované únosnosti. Náhrada neúnosných zemin zeminami dostatečně únosnými se ukázala jak finančně tak i technicky nereálná a bylo proto třeba hledat jinou cestu. Jako nejvhodnější se ukázalo zlepšení stávajících zemin použitím vápna, případně cementu. Vrstva zlepšené zeminy se provádí se sklonem povrchu min. 4% a překrývá se další konstrukční vrstvou. Množství pojiva se stanoví na základě fyzikálně-mechanických vlastností zlepšovaných zemin a výsledku zhutňovacího pokusu. V případě použití vápna se přidávané množství pohybuje v rozmezí 1-3%. Vrstva zlepšené zeminy se provádí v tloušťkách 0,35-0,50m. Hodnota výsledné únosnosti záleží na technologii, strojním vybavení a kvalitě prováděných prací. V počátcích používání této technologie docházelo, právě v důsledku méně vhodného strojního vybavení k nerovnoměrnému a nedostatečnému promísení, což mělo za následek nižší dosahované únosnosti na vrstvě zlepšené zeminy. V některých případech došlo i k tomu, že zlepšená zemina nedosahovala požadované únosnosti a muselo se přikročit k doplňujícímu přidávání pojiva. Rovněž nedostatečná zkušenost zhotovitelů s prováděním těchto prací vedla v některých případech ke špatným výsledkům. Celkově však lze konstatovat, že při dodržení technologie, přidání správného množství pojiva a dokonalém zhutnění bylo dosaženo velmi dobrých výsledků. Na příklad na stavbě Lovosice-Ústí n.l. byla únosnost 7,2 MPa původní zeminy zlepšena na 66,2 MPa. V úseku Kolín - Velim se únosnost zemní pláně pohybovala od 12,2 do 44,6 MPa a po zlepšení vápnem vzrostla únosnost na 52,9-73,8 MPa. Při modernizaci úseku Kolín-Velim byl zřízen zkušební úsek pro posouzení účinnosti zlepšené zeminy. S ohledem na skutečnost, že v průběhu prací se zjistila podstatně nižší únosnost než zjištěná průzkumem pro návrh konstrukce pražcového podloží, bylo nutno konstrukční uspořádání změnit. Vzhledem k tomu, že z technologických důvodů již nebylo možné odstranění další vrstvy zeminy, bylo rozhodnuto, že vrstva zlepšené zeminy nebude již překrývána další konstrukční vrstvou a kolejové lože bude uloženo přímo na vrstvu zlepšené zeminy a tato konstrukce bude sledována jako zkušební úsek. Ve vytypovaných místech byly prováděny zatěžovací zkoušky před úpravou, 1 den po úpravě, 7 dní po úpravě a následně 1 rok po provedené úpravě. Z výsledků zkoušek vyplynulo, že došlo k postupnému nárůstu z 25,7 MPa na 53,6 MPa 1 den po zlepšení, na 70,3 MPa po jednom týdnu od provedení a na 100 MPa po 26 měsících. Z výsledků vyplynulo, že neprovedení ochranné vrstvy nemá vliv na únosnost konstrukce ze zlepšené zeminy. Nebylo však možné ověřit vliv nepříznivých

136 účinků mrazu na konstrukci (v době sledování zkušebního úseku byly mírné zimy) a proto se v dalším průběhu bude vliv účinku mrazu na konstrukci dále sledovat. Použití zlepšených zemin v zemním tělese bylo realizováno na stavbě přeložky trati Březno u Chomutova-Chomutov. Pro stavbu náspů předpokládala projektová dokumentace použití materiálu ze zemníků. Zhotovitel stavby předložil návrh na použití zemin získaných při těžbě zářezů přeložky. Vzhledem k tomu že se jednalo o zeminy málo vhodné navrhl jejich zlepšení vápnem. Z doplňkového průzkumu vyplynulo, že v zářezu jsou do hl. 1,75m písčité jíly tř. F4-F8, následují zcela zvětralé jílovce tř. F6 do hl. 4,00 m, následuje vrstva jemně zrnitého písku S4 do hl.5,80m pod kterým je vrstva jílovitého písku S5/SC do hl. 6,70m a spodní část tvoří jíly F6/Cl-R6. Byly odebrány vzorky pro zjištění fyzikálněmechanických vlastností. U vzorků silně zvětralých jílovců z hl. 3,00m byly zjištěny na př. následující vlastnosti : w l =82%, w p =37%, Ip=45%, w o =42%, Ic=1,22, stupeň nasycení 0,92 ap. Se změnou projektu byl dán souhlas za podmínky, že zhotovitel zpracuje pro zlepšení zemin technologický předpis a kontrolní a zkušební plán, který bude vycházet z výsledků zhutňovacího pokusu. V místě těžby byla vytypovaná 3 pole ve kterých bylo nadávkováno nehašené práškové vápno v hmotnostním rozmezí 0,5% - 1,5%. Pro vyhodnocení byly sledovány parametry obsahu hrudek, rovnoměrnosti promísení, vlhkosti,dosažené míry zhutnění a kontroly únosnosti položené vrstvy. Z hutnícího pokusu vyplynulo, že optimální technologie je zřizování vrstvy tl. 0,30m s množstvím vápna 1% při hutnění min 8 pojezdy střídavě hladkého válce VV1400 a ježového válce VV1400. Množství vápna bylo upravováno s přihlédnutím ke klimatickým podmínkám a těženému materiálu. Technologický postup prací se skládá z následujících kroků: - těžba materiálu bagrem, - převoz materiálu do násypu, - rozhrnutí materiálu ve vrstvě tloušťky 0,50 m, - dávkování vápna, - úprava vlhkosti, - promísení materiálu frézou, - hutnění vrstvy. Jednotlivé vrstvy tloušťky 0,30 m byly prováděny ve sklonu 2% ke svahu násypového tělesa. Touto technologií byl budován násep výšky 6,00m se sklony svahu 1:3-1:3,5. Denní výkon se pohyboval od 1000 m 3 do 3000 m 3 při celkovém objemu zemin zlepšených vápnem m 3. Pro zajištění kvality provádění prací byly zkušebním a kontrolním plánem stanoveny tyto základní zkoušky: vlhkost sypaniny 1 x na 1000 m 3 zrnitost 1 x na 1000 m 3 zhutnitelnost 1x na 1000 m 3 dávkování pojiva a stejnoměrnost promísení 1x na 1000 m 3 poměr únosnosti CBR 1x na m 3 Provedené zatěžovací zkoušky vykazovaly hodnoty 52,33 MPa - 82,64 MPa a prokázaly vhodnost použité technologie. Provedení násypu pomocí zlepšených zemin přineslo celkové zkrácení doby výstavby z důvodu technologické úspory převozu materiálu, úspory v dovozu materiálu ze zemníku a odvozu vytěženého materiálu na skládky, včetně poplatků za jeho uložení.

137 2. Vyztužené zeminy 2.1 Konstrukční vrstvy Vyztužené geotextilie a geomřížky se používají v konstrukčních vrstvách tělesa železničního spodku pro zvýšení únosnosti konstrukce. Z výsledků získaných ze zkušebních úseků, kde se porovnávala únosnost konstrukce bez použití výztužných prvků a s použitím různých typů výztužných prvků (výztužná geotextilie Polyfelt, geomřížovina Tensar, Nicogrid) vyplynulo, že použití výztužných prvků zajistí zvýšení únosnosti při nízké únosnosti zemní pláně ( menší než 20 MPa). Zvýšení je výraznější při nižší únosnosti zemní pláně, pro zřízení konstrukční vrstvy je vhodnější použití drceného kameniva a pro dosažení požadované únosnosti na pláni tělesa železničního spodku lze snížit tloušťku konstrukční vrstvy. Na základě těchto výsledků a s přihlédnutím ke zkušenostem zahraničních železničních správ, byl přijat závěr, že při použití výztužných prvků lze zmenšit tloušťku konstrukční vrstvy o 25-30% při zajištění vyhovující únosnosti. Výztužné prvky se ukládají na zemní pláň upravenou ve sklonu min 4% a řádně zhutněnou na šířku min 2,00 m od osy koleje. Výztužné prvky použité v konstrukčních vrstvách při tom musí splňovat jak v příčném tak i podélném směru požadavek min. pevnosti 30 kn/m, tažnost max. 20% a pevnost v tahu při 3% tažnosti min 10 kn/m. Kromě zvýšení únosnosti konstrukce pražcového podloží lze využít vlastností geomřížek i při výměně málo únosné zeminy zemní pláně k oddělení vhodné hrubozrnné zeminy od jemnozrnné zeminy zemní pláně a snížení deformací zemní pláně. Použití výztužných prvků v konstrukci pražcového podloží se plně osvědčilo jak při technologiích se snášením kolejového roštu, tak i při technologiích bez snášení kolejového roštu. 2.2 Zemní těleso V zemním tělese se výztužné materiály používají především při rozšiřování zemního tělesa, při úpravách podloží náspů a při zvětšení sklonu zemních svahů. Pro tato použití musí výztužné prvky splňovat požadavek pevnosti v podélném směru min 15 kn/m, příčném 5 kn/m, tažnost v podélném i příčném směru max. 20%. Použití výztužných materiálu v zemním tělese bylo použito na následujících stavbách: Česká Třebová-Svitavy, sanace násypového svahu Násypové těleso výšky cca 7,00m vykazovalo v délce 95 m deformace svahu násypu, projevující se i ve výškové deformaci koleje. Provedeným průzkumem bylo zjištěno, že násypové těleso je tvořeno souvislou vrstvou škváry a popela o mocnosti cca 6,5m, ve spodní části a v podloží náspu se nacházejí jíly měkké konsistence přecházející do jílovců. Závěr průzkumu zněl v tom smyslu, že deformace náspu je způsobena nevyhovující zeminou v náspu a přítomností vody v náspu, která na rozhraní škváry a jílové vrstvy zhoršuje její geotechnické vlastnosti. Jako vhodné sanační opatření bylo navrženo odtěžení nevhodné zeminy stávajícího náspu včetně porušené zeminy v podloží a vybudování nového násypového tělesa z vhodných materiálů, současně s odvodněním podloží.

138

139 Projektová dokumentace řešila sanaci náspu odtěžením nevhodné vrstvy škváry a popela s vytvořením svahových stupňů v dolní části náspu. Horní část náspu musí být, z důvodu zajištění provozu sousední koleje, zpevněna hřebíkováním. Násep bude založen na sendvičové matraci tvořené na spodní části geotextilií Geofiltex a geomříží Tensar SS 40 a v horní části rovněž geomřížovinou Tensar SS 40. Tloušťka matrace je 0,50 m a její výplň tvoří vrstva kameniva frakce mm. Vlastní násypové těleso bude sendvičové konstrukce tvořené vrstvami štěrkodrti a zlepšeného materiálu. Vrstvu zlepšeného materiálu tvoří výzisk z čištění kolejového lože frakce 0-45mm a vápenno-cementové pojivo. Tloušťka jednotlivých vrstev je 0,30m. Vrstva štěrkodrti frakce 0-32mm (drenážní vrstva) bude vložena po každé třetí vrstvě zlepšené zeminy. Sklon svahu byl navržen 1:1,5-1:1,8. Pata náspu je odvodněna podélným trativodem z drenážních plastových trub STRABUSIL PE-HD 200mm s kontrolními šachtami Opti-dran. Povrchové vody jsou odváděny povrchovým příkopem Modernizace trati Kralupy nad Vltavou Vraňany V rámci modernizace trati se buduje přeložka v km 446, ,100. Součástí přeložky je SO Zárubní zeď v km 446, ,045. Dle výsledku geotechnického průzkumu se v ose přeložky nacházejí horniny rozdělené následovně: - spraše a sprašové hlíny většinou pevné konsistence (F6/Cl, ojediněle F8/CH) - písky s příměsí jemnozrnné zeminy, ulehlé (S3/S-F) - štěrky s příměsí jemnozrnné zeminy, ulehlé (G3/G-F) - slepence zdravé až navětralé (R3) - štěrky jílovité ulehlé (G5/GP) - slínovce zcela zvětralé na jíly se střední a nízkou plasticitou, Pevné (R6-F6/Cl,CL) - slínovce silně zvětralé (R5) - slabě zvětralé slínovce (R4) V zářezu se vyskytuje ve značném množství spodní voda, která je vázána na horizont mlčechvostských slepenců. Voda není agresivní. Dle výsledku geotechnického průzkumu předložil projektant alternativní řešení pomocí tížné zárubní zdi nebo kotvené pilotové stěny. Bylo rozhodnuto řešit úpravu zářezu pomocí tížné zárubní zdi. Při projednávání dokumentace bylo toto řešení zamítnuto a doporučeno nahradit zárubní zeď budovanou převážně ve slínovcích úpravou svahu nad slínovci pomocí vyztužené zeminy s gabionovým lícem a obkladní zdí ve slínovcích jako řešení podstatně levnější a vhodnější. Toto řešení bylo přijato. Při vlastní realizaci přišel zhotovitel s návrhem změny řešení, které spočívalo v tom, že vyztužená zemina s gabionovým lícem bude nahrazena vyztuženou zeminou s pevnou lícní zdí tvořenou železobetonovými prefabrikáty systém VSoL. Po důkladném rozboru byla změna přijata a vypracována změna projektové dokumentace. Ta rozdělila úpravu zářezu do 4 úseků podle úrovně skalních hornin. Svah pod úrovní založení stěny VSoL bude proveden jednak ve sklonu 1.1,25 a překryt drátokamennými matracemi, jednak ve sklonu 5:1 s ošetřením líce skalního svahu kotvenou obkladní zdí. Nad stěnou VSoL se provede hutněný zásyp ze spraší ve sklonu 1:1,5-1.1,75 s ohumusováním. Stěna byla provedena v délce 408,0m, největší výška cca 9,0m. Délka výztuže se pohybovala podle výšky stěny od 5,4m do 11,0m. Vlastní vyztužený svah se stěnou VSoL tvoří:

140 - zásypový materiál. Použijí se štěrkopísky a písky vytěžené z terasových náplavů splňující požadavky stanovené křivky zrnitosti, číslo nestejnozrnnosti > 5 a úhel vnitřního tření > 33 o. - třecí táhla KOLOTIE z vysokopevnostních polystyrénových vláken s pevností 30, 50, 70 kn a tažností < 12% (táhla byla testována na creep, vytažení táhla, chemickou odolnost ap). - obkladové prefabrikované lícní panely, železobetonové prvky rozměrů 1,5x1,5m. Třecí táhla jsou ke stěnovým prvkům uchycena pomocí ocelových kotev VSoL 30/50, resp. 70/100 kn s protikorozní ochranou. Kotvy jsou zakotveny v panelech a zajištěné výztuží panelů. Panely jsou na rubové straně ošetřeny penetračním a asfaltovým nátěrem prováděným během ukládky panelů. - montážní tyč třecích táhel. Pro technologii a kontrolu zemních prací a materiálů platily TKP Pozemních komunikací kapitola 4 Zemní práce, Kapitola 30 Speciální zemní konstrukce, a TKP staveb ČD. Vzhledem k tomu, že se jednalo o konstrukci u ČD dosud nepoužívanou bylo zhotoviteli uloženo vypracovat Zvláštní technické kvalitativní podmínky a Technologický postup výstavby. Součástí technologického postupu bylo stanovení odběru vzorků a provádění kontrolních zkoušek, jakož i sledování měření posunů a přetvoření. Technologický postup: Zemina zářezu se odtěží do úrovně základové spáry zdi s dočasným sklonem svahu 1:2. Základová spára se přehutní na min. míru zhutnění D=95%PS nebo I D =0,75. Základový práh pod lícní stěnou je z betonu C25/30 uložený na vrstvu štěrkopísku min. tl. 0,30m, zhutněnou na I D =0,8. Na základový práh se postupně ukládají prefabrikované lícní panely. Od rubového líce panelu se vyměří šířka zemní konstrukce dle dokumentace a uloží se zadní tyč. Pokládka táhel se provádí od zadní tyče k panelu kde se upevní do oka panelu a pokračuje se k zadní tyči. Ukončení táhla se provádí přesahem min. 2m za zadní tyčí. Přesahy se zajišťují sponou.

141 Následuje vypnutí táhel pomocí zadní tyče a zajištění tyče ocelovými hřeby. Ukládka zásypu probíhá v koordinaci s výstavbou prefabrikovaného líce a ukládkou třecích táhel po vrstvách tl. 0,25m. Zásyp se provádí od zadní části zemní konstrukce ke stěnovým panelům a ukončí se ve vzdálenosti 0,3m od panelu. Zbývající část se vyplní štěrkem jako drenážní zásyp, který se od zeminy zásypu oddělí separační geotextilií. Provede se hutnění vrstvy dle výsledku provedené hutnící zkoušky. Hutnění na vzdálenost 1,5 m od lícních panelů smí být prováděno pouze mechanizmy o hmotnosti max.1,5 t. Pro kontrolu zásypového materiálu byly stanoveny druhy a četnost zkoušek. Vlhkost a zhutnitelnost se prováděla 1x na 1000m 2, zrnitost 1x na 500m 2 a objemová hmotnost 3x na 500m 2 zhutněné vrstvy nebo 125 m 3. Pro třecí táhla byla stanovena zkouška pevnosti v tahu a protažení s četností 1x na každých dodaných 5000bm. Pro měření horizontálních posunů byly před zahájením těžících prací provedeny za horní hranou svahu 3 vystrojené vrty hl. 20m. Měření se provádělo 1x týdně. Dále byly na rubu stěny osazeny ve třech profilech tyčové tensometry pro měření protažení výztužných prvků. Rovněž bylo prováděno měření zemního tlaku na zeď Hranice-Polom, zárubní zeď v km 214,0-214,9 Zárubní zeď je součástí stavby Modernizace traťového úseku Hranice na Moravě Studénka. Dle inženýrsko-geologického průzkumu jsou zářezové svahy tvořeny vápnitými jíly přecházející v písčité jíly a jílovité písky. Stupeň stability svahů je 1,1-1,3. Pro zajištění stability svahu je požadováno zvýšení stupně stability na 1,3. Zvýšení stability svahu bylo proto řešeno zřízením vyztužené zeminy v patě zářezového svahu. Pro vyztužení byl zvolen systém vyztužení svahu metodou GREEN TERRAMESH. Kotevní síť je tvořena ocelovým, pozinkovaným pletivem, v líci opatřeným protierozní geotextilií. Po odtěžení zeminy svahu na základovou spáru se spára zhutní, rozprostře se na ní separační geotextilie na kterou se zřídí drenážní vrstva z kameniva frakce 16/32. Na tuto vrstvu se po zhutnění na I D =0,7 rozprostře separační geotextilie na kterou se ukládají prvky