Vědeckotechnický sborník ČD

Vědeckotechnický sborník ČD č. 29/2010

Libor Lochman 1 CER: Společenství evropských železničních a infrastrukturních podniků Klíčová slova: CER, ERA, vize, investice 1. CER Hlas evropských železnic CER Společenství evropských železničních a infrastrukturních podniků je již po vice než 20 let nejvýznamnější evropskou železniční asociací. CER zastupuje zájmy svých členů při jednání s evropskými institucemi v záležitostech, týkajících se budoucnosti železniční dopravy. Společenství evropských železničních a infrastrukturních podniků bylo založeno v roce 1988 dvanácti členy. V současné době sdružuje vice než 70 železničních společností a manažerů infrastruktury soukromých, státních, velkých i malých. Členové CER jsou ze zemí Evropského společenství, kandidátských zemí i dalších evropských států. CER má své sídlo v Bruselu a hájí zde zájmy železnice vůči Evropskému parlamentu, Komisi a Radě Ministrů, stejně jako vůči dalším partnerům působícím v oblasti dopravní politiky. Hlavním cílem CERu je prosadit co nejsilnější pozici železnice jakožto významného prvku udržitelného dopravního systému, systému, který je současně výkonný i šetrný vůči životnímu prostředí. 1 Ing. Libor LOCHMAN, Ph.D., zástupce výkonného ředitele CER Společenství evropských železničních a infrastrukturních podniků, Kunstlaan 53, B-1000 Brusel. V letech 1982 1987 vystudoval Vysokou školu dopravy a spojů v Žilině, obor sdělovací a zabezpečovací technika. Poté pracoval na Výzkumném ústavu železničním v oblasti zabezpečovací techniky. Od roku 1992 členem týmu ERRI (European Rail Research Institute, Utrecht) pro harmonizaci požadavků na zabezpečovací zařízení a skupiny ERRI pro systémové specifikace ERTMS. Na konci 90. let působil na Generálním ředitelství ČD, odbor Automatizace a elektrotechniky. V letech 2000 2005 ředitelem Výzkumného ústavu železničního. Od roku 2006 ve Společnosti evropských železničních a infrastrukturních podniků. Mimo funkce zástupce výkonného ředitele je odpovědný za koordinaci všech technických aktivit CER, zejména vůči Evropské železniční agentuře. Nadto je činný jako koordinátor evropského ERTMS koridoru E Drážďany Praha Bratislava/Vídeň Budapešť Bukurešť Konstanta. 1

2. Hlavní cíle Klíčovou prioritou je pro CER dosažení vyváženého rozdělení výkonů mezi jednotlivé druhy dopravy. Takové rozdělení přispěje k minimalizaci externích nákladů, které musí dnes společnost nést a napomůže taktéž ekonomické efektivitě. Pro dosažení tohoto cíle prosazuje CER iniciativy, vedoucí ke zlepšení kvality služeb železnice; jako zásadní předpoklad ovšem vidí adekvátní investice do železniční infrastruktury. CER využívá široké spektrum komunikačních prostředků při prezentaci zájmů železnice vůči evropským institucím a veřejnosti na jedné straně a při informování členů CER o vývoji evropské dopravní politiky na straně druhé. Webová stránka www.cer.be poskytuje nejsnazší přístup ke stanoviskům, brožurám, tiskovým zprávám jakož i k informacím o akcích pořádaných CER. 3. Spolupráce s partnery CER vybudoval stabilní vztah s evropskými institucemi na základě trvalého a transparentního dialogu. Jeho udržení vyžaduje trvalou spolupráci s dalšími evropskými partnery, kteří mají zájem na vytváření jednotných stanovisek železničního společenství. K diskusím o problematice infrastruktury, nákladní i osobní železniční dopravě jsou proto systematicky zváni i zástupci EIM Evropských manažerů infrastruktury, UIC Mezinárodní železniční unie, UNIFE Evropského železničního průmyslu a UITP Mezinárodní unie veřejné dopravy. Od roku 2004, kdy byla založena Evropská železniční agentura, stala se tato klíčovým partnerem v jednáních o technické harmonizaci. CER mimoto udržuje úzký kontakt s Evropskou federací dodavatelů traťových prací (EFRTC), Evropskou federací odborových svazů (ETF) a Mezinárodní unií kombinované dopravy (UIRR). V řadě případů CER spolupracuje s neželezničními organizacemi, včetně nevládních iniciativ, jako například Transport and Environment (T&E), silniční lobbistická skupina IRU - Mezinárodní unie silniční dopravy, či Automobilová asociace FIA. 2

Obr. 1 Pracovní struktura CER 4. Struktura činnosti CER Řídící struktura CER spočívá na třech hlavních orgánech, zajišťujících trvalou komunikaci mezi CER a jeho členy. Tyto orgány jsou nadto podporovány pravidelnými mítinky na úrovni ředitelů společností a expertů. 1. Valné shromáždění CER Valné shromáždění CER je nejvyšším orgánem s rozhodovací pravomocí. Všechny členské společnosti zde mají jedno místo a jsou zastoupeny svými generálními řediteli. Valné shromáždění přijímá zásadní rozhodnutí ke všem strategickým záležitostem směřování dopravní politiky, která jsou dále vykonávána společnosti CER při jednání s evropskými institucemi. 2. Řídící výbor CER Řídící výbor připravuje návrh rozhodnutí pro Valné shromáždění. Řídící výbor sestává z prezidenta CER, tří viceprezidentů a dalších členů, volených Valným shromážděním. Řídící výbor má maximálně 14 členů. 3. Asistenti CER Při jednání s asociací jsou členové CER zastoupeni manažery pro mezinárodní či evropské záležitosti, a to ve skupině Asistentů CER. Tato skupina pomáhá koordinovat soustavnou výměnu informací mezi CER a jeho členy. Mimo mítinky 3

skupiny Asistentů organizuje CER řadu dalších setkání pracovních skupin pro diskusi nad specifickými tématy. Dotčení členové jsou k těmto diskusím systematicky zváni. Obr. 2 Organizační struktura CER Mítinky na vysoké úrovni Alespoň jednou ročně jsou pořádána zvláštní setkání odděleně pro ředitele osobní dopravy, nákladní dopravy a manažery infrastruktury. Cílem je diskutovat záležitosti, specifické pro oblast, za niž jsou odpovědni. Kromě toho se taktéž konají zasedání regionálních skupin ředitelů společností ze střední, východní a jižní Evropy. Pracovní skupiny Pracovní skupiny CER jsou složeny z členů skupiny Asistentů nebo jiných expertů delegovaných členskými společnostmi. Mezi nejdůležitější pracovní skupiny patří: - Skupina pro celní záležitosti - Ředitelé pro komunikaci - Životní prostředí - Řídící výbor pro záležitosti ERA (plus expertních podpůrné skupiny) - Skupina pro nákladní dopravu - Skupina pro osobní dopravu - Infrastruktura - Lidské zdroje 4

Zasedání skupin se odbývají dle charakteru úkolů buď pravidelně, nebo podle potřeby. 5. Koordinační technická skupina V roce 2009 se statutární orgány CER, EIM a UIC Evropa dohodly na zřízení tzv. Koordinační technické skupiny, která má za úlohu efektivně koordinovat expertní činnost členů výše uvedených společností vůči Evropské železniční agentuře. Obr. 3 Koordinační technická skupina Koordinační technická skupina (CTG) zabezpečuje pro CER a EIM řízení všech procesů, kterými jsou tyto dvě organizace pověřeny jako reprezentativní orgány vůči Evropské železniční agentuře. CTG proto koordinuje práci podpůrných expertních týmů CER a EIM, jakož i jejich řídících orgánů (v případě CER je to Řídící výbor pro ERA). Samotnou činnost CTG zajišťují pověření koordinátoři jednotlivých asociací dva za CER, dva EIM a jeden pro kontakt s UIC. CTG koordinátoři jsou taktéž v trvalém kontaktu s partnery ostatních reprezentativních orgánů (asociací) v Bruselu UNIFE, UITP ap. 5

CTG koordinátoři tak mohou poskytovat maximální podporu nominovaným zástupcům CER a EIM v jednotlivých pracovních skupinách ERA, zodpovědným za správnou prezentaci názorů členů asociací. Speciální role v CTG je přiřazena UIC jelikož má UIC dlouhodobou tradici v řízení sítí expertů a managementu projektů, zajišťuje UIC koordinátor v CTG trvalou vazbu na orgány UIC a zprostředkovává návrhy CTG na studie, popř. střednědobé projekty, nutné pro práci na dokumentech ERA. 6. Zásada otevřenosti CER systematicky uplatňuje politiku rovného přístupu, takže žádný z členů CERu není diskriminován, bez ohledu na jeho velikost. Strategie, která je uplatňována, zajišťuje vyvážené hodnocení argumentů a cílenou snahu o nalezení kompromisu ve vzájemné dohodě členů. V témže duchu mají všichni členové přístup k jednání všech pracovních skupin. CER je nadto otevřen dalším novým členům. 7. Vize CER: Železniční doprava vůdčí síla udržitelného rozvoje evropské ekonomiky Spokojení zákazníci a růst zisku V oblasti železniční nákladní dopravy jsou prioritou služby v dálkové přepravě, které budou schopny uspokojovat nárůst přepravních požadavků. Nákladní železniční doprava musí hrát roli páteřního systému dálkových přeprav. Jako pilíř logistických řetězců musí být železniční společnosti schopny pružně nabízet svým zákazníkům služby z domu do domu ve spolupráci s ostatními druhy doprav. Kvalitní služby v dálkové přepravě zboží (ucelené vlaky, intermodální i kusové zásilky) musí být schopny efektivně konkurovat ostatním druhům doprav, využívajíce strukturu železničních nákladních koridorů. Různé druhy nabízených služeb budou v široké míře využívat moderní interoperabilní infrastrukturu při zajištění včasného dodání zásilek a ostatních kvalitativních parametrů. V oblasti osobní dopravy se předpokládá propojení hlavních evropských aglomerací vysokorychlostní železnicí a nočními ubytovacími spoji. Železnice tak dosáhne preferenčního postavení na trhu dálkových přeprav. Moderní regionální a městské kolejové dopravní systémy vyhoví narůstajícím požadavkům na jízdy v městských a příměstských oblastech. Tyto služby budou provozovány v rámci smluv o zajištění dopravy ve veřejném zájmu s regionálními úřady. Tímto bude zabezpečena požadovaná mobilita obyvatelstva při dodržení 6

striktních požadavků na bezpečnost a ochranu životního prostředí v hustě osídlených oblastech. Kolejové dopravní systémy jsou a budou integrovány s ostatními druhy veřejné dopravy do jednotného systému. Dopravci budou dodržovat dohodnutý standard pro všechny typy služeb, v souladu s požadavky na mobilitu a se zvláštním ohledem na osoby s omezenou pohyblivostí. Efektivní podnikání na železnici v rámci otevřeného trhu Železniční společnosti všech velikostí budou schopny provozovat své aktivity jako běžné podnikání v konkurenci s ostatními druhy doprav i v konkurenci na železnici samotné; budou přitom vytvářet přirozené aliance. Řada společností bude vlastněna spokojenými akcionáři a umístěna na burze. Státní financování, prostřednictvím mechanismů jako jsou víceleté smlouvy na infrastrukturu nebo smlouvy pro zajištění dopravy ve veřejném zájmu, bude garantováno. Železniční společnosti budou poskytovat vyvážené sociální podmínky, což přispěje k dosažení jejich obchodních cílů. Nastavení korektních právních a ekonomických podmínek Jednotný evropský železniční prostor se stane skutečností, opřenou o evropské právo. Odstraněny budou veškeré bariéry, znemožňující přístup na trh a taktéž budou omezeny národní specifika vážící se k infrastruktuře. Vyváženým způsobem budou regulovány všechny druhy doprav, a to při zohlednění jejich příspěvku k udržitelné mobilitě a vlivu na životní prostředí. Dodržování evropského práva zajistí spravedlivou a efektivní konkurenci mezi železnicí a ostatními druhy dopravy. Tržně orientované ceny, zahrnující externí náklady, umožní širší rozsah financování evropské dopravní infrastruktury. 8. Závěr Naplnění výše uvedených cílů je možné pouze za předpokladu, že se jak železniční společnosti, tak i politická reprezentace, zhostí svých úkolů. V případě společností se jedná především o zlepšení kvality služeb v nákladní i osobní dopravě a tak dosažení vyšší úrovně spokojenosti zákazníků. To předpokládá užší obchodní spolupráci na mezinárodní úrovni, oproštění se od lokálních vazeb, omezujících rozvoj společností. Zlepšit je taktéž potřeba vzájemnou spolupráci manažerů infrastruktury, a to jak v technické oblasti, kde je cílem plná interoperabilita infrastruktury, tak i v oblasti 7

přidělování kapacit, popolatků za dopravní cestu ap. Nedílnou součástí strategie železničních společností musí být otázky vztahu k životnímu prostředí úspory energie, snižování hlukových a spalinových emisí. Od politiků se pak očekává zajištění rovných podmínek pro všechny druhy doprav. To mimo jiné přepokládá srovnatelné poplatky za dopravní cestu či integrovaný přístup k dopravě, ekonomice a životnímu prostředí. Jedině tak lze železniční systém dále rozvíjet jako důležitou součást evropské ekonomiky. Více informací lze nalézt na www.cer.be. Praha, březen 2010 Lektoroval: Ing. Jiří Havlíček ČD, KGŘ 8

Jiří Havlíček 1 Reforma UIC vývoj v letech 2006-2010 Klíčová slova: UIC, reforma, železniční doprava, valné shromáždění, statut, pracovní orgán, struktura 1. Vývoj evropského železničního trhu na pozadí historického dědictví UIC V rámci mezinárodních aktivit je pro skupinu ČD tradičně velmi důležité zapojení do Mezinárodní železniční unie (UIC). Tato organizace má sídlo v Paříži a byla založena již v roce 1922. Jejím posláním je hlavně zajištění technické jednotnosti a interoperability jednotlivých železničních organizací v Evropě a rovněž všeobecná mezinárodní spolupráce železničních firem po celém světě. UIC se od svého počátku soustřeďovalo především na technickou stránku železničního provozu. Výsledkem tohoto snažení byly a jsou vyhlášky UIC, které jsou uznávanými a respektovanými dokumenty zajišťující běžný železniční provoz v Evropě. Vývoj evropské železniční dopravy v posledním desetiletí směřoval k větší liberalizaci železničního trhu, v mnoha zemích došlo k rozdělení původně jednolitých železničních podniků, odčlenili se správci infrastruktury, dopravci a na trhu začali působit noví železniční dopravci, kteří nebyli nebo ani dnes nejsou členy UIC. Tato situace vedla k tomu, že i otázky železniční interoperability začaly být řešeny orgány EU a jednotlivé normy a nařízení se aplikují skrze legislativu členských států EU. Evropská komise zřídila pro přípravu a koordinaci jednotlivých dokumentů Evropskou železniční agenturu (ERA). Reakce UIC na tento vývoj byla a je komplikovaná a ne vždy jednoznačná. Na jedné straně se UIC snažilo zachovat si svou pozici při přípravě a aplikaci železniční technické politiky v Evropě, na druhé straně hledalo i jiná pole uplatnění, především celosvětovou spolupráci železnic a výměnu zkušeností. Tyto skutečnosti se podepsaly i na historii této organizace v posledních pěti letech a vedly i k největší krizi UIC od dob jeho založení. V následujícím článku jsem se pokusil zdokumentovat toto období a popsat procesy, které se v UIC odehrávaly: 1 Ing. Jiří HAVLÍČEK, 1956, absolvent VUT Brno, fakulta stavební, obor pozemní stavitelství, zastával na Českých drahách různé funkce v oborech infrastruktura a kolejová vozidla. Nyní pracuje jako vedoucí oddělení mezinárodních vztahů kanceláře generálního ředitele ČD a.s. Jeho agendou jsou mezinárodní aktivity skupiny ČD. 1

2. Výměna na postu generálního ředitele UIC - naděje na změnu Na zasedání valného shromáždění dne 28.6.2005 byl jako nástupce odstoupivšího Philippa Roumeguera do funkce generálního ředitele UIC zvolen pan Luc Aliadiere. Jeho mandát byl potvrzen na tři roky. Budoucí podoba UIC a jeho pracovních orgánů byla na programu zasedání výkonné rady o dva týdny dříve. Jednání výkonné rady však bylo poznamenáno faktem, že pan Aliadiere nebyl v tu dobu ještě formálně potvrzen ve funkci a nechtěl se k mnoha otázkám vyjadřovat. Rovněž tak na zasedání valného shromáždění byl pan Aliadiere velmi zdrženlivý a chtěl si nechat čas přes prázdniny na hlubší analýzu. Struktura UIC se ke konci působení Philippa Roumeguere změnila v tom smyslu, že namísto původních komisí a komitétů vznikla tzv.fóra. To se stalo v případě čtyř základních oblastí osobní doprava, nákladní doprava, infrastruktura a výzkum/železniční vozidla. V ostatních oblastech přetrvalo období nejistoty, neboť vedení UIC nemělo v úmyslu zřizovat další fóra a hodlalo pracovní orgány v ostatních oblastech řešit pravděpodobně jako pracovní skupiny. Obsazení postů ředitelů odborů železniční podniky (osobní a nákladní doprava) a systém a technologie po panu Spielmannovi a Breitlingovi bylo rovněž odloženo na podzim. Valné shromáždění jednalo rovněž o rozpočtu na rok 2006, vycházelo přitom z úvah o nové struktuře organizace a ze zásad maximální úspornosti, nicméně vzhledem k popsané situaci byla další diskuse odložena na září. K dalšímu zasedání vrcholného orgánu UIC došlo dne 25.11.2005. Zde byl dále rozpracován návrh na re-orientaci světových aktivit UIC. Na základě materiálu, který zpracoval pan Singh, dřívější president Světového výkonného výboru UIC a který byl převzat i panem Batrou, jeho nástupcem, a na základě jednání výkonné rady UIC ze dne 20.-21.10. v New Delhi, přednesli president a generální ředitel UIC první koncept re-orientace činnosti a uspořádání UIC v budoucím období. Jednalo se o to, že UIC bude transformováno do celosvětové organizace a jeho činnost bude organizována v rámci regionálních pracovních skupin. Rovněž vnitřní struktura UIC bude uzpůsobena této orientaci. Po diskusi byla informace schválena a generální ředitel byl požádán, aby celou koncepci rozpracoval a spolu s ekonomickými a právními detaily ji předložil ke schválení valnému shromáždění UIC v červnu 2006. Pan Aliadiere představil hlavní myšlenky návrhu vnitřní struktury organizace i generálního ředitelství. Co se týče pracovních orgánů, byla navržena základní tři fóra osobní doprava, nákladní doprava a infrastruktura. Následovat měly tzv.platformy technika a výzkum, ERTMS, bezpečnost a životní prostředí. Všechny ostatní činnosti měly být organizovány v rámci pracovních skupin. Byla rovněž nastíněna struktura generálního ředitelství, ale zatím velmi schématicky. 2

V podkladech pro zasedání valného shromáždění byl rozeslán rozpočet jednotlivých projektů a aktivit UIC, světových aktivit a generálního ředitelství pro rok 2006. Valné shromáždění po diskusi materiály schválilo. Následovalo zasedání valného shromáždění dne 8.6.2006. Pan Sharma, náměstek generálního ředitele UIC a šéf světových aktivit UIC, seznámil účastníky jednání s výsledky zasedání výkonné rady, které proběhlo o den dříve. Byl potvrzen tehdejší trend vývoje UIC, spočívající především v transformaci UIC na celosvětovou železniční organizaci. Bylo schváleno zřízení tzv. regionálních shromáždění UIC pro oblasti Asie, Afriky, Ameriky a Středního východu, která budou mít i své samostatné podpůrné struktury (co se týče Evropy, reforma již proběhla a mělo by dojít pouze k překlopení stávajících evropských členů výkonné rady do evropského regionálního shromáždění), co se týče výkonné rady bylo odsouhlaseno její rozšíření - kromě stálých členů (dle funkcí v UIC a CER) by měla mít 19 členů, kteří budou nominováni dle jednotlivých kvót pro regiony (3 Amerika, 3 Evropa, 1 Magreb, 3 zbytek Afriky,1 Přední Asie, 3 Střední východ, 1 Rusko, 3 zbytek Asie, 1 Austrálie a Nový Zéland). Regionální shromáždění by mělo hrát roli koordinátora aktivit v tom kterém regionu, přičemž všechna rozhodnutí, týkající se rozpočtu, budou přijímána na úrovni valného shromáždění. Jak jednotlivé pracovní orgány (fóra, platformy), tak regionální shromáždění budou moci pouze navrhovat projekty a aktivity, které budou schvalovány na valném shromáždění. Schválení všech materiálů v definitivní podobě bylo naplánováno na podzimním zasedání valného shromáždění s tím, že nové struktury by měly být plně funkční od 1.1.2007. Se svými vizemi příslušných útvarů vystoupili pan Sellnick, ředitel odboru železniční podniky (osobní a nákladní doprava) a pan Maffei, ředitel odboru technika/výzkum. Zdůraznili hlavně princip zaměření jednotlivých činností a projektů na konkrétní potřeby členů UIC. Rovněž struktura generálního ředitelství by měla být uzpůsobena tomuto modelu. Co se týče rozpočtu, bylo konstatováno, že nejdůležitějším trendem je celkový pokles nákladů na UIC. Co se týče zvláštních projektů, náklady rovněž klesaly, navíc bylo již možné v jednotlivých případech od projektů odstupovat. Náklady na světové aktivity by měly zůstat na stejné úrovni (i přes ustavení regionálních shromáždění, ta by si měla své podpůrné aktivity financovat sama mimo centrální rozpočet UIC). Zlomem v historii UIC bylo, že na tomto zasedání byly do UIC jako aktivní člen přijaty Ruské železnice (RŽD), které doposud stály stranou světových železničních struktur s výjimkou OSŽD. Z hlediska České republiky bylo toto valné shromáždění významné tím, že na něm bylo rozhodnuto o plném členství Správy železniční dopravní cesty v UIC. Tím byla ukončena platnost dosavadní smlouvy mezi ČD, a.s. a SŽDC o vzájemném zastupování a koordinaci. 3

3. Počátek indického předsednictví v UIC první fáze krize Další valné shromáždění se sešlo dne 7.12.2006. President UIC pan Weibel a pan Aliadiere informovali přítomné o výsledcích zasedání výkonné rady, která jednala tentýž den. Byla to vlastně úvodní informace pro další bod programu schvalování nového statutu UIC. Statut UIC doznal řady změn, souvisejících se změnou struktury UIC se zaměřením na světové aktivity. Byly zde přidány články týkající se hlavně regionálních shromáždění a jejich činnosti. Také ve vnitřních řádech byla změněna ustanovení, týkající se Světového výkonného výboru (zaniká) a jednotlivých regionálních shromáždění. Na předcházejícím přípravném zasedání se zvedla vlna odporu ze strany většiny členů UIC proti úpravě článku 13.5. statutu, týkajícího se možnosti odstoupení z jednotlivých zvláštních projektů. Vedení UIC, které se hlavně pod vlivem mimoevropských železnic snažilo zapracovat možnost rozhodnutí valného shromáždění vedoucího de facto k povinné účasti, bylo nuceno ustoupit a článek 13.5. zůstal beze změny. Na valném shromáždění byl tedy předložen seznam zvláštních projektů rozepsaný na všechny aktivní členy, ale následně bude UIC povinno vyškrtnout ze seznamu železnice, které ohlásí odstoupení z jednotlivých projektů. Pak by mělo následovat přepočtení příspěvků na projekty a finální rozpis. Na tomto zasedání proběhla rovněž volba nového presidenta UIC na léta 2007-2008. Panu Weibelovi skončil mandát (krátce nato ukončil i svou kariéru na švýcarských železnicích SBB), a proto se s ním všichni přítomní velmi srdečně rozloučili. Na post presidenta UIC byl navržen jediný kandidát, a to pan J.P.Batra (Indické železnice), který byl také jednomyslně zvolen. Tato volba jen potvrdila změnu orientace UIC na mimoevropské aktivity a rostoucí vliv mimoevropských členů UIC. Ze zpětného pohledu lze označit zvolení pana Batry za počátek vleklé krize v UIC. Generální ředitel UIC pan Aliadiere podal informaci o jmenování nových předsedů fór - pro Fórum nákladní přepravy to byl Ferdinand Schmidt (Rail Cargo Austria) a pro Fórum infrastruktury Andrew McNaughton (Network Rail). Následně byl schválen rozpočet UIC na rok 2007. Pro aktivní evropské členy UIC znamenal následující: základní příspěvek (dříve základní a světový, nyní základní, rozvojový a regionální-evropský) se v zásadě nezměnil, co se týče poplatků za zvláštní projekty, došlo celkově k poklesu, navíc UIC bude nyní muset respektovat ohlášená odstoupení členů z některých projektů, dojde tedy k dalšímu poklesu. Na valném shromáždění dne 18.6.2007 byly podány informace o činnosti všech regionálních shromáždění. Výkonná rada a valné shromáždění schválily strukturu UIC vč.jednotlivých pracovních orgánů, světových kompetenčních center a odpovědností za jednotlivé regionální aktivity. Jedním z velmi důležitých rozhodnutí bylo založení samostatného odboru Vysoké rychlosti, který se vyčlenil z odboru Železniční podniky. Ředitelem odboru byl nominován pan Ignacio Barron. Byly oznámeny nominace pro jednotlivé pracovní orgány: Michel Etienne do čela Platformy bezpečnost a Michele Elia do čela Platformy ERTMS. 4

Valné shromáždění vyjádřilo podporu mnoha celosvětovým aktivitám vč.světových železničních koridorů, výzkumných úkolů atd. Rozsah světových aktivit UIC se dále zvětšoval, otázky jejich financování však nebyly řešeny zcela precizně a UIC si tak zadělávalo na budoucí problémy. Valné shromáždění dne 7.12.2007 schválilo přechod prezidentství UIC od pana Batry (který na Indických železnicích odstoupil z funkce) na jeho nástupce pana Jenu do konce roku 2008 (do konce mandátu pana Batry). Pan Jena, jak se později ukázalo, necitlivě podporoval nejrůznější světové aktivity bez konzultací s evropskými aktivními členy, a za asistence především pana Sharmy a pana Michela (ředitele ekonomického odboru UIC) tak přispěl k tomu, že krize v UIC byla již neodvratitelná. Organizační struktura UIC byla dokončena, její tvorba byla podřízena především podpoře světových aktivit a jednotlivých regionálních shromáždění. 4. Krize vrcholí nucená správa Na počátku roku 2008 se rozpory mezi dvěma proudy v UIC nadále prohlubovaly a činnost vedoucích struktur UIC se paralyzovala. Přitom se nedá říci, že by evropští členové zcela negovali světové aktivity a principy mezinárodní solidarity, ale především neinformovanost členů o finančním řízení světových aktivit vedla k tomu, že řízení UIC již nebylo prakticky možné. Důsledkem byl stav, kdy generálnímu řediteli UIC nebylo ze strany presidenta UIC umožněno vykonávat činnosti vyplývající z jeho funkce ve smyslu statutu. Panu Aliadierovi tak nezbylo nic jiného, než sáhnout k dosud nevídanému řešení uvalení nucené správy ze strany francouzského státu. Nucená správa byla na UIC uvalena dne 18.4.2008, vedením organizace byla pověřena paní Beatrice Dunogué-Gaffié. Následující období bylo pro UIC velmi těžké světové křídlo pod vedením pana Jeny se nehodlalo vzdát a působilo spíše obstrukčně, navíc náklady na výkon nucené správy šly samozřejmě k tíži členů UIC. Hlavním bodem programu zasedání valného shromáždění dne 20.5.2008 bylo řešení situace UIC po uvalení nucené správy. Šance na úspěch byla při jednáních výkonné rady a valného shromáždění využita přibližně na 50 %. Na jednání výkonné rady se otupily nejostřejší hroty mezi dvěma křídly a byla deklarována snaha nedopustit rozklad organizace. Pro jednání valného shromáždění byl předložen a také schválen časový postup konsolidace UIC - na generálním ředitelství UIC bude proveden finanční audit a rovněž zde budou připraveny podklady pro schválení finančního plánu na rok 2009, statut UIC bude podroben kritické diskusi v rámci zvlášť ustavené pracovní skupiny a musí v něm být jasně specifikovány vzájemné vztahy mezi centrem a jednotlivými regionálními shromážděními včetně financování. Provizorní administrátorka slíbila, že do října 2008 budou návrhy zpracovány tak, aby mohl být na Valném shromáždění v prosinci 2008 schválen nový statut UIC a rozpočet na rok 2009. Dne 5.12.2008 měly tedy nejvyšší statutární orgány UIC definitivně vyřešit stávající problémy v této organizaci. K tomu však došlo jen částečně. Ještě na dopoledním zasedání výkonné rady se oba tábory, evropský a mimoevropský, 5

snažily najít konsensus alespoň v hlavních zásadách, které by vedly ke zpracování nového statutu UIC, vnitřních směrnic a rozpočtu na rok 2009. To se nakonec nepodařilo, a proto muselo na valném shromáždění dojít ke hlasování, kde se rozhodovalo mezi dvěma variantami zásad. Zasedání valného shromáždění předsedal dosavadní president UIC pan Jena, nicméně hlavní zásluhu na dotažení dialogu do konce měla provizorní administrátorka UIC Béatrice Dunogué-Gaffié. Výstupem jednání byla po dlouhé diskusi a hlasování skutečnost, že byly přijaty hlavní zásady pro tvorbu základních dokumentů UIC s tím, že tyto budou předloženy ke schválení mimořádnému valnému shromáždění, které se sejde dne 31.3.2009. Hospodaření UIC bude do té doby probíhat v rámci rozpočtového provizoria, nicméně výše příspěvků členů UIC do zvláštních projektů se bude odvíjet od individuálních přihlášek do konkrétních projektů. Na tomto zasedání došlo k volbě nového presidenta UIC, který se ujme svého úřadu k 1.4.2009. Stal se jím pan Yoshio Ishida, vicepresident EJRC(Východo-japonská železniční společnost). 5. Na cestě z krize? Na již zmíněném mimořádném zasedání valného shromáždění dne 31.3.2009 byl nakonec přijat evropský návrh statutu UIC doplněný o pět připomínek asijského regionálního shromáždění. Spolu s přijetím rozpočtu tak byly splněny podmínky pro ukončení nucené zprávy UIC. Vicepresidentem UIC byl zvolen pan Moretti, president CER Ve smyslu nového statutu UIC byla řešena situace obsazení funkce generálního ředitele UIC pro služby (která de facto nahradila funkci generálního ředitele, kterou doposud zastával pan Aliadiere). Přípravný výbor přeložil návrh jmenovat do této funkce pana Jean-Pierre Loubinoux. Návrh byl jednomyslně přijat. Pan Loubinoux pronesl krátký projev, kde specifikoval své hlavní cíle při řízení aparátu UIC. Soustředil se na uvedení UIC do normálního pracovního režimu a otupení hrotů mezi dvěma křídly v organizaci. Podle nového statutu měli v rámci struktury UIC fungovat dva regionální ředitelé - pro Evropu a pro mimoevropské země. Protože do poslední chvíle nebylo jasné, zda tito ředitelé budou řízeni a financováni z centra či v rámci regionálních shromáždění, bylo rozhodnuto, že výběrové řízení na tyto posty bude vypsáno teprve v dubnu a bude uzavřeno v červnu na řádném valném shromáždění.určité specifikované pravomoci byly valným shromážděním delegovány výkonné radě UIC (pro období mezi jednotlivými valnými shromážděními) stalo se tak ad hoc, pravomoci se nepromítly do statutu, jak bylo přáním mimoevropských členů. Dokument k rozpočtu UIC na rok 2009 byl schválen a byla tak splněna druhá podmínka pro ukončení nucené správy. Zasedání regionálního shromáždění pro Evropu dne 15.6.2009 bylo spolu s valným shromážděním následující den prvním řádným zasedáním statutárních orgánů po ukončení nucené správy UIC. Na programu byla mj.koordinace činnosti evropských železničních organizací (UIC, CER, EIM). Nové vedení UIC zahájilo svoji činnost s velkou otevřeností a vstřícností. Členové UIC byli do detailu seznámeni s hospodařením a ze strany pana Loubinoux byly přislíbeny značné úspory nákladů na provoz centrály UIC v Paříži. UIC jedná v rámci tzv.tripartity s CER a EIM a snaží se najít svou roli ve vztahu k EU a Evropské železniční agentuře. Jmenování obou regionálních ředitelů bylo zatím odloženo, mimoevropští členové UIC se ještě 6

neshodli na svém kandidátovi, v případě Evropy se čekalo na výsledek zmíněných tripartitních jednání. Evropské regionální shromáždění schválilo rovněž návrh zásad evropského rozpočtu UIC pro rok 2010. Rozpočet vycházel z již zmíněných úsporných opatření v centrále, dále pak předpokládal nenavýšení základních členských příspěvků, co se týče projektů se zvláštním financováním, byla částka rozepsaná na jednotlivé členy o cca 25% nižší oproti roku 2009. Členové UIC pak navíc provedou výběr u nových projektů dle zásady dobrovolnosti. Zasedání valného shromáždění vedl nově zvolený president UIC pan Ishida. Valné shromáždění schválilo obsazení výkonné rady UIC, do které byli jmenováni zástupci jednotlivých regionálních shromáždění. Za Evropu byli jmenováni pan Grube (nový president DB AG), pan Pépy (šéf SNCF), pan Klerk (Prorail nizozemský správce infrastruktury) a pan Wach (šéf skupiny PKP). Na zasedání evropského regionálního shromáždění dne 8.12.2009 byly projednány hlavní otázky, týkající se činnosti UIC v regionu Evropa, hlavně z hlediska přípravy rozpočtu a složení projektového portfolia: schválení aktualizovaných vnitřních pravidel evropského shromáždění, spolupráce v technické oblasti (Coordination Technical Group), minimální přítomnost UIC v Bruselu, regionální ředitel pro Evropu bylo rozhodnuto ji zatím neobsazovat, nový pracovní orgán UIC Rail System Forum, Technical recommendations - TEC-REC (výsledek spolupráce UIC/UNIFE v oblasti standardizace) a prioritní projekty brzdové bloky LL/Train Europe, TAF TSI, Europen Performance Regime a ILCAD 2010 (železniční přejezdy). Valné shromáždění bylo příležitostí pro zhodnocení činnosti UIC za rok 2009 z pohledu přínosů pro železniční podniky a využití vložených finančních prostředků. Nové vedení UIC vsadilo především na zjednodušení některých administrativních procesů, zvýšení transparentnosti finančních toků a zkvalitnění řízení, především ve vztahu k projektům. UIC začalo rovněž zlepšovat svůj image vůči ostatním evropským a světovým organizacím.co se týče světových aktivit, které jsou v čím dál větší míře financovány mimoevropskými železnicemi, president Ishida zkonstatoval zaměření UIC na pět hlavních oblastí životní prostředí, bezpečnost, nákladní doprava, zabezpečovací zařízení a normalizace. S ohledem na organizaci technické práce na UIC se jeví jako klíčové rozhodnutí valného shromáždění vytvořit nový pracovní orgán Rail System Forum. Tento pracovní orgán si klade za cíl pokrýt celou technickou oblast mezi pevnými drážními zařízeními a vozidly. Toto fórum nahradí činnost stávajícího Fóra infrastruktura, Platformy techniky a výzkumu (PTR) a Platformy ERTMS. Vedení UIC si od této změny slibuje větší pružnost napříč celým železničním systémem a zamezení zdvojování prací. Činnost a projekty tohoto nového fóra budou podporovány novým ředitelstvím UIC System/Infrastructure Department, do jehož čela byl nominován Emilio Maestrini (Itálie). Co se týče dalších personálních změn, bylo rozhodnuto, že Oliver Sellnick, dosavadní šéf ředitelství Železniční podniky (osobní a nákladní doprava), se soustředí pouze na nákladní dopravu a rovněž na koordinaci mezi jednotlivými pracovními orgány UIC, novým šéfem ředitelství osobní dopravy se stal Ignacio Barron, dosavadní ředitel odboru vysokorychlostní dopravy. 7

Současná struktura UIC: GENERÁLNÍ ŘEDITEL REGIONÁLNÍ KOORDINÁTOŘI ODBORY GENERÁLNÍHO ŘEDITELSTVÍ (SLUŽBY PRO ČLENY UIC) OSOBNÍ DOPRAVA NÁKLADNÍ DOPRAVA ŽELEZNIČNÍ SYSTÉM PRUŘEZOVÉ AKTIVITY Vysokorychlostní dopravního Jednotlivé zásilky Technologie železnič- Udržitelný rozvoj systému Konvenční doprava Kombinovaná doprava Standardy smlouvy Výzkum Stanice a terminály Provoz a kvalita Masterplan, ERIM Provozní bezpečnost Telematika v osobní dopravě Obchod a služby Telematika v nákladní dopravě Koridory kombinované dopravy Provoz a údržba Bezpečnost ERTMS, ETCS, GSM- Vzdělávání (SIAFI, R IRSMI ) Zabezpečovací systémy Široký a úzký rozchod PODPURNÉ ODBORY Komunikace Institucionální vztahy Finance Lidské zdroje a právní otázky PRACOVNÍ ORGÁNY FÓRUM DOPRAVY OSOBNÍ FÓRUM NÁKLADNÍ DOPRAVY FÓRUM ŽELEZNIČNÍ SYSTÉM PLATFORMY Vzdělávání Životní prostředí, energie a udržitelný rozvoj Provozní bezpečnost Bezpečnost OSTATNÍ PRŮŘEZOVÉ SKUPINY: Finance, dokumentační skupina, terminologie, komunikace, právní otázky, železniční zdravotnictví. 6. UIC - jak dál? Z výše uvedeného textu je zřejmé, že UIC prošlo v posledním období velmi složitým vývojem. Příčinou byla nejen celkově komplikovaná struktura a vztahy uvnitř současného železničního společenství, ale rovněž selhání lidského faktoru při řízení organizace. Podle mého názoru se UIC o svou budoucnost nemusí obávat, musí se ale soustředit na své hlavní poslání zajištění kompatibility a jednotnosti železničního systému. Tomuto cíli musí podřídit i formování vzájemných vztahů s ostatními mezinárodními organizacemi a Evropskou unií. Evropské a světové železnice musí cítit, že UIC soustavně a efektivně přispívá k rozvoji jejich konkurenceschopnosti a profesní odbornosti. 8

7. OSŽD Do plejády mezinárodních organizací, které se zabývají železniční dopravou a ve kterých naši odborníci dlouhodobě aktivně působí, patří i "Organizace pro spolupráci železnic" (OSŽD). OSŽD byla založena 28.června 1956 v Bulharsku a je organizací, která, obrazně řečeno, tvoří kontinentální přemostění Evropy a Asie v oblasti železniční dopravy a působí na styku technicky rovnocenných systémů kolejí o rozchodu 1435 mm a 1520 mm. Článek o OSŽD vyjde v druhé polovině roku na stránkách tohoto Sborníku. Literatura: 1. UIC Shaping the railway of the 21st century (1997) 2. UIC Annual reports 2006-2009 Praha, březen 2010 Lektoroval: Ing. Jaroslav Vašátko ČD, KGŘ 9

Ivo Hruban 1 Železniční dopravní infrastruktura a kvalita v dopravě Klíčová slova: kvalita dopravní infrastruktury, železniční doprava Úvod Kvalita dopravy nestojí sama osobě, ale je součástí celkového pohledu a přístupu společnosti ke kvalitě. Kvalitu dopravy tvoří dva celky, kterými jsou kvalita dopravních a kvalita přepravních procesů. Kvalita dopravy je však sama o sobě součástí obecné kvality. Vazby v rámci kvality jsou znázorněny na obrázku 1. Dopravní infrastruktura pak působí na obě složky dopravy. Kvalita Kvalita v dopravě Kvalita dopravního procesu Kvalita přepravního procesu Kvalita dopravní infrastruktury Obrázek 1:Vztah dopravní infrastruktury s kvalitou zdroj autor Pohled na kvalitu v dopravě se vyvíjel v čase stejně jako na kvalitu obecně. Začátek posuzování kvality v dopravě přichází zhruba v 50. letech minulého století, kdy hodnocení obecné kvality bylo ve své 5. fázi. K největšímu rozvoji hodnocení kvality v dopravních podnicích dochází až v posledních letech. Tato skutečnost je dána vznikem konkurence mezi jednotlivými druhy dopravy. Od té chvíle dochází ke snaze zabezpečit odpovídající úroveň kvality poskytovaných dopravních služeb. 1 Ing. Ivo HRUBAN, nar. 1983, absolvent Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice v roce 2008, v současnosti interní doktorand Katedry technologie a řízení dopravy Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice 1

Kvalita dopravních služeb v dopravě se v České republice řídí normami ČSN EN 13816:2003, ČSN EN 15140:2006, které rozšiřují normy IS0 9001:2009 na oblast dopravy. V železniční dopravě pak normy doplňuje Nařízení EP a Rady (ES) č. 1371/2007 a Charta cestujícího. V poslední době se zejména silniční dopravci nechávají akreditovat certifikátem. Do 1. 1. 2010 bylo v České republice certifikováno kolem 170 společností, které se zabývají spedicí a dopravou. Drážní doprava byla zastoupena celkem šestkrát z toho železniční čtyřikrát [1]. 1 Řízení kvality v jednotlivých oborech dopravy v ČR V následujících odstavcích bude soustředěna pozornost na dopravu železniční, silniční a leteckou. Omezení je dáno skutečností, že vodní doprava má v České republice jen minimální zastoupení a vzhledem ke stavu vodních cest se jedná spíše o dopravu rekreační. 1.1 Letecká doprava Snaha nabídnout cestujícímu ty nejlepší služby vedla od začátku letecké dopravy k zavedení managementu řízení kvality nejen u jednotlivých dopravců, ale také na letištích. Pro hodnocení letištních terminálů byla vypracována metodika hodnocení uspořádání letištních terminálů a jejich propustnosti, která se v budoucnu uplatnila i při budování stanic metra a postupně přechází i na železniční dopravu. 1.2 Silniční doprava Vzhledem k velkému množství autodopravců vznikla snaha zviditelnit se a nabídnout zákazníkům garantované kvalitní služby. Většina velkých dopravců na poli silniční dopravy již certifikací prošla [1]. 1.3 Železniční doprava Vzhledem k dlouhodobé zakonzervovanosti stavu, kdy na poli železniční dopravy působil jeden dopravce a železnice vystupovala jako unitární podnik, nebyla kvalitě v minulosti přisuzována dostatečná váha. Proti tomu se v Evropě začalo bojovat v roce 2001 přijetím Prvního železničního balíčku. Vzhledem k velikosti původních železničních podniků je přechod k poskytování kvalitních služeb o něco pomalejší, než v jiných dopravních oborech. 2 Vztah kvalita dopravní infrastruktura Kvalitu dopravy je třeba sledovat vždy ze strany zákazníka. Kvalitní dopravní infrastrukturu zajišťuje správce dopravní infrastruktury. Z hlediska hodnocení kvality dopravy jsou cílovým zákazníkem sledovány následující prvky [2]: 1 dostupnost 2 přístupnost 3 informace 2

4 čas 5 péče o zákazníka 6 komfort 7 bezpečnost 8 ekologický dopad Dopravní infrastruktura může svou nedokonalostí zapříčinit odklon od kvality v prvcích dostupnost, přístupnost, čas, komfort, bezpečnost a ekologický dopad. Jak je patrné z obrázku 1 dopravní infrastruktura je pouhým jedním prvkem ovlivňující výslednou kvalitu dopravy, na druhé straně však kvalitu výrazně ovlivňuje. 3 Rozdíl mezi jednotlivými druhy dopravy Správci silniční dopravní infrastruktury mají v oblasti zajišťování kvality dopravní cesty rozdílně silnou motivaci. To je dáno nejen přístupy k aplikaci řízení kvality v jednotlivých oborech, ale také odlišnými vazbami na zákazníka. Při pohledu na jednotlivé druhy dopravy lze vysledovat dva přístupy: vazba přímá, tedy konečný zákazník (uživatel dopravy) správce infrastruktury vazba nepřímá, neboli konečný zákazník (uživatel dopravy) dopravce správce infrastruktury. Vazby jako takové nevystupují pouze jednotlivě, ale i v různém uspořádání. Uspořádání lze z pohledu kvality charakterizovat jako vhodné (obrázek 2) a nevhodné (obrázek 3). 3.1 Vhodně uspořádané vazby Vhodné uspořádání je z pohledu kvality výhodné, protože konečný zákazník tedy (uživatel dopravy) se podílí svým očekáváním na kvalitativním stavu dopravní infrastruktury přímo. Toto uspořádání lze najít u silniční, letecké dopravy z části vodní dopravy. V případě vodní dopravy není vliv uživatele dopravy na správce vodní cesty značný, protože vazba přímo se ve vnitrozemské vodní dopravě vyskytuje pouze u rekreační plavby. Je zde proto vidět, že neexistence dostatečně pevné vazby mezi konečným uživatelem dopravy a správcem vodních cest vede k nedostatečné kvalitě vodních cest na území České republiky. Znát je naopak vliv uživatele dopravy u dopravy silniční a letecké. V obou případech platí, že toto uspořádání je dáno historicky, ale i zde lze najít drobné odlišnosti. Silniční doprava měla toto uspořádání i poměr mezi jednotlivými vazbami shodný. V počátku éry letecké dopravy tak, jak ji známe dnes, však převažovala vazba nepřímá, ale vzhledem k existenci určité prestiže a mezinárodního charakteru letecké dopravy, musela být dopravní infrastruktura letecké dopravy charakterizována rovněž vysokou kvalitou, aby nesnižovala úroveň kvality letecké dopravy jako celku. 3

Správce infrastruktury Dopravce Uživatel dopravy Obrázek 2: Vhodné uspořádání vazeb rámci dopravního systému zdroj: autor 3.2 Nevhodně uspořádané vazby Nevýhodně uspořádané vazby naopak najdeme u železniční dopravy. Zde je tato skutečnost dána historickým vývojem v posledních letech, kdy se z unitárních železničních podniků monopolního charakteru stávají podniky působící na liberalizovaném trhu. Pro zajištění nediskriminačního přístupu na železniční síť byl vytvořen status správce dopravní infrastruktury, který má jako jeden z úkolů spravovat železniční dopravní cestu. Z původního výhodného postavení správce infrastruktury = dopravce, tedy obdobně jako v ostatních dopravních oborech, kdy železnice měla být schopná reagovat přímo na kvalitativní požadavky uživatele dopravy a zároveň vyhovět požadavkům dopravce se při zprůhledňování financování a přivedení konkurence na trh s železniční dopravou kvalitativní vztahy zkomplikovaly. Správce infrastruktury Dopravce Obrázek 3: Nevhodné uspořádání vazeb v dopravním systému Uživatel dopravy zdroj: autor 4 Rozbor situace na železnici Jak již bylo popsáno v předchozím odstavci, s příchodem nového uspořádání železnice se kvalitativní vztahy v tomto oboru zkomplikovali. Uspořádání vazeb v rámci železniční dopravy znázorňuje obrázek 4. Poskytovaná kvalita Vnímaná kvalita Cílová kvalita Hledaná kvalita Správce DC Dopravce Zákazníci Cílová kvalita Hledaná kvalita Poskytovaná kvalita Vnímaná kvalita Obrázek 4: Vazby kvality v železniční dopravě zdroj autor 4

Jak je patrné, dopravce musí zvládnout požadovat od správce dopravní infrastruktury takovou kvalitu dopravní infrastruktury, jakou očekává jeho zákazník. Dopravce tedy nežádá úroveň kvality pouze podle svých potřeb, ale se snaží o získání takové kvality, aby se kvalita jím nabízené dopravní služby co nejvíce přiblížila hledané kvalitě u jeho potenciálních zákazníků, jak v nákladní tak v osobní dopravě. Samotní zákazníci totiž hledají určitou kvalitu služby, kterou potom porovnávají s kvalitou vnímanou a na základě tohoto srovnání (tedy stupně spokojenosti zákazníka) se rozhodují, který způsob dopravy použijí. Proto by mělo být v zájmu správce infrastruktury sledovat i zájmy potencionálních zákazníků dopravců. Vzhledem k zaměření článku na železniční dopravu se následující odstavce budou zabývat situací na železnici. 4.1 Dostupnost V oblasti dostupnosti hraje roli několik faktorů. Hustota dopravní sítě společně se vzdáleností zastávek od míst zájmu zákazníků je rozhodující pro výběr daného druhu dopravy. Cestující totiž do doby potřebné k přepravě počítá i čas potřebný pro příchod (příjezd) a odchod (odjezd) z a na zastávku (1). T C j = n + + ( i i 1 i i + i ; 1 tch todb / ček + t ) j i= 1 ;. (1) kde C T j je celková doba přemístění mezi A a B n počet použitých dopravních prostředků t doba potřebná na chůzi (místo A - zastávka, nástupiště 1. dopr. ch prostředku nástupiště 2. dopr. prostředku, nástupiště n. systému místo B) t doba potřebná na odbavení/čekání na i+1. dopravní prostředek i; i+ 1 odb / ček i t j doba jízdy i. dopravním prostředkem. Všechny tyto časy lze deterministicky vyjádřit pomocí relativně jednoduchých rovnic a ačkoli se to nezdá, je většina z nich ovlivnitelná dopravní infrastrukturou. Uspořádání dopravní sítě a rozmístění zastávek má vliv na dobu potřebnou k chůzi na stanici/ zastávku. Tato doba je ovlivnitelná i zastavením vozidla v zastávce a konfigurací stanice/zastávky, resp. uspořádáním zastávek v dopravním uzlu. 4.2 Přístupnost Představuje stav zastávek, stanic, terminálů osobní dopravy, jejich vybavení, které v sobě zahrnuje výšku nástupišť a příchod na ně a terminálů nákladní dopravy včetně vybavení (rampy, manipulační prostředky s pevnou jízdní dráhou). 5

V osobní dopravě je stále častěji kladen důraz na bezbariérový přístup alespoň do výpravní budovy a některá nástupiště. Mezi další hodnocené parametry patří mezera mezi vozidlem a hranou nástupiště. 4.3 Čas Dopravní infrastruktura ovlivňuje z hlediska časového nejen cestujícího, ale i dopravce. 4.3.1 Pohled cestujícího Časové hledisko ovlivňuje dopravní infrastruktura u zákazníka přímo a nepřímo. Přímo svou vlastní dostupností viz kapitola 4.1 a délkou času potřebného k přepravě. Na délce času přepravy v tomto globálním pojetí se podílí i dostupnost, tedy vzdálenost nástupního a výstupního místa od místa zájmu cestujícího. Čím delší bude vzdálenost překonávaná k dosažení daného dopravního systému, tím bude daný dopravní systém pro cestující méně atraktivní. K celkové cestovní době T C cestující přidávají dobu, kterou jsou ochotni tolerovat, jako rezervu pro případné zpoždění. Tato doba je ve většině případů neměnná, zejména, jedná-li se o zákazníky využívající služby veřejné hromadné dopravy pravidelně. Každé další zpoždění je pak bráno jako odklon od očekávané kvality služby. n i= 1 ( i i+ 1 i ; i+ 1 i t ch + t odb ček + t j ) t rez Z ; T j = / + (2) kde Z T je celková doba přemístění mezi A a B, j n je počet použitých dopravních prostředků, t ch t i; i+ 1 odb / ček i t j t rez je doba potřebná na chůzi (místo A - zastávka, nástupiště 1. dopr. prostředku nástupiště 2. dopr. prostředku, nástupiště n. systému místo B), je doba potřebná na odbavení/čekání na i+1. dopravní prostředek, je doba jízdy i. dopravním prostředkem, je doba rezervy, do které cestující zahrnuje zpoždění. 6

V nákladní dopravě zákazníci většinou vyžadují přesnost dodání a minimální dobu neproduktivních časů (je tedy výhodné mít vlečku alespoň na jednom konci přepravy). 4.3.2 Pohled dopravce Pro dopravce je rozhodující stav infrastruktury, její uspořádání a vybavení, které společně ovlivňují technologické časy a jízdní dobu tím i sestavu jízdního řádu a požadavky na provozní zaměstnance. Dalším závažným problémem je kapacita staničních a traťových kolejí. Nedostatečná kapacita se projevuje v poslední době zejm. díky integrovanému taktovému jízdnímu řádu. Omezující faktory jsou počet kolejí a jejich délka, uspořádání zhlaví stanice, typ zabezpečovacího zařízení, uspořádání nástupišť a příchod na ně. I použitá vozidla pak mohou mít při dané konfiguraci dopravní infrastruktury vliv na výslednou kvalitu železniční dopravy. Například i dopady nevhodně konfigurované stanice pro obrat klasické soupravy je možné snížit použitím vratných souprav nebo jednotek. Obraty klasických souprav ve stanici lze vyjádřit rovnicí (3) T = t + t + t obr. soupr od posun př (3) Kde T orb.soupr. je doba potřebná k obratu soupravy t od je doba potřebná k odvěšení hnacího vozidla od soupravy, t př je doba potřebná pro přivěšení vozidla, t posun je doba posunu. Doba posunu lze vyjádřit jako: kde 3 v náv nav vyh výh výh výh v t posun = t j + t j + t j + t j + i i i = 1 v náv t je jízda od soupravy k návěstidlu, j ppc rpc ( t + t ) + t + t (4) ček j ZS j = 1 t nav vyh j je doba jízdy od návěstidla po určenou výhybku, výh výh t j je jízda na opačnou stranu stanice, výh v t j je jízda od návěstidla (výhybky) k soupravě, ppc t i je čas potřebný pro postavení i-té posunové cesty, rpc t i je čas potřebný pro rušení i-té posunové cesty, t je čas vyčkávání pro vykonání následující operace z důvodu ček obsazení prvku infrastruktury jiným úkonem, ZS t je čas potřebný pro přechod strojvedoucího z kabiny do kabiny. 7

Ve vzorci lze provést zjednodušení, doby t ppc j a t rpc j můžou být nulové, pokud budeme uvažovat, že posunovou cestu lze postavit během odvěšování hnacího vozidla, nebo během přechodu strojvedoucího z jedné do druhé kabiny. Naopak výh výh doba t j se může dále dělit, pokud budeme uvažovat, že posunová cesta pro hnací vozidlo bude postavena na kolej, na které již stojí jiný vlak a bude tedy nutné vyčkat jeho odjezdu a rozpadu vlakové cesty za tímto vlakem. U obratu jednotky, nebo vratné soupravy sice také vyskytuje čas potřebný pro přechod strojvedoucího z kabiny do kabiny, který je ale delší o délku chůze strojvedoucího soupravou a případné uzamykání a odemykání dveří. Čas obratu v tomto případě se spočítá jako: (5) kde je doba potřebná na obrat jednotky, je přechod strojvedoucího z kabiny do kabiny, doba potřebná pro výstup všech a nástup všech cestujících. U neperonizovaných nebo poloperonizovaných stanic se situace ještě komplikuje vzhledem potřebě zamezit ohrožení cestujících. Je-li stanice vybavena cestovými návěstidly je možné uvažovat s nástupištními intervaly, které by měli zamezit vjíždění vlaku do cestujících. Narůstající doba obratu ve stanici si vynucuje pořízení dalších souprav, nebo prodloužení intervalů mezi vlaky. Při stejném obejmu finančních prostředků, za které je potřeba pořídit více vozidel, pak dochází ke snížení kvality. 4.4 Komfort V oblasti komfortu se dopravní cesta projevuje zejména svým povrchem a usnadněním pohybu cestujících. Jedná se o geometrickou polohu koleje, zavedení bezstykové koleje a výhybek s přestavitelnou srdcovkou. Úpravy infrastruktury by v tomto směru měly směřovat i k odstranění zbytečných pomalých jízd a nucenému brzdění zejm. u vlaků osobní dopravy, ve které jsou zákazníci na brzdění více citliví než u dopravy nákladní. V rámci dopravy osob je pak žádoucí vybavit peronizované stanice výtahy/eskalátory, které zjednoduší přístup na nástupiště. 4.5 Bezpečnost V rámci bezpečnosti je kladen důraz na omezení vlivu lidského činitele a pasivní bezpečnost. U železnice se projevuje zejména snahou o vybavení tratí a vozidel zabezpečovacím zařízením s omezením vlivu lidského činitele na provoz, nebo alespoň jeho kontrolou. Odstranění nadbytečných železničních přejezdů a budování mimoúrovňových křížení s pozemními komunikacemi. Budování mimoúrovňových přístupů na nástupiště v železničních stanicích vede ke zvýšení bezpečnosti cestujících. 8

4.6 Ekologický dopad Opatření v oblasti dopravní infrastruktury směřují zejména na omezení hluku (budování protihlukových zdí, zvětšování poloměru oblouků) a do oblasti ochrany spodních vod (zajištěním odvodnění drážního tělesa). Závěr Jednotlivým kritériím přidávávají zákazníci určité váhy, podle kterých hodnotí dopravní službu. Výslednou kvalitu dopravního procesu ovlivňuje technický stav, technické parametry, propustnost dopravní infrastruktury a klimatické podmínky. Ne všechny parametry jsou ovlivnitelné správcem dopravní infrastruktury. Na druhé straně zásahy do infrastruktury vyžadují nemalé finanční prostředky a realizace větších zásahů trvá delší časový úsek, proto by se měli dělat s ohledem na potřeby zákazníka, tedy na finálního uživatele dopravy. Vzhledem k neexistenci přímé vazby mezi konečným zákazníkem a správcem infrastruktury je v odvětví železniční dopravy nutnost, aby správce infrastruktury vedl dialog s dopravci, kteří působí na jeho síti, aby stav dopravní infrastruktury neodrazoval zákazníky od využívání železniční dopravy. Výběrem vhodných opatření je možné zvýšit kvalitativní úroveň ve více sledovaných oblastech v rámci provedení jednoho opatření. Příspěvek vznikl za podpory Institucionálního výzkumu MSM 0021627505 Teorie dopravních systémů Univerzity Pardubice. Použitá literatura: [1] PROVIDENCE.CZ Certifikace systémů řízení. [online][citováno 10.1.2010] Dostupné z: http://www.iso.cz/index.html [2] ČSN 13 816 Doprava - Logistika a služby - Veřejná přeprava osob - Definice jakosti služby, cíle a měření. Praha, Český normalizační institut 2003 [3] ČSN EN 15 140 (762011) Veřejná přeprava osob - Základní požadavky a doporučení pro systémy hodnocení kvality poskytované služby. Praha, Český normalizační institut 2007 [4] ČSN EN IS0 9001:2009 Systémy managementu kvality Požadavky. Praha, Český normalizační institut 2009 [5] Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1371/2007 ze dne 23. října 2007 o právech a povinnostech cestujících v železniční přepravě. Úřední věstník EU, L 315, 3.12.2007 Praha, březen 2010 Lektoroval: Ing. Jiří Kolář, Ph.D. ČD, KNP 9

David Krásenský 1, Miroslav Klapka 2 Inovovaná železniční mapa RailMap jako integrální součást jednotné báze informací ERIC Klíčová slova: železniční doprava, nákladní přeprava, informace, mapa, Internet 1 Informace o přepravě: vše na jednom místě Není pochyb, že pro železničního nákladního dopravce i pro každou jinou organizaci působící na železničním dopravním trhu jsou klíčové informace. To znamená nejen informace nezbytné pro plánování, operativní řízení a sledování dopravy v reálném čase, ale také podkladové informace, které jsou k dispozici předem a podle nichž se dopravce, přepravce, nebo jiný subjekt rozhoduje o organizování přepravy, případně které využívá jinými upotřebitelnými způsoby. 1.1 Klasické zdroje informací Jako klasický zdroj uvedených informací můžeme označit především: mapy obecně zeměpisné a železniční seznamy stanic s výpravními oprávněními nákresné a tabulární jízdní řády dopravní a přepravní předpisy tarify a související ujednání ostatní informace přepravního a dopravního charakteru Dnes již samozřejmě u těchto zdrojů informací klasická, papírová podoba ustupuje: jejími zřejmými nevýhodami je nejen nízká operativnost a nízká míra uživatelského komfortu, ale také nemožnost rychlého vyhledávání informací a nedokonalá aktualizace dat. Moderním řešením je pochopitelně elektronická báze dat s průběžnou aktualizací včetně veškerého uživatelského komfortu a možností vyhledávání; vzhledem k tomu, že databáze poskytuje všeobecné, veřejně dostupné informace, se pro ni velmi dobře nabízí i otevřené internetové prostředí, které dává přístup nejširšímu okruhu uživatelů. Jednu z těchto elektronických bází dat je ERIC, jehož dodavatelem je JERID spol. s.r.o. Tento modulární, průběžně aktualizovaný systém je oblíben u řady uživatelů 1 Ing. Mgr. David KRÁSENSKÝ (krasensky@oltis.cz), narozen 1973 absolvent Fakulty informatiky Masarykovy univerzity Brno, a Dopravní fakulty Jana Pernera při Univerzitě Pardubice, obor Technologie a řízení dopravy. Je odborným konzultantem OLTIS Group a.s. pro oblast koncepce a strategie výstavby informačních systémů. 2 Ing. Miroslav KLAPKA (miroslav.klapka@jerid.cz), narozen 1977, absolvent Univerzity Hradec Králové, Fakulta informatiky a managementu, systémové inženýrství. Působí jako produktový manažer JERID spol. s r.o. 1

z oboru železniční dopravy; jeho velkou předností je mimo jiné integrace se železniční mapou Evropy, která je jeho součástí je známá pod zkratkou RailMap a díky svým unikátním vlastnostem získala řadu ocenění. Oba informační nástroje popisují autoři z dodavatelských organizací v následujícím článku. 1.2 ERIC jako centrum informací o nákladní přepravě Pod zkratkou ERIC (European Rail Information Centre) poskytuje společnost JERID centrum informací z železniční nákladní přepravy Evropy. ERIC představuje modulární a průběžně aktualizovaný systém informací z železniční nákladní přepravy. Databáze obsahuje velké množství tarifních, informačních, formulářových a dokumentových modulů. Aktuální informace jsou poskytovány ze zpracovatelského centra v elektronické podobě, v různých formách v závislosti na potřebách uživatelů a v několika evropských jazycích. 1.3 Základní podoba systému ERIC Základem elektronického systému informací je dobře fungující centrum pro sběr dat. Informace přicházejí z různých zdrojů železniční nákladní přepravy Evropy a části Asie. Původní podoba je zpracována do počítačového formátu, přeložena a informace jsou zpřístupněny všem uživatelům ERIC. Obrázek 1: Desktopová aplikace ERIC Systém je poskytován uživatelům v následujících formách: Lokální aplikace: pro PC s MS Windows; Internetová aplikace: fungující na webové stránce http://eric.jerid.cz/; Dynamické knihovny: DLL pro začlenění do různých systémů uživatelů; 2

Knihovna souvisejících dokumentů: v plném znění v elektronické podobě; Webové služby: pro volání z aplikací uživatelů přes Internet. Databáze je charakteristická: multijazykovostí: v současné době je databáze poskytována ve 4 jazycích anglickém, německém, polském a českém; modularitou: uživatelé si mohou vybrat moduly, které potřebují ke své činnosti a vytvořit si vlastní optimální konfiguraci; průběžnou a pravidelnou aktualizací: všechny informace v databázi jsou neustále sledovány a v případě změn okamžitě aktualizovány. 2 RailMap železniční mapa Evropy V rámci internetového portálu ERIC je k dispozici i elektronická mapa RailMap. Obsahuje ve své grafické podobě informace o železniční a silniční infrastruktuře, vodstvu a aglomeraci. Dále zobrazuje názvy měst, městských částí, ulic a obcí v závislosti na nastavení aktuálního měřítka mapy. Internetová aplikace RailMap je rozdělena do dvou částí základní funkce RailMap a sledování objektů. 2.1 Verze produktu RailMap Aplikaci lze charakterizovat jako digitální železniční mapu Evropy. Ve své samostatné variantě postihuje statické železniční objekty, dynamické železniční objekty a železniční infrastrukturu. Různé produkty RailMap ( klony či výsledné aplikace) jsou: Samostatný softwarový program: Desktopová aplikace (instalace z DVD) Webová aplikace (přístup přes internetový prohlížeč) Programové procedury, které mohou být začleněny do jiných produktů jiných firem; mohou se stát součástí specializovaných informačních systémů a železničních elektronických databank Datové soubory se základní informací o železniční dopravě, použitelné v jiných specializovaných produktech jiných firem (soubory XML, DBF, XLS...) Datové soubory se zeměpisnými souřadnicemi bodů železniční sítě kompatibilní s jinými specializovanými produkty jiných firem (soubory XML, DBF, XLS...) Nejdůležitějším produktem z pohledu šíře nabízených uživatelských funkcí je SIMON Systém Inteligentního Monitoringu. Jedná se o ucelené řešení systému pro sledování železničních nákladních vozů. Jeho klíčovou součástí je sledovací jednotka, vybavená senzorem GPS pro zaměření polohy a modulem GSM pro odeslání informace do databáze ANDY, která se pevně osazuje na železniční nákladní vůz. (Celý systém SIMON byl podrobněji představen v článku [1], včetně historie vývoje programu JEWEL.) 3

Obrázek 2: Konceptuální schéma aplikace RailMap Informace pořízené sledovacími jednotkami v terénu jsou prostřednictvím modulu GSM přenášeny do systému ANDY, což je back-end databáze systému. Zdroje dat mohou být přitom obecně různé, nejen z jednotek SIMON. Zobrazování v aplikaci RailMap může být realizováno v libovolné její podobě (Desktop = RailMap+ nebo Internet = RailMap Net). ANDY je systém pro sledování pozic objektů a je postavený právě na činnosti RailMap jako zobrazovací vrstvy. Klíčovým prvkem architektury ANDY jsou tzv. adaptéry pro komunikaci se zdroji dat. To znamená, že ANDY bez RailMap není samostatně funkční produkt; mapa je pro něj klíčovou komponentou pro prezentaci dat. Databáze ANDY je postavena jako dvouvrstvá databázový server a aplikační server nad databázovým strojem Microsoft SQL Server. Pro vlastní sledování může uživatel využít buď desktopovou mapu RailMap+, nebo internetovou mapu RailMap.net. Celý mechanismus sledování popisuje níže uvedené konceptuální schéma (obrázek 2). Železniční mapa RailMap bez databáze ANDY slouží jen pro prohlížení sítě a stanic a infrastruktury informace o železničních stanicích i o jejich vybavení (DIUM), výpravní oprávnění atd. V článku se nástroji RailMap věnujeme právě z obecného pohledu a hovoříme o jejích obecných funkčních možnostech, nezávisle na back-end databázi ANDY. 4

2.2 Datové vrstvy aplikace RailMap RailMap.net obsahuje několik popsaných železničních vrstev s podrobnými informacemi: Obrázek 3: Vyhledání stanice v RailMap.net Železniční tratě s možností zapnout/vypnout tuto vrstvu a změnit způsob zobrazení této vrstvy uživatelem (barva, velikost, měřítko) Železniční stanice s informacemi z mezinárodních železničních číselníků a seznamů (DIUM), s vyhledáním nejbližších železničních stanic v okolí libovolného bodu sítě a s možností zapnout/vypnout tuto vrstvu a změnit způsob zobrazení železničních stanic uživatelem (barva, velikost, měřítko) Vozy a obecně dynamické objekty na železniční síti jako vozy, vlaky, lokomotivy, kontejnery, zásilky aktuální poloha, historie pohybu atd. Železniční infrastruktura parametry tratí založené na národních Prohlášeních o dráze (Network Statement) Železniční koridory definice od RailNetEurope, TEN-T, OSŽD atd. Místa všeobecná mapová vrstva obsahující databázi měst v Evropě a části Asie 5

2.3 Sledování poloh objektů v desktopové mapě RailMap+ Významnou součástí aplikace RailMap je možnost sledování pozic objektů v elektronické mapě. Prostřednictvím funkcí Aktuální polohy objektů a Historie pohybu objektů lze dohledat přesná poloha objektu k určenému času. Pro sledování objektů je nezbytné získat zdroj informací o polohách těchto objektů. Existuje několik způsobů, jak získat informaci o poloze vozu a následně tuto polohu zobrazit v elektronické mapě RailMap+. Tuto funkci zajišťuje zařízení fyzicky instalované na samotném objektu, posílající informaci přímo do databáze RailMap, nebo jiný monitorovací systém zákazníka, který pouze přeposílá informaci o poloze objektů dále do výše zmíněné databáze ANDY. Další způsob, jak vložit informaci do databáze, je ručním zadáním nebo importem dat ze souboru v předem určeném formátu. Další varianty je možné implementovat po individuální konzultaci se zákazníkem. Obrázek 4: RailMap+/ANDY: seznam objektů nad mapou Aplikace sledování vozů RailMap+ využívá serverové databáze ANDY, a to pomocí přímého internetového připojení, nebo lokální sítě. Ke spuštění sledování je tedy nutné mít internetové spojení na server, kde je ANDY nainstalován. 6

3 Využitelnost železniční mapy RailMap 3.1 Unikátní vlastnosti mapy Jaké má železniční mapa RailMap unikátní vlastnosti? Čím se odlišuje od jiných map, jaké vlastnosti jsou ty podstatné, které rozhodují o jejím úspěchu? Unikátní báze dat o evropské i asijské železnici 25 000 stanic ve 40 zemích Zázemí odborně zdatné řešitelské firmy působící v rámci skupiny OLTIS Group Funkční a datový obsah mapy Možnosti integrace do jiných produktů formou univerzální mapové komponenty Ocenění produktu na domácí i mezinárodní scéně Potenciál rozšíření jako primární železniční mapy pro každého Především díky bohaté, pravidelně aktualizované bázi dat a snadnému přístupu je železniční mapa Evropy RailMap vynikajícím nástrojem s potenciálem uplatnění u mnoha typů uživatelů, jak se zmiňuje následující odstavec. 3.2 Uživatelé aplikace RailMap Obecně je železniční mapa RailMap určena pro každého, kdo se pohybuje na železniční síti nákladní dopravy a kdo potřebuje detailní informace o železniční síti. V současné době je produkt RailMap určen pro několik nejdůležitějších skupin uživatelů: A. Domácí uživatelé pro informaci o zahraničních železnicích Provozovatel dráhy (manažer železniční infrastruktury): SŽDC Klíčový domácí železniční nákladní dopravce: ČD Cargo Administrativa: Ministerstvo dopravy, Drážní úřad apod. Železniční průmysl: opravny, strojírny atd. Vojsko: Armáda ČR B. Zahraniční uživatelé pro informaci o železnici v ČR Železniční dopravci: potenciálně libovolný dopravce, který bude jezdit po našich tratích Manažer infrastruktury: potenciálně všechny evropské správy železniční dopravní cesty C. Libovolný uživatel pro informaci o železnici v Evropě všeobecně Přepravce: libovolný subjekt, který chce podat zásilku po železnici Speditér: především speditéři, nabízející služby železniční přepravy Školství: vysoké a střední odborné (železniční) školy Odborná veřejnost 7

D. Majitel vozu / zásilky / vlaku pro informaci o poloze objektů na síti Přepravce: kde je moje zásilka? Speditér: kde je můj vůz, moje zásilka? Majitel vozu: kde je můj vůz? Dopravce: kde je můj vlak, můj vůz? 3.3 Webové služby RailMap.net Server může také poskytovat webové služby pro cílovou aplikaci v případě, kdy systém uživatele pracuje s jeho databází pozic objektů a potřebuje k nim dohledat: železniční vzdálenost, informace o stanici, nebo informace o nejbližším traťovém úseku. Proto, pokud uživatelům chybí ve webové nebo desktop aplikaci zmíněné železniční informace, je možné využít webové služby RailMap.net takto: Obrázek 5: Princip činnosti webových služeb RailMap 8

Railway Distance Vrátí vzdálenost po železniční síti mezi dvěma zadanými GPS souřadnicemi Railway Station Information K zadané GPS souřadnici dohledá nejbližší nákladní stanici a zobrazí k ní doplňující informace z DIUMu Railway Track Parameters K zadané GPS souřadnici dohledá nejbližší traťový úsek a zobrazí k němu informace z prohlášení o dráze 3.4 Ocenění projektu EUREKA V červnu 2009 zvítězila společnost JERID, člen skupiny OLTIS Group a koordinátor projektu, v soutěži o cenu EUREKA 2009 v rámci Innovation Days 2009 v Lisabonu. Cena byla udělena projektu E! 3161 LOGCHAIN+ E- RAILMAP Elektronická železniční mapa Evropy. Toto ocenění jako projev uznání nejlepším projektům EUREKA se snaží vyzdvihnout inovační projekty s vysokým sociálním dopadem a uplatněním na trhu a bylo uděleno na základě rozhodnutí mezinárodní poroty Eurostars skládající se ze dvou nezávislých odborníků (profesor Manuel Carrondo z Portugalska a Dr. Eberhard Seitz z Německa). Česká společnost JERID, spolu s partnery z Rakouska a Německa, vyvinula elektronickou mapu, která umožňuje velkou efektivitu při organizaci logistických procesů na železnici. Cena byla předána portugalským ministrem pro vědu, technologii a vysokoškolské vzdělávání (José Mariano Gago) v rámci ceremoniálu, který se konal v průběhu 4. Inovačních dnů 2009. Předání ocenění bylo jednou z významných událostí na konferenci ministrů EUREKA, která se sešla v Lisabonu za účasti zástupců vlád z 38 členských zemí Evropské sítě pro výzkum a technologický vývoj, kterému v loňském roce předsedalo Portugalsko. Toto nové ocenění EUREKA integruje koncepci pečeti inovace s tím, že síť chce představit výherce, kteří již mají výsledky řešení projektů uplatněné na trhu. To byl jeden z návrhů z portugalského předsednictví EUREKA, které chtělo propagovat myšlenku uspořádat korektní soutěž a v závěru konference představit nejlepší podporované projekty. Projekt železniční mapy získal také Čestné uznání Asociace inovačního podnikání ČR (aktuální informace ze 4. prosince 2009). Cenu INOVACE ROKU vyhlašuje každoročně Asociace inovačního podnikání České republiky a letos se konal již 14. ročník. V rámci soutěže jsou hodnoceny nejkvalitnější inovační produkty přihlašovatelů se sídlem v České republice. Každá firma může přihlásit nový nebo významně zdokonalený produkt, tj. výrobek, technologický postup nebo službu, přičemž přihlášený produkt musí být v době podávání přihlášky průkazně úspěšně využíván. 4 Na závěr Oba projekty, Centrum informací z železniční nákladní přepravy Evropy ERIC i železniční mapa Evropy RailMap, jsou značně obsáhlé a těžko lze postihnout celou šíři jejich architektury, poskytovaných dat i uživatelských funkcí v tomto stručném článku. Přesto se autoři pokoušejí tyto nástroje představit, především pak železniční mapu RailMap, která díky svým unikátním vlastnostem získala řadu ocenění a dnes a denně přináší výhody svým uživatelům v mnoha organizacích. 9

4.1 Směry dalšího vývoje Vývoj železniční mapy RailMap rozhodně není ukončen a pokračuje i nadále. Momentálně je v řešení zejména obměna báze mapových podkladů, která by měla uživateli přinést podstatně vyšší komfort a kvalitu práce. Dalším inovativním prvkem je rozšiřování mapových informací, konkrétně o detailní informace z Prohlášení o dráze (Network Statements), které jsou pro každého železničního dopravce při plánování vlakové dopravy klíčové. Obrázek 6: Inovovaná verze produktu RailMap.net Nově budou také rozvíjeny různě rozlišené verze produktu RailMap.net, a to podle okruhu dostupných funkcí a dat. Společným jmenovatelem všech těchto změn je rozšíření uživatelské báze produktu, která prostřednictvím pozitivní zpětné vazby přispěje ke zvýšení kvality vývoje a obohacení okruhu funkcí. 4.2 O řešiteli Společnost JERID se od svého vzniku v roce 1993 zabývá získáváním, zpracováním a poskytováním informací v oblasti železniční nákladní přepravy. Od začátku působnosti firmy bylo jejím cílem nabízet produkty a služby, které pomohou uživatelům železniční nákladní přepravy tak, aby nezbytné informace o tarifech, cenách, zboží a vzdálenostech na železnici nalezli na jednom místě v elektronické podobě. Od počátečního zaměření na středoevropský region se rozsah poskytovaných informací postupně rozšířil na celoevropský rozměr a množství informací se rozrostlo o stanice, železniční vozy, optimalizační funkce, tisk přepravních dokladů a knihovnu železničních dokumentů v plném znění. Od 30. července 2008 je 100% vlastníkem společnosti JERID firma OLTIS s.r.o. Obchodní skupinu OLTIS Group tvoří volné uskupení softwarových firem, které spolu úzce spolupracují s cílem poskytovat komplexní služby v oblasti informačních technologií pro dopravu a logistiku se zaměřením na nejrozsáhlejší projekty navrho- 10

vané na míru podle specifikací uživatele. Mezi zákazníky a partnery skupiny i jednotlivých firem patří nejvýznamnější dopravní a výrobní podniky v České republice i v zahraničí, především ve Slovenské republice a v Polsku. Skupina je řešitelem a dodavatelem řady rozsáhlých informačních systémů pro řízení železniční dopravy s celosíťovou působností a vazbami na evropskou dopravní síť; podílí se na návrhu, vývoji a testování informačních standardů v oblasti železniční dopravy. Společnost je držitelem certifikátů tří systémů řízení, které mají zavedeny jako integrovaný systém řízení splňující požadavky mezinárodních norem ČSN EN ISO 9001:2001, ČSN EN ISO 14001, ČSN ISO/IEC 27001. Je také předním exportérem v oboru. 4.3 Literatura [1] Klapka, M.: SIMON, Systém elektronického sledování železničních vozů, Vědeckotechnický sborník ČD č. 25/2008 [2] Webové stránky společnosti JERID spol. s.r.o. a OLTIS Group a.s. [3] Interní materiály společnosti JERID spol. s.r.o. a OLTIS Group a.s. Praha, duben 2010 Lektoroval: Ing. Vladimír Jurečka ČD Cargo, a. s. 11

Vlastislav Mojžíš 1, Josef Bulíček 2, Edvard Březina 3 Výsledky projektu RACIO Klíčová slova: racionalizace, mimokoridorové tratě, dopravní infrastruktura, dopravní procesy, kapacita, ekonomické posouzení, modelování, simulace Úvod V letech 2008 až 2009 byl na Institutu Jana Pernera, o. p. s. (dále jen IJP) řešen projekt Racionalizace rozsahu dopravní infrastruktury ve vazbě na rozsah dopravního provozu na mimokoridorových tratích (dále jen Projekt RACIO) [1]. Důvodem řešení byl dlouhodobý nedostatek finančních prostředků na údržbu a modernizaci dopravní infrastruktury (dále jen DI) na mimokoridorových celostátních i regionálních tratích, proto je tak nutné omezené disponibilní finance efektivně využít. Řešení problému lze najít mj. v racionalizaci rozsahu DI ve vazbě na požadovaný či plánovaný rozsah dopravního provozu (dále jen DP) podle kategorií resp. skupin tratí. Z analýzy dosavadního stavu vyplynulo, že poměr mezi těmito dvěma veličinami z řady důvodů ne vždy harmonizuje, ať již je to nadbytečná DI či velký rozsah DP. Je potřebné, aby tento vztah byl vyvážený i v budoucnosti při zachování požadované úrovně kvality osobní dopravy (dále jen OD) i nákladní dopravy (dále jen ND), jakož i ke zlepšení ekonomiky provozu na jednotlivých tratích. Projekt RACIO byl součástí Národního programu výzkumu, dílčí program Bezpečná a ekonomická doprava. Poskytovatelem dotace bylo Ministerstvo dopravy ČR, příjemcem Institut Jana Pernera, o. p. s. Projekt řešilo osm pracovníků a doktorandů katedry Technologie a řízení dopravy Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice. 1. Cíle Finálním cílem Projektu RACIO bylo stanovení vazeb mezi rozsahem DP a rozsahem DI na mimokoridorových tratích k racionálnímu využití finančních prostředků a návrh metodiky jakožto podkladu pro rozhodování v investičních činnostech podle kategorií (skupin) tratí na základě ekonomického a technologického 1 Prof. Ing. Vlastislav MOJŽÍŠ, CSc., 1942, odpovědný řešitel Projektu RACIO. Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, katedra Technologie a řízní dopravy. Tel.: 466 036 518, e-mail: Vlastislav.Mojzis@upce.cz; www.upce.cz 2 Ing. Josef BULÍČEK, 1981, řešitel. Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, katedra Technologie a řízení dopravy. Tel.: 466 036 202, e-mail: Josef.Bulicek@upce.cz 3 Ing. Edvard BŘEZINA, CSc., 1941, řešitel. Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, katedra Technologie a řízení dopravy. e-mail: Edvard.Brezina@upce.cz 1

posouzení navrhovaných opatření s využitím simulačního modelu. Pro dosažení finálního cíle byl projekt rozdělen do pěti dílčích cílů (dále jen DC) viz tabulka. Tabulka: Dílčí cíle Projektu RACIO, jejich obsah a časový harmonogram řešení DC Obsah Čas řešení 1 Zpracovat rešerše z domácích a zahraničních odborných pramenů a podkladů k řešené problematice, analyzovat současné poznatky, trendy a zkušenosti zejména ze zahraničí. 1. 2. 2008 31. 5. 2008 2 Definovat a stanovit kvalitativní a kvantitativní vztahy mezi DI a DP včetně vztahů ekonomických. Definovat kriteria pro kategorizaci tratí. 3 Verifikovat kvalitativní a kvantitativní vztahy mezi DI a DP včetně vztahů v oblasti ekonomiky pomocí simulačního modelu. 1. 6. 2008 31. 10. 2008 1. 9. 2008 31. 1. 2009 4 Navrhnout metodiku na podporu rozhodování o investičních počinech do DI podle kategorií tratí. 1. 2. 2009 30. 6. 2009 5 Ověřit navrženou metodiku pomocí simulačního modelu. 1. 7. 2009 31. 12. 2009 Zdroj: autoři s využitím [1] Řešitelé považovali daný problém za velmi aktuální, jeho řešení za naléhavé a společensky potřebné. Jejich snahou také bylo přispět k rozvoji dopravní vědy. 2. Výsledky řešení Výsledky řešení jsou strukturovány podle jednotlivých DC. Klíčovou roli hraje DC 4 zahrnující vypracování vlastního metodického postupu na podporu rozhodování o investičních počinech v oblasti DI na mimokoridorových tratích. DC 1 V DC 1 byly shrnuty a kriticky zhodnoceny poznatky a možnosti jejich dalšího využití, získaných ze 120 odborných pramenů, informací a konzultací. Potvrdilo se, že se jedná o problematiku živou a aktuální, byly získány četné poznatky pro řešení a potvrzen akcent na použití simulačního modelování v dalším řešení Projektu RACIO [2], [3], [4]. DC 2 V tomto DC byla provedena kritická analýza současných kvalitativních a kvantitativních vztahů mezi DI a DP, zejména stanovení propustnosti podle dosud používaných metodik [2], [5], [6]. Z analýzy vyplynulo, že tyto metodiky už neodpovídají všem podmínkám organizace dopravy a k získání adekvátních komplexních údajů o propustnosti je nutné použít jiný, efektivnější prostředek, tj. simulační model. Mimo to byly také navrženy nové vztahy včetně vztahů ekonomických, byl tak nově definován upravený koeficient rychlosti, stabilita jízdního 2

řádu (dále jen JŘ) a v oblasti ekonomických ukazatelů podíl výnosů a nákladů, podíl výkonů a tržeb, podíl výkonů a nákladů a ekonomická bilance trati. Pro potřeby řešení byla stanovena kriteria pro transfer kategorií drah dle Zákona č. 266/1994 o drahách v platném znění do tří skupin tratí při respektování právních předpisů a směrnic. Mimokoridorové tratě tak byly rozčleněny na celostátní tratě zařazené do evropského železničního systému E, ostatní celostátní tratě C a regionální tratě R. DC 3 Výsledkem řešení DC 3 byla verifikace navržených vztahů mezi rozsahem DP a DI pomocí matematicko-simulační analýzy JŘ na šesti vybraných tratích všech tří skupin. Simulace potvrdila vhodnost navržených vztahů pro zkoumání rozsahu DP a DI včetně jejich dopadů na úroveň kvality dopravy a ekonomiku provozu. Výsledky tak potvrdily správnost navrženého postupu řešení i v celkovém pohledu finálního cíle Projektu RACIO [2]. DC 4 V tomto DC byla jako jeden z hlavních výstupů Projektu RACIO zpracována Metodika na podporu rozhodování o investičních počinech do DI podle skupin tratí (dále jen Metodika) ve formě textové i elektronické uživatelské příručky. Elektronická forma umožňuje navíc používat i dostupné internetové odkazy [7]. Součástí Metodiky je soubor základních racionalizačních opatření. Cílem Metodiky není stanovit finální rozhodnutí. To je záležitostí odpovědných pracovníků managementu, kterým může Metodika být významnou podporou pro to, aby jimi přijatá opatření byla podložena komplexním posouzením jejich dopadů, a to především ve vazbě na rozsah DP, ekonomiku a kvalitu dopravy. V Metodice jsou využity progresivní možností dopravního modelování. Tuto počítačovou podporu lze s výhodou uplatnit zvlášť při rozhodování v podmínkách nejistoty. Detailní pojednání o Metodice, jakožto stěžejním výsledku Projektu RACIO, je v kapitole 3 tohoto příspěvku. DC 5 V DC 5 byla Metodika ve spolupráci se SŽDC verifikována a validována na šesti vytipovaných tratích všech skupin s využitím SW produktu OpenTrack. Kvalitativní a kvantitativní ukazatele pro všechny posuzované tratě byly vyhodnoceny na základě simulace jak pro JŘ 2008/2009 tak i pro výhled. Následně bylo provedeno i ekonomické posouzení variantních opatření, navrhovaných pro zabezpečení vyrovnaného vztahu mezi rozsahem DP a rozsahem DI. Použitelnost Metodiky byla výsledky DC 5 potvrzena v plném rozsahu. 3

3. Metodika na podporu rozhodování o investičních počinech do DI podle skupin tratí Přestože je Metodika založena ve velké míře na matematických nebo jiných prokazatelných metodách, při práci s ní nemá chybět dopravní technolog. Svou erudicí může významně přispět k rychlejšímu nalezení vhodného řešení a případně zohlednit i důležitá místní specifika, která jsou mnohdy obtížně zobecnitelná. V Metodice jsou dodrženy právní předpisy, týkající se řešené problematiky, vč. interních předpisů dotčených subjektů dle stavu k 18. červnu 2009. 3.1 Terminologie Metodika využívá vedle všeobecně známých pojmů i některé termíny stanovené specificky z důvodu lepší organizace práce s navrženým algoritmem. Jejich definice, resp. vysvětlení, jsou následující. Skupina tratí: tratě jsou nově rozdělené z hlediska požadavků na členění investic a z hlediska průběhu algoritmu Metodiky. Propustnost (propustná výkonnost): užívána ve významu počtu vlaků, popř. úkonů za čas, které je možno na dané DI technicky zvládnout. Kapacita: užívána ve smyslu využití tras nabídnutých dopravcům. Mezní rozsah dopravy: hodnota definovaná jako nejvyšší možný rozsah DP, který je možné zvládnout na dané DI (trati) při zachování definované úrovně kvality dopravy. Provozní scénář: varianta rozsahu DI a rozsahu DP vstupující do modelu. Jednotlivé scénáře se mohou vzájemně lišit jak rozsahem DI, tak i rozsahem DP. Provozní koncept: vyhodnocený provozní scénář, který je podkladem k jednání se zainteresovanými subjekty (dopravci, obce, kraj aj.) o rozsahu budoucího DP. Normový stav: technický stav DI, umožňující její plný provoz bez jakýchkoli omezení na úrovni určené projektovou dokumentací trati. V rámci uvedení do normového stavu se navrhuje také nahrazení nevyhovujících, morálně a technicky zastaralých zařízení zařízeními na současné úrovni technického pokroku (např. nahrazení mechanického přejezdového zabezpečovacího zařízení světelným). Očekávaný účinek racionalizačního opatření: účinek vybraného opatření na propustnost DI, stanovený na základě opakování simulačních běhů, zaměřených na toto opatření v různých podmínkách. 4

3.2 Skupiny železničních tratí S ohledem na požadavky kladené na příslušnou skupinu tratí, na výběr vhodných racionalizačních opatření, ale v neposlední řadě také i na možné způsoby financování racionalizačních projektů, je potřebné stanovit skupiny tratí. V souladu s interními dokumenty Správy železniční dopravní cesty, s. o. (SŽDC) jsou zavedeny tři skupiny tratí, tj. vybrané celostátní dráhy zařazené do evropského železničního systému (E), ostatní celostátní dráhy (C) a regionální dráhy (R). 3.3 Algoritmus Metodiky Klíčovou částí Metodiky je její algoritmus, který je navržen tak, aby v něm bylo možné zohlednit i všechna místní specifika a požadavky, ale také aby jej bylo možné rozvíjet i podle nově vzniklých budoucích požadavků. 3.3.1 Výběr trati a její zařazení do skupiny Nejprve je třeba rozhodnout, zda-li má daná trať být řešena jako celek (např. podle administrativně daného členění), popř. zda-li ji je možné rozdělit na více úseků s různými technickými, provozními nebo přepravními charakteristikami. Jedná se např. o oddělené řešení úseků se silnou příměstskou OD nebo naopak se silnou ND. Příslušnost konkrétní trati do určité skupiny je stanovena na základě směrnic SŽDC, stanovujících zásady rekonstrukce těchto tratí [8], [9], [10]. Toto přiřazení se provede jako první krok plánovacích prací. Ve vlastním řešení se příslušnost k určité skupině tratí projeví především ve výběru opatření, která jsou pro tuto trať stanovená příslušnými směrnicemi, resp. vhodná a také v požadavcích kladených na tuto trať. V algoritmu je zároveň zřízen cyklus tak, aby v případě, že trať vykazuje parametry (např. počet vlaků) odpovídající jiné skupině než do které je administrativně včleněna, mohla být v přiměřeném rozsahu navržena opatření platná pro tratě s odpovídajícími provozními parametry. 3.3.2 Současný stav DI a DP 3.3.2.1 Analýza a modelování současného stavu DI a DP a) Charakteristika a modelování současného stavu DI Při zjišťování charakteristik současného stavu je nutné shromáždit, zpracovat a vyhodnotit potřebná data o DI, tj. neredukovaný profil trati pro simulaci všech odporů tunelu, oblouku, stoupání, klesání atd. Musí být připojen jednoznačný popis jednotlivých prvků DI. Rozsah potřebných vstupních dat závisí i na použitém simulačním softwaru, příp. na aplikovaných analytických metodách. Spolu s tím je nutné zahrnout také údaje o udržovanosti prvků DI (např. ukazatele údržby). Uživatel Metodiky musí vždy zkoumat ekonomické náklady, 5

ale též stavební náročnost uvedení trati do normového stavu. Je to výchozí podklad, o který budou upraveny varianty ostatní. b) Charakteristika a modelování současného rozsahu DP Charakteristika rozsahu DP se provede přejímkou z JŘ stejně tak, jako budou zohledněny informace od kompetentních orgánů. Dále je nutné získat informace o výhledovém rozsahu DP a nárocích na jeho organizaci ve zvolených časových horizontech. Zdrojem těchto informací jsou jednání s dopravci, obcemi, kraji, MD ČR nebo přijaté výsledky projektů, např. [11]. 3.3.2.2 Stanovení mezního rozsahu DP Cílem je stanovit mezní možnosti propustnosti trati při respektování definované úrovně kvality (upravený koeficient rychlosti, stabilita JŘ). Tato operace se provádí zejména pro období dopravní špičky, ale pokud si to vyžádají okolnosti (např. provoz vlaků ND v režimu nočního skoku a s tím spojený odlišný charakter denního a nočního provozu) i pro období jiná (jiné období dne, popř. celý den). V případě existence periodického JŘ na dané trati je analýza špičkové periody dostačující. Pokud periodický JŘ zaveden není, je vhodné modelovat výpočetní období celého dne, případně jiné vhodné výpočetní období. Jistým úskalím může být zvolená forma organizace JŘ na řešené trati. Jedná se např. o požadavky na integrovaný taktový JŘ v OD nebo specifické požadavky v ND. Projevují se zde veškeré problematické prvky spojené se současně užívanými metodami pro stanovování propustné výkonnosti [5], [6]. Jako doporučený postup jsou voleny dva přístupy; tj. uvažovat víceméně neuspořádané časové polohy jednotlivých vlaků OD a slabý provoz vlaků ND často zaváděných podle potřeby, nebo uvažovat se žádanou organizací DP (např. požadavek na periodický JŘ v OD uplatněný ze strany koordinátora IDS). Preferován je takový postup, který odpovídá známým a reálným požadavkům na rozsah DP na řešené trati v budoucnu. Vlastní postup stanovení mezního rozsahu DP probíhá formou vkládání dodatečných tras vlaků do JŘ s respektem k současné dopravní situaci tak dlouho, dokud to bude možné. Je-li na trati významná ND, je potřeba se zabývat i tou na stejné úrovni důležitosti, tj. případně i na úkor dodatečných tras vlaků OD. Místní práce se řeší pouze jako průměrný čas stálých manipulací ve stanici, i když simulační nástroje umožňují pracovat detailněji. Celkové řešení je založeno na využití simulace, protože využití ukazatele stupně obsazení S o přináší v současnosti značná úskalí (periodická doprava). 3.3.2.3 Zhodnocení využití propustnosti trati reálným DP, stanovení kvalitativních a kvantitativních ukazatelů Současný stav je kvantifikován a posouzen pomocí nyní platných metod [5], [6] tak, aby řešená trať mohla být charakterizována z hlediska využití kapacity. 6

Vzhledem k tomu, že v dalších krocích se přistoupí také k simulaci, je provedeno simulační posouzení i současného stavu. To je jednak detailnější a přesnější, ale poslouží i pro validaci (ověření platnosti) a verifikaci (potvrzení pravdivosti) sestaveného modelu. To znamená provedení průkazu správné logické funkce modelu, ale i správného nastavení jeho parametrů vzhledem ke skutečnosti. Bez tohoto průkazu správnosti nelze uvažovat o výhledových podmínkách. Ověření probíhá porovnáním modelem vypočtených charakteristik a odpovídajících charakteristik reálného provozu. 3.3.3 Analýza přepravních proudů a přepravní poptávky na trati Analýza přepravních proudů a přepravní poptávky na trati je důležitým momentem pro podporu rozhodování o investičních počinech do budoucnosti. Jen detailní znalost reálné přepravní poptávky po nabízené dopravní službě (byť je v tomto případě transformována do počtu objednaných vlakových tras), umožní přijímat veskrze racionální řešení. Zjišťování přepravní poptávky je však obtížnou záležitostí. Její řešení je časově i finančně náročné, nicméně nabízí se zde možnost převzetí výsledků dopravních modelů vytvořených obecními či regionálními autoritami, koordinátory IDS nebo jinými, danou problematikou se zabývajícími, organizacemi. Vlastní zjištění přepravní poptávky není předmětem Metodiky, neboť přepravní poptávka je zde chápána jako vstupní údaj. Nicméně algoritmus Metodiky je navržen tak, že je schopen pracovat s daty o přepravní poptávce různého rozsahu a zjištěné jakýmkoli způsobem. V situaci, kdy nejsou dostupné žádné informace o přepravní poptávce, doporučuje se vyjít ze současných ukazatelů dopravy a vytvořit několik variant možného vývoje (např. pokles, setrvalý stav, nárůst rozsahu DP) a na vzájemném porovnání hledat citlivost výstupních charakteristik na měnících se vstupech. 3.3.4 Rozhodnutí o rámcovém rozsahu racionalizace DI Na základě skutečností zjištěných z analýzy v části 4.3.3 lze nyní určit, zda-li bude třeba současný rozsah DI rozšířit, zachovat nebo snížit a na jakou úroveň. a) Přepravní poptávka je menší než současný stav Je nutné hledat redukční opatření na DI. Roli musí hrát kriterium úspor v kontextu kapacitních a kvalitativních ukazatelů. Má být vždy dodržena podmínka funkčnosti DI jako celku. Před likvidací jednotlivých prvků DI musí být jasně prokázána jejich postradatelnost. Pokud to nelze prokázat, je nutné např. najít vztah mezi stranami následujícího výrazu. 7

C u + C reko C zruš + C výst [Kč/čas], kde: C u jsou náklady na údržbu daného prvku DI [Kč/čas], C reko jsou náklady na nutnou rekonstrukci prvku DI [Kč/čas], C zruš jsou náklady na zrušení daného prvku DI [Kč/čas], C výst jsou náklady na obnovení daného prvku DI [Kč/čas], Tím je zajištěna prevence před škodami vzniklými z neuvážené likvidace daného prvku DI. Výpočet je nutno vztáhnout ke zvolenému časovému období (např. zbývající doba životnosti prvku). b) Současný stav DP je menší než přepravní poptávka a ta je menší než mezní rozsah DP Lze zahájit práce na získání dodatečných tras vlaků k docílení pokrytí poptávky. Zde je třeba posoudit návrh uvedení trati do normového stavu, tj. např. odstranění přechodně-trvalých pomalých jízd, modernizace trati při zachování rozsahu zařízení, ale za účelem dosažení současné úrovně technického pokroku atd. Zahrnout je třeba rovněž problematiku redukce počtu přejezdů nebo jejich modernizace. Existuje zde také důležitá možnost nahlížet na dosažení normového stavu jako na první ze souboru opatření vedoucích k racionalizaci (i to samotné může přinést zvýšení propustnosti) a jako takové musí být posouzeno jako první při všech racionalizačních počinech, pokud není podle hodnot vyplývajících z analýzy současného stavu jednoznačně patrné, že tento postup je nedostatečný. c) Přepravní poptávka je větší než mezní rozsah DP Je potřeba přistoupit k opatření na zvýšení kapacity DI. Rozhodujícím kriteriem zde má být vztah celkové finanční (investiční) náročnosti a výsledného efektu. Je potřebné uvážit i nepřímo kvantifikovatelné efekty přijatého řešení (šetrnost železniční dopravy k životnímu prostředí, sociální aspekty apod.). Toto kriterium musí platit při všech racionalizačních krocích v rámci Metodiky a také zde je nutno tyto uvažovat ve stanoveném časovém období. 3.3.5 Tvorba a vyhodnocení provozních scénářů Celý proces racionalizace rozsahu DP a DI je zpracován formou metody větví a hranic. 4 4 Obecná charakteristika Metodiky, jedná se o širší a variantnější rámcový postup, než je např. u metod operačního výzkumu. 8

Principem algoritmu Metodiky je vytvoření několika simulačních provozních scénářů s různými parametry DI a DP, které pak budou podle navržených kriterií zhodnoceny a na základě tohoto posouzení bude vybrán scénář s nejvhodnějšími parametry. Parametry však nemají být pouze minimalizovány nebo maximalizovány, ale optimalizovány (např. s respektováním celospolečenských zájmů). Simulační provozní scénáře je potřeba vytvářet ve více nezávislých větvích (horizontální struktura), které budou postupně vertikálně rozvíjeny pomocí dalších opatření, jak je znázorněno na obr. 1. Navržené řešení je vertikálně doplňováno dalšími opatřeními do té doby, než je naplněna požadovaná úroveň kvalitativních i kvantitativních kriterií, vč. orientačního ekonomického posouzení (podle nákladových jednic). Zahájit řešení ve více větvích s více výchozími řešeními je nutné, aby nedošlo ke kontaminaci celkového výsledného řešení determinovaného prvním (předchozím) použitým opatřením. Zavedení provozu podle SŽDC (ČD) D3 Instalace DZZ D3 + samovratné výhybky v dopravnách DZZ + nahrazení vybrané žst. zastávkou Obr. 1 Horizontální (různé druhy opatření) a vertikální (postupné přidávání) struktura scénářů. Zdroj: Autoři Vzhledem k tomu, že existuje teoreticky nekonečně možných kombinací jednotlivých nasazených opatření, bude se nutně jednat o heuristický algoritmus, poskytující suboptimální řešení. Jednotlivé iterace provozních scénářů spočívají v aplikaci takového racionalizačního opatření, u kterého je očekáván požadovaný efekt. Možná racionalizační opatření jsou uvedena v tzv. souborech opatření. Opatření mají dvě úrovně doporučená opatření a povinná opatření, zakotvená v [8], [9], [10] (podle skupin tratí). Z důvodu velkého rozsahu souborů opatření jsou tato uvedena v [12]. Soubor opatření je členěn na organizační opatření, opatření v oblasti zabezpečovacího zařízení a stavebních opatření. Je zde uvedeno i členění podle skupin tratí (R, C, E). Opatření jsou uspořádána podle jejich očekávaného účinku s přihlédnutím k finanční náročnosti. Algoritmus začíná vždy takovým opatřením (skupinou opatření), jehož účinek se jeví jako dostatečný k eliminaci rozdílu mezi přepravní poptávkou a mezním rozsahem DP na dané trati, zjištěným postupem uvedeným v části 3.3.4. To je potřebné ověřit pomocí simulace, neboť v některých případech může dojít vlivem místních podmínek k nenaplnění jejich předpokládaného účinku. 9

Pokud jsou veškerá požadovaná kriteria (např. propustnost, kvalita) nasazením příslušného racionalizačního opatření splněna, přejde se k dalšímu provoznímu scénáři v horizontální úrovni (aplikace jiného možného opatření), pokud kriteria naplněna nejsou, postup je vertikální a k řešenému provoznímu scénáři jsou přidána další opatření (postupně v iteracích). To se opakuje tak dlouho, než jsou požadovaná kriteria naplněna. V horizontálním směru je počet omezení stanoven uživatelem Metodiky a jeho časovými, personálními a finančními možnostmi. Vždy musí být ověřena všechna povinná opatření, požadovaná v [8], [9], [10]. Při tvorbě simulačních provozních scénářů je nutno rozlišovat, zda-li se jedná o opatření, která lze simulovat na definované dopravní síti (trati), nebo zda-li musí dojít k významné změně DI (např. změna prostorového vedení trati). Toto má paralelu v reálné situaci, kdy v druhém pořadí jmenovaná opatření se zásahy do DI zpravidla představují rozsáhlou stavební činnost. Zde je potřebné vložit rozhodovací blok, zda-li tato opatření budou přípustná či nikoli. To je důležité i díky neproporcionálnímu nárůstu očekávaných nákladů na tato opatření. 3.3.6 Výsledky modelování Výsledkem modelování je několik alternativních přípustných řešení (seřazených od řešení s nejlepšími parametry po parametry nejméně výhodné, popř. po stanovenou hranici), a to i s různými vypočtenými, popř. stanovenými vstupními parametry. Z těchto variant lze pak vybrat řešení způsobilé k realizaci. 3.4 Výstupy Metodiky 3.4.1 Výstupy simulace a jejich význam Simulace poskytují celé spektrum výstupů, jejichž rozsah lze předem nastavit. Jedná se např. o splněný (simulovaný) JŘ, doby obsazení dopravních kolejí, různé charakteristiky (závislosti rychlosti či zrychlení na dráze, jízdních odporů na čase apod.) či statistiky. Pro Metodiku je zvlášť důležité vyhodnocení ukazatelů propustnosti, především dob obsazení, ale také např. informace o tom, zda-li byl sledovaný prvek DI využit a za jakých okolností. Cenné informace poskytují i výstupy o velikosti zpoždění a o způsobu jeho případného přenosu na další vlaky. Vhodným způsobem vyhodnocení je i porovnání hodnoty zpoždění na vstupu a výstupu. Z hlediska rozhodování o míře vhodnosti aplikace zvoleného opatření jsou tak získány podklady pro konstrukci kvantitativních ukazatelů (např. zmíněné doby obsazení) a ukazatelů kvalitativních (upravený koeficient rychlosti, stabilita JŘ). Při konstrukci ekonomických ukazatelů (ekonomická bilance trati, podíl výnosů a nákladů, podíl výkonů a výnosů, podíl výkonů a nákladů) výstup simulace poskytuje průkaz oprávněnosti vynaložení jednotlivých nákladových položek při daném (simulovaném) rozsahu DI právě v kontextu zvoleného rozsahu DP. Ekonomické ukazatele jsou podrobněji rozvedeny v Metodice. 10

3.4.2 Tvorba provozních konceptů Nutnost tvorby provozních konceptů vychází z potřeby aktivního přístupu manažera DI (SŽDC) ve smyslu nabízení kapacity dráhy, jakožto jeho hlavního produktu. Provozní koncept je vlastně simulační provozní scénář, splňující požadovaná kvantitativní a kvalitativní kriteria, doplněný o příslušná vyjádření z technologického, ekonomického a popř. i stavebního hlediska. Jeho vstupní parametry (např. rozsah DP) mají odpovídat reálným možnostem pro daný případ (z analýzy přepravní poptávky, popř. jiných údajů). Tento koncept pak slouží jako nabídkový podklad pro jednání se subjekty, které mohou ovlivnit poptávku po kapacitě dopravní cesty. Cílem je stimulovat poptávku do takových mezí, aby efektivnost DP byla při daném rozsahu DI přijatelná. Přínosem může být rovněž předložení variantních konceptů s různým rozsahem DI a DP, ovšem se vzájemně racionalizovaným vztahem. Vhodné je zároveň přidělovat kapacitu dopravní cesty minimálně ve střednědobém časovém horizontu tak, aby nebylo plánování DI ovlivněno operativními krátkodobými zásahy do rozsahu dopravní nabídky, což může znamenat ztráty vzhledem k obecně dlouhé životnosti DI. 3.4.3 Ekonomické ocenění provozních scénářů Jednotlivé provozní scénáře, pokud nevykazují tak negativní kvantitativní a kvalitativní ukazatele, že je jejich realizace nevhodná, je třeba ocenit ještě pomocí ukazatelů ekonomických. Toto ocenění je samostatný krok, vzhledem k tomu, že ekonomické posouzení pouze navazuje na výsledky simulací (ty jsou vstupem pro ekonomické posouzení). Jako základní kriteria zde vystupují ekonomická bilance trati, podíl výnosů a nákladů, podíl výkonů a tržeb a podíl výkonů a nákladů. Vlastní hodnocení je založeno na roční ekonomické bilanci. Ekonomické hodnocení je navrženo jako porovnávací, tj. pro rámcové ekonomické porovnání jednotlivých simulačních provozních scénářů mezi sebou. Nákladové položky nejsou vyjádřeny v absolutním čísle, neboť vždy je nutná úprava tohoto vyjádření o vícenáklady, zjištěné při projektové přípravě daných racionalizačních opatření (např. potřeba likvidace zátěží životního prostředí). Konstrukce nákladových ukazatelů a ekonomických ocenění je založena na stanovení ceny jednotlivých opatření pomocí jednicových nákladů, násobených rozsahem (počtem) takto vybudovaných nebo upravených prvků DI (položek). 3.4.4 Finální doporučení Podle Metodiky nutno sestavit několik variantních simulačních provozních scénářů. Rozdíly mezi jednotlivými scénáři mohou být jak ve vstupních podmínkách (v rozsahu DP), tak v přijatých racionalizačních opatřeních. Opatření se pro daný rozsah DP zařazují jak v horizontální linii (např. přechod k organizaci drážní dopravy 11

podle předpisu SŽDC (ČD) D3 nebo alternativně instalace DZZ), tak vertikální linii (při organizaci provozu dle SŽDC (ČD) D3 dále doplnit dopravny o výhybky se samovratnými přestavníky) tak, jak bylo uvedeno na obr. 1. Vývoj vertikálních větví provozních scénářů končí ve chvíli, kdy jsou splněna všechna sledovaná kriteria, kterými jsou zejména: a) upravený koeficient rychlosti, b) stabilita JŘ, c) podíl výnosů a nákladů, d) podíl výkonu a výnosů, e) podíl výkonu a nákladů, f) ekonomická bilance trati. Poté jsou přípustná řešení porovnána a zvoleno to, které vykazuje nejlepší hodnoty sledovaných ukazatelů, ale také nejlépe odpovídá požadavkům kladeným na DI a DP. 3.5 Shrnutí Metodiky Vybrané řešení je pouze doporučeno, ale výstupy Metodiky resp. simulace slouží jako komplexní posouzení tohoto řešení. Finální rozhodnutí musí být dílem odpovědných pracovníků managementu manažera infrastruktury, kteří uváží i ostatní okrajové podmínky, které nejsou přímo předmětem posouzení v této Metodice. Metodika reaguje na současné trendy jak v samotné železniční dopravě (např. zavádění periodických JŘ), tak v oblasti progresivních výpočetních metod (dopravní modelování s počítačovou podporou), ale i na nestálou společenskou situaci (měnící se požadavky na rozsah DP atd.). Cílem Metodiky byl návrh obecného algoritmu, který lze rozvíjet jednak do šíře možných opatření, která mají být posouzena za různorodých místních podmínek, ale i do budoucnosti (rozvoj dopravního modelování, změna přístupu k železniční dopravě apod.). V algoritmu je zároveň uvažováno s možností posouzení různorodých vstupních dat různé kvality. Výsledky Metodiky tedy poslouží jako ověřený podklad pro rozhodování odpovědných pracovníků SŽDC. Nicméně finální rozhodnutí Metodika sama o sobě neposkytuje, neboť v rozhodovacím procesu je potřeba uvážit ještě celou další řadu faktorů, které není možné do této Metodiky v obecné rovině zahrnout. Závěr Splněním DC 1 až DC 5 byl současně naplněn finální cíl celého Projektu RACIO, definovaný v části 2 tohoto příspěvku. Byly tedy stanoveny vazby mezi rozsahem DP a rozsahem DI na mimokoridorových tratích k efektivnímu využití finančních prostředků a zpracována Metodika jako podklad pro rozhodování v organizačních a investičních činnostech podle skupin tratí na základě ekonomického posouzení opatření k zabezpečení kapacity tratí [12]. 12

Průběh řešení Projektu RACIO lze charakterizovat vcelku jako bezproblémový. Jediným vážnějším problémem se ukázala absence systémové databáze zejména o DI v rámci informačních systémů železniční dopravy jako takové. Vytvoření této databáze však nebylo součástí řešení. Proto bylo nutné vkládat vstupní data do simulačního modelu manuálně. Vyžádalo si to značný podíl času na zpracování Projektu RACIO. Tento negativní stav má být odstraněn vytvořením databáze v rámci nově budovaného systému KANGO. Uplatní se tak princip, že data se sbírají jednou a využijí se mnohonásobně v různých systémech. Na tomto místě je potřebné vzpomenout, že Projekt RACIO a projekt KANGO nejsou duplicity, ale že Projekt RACIO řeší oblast, která dosud nebyla pro podmínky české železnice pokryta odpovídajícími prostředky a nástroji, tedy simulačním modelováním vztahu DP a DI vč. ekonomického posouzení. Výsledky řešení Projektu RACIO je žádoucí uplatnit i na dalších, nejen mimokoridorových tratích. Simulační model, představující progresivní nástroj celého řešení, nabízí ještě řadu dalších možnosti jeho efektivního využití, např. v organizaci dopravy při výlukách. Uživatelem výsledků řešení Projektu RACIO je SŽDC. Příspěvek byl zpracován s podporou projektu VaV MD ČR č. 1F82A/035/910 Racionalizace dopravního provozu a rozsahu dopravní infrastruktury na mimokoridorových tratích v rámci Národního programu výzkumu. Literatura [1] Projekt 1F82A/035/910 Racionalizace dopravního provozu a rozsahu dopravní infrastruktury na mimokoridorových tratích. Přijatý návrh projektu. IJP, Pardubice, 2007 [2] Mojžíš, V.: Projekt RACIO. Doprava, 2008, roč. 50, č. 6, s. 28-29, ISSN 0012-5520. [3] Wieczorek, T.: Inverse Kapazitätsbestimmung der Eisenbahn- Infrastruktur. Hamburg: Eurailpress, 2006, 162 s., ISBN 3-7771-0343-8. [4] Fahrwegkapazität. Richtlinie 405.0000 der DB. Interní předpis DB. [5] Směrnice SŽDC (ČD) D24 Předpis pro zjišťování propustnosti železničních tratí. Nakladatelství dopravy a spojů, Praha, 1966 [6] Kodex 406 Kapacita. UIC International Union of Railways, Paris, 1. vyd., 2004. [7] Bulíček, J. Mojžíš, V.: Metodika na podporu rozhodování o investičních počinech do dopravní infrastruktury ve vazbě na rozsah dopravního provozu. Doprava, 2009 roč. 51, č. 5, s. 3 7, ISSN 0012 5520. [8] Směrnice Generálního ředitele SŽDC č. 16/2005. Zásady modernizace a optimalizace vybrané železniční sítě ČR. Interní materiál SŽDC. 13

[9] Směrnice SŽDC č. 30. Zásady rekonstrukce celostátních drah České republiky nezařazených do evropského železničního systému. Interní materiál SŽDC. [10] Směrnice SŽDC č. 32. Zásady rekonstrukce regionálních drah. Interní materiál SŽDC. [11] Strategický obchodní plán pro rozvoj železniční dopravy v České republice. Interní materiál SŽDC. SUDOP Praha, a.s. Praha, 2009. [12] Racionalizace dopravního provozu a rozsahu dopravní infrastruktury na mimokoridorových tratích. Projekt 1F82A/035/910. IJP, Pardubice 2009, 93 s., 10 příloh. [13] Mojžíš, V. Molková, T.: Racionalizace dopravního provozu a rozsahu dopravní infrastruktury na mimokoridorových tratích. In: Sborník 14. kolokvia ŽelAktuel. IJP, Pardubice 2008, s. 46 51, ISBN 978-80-86530-51-2. [14] SŽDC (ČD) D3. Předpis pro zjednodušené řízení drážní dopravy. Pardubice, únor 2010 Lektoroval: Ing. Vojtěch Kocourek, Ph.D. ČD, KGŘ 14

Jiří Konečný 1, Jiří Šašek 2 Zkoušky jednotného stanoviště strojvedoucího v rámci projektu EU EUDDplus Klíčová slova: jednotný pult strojvedoucího, EUDD, UIC, ovladač, zobrazovač, displej, pult, páka, lokomotiva, zkoušky 1. Úvod V rámci projektu EU EUDDplus, který navázal na předchozí projekt EUDD (European Driver s Desk) a projekty MODTRAIN a MODLINK/EUCAB (ty posloužily jako vstupy pro tvorbu vyhlášek UIC 612), byla provedena také reálná implementace jednotného pultu strojvedoucího elektrické lokomotivy. Původně mělo být jednotné stanoviště zkoušeno na lokomotivě Taurus 3 řady Rh1216 Rakouských spolkových drah ÖBB od společnosti Siemens, ale vzhledem k pokročilému stádiu homologace této lokomotivy bylo od tohoto kroku upuštěno a stanoviště bylo dosazeno na novou lokomotivu PRIMA II od francouzského výrobce Alstom Transport. Implementace vychází z posledního návrhu vyhlášky UIC 612-0 z října 2008, kdy vyhláška umožňuje jednotný pult umístit jak do osy lokomotivy (provedení na lokomotivě Škoda), vlevo od osy (provedení Alstom), tak i vpravo od osy viz. Obr. 1. Vyhláška UIC 612-0 vstoupila v platnost v průběhu realizace projektu EUDDplus a její požadavky jsou implementovány do společného dokumentu UIC a UNIFE Technical Recommendations for DMI. 1 Ing. Jiří KONEČNÝ Vystudoval ZČU v Plzni fakultu elektrotechnickou v roce 1997. V letech 1997 2002 pracoval jako výzkumný pracovník v Oblasti kolejových vozidel Výzkumného ústavu železničního v Praze. Od roku 2003 pracuje v oddělení konstrukce na Odboru kolejových vozidel Generálního ředitelství ČD, a.s., od roku 2009 jako vedoucí oddělení. Pracoval na projektu el. jednotky řady 680 a v současnosti mj. pracuje na projektu el. lokomotivy řady 380. 2 Ing. Jiří ŠAŠEK, Ph.D. Vystudoval ZČU v Plzni fakultu elektrotechnickou v roce 1999. V letech 1997-2001 pracoval jako projektant ve společnosti ŠKODA TRAKČNÍ MOTORY. V letech 2001-2004 pracoval ve společnosti KOLEJOVÁ DOPRAVA s.r.o jako projektant elektrické části tramvají. Od roku 2004 pracuje ve společnosti ŠKODA TRANSPORTATION a.s. na projektu lokomotivy řady 380. 1

Obr. 1 Možná umístění pultu strojvedoucího v kabině 2. Jednotný pult strojvedoucího 2.1 Definice pultu podle vyhlášky UIC 612-0 Vyhláška UIC 612-0 specifikuje kromě vlastního uspořádání jednotlivých ovladačů a zobrazovačů, jejich označení (piktogramové) a také barevné provedení: v černém resp. šedém provedení všechny ovladače, které strojvedoucí běžně používá při jízdě, v žlutém provedení ovladače, které strojvedoucí používá jen při stání (např. ovladač dveří), v červeném provedení jen nouzové nebo poruchové ovladače. Dále jsou specifikovány povinné a nepovinné ovladače a zobrazovače na pultu. Povinné s pevnou pozicí: o 001 Displej rádia (TRD) o 002 Technický a diagnostický displej (TDD) o 004 Hlavní ovládací displej (CCD) o 012 Rádiové nouzové volání o 013 ETCS : projetí (EoA) o 014 ETCS : uvolnění zásahu o 015 ETCS : potvrzení o 016 Sběrač / Stop dieselu o 017 Hlavní vypínač / Přenos výkonu o 019 Automatická regulace rychlosti (ARR) o 025 Pískování o 027 Externí čelní světla o 029 Osvětlení kabiny a jízdního řádu o 033 Směr jízdy vpřed o 034 Nezadaný směr jízdy: neutrál 2

o 035 Směr jízdy vzad o 038 Houkačka o 041 Držák na dokumenty o 101 Sluchátko rádia Povinné s volitelnou pozicí: o 036 Čtečka identifikační karty strojvedoucího o 104 Regulace intenzity osvětlení přístrojů o 105 Vytápění prostoru pro nohy o 106 Rychlost cirkulace vzduchu v kabině o 107 Teplota kabiny strojvedoucího o 108 Klimatizace/ventilace o 109 Přetlaková ochrana kabiny o 114 Stěrač a ostřikovač čelního skla o 115 Vytápění čelního skla Povinné s volitelnou pozicí podle umístění pultu: o 010 Ventil záchranné brzdy s funkcí nouzového stopu Povinné s pevnou pozicí jen pro lokomotivy a řídicí vozy: o 009 Vysokotlaké přebití brzdy o 020 Kombinovaná ovládací páka na zadávání trakce a dynamické brzdy s integrovaným tlačítkem bdělosti o 026 Odbržďovač o 032a Ovladač samočinné brzdy Povinné s pevnou pozicí jen pro lokomotivy: o 037 Ovladač přímočinné brzdy Povinné s pevnou pozicí jen pro motorové a el. jednotky a řídicí vozy: o 021 Ovladač dveří: odblokování levé strany o 022 Ovladač dveří: nucené uzavření o 023 Ovladač dveří: odblokování pravé strany Nepovinné s pevnou pozicí: o 003 Pro STM LZB o 005 Nouzové signály (varovná světla) o 006 Elektronický jízdní řád (ETD) o 007 Ukazatel tlaku v hlavním potrubí (opce: bude integrováno do TDD) o 008 Ukazatel tlaku v brzdovém válci (opce: bude integrováno do TDD) o 015 ETCS: potvrzení o 018 Napájení vlaku o 024 Osvětlení vlaku o 028 Osvětlení přístrojů o 030 Mikrofon o 031 Tlačítko bdělosti o 040 Klávesnice Nepovinné s pevnou pozicí jen pro lokomotivy: o 021 Ovladač dveří: odblokování levé strany o 022 Ovladač dveří: nucené uzavření o 023 Ovladač dveří: odblokování pravé strany 3

Nepovinné s pevnou pozicí jen pro řídicí vozy: o 037 Ovladač přímočinné brzdy Nepovinné s pevnou pozicí jen pro motorové a el. jednotky: o 009 Vysokotlaké přebití brzdy o 020 Kombinovaná ovládací páka na zadávání trakce a dynamické brzdy s integrovaným tlačítkem bdělosti o 032a Ovladač samočinné brzdy o 032b Kombinovaná ovl. páka na zadávání trakce a dynamické brzdy o 037 Ovladač přímočinné brzdy Vlastní uspořádání jednotného pultu strojvedoucího je možné ve dvou základních provedeních: Standardizované provedení pultu s maximální integrací zařízení bez ovladačů a zobrazovačů zabezpečovacího zařízení viz. Obr. 2, Volitelné provedení centrálně umístěného pultu pro el. nebo motorové jednotky s maximální integrací zařízení bez ovladačů a zobrazovačů zabezpečovacího zařízení viz. Obr. 3. Obr. 2 Standardizované provedení pultu s maximální integrací zařízení bez ovladačů a zobrazovačů zabezpečovacího zařízení 4

Obr. 3 Volitelné provedení centrálně umístěného pultu pro el. nebo motorové jednotky s maximální integrací zařízení bez ovladačů a zobrazovačů zabezpečovacího zařízení Na Obr. 4. je znázorněn čelní pohled na pult, který je pro obě varianty provedení shodný. Poznámka: Na všech obrázcích jsou povinné ovladače resp. zobrazovače znázorněny zelenou barvou a nepovinné modrou. Obr. 4 Čelní pohled na pult 5

2.2 Provedení Škoda Transportation pult lokomotivy řady 380 Provedení pultu strojvedoucího na lokomotivě řady 380 vychází ze zadání zákazníka z roku 2003. V zadání bylo požadováno provedení pultu strojvedoucího na základě nejnovějších závěrů projektu EUDD (tj. z roku 2003) a na základě požadavků TNŽ 28 5201 s důrazem na maximální podobnost ovládání s vozidly řady 471 ČD. Další požadavky uvedené v zadání jsou: použití systému automatického vedení vlaku (CRV&AVV), integrované jízdní páky (jízda, elektrodynamická brzda, průběžná brzda, rychlobrzda), použití národních vlakových zabezpečovačů (MIREL, SHP, SiFa, LZB/PZB). Z výše uvedených požadavků a časové posloupnosti plyne, že přesné splnění požadavků vyhlášky UIC 612-0 (červen 2009) je velice obtížné a bylo nutné přijetí jistých kompromisů, nutných pro splnění zadání zákazníka, platných norem a především bezpečnostních předpisů. Dále je nutno poznamenat, že vyhláška UIC 612-0 byla ve fázi návrhu, který procházel připomínkovým řízením jednotlivých železničních správ. Zásadním zdrojem kompromisů byla instalace systému automatického vedení vlaku a opakovače vlakového zabezpečovače. Původní návrh EUDD s umístěním klávesnice nepočítal vůbec. Vyhláška UIC 612-0 jej sice připouští, ale držák na dokumenty je v takovém případě umístěn do místa, kde není možné splnit požadavky na intenzitu a rovnoměrnost osvětlení podle ČSN EN 13 272. Pro posouzení umístění držáku na dokumenty a jeho osvětlení provedl výrobce četné experimenty s různými druhy svítidel. Tyto experimenty prakticky vyloučily možnost splnění požadavků na osvětlení jízdního řádu umístěného v šikmé části pultu bez odrazů v čelním skle a oslnění strojvedoucího. Na základě tohoto zjištění bylo rozhodnuto o umístění držáku na dokumenty před klávesnici CRV/AVV (Centrální regulátor vozu/automatické vedení vlaku). To vedlo k nutnosti hledání nového umístění pro ovladače 021-029 v řadě před klávesnicí. Ve vyhlášce UIC 612-0 je dále velkoryse uvažováno použití pouze zabezpečovacího zařízení ETCS. Nutnost umístění ovládacích a zobrazovacích přístrojů národních vlakových zabezpečovačů je bohužel i v 21. století klíčová otázka každého projektu pro reálný provoz. Ve vyhlášce UIC 612-0 bylo pravděpodobně zapomenuto na ovládání hlavního kompresoru, které bylo umístěno do levé části pultu. Umístění displejů TDD a CCD odpovídá požadavkům EUDD. Pro displej jízdního řádu (ETD) byla vytvořena příprava pro budoucí aplikaci. Podobně tomu bylo pro displej radiostanice (TRD). Do prostoru pro TRD byl umístěn ovládací displej triální radiostanice, která je v současné době standardně používána a schválena ve všech zemích, kde bude lokomotiva provozována, mimo Polska. Řešení na lokomotivě řady 380 tedy vychází z doporučení projektu EUDD v přijatelném rozsahu, ale z výše uvedených důvodů plně neodpovídá (a ani nemůže) vyhlášce UIC 612-0 (červen 2009). 6

TDD CCD Opakovač VZ TRD ETD Obr. 5 Schéma pultu strojvedoucího lokomotivy řady 380 Obr. 6 Skutečné provedení pultu strojvedoucího na lokomotivě řady 380 7

2.3 Provedení Alstom Transport pult lokomotivy PRIMA II Provedení pultu strojvedoucího na lokomotivě PRIMA II plně odpovídá platné vyhlášce UIC 612-0 (červen 2009). Pult strojvedoucího byl speciálně vyvinut v rámci projektu EUDDplus a dočasně instalován na uvedenou lokomotivu. Lokomotiva byla vybavena zabezpečovacím a komunikačním zařízením pouze v rozsahu požadovaném v rámci uvedené vyhlášky. To znamená, že na lokomotivě byla pouze digitální radiostanice GSM-R s ovládacím panelem 10,4. Zabezpečovací systém byl pouze ETCS. Displeje z leva doprava jsou s následující funkcionalitou rádio (TRD), elektronický jízdní řád (ETD), provozní (CCD) a diagnostický (TDD) displej. Levá ovládací páka slouží k zadávání hodnoty do ARR, pákou vedle ní je zadávána jízda nebo elektrodynamická brzda. První pákou vpravo (pod diagnostickým displejem) je ovládána pneumatická brzda samočinná a menší pákou úplně vpravo pneumatická brzda přímočinná. Obr. 7 Pult strojvedoucího na lokomotivě PRIMA II 8

3. Zkoušky v rámci projektu EUUDplus Jedním z hlavních cílů projektu EUUDplus je také provedení zkoušek s jednotným pultem strojvedoucího. Hlavní podíl zkoušek připadl na lokomotivu PRIMA II, kde byl pro účely zkoušek dosazen jeden pult strojvedoucího speciálně vyvinutý podle požadavků EUDDplus. Srovnávací testy v rámci projektu EUUDplus byly provedeny také s lokomotivou Škoda řady 380, která z návrhu EUDD vychází, ale jedná se o projekt pro konkrétního zákazníka. Z toho plyne, že lze porovnávat ergonomii jednotlivých řešení, nikoli splnění požadavků návrhu UIC 612-0. 3.1 Zkoušky s lokomotivou 380/109E ve ZC VUZ ve Velimi Cílem zkoušek ve Velimi bylo ověření specifikace návrhu stanoviště EUDDplus s reálným komerčním projektem. Lokomotiva řady 380 byla vybrána z důvodu, že je jedním z generačně nejnovějších návrhů lokomotiv pro mezinárodní provoz v Evropě. Vlastní zkoušky probíhaly dva dny (29. a 30. srpna 2009) s lokomotivou 380.002 na Zkušebním centru VUZ ve Velimi. Zkoušek se zúčastnili dva strojvedoucí ČD a po jednom zástupci z Maďarska a Německa. Před jízdou byli strojvedoucí proškoleni z obsluhy lokomotivy v rozsahu cca ½ hodiny. Každý strojvedoucí projížděl po okruhu podle dvou scénářů. První scénář byl zaměřen na běžný provoz s přechodem hranic, se změnou trakčního napájecího systému a zastavením ve stanici. V rámci prvního scénáře byla lokomotiva řízena ve všech režimech řízení (ruční, ARR a cílové brzdění). Ve druhém scénáři byly simulovány závady a zhoršené situace pro obsluhu. Lokomotiva byla řízena v režimu ARR a v průběhu jízdy byli strojvedoucí nečekaně vystavováni stresovým situacím. Prvním případem byl výpadek obrazovky TDD, kdy strojvedoucí musel zbývající displej přepnout do nouzového zobrazení. Druhým případem byla reakce na návěst Zastavte všemi prostředky. Návěst byla dávána osobou mimo lokomotivu, která se nečekaně vynořila z vozů odstavených na vedlejší koleji. Strojvedoucí musel použít rychlobrzdu. Třetím případem byla porucha řídící jednotky sběrače, která způsobila vypnutí hlavního vypínače. Strojvedoucí musel poruchu identifikovat, potvrdit a uvést lokomotivu do provozu. Během jízdy podle prvního scénáře byl zaznamenáván a vyhodnocován pohyb očí strojvedoucího. Cílem bylo zjistit, kam je v dané situaci zaměřena pozornost strojvedoucího viz Obr. 8. Strojvedoucí po ukončení každého scénáře vyplňovali dotazníky hodnotící kvalitu obsluhy lokomotivy a pocity z obsluhy vozidla. 9

Obr. 8 Strojvedoucí ČD, a.s. během instalace snímače pohybu očí 3.2 S lokomotivou PRIMA II na zkušebním okruhu ve Wegberg-Wildenrathu V období od 9. listopadu do 4. prosince 2009 probíhaly zkoušky na zkušebním okruhu společnosti Siemens v Německu ve Wegberg-Wildenrathu, kterých se zúčastnilo celkem šestnáct strojvedoucích. Jednalo se o zástupce z Rakouska, Německa, Švýcarska, Nizozemí, Belgie, České republiky, Slovinska a Itálie. Každý strojvedoucí jezdil podle čtyř provozních scénářů. Před započetím jízd se první den během dopoledne podrobně seznámil s ovládáním lokomotivy na trenažéru viz. Obr. 9 a odpoledne pokračoval v jízdách podle dvou scénářů na velkém zkušebním okruhu (T1). Druhý den dopoledne dokončil jízdy podle zbývajících scénářů na malém zkušebním okruhu (T2). Strojvedoucí, obdobně jako při testech ve Velimi, po ukončení každého scénáře vyplňovali dotazníky hodnotící kvalitu obsluhy lokomotivy a subjektivní pocity z obsluhy vozidla. Během jednoho scénáře byl rovněž zaznamenáván a vyhodnocován pohyb očí strojvedoucího. 10

Obr. 9 Strojvedoucí ČD, a. s., obsluhující trenažer lokomotivy PRIMA II 4. Vyhodnocení zkoušek lokomotivy 380 Výsledky hodnocení pultu strojvedoucího na základě systematického pohovoru a dotazníků vyplněných strojvedoucími byly obecně hodnoceny jako pozitivní. Integrace ovládání trakce a průběžné brzdy do jedné jízdní páky byla hodnocena jako přínos pro zjednodušení ovládání. Naopak při zadávání požadované rychlosti pomocí klávesnice byly strojvedoucími hlášeny problémy s nalezením správné klávesy. Tento efekt byl částečně zapříčiněn, že strojvedoucí neměli příležitost si rozložení kláves prostudovat a nacvičit. Rozdělení přístrojů do jednotlivých skupin bylo v některých případech hodnoceno jako ne zcela logické zejména vlivem rozdílného tvaru hmatníku ovladače pro sběrače a hlavního vypínače. Zejména ve srovnání se zahraničními lokomotivami. Důvodem instalace T-hmatníku na ovladač hlavního vypínače místo na ovladač sběrače byla optimalizace lokomotivy pro časté projíždění dělení trakčního napájecího systému a časté projíždění neutrálních úseků troleje, kde je vypnutí hlavního vypínače kritické (technologie lokomotivy řady 380 umožňuje přejíždění dělení systémů se zvednutým sběračem). Dále byla připomínkována složitost uvádění lokomotivy do provozu po projíždění neutrálního úseku (tři potvrzení jednotlivých kroků). Uvedené krokování bylo na lokomotivě zavedeno z důvodu právě probíhajících zkoušek a pro provoz na tratích bude nahrazeno jedinou manipulací pro uvedení lokomotivy do provozu. 11

Zobrazování informací na displejích bylo hodnoceno pozitivně, drobné připomínky se týkaly přiřazení barev pro některé funkce a také většího množství zobrazovaných informací. Množství zobrazených informací vychází ze sledování provozu ze strany výrobce, kdy strojvedoucí starších typů vozidel (363 a odvozené) indikovali potřebu informace o příčinně snížené tažné síly vozidla (zásah skluzového regulátoru, omezení napětím troleje atd.). Řízení lokomotivy ve stoje bylo hodnoceno pozitivně. Výborně byla hodnocena dostupnost všech ovládacích prvků, dosažitelnost informací i výhledové podmínky. V závěru zprávy z testování je uvedeno, že kritickým bodem celého testování bylo, že strojvedoucí neměli dostatek času na důkladné seznámení s ovládáním lokomotivy a významem zobrazovaných informací. Druhým kritickým bodem testování bylo, že prvním scénáři bylo příliš mnoho poměrně složitých úkolů (přejíždění hranic, změna zabezpečovacího systému, změna trakčního napájecího systému). Kombinací obou těchto nepříznivých faktorů byly výsledky testování ovlivněny v neprospěch lokomotivy řady 380. Na druhou stranu se ve zprávě uvádí, že analýzou záznamu dat z prvního a druhého scénáře je patrný značný nárůst výkonnosti strojvedoucích vlivem učení se ovládání vozidla. Závěrem je možno konstatovat, že pokud strojvedoucí byli na základě půlhodinového školení schopni lokomotivu samostatně uvést do provozu a řídit na neznámé trati podle scénáře se značnou rychlostní (60-180km/h) i dopravní členitostí, tak ergonomie řízení lokomotivy 380 je na velice slušné úrovni. 5. Vyhodnocení zkoušek lokomotivy PRIMA II Zkoušky provedené s lokomotivou PRIMA II na zkušebním okruhu ve Wegberg- Wildenrathu zatím nejsou definitivně vyhodnoceny. Nicméně na závěrečné konferenci projektu EUDDplus v Paříži dne 27. ledna 2010 bylo shrnuto, které pozice ovladačů na jednotném pultu dle vyhlášky UIC 612-0 strojvedoucím nevyhovovaly a co by změnili. Tyto požadavky byly ze strany spoluředitelů projektu (společnost IAS a Technická Univerzita ve Vídni) analyzovány a bylo navrženo následujících šest změn umístění ovladačů: 1) Ovladače dveří 2) Tlačítko potvrzení požáru 3) Ovladače pantografu a HV 4) Voliče a ukazatele směru 5) Páka brzdy 6) Dvě tlačítka pro ovládání zajišťovací brzdy (přemístit z prostoru mezistěny) 12

Obr. 10 Navržené změny pozic ovladačů jednotného pultu strojvedoucího 6. Závěr Závěrem je nutno konstatovat, že sjednocování požadavků na jednotné ovládání je trendem většiny provozovatelů železničních vozidel v Evropě. Z počátečních návrhů, kde byly patrné silné vlivy některých dodavatelskoodběratelských skupin se poměrně bolestivě rodí specifikace požadavků, která bude akceptovatelná pro většinu zúčastněných. Současný návrh projektu MODTRAIN i výstupy z projektu EUDDplus jsou již v poměrně pokročilé fázi a vyhláška UIC 612-0 byla v červnu 2009 vydána jako závazná. Nicméně je před nimi ještě obtížná fáze harmonizace se současnými evropskými normami. Dalším nezanedbatelným problémem je implementace jednotného evropského stanoviště do prostředí národních požadavků, kterým je v současných návrzích věnována poměrně malá pozornost. Pro praktickou aplikaci požadavků UIC 612-0 na vozidlech bude zřejmě ještě nějaký čas nutná dodatečná specifikace pro národní použití UIC 612-0. Literatura: [1] UIC 612-0 Driver Machine Interfaces for EMU/DMU, Locomotives and driving coaches Functional and system requirements associated with harmonised Driver Machine Iterfaces - 1st Edition June 2009 [2] Interní dokumenty projektu EUDDplus [3] TNŽ 28 5201 Kabina strojvedoucího [4] ČSN EN 13 272 Železniční aplikace - Elektrické osvětlení v kolejových vozidlech veřejných dopravních systémů V Praze, leden 2010 Lektoroval: Ing. Jaromír Bittner ČD, GŘ 13

Jaromír Zelenka 1 Hodnocení vodicích vlastností lokomotivy v obloucích velmi malých poloměrů podle nové vyhlášky UIC 518:2009 Klíčová slova: vodicí vlastnosti lokomotivy, kvazistatická zatěžující síla, simulační výpočty 1. Úvod Tento článek navazuje na článek uveřejněný v čísle 28 VTS ČD [1]. Je provedena analýza vodicích vlastností dieselelektrické lokomotivy CZ LOKO řady 744.0 z hlediska hodnocení nově zavedené veličiny dle UIC 518:2009 [4]. 2. Změny v hodnocení vodicích vlastností vozidel v obloucích Vzájemná interakce kolejového vozidla a koleje je zjišťována většinou při jízdních zkouškách vozidel, které jsou součástí schvalovacího řízení nových, rekonstruovaných nebo modernizovaných vozidel do provozu (podle vyhlášky UIC 518 nebo podle evropské normy EN 14 363). Při těchto zkouškách jsou zjišťovány jízdní vlastnosti vozidel v přímé koleji (prostřednictvím měření příčných a svislých zrychlení na skříni vozidla a rámu podvozku, sumy vodících sil), a vodicí vlastnosti vozidel v obloucích (účinky na trať - kvazistatické vodicí a kolové síly, bezpečnost proti vykolejení). S postupným vývojem poznání interakce vozidla a koleje i růstem požadavků na moderní kolejová vozidla (nedostatek převýšení, rychlost jízdy, hmotnost na nápravu) dochází k úpravám norem a vyhlášek ve smyslu přehodnocení stávajících kritérií (mezní hodnota kvazistické vodicí síly, bezpečnost proti vykolejení) a nebo zadáváním dalších veličin, které je nutné hodnotit (kvazistatická zatěžující síla) či sledovat (ekvivalentní konicita v přímé, index radiálního stavění v obloucích malých poloměrů) při provádění jízdních zkoušek vozidel. Z hlediska vodicích vlastností vozidel je v případě posuzování podle platné normy ČSN EN 14363:2006 u nových vozidel problematické dodržení hodnot poměru vodicí a kolové síly na nabíhajícím kole a kvazistatické vodicí síly obloucích malých (400 m R < 600 m) a velmi malých poloměrů (250 m R < 400 m). Porovnání výsledků simulačních výpočtů vodicích vlastností lokomotivy řady 744.0 hodnocením kvazistatické vodicí síly pro různé vstupní parametry je provedeno v rámci [1]. 1 Doc. Ing. Jaromír ZELENKA, CSc., 1957, Vystudoval VŠDS v Žilině obor DMT specializace kolejová vozidla. Docent na Dopravní fakultě Jana Pernera Univerzity Pardubice, Katedra dopravních prostředků a diagnostiky, oddělení kolejových vozidel. 1

2.1 Poměr (Y/Q) Podle současných zjištění (dle ČSN EN 14363:2006) by měla být mezní hodnota (Y/Q) max, lim ověřována pouze v obloucích (úseky s konstantní křivostí, bez přechodnic a vzestupnic) s poloměry R 300 m a při určitém stavu ložení vozidla. Avšak zatím chybí důkazy o vhodnosti této hodnoty pro poloměry R < 300 m. Z důvodu bezpečnosti je proto mezní hodnota (Y/Q) max, lim = 0.8 pro oblouky 250 m R < 300 m pouze doporučena k používání. V oblasti přechodnice mohou dosahovat hodnoty poměru (Y/Q) přes 0.8. Dosud však není definována mezní hodnota pro oblast přechodnice. V každém případě by ale poměr (Y/Q) neměl překročit hodnotu 1.2. V případě překročení hodnoty 0.8 musí být tento případ speciálně posouzen a objasněn. Hodnota 1.2 ovšem musí být při zkoušce kvazistatické bezpečnosti proti vykolejení (při sklonu okolku 70 ) dodržena. Podle nové vyhlášky UIC 518:2009 [4] je limitní hodnota poměru (Y/Q) stále revidována a při překročení doporučené mezní hodnoty 0.8 jsou navrženy jiné způsoby statistického zpracování naměřených dat z jednotlivých traťových úseků. Celkové posouzení je navíc velmi závislé na zkušenostech ze zkoušek podobných vozidel. 2.2 Kvazistatická vodicí síla Yqst Podle dosud platné normy ČSN EN 14363:2006 [3] je mezní hodnota kvazistatické vodicí síly Y qst lim = 60 kn v obloucích velmi malých poloměrů (250 m R < 400 m) pro mnoho vozidel problémem. Podle nové vyhlášky UIC 518:2009 [4] je již mezní hodnota kvazistatické vodicí síly Y qst lim závislá na střední hodnotě R m poloměru hodnocených traťových úseků podle vztahu: Y 10500 = 30 [ kn]. R qst,lim + Při překročení této mezní hodnoty je navíc v případě nepříznivých třecích poměrů mezi kolem a kolejnicí možné provést přepočet očekávané hodnoty Y qst [4]. Porovnání hodnocení této veličiny podle ČSN EN 14363 a podle vyhlášky UIC 518:2009 je provedeno v [1]. 2.3 Kvazistatická zatěžující síla B qst Kromě proměnlivosti mezní hodnoty kvazistatické vodicí síly Y qst lim je navíc zavedena pro posuzování vodicích vlastností vozidel v obloucích malých a velmi malých poloměrů nová veličina, tzv. kvazistatická zatěžující síla koleje: B qst 10500 = Yqst + 0.83 Qqst + a 30 + [ kn] R. m m 2

Tato kvazistatická zatěžující síla závisí na kvazistatické vodicí síle Y qst a kvazistatické kolové síle Q qst na příslušném kole, střední hodnotě R m poloměru hodnocených traťových úseků a na typu úseků (zohledněno konstantou a pro oblouky velmi malých poloměrů 250 m R < 400 m je a = 67.5). Podobně jako v případě překročení mezní hodnoty kvazistatické vodicí síly Y qst lim je také v případě překročení mezní kvazistatické zatěžující síly koleje B qst lim = 180 kn možné provést přepočet očekávané hodnoty Y qst. 3. Simulační výpočty vodicích vlastností lokomotivy CZ LOKO řady 744.0 V rámci řešení programového projektu výzkumu a vývoje IMPULS Ministerstva průmyslu a obchodu pod názvem Výzkum a vývoj modulových konstrukčních celků dieselelektrických lokomotiv byly provedeny rozsáhlé simulační výpočty jízdních a vodicích vlastností dieselelektrické lokomotivy řady 744.0. 3.1 Základní parametry lokomotivy řady 744.0 - vstupní data pro simulaci Přehled použitých hmotnostních a rozměrových parametrů lokomotivy 744.0, které byly převzaty od výrobce, jsou uvedeny v tab. 1: Tab. 1 Základní vstupní data do simulačních výpočtů Parametr Hodnota Poznámka Hmotnost skříně 53 600 kg alternováno dle hmotnosti lokomotivy Moment setrvačnosti skříně kolem x-osy 81 810 kg.m 2 pro 80 t Moment setrvačnosti skříně kolem y-osy 802 700 kg.m 2 pro 80 t Moment setrvačnosti skříně kolem z-osy 802 700 kg.m 2 pro 80 t Vzdálenost otočných čepů Výška podlahy stanoviště strojvedoucího nad TK Hmotnost podvozku 8.6 m 1.85 m 5 400 kg bez dvojkolí + 1/3 trakčního motoru Moment setrvačnosti podvozku kolem x-osy 3 788 kg.m 2 Moment setrvačnosti podvozku kolem y-osy 6 186 kg.m 2 Moment setrvačnosti podvozku kolem z-osy 9 383 kg.m 2 Hmotnost dvojkolí 3 878 kg + 2/3 trakčního motoru Moment setrvačnosti dvojkolí kolem x-osy 1 995 kg.m 2 Moment setrvačnosti dvojkolí kolem y-osy 584 kg.m 2 Moment setrvačnosti dvojkolí kolem z-osy 2 215 kg.m 2 3

Průměr kola Poloviční příčná vzdálenost tlumení od osy vozidla Poloviční příčná vzdálenost vypružení od osy vozidla Rozvor podvozku Výška těžiště podvozku nad TK Výška přenosu podélných sil podvozek-skříň nad TK Poloviční příčná vzdálenost nápravových ložisek 1.1 m 1.113 m 1.013/1.113 m 2.4 m 0.581 m 0.34 m 1.058 m Tuhost pružiny primárního stupně vypružení 808 000 Nm -1 Tuhost pružiny sekundárního stupně vypružení 538 000 Nm -1 Svislý tlumič primárního stupně vypružení Příčný tlumič sekundárního stupně vypružení Svislý tlumič sekundárního stupně vypružení H8P.140.43.30 H8L.140.100.100 H8L.170.63.63 Rychlost jízdy: vodicí vlastnosti byly hodnoceny v oblouku poloměru R = 250 m rychlostí jízdy odpovídající příčnému nevyrovnaného zrychlení dle ČSN EN 14363 a n = 1.1 m.s -2. Při převýšení koleje 150 mm je rychlost jízdy při simulaci V = 82 km/h. Charakteristiky kontaktní geometrie dvojkolí-kolej: jsou dány kombinací použitého jízdního obrysu kola dvojkolí a příčného profilu hlavy kolejnice. Byla provedena analýza výsledků simulačních výpočtů pro kontakt dvojkolí s jízdním obrysem ORE S1002 na kolejnicích UIC60 s úklonem 1:20 a 1:40 a pro jízdní obrys provozně opotřebený, který na reálné koleji vykazoval hodnotu ekvivalentní konicity λ ekv = 0.45. Dalšími vstupními parametry simulace jsou geometrické parametry koleje (svislé a příčné odchylky polohy jednotlivých kolejnicových pásů). Tyto GPK byly získány z měřicího vozu pro železniční svršek. Simulační výpočty byly provedeny pro GPK odpovídající oblouku o poloměru R = 300 m na MZO Zkušebního centra VUZ Velim. 4. Vyhodnocení simulačních výpočtů vodicích vlastností lokomotivy Pro posouzení vodicích vlastností dieselelektrické lokomotivy řady 744.0 byly provedeny simulační výpočty v oblouku velmi malého poloměru R = 250 m. Hmotnost lokomotivy byla alternována v rozmezí 70 80 t. Na Obr. 1 jsou znázorněny výsledky vyhodnocení účinků na trať pomocí kvazistatické zatěžující síly B qst pro simulaci lokomotivy s jízdním obrysem ORE S1002 na kolejnicích UIC60 / 1:40 (λ ekv = 0.184). Dále jsou na Obr. 2 znázorněny průběhy dosahovaných hodnot této kvazistatické zatěžující síly na nabíhajícím kole prvního dvojkolí v závislosti na hmotnosti lokomotivy pro různé charakteristiky kontaktní geometrie dvojkolí-kolej. Z tohoto 4

porovnání je možno vyslovit následující poznatek: výpočet kvazistatické zatěžující síly je málo závislý na charakteristikách kontaktní geometrie dvojkolí kolej (použitý jízdní obrys a příčný profil hlavy kolejnice). Pro uvažovanou hmotnost lokomotivy do 80 t jsou dosahované hodnoty B qst pro zkušební oblasti 4, tedy pro oblouky o velmi malých poloměrech 250 m R < 400 m, pod mezní hodnotou 180 kn. Univerzita Pardubice Dopravní fakulta JP Česká Třebová Traťový úsek: HK-R300V Typ koleje: R = 250 m Zkušební rychlost: 82 km/h (an = 1.1 m/s^2) Kontaktní podmínky: U40-1002 (Le = 0.184) Legenda Program: 744 Výpočet: R250-80-OREU6040 ZeJar PODVOZKOVÁ DIESELELEKTRICKÁ LOKOMOTIVA 744.0 Účinky na trať střední hodnota kvazistatická zatěžující síla B qst (Filtr 20 Hz) směrodatná odchylka Příloha č. List č. Zpráva č. Převýšení: 150 mm Rozchod: 1439 mm Stav ložení: 80 t Pozn.: 16 B2 VTS ČD Vyhodnocení: ZeJar, 22.03.10-2:21:12 B 4i qst [kn] (50%) B 3i qst [kn ] (50%) B 2i qst [kn] (50%) B 1i qst [kn] (50%) 200 limitní hodnota 180 kn 180 očekávaná hodnota 164.88 kn 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 1 5 10 15 20 25 n [-] 200 limitní hodnota 180 kn 180 160 140 120 100 očekávaná hodnota 95.23 kn 80 60 40 20 0 0 1 5 10 15 20 25 n [-] 200 limitní hodnota 180 kn 180 160 očekávaná hodnota 151.39 kn 140 120 100 80 60 40 20 0 0 1 5 10 15 20 25 n [-] 200 limitní hodnota 180 kn 180 160 140 120 očekávaná hodnota 102.64 kn 100 80 60 40 20 0 0 1 5 10 15 20 25 n [-] Obr. 1 Výsledky simulačních výpočtů: hodnocení účinků na trať. 5

185 S1002 - UIC60/1:20 (λ ekv = 0.010) S1002 - UIC60/1:40 (λ ekv = 0.184) JO opotřebený - kolej opotřebená (λ ekv = 0.450) 180 B qst,lim dle UIC518:2009 175 170 B 1qst [kn] 165 160 155 150 145 140 70 72 74 76 78 80 Hmotnost lokomotivy [t] Obr. 2 Porovnání dosahované kvazistatické zatěžující síly na nabíhajícím kole první nápravy v oblouku R = 250 m v závislosti na hmotnosti lokomotivy. Na Obr. 3 je uvedeno celkové hodnocení simulačního výpočtu jízdy lokomotivy obloukem o poloměru R = 250 m. Hodnocení kvazistatické vodicí síly je provedeno podle ČSN EN 14363 (Y qst, lim = 60 kn). Při hodnocení výsledků simulačních výpočtů kvazistatické vodicí síly podle UIC 518:2009 bylo v [1] konstatováno, že k překročení mezní hodnoty nedochází. 6

Univerzita Pardubice Dopravní fakulta JP Česká Třebová Traťový úsek: HK-R300V Typ koleje: R = 250 m Zkušební rychlost: 82 km/h (an = 1.1 m/s^2) Kontaktní podmínky: U40-1002 (Le = 0.184) Legenda Program: 744 Výpočet: R250-80-OREU6040 ZeJar PODVOZKOVÁ DIESELELEKTRICKÁ LOKOMOTIVA 744.0 Celkové hodnocení střední hodnota maximální hodnota účinky na trať očekávaná hodnota Příloha č. List č. Zpráva č. Převýšení: 150 mm Rozchod: 1439 mm Stav ložení: 80 t Pozn.: 16 A0 VTS ČD Vyhodnocení: ZeJar, 22.03.10-2:24:33 % [-] 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 106 107 106 12 12 12 89 90 89 21 21 21 83 88 83 82 85 82 69 75 80 68 73 74 92 92 92 53 53 53 84 84 84 57 57 57 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 % [-] 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 % [-] 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 78 80 78 79 81 79 45 52 60 21 24 26 13 16 19 11 14 15 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 y..*q qst I 64 64 66 y..*q qst II y..*q rms FI y..*q rms FII y..*q FI y..*q FII z..*q rms FI 21 z..*q rms FII 24 z..*q FI 29 z..*q FII Y1i qst Y2i qst Y3i qst Y4i qst QI qst QII qst QI QII B1i qst B2i qst B3i qst B4i qst bezpečnost jízdy 47 48 52 38 41 47 70 71 73 13 15 18 62 63 64 21 24 27 33 34 38 24 26 30 33 35 41 28 31 37 80 76 86 69 74 70 11 14 17 10 12 14 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 SY1 SY2 SY3 SY4 (Y/Q)1i (Y/Q)2i (Y/Q)3i (Y/Q)4i y..+11 y..+21 y..+31 y..+41 y..*s I y..*s II z..*s I z..*s II jízdní vlastnosti SY1 rms SY2 rms SY3 rms SY4 rms y..11 rms y..21 rms y..31 rms y..41 rms y..+11 rms y..+21 rms y..+31 rms y..+41 rms Obr. 3 Celkové hodnocení výsledků simulačního výpočtu jízdy lokomotivy v oblouku. 5. Závěr Pomocí programového systému jízdy kolejového vozidla vyvíjeného na DFJP byla provedena analýza vodicích vlastností nově vyvíjené dieselelektrické lokomotivy CZ LOKO řady 744.0. Byla sledována dosahovaná kvazistatická zatěžující síla při průjezdu oblouky velmi malých poloměrů při různých vstupních hodnotách simulace jízdy. Hodnocení bylo provedeno dle vyhlášky UIC 518:2009. 7

Simulační výpočty tvoří nedílnou součást vývoje nové lokomotivy, které se budou dále upřesňovat na základě zpřesňujících charakteristik vozidla společností CZ LOKO a.s. Skutečné ověřování jak vodicích, tak i jízdních vlastností lokomotivy bude provedeno na základě rozsáhlých zkoušek na prototypu lokomotivy 744.0 v budoucím období. Poznámka: Výsledky prezentované v tomto článku byly řešeny v rámci projektu VaV Ministerstva průmyslu a obchodu IMPULS ev.č. FI-IM5/093 Výzkum a vývoj modulových konstrukčních celků dieselelektrických lokomotiv. Literatura: [1] ZELENKA J.: Analýza vodicích vlastností dieselelektrické lokomotivy s novým podvozkem CZ LOKO pomocí simulačních výpočtů. Vědeckotechnický sborník ČD č. 28/2009, GŘ ČD Praha, ISSN 1214-9047. [2] ZELENKA J.: Jízdní a vodicí vlastnosti dvounápravových dieselelektrických lokomotiv CZ LOKO. Nová železniční technika, č. 6/2009. [3] ČSN EN 14363:2006. Železniční aplikace Přejímací zkoušky jízdních charakteristik železničních vozidel Zkoušení jízdních vlastností a stacionární zkoušky. Český normalizační institut, 2006. [4] UIC CODE 518: Testing and approval of railway vehicles from the point of view of their dynamic behaviour Safety Track fatigue Running behaviour. 4th edition, September 2009. International Union of Railways (UIC), Paris, 2009. ISBN 978-2-7461-1642-9. Česká Třebová, březen 2010 Lektoroval: Ing. Michal Hipman, CSc. VUZ 8

Ondřej Černý 1, Radovan Doleček 2, Jaroslav Novák 3 Synchronní motory s permanentními magnety pro trakční pohony kolejových vozidel Klíčová slova: stejnosměrný motor, asynchronními motor, synchronní motor s permanentními magnety (PMSM), permanentní magnet, trakční pohon, výzkum 1 Úvod Dominantní hnací jednotku v elektrických trakčních pohonech představovaly stejnosměrné motory ještě před 20 lety. S rozvojem techniky výkonových polovodičových měničů na bázi křemíkových součástek se v té době začaly uplatňovat v elektrické trakci první aplikace s konstrukčně jednoduššími a provozně spolehlivějšími asynchronními motory. Velký obrat ve využití synchronních strojů malých a středních výkonů přinesla aplikace permanentních magnetů ze speciálních slitin s velkou magnetickou indukcí. Synchronní motory s těmito magnety (PMSM Permanent Magnet Synchronous Motor) se již více než 10 let standardně využívají v servotechnice, robotice a automatizační technice v pohonech o výkonech od stovek W do desítek kw. V těchto oblastech nahrazují PMSM zejména stejnosměrné a krokové motory. Pro své příznivé vlastnosti se PMSM v posledních letech začaly využívat i v trakčních elektrických pohonech. 1 Ing. Ondřej ČERNÝ, Ph.D.; narozen 1980; Univerzita Pardubice, DFJP, obor Dopravní prostředky a infrastruktura, specializace elektrotechnika, se sídlem v Pardubicích; současné zaměření: Elektrické pohony, regulační technika, výkonová elektrotechnika; pracoviště: Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, Katedra elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravě, Studentská 95, 532 10 Pardubice, e-mail: ondrej.cerny@upce.cz 2 Doc. Ing. Radovan DOLEČEK, Ph.D.; narozen 1971; Univerzita Pardubice, DFJP, obor Dopravní prostředky a infrastruktura, specializace elektrotechnika, se sídlem v Pardubicích; současné zaměření: EMC, výkonová elektronika, trakční systémy, elektrické pohony; pracoviště: Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, Katedra elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravě, Studentská 95, 532 10 Pardubice, e-mail: radovan.dolecek@upce.cz 3 Doc. Ing. Jaroslav NOVÁK, CSc.; narozen 1966; Univerzita Pardubice, DFJP, obor Dopravní prostředky a infrastruktura, specializace elektrotechnika, se sídlem v Pardubicích; současné zaměření: Elektrické pohony, řídící a regulační technika; pracoviště: Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, Katedra elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravě, Studentská 95, 532 10 Pardubice, e-mail: jaroslav.novak@upce.cz 1

2 PMSM pro trakci Konstrukční řešení PMSM pro trakci lze rozdělit do dvou skupin: První klasickou koncepci PMSM představuje stroj, který má statorové trojfázové vinutí uloženo v drážkách železného magnetického obvodu, podobně jako u asynchronního motoru. Uvnitř statoru je umístěn rotor, který nese permanentní magnety obr. 1 motor s vnitřním rotorem. Obr. 1. Konstrukce PMSM s vnitřním rotorem Rotor je často odlehčený dutinami, neboť magnetický tok se u těchto motorů uzavírá v povrchové vrstvě. Póly permanentních magnetů jsou tvořeny dílčími segmenty. Rozměry těchto segmentů jsou i u výkonných motorů omezeny na desetiny, maximálně jednotky cm obr. 2. Obr. 2. Segment permanentního magnetu NdFeB pro trakční PMSM Magnety se na rotor upevňují lepením a zpevňují bandáží. Při napájení statorového vinutí z trojfázové soustavy napětí se ve statoru vytvoří točivé magnetické pole, jehož magnetické účinky jsou obdobné, jako účinky otáčejícího se magnetu. Rychlost otáčení točivého pole je dána frekvencí napájecího napětí statoru a konstrukcí stroje. Póly permanentních magnetů na rotoru jsou vázány silově na točivé magnetické pole statoru, rotor je tedy vlivem magnetických sil unášen a jeho rychlost je s rychlostí točivého pole totožná. Tato vlastnost je pro synchronní motor charakteristická. Z uvedených skutečností potom vyplývá, že rychlost otáčení rotoru synchronního motoru je možno řídit změnou frekvence napájecího napětí statoru. Trakční synchronní motory jsou proto vždy napájeny z výkonových polovodičových měničů napětí s řiditelnou výstupní frekvencí. Druhou konstrukční variantou je řešení, kdy je trojfázový stator obepínán rotorem s permanentními magnety obr. 3 motor s vnějším rotorem. 2

Obr. 3. Konstrukce PMSM s vnějším rotorem Tato konstrukce se využívá v aplikacích, kdy je motor integrován přímo do konstrukce kola. Stator je tedy v těchto případech spojen s osou kola, rotor, který jej obepíná, je součástí kola. Princip funkce, napájení a řízení motorů s vnějším rotorem jsou stejné jako u motorů s vnitřním rotorem. 2.1 Permanentní magnety pro PMSM Permanentní magnety které představují klíčový element PMSM, jsou vyráběny ze speciálních slitin na bázi dvou skupin materiálů: Materiály na bázi prvků Neodym Železo Bór, např. Nd 2 Fe 14 B, nebo materiály na bázi prvků Samarium Kobalt, např. Sm 1 Co 5 nebo Sm 2 Co 17. Výhodou magnetů na bázi těchto materiálů je velká remanentní magnetická indukce do 1 T u magnetů SmCo, do 1,25 T u magnetů NdFeB, remanentní magnetická indukce běžných permanentních magnetů na bázi feritu je přibližně 0,3 T. Kromě vyšší magnetické indukce mají magnety NdFeB, které se používají častěji, příznivější cenu, avšak, oproti magnetům SmCo, jsou méně odolné vůči korozi a tudíž mají menší životnost udává se maximálně desítky let. Charakteristickou vlastností magnetů ze speciálních slitin je ztráta magnetických vlastností při zvýšené teplotě. Proto je maximální provozní teplota u magnetů SmCo přibližně 300 C, u magnetů NdFeB přibližně 100 C. U elektrických točivých strojů jsou obecně jejich objemy a hmotnosti dány velikostí dosažitelného točivého momentu. Pro dosažení únosných rozměrů a hmotnosti motoru se proto elektropohon koncipuje zpravidla pro vyšší otáčky a nižší točivý moment a potřebného snížení otáček a zvýšení točivého momentu se dosahuje použitím převodovky. Hlavními výhodami trakčních PMSM jsou jejich malé objemy a hmotnosti. Tohoto zmenšení rozměrů je dosaženo použitím permanentních magnetů s velkou remanentní magnetickou indukcí, neboť magnetické indukci je přímo úměrný dosažitelný točivý moment motoru. Trakční PMSM ze slitin SmCo nebo NdFeB je proto možno konstruovat jako pomaluběžné, s dostatečně velkou hodnotou točivého momentu při dostatečně malých rozměrech. Základním přínosem trakčních pohonů s PMSM je tudíž výrazné zmenšení objemu a hmotnosti motoru a možnost absence mechanické převodovky v přímém, bezpřevodovkovém pohonu kol nebo náprav vozidla. Vlivem velké koncentrace výkonu v malém objemu motoru jsou u PMSM horší podmínky pro odvod ztrátového tepla. Proto se u trakčních PMSM větších výkonů používá zpravidla vodní chlazení. 3

3 Koncepce trakčních pohonů V silničních a kolejových vozidlech se uplatňuje několik koncepcí bezpřevodovkových trakčních pohonů se PMSM v rozsahu výkonů od řádově stovek W do stovek kw na jeden trakční motor. U silničních vozidel, počínaje elektrokoly, přes osobní automobily a autobusy s elektrickým nebo hybridním pohonem až po speciální stavení stroje, je efektivním řešením použití motorů s vnějším rotorem, které jsou integrovány přímo do kol. U kolejových vozidel není integrace motoru s vnějším rotorem do konstrukce kola příliš výhodná, neboť toto řešení navyšuje neodpružené hmoty a při jízdě vozidla dochází ke zvýšení mechanických rázů v trati a jejím okolí. U silničních vozidel jsou negativní vlivy neodpružených hmot eliminovány pneumatikami. U bezpřevodovkových individuálních pohonů kol kolejových vozidel je proto z důvodu minimalizace neodpružených hmot výhodnější koncepce s PMSM s vnitřním rotorem a přenosem točivého momentu od motoru na kolo kloubovým spojením. Toto řešení je vhodné zejména pro plně nízkopodlažní tramvaje, neboť absence nápravy kol zvyšuje plochu nízké podlahy. U železničních vozidel s PMSM, kde jsou kola spojena nápravou, se používají trakční PMSM, u kterých motor pohání bezpřevodovkově celou nápravu. Z důvodu minimalizace neodpružených hmot je však nutno opět řešit pružné spojení pro přenos točivého momentu, nejčastěji prostřednictvím pružné spojky s dutým hřídelem motoru, kterým prochází náprava. Z realizovaných kolejových vozidel s trakčními PMSM je možno jmenovat například japonský příměstský vlak e-train s přímými pohony náprav s výkonem jednoho motoru 160 kw [1] - obr.4. - nebo tramvaj Citadis od firmy Alstom s výkonem jednoho motoru 100 kw obr.5. Tato tramvaj umožňuje provoz na tramvajových i železničních tratích. Zajímavou aplikací trakčních PMSM jsou kolové pohony vozů metra od firmy Siemens pro francouzského zákazníka. Tyto vozy mají výkon jednoho motoru 65 kw a jezdí na pneumatikách obr.6. Obr. 4. Příměstský vlak e-train Obr. 5. Tramvaj Citadis 4

Obr. 6. Vozy metra VAL 208 V současnosti jediným typem vozidla s trakčními PMSM, které bylo vyrobeno v České republice, je plně nízkopodlažní tramvaj 15T ForCity od firmy Škoda Transportation obr.7. Obr. 7. Tramvaj 15T For City s trakčními PMSM Tramvaj je vybavena šestnácti trakčními PMSM 45 kw, které zajišťují individuální pohon všech šestnácti kol, která jsou umístěna ve čtyřech otočných podvozcích. Jsou použity motory s vnitřním rotorem, které jsou kloubově spojeny s koly. Tramvaj je určena pro Prahu a v současnosti je ve zkušebním provozu. Kromě bezpřevodovkových trakčních pohonů se v silničních i kolejových dopravních prostředcích můžeme setkat s aplikacemi PMSM, kde je náprava poháněna přes převodovku. Výhodou zde opět zůstávají malé rozměry a hmotnost motoru. Mezi nejzajímavější aplikace v této oblasti patří pohony pro nové francouzské vysokorychlostní vlaky AGV od firmy Alstom, kde jsou použity PMSM s výkonem 1 MW. V současnosti se jedná se o jedny z nejvýkonnějších PMSM, které jsou vyráběny. Celkově lze výhody trakčních pohonů se PMSM shrnout do těchto bodů: výrazná úspora objemu a hmotnosti oproti pohonům s asynchronními a stejnosměrnými motory (až 3x) možnost konstrukce výkonných pomaluběžných motorů vhodných pro bezpřevodovkové pohony velká momentová přetížitelnost (až 3x) 5

vyšší účinnost oproti asynchronnímu motoru vlivem absence jouleových ztrát v rotoru (řádově až o jednotky %) nepřetržitá pohotovost motoru pro přechod do režimu elektrodynamické brzdy V případě bezpřevodovkových individuálních pohonů kol přistupují další výhody: efektivní řešení protiskluzové ochrany zvýšení účinnosti a ekologie vlivem absence převodovky řízené dělení tažné síly na jednotlivá kola řešení diferenciálu elektrickou cestou efektivní řešení pro plně nízkopodlažní vozidla Vedle výhod trakčních PMSM však existují i určité nevýhody pohonů s těmito motory: složitější konstrukce a technologie výroby a oprav oproti pohonům s asynchronními motory v poruchových stavech mohou být narušeny magnetické vlastnosti permanentních magnetů stálá přítomnost magnetického toku permanentních magnetů způsobuje ztráty v železném magnetickém obvodu při jízdě výběhem, při poruchách v elektrické části, zejména při zkratech, pracuje motor jedoucího vozidla jako generátor do tohoto zkratu, což způsobuje proudové a momentové rázy z tohoto důvodu je nutno řešit mechanickou nebo elektrickou odpojitelnost motoru 4 Výzkum trakčních pohonů s PMSM Na Dopravní fakultu Jana Pernera (DFJP) Univerzity Pardubice byl v roce 2004 dlouhodobě zapůjčen speciální zkušební stav pro výzkum mechanických a elektrických vlastností trakčního bezpřevodovkového individuálního pohonu kola kolejového vozidla obr.8. Obr. 8. Experimentální pracoviště s trakčním pohonem s PMSM na Univerzitě Pardubice 6

Stav je konstrukčně tvořen rámem, ve kterém je usazen trakční PMSM spojený pomocí homokinetického kloubu s tramvajovým kolem. Byla tak zvolena konstrukce s částečně odpruženým motorem pohánějícím kolo přes souběžný kuličkový kloub. Motor je uložen v silentblocích umožňujících jeho výkyv v horizontálním směru. Kolo je uložené na kyvném rameni, které je přitlačováno pomocí pneumatického válce. Válcem lze vyvodit sílu na kolo v rozmezí 4 50 kn. Ta působí na druhé (spodní) protiběžné kolo, které reprezentuje kolejnici. Spodní kolo bylo v průběhu prací na DFJP mechanicky upraveno pro natáčení simulující průjezd obloukem. Spodní kolo je pomocí kardanového hřídele spojeno se zátěžným asynchronním motorem. Mezi zátěžný motor a protiběžné kolo je vložen snímač kroutícího momentu. Použitý trakční PMSM s vnitřním rotorem a vodním chlazením má jmenovitý výkon 58 kw při otáčkách 650 min -1. Při těchto jmenovitých otáčkách je rychlost na obvodu tramvajového kola 85 km.h -1. Jmenovitý točivý moment motoru je 852 N.m. Z obrázku 8 je velmi dobře patrná relace mezi objemy zatěžovacího asynchronního motoru a trakčního PMSM, přičemž oba stroje mají srovnatelné základní parametry (výkon, otáčky, točivý moment). Z hlediska problematiky mechanické části jsou na tomto pracovišti řešeny úkoly vztahující se k vlastnostem styku kolo kolejnice a adhezním vlastnostem. V elektrické části je výzkum zaměřen především na problematiku elektronického napájení, mikroprocesorového řízení a regulace točivého momentu trakčního pohonu s PMSM [2-3], ale i problematiku EMC [4-5]. V rámci těchto aktivit byla na pracovišti realizována elektrická a řídící část pro trakční i zatěžovací motor, která zahrnuje zejména výkonové elektronické měniče, potřebné spínací a jistící prvky, regulační obvody a senzory. Významnou částí v oblasti senzoriky je zejména realizovaný systém pro on-line vyhodnocování úhlového natočení rotoru trakčního motoru. Informace o této poloze udává vlastně informaci o orientaci magnetického pole permanentních magnetů rotoru v motoru. Tato informace je nezbytná pro správnou funkci regulační struktury točivého momentu trakčního motoru. Řídící algoritmy byly implementovány do řídícího systému, jehož centrálním členem je výkonný DSP (Digital Signal Processor). Úkolem řídícího systému je zejména sběr dat z pohonu prostřednictvím výstupních signálů senzorů (proudů, napětí, úhlového natočení rotoru, točivého momentu), výpočet regulační struktury, generování výstupních signálů pro řízení výkonových tranzistorů polovodičového měniče a provozní a vývojová diagnostika celého systému. Řídící systém vykonává veškeré operace (tj. zejména sběr dat, výpočet regulační struktury a generování signálů pro řízení výkonových tranzistorů) s periodou 100 mikrosekund [6]. Řada výsledků výzkumů na tomto pracovišti, zejména z oblasti regulace, byla použita i při realizaci prvního vozidla s trakčními PMSM v ČR tramvaje 15T For City. Na obrázku 9 jsou pro ilustraci uvedeny časové průběhy některých veličin, které byly změřeny v rámci vyšetřování dynamických vlastností pohonu ve spojení s vyvinutou strukturou regulace [7]. 7

i[a] 140 120 100 80 60 40 20 0-20 -40-60 -80-100 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 t[s] Obr. 9. Příklad průběhů veličin změřených při ověřování dynamických vlastností trakčního pohonu s PMSM iqset iqact ifaze Jedná se o průběhy naměřené při skokové změně žádané hodnoty velikosti proudu, které odpovídá velikost točivého momentu. Znázorněná skoková změna představuje skokový přechod z režimu brzda s nastaveným brzdným momentem -50 % (tj.- 426 N.m ) do režimu jízda s nastaveným hnacím momentem +50 % (tj. +426 N.m). Obvodová rychlost kola byla při tomto experimentu 17 km.h -1. Na obrázku 9 představuje fialový průběh žádanou velikost proudu, zelený průběh skutečnou velikost této veličiny a světle modrý průběh okamžitou hodnotu proudu ve fázi motoru (±61 A efektivních). Z obrázku je zřejmé, že k úplnému ustálení nové velikosti proudu, tj. i točivého momentu, dojde za několik desítek milisekund. 5 Závěr Výzkum, který byl zahájen přibližně před pěti lety na DFJP, věnovaný trakčním pohonům s PMSM se jevil jako specifické řešení, určené v oboru kolejových vozidel pro úzkou skupinu aplikací, zejména pro pohony nízkopodlažních vozidel MHD. I když pohony s PMSM zřejmě nenahradí v trakci zcela pohony s asynchronními motory, ukazuje se, že se jejich aplikační oblast významně rozšířila i na výkonná železniční hnací vozidla. Příčinou je ve velké míře zdokonalování konstrukce motorů a pokles ceny permanentních magnetů ze speciálních slitin. Míru, s jakou trakční PMSM nahradí v kolejových vozidlech nyní dominující asynchronní motory, ukáže zřejmě budoucnost. Literatura [1] M. OSAWA: Toward creation of a railway car meeting the 21st-century requirements, JR East Technical Review Japan, no. 1, pp. 9-12. 2002. [2] DOLEČEK, R., NOVÁK J., ČERNÝ, O.: Traction Permanent Magnet Synchronous Motor Torque Control with Flux Weakening, Radioengineering, vol. 18, no. 4, 2009 ISSN 1210-2512 [3] ŠIMÁNEK, J., NOVÁK, J., ČERNÝ, O., DOLEČEK, R.: FOC and flux weakening for traction drive with permanent magnet synchronous motor in IEEE International Symposium on Industrial Electronics, pp. 753 758, United Kingdom 2008. 8

[4] NOVÁK, J., ŠIMÁNEK, J., ČERNÝ, O., DOLEČEK, R.: EMC of Frequency Controlled Electric Drives, Radioengineering, pp. 101-106, vol. 17, no. 4, 2008, ISSN 1210-2512 [5] DOLEČEK, R., ČERNÝ, O., NĚMEC, Z.: EMC of traction drive with permanent magnet synchronous motor, ICEAA 09-International conference on electromagnetics in advanced applications, Torino, Italy, pp. 339-342, ISBN 978-1-4244-3386-5 [6] ŠIMÁNEK, J., DOLEČEK, R., ČERNÝ, O., SCHEJBAL, V.: Processor TI 2812 as Control Base of Permanent Magnet Synchronous Motor. In 19th International Conference Radioelektronika 2009, Bratislava, April 22-23, 2009, Slovak Republic, pp. 69 72, ISBN 978-1-4244-3536-4 [7] DOLEČEK, R., ŠIMÁNEK, J., NOVÁK, J., ČERNÝ, O.: Dynamics of a Feedback Optimal Current Vector Flux Weakening Strategy for Traction PMSM, 8 th International ELECTROMOTION 2009 EPE Chapter Electric Drives, pp. OS7-5 (6), Lille, Francie, 2009, ISBN 978-2-915913-25-5 Pardubice, duben 2010 Lektoroval: Doc. Ing. Karel Hlava, CSc. UP, DFJP 9

Michal Satori 1 Frekvenční závislost chyby převodu a úhlu přístrojových transformátorů s izolačním napětím 123 kv v rozvodně 110 kv, trakční napájecí stanice 25 kv, 50 Hz Klíčová slova: přístrojový transformátor, přístrojový transformátor proudu, přístrojový induktivní transformátor napětí, přístrojový kapacitní transformátor napětí, chyba převodu, chyba úhlu, frekvenční závislost chyby převodu a úhlu, vyšší harmonické 1 Úvod Trakční napájecí stanice 25 kv, 50 Hz (dále jen TNS 25 kv, 50 Hz) napájí zejména trakční vedení jednofázové trakční proudové soustavy 25 kv, 50 Hz. Většina TNS 25kV, 50Hz má dva nezávislé přívody z distribuční soustavy 110 kv. Hlavní část TNS 25 kv, 50 Hz tvoří rozvodna 110 kv (dále jen R 110 kv) a rozvodna 25 kv (dále jen R 25 kv). V R 110 kv jsou umístěny přístrojové transformátory napětí a proudu s izolačním napětím 123 kv, které jsou vždy induktivního charakteru, ale jelikož jsou některé R 110 kv částečně v majetku distributora elektrické energie, nelze vyloučit instalaci přístrojového kapacitního transformátoru napětí s izolačním napětím 123 kv v R 110 kv distributorem elektrické energie. Přístrojové transformátory napětí a proudu v R 110 kv mají většinou dvě sekundární vinutí (měření, jištění), přičemž sekundární vinutí pro měření je zaplombované, jelikož slouží jako vstup pro fakturační měření. Přístrojový transformátor v R 110 kv je tedy měřidlem stanoveným. Tato měřidla podléhají zákonu č.505/1990sb (zákon o metrologii) a kromě schválení typu a ověření musí sekundární vinutí pro měření splňovat minimální třídu přesnosti T P = 0,2. Přístrojové transformátory zajišťují fakturační měření pro statické elektroměry činné a jalové energie, které osazuje v TNS 25 kv, 50 Hz distributor elektrické energie. Statické elektroměry mohou vyhodnocovat i procentní obsah napěťových popř. proudových harmonických v odběru, tedy v připojovacím bodě TNS 25 kv, 50 Hz. 1 Ing. Michal SATORI, 1978, Univerzita Pardubice Dopravní fakulta Jana Pernera, Dopravní infrastruktura, Systémový inženýr Elektrizace železnic Praha, a.s., externí doktorand UPa - DFJP 1

Maximální meze napěťových popř. proudových harmonických a další požadavky na kvalitu odběru stanovuje distributor elektrické energie pro střední a velké odběry v připojovacích podmínkách. Distributor elektrické energie tak určuje požadavky na kvalitu odběru, aby sám mohl garantovat odběratelům elektrické energie dodávku elektrické energie s parametry, které jsou v souladu s normou [1]. Požadavky v připojovacích podmínkách se mění nejen v čase, ale zejména jsou různé u každého distributora elektrické energie. ČEZ stanovuje meze procentního obsahu napěťových harmonických do řádu 19. v připojovacím bodě a sleduje i dodržování maximální povolené hodnoty THD. E.ON stanovuje meze obsahu proudových harmonických do řádu 19. v připojovacím bodě a sleduje i dodržování maximální povolené hodnoty THD. Za účelem posouzení korektnosti měřených hodnot napěťových popř. proudových harmonických v připojovacím bodě TNS 25 kv, 50 Hz je nutné posoudit frekvenční závislost chyby převodu a úhlu přístrojových transformátorů napětí a proudu s izolačním napětím 123 kv v R 110 kv. Pokud by výsledek měření obsahu napěťových popř. proudových harmonických v připojovacím bodě TNS 25 kv, 50 Hz měl být respektován odběratelem elektrické energie, musela by se chyba převodu a úhlu přístrojových transformátorů, v sledovaném frekvenčním pásmu, pohybovat v povolených tolerančních mezích stanovených normou [2, 3, 4] pro třídu přesnosti T P = 0,2. Norma [2, 3, 4] uvažuje pouze sinusový průběh primárního napětí a proudu a chybu převodu a úhlu přístrojových transformátorů napětí a proudu definuje při jmenovité frekvenci 50 Hz s povoleným kolísáním ± 2 Hz. Jelikož dodavatel elektrické energie sleduje procentní obsahy harmonických v připojovacím bodě do řádu 19. harmonické a významný vliv na hodnotu THD mohou mít složky do řádu 40. Harmonické, bude v článku sledováno frekvenční pásmo maximálně do řádu 100. harmonické (5kHz). V zahraniční literatuře je řešena otázka frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu přístrojových transformátorů již od osmdesátých let minulého století, kdy bylo zdrojem [5] odvozeno náhradní schéma přístrojového induktivního transformátoru napětí s izolačním napětím 7,2 kv platné pro frekvence do 10 khz. Obrázek 1.1 - Náhradní schéma přístrojového induktivního transformátoru napětí s izolačním napětím 7,2 kv platné pro frekvence do 10 khz [5] 2

kde: R PS odpor primárního a sekundárního vinutí [Ω] L PS rozptylová indukčnost primárního a sekundárního vinutí [F] C PS kapacita mezi primárním a sekundárním vinutím [F] C PB kapacita mezi primárním vinutím a kostrou [F] C SB kapacita mezi sekundárním vinutím a kostrou [F] R E,f frekvenčně závislý odpor reprezentující ztráty hysterezní a vířivé ve spojce a jádru [Ω] frekvenčně závislá magnetizační indukčnost spojky a jádra [H] L E,f Pro frekvenčně závislé prvky magnetizační větve platí vztahy: K R KL R = R f E,f E [Ω] ; L = L f E,f E [H] (1) kde: R E hodnota odporu reprezentující ztráty hysterezní a vířivé v spojce a jádru [Ω] L E hodnota magnetizační indukčnosti spojky a jádra [H] K R exponent definující frekvenční závislost odporu magnetizační větve [-] K L exponent definující frekvenční závislost indukčnosti magnetizační větve [-] Z náhradního schématu na obrázku 1.1 vychází i náhradní schéma přístrojových induktivních transformátorů napětí a proudu s izolačním napětím 123 kv odvozené zdrojem [6, 7] pro frekvence do 5 khz viz. obrázek 1.2. Obrázek 1.2 - Náhradní schéma přístrojových induktivních transformátorů napětí a proudu s izolačním napětím 123 kv platné pro frekvence do 5 khz s dvěma sekundárními vinutími (měření, jištění) [6, 7] 3

Na obrázku 1.3 je náhradní schéma přístrojového kapacitního transformátoru napětí s izolačním napětím 123 kv platné pro frekvence do 5 khz [8]. Obrázek 1.3 - Náhradní schéma přístrojového kapacitního transformátoru napětí s izolačním napětím 123 kv platné pro frekvence do 5 khz s dvěma sekundárními vinutími (měření, jištění) [8] Kde: C R celková kapacita kondenzátorů C 1 a C 2 [F] L C indukčnost kompenzační tlumivky [H] R C odpor kompenzační tlumivky [Ω] C C kapacita kompenzační tlumivky [F] L P rozptylová indukčnost středněnapěťového transformátoru přepočítaná na primární stranu [H] R P odpor středněnapěťového transformátoru přepočítaný na primární stranu [Ω] R E odpor reprezentující ztráty hyst. a vířivé ve spojce a jádru [Ω] L E magnetizační indukčnost spojky a jádra [H] C PB kapacita středněnapěťového transformátoru proti kostře [F] C PS kapacita mezi primárním a sekundárním vinutí [F] C S1S2 kapacita mezi sekundárním vinutím S 1 a S 2 [F] C SB1, C SB2 kapacita seukundárního vinutí S 1, S 2 proti kostře [F] C F kapacita tlumícího zařízení [F] L F indukčnost tlumícího zařízení [H] R F odpor tlumícího zařízení [Ω] L S1, L S2 rozptylová indukčnost prvního (druhého) sekundárního vinutí přepočítaná na primární stranu [H] R S1, R S2 činný odpor prvního (druhého) sekundárního vinutí přepočítaný na primární stranu [Ω] Hodnoty prvků náhradních schémat na obrázku 1.2 a 1.3 byly převzaty z dostupné literatury, jelikož měření na této napěťové hladině je technicky i finančně náročné zabezpečit. 4

Přístrojový induktivní transformátor proudu Z náhradního schématu přístrojového induktivního transformátoru proudu na obrázku 1.2 byl získán průběh frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru proudu, který je zobrazen na obrázku 1.4 [6]. Obrázek 1.4 - a) Frekvenční závislost chyby převodu, b) úhlu přístrojového induktivního transformátoru proudu s izolačním napětím 123 kv [6] Z obrázku 1.4 je zřejmé, že chyba převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru proudu je frekvenčně nezávislá do 16 khz. Tento závěr je ale platný pouze pro případ, kdy je sycení feromagnetického obvodu v lineární oblasti magnetizační křivky. Přístrojový transformátor proudu má zvlášť feromagnetický obvod (prstenec) pro sekundární vinutí měřící a jistící. Feromagnetický obvod sekundárního vinutí pro měření se přitom přesytí při ca. (3 až 4) x I n a feromagnetický obvod sekundárního vinutí pro jištění při ca. (10 až 15) x I n. Tyto hodnoty primárního proudu jsou běžně překročeny pouze při zkratu, tedy ne za běžných provozních podmínek. Vzhledem k povoleným procentním hodnotám proudových harmonických v připojovacím bodě TNS 25 kv, 50 Hz je vyloučené, aby se jejich vlivem přesytil feromagnetický obvod přístrojového transformátoru proudu. Malý vliv na změnu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru proudu může mít pouze změna hodnoty frekvenčně závislých prvků magnetizační větve (L E, R E ) a změna hodnoty kapacit mezi primárním a sekundárním vinutím (C PS1, C PS2 ). To odpovídá faktu, že přístrojový induktivní transformátor proudu má primární vinutí tvořené jedním až třemi závity a je možné tedy vliv primárních prvků (R P, L P ) zanedbat. Z průběhu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu na obrázku 1.4 je zřejmé, že přístrojový induktivní transformátor proudu je vhodný k měření vyšších proudových harmonických v připojovacím bodě TNS 25 kv, 50 Hz ve frekvenčním 5

pásmu do 5 khz, protože jeho chyba převodu a úhlu je v tomto pásmu frekvenčně nezávislá. Přístrojový induktivní transformátor napětí Z dosavadních výzkumů frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru napětí s izolačním napětí 7,2-27,5 kv a 123 kv [5, 7, 9] vyplynulo, že ve sledovaném frekvenčním pásmu bude chyba převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru napětí s izolačním napětí 123 kv frekvenčně závislá, proto bude v kapitole 2 proveden výzkum frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru napětí s izolačním napětím 123 kv pomocí simulačního programu PSpice. Přístrojový kapacitní transformátor napětí Přístrojový kapacitní transformátor napětí vykazuje nejvyšší frekvenční závislost chyby převodu a úhlu viz obrázek 1.5 Chyba převodu a úhlu překračuje povolenou mez již od 52 Hz resp. 100 Hz výše (pohyb v tomto rozmezí ovlivňuje typ použitého tlumícího zařízení, požadovaná třída přesnosti). Obrázek 1.5 - a) Frekvenční závislost chyby převodu přístrojového kapacitního transformátoru napětí s izolačním napětím 123 kv [8], b) vliv změny hodnoty prvků náhradního schématu na průběh frekvenční závislosti chyby převodu přístrojového kapacitního transformátoru napětí [9] Podstatný vliv na změnu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu má změna hodnot všech kapacit náhradního schématu (viz obrázek 1.3) jak je zřejmé z průběhu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu na obrázku 1.5. Ve frekvenčním pásmu do 5 khz tak má převažující vliv na frekvenční závislost chyby převodu a úhlu kombinace hodnot LC, které kmitají na vyšších harmonických. Povolená mez chyby převodu a úhlu je vlivem vysoké frekvenční závislosti překročena již v okolí jmenovité frekvence a maximum amplitudy chyby převodu a úhlu je v okolí řádu 20. harmonické (chyba převodu překročena 225-350krát v závislosti na typu tlumícího zařízení). 6

2 Frekvenční závislost chyby převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru napětí s izolačním napětím 123 kv Zdroj [7] určil hodnoty prvků náhradního schématu na obrázku 1.2 měřením na konkrétním přístrojovém induktivním transformátoru napětí typu ABB EMFC 145 kv. Zdroj [7] uvažuje prvky magnetizační větve jako frekvenčně nezávislé, což je předpoklad, který není správný pro výzkum frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu, zvláště ve frekvenčním pásmu do 5 khz, kde frekvenční závislost prvků magnetizační větve ovlivní frekvenční závislost chyby převodu a úhlu. Z tohoto důvodu, byla doplněna frekvenční závislost prvků magnetizační větve podle rovnice 1. To je možné na základě výzkumu, který ověřil, že hodnota koeficientu K R = + 0,5 a hodnota koeficientu K L = - 0,5 se nemění v širokém rozsahu izolačních napětí přístrojových induktivních transformátorů napětí [10]. Pro možnost porovnání budou simulací vyhotoveny průběhy frekvenční závislosti při uvažování i zanedbání frekvenční závislosti prvků magnetizační větve. Porovnáním průběhů bude zřejmé, že frekvenční závislost prvků magnetizační větvě není možné ve frekvenčním pásmu do 5 khz zanedbat. Dále autor [7] uvažuje sériové řazení prvků magnetizační větve, což je v souladu s náhradním schématem na obrázku 1.1. Toto zjednodušení tedy bylo přijato. Na obrázku 2.1 je zobrazeno náhradní schéma přístrojového induktivního transformátoru napětí s doplněnými hodnotami prvků [7], přičemž hodnoty prvků magnetizační větve jsou doplněny jako frekvenčně závislé / nezávislé. Obrázek 2.1 - Hodnoty prvků náhradního schématu přístrojového induktivního transformátoru napětí 123kV [7] při uvažování / zanedbání frekvenční závislosti prvků magnetizační větve Výsledné grafy frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru napětí typu ABB EMFC 145 jsou na obrázku 2.2. Přičemž je uvažována zátěž sekundárního vinutí pro měření v podobě dvou typů statických elektroměrů (KWZ představuje zátěž odporově - kapacitní [11], ZMD zátěž odporově - indukční [11]) běžně používaných k fakturačnímu měření v TNS 25 kv, 50 Hz a je uvažován vliv proměnné kapacity přívodní kabeláže v takovém rozmezí, aby byla pokryta většina případů délek kabeláží v konkrétních TNS 25 kv, 50 Hz. 7

400 2.2 a) 300 200 100 0 0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHz 2.5KHz 3.0KHz 3.5KHz 4.0KHz 4.5KHz 5.0KHz (V(8)/ V(1)-1)*100 Frequency 50d 2.2 b) -0d -50d -100d -150d 0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHz 2.5KHz 3.0KHz 3.5KHz 4.0KHz 4.5KHz 5.0KHz VP(8)-VP(1) Frequency 400 2.2 c) 300 200 100 0 0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHz 2.5KHz 3.0KHz 3.5KHz 4.0KHz 4.5KHz 5.0KHz (V(8)/ V(1)-1)*100 Frequency 8

50d 2.2 d) -0d -50d -100d -150d 0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHz 2.5KHz 3.0KHz 3.5KHz 4.0KHz 4.5KHz 5.0KHz VP(8)- VP(1) Frequency Obrázek 2.2 - Frekvenční závislost chyby převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru napětí typu ABB EMFC 145 s vnějším břemenem: a) statický elektroměr KWZ, proměnná C př. kabeláže - chyba převodu b) statický elektroměr KWZ, proměnná C př. kabeláže - chyba úhlu c) statický elektroměr ZMD, proměnná C př. kabeláže - chyba převodu d) statický elektroměr ZMD, proměnná C př. kabeláže - chyba úhlu Z obrázku 2.2 plyne, že přístrojový induktivní transformátor napětí s izolačním napětím 123 kv je vhodný k měření vyšších napěťových harmonických ve frekvenčním pásmu do 1,4 khz. Ve frekvenčním pásmu od 1,4 khz do 2 khz je povolená mez chyby převodu a úhlu stanovená v normě [3] pro třídu přesnosti T P = 0,2 překročena. Maximum chyby převodu a úhlu nastává kolem 2,2 khz, což již není ve sledovaném frekvenčním pásmu napěťových harmonických dodavatelem elektrické energie. Z obrázku 2.2 plyne, že proměnná kapacita kabeláže do hodnoty 1,5 µf nemá vliv na změnu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu (křivky se překrývají), stejně jako typ statického elektroměru. Obecně lze říci, že vnější břemeno přístrojového induktivního transformátoru napětí s izolačním napětím 123 kv má malý vliv na změnu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu. Aby dosažené výsledky byly platné obecně pro různé typy přístrojových induktivních transformátorů napětí s izolačním napětí 123 kv, jsou měněny hodnoty všech prvků náhradního schématu na obrázku 2.3 v rozmezí ± 40 % svých hodnot. Na obrázku 2.3 a 2.4 je červeným průběhem zobrazena frekvenční závislost chyby převodu a úhlu přístrojového induktivního transformátoru napětí, modrým průběhem vliv změny hodnoty L P + 40 % na změnu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu a zeleným průběhem vliv změny hodnoty L p - 40 % na změnu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu. 9

400 2.3 a) 200 0 0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHz 2.5KHz 3.0KHz 3.5KHz (V(8)/ V(1)-1)*100 Frequency 600 2.3. b) 400 200 0 0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHz 2.5KHz 3.0KHz 3.5KHz (V(8)/ V(1)-1)*100 Frequency 6.0 4.0 2.0 2.3 c) 0 0Hz 0.2KHz 0.4KHz 0.6KHz 0.8KHz 1.0KHz (V(8)/ V(1)-1)*100 Frequency 10

4.0 2.3 d) 3.0 2.0 1.0 0 0Hz 0.1KHz 0.2KHz 0.3KHz 0.4KHz 0.5KHz 0.6KHz 0.7KHz 0.8KHz 0.9KHz 1.0KHz (V(8)/ V(1)-1)*100 Frequency Obrázek 2.3 - Vliv změny hodnoty L P ± 40 % na změnu frekvenční závislosti chyby převodu přístrojového induktivního transformátoru napětí a) L E, R E frekvenčně nezávislé b) L E, R E frekvenčně závislé c) L E, R E frekv. nezávislé, detail d) L E, R E frekv. závislé, detail 100d 2.4 a) 0d -100d -200d 0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHz 2.5KHz 3.0KHz 3.5KHz VP(8)- VP(1) Frequency 11

100d 2.4 b) 0d -100d -200d 0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHz 2.5KHz 3.0KHz 3.5KHz VP(8)- VP(1) Frequency 2.0d 2.4 c) 1.0d 0d -1.0d 0Hz 0.2KHz 0.4KHz 0.6KHz 0.8KHz 1.0KHz VP(8)- VP(1) Frequency 800md 2.4 d) 400md 0d -400md 0Hz 0.2KHz 0.4KHz 0.6KHz 0.8KHz 1.0KHz VP(8)- VP(1) Frequency Obrázek 2.4 - Vliv změny hodnoty L P ± 40% na změnu frekvenční závislosti chyby úhlu přístrojového induktivního transformátoru napětí a) L E, R E frekvenčně nezávislé b) L E, R E frekvenčně závislé c) L E, R E frekv. nezávislé, detail d) L E, R E frekv. závislé, detail 12

Z obrázku 2.3 a 2.4 je zřejmé, že ve frekvenčním pásmu 0 5 khz se zvyšující se hodnotou L P, se zvyšuje maximum amplitudy chyby převodu, a úhlu, které se navíc posouvá směrem k nižším frekvencím. Dále je z obrázku 2.3 a 2.4 zřejmé, že ve frekvenčním pásmu do 5 khz nelze zanedbat frekvenční závislost prvků magnetizační větvě. Změna hodnot dalších prvků náhradního schématu na obrázku 2.1 se projeví na změnu frekvenční závislosti takto: R P - ve frekvenčním pásmu 0 až 1 khz se zvyšující se hodnotou R P roste maximum amplitudy chyby převodu a úhlu, ve frekvenčním pásmu 1-5 khz se zvyšující se hodnotou R P klesá maximum amplitudy chyby převodu a úhlu. L S1, L S2 - ve frekvenčním pásmu 0-5 khz se snižující se hodnotou L S1, L S2 se zvyšuje maximum amplitudy chyby převodu a úhlu, které se navíc posouvá směrem k vyšším frekvencím. C PS1,C PS2 - ve frekvenčním pásmu 0 5 khz se snižující se hodnotou C PS1, C PS2 stoupá maximum amplitudy chyby převodu a úhlu, které se navíc posouvá směrem k vyšším frekvencím. C PB, C S1B, C S2B, C S1S2, R S1, R S2, R E - ve frekvenčním pásmu 0 5 khz nemá změna těchto hodnot vliv na změnu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu. Z obrázku 2.3 a 2.4 je zřejmé, že změna hodnot prvků náhradního schématu může výrazně ovlivnit změnu frekvenční závislosti přístrojového induktivního transformátoru napětí. 3 Závěr Aby byly dodrženy meze chyby převodu a úhlu stanovené pro danou třídu přesnosti přístrojových transformátorů v normách [2, 3, 4] je nutné omezit frekvenční pásma, v jakých je možné považovat měření napěťových popř. proudových harmonických přístrojovými transformátory za vyhovující takto: 50 Hz - 5 khz, přístrojový induktivní transformátor proudu 50 Hz - 1,4 khz, přístrojový induktivní transformátor napětí 50-(53-100) Hz, přístrojový kapacitní transformátor napětí Přičemž u přístrojového induktivního transformátoru napětí je nutné vždy pro daný typ simulací prověřit vliv konkrétních hodnot prvků L P, R P, C PS1,C PS2 a L S1, L S2 na změnu frekvenční závislosti chyby převodu a úhlu. 13

Literatura [1] ČSN EN 50 160 ed.2. Charakteristiky napětí elektrické energie dodávané z veřejné distribuční sítě. ÚNMZ, 2008. 20s. Třídící znak 33 0122 [2] ČSN EN 60 044-1. Přístrojové transformátory část 1: Transformátory proudu. ÚNMZ, 2001. 44s.Třídící znak 35 1358. [3] ČSN EN 60 044-2. Přístrojové transformátory část 2: Induktivní transformátory napětí. ÚNMZ, 2001. 44s. Třídící znak 35 1358. [4] ČSN EN 60 044-5. Přístrojové transformátory část 5: Kapacitní transformátory napětí. ÚNMZ, 2005. 68s. Třídící znak 351358. [5] DOUGLASS, D.A. Potential transformers accuracy at 60Hz voltage above and below rating and at frequencies above 60Hz. USA: IEE Transactions, 1981. Vol. PAS-100. No.3. 1300-1375s. [6] ELHAFFAR, Abdelsalam - LEHTONEN, Matti. High frequency current modeling for traveling waves detection. USA: IEEE, 2007. 6s. ISSN 1-4244- 1298-6. [7] IMRIŠ, Peter - LEHTONEN, Matti. Modelling of a voltage transformer for transients. USA: IEEE Xplore, 2009. 5s. [8] SEL. Power system instrument transformers. Schweizer engineering laboratories, 2005. 82s. [9] TZIOUVARAS, D. et al. Mathematical model for current, voltage, and coupling capacitor voltage transformers. IEEE Transactions, 2000. Vol.15. No.1. 62-72s. ISSN 0885-8977. [10] HLAVA, K. Optimalizace přenosu energie v elektrické trakci. VÚŽ Praha, 1986. 75s. [11] VYDRŽAL, T. Měření harmonických v sítích vn a vvn. Pardubice: UP a DFJP. 2008. 60s. Diplomová práce na DFJP, katedře elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravě. Vedoucí diplomové práce HLAVA, K. Praha, březen 2010 Lektoroval: Doc. Ing. Karel Hlava, CSc. DFJP, UP 14

František Rajský 1 Porovnání výsledků simulace a experimentálního měření harmonických frekvencí Klíčová slova: AC a DC trakční proudová soustava, modelování a simulování, kvalita elektrické energie, PSpice, elektromagnetická kompatibilita, harmonické frekvence 1. Normalizace sledované oblasti Základní směrnicí kvality elektrické energie je norma ČSN EN 50 160 ed.2 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě [07], která definuje sledované parametry, tolerance a statistické vyhodnocení. Dále pak se touto problematikou zabývají jednotlivé části normy ČSN EN 60 555 Rušení v distribučních sítích způsobená domácími spotřebiči a podobnými elektrickými zařízeními [08], a to hlavně v částech: 2 harmonické a 3 kolísání napětí, kterou v současné době nahradila norma ČSN EN 61 000-3 Elektromagnetická kompatibilita (EMC) [02]. Podrobněji problematiku kvality elektrické energie též norma PNE 33 3430 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě [09]. Základním předpisem jsou Technicko kvalitativní podmínky staveb státních drah (TKP) [10]. Kapitola 33 obsahuje podmínky pro elektromagnetickou kompatibilitu. Platí pro jednotlivé části: silnoproudých technologických zařízení trakčních napájecích a spínacích stanic AC a DC trakce trakční vedení a zařízení, která jsou z něho napájena napájecí transformovny 6 kv, 50 Hz, nebo 75 Hz napájené z TNS DC, z distribučních transformoven i z trakčního vedení (TV) rozvody vn pro napájení zabezpečovacího zařízení i rozvody vn v železničních uzlech. 1 Ing. František RAJSKÝ, 1982, doktorand Západočeské univerzity v Plzni, Fakulty elektrotechnické, Katedry elektroenergetiky a ekologie specializace: distribuční soustava V současné době: Správa železniční dopravní cesty, státní organizace; Technická ústředna dopravní cesty; Úsek elektrotechniky a energetiky; Oddělení elektromagnetické kompatibility; Malletova 10, 190 00 Praha 9-Libeň; e-mail: frantisek.rajsky@tudc.cz. 1

Dalo by se tedy říci, že všechny předpisy a normy o kvalitě elektrické energie u drážních zařízení obsahují zkratku EMC. Pro ukázku zde vypíši další normy, které budou při měření a následném vyhodnocování respektovat a dodržovat: ČSN EN 50 121 ed.2 Drážní zařízení Elektromagnetická kompatibilita [03] ČSN EN 50 123 ed.2 Drážní zařízení Pevná trakční zařízení [04] ČSN EN 50 163 ed.2 Drážní zařízení Napájecí napětí trakčních soustav ČSN EN 50 388 Drážní zařízení Napájení a drážní vozidla Technická kritéria pro koordinaci mezi napájením (napájecí stanicí) a drážními vozidly pro dosažení interoperability 2. Zpětný vliv trakční proudové soustavy na distribuční síť První část příspěvku je věnovaná problematice stejnosměrné trakce 3 kv DC, kde za zdroj harmonických frekvencí lze považovat diodový měnič umístěný v trakční měnírně. Takto vzniklé harmonické frekvence ovlivňují přívodní vedení 22 kv nebo vedení 110 kv. Praktické měření bylo provedeno na úseku SDC SEE Ústí nad Labem- Střekov, mezi měnírnami TM Hoštka a TM Mělník. Druhá část příspěvku se zaobírá nesymetrií a harmonickými frekvencemi distribuční sítě 110 kv (neboli elektromagnetickou kompatibilitou AC trakce) způsobenou elektrickým hnacím vozidlem (EHV) s tyristorovým trakčním usměrňovačem, který vykazuje ve svém proudu odebíraném sběračem z trakčního vedení 25 kv 50 Hz všechny liché násobky harmonických frekvencí. Toto EHV lze tedy prezentovat jako generátor proudových harmonických frekvencí. Měření a modelování normálního provozu proběhlo v úseku napájecí stanice TT Bohatice, která se nachází v obvodu SDC SEE Plzeň (SDC Karlovy Vary). Tyto dvě části jsou řešeny z hlediska ovlivnění distribuční sítě čtyřmi způsoby: pomocí takzvaného Amplitudového zákona dle norem PNE 33 3430-0, ČSN EN 50 160 ed.2 simulace pomocí PSpice verze 9.1 (DEMO) reálného schématu porovnání s výsledky praktických měření 2.1 Hodnoty proudových harmonických podle Amplitudového zákona Amplitudový zákon definuje poměrné hodnoty jednotlivých proudových harmonických I h vůči základní složce výrazem I 1, kde h je řád harmonické složky proudu [05]. I = [A, A,-] (01) h I h 1 Tento výraz (01) udává největší možné hodnoty jednotlivých spektrálních složek v ustáleném stavu, které může nelineární spotřebič s neřízenými (diodovými) prvky generovat do napájecí sítě. Hodnoty z tohoto vztahu však nemohou vznikat v podmínkách reálného spotřebiče. Tento zákon je založen na pravoúhlém časovém průběhu proudu. V praktických podmínkách však tyto strmé nárůsty nejsou 2

realizovatelné především vlivem rozptylové reaktance napájecího transformátoru a reaktance napájecí sítě. Na následujícím obrázku č.01 je ukázán teoretický průběh proudu modelovaný Amplitudovým zákonem. Obr.01: Průběh proudu při amplitudovém zákonu Metoda Amplitudového zákona je vhodná pro rychlé získání přibližných maximálních hodnot. Porovnání této metody s ostatními metodami i se samotným měřením bude ukázáno v tabulkách č.04, č.05 a č.06 uvedené v kapitole 5 Porovnání výsledků. 2.2 Hodnoty proudových harmonických podle PNE 33 3430-0 Podniková norma PNE 33 3430-0 [09] Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě, část 0: Výpočetní hodnocení zpětných vlivů odběratelů a zdrojů distribučních soustav 4.vydání (s účinností od 01.01.2009), v kapitole 4 Harmonické udává mezní emisní hodnoty popsané v tabulce č.6 (její opis je uveden následně v tabulce č.01), vzorce pro výpočet celkového harmonického zkreslení proudu (THD i ) zařízení uživatele elektrické sítě, ale především také udává postup posouzení vlivu na síť. Mezní emisní hodnoty pro jednotlivé harmonické jsou udány jen pro nejdůležitější řády h, typické pro usměrňovače. Pro harmonické proudy I h, vztažené k proudu zákazníka I A, platí podmínka: I h I A p h h S kv S A I I p S h h kv [ A, A, -, VA, VA] (02) A 1000 S A proud harmonické řádu h emitovaného do sítě proud zařízení zákazníka (v tomto případě SŽDC s.o.) poměrný koeficient řád harmonické zkratový výkon sítě ve společném napájecím bodu přípojný výkon zařízení uživatele sítě 3

Tabulka 01 : Hodnoty p h h 3 5 7 11 13 17 19 >19 p h 6 15 10 5 4 2 1,5 1 Kromě omezení proudů jednotlivých harmonických musí být rovněž omezena i hodnota pro celkový činitel harmonického zkreslení THD ia proudu zařízení uživatele sítě. Ta musí vyhovět podmínce: 40 2 I h h= 2 20 SkV THD ia = 100 [%, A, A, VA, VA] (03) I 1000 S A THD ia celkové harmonické zkreslení proudu zařízení uživatele sítě. A 3 Metodika modelování Základní principy, jak modelovat jednotlivé prvky soustavy, co se musí respektovat či za určitých okolností zanedbat, jsou popsané v v mnoha literaturách. Zároveň jsou tam i postupy pro simulování potřebných dějů. Nebývá v nich však rozebraná problematika trakčního vedení, proto bude ve zkratce vysvětlena v následujících podkapitolách. Nejprve se bude jednat o technologické celky, které jsou potřeba jak pro stejnosměrnou, tak i pro střídavou trakci. Poté jednotlivé celky jednotlivých trakčních proudových soustav. 3.1 Model přívodního vedení Přívodní vedení distribuční soustavy se obvykle modeluje jako Π článek s rozprostřenými parametry, přesně tak jak bylo popsáno v rigorosní práci. Rozdíl modelu mezi linkou 22 kv a linkou 110 kv bude v jiných pasivních parametrech. Ty jsou uvedeny v tabulce č. 02. Pro výpočet parametrů Π článku je zapotřebí znát následující vzorce: Y = G l + 2 π f C l [S] (04) Z = R l + 2 π f L l [Ω] (05) Tabulka 02 : Pasivní parametry vedení Linka 22 kv Linka 110 kv Trakční vedení Indukčnost L [mh/km] 0,94 1,24 1,00 Odpor R [Ω/km] 0,30 0,39 0,4 Kapacita C [nf/km] 12 9,44 15 Svod G [ms/km] 3,76 2,96 100 4

V počítačovém programu PSpice je však výhodnější využívat možnost modelování ztrátového homogenního vedení na místo Π článku. Podrobnější vysvětlení v následující kapitole. Pro jednoduchost budou modelována přívodní vedení také jako ztrátové vedení namísto Π článku. 3.2 Model trakčního vedení Trakční vedení se skládá z trolejového drátu a nosného lana, která jsou do maximální vzdálenosti 2 m spojeny laníčky. V měřených lokalitách bylo použito trolejové vedení v sestavě trolejový drát 100 mm 2 Cu (měď) + nosné lano 50 mm 2 Bz (bronz). Toto vedení lze simulovat náhradním schématem ztrátového homogenního vedení. Parametry jsou zaneseny v předchozí tabulce č.02. Z teorie vedení vyplývá, že reálné vedení pouze pro jednu frekvenci lze nahradit jedním Π-článkem nebo jedním T-článkem se soustředěnými parametry. Tedy Elektricky krátké vedení s délkou l, pro které platí, že [06]: γ l <<1 (06) lze jedním dvojbranem nahradit dobře. Konstanta šíření γ je obecně dána výrazem : ( + j ω L) ( G + j ω C) = α + β γ = R j (07) Uvedené elektrické parametry jsou vesměs parametry měrnými, vztaženými na 1 km délky vedení. Zde je nutno definovat meze přesnosti této náhrady, za podmínky: 0,03 v lmax 0,03 λ = (08) f MAX Kde λ značí vlnovou délku pro sledovanou frekvenci f MAX v značí rychlost šíření Což po úpravách dává : 0,03 lmax (09) f L C MAX Výraz (09) definuje největší délku úseku homogenního dlouhého vedení l max, kterou lze nahradit pro frekvenci f MAX jedním Π-článkem nebo jedním T-článkem. Většinou je délka vedení dána, pak je tedy nutno vypočítat, kolika články se má takto dlouhé vedení nahradit. potrebna _ frekvence pocet _ clanku = (10) f MAX 3.3 Model FKZ Požadavky na filtračně kompenzační zařízení (FKZ): 5

upravit indukční účiník základní harmonické trakčního odběru hnacích vozidel jednofázové trakce v připojovacím bodě TNS na hodnotu požadovanou dodavatelem elektrické energie ( cosϕ = 0,95 až 1, 00 ) při dostatečném kompenzačním výkonu, podstatně omezit přestup složek 3. a 5., příp. 7. proudových harmonických tak, aby odpovídající složky v napětí a proudu připojovacího bodu TNS ležely pod mezními hodnotami předepsanými dodavatelem elektrické energie, zajistit, aby vstupní impedance TNS jako celku (tj. včetně kapacity trakčního vedení a trakčního odběru hnacích vozidel) pro pracovní kmitočet soustavy hromadného dálkového ovládání dodavatele elektrické energie byla větší než jím požadovaná hodnota. Principielní schéma FKZ je ukázáno na následujícím obrázku č.02. V dekompenzační větvi je pod zkratkou REG naznačen Compact. Obr.02: Schématický model FKZ TNS, kde bylo prováděno měření, byla osazena zařízením s hodnotami: L3 = 0, 137mH, C3 = 8,5μF, větev 3. harmonické má výkon 2,3 MVAr pro frekvenci 50Hz, L5 = 0, 169mH, C5 = 2,4μF, větev 5. harmonické má výkon 0,6 MVAr pro 50 Hz, nezapojená připravená kompenzace 7. harmonické by měla výkon 0,2 M VAr, L DEK = 0, 596H a TR dekompenzační větve má výkon 4 MVAr. TR kompenzačních větví jsou pouze měřící, které mají ale i úkol vybíjet kondenzátor. 3.4 Simulace v programu PSpice Nejprve se modelovala a simulovala problematika harmonických frekvencí v programu Mathlab. Ačkoliv program Mathlab nemá přednastavené homogenní vedení, nebylo těžké ho namodelovat, ale problém nastal při pokusu simulace ztrátové homogenní vedení. Další problém nastal při simulaci 30 napěťového posunu mezi sekundárními vinutími transformátoru. 6

Oproti tomu program PSpice má v základu ztrátové homogenní vedení a proto nebylo nutné jej vymýšlet a zároveň je schopen pracovat i s rozprostřenými parametry stejně jako Mathlab. Pomocí neoficiálního manuálu k programu PSpice [02] bylo možné naprogramovat moduly, které nejsou v programu PSpice implementovány, jako jsou dvanácti-pulzní měnič a zátěžové charakteristiky EHV střídavé i stejnosměrné trakce. Pro zjednodušení se uvažuje trakční vedení v železničních stanicích také za homogenní, jelikož jeho rozvinutá délka je v těchto případech mnohonásobně menší než rozvinutá délka vedení na širé trati. 3.4.1 Model DC trakce v programu PSpice Modelování traťového úseku, to je trakčního vedení, napájecí stanice, dvanácti-pulsního měniče a přívodního vedení bylo vysvětleno v předchozích kapitolách. Modelování zátěže neboli průjezdu elektrického hnacího vozidla je komplikované. Jako první úkol bylo stanoveno najít čas, kde se pokud možno nepotkávají dvě a více elektrických vozových souprav, neboť simulace jedné vlakové soupravy je sama o sobě velmi složitá. Stanovení modelovaného úseku bylo dáno místem s možností měření. Na následujícím obrázku č. 03 je znázorněna část simulace v programu PSpice. V jeho levé části je znázorněna napájecí soustava 22 kv a její ztrátové vedení. Tuto část simulace je možno ještě rozšířit o náhradní indukčnost transformátoru 110 kv / 22 kv a sledovat vliv harmonických frekvencí napětí a proudu na vyšší distribuční síť, jako je tomu u nemnoha TNS DC trakce. Střední část obrázku je věnována trakčnímu transformátoru a dvanáctipulznímu usměrňovači. Pravou část obrázku tvoří zátěž elektrického hnacího vozidla. Hodnoty výkonu spotřebované elektrickým hnacím jsou zpracovány do tabulky a jako takové jsou použity pro simulaci. Soubor je nahrán do proudového generátoru se zápornou hodnotou. Obr.03: Simulace DC odběru v programu PSpice 7

Na následujících obrázcích č.04 a č.05 jsou vyobrazeny grafy jednotlivých proudových harmonických složek. První z obrázků zobrazuje simulované harmonické proudy a druhý naměřené hodnoty. Porovnáním obou grafů zjistíme, že graf reálního měření obsahuje i harmonické frekvence, které nebyli modelovány. Jedná se o harmonické frekvence 3., 5. a 7. řádu. Měření bylo provedeno na TNS TM Hoštka i při vypnutém stavu. Z kterého lze usuzovat, že nenasimulované harmonické frekvence proudu pocházejí z distribuční sítě. Tento graf zde nebude uveden. Obr.04: Simulace proudových harmonických složek Obr.05: Reálné měření dvanácti-pulzního usměrňovače Z obr. č. 04 a č. 05 vyplývá, že hodnoty nepřesáhly přípustné limity norem: ČSN EN 50 160 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě ČSN EN 60 555 Rušení v distribučních sítích způsobená domácími spotřebiči a podobnými elektrickými zařízeními, nyní ČSN EN 61 000-3-3 ed.2 EMC. 8

3.4.2 Model AC trakce v programu PSpice Modelování traťového úseku jakožto trakčního vedení, trakční napájecí stanice, filtračně kompenzačního zařízení a přívodního vedení bylo vysvětleno v předchozích kapitolách. Další informace pro správnou simulaci je znalost traťového úseku, tedy rozmístění návěstidel, převýšení a poloměrů oblouků, strmost stoupání a klesání. Tyto informace byly konzultovány s předním odborníkem Ing. Jiřím Krupicou, který poskytl potřebné informace a sestavil vzorový plán spotřeby výkonu. Na následujícím obrázku č. 06 je ukázán matematický model propojení distribuční soustavy 110 kv s AC trakční proudovou soustavou. Model a simulace byla provedena v programu PSpice. Obr.06: Simulace AC odběru v programu PSpice Vlevo je distribuční soustava 110 kv, střed obrázku zobrazuje trakční vedení a vlevo je simulována lokomotiva proudovým zdrojem. Do něhož jsou nahrány hodnoty z experimentálního měření se zápornou hodnotou. Potenciometr uprostřed obrázku a potenciometr vpravo mění polohu lokomotivy v traťovém úseku. Z dlouhodobého sledování procentního obsahu pro 3. harmonickou v jedné z trakčních napájecích stanic SŽDC, s.o. při normálním provozu hnacími vozidly s diodovými trakčními měniči vznikla tabulka hodnot provozu a hodnot pro dimenzování (tabulka č.03). Pro následné analýzy se používají střední nejpravděpodobnější procentní hodnoty jednotlivých proudových harmonických pod názvy obvyklé či pesimistické hodnoty, uvedené v tabulce č.03: Tabulka 03 : Proudové spektrum EHV Obvyklé hodnoty Pesimistické hodnoty Harmonické frekvence Vliv FKZ Dimenzování 3. 25 % 35 % 5. 10 % 25 % 7. 5 % 15 % 9. 3 % 12 % 11. 2 % 10 % 13. 1 % 9 % 9

Na následujících obrázcích č. 07 a č. 08 jsou vyobrazeny grafy jednotlivých proudových harmonických složek. První z obrázků zobrazuje simulované harmonické proudy a druhý naměřené hodnoty. Spektrum obsahu harmonických složek při reálném měření na TNS Bohatice (TT Karlovy Vary) je mírně odlišné od obrázku č.08: 3. a 5. harmonické jsou omezeny funkcí FKZ TT, kterou nebylo možno vypnout. Absolutní chyba mezi simulací a reálným měřením je jinak do 5 %. Bohužel při tomto měření nebylo možno vypnout TNS, a proto nejsou k dispozici měření pozadí distribuční soustavy. Tedy její chování při vypnuté TNS Bohatice. Obrázek č. 08 zobrazuje skutečně naměřené spektrum harmonických složek. Obr.07: Simulace proudových harmonických složek Obr.08: Měření na TNS Bohatice Z grafů č.07 a č.08 vyplývá, že hodnoty nepřesáhly přípustné hodnoty norem: ČSN EN 50 160 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě ČSN EN 60 555 Rušení v distribučních sítích způsobená domácími spotřebiči a podobnými elektrickými zařízeními, nyní ČSN EN 61 000-3-3 ed.2 EMC. 10

4 Experimentální část Experimentální část řešení úkolu spočívala v měření na konkrétních trakčních napájecích stanicích DC (TM Hoštka) a AC (TT Bohatice) trakčních proudových soustav. Měření na TNS probíhala na základě kontrolních měření SŽDC, s.o. Technické ústředny dopravní cesty, úseku elektrotechniky a energetiky, oddělení elektromagnetické kompatibility. Měření elektrických veličin DC trakční proudové soustavy je za normálního provozu složité. Trakční vedení stejnosměrné trakce je za standardních podmínek napájeno z obou okrajů trakčními měnírnami. Po dohodě s příslušným elektrodispečinkem bylo možné při respektování určitých provozních podmínek napájet potřebný úsek z jedné TM a tím celou problematiku značně zjednodušit. Měření činitele THD je jednodušší u AC trakční proudové soustavy, kde je traťový úsek napájen jen jednou TNS. V tomto případě stačí totiž osadit měřícím přístrojem jedno přívodní vedení do TT respektive vstup transformátoru, a rozdělit napájení obvodů tak, aby měřený přívod napájel jen trakční vedení. Ostatní spotřeba elektrické energie (zabezpečovací zařízení, vlastní spotřeba, osvětlení, IT technologie a samotné měření) byla napájena z druhého přívodu. Pro měření byly použity měřící přístroje ENA 500.11 a BK 550 od firmy Elcom a.s. Praha, jelikož umožňují monitorovat nejen napětí a proud, ale současně též harmonické vlivy a výkonové charakteristiky. Data jsou zaznamenávána: vzorkovací frekvencí 9,6 khz výpočet hodnot v základním intervalu 10ti period, tedy 200 ms výpočet 200 milisekundových minimálních, středních a maximálních hodnot pro zvolený interval 5 Porovnání výsledků V této kapitole jsou porovnané výsledky harmonických složek získaných ze simulací, experimentálních měření a příslušných norem ČSN EN a PNE. V rámci tohoto příspěvku byly vysvětlené následující výpočetní a simulační metody: První metodu výpočtu harmonických proudů uvedené v kapitole 2.1 Hodnoty proudových harmonických frekvencí podle Amplitudového zákona. Druhou metodou výpočtu harmonických frekvencí proudu bylo použití souboru norem PNE 33 3430-0 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě, jak bylo uvedeno v kapitole 2.2. Třetí výpočetní metodou byla simulace. Pro modelování zadaných problematik byl nakonec zvolen program PSpice, ve kterém byly provedeny i matematické simulace výpočtu proudových harmonických frekvencí. Což je uvedeno v kapitole 3 Metodika modelování. 11

Čtvrtou metodou, jak získat potřebné hodnoty harmonických frekvencí napětí a proudu, bylo provést experimentální měření. Problematika této metody byla popsána v kapitole 4 Experimentální část práce. Další metoda je jen pro porovnání spektra harmonických napětí. Maximální možné hodnoty harmonických udává norma ČSN EN 50 160 ed.2 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě [07]. Poslední použitou metodou pro získání teoretických hodnot harmonických frekvencí proudu bylo použití Reálného, optimistického a pesimistického spektra proudových harmonických frekvencí. Tato tabulka se používá při dimenzování TNS, jak je popsáno v kapitole 3.6.2. Všechny tyto metody budou nyní vyhodnoceny a porovnány společně pro jednotlivé naměřené případy : DC trakční odběr AC trakční odběr 5.1 Provozní stavy DC trakce Provoz stejnosměrné trakce byl simulován a měřen v TM Hoštka. Tato trakční napájecí stanice se nachází na konci napájecí linky 22 kv, proto bylo napájecí napětí charakteru měkkého zdroje. Měření bylo prováděno na straně 22 kv. Následující tabulka č. 04 ukazuje porovnání vypočtených, nasimulovaných a změřených hodnot proudových harmonických složek. Výsledky simulace vycházejí vždy nižší než výsledky reálně naměřené. Toto může být způsobeno harmonickým zkreslením z jiného zdroje nebo chybou simulace. Maximální chyba je 7 A, což je méně než 1 %. Porovnáním vypočtených hodnot z amplitudového zákona s reálným měřením zjistíme, že hodnoty z amplitudového zákona jsou většinou vyšší. Dají se tedy použít pro dimenzování zařízení či pro rychlý výpočet. Maximální chyba je 10 A, což je méně než 1,3 %. Poslední porovnání je s normou PNE 33 3430-0. Tato norma stanoví maximální povolený proud jednotlivých harmonických frekvencí. Podle grafického znázornění průběhu harmonických proudů, zvláště pak závislosti těchto proudů na zátěži, se dá konstatovat porucha větve usměrňovače. 12

Tabulka 04 : Porovnání výsledků DC trakce Harmonické proudy Simulace PSpice Reálné měření Amplitudový zákon norma PNE 33 3430-0 I 1 780 A 780 A 780 A 780 A I 11 77 77 70,91 70,20 I 13 55 50 60,00 56,16 I 23 30 34 33,91 14,04 I 25 21 28 31,20 14,04 I 35 12 16 22,29 14,04 I 37 8 11 21,08 14,04 Hodnoty napěťových harmonických složek byly porovnány s hodnotami udávanými v normě ČSN EN 50 160 ed.2 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě. Žádná z maximálních hodnot nepřekročila maximální možnou hodnotu. Maximální naměřené hodnoty jsou vyobrazeny v první polovině obrázku č. 09 a nepřekračují povolené procentní hodnoty. Na následujícím obrázku č. 09 je zobrazeno shrnutí naměřených nenulových harmonických složek napětí a proudu. Na konci obrázku jsou uvedeny i hodnoty celkového harmonického zkreslení napětí a proudu. TNS Hoštka, P = 0,967 MW 10 9 8 procentní podíl [%] 7 6 5 4 3 2 1 0 U[%]_1_H3 U[%]_1_H5 U[%]_1_H7 U[%]_1_H9 U[%]_1_H11 U[%]_1_H13 U[%]_1_H15 U[%]_1_H17 U[%]_1_H19 U[%]_1_H21 U[%]_1_H23 U[%]_1_H25 I[%]_1_H3 I[%]_1_H5 I[%]_1_H7 I[%]_1_H9 I[%]_1_H11 I[%]_1_H13 I[%]_1_H15 I[%]_1_H17 I[%]_1_H19 I[%]_1_H21 I[%]_1_H23 I[%]_1_H25 THDu[%]_1 THDi[%]_1 Obr.09: Shrnutí harmonických složek U a I, DC trakce Z obrázku č. 09 je patrné, že největšího zkreslení dosahují proudové harmonické frekvence. Celkový činitel harmonického zkreslení proudu dosahuje hodnoty 10 %, zatímco celkový činitel harmonického zkreslení napětí dosahuje 2,2 %. 13

Z grafu vyplývá: I h [%] >> U h [%] THD I [%] >> THD U [%] Hodnoty napěťových harmonických složek jsou většinou dány impedancí přípojného bodu distribuční sítě. Hodnoty proudových harmonických složek jsou dány generátory proudových harmonických frekvencí, jako jsou elektrická hnací vozidla na AC TPS a dvanácti-pulzní diodový usměrňovač na DC trakční proudové soustavě. 5.2 Provozní stavy AC trakce Provoz jednofázové střídavé trakce byl simulován a měřen v TT Bohatice. Tato trakční napájecí stanice se nachází v blízkosti transformace 400 kv / 110 kv, dodávané napětí je tedy velmi stálé, má charakter tvrdého zdroje. Měření se provádělo na straně 110 kv. Následující tabulka č. 05 ukazuje porovnání vypočtených, nasimulovaných a změřených hodnot proudových harmonických složek. Výsledky simulace vycházejí vždy vyšší než výsledky reálně naměřené. Toto může být způsobeno chybou měření. Proudový klešťový transformátor měří s minimální odchylkou až od proudu 8,8A. Maximální rozdíl je 0,06 A, což je méně než 0,8 % z první harmonické. Porovnáním vypočtených hodnot z amplitudového zákona s reálným měřením zjistíme, že hodnoty z amplitudového zákona jsou vždy vyšší, dají se tedy použít pro dimenzování zařízení či pro rychlý výpočet. Maximální chyba je 0,3 A, to je méně než 4,3 % z první harmonické. Předposlední porovnání je s normou PNE 33 3430-0. Tato norma stanoví maximální povolený proud jednotlivých harmonických frekvencí. Z tabulky č. 05 je patrné, že hodnoty měřeného úseku ani jednou nepřekročily hodnoty zadané normou. Poslední porovnání můžeme provést se spektry harmonických frekvencí vydávanými elektrickými hnacími vozidly, a to buď optimistickým, nebo pesimistickým spektrem, jak bylo popsáno v tabulce č. 03. Porovnáním zjistíme, že naměřené hodnoty leží mezi těmito spektry. 14

Tabulka 05 : Porovnání výsledků AC trakce Harmonické proudy Simulace PSpice Reálné měření Amplitudový zákon norma PNE 33 3430-0 Spektrum EHV optimistické I 1 7,1 A 7,1 A 7,1 A 7,1 A 7,1 A I 7 0,81 0,79 1,014 1,278 0,355 I 11 0,29 0,22 0,645 0,639 0,142 I 13 0,15 0,12 0,546 0,511 0,071 I 17 0,05 0,05 0,418 0,256 --- I 19 0,02 0,02 0,374 0,192 --- I 21 0,01 0,01 0,338 0,128 --- Proudový klešťový transformátor měřícího přístroje se připojuje až na sekundární vinutí měřícího transformátoru proudu (MTP). MTP má v tomto případě převod 600 A / 5 A. Proudové kleště mají nejbližší vyšší rozsah od 10 A. Chyba proudových kleští je 1% z rozsahu, tedy 0,1 A. Proto veškeré naměřené hodnoty proudu pod hodnotu 0,1 A jsou zatíženy chybou měření. Norma udávající maximální povolenou hodnotu napěťové harmonické je ČSN EN 50 160 ed.2 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě. Hodnoty napěťových harmonických složek byly porovnány s touto normou a ani maximální naměřené hodnoty nepřesahují normou povolené procentní hodnoty. Na následujícím obrázku č.10 je v první polovině zobrazeno spektrum napěťových harmonických. Z naměřených grafů, které jsou shrnuty v obrázku č.10, vyplývá, že největšího zkreslení dosahují proudové harmonické. Celkový činitel harmonického zkreslení proudu dosahuje hodnoty 3 %, zatímco celkový činitel harmonického zkreslení napětí dosahuje 0,65 %. Hodnoty THD proudu i napětí, vykreslené na konci tohoto obrázku, nedosahují ani 33 % hodnot THD stejnosměrné trakce. 15

TNS Bohatice P = 8,43 MW 3,0 2,5 procentní podí l[%] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 U[%]_N_H3 U[%]_N_H5 U[%]_N_H7 U[%]_N_H9 U[%]_N_H11 U[%]_N_H13 U[%]_N_H15 U[%]_N_H17 U[%]_N_H19 U[%]_N_H21 U[%]_N_H23 U[%]_N_H25 I[%]_N_H3 I[%]_N_H5 I[%]_N_H7 I[%]_N_H9 I[%]_N_H11 I[%]_N_H13 I[%]_N_H15 I[%]_N_H17 I[%]_N_H19 I[%]_N_H21 I[%]_N_H23 I[%]_N_H25 THDu[%]_N THDi[%]_N 6 Závěr Obr.10: Shrnutí harmonických složek U a I, AC trakce Výsledky měření byly vyhodnoceny a porovnány s výpočty a maximálními přípustnými hodnotami příslušných norem. Shrnutí je uvedeno v kapitole č. 5 Porovnání výsledků. Případné rozdíly ve výsledcích jsou v jednotlivých kapitolách podrobně popsány a též jsou vysvětleny možné příčiny rozdílů mezi simulací a reálným měřením. Vytvořené matematické modely v programu PSpice a jejich simulace provozu jsou z praktického hlediska použitelné, protože jejich maximální chyba u hodinových simulací je pod 3 %. Matematický model propojení DC trakční proudové soustavy s distribuční soustavou je v praxi použitelný i pro modelování ostatních používaných zařízení a pro simulaci jejich vlivu na kvalitu elektrické energie. Tento model může být rozšířen o možnost simulace ovlivnění drážního provozu na distribuční síť 110 kv. Matematický model propojení AC trakční proudové soustavy s distribuční soustavou je vhodný i pro simulaci provozu zabezpečovacího zařízení, předtápěcího zařízení a mnohého dalšího zařízení například používaného přímo v trakční transformovně. Literatura [01] Hlava K., Doleček R.: Připnutí LC větví FKZ k přípojnici 27 kv trakční napájecí stanice; Vědeckotechnický sborník ČD č. 22/2006, ISSN 1214-9047 [02] ČSN EN 61 000 ed.2 - Elektromagnetická kompatibilita část 3-3 Meze [03] ČSN EN 50 121 ed.2 Drážní zařízení Elektromagnetická kompatibilita [04] ČSN EN 50 123 ed.2 Drážní zařízení Pevná trakční zařízení Spínače DC [05] Hlava K.: Elektromagnetická kompatibilita drážních zařízení. Pardubice 2004, ISBN 80-7194637-0 [06] TUDC, výzkumná zpráva. Zpětný vliv trakčních měníren Českých drah vůči napájecí síti 22 kv, 50 Hz. Praha 2006 [07] ČSN EN 50 160 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě 16

[08] ČSN EN 60 555 Rušení v distribučních sítích způsobená domácími spotřebiči a podobnými elektrickými zařízeními [09] Soubor norem PNE 33 3430 Charakteristiky napětí el. energie dodávané z veřejné distribuční sítě [10] Technicko kvalitativní podmínky staveb státních drah, kapitola 33 Elektromagnetická kompatibilita 2009 [11] Rajský F. Vliv trakční soustavy na distribuční síť. In: Elektrotechnika a informatika 2009. Část 3., Elektroenergetika. Plzeň, Západočeská univerzita 2009. s. 59-63. ISBN 978-80-7043-811-4 [12] Rajský F. Simulace výskytu harmonických frekvencí v distribuční síti způsobené provozem elektrické trakce. In Elektrotechnická zařízení v dopravě, Pardubice 2010 ISBN: 978-80-7395-237-2 [13] Rajský F. Simulation harmonical frequency incurred from Czech railway, 5 th PhD Conference, Department of Electrical Power Engineering and Ekology, UWB 2010, Pernink Praha, březen 2010 Lektoroval: Ing. Jiří Hajzl SŽDC, TÚDC 17

Ladislav Mlynařík 1 Model dvanáctipulzního usměrňovače Klíčová slova: primární proud trakčního usměrňovače, vyšší harmonická, usměrňovač, dvanáctipulzní zapojení usměrňovače, model transformátoru 1 Úvod V současné době jsou na Katedře elektrotechniky elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravě DFJP Univerzity Pardubice vyučovány předměty Napájení elektrických drah a Elektromagnetická kompatibilita v dopravě pouze v teoretické rovině. V těchto předmětech se mimo jiné velmi často mluví o dvanáctipulzním usměrňovači, který je používán ve všech stejnosměrných napájecích stanicích české železnice. Pro možnost rozšíření uvedených předmětů o praktickou výuku byl požádán Fond rozvoje vysokých škol o prostředky na vybudování měřícího pracoviště pro studenty. Pracoviště umožňující laboratorní měření studentů na dvanáctipulzním usměrňovači bude vybudováno v tomto roce na základě grantu G1 č.864/2010. Cílem bude vytvořit model usměrňovače napájecí stanice, na kterém bude možné měřit obsah vyšších harmonických emitovaných do trakčního vedení, simulovat chování usměrňovače při poruchových stavech polovodičových prvků, ukazovat vliv úhlu překrytí na průběh zatěžovací charakteristiky usměrňovače a na komutaci diod. Tento příspěvek ukazuje budovaný dvanáctipulzní usměrňovač pomocí počítačové simulace programem Pspice. 2 Popis dvanáctipulzního usměrňovače Dvanáctipulzní schéma trakčního usměrňovače se používá od počátku elektrizace československých tratí napětím 3kV, kdy bylo navrženo Ing. Iblem. Dvanáctipulzní usměrnění je výhodné pro menší zvlnění výstupního napětí oproti usměrnění šestipulznímu a také kvůli lepšímu využití sekundárního vinutí transformátoru, kde oběma sekcemi sekundárního vinutí protéká proud dvakrát za periodu napájecího napětí. Velkou výhodou dvanáctipulzního zapojení z hlediska EMC je, že dochází ke generování 5., 7., 17. a 19. harmonické primárního proudu u obou sekcí usměrňovače v protifázi, čímž je dosaženo zanedbatelných hodnot 1 Ing. Ladislav MLYNAŘÍK, 1984, Dopravní fakulta Jana Pernera, Univerzita Pardubice 2008. Asistent na Katedře elektrotechniky elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravě DFJP. 1

na těchto frekvencích a nejnižší harmonická frekvence na primární straně transformátoru je 550Hz, jak popisuje kapitola 3. Dvanáctipulzní usměrňovač (obr. 2.1) je tvořen dvěma paralelně pracujícími trojfázovými můstky, z nichž jeden je napájen sekundárním vinutím transformátoru zapojeným do hvězdy a druhý vinutím zapojeným do trojúhelníku. Oba můstky byly v počátcích elektrizace odděleny ještě tzv. nulovou tlumivkou, která zajišťovala oddělení obou částí usměrňovače v době komutace. Podmínkou pro takto paralelně pracující usměrňovače je stejná hodnota sdružených napětí obou sekcí transformátoru (Y,D) přiváděných na vstup usměrňovačů. Další důležitou podmínkou je stejná rozptylová indukčnost obou sekcí usměrňovačového transformátoru. Obr. 2.1: zapojení dvanáctipulzního usměrňovače 2.1 Náhradní schéma pro simulaci v PSpice Pro simulace programem PSpice je nutné schéma dvanáctipulzního usměrňovače upravit. Jedná se zejména o doplnění schématu o odpory R1 R23 které jsou voleny v řádech miliohmů a jsou nezbytné pro běh simulace. Primární vinutí transformátoru jsou zapojena do hvězdy a napájena zdroji V1- V3, které jsou vzájemně posunuty o 120 el. Jejich amplituda je 325 V, což odpovídá zamýšlenému napájení modelu z trojfázové sítě. 2

V sekundární části je počet závitů v trojúhelníku a ve hvězdě volen v poměru 3, aby bylo dosaženo stejných výstupních napětí. Usměrňovací můstky jsou sestaveny z výkonových diod běžně dostupných v knihovně programu PSpice. Popsané náhradní schéma je uvedeno na následujícím obrázku 2.2. Obr. 2.2: náhradní schéma dvanáctipulzní jednotky zadané do programu PSpice 3

3 Primární proud dvanáctipulzního usměrňovače Jak bylo uvedeno výše, velká výhoda dvanáctipulzního zapojení usměrňovače je ve značném přiblížení tvaru primárního proudu k sinusovce, což dobře dokumentuje obrázek 3.1. Díky eliminaci 5.,7.,17, a 19. harmonické v primárním proudu vzájemným působením sekundárních vinutí do Y a D zůstávají ve spektru primárního proudu zastoupeny pouze harmonické řádů 11., 13., 23. a 25. Obr. 3.1: jedna perioda primárního proudu dvanáctipulzního usměrňovače 3.1 Důkaz eliminace některých vyšších harmonických v primárním proudu vzájemným působením můstků zapojených do Y a D Obě části dvanáctipulzního usměrňovače se na primární straně jeví jako dva samostatně pracující šestipulzní můstkové usměrňovače. Každý z těchto usměrňovačů generuje do primárního proudu své vyšší harmonické. Jak je ovšem ukázáno dále, dochází ke generování vyšších harmonických řádů 5., 7., 17. a 19. oběma můstky ve stejné velikosti, ale zároveň v protifázi, čímž je na zmiňovaných frekvencích na primární straně dosaženo téměř nulových hodnot. Abychom získali spektrum primárního proudu šestipulzního usměrňovače zapojeného do hvězdy, byla provedena počítačová simulace schématu šestipulzního usměrňovače (pouze část schématu z obrázku 2.2) programem PSpice 10 demo. Součástí simulace bylo také provedení Fourierovy analýzy proudu označeného jako I(V1), a to až do 25. harmonické. Podobná simulace byla provedena také pouze se sekundárním vinutím zapojeným do trojúhelníka. Okamžité hodnoty celkového primárního proudu dvanáctipulzního usměrňovače I celk jsou dány součtem I Y a I D. I celk = I Y + I D. 4

Všechny simulace byly prováděny na schématu z obrázku 2.2 při zátěži 50Ω, což odpovídá velikosti usměrněného proudu 5,7A. V tabulce 3.1 jsou přehledně uvedeny amplitudy a fáze jednotlivých harmonických získaných výše popsanými simulacemi. Dále je uveden výsledek výpočtu obsahu těchto harmonických v celkovém primárním proudu dvanáctipulzního usměrňovače podle vztahu I celk = I Y + I D = [I L1Y (cos I L1Y + j sin I L1Y )]+ [I L1D (cos I L1D + j sin I L1D )]. Tab. 3.1: složky spektra primárních proudů Y a D sekce dvanáctipulzního usměrňovače harmonická I L1Y I L1D výsledek č. velikost úhel velikost úhel 1 3.69E+00 1.80E+02 3.71E+00 1.79E+02-7.3922 + 0.0969 j 0 2 2.38E-03-4.61E+01 1.79E-02 1.68E+01 0.0188 + 0.0035 j => 0 3 2.20E-03-8.60E+01 6.55E-03-7.28E+01 0.0021-0.0085 j => 0 4 1.59E-02-1.77E+02 1.34E-02-3.39E+00-0.0025-0.0015 j => 0 5 8.29E-01 3.14E-01 8.30E-01-1.80E+02-0.0001 + 0.0002 j => 0 6 6.68E-04-3.71E+01 1.38E-03 9.33E+01 0.0005 + 0.0010 j => 0 7 4.14E-01 3.50E-01 4.13E-01-1.80E+02 0.0010-0.0011 j => 0 8 7.30E-03-2.04E+00 6.98E-03 1.80E+02 0.0003-0.0002 j => 0 9 1.30E-03 4.73E+01 3.13E-03 1.04E+02 0.0001 + 0.0040 j => 0 10 1.20E-02 2.34E+00 1.18E-02 6.76E+00 0.0237 + 0.0019 j => 0 11 3.26E-01-1.79E+02 3.27E-01-1.79E+02-0.6529-0.0085 j 0 12 5.62E-04 1.09E+02 1.35E-03 1.00E+02-0.0004 + 0.0019 j => 0 13 2.34E-01-1.79E+02 2.33E-01-1.79E+02-0.4664-0.0069 j 0 14 8.29E-03 1.79E+02 8.75E-03-1.79E+02-0.0170 + 0.0000 j => 0 15 9.73E-04-1.49E+02 3.49E-03 1.04E+02-0.0017 + 0.0029 j => 0 16 1.10E-02-1.77E+02 1.12E-02 5.68E+00 0.0002 + 0.0006 j => 0 17 1.99E-01 9.68E-01 1.99E-01-1.79E+02-0.0006-0.0015 j => 0 18 5.16E-04-8.31E+01 1.42E-03 9.98E+01-0.0002 + 0.0009 j => 0 19 1.60E-01 9.92E-01 1.59E-01-1.79E+02 0.0006-0.0014 j => 0 20 8.53E-03-4.09E-01 8.96E-03-1.80E+02-0.0004-0.0001 j => 0 21 8.62E-04 1.87E+01 3.45E-03 1.04E+02 0.0000 + 0.0036 j => 0 22 1.02E-02 3.17E+00 1.04E-02 6.06E+00 0.0206 + 0.0017 j => 0 23 1.39E-01-1.79E+02 1.40E-01-1.78E+02-0.2793-0.0076 j 0 24 5.00E-04 8.71E+01 1.39E-03 1.00E+02-0.0002 + 0.0019 j => 0 25 1.19E-01-1.79E+02 1.18E-01-1.78E+02-0.2366-0.0066 j 0 5

Z výše uvedených výpočtů je zřejmé, že na frekvencích 5., 7., 17. a 19. harmonické dochází k odečtení složek generovaných sekcemi usměrňovače zapojenými do Y a do D, což je velkou výhodou dvanáctipulzního zapojení, jak již bylo zmíněno v úvodu kapitoly. To se potvrdilo i po odsimulování dvanáctipulzního schématu podle obrázku 2.2 jako celku. Procentní zastoupení vyšších harmonických v primárním proudu je vidět na následujících dvou grafech. [%] 10 9 9.567 8 7 6.789 6 5 4 4.274 3.581 3 2 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12131415 16171819 20212223 242526 řád harmonické Obr. 3.2: obsah vyšších harmonických v primárním proudu při proudu zátěží 3,9A (80Ω) [%] 10 9.309 9 8 7 6.609 6 5 4 3 3.662 3.068 2 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12131415 16171819 20212223 242526 řád harmonické Obr. 3.3: obsah vyšších harmonických v primárním proudu při proudu zátěží 13A (20Ω) 6

Na obrázcích 3.2. a 3.3 je mimo jiné dobře vidět, jak poměrný obsah vyšších harmonických s rostoucí zátěží klesá. To je způsobeno tzv. úhlem překrytí. Úhel překrytí je přímo úměrný součinu rozptylové reaktance transformátoru usměrňovače a usměrněného proudu. V případě, že by došlo k zanedbání rozptylové reaktance transformátoru, byl by umožněn skokový nárůst primárního proudu a úhel překrytí by byl nulový. Doba odpovídající danému úhlu překrytí na časové ose odpovídá době komutace sousedních diod v můstku. 4 Průběhy proudů jednotlivými diodami Oba šestipulzní usměrňovací můstky budou konstrukčně provedeny tak, aby bylo možné pomocí klešťových sond měřit proudy jednotlivými diodami. Příklad proudů diodami D11 a D21 uvádí obrázek 4.1. Obr. 4.1: prou diodami D11 a D21 při proudu zátěží 5,9A 7

5 Závěr Na modelu usměrňovačové jednotky budou v rámci laboratorních cvičení probírány všechny výše uvedené skutečnosti. Především bude ukázán tvar primárního proudu a pomocí FFT analýzy také spektrum tohoto proudu. Dalšími důležitými zobrazovanými veličinami budou proudy jednotlivými diodami. Pomocí tlumivek připojených na vstupy usměrňovače bude uměle měněna rozptylová indukčnost transformátoru. Tyto tlumivky budou mít pro možnost nastavení několik odboček. Pomocí změny rozptylové indukčnosti bude možné ukázat její vliv na tzv. úhel překrytí diodových proudů a spektrum výstupního napětí usměrňovače. Celé uvedené měřicí pracoviště bude sestaveno do konce roku 2010. Literatura [1] HLAVA K. Elektromagnetická kompatibilita (EMC) drážních zařízení. Univerzita Pardubice, 2004. 124 s. ISBN 80-7194-637-0. [2] ČEŘOVSKÝ Z., GRIC R., PAVELKA J. Výkonová elektronika I. ČVUT, 1996. 196 stran. ISBN 80-01-00723-5. [3] MLYNAŘÍK L. EMC trakční měnírny vůči napájecí síti při paralelním provozu trakčních usměrňovačů. Diplomová práce. Univerzita Pardubice 2008. [4] ČERNÝ O., DOLEČEK R. Úvod do programu PSPICE. Univerzita Pardubice, 2008. 100 stran. ISBN 978-80-7395-115-3. [5] HELLER B. Návrh transformátorů pro usměrňovače. Elektrotechnický obzor. č.1/1954. strana 3.-10. Pardubice, březen 2010 Lektoroval: Doc. Ing. Karel Hlava, CSc. UP, DFJP 8

Jiří Soukup 1, Armin Delong 2 Dynamický zkušební stav (DZS) Klíčová slova: akreditované zkoušky, zkoušky kolejových vozidel, zkušební ložiskový stav, zkoušky součástí železničního svršku, Výzkumný ústav železniční 1. Úvod Obr. 1 - Hala Dynamického zkušebního stavu Dynamický zkušební stav je částí Zkušební laboratoře Výzkumného ústavu železničního, která je od 31.3.1995 akreditovanou zkušební laboratoří oprávněnou provádět zkoušky kolejových vozidel nebo jejich komponent. V současné době je zkušební laboratoř registrovaná pod č. 1462, držitelem osvědčení o akreditaci vydaného Českým institutem pro akreditaci, o.p.s., (ČIA) na základě posouzení splnění akreditačních kriterií podle ČSN EN ISO/IEC 17 025. Dále je Výzkumný ústav železniční (VUZ) držitelem uznáním EBA č. 019/03/09 - pro zkoušení kolejových vozidel vydaného Eisenbahn-Bundesamt (EBA), Německo. 1 Ing. Jiří Soukup - Po pětiletém studiu oboru dopravní prostředky a kolejová vozidla na dopravní fakultě J. Pernera v Pardubicích nastoupil v roce 2008 do funkce vedoucího zkoušek zkušebny VUZ, a.s. 2 Ing. Armin Delong - Po pětiletém studiu oboru technický provoz telekomunikací Vysoké školy dopravy a spojů v Žilině nastoupil v roce 1988 do funkce specialisty radioreléových přenosových spojů Českých radiokomunikací, od roku 1994 pracoval jako specialista měřící techniky na zkušebně VUZ, a.s., od roku 2008 vykonává funkci vedoucího Dynamického zkušebního stavu VUZ, a.s. 1

Vlastní budova Dynamického zkušebního stavu (dále DZS) je umístněna v areálu Zkušebního Centra VUZ Velim, s kterým je také technologicky propojena. 2. Nabízené činnosti Díky svému technologickému vybavení je schopno DZS provádět zkoušky na přání zákazníků v oboru dynamické pevnosti a životnosti. Provedení jednotlivých typů zkoušek je buď uvedeno v normách nebo jde o zadání průběhu zkoušky zadavatelem. Plný název TSI, norem a vyhlášek UIC (včetně prací ERRI), podle kterých se jednotlivé zkoušky provádějí, je uveden v Příloze 1 příspěvku. Nejčastěji se jedná o simulování provozního zatížení. Obory zkoušek: Statické, dynamické a únavové zkoušky. Jedná se o simulaci provozních stavů jednotlivých součástí nebo celků a zjišťování parametrů, které požaduje zákazník, nebo jsou definovány normou. Měření vlastností prvků tlumení a vypružení. Tyto zkoušky spočívají v měření a ověřování charakteristik těchto prvků. Zkoušky táhlových a narážecích zařízení kolejových prostředků. Funkční zkoušky strojů a zařízení při simulaci extrémních mechanických podmínek či zatížení. Frekvenční a dynamické charakteristiky dílů a soustav. Výkonnostní zkoušky nápravových ložisek 3. Technické vybavení DZS V hale jsou umístěna dvě ocelová zkušební pole. Ta jsou vybavena upínacími drážkami a jsou celkově oddělena od základů celé budovy pomocí vinutých pružin. Velký blok váží přibližně 2500 tun. Je 33 metrů dlouhý a 11 metrů široký. Primárně je určen k dynamickým a statickým zkouškám celých vozů či lokomotiv. K tomuto účelu je středem velkého bloku vedena kolej. Malý blok je přibližně 3x menší a jeho hlavní využitelnost je v dynamických zkouškách podvozků nebo jiných částí kolejových vozidel. Kolem ocelových bloků je instalováno vysokotlaké olejové vedení, které slouží k napájení hydraulických válců. Je napojeno na 3 provozní hydroagregáty, které dodávají zkušebnímu systému hydraulický olej v průtoku až 450 l/min s provozním tlakem 280 MPa (28 Bar). Hydraulické napáječe jsou rovnoměrně rozmístěny kolem obou zkušebních bloků, pro možnost realizace zkoušek v kterémkoliv místě haly. Přebytečné teplo hydroagregátů je odváděno primárním vodním chladícím okruhem do vodního zásobníku o objemu 80 m 3, jehož objem je v případě potřeby dochlazován sekundárním vodním okruhem v chladících věžích. 2

Obr. 2 Pohled do haly DZS DZS disponuje 14 hydraulickými válci, pro síly od 63 kn do 400 kn s možností vysunutí pístnice až ± 125 mm. Tyto válce jsou pomocí přechodových desek připevněny k portálům, čímž je dosaženo maximální variability zkušebních sestav. Veškerou elektronickou kontrolu těchto válců obstarává 12-ti kanálová řídící jednotka fy Instron Schenck ovládaná PC. Obr. 3 - Hydraulické válce 3

4. Zkušební ložiskový stav Toto unikátní zařízení pro účely zkoušení výkonnosti nápravových ložisek je poháněno hydraulickým motorem (max výkon 40 kw), které dokáže simulovat rychlost až 210 km/h. Radiální síla na zkoušená ložiska je realizována pomocí hydraulických válců. Toto zatížení je po celou dobu zkoušky konstantní (např. 25 t/nápravu). Axiální síly jsou do ložisek zaváděny víkem ložiskové komory a jsou realizovány pomocí dvou hydraulických válců o maximální zátěži 63 kn a maximálním zdvihu 50 mm. Celý systém je řízen řídicím počítačem s programem speciálně vytvořeným pro tuto zkoušku v softwarovém prostředí LabVIEW. Teploty ložisek a chvění (pitting) se během zkoušky měří na požadovaných místech a jsou po určitém časovém intervalu automaticky zaznamenávány. Základní parametry ložiskového stavu Obr. 4 - Zkušební ložiskový stav Zkoušky dle ČSN EN 12 082 Maximální radiální zatížení až 25 t/nápravu Maximální axiální zatížení až 63 kn/ložisko Maximální simulovaná rychlost až 210 km/h Automatický sběr dat (teploty, monitoring zatížení, pitting, ) Bezobslužná zkouška (řízení pomocí speciálního programu s automatickým regulátorem a vyhodnocováním závad) GPS systém pro okamžité hlášení závady personál 5. Portálová zařízení malý a velký pulsátor DZS dále disponuje hydraulickým válcem pro testování vzorků na extrémní zatížení (velký pulsátor). Maximální silový rozsah je ± 2500 kn a zdvih pístnice ±125 mm. Pomocí dvoukanálového řídicího systému fy INOVA je možno provozovat a definovat statické, dynamické a únavové zkoušky. Přesnost vnášení zatěžování je kontrolována programem LabExpert, který má pro tento účel v sobě zabudovánu obálkovou regulaci (porovnávání žádaného signálu s měřeným). 4

Hydraulický válec se zajišťovacími čelistmi (malý pulsátor) je využíván k trhacím zkouškám menších vzorků, či k měření charakteristik tlumičů. Obr. 5 Velký pulsátor Obr. 6 Malý pulsátor Realizované akreditované zkoušky 1. Pevnostní zkoušky podvozků a jejich součástí, viz obr.7 a 8 Zkoušky podle TSI Kolejová vozidla nákladní vozy příloha J, a vyhlášek UIC 510-3, UIC 515-4, UIC 615-4 Obr. 7 Statické a dynamické zkoušky podvozků Obr. 8 Statické a dynamické zkoušky ložiskových komor 2. Stanovení mechanických parametrů kolejových vozidel, viz obr. 9 Zkoušky podle UIC 505-5 5

Obr. 9 Měření úhlu náklonu 3. Pevnostní zkoušky sedadel dopravních prostředků, viz obr.10 Zkoušky podle UIC 566 Obr. 10 Zkoušky sedadel 4. Zkoušky brzdových rozpor a brzdových zdrží, viz obr.11 Zkoušky podle UIC 833, ČSN EN 14 363 Obr. 11 Statické a dynamické zkoušky brzdových rozpor 5. Měření momentu odporu podvozku proti natočení, viz obr.12 6

Zkoušky podle ČSN EN 14 363 6. Měření torzní tuhosti částí vozidel Zkoušky podle ERRI B12/RP17 Obr. 12 Měření momentu proti natočení 7. Zkouška průjezdu mezními tvary koleje, viz obr.13 Zkoušky podle ERRI B12/DT135, příloha B 8. Zkouška zvedání Zkoušky podle ČSN EN 12 663 Obr. 13 Zkouška nájezdu na trajekt 9. Zkoušky pružin kolejových vozidel Zkoušky podle UIC 822, UIC 517, UIC 821, ČSN EN 13 298, ČSN EN 14 200 10. Zkoušky táhlových a narážecích ústrojí, viz obr.14 Zkoušky podle UIC 520, UIC 526, UIC 527, UIC 528, ČSN EN 15 566, ČSN EN 15 551 7

Obr. 14 Statické a dynamické zkoušky táhlových háků, táhlových ústrojí nárazníků a šroubovek 11. Zkouška výkonnosti nápravových ložisek, viz.obr.15 Zkoušky podle ČSN EN 12 082 Obr. 15 Zkouška výkonnosti nápravových ložisek 12. Únavová zkouška železničního kola, viz obr.16 Zkoušky podle ČSN EN 13 262 Obr. 16 Statické a únavové zkoušky disku kola 8

13. Statické, dynamické a únavové zkoušky železničních pražců, viz obr.17 Zkoušky podle ČSN EN 13 230-1, 2, 3, 4, 5 Obr. 17 Statické, dynamické a únavové zkoušky pražců 14. Zkoušky upevnění kolejnic viz obr.18 Zkoušky podle ČSN EN 13 146-1, 4, 5, 7, ČSN EN 13 481-2+A1 Obr. 18 Statické, dynamické a únavové zkoušky pražců 9

Přehled některých neakreditovaných zkoušek 1. Zkoušky pevnosti svarů kolejnic 2. Zkoušky dilatačního zařízení KDZ 3. Zkoušky mostních lan a tyčí Obr. 199 Zkoušky pevnosti svarů kolejnic Obr. 20 Zkoušky dilatačního zařízení KDZ Obr. 21 Zkoušky mostních lan a tyčí 10