ELEKTRIČNE ŽELJEZNICE(Pregled sustava napajanja elektri čne vuče)

ELEKTRIČNE ŽELJEZNICE(Pregled sustava napajanja elektri čne vuče)

Nositelj: Prof.dr.sc. Ivo Ugleši ć, dipl.ing. D236

Poslijediplomski doktorski studij

Sadržaj predmetaSadržaj predmeta

• Napajanje elektri čne vuče izmjeni čnim i istosmjernim sustavima.

• Konstrukcija kontaktne mreže i elektrovu čnih podstanica. Impedancija i otpori kontaktne mreže.

• Simulacija kretanja vlaka i potrebne snage za vu ču.

• Računanje padova napona, struja i gubitaka snage u ele ktrovu čnom • Računanje padova napona, struja i gubitaka snage u ele ktrovu čnom sustavu.

• Priklju čak elektrovu čnih podstanica na prijenosnu mrežu.

• Distorzija struja i napona uzrokovana ispravlja čima elektri čnih vozila.

Elektrifikacija željeznica u svijetuElektrifikacija željeznica u svijetu

• Razvoj i značaj elektrifikacije željeznica.

• Osnovni kriteriji i uvjeti za elektrifikaciju željeznica.- prometni uvjeti;- tehnički razlozi;- energetski razlozi i uvjeti;- ekonomski kriteriji.

3

- ekonomski kriteriji.

Ukupni godišnji troškovi pare, dizel i elektrovuče u ovisnosti veličine prometa

Pregled razvoja sustava elektrifikacije željeznica Pregled razvoja sustava elektrifikacije željeznica

Sustavi elektrifikacije željeznica pojavljivali su se i ostvarivali ovim redoslijedom:- istosmjerni sustav 600 V;- trofazni sustav niske frekvencije 15 Hz 3300 V;- jednofazni sustav niske frekvencije 16 2/3 Hz 15000 V u Europi i

25 Hz, 11000 V u Americi;- istosmjerni sustav 3000 V;- istosmjerni sustav 1500 V;

4

- istosmjerni sustav 1500 V;- jednofazni sustav industrijske frekvencije 50 Hz, 25 kV

(prvotno 50 Hz 15 kV i 50 Hz, 20 kV);- jednofazni sustav 2x25 kV frekvencije 50 Hz;- magnetska levitacija MAGLEV vlak.

Sheme napajanja za istosmjerni i izmjeni čni sustavSheme napajanja za istosmjerni i izmjeni čni sustav

5

Shema napajanja jednofaznog sustava 25 kV, 50 HzShema napajanja jednofaznog sustava 25 kV, 50 Hz

6

CDU – centar daljinskog upravljanja;EVP – elektrovu čna podstanica;PS – postrojenje za sekcioniranje.

Izmjeni čni sustav elektri čne vuče 25 kV, 50 HzIzmjeni čni sustav elektri čne vuče 25 kV, 50 Hz

- Prvi pokusi u Njemačkoj 1935.g.

- Prvi kilometri elektrificirani u Francuskoj 1950.g.

- Električne energija najčešće iz 110 kV mreže.

- Elektrovučne podstanice veoma jednostavne konstrukcije.

- Elektrovučne podstanice na većim udaljenostima (50-70 km).- Elektrovučne podstanice na većim udaljenostima (50-70 km).

- Kontaktna mreža je lagana (100 + 65 mm2).

- Elektrovučna vozila su jednostavnije konstrukcije.

- 33 % ukupno elektrificiranih pruga u svijetu ovim sustavom.

Izmjeni čni sustav elektri čne vuče 25 kV, 50 HzIzmjeni čni sustav elektri čne vuče 25 kV, 50 Hz

• Prednosti izmjeničnog sustava električne vuče 25 kV, 50 Hz:- manji presjek vodiča KM (manje struje);- relativno manji pad napona;- najmanji broj potrebnih EVP-a (međusobna udaljenost 40 do 60 km);- veći izbor priključenja na EES (110kV, 220 kV ili 400 kV)- jednostavnija (najlakša) izvedba kontaktne mreže;- ostali sustavi zahtijevaju 10 do 15 % veća ulaganja;- napajanje je najčešće antensko (kod istosmjernog sustava je paralelno).

• Nedostaci izmjeničnog sustava električne vuče 25 kV, 50 Hz:- elektromagnetski utjecaji na cjevovode, TT linije položenih paralelno s

elektrificiranim prugama (neophodno je izvesti zaštitu);- utjecaji na parametre kvalitete električne energije u elektroprivrednoj

mreži; nesimetrije, izobličenja struja i napona, viši harmonici.

Moderni sustavi napajanja vu čeModerni sustavi napajanja vu če

Shema napajanja sustava 2 x 25 kV, 50 Hz

9

Princip rada zasnovan na elektromagnetskoj suspenziji

Nove tehnologije izvedbe modernih vlakovaNove tehnologije izvedbe modernih vlakova

• Super brzom željeznicom smatramo željezničke sustave s nominalnom brzinom većom od 200 km/h.

• Razvijena iz potrebe za:– Skraćivanjem vremena putovanja,– Povećanjem sigurnosti i komfora,– Povećanjem kapaciteta i dostupnosti,– Prometnom učinkovitošću,– Prometnom učinkovitošću,– Ekološkom prihvatljivošću.

Pregled razvoja super brze željeznice (1)Pregled razvoja super brze željeznice (1)

• Početci razvoja su bili u Japanu i Francuskoj.

• U ožujku 1955. Francuske željeznice su postigle tadašnji svjetski rekord 331 km/h.

• Današnji rekord u brzini konvencionalnih željezničkih vozila također drže Francuske i iznosi 575 km/h.

• Japanske željeznice su dosegle najveću brzinu od 581 km/h s MAGLEV vlakom.

Pregled razvoja super brze željeznice (2)Pregled razvoja super brze željeznice (2)

• Japan– 1964. otvorena brza pruga Tokio – Osaka poznata pod

nazivom “Shinkansek” ;– Brzina prometovanja je bila 210 km/h;– 1985. brzina povećana na 240 km/h;– Danas vlakovi na toj pruzi prometuju brzinom 300 km/h.

Pregled razvoja super brze željeznice (3)Pregled razvoja super brze željeznice (3)

• Francuska

– 1981. otvorena pruga Pariz – Lyon za TGV vlakove s brzinom prometovanja od 260 km/h;

– 1989. brzina povećana na 300 km/h.

TGV (Train à Grand Vitesse)TGV (Train à Grand Vitesse)

TGV (Train à Grand Vitesse)TGV (Train à Grand Vitesse)

• Povezuje oko 200 stanica u Francuskoj i okolnim zemljama.

– Zbog prometovanja na klasičnom tračničkom sustavu TGV imaju pristup kolodvorima izgrađenim za klasične vlakove;

– Prednost u odnosu na MAGLEV vlakove.vlakove.

Novi kolodvor u Avignonu

TGV (Train à Grand Vitesse)TGV (Train à Grand Vitesse)

• TGV Duplex – Vlak na dva kata

Pregled razvoja super brze željeznice (4)Pregled razvoja super brze željeznice (4)

• Njemačka– IEC vlakovi prometuju u Njemačkoj i nekim susjednim

zemljama,– Prva inačica proizvedena 1991.,– Prometuju brzinom od 250 km/h.

Pregled razvoja super brze željeznice (5)Pregled razvoja super brze željeznice (5)

• Španjolska– Modernizacija pruge Madrid – Sevilla dužine 471 km;– Za prolazak cijele dužine potrebno je 2h 30min pri maksimalnoj

brzini vlaka od 300;– Cilj je izgraditi 7200 km brzih željezničkih pruga (do 350 km/h).

Brzi vlakovi na dionici Madrid -Seville

Elektrodinami čki sustav levitacije (1)Elektrodinami čki sustav levitacije (1)

• Kompozicija lebdi u zraku pod utjecajem magnetskih sila.

• Nema ograničenja glede athezionih sila.

• Teorijski je jedino ograničenje otpor zraka.

Elektrodinami čki sustav levitacije (2)Elektrodinami čki sustav levitacije (2)

• Nova tehnologija gibanja vlaka (magnetic levitation).• Formalni početak istraživanja u Japanu 1970.• Prva testna pruga u Birminghamu (Velika Britanija) 1985.• Japan i Njemačka – najviše uspjeha u razvoju MAGLEV tehnologije.

• Dvije realizacije– Elektrodinamička suspenzija;– Elektrodinamička suspenzija;– Elektromagnetska suspenzija.

• Elektromagnetska suspenzija– Zasniva se na privlačnoj sili između tračnice i vozila;– Razmak između vozila i vodilice je svega nekoliko cm.

Elektrodinami čki sustav levitacije (3)Elektrodinami čki sustav levitacije (3)

• Elektromagnetska suspenzija:

– Levitacijski magnet je smješten ispod vodilice. Prolazom struje kroz magnet stvara se magnetsko polje koje privlači magnet prema vodilici;

– Kontrolira se udaljenost magneta i vodilice te se održava stalna potrebna udaljenost;

Razina buke kod razli čitih sustava napajanjaRazina buke kod razli čitih sustava napajanja

Usporedba željezni čkih sustava u svijetu (1)Usporedba željezni čkih sustava u svijetu (1)

Država Japan Francuska Njemačka Italija Španjolska J. Koreja

LinijaTokio -Osaka

Paris -Lyon

Hannover -Wurzburg

Rim -Firenca

Madrid -Barcelona

Seul –PusanLinija Osaka

(515 km)Lyon

(427 km)Wurzburg (327 km)

Firenca (260 km)

Barcelona (522 km)

Pusan(412 km)

Najveća brzina (km/h)

300 320 250 250 300 350

Vrijeme putovanja

2h30 1h50 2h00 1h35 2h30 1h55

Napajanje 25 kV, 50 Hz 25 kV, 50 Hz 15 kV, 16.6 H z 3 kV DC 25 kV, 50 Hz 25 kV, 60 Hz

Kontaktna mrežaKontaktna mreža

24

a) Nekompenzirana kontaktna mrežab) Polukompenzirana kontaktna mrežac) Kompenzirana kontaktna mreža

Kontaktna mrežaKontaktna mreža

d e

a

5500

mm

1400

mm

2700 mm

1507 mm

b

nosivo uže

kontaktni vod

povratni vod

25

Ovješenje kontaktne mreže na stupu

d e

Ovješenje kontaktne mreže na stupu KM 25 kV, 50 Hz

Kontaktna mrežaKontaktna mreža

Prijesek bakrenog vodiča kontaktnog voda

Tip vješaljke Automatsko stezanje na stupu

Elektrovu čne podstanice (EVP)Elektrovu čne podstanice (EVP)

27

Istosmjerni EVPMonofazni EVP (16 2/3 Hz)

Elektrovu čne podstanice (EVP)Elektrovu čne podstanice (EVP)

Monofazni EVP 50 Hz

28

Monofazni EVP 50 Hz

EVP 25 kV, 50 Hz

Utjecaji smetnji elektrificiranih željeznicaUtjecaji smetnji elektrificiranih željeznica

- nesimetrično opterećenje EVP-a monofaznog sustava 50 Hz na primarnu elektroprivrednu mrežu;

- korozija metalnih cijevi zbog lutajućih struja istosmjerne vuče;- utjecaji, smetnje i opasnosti elektrificiranih pruga na telekomunikacijske

kabele;- utjecaji na željeznička signalna postrojenja.

29

CICVV

CVI

UVV UI

UVI

Vozni vodNN vodič

Shema kapacitivnog utjecaja

Prilago đavanje signalnih postrojenjaPrilago đavanje signalnih postrojenja

Rad signalnog pružnog odsjeka

30

Rad signalnog pružnog odsjekaUpotreba induktivnih međuprigušivača

Elektrifikacija HŽ I.Elektrifikacija HŽ I.

31Sustav elektrifikacije HŽ I.