Control
Google překladač: English Deutsch

Exkluzivní partner sekce

Siemens
Bentley
SIEMENS - SolidEdge

GOPAS - CAD kurzy

Více kurzů

StreamTech.tv

streamtech tv-logo

Železnice a železničky – elektrické lokomotivy – střídavá napájecí soustava

Autor článku: Michal Fabian, Martin Balkovský   

Tags: lokomotiva | střídavá napájecí soustava | Železnice

zeleznice ilustracniMinule jsme si popsali problematiku elektrifikace tratí v bývalém Československu, řekli jsme si něco o napájecích soustavách, popsali trakční vedení a části elektrické lokomotivy a zabývali se problematikou elektrických lokomotiv pro stejnosměrnou napájecí soustavu. Dnes bychom rádi popsali princip přenosu hnací síly na nápravu lokomotivy a zabývali se lokomotivami pro střídavou napájecí soustavu.

Napájecí soustavy v Evropě

V minulém dílu jsme zveřejnili mapku elektrických trakčních soustav v ČR a SR. Dnes uveřejňujeme mapku, jak to vypadá v ostatních zemích Evropy. V Evropě se provozují čtyři trakční napájecí soustavy, jak je to barevně zobrazeno na obr. 1. Střídavá soustava 15 kV / 19,7 Hz se začala zavádět počátkem dvacátého století ve Švýcarsku. Následně přibylo i Rakousko, Německo a ve Skandinávie. Stejnosměrná soustava 3 kV se začala využívat v dvacátých letech minulého století v Itálii. Používá se ve Španělsku, Polsku a Rusku. Francie je na obou střídavých napájecích soustavách a balkánské země zase na střídavé 25 kV / 50 Hz. V podstatě je to pěkný „Babylon“. Ale elektrotechnika a energetika postupují mílovými kroky, a tak se to řeší vícesystémovými elektrickými lokomotivami. Přestože každá soustava má své výhody i nevýhody, o kterých by se dal napsat samostatný článek, z mapky je vidět, které systémy jsou nejrozšířenější. A vize jsou takové, že se z jednosměrné soustavy 3 kV časem bude přecházet na střídavou 25 kV / 50 Hz. Ale bude to zřejmě proces na pár let.


Obr. 1 Napájecí trakční soustavy železnic v evropských zemích [1]

Řekněme si něco o výhodách a nevýhodách jednotlivých napájecích soustav. Stejnosměrná lokomotiva je jednodušší a levnější, protože není potřeba elektřinu transformovat. Naopak pevná trakční zařízení jsou nákladnější, protože je potřebná hustší síť napájecích stanic, kvůli tomu, že na dlouhých úsecích trolejí jsou větší ztráty. Počátky elektrifikace se řídily pravidlem, že tam, kde je hustá doprava, vyžadující mnoho lokomotiv, se vyplatí mít levné vozy a cenově nákladnější pevná trakční zařízení. Naopak tam, kde je menší hustota dopravy, ale větší náročnost na výkony strojů (těžké vlaky s náročnými sklonový poměry trati), je výhodnější mít dražší lokomotivy a levnější pevná zařízení. To bylo také důvodem elektrifikace hlavní trati Praha–Košice stejnosměrnou napájecí soustavou, protože se jednalo o „hustou“ dopravu, kde bylo potřeba více levnějších vozidel a drahá pevná zařízení. V té době byl tento systém považován za modernější. Naopak v Alpách, kde jsou mnohem náročnější sklonové poměry tratí a vyžaduje se větší tažná síla lokomotiv a v exponovaných úsecích je výhodou, aby pevná zařízení nebylo nutné stavět „na každém kroku“, se přistoupilo k využívání střídavé napájecí soustavy. U nás se střídavá soustava využívala na jih od zmíněné hlavní trati Praha–Košice. [2] Současné trendy na Slovensku směřují ke změně ze stejnosměrné trakční proudové soustavy 3 kV na střídavou soustavu 25 kV, 50 Hz podle vládního rozhodnutí z předešlých let, čímž by se měla postupně sjednotit trakční soustava.


Obr. 2 Jednoduché schéma lokomotivy pro střídavou napájecí soustavu a stejnosměrnou napájecí soustavu

Přenos hnací síly

Rádi bychom se vrátili k přenosu točivého momentu z trakčního motoru na kola nápravy lokomotivy. Přenos je zajištěn ozubeným soukolím, které zároveň vytváří i převodový poměr. Schematické znázornění je na obr. 3 a zobrazení reálného trakčního motoru a nápravy lokomotivy s ozubením je na
obr. 4. To by asi bylo na doplnění „teorie“ k minulému článku a budeme pokračovat popisem strojů, které jezdily a jezdí na střídavé napájecí soustavě.


Obr. 3 Schematické znázornění principu pohonného ústrojí


Obr. 4 Trakční motor a hnací náprava lokomotivy

Lokomotivy pro střídavou napájecí soustavu 25 kV / 50 Hz

Lokomotiva řady 230 (S 489.0)

Lokomotivu řady 230 (obr. 5, 6) vyráběla Škoda Plzeň v letech 1966–1967 a byla označována i jako Škoda 47E. Vyrobeno bylo celkem 110 kusů. Jednalo se o univerzální lokomotivu se dvěma dvounápravovými podvozky pro nákladní i osobní dopravu provozovanou na střídavé napájecí soustavě 25 kV / 50 Hz. Na začátku 60. let byla zahájena elektrifikace československých tratí novou střídavou soustavou 25 kV / 50 Hz. Hlavním impulzem byla snaha o úsporu mědi a celkově jednodušší údržba a technologická náročnost střídavého systému, podpořená také vyšším výkonem střídavých lokomotiv.
Kapotáž lokomotivy byla laminátová a odrazilo se to i na neobvykle sympatickém designu. Autorem tvaru skříně lokomotivy byl český designér Otakar Diblík. Rám a ostatní části byly klasicky ocelové. Většinou byla v červenožluté barevné kombinaci a kvůli laminátové kapotáži dostala přezdívku „Laminátka“. Lokomotiva měla výkon 3080 kW, maximální tažnou sílu 320 kN a trvalá tažná síla dosahovala hodnoty 210 kN. Maximální rychlost tohoto stroje byla 110 km/h. Hmotnost lokomotivy byla 85 tun a délka 16 440 mm. Stroje jsou dodnes provozovány v ČR a Bulharsku. [3]


Obr. 5 Červenožlutá lokomotiva 230 ve stanici Brno hlavní nádraží (foto: M. Třískala) [7]


Obr. 6 Dobová reklamní průhledová kresba lokomotivy řady 230 [4]

Lokomotiva řady 240 (S 499.0)

Lokomotiva řady 240 (obr. 7) vychází z řady 230 a je univerzální pro osobní i nákladní dopravu. V letech 1968 až 1970 bylo vyrobeno 145 kusů této lokomotivy. Hlavní změnou bylo zvýšení maximální rychlosti na 120 km/h. V roce 1970 byly dvě zánovní lokomotivy upraveny na rychlost až 140 km/h a podle nich se vyrobila 25kusová série, která byla v roce 1978 znovu přestavěna na rychlost 120 km/h po zjištění, že předpokládanou rychlost 140 km/h není kde dosáhnout. Dodnes je možné tyto lokomotivy zhlédnout na trati Kutná Hora – Havlíčkův Brod – Břeclav – Bratislava. Někdy zajíždějí do Komárna a Budapešti. Na Slovensku jsou dislokované v depech Bratislava a Nové Zámky. [5]


Obr. 7 Lokomotiva řady 240 v korporátních barvách (foto: Teslaton) [5]

Lokomotiva řady 242 (S 499.02)

Lokomotiva řady 242 (obr. 8) se vyráběla v letech 1975 až 1981 a po vývojové stránce je konstrukčním pokračováním lokomotiv řady 240. Celkem bylo vyrobeno 90 lokomotiv továrně označovaných také jako 73 E a používala se i přezdívka „Plecháč“. Největší změnou bylo použití celokovové skříně lokomotivy. Tyto stroje byly dislokovány v depech České Budějovice a Plzeň. Postupně se dostaly i do depa Brno. Stroje byly určeny prioritně pro osobní dopravu. Ale v jižních a západních Čechách se používaly i v nákladní dopravě. Na Slovensku jsme se těmito lokomotivami mohli setkat při tahání rychlíků na trati Bratislava – Zvolen – Banská Bystrica. Díky postupným dodávkám nových elektrických jednotek pro příměstskou dopravu potřeba těchto lokomotiv postupně klesá. Trvalý výkon lokomotivy byl 3080 kW, maximální tažná síla 240 kN a maximální rychlost 120 km/h. Hmotnost stroje byla 84 tun a celková délka 16 440 mm. [6]


Obr. 8 Lokomotiva řady 242 (foto: Petr S.) [6]

Lokomotiva řady 263 (S 499.2)

Lokomotiva řady 263 (obr. 9) nesla také tovární označení 70 E nebo přezdívku „Princezna“. V letech 1984 a 1988 bylo vyrobeno 12 strojů. Je vývojovým pokračováním dříve vyráběné řady 163 pro stejnosměrnou napájecí soustavu a vícesystémové lokomotivy řady 363. Lokomotivy měly plánovaně nahradit stroje řad 230 a 240. Výroba dvanácti strojů byla důsledkem toho, že doba a technika se měnila a Československé státní dráhy daly přednost univerzálnějším dvousystémovým lokomotivám řady 363.


Obr. 9 Lokomotiva řady 263 ve stanici Brno hlavní nádraží (foto: Matijak) [8]

V ČR jezdí dva stroje této řady a na Slovensku v depu Bratislava jich je deset. Výkon těchto lokomotiv dosahuje 3060 kW. Maximální tažná síla je 300 kN a trvalá tažná síla dosahuje hodnoty 176,3 kN. Maximální rychlost lokomotivy dosahuje 120 km/h. Hmotnost stroje je 84,2 tuny a celková délka 16 800 mm.

Vícesystémové lokomotivy

Zůstalo nám popsat ještě jeden druh lokomotiv. Vzhledem k tomu, že na styku dvou napájecích soustav bylo potřeba „přepřahat“ lokomotivy, začaly se vyrábět a používat tzv. vícesystémové lokomotivy. Nejedná se jen o stroje, které dokážou přechod ze stejnosměrné na střídavou napájecí soustavu a naopak, ale také o stroje, které dokážou přechod z 25 kV / 50 Hz na 15 kV / 16,7 Hz a naopak. [8]

Lokomotiva řady 340

Jedná se o dvoufrekvenční elektrickou lokomotivu, která dokáže pracovat na soustavách 25 kV / 50 Hz i 15 kV / 16,7 Hz. Celkově vznikly tři lokomotivy přestavbou řady 240 v letech 2003 až 2004. Domovským depem lokomotiv jsou České Budějovice. Určeny byly pro osobní a nákladní dopravu přes elektrifikované hraniční přechody mezi ČR a Rakouskem. Designově jsou identické s „Laminátkou“. Trvalý výkon byl 3080 kW (25 kV / 50 Hz), resp. 1250 kW (15 kV / 16,7 Hz). [9]

Lokomotiva řady 350 (ES 499.0)

Jedná se o dvousystémovou elektrickou lokomotivu pracující pod oběma napájecími soustavami v ČR a SR. Patří k nejrychlejším a nejvýkonnějším lokomotivám vyrobeným v Československu. Přezdívali ji také Gorila, Krysa a někde také Potkan. V letech 1973 až 1975 jich bylo vyrobeno 20 kusů. Lokomotiva řady 350 (obr. 10) má výkon 4000 kW a dosahuje maximální rychlosti 160 km/h. Podvozek byl navrhovaný až na rychlost 200 km/h. Moderním hranatým designem jsou stále považovány za jedny z designově nejkrásnějších lokomotiv v Evropě. Hmotnost lokomotivy je 88 tun a délka 16 740 mm. Lokomotivy začaly v 70. letech sloužit na expresech Slovenská strela a Hungaria. Odpadla časově náročná výměna lokomotiv na styku dvou napájecích soustav v Kutné Hoře. Lokomotiva předběhla možnosti tehdejší infrastruktury a svůj rychlostní potenciál 160 km/h začala využívat až v roce 2000 v úseku Brno–Břeclav. Většinou táhla „elitní“ mezinárodní vlaky na hlavním tahu Praha–Brno–Bratislava–Budapešť. Později táhla rychlíkové soupravy i na trati Budapešť–Miškolc–Košice. V současnosti táhne EC a IC vlaky na tratích Praha–Olomouc–Vsetín–Žilina, Praha–Brno–Břeclav–Bratislava–Štúrovo–Budapešť, Bratislava–Žilina–Poprad–Košice. [10]


Obr. 10 Lokomotiva řady 350 (foto: M. Fabian)

Lokomotiva řady 363 (ES 499.1)

Jedná se o nejrozšířenější československou dvousystémovou lokomotivu. V letech 1980 a 1984–1990 jich bylo vyrobeno 181 kusů (obr. 11). Pracuje pod oběma napájecími soustavami v bývalém Československu, dnes v ČR a SR. Byla vybavena moderní pulzní tyristorovou regulací. Byla navrhována jako univerzální, tedy pro vozby osobních i nákladních vlaků. Během třicetiletého provozu se stala předmětem mnoha rekonstrukcí a úprav s cílem prodloužení životnosti a zvýšení ekonomiky provozu. Na větší části strojů byly provedeny úpravy a změny směřující ke zvýšení maximální rychlosti na 140 km/h a byly přeznačeny na řadu 362. Událo se tak v 90. letech. Ale vraťme se k popisu 363. Jedná se o dvojpodvozkové, čtyřnápravové stroje poháněné čtyřmi trakčními motory. Trvalý výkon lokomotivy napájené stejnosměrnou soustavou 3 kV je 3480 kW, na střídavé napájecí soustavě 25 kV / 50 Hz to je 3060 kW. Maximální tažná síla je 300 kN a trvalá tažná síla 176,5 kN. Váha je 87 tun a délka 16 740 mm. S lokomotivami řady 363 a rekonstruované řady 362 se můžeme ještě setkat na většině tratí obou republik. [11]

Z další odvozené řady je lokomotiva 363.5, přičemž jde o rekonstrukci stejnosměrné lokomotivy řady 163 pro společnost ČD Cargo. Takto bylo rekonstruováno 30 strojů v letech 2010–2013. V SR byly podobně od roku 2010 rekonstruovány stejnosměrné řady 162 a 163 společností ŽOS Vrútky, čímž vzniklo 23 dvousystémových lokomotiv řady 361. Maximální rychlost těchto lokomotiv stoupla na 140 až 160 km/h.


Obr. 11 Lokomotiva řady 363 (foto: Phil Richards) [11]

Lokomotiva řady 380

Tato trojsystémová univerzální elektrická lokomotiva byla vyráběna firmou Škoda Transportation pro České dráhy v letech 2008 až 2011 v počtu 20 kusů. Tovární označení je Škoda 109E1 a obchodní název Emil Zátopek. Lokomotiva dosahuje maximální rychlosti 200 km/h a je určena pro osobní dopravu na koridorových tratích ve střední Evropě. Jedná se hlavně o tratě v Česku, Německu, Rakousku, Polsku, Slovensku a Maďarsku.
Lokomotiva řady 380 (obr. 12) je určena pro provoz na tratích elektrifikovaných třemi hlavními napájecími systémy používanými ve střední Evropě, a to: střídavými soustavami 25 kV / 50 Hz, 15 kV /16,7 Hz a stejnosměrnou soustavou 3 kV. Ve všech třech soustavách umožňuje rekuperační dynamické brzdění. Lokomotiva je postavena na dvou dvounápravových podvozcích. Má délku 18 000 mm a hmotnost 88,2 tun. Trvalý výkon je 6400 kW, maximální tažná síla dosahuje 274 kN a trvalá tažná síla je 213 kN. [12]


Obr. 12 Lokomotiva řady 380 (foto: J. Charvát) [12]

Lokomotiva řady 381

Lokomotiva řady 381 (obr. 13) je trojsystémová elektrická lokomotiva vyrobená firmou Škoda Transportation pro Železniční společnost Slovensko v roce 2011 v počtu 2 kusů. Oproti řadě 380 má sníženou maximální rychlost na 160 km/h. Lokomotivy jsou provozovány v příměstských soupravách na tratích Kúty – Bratislava – Nové Zámky a Bratislava–Leopoldov. [13]


Obr. 13 Lokomotiva řady 381 (foto: Z. Bogoly)

Lokomotiva řady 383

Poslední lokomotivou, které věnujeme pozornost, je lokomotiva Siemens Vectron (obr. 14) vyráběná v Mnichově od roku 2010. Společnost RegioJet si tyto lokomotivy zapůjčila od ELL Austria (Europe Locomotive Leasing) na tažení rychlíkových souprav. Po neúspěchu se schvalováním lokomotivy řady 380 na tratích DB se ČD dráhy rozhodly přistoupit k pronájmu 10 lokomotiv na 10 let pro rychlost 200 km/h na vlaky EC na trati Praha–Berlín–Hamburk. Další stroje tohoto typu provozuje LTE Logistik a Transport v ČR a SR, ČD Cargo a Loko Train. Vzhledem k tomu, že se jedná o třídu modulárních lokomotiv, parametry závisí na typu lokomotivy. Trvalý výkon je 5200 až 6400 kW (podle typu). Trvalá tažná síla je 300 kN a maximální rychlost 160–200 km/h (dle typu). Hmotnost je 80 až 87 tun a délka 18 980 mm. [14]


Obr. 14 Lokomotiva Siemens Vectron provozovaná RegioJetem (foto: L. Hradílek)

Závěr

Cílem této série článků bylo seznámit mladé i starší s historií i současností železniční dopravy na územích „našich“ dvou států. Historii a tradici železniční dopravy máme bohatou, podobné je to i s výrobou kolejových vozidel. Avšak poslední roky musíme konstatovat, jako bychom ztratili dech. Možná to jsou trendy, možná krátkozrakost nebo „nekompetentní rozhodnutí kompetentních“, ale pokud se utěšujeme, že dosahujeme na některých železničních tratích rychlost 160 km/h a v některých úsecích dokonce 200 km/h, ve světě se již běžně jezdí rychlostmi 300 až 380 km/h. Kdybychom se uměli dostat z Prahy do Košic za 2,5 hodiny nebo z Košic do Bratislavy za 1,5 hodiny, řekněme si na rovinu, kdo by sedal do auta nebo letadla? A možná právě tam je problém naší „rychlostní úvahy“ v železniční dopravě zakopaný.

Článek byl vypracován s podporou projektu VEGA 1/0198/15.

Literatura

[1] BAHN Statistik, Bahnstromsysteme Europa, URL: <http://bahnstatistik.de/>
[2] vlaky.net, Šimek, L.: Stejnosměrná, nebo střídavá?, URL: <http://www.vlaky.net/zeleznice/spravy/5989-Stejnosmerna-nebo-stridava/>
[3] Lokomotiva 230, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotiva_230>
[4] Techmania Plzeň, URL: <http://www.drah-servis.cz/detail.php?typ=dokumentace_histcr_skoda_s699>
[5] Lokomotiva 240, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotiva_240>
[6] Lokomotiva 242, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotiva_242>
[7] Prototypy cz, URL:<http://www.prototypy.cz/WEB/rady/230/230g2.htm>
[8] Lokomotiva 263, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotiva_263>
[9] Lokomotiva 340, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotiva_340>
[10] Lokomotiva 350, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotiva_350>
[11] Lokomotiva 363, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotiva_363>
[12] Lokomotiva 380, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotiva_380>
[13] Lokomotiva 381, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Lokomotiva_381>
[14] Siemens Vectron, URL: <https://cs.wikipedia.org/wiki/Siemens_Vectron>
[15] Šefčík, M.: História, súčasnosť a budúcnosť elektrifikácie železničných tratí na Slovensku, URL: <http://www.zsvts.sk/wp-content/uploads/2016/04/VTSnews-3_2016.pdf>


Mohlo by vás zajímat:
 

Přidat komentář

Bezpečnostní kód
Obnovit