GND#1b: Potenciál a obvody na dráze

Pokud hovoříme o potenciálu na kolejové dráze a chceme vztáhnout potenciál ke kolejnici, pak je velice důležité definovat, který z užitých obvodů máme na mysli. V tomto díle si zkusme objasnit některé toky drážních proudů. Co se tedy myslí potenciálem na dráze?
Antonín Kubela, vývojový sdělovacího a zabezpečovacího zařízení dráhy, AŽD
Je to rozdíl mezi zemí a kolejí. Mezi kolejí a trakčním vodičem. Záleží, o čem je vlastně řeč.

Pro zjednodušení nyní zůstaňme pouze u napájení projíždějícího vlaku. Jak si můžeme představit uzavřený obvod, kterým prochází napájení motorů souprav?
Ladislav Horák, diagnostika projíždějících kolejových vozidel
Jde to trolejí, potom do spotřebiče, což je kolejové vozidlo, které je připojeno pomocí sběrače k troleji, přes vozidlo to prochází a přes kola to jde do kolejnice. Kolejnice je zpětný vodič ke zdroji.

Kolejnice ale nejsou nekonečné a jejich přerušení má nějaký účel.
Ladislav Horák, diagnostika projíždějících kolejových vozidel
Kolejnice je přerušená z důvodu použití zabezpečovacího zařízení, ale přerušení je přemostěno pomocí stykových transformátorů, tlumivek, lidově řečeno, tam jsou zapojeny bifilárně, tak se trakční proud z kolejnic jde stejným směrem, pole se neruší. Zabezpečovací proud, který je mezi kolejnicemi, tam se ruší. Středem cívky, jsou 2 cívky vinuty ve společném jádře, je to bifilárně zapojené, čili prochází kolejnicí, přichází do středu, spojí se k cívkám a střed se převede na druhou stranu, kde se podobným transformátorem, nebo cívkami, zase rozdělí. Zabezpečovací proud mezi kolejnicemi se vyruší. Neprojde tím. Průchod zabezpečovacího proudu udělá to, že dá návěst do polohy STŮJ, že je to obsazeno.

Pokud tedy jsou oddělené úseky určeny pro drážní signalizaci, je kolejnice stále hlavním vodičem napájecího obvodu?
Ladislav Horák, diagnostika projíždějících kolejových vozidel
Kolejnice je zpětný vodič. Tam, kde něco nevyhovuje, se posiluje pomocí lan, tím se pomáhá propojení kolejnic.

Z toho jasně vyplývá, že vytrhávání kolejí domorodými indiány, tedy aniž by zjišťovali typ trakce, je v dnešní době životu nebezpečné. Pokud hovoříme o přerušování kolejového obvodu, jak jsou konstruovány výhýbky, aby zůstal obvod stále uzavřen?
Ladislav Horák, diagnostika projíždějících kolejových vozidel
Výhybka má propojovací prvky tak, že proud teče nerušeně dál. Jediná komplikace je to, že každá kolejnice jako kolový obvod pro zabezpečovací techniku má být oddělený. Aby výhybka byla součástí kolejového obvodu, tzn. Když je tam vozidlo, aby to řeklo, že je to obsazené.

Zkusme se ale stále soustředit na napájení trakce, abychom si uvědomovali pouze obvod, kudy vedou největší proudy. Ale i tak to není tak jednoduché, jak se pohledem cestujícího zdá. Existuje více druhů napájení. Poslechněme si výklad Antonína Kubely, české drážní legendy …
Antonín Kubela, vývojový sdělovacího a zabezpečovacího zařízení dráhy, AŽD
Stejnosměrná nebo střídavá trakce. Střídavá trakce 20kV ... tam je jedna fáze .... Musí být zajištěno, aby nedošlo k nějakému zkratu ... v koleji je to jedno, musí to být rozděleno tak, abychom nesmíchali z jedné napájecí stanice fázi jinou než je v druhé stanici. Máme rozvod třífázový a my ze dvou fází děláme jednu. Vyšší síť zatěžujeme nerovnoměrně. 

Koho z nás napadá, že projíždějící Pendolíno využívá z veřejné energetické sítě pouze dvě fáze? Z instalačního pohledu nezvyklý způsob, co je příčinou?
Ladislav Horák, diagnostika projíždějících kolejových vozidel
Problém je ten, že rozdíl od Rakouska, Německa a Švýcarska, které mají svou vlastní energetickou síť, která je jednofázová. Máme my napájení z veřejného zdroje energií, dodávají elektrárny, potažmo rozvodné soustavy. Ty to dodávají ve třífázové soustavě. Je na to požadavek, aby energetika byla zatěžovaná přibližně stejnoměrně. Tzn., po určitých úsecích se napájí z jiné fáze. Není použitá fáze/zem, ale fáze/fáze, trojúhelníkové zapojení. Transformuje se to na jednu fázi, která jde do troleje.

Nabízí se otázka, jak která vlaková souprava pozná, na jakém typu trakce je, respektive s jakým potenciálem může pracovat. Jak se do které lokomotivy dostává za jízdy stejnosměrné nebo střídavé napájení, navíc jiné výšky napětí?
Ladislav Horák, diagnostika projíždějících kolejových vozidel
Od historie vzniklo několik typů napájecích soustav. Začíná to 1500V, které zůstává jen v Holandsku, za první republiky byl pražský uzel na 1500V, potom jsou 3000V, protože se mi snižuje proud, čím větší napětí, tím menší proud trolejí teče. Potom byla cesta Němců, Rakušanů a Švýcarů, která šla na 15kV střídavého proudu, k tomu se přidalo Maďarsko apod. Francouzi potom přišli s 25kV, že to budou brát z veřejné sítě. 16kV 2/3Hz jsou proto, že tehdy neměli žádné možnosti regulací, tak aby elektromotory měly co nejnižší otáčky. Měly mnoho pólu, ale aby měly co nejnižší otáčky, byla snížená frekvence. Aby byl schopen zabírat u nejnižšího bodu.

Teď pro jízdu, vozidlo, které je na stejnosměrný proud a vjede na střídavou trakci bez toho, aniž by předtím zastavil, tak na střídavé trakci přes sběrač projde proud a zaúčinkuje přepěťová ochrana jako bleskojistka a vyhoří mu to. Protože to není na 25kV stavěné.

Kdežto když je to střídavá lokomotiva, která vjede na stejnosměrný úsek a není na to stavěná, nebo strojvedoucí u několikanásobných lokomotiv zapomene, tak mu projde stejnosměrný proud, protože nemá žádný odpor. Udělá mu to zkrat přes transformátor. Trakce nejsou zaměnitelné, že by mohly jedna pod druhou. Když je vozidlo na více trakcí, musí být přepnuto na trolej, na kterou má jet. Když zapomene, nebo zaspí, přejede to, tak má "šlus". Na stylu jízdy je to takové, má značení, kdy mu upozorňuje, že končí střídavé napájení, přechodový bod, kde je oddělovací úsek, musí stáhnout sběrač, vypnout hlavní vypínač, přepnout systém, aby se mu to přepojilo na druhý systém, pak mu přijde značení stejnoměrného napájení, nebo rakouského systému, našeho systému, což je např. u Břeclavi. Provede přepnutí a on teprve může zdvihnout sběrač a zapnout hlavní vypínač a všechno mu jede dál.

Z toho vyplývá, že celou operaci dělá strojvůdce za jízdy. Za jak dlouho musí být schopen přepnout? Jak je takový úsek pro změnu trakčního napájení dlouhý?
Ladislav Horák, diagnostika projíždějících kolejových vozidel
Úseky jsou blízko sebe, aby vozidla, kdyby byly nuceny zastavit, aby byly schopny se rozjet, úseky jsou od sebe relativně malou vzdálenost. Zbytek je dáno tím, že mám návěstění na stáhnutí sběrače a změna soustavy. To člověk musí řídit. Musí vědět, že teď se mu blíží konec trakce, musím stáhnout sběrač, tak to má přikázané, ne jak třeba pan **** co zapomněl stáhnout sběrač, strhal to a stálo to 6 hodin, u Ústí nad Orlicí. Zapomněl stáhnout a proto, aby napětí sběrač vlastně propojka, takže když někde dělají na troleji, tak se musí stáhnout, protože lokomotiva musí být oddělena. Jistí se to tím, že jsou tam speciální háky, který mu sběrač utrhnou, když to neudělá. Při vysoké rychlosti je to poměrně rychlé, vidí návěštění, není to kilometr, takže udělá to, že vidí návěst, stáhne sběrač, vypínač, to celé jde. Tím pádem je odpojený, potom dělá režim přepojení na druhý systém. Připraví se, až je možnost jet pod druhým systémem a až je všechno přepnuté, sběrač zdvihne. České lokomotivy to mají na jednom sběrači, ale lokomotivy od Siemense a Bombardieru, tak ty mají stejnosměrné a střídavé sběrače. To jsou čtyři, my máme dva, universální na oba systémy. 

Pak se taková služba strojvůdce může skládat z mnoha přepínání mezi potencionály za den!
Ladislav Horák, diagnostika projíždějících kolejových vozidel
Ano. To je první věc, přechází mezi systémy a vzhledem k tomu, že jsou fáze napájení, tak tam také musí toto provést. To jsou někde dělící body, v bodě je buď udělaný že se musí, nebo nemusí stahovat, dělící bod zkrátka projíždí bez napájení lokomotivy.