Nové možnosti návrhu perspektivních kolejových obvodů. Ing. Petr Hloušek, Ph.D. KAE FEL Západočeská Univerzita v Plzni

Nové možnosti návrhu perspektivních kolejových obvodů Ing. Petr Hloušek, Ph.D. KAE FEL Západočeská Univerzita v Plzni

Současné využití a perspektiva KO na infrastruktuře SŽDC v ČR Vývoj za posledních 20 let - konec dominance KO, nástup konkurenčních počítačů náprav Přehled provozovaných KO: Rok

ss + IK

25 Hz

50 Hz

75 Hz

275 Hz

vf

2014

741

181

6492

4501

10669

2768

Celkem KO: 25352

Zdroj: SŽDC

Současné využití a perspektiva KO v ČR Důvody problémů s KO 

nepříznivé změny provozních podmínek pro funkci KO •

pokles provozu, zanedbávání údržby

•

reorganizace složek dráhy, neadekvátní úspory

•

změny konstrukce vozidel, zpřísňování požadavků na KO atd.

→ problémy s šuntováním, s kompatibilitou vozidel 

rozprášení odborníků na KO (VÚŽ) → přesun vývoje KO do firem AŽD, Starmon – okrajová záležitost

→ neřešení (systematické) provozních problémů s KO

Současné využití a perspektiva KO nejasná perspektiva v současnosti – absence celkové vize správce infrastruktury SŽDC 

hlavní tratě a ve stanicích průjezdné a předjízdné koleje



pro rychlost nad 100km/h, potřeba detekce lomu kolejnice, potřeba kódování LVZ

SŽDC - v posl. době přiznání - PN nejsou všespasitelné 

instalace KO a PN současně – příklad:



nelektrifikovaná trať Opava – Krnov (stavba 2016) •

PN – pro funkci detekce volnosti

•

KO – jednopásové částečně průtokové KOA1 (KO-6305), přímé i rozvětvené - pro funkci detekce lomu a kódování LVZ; cca. 100 ks KO

KO - Evropská a národní legislativa 

Interoperabilita - TSI CCS (Rozhodnutí Komise 2012/88/EU) - aktualizace zač. 2015 •



Interface Document - Interfaces Between ControlCommand and Signalling Trackside and Other Subsystems (ERA/ERTMS/033281 verze 2.0, 05. 2014)

Normy a technické specifikace ČSN 34 2613 ed. 3 - Kolejové obvody a vnější podmínky pro jejich činnost, 03. 2014 • ČSN 342614 ed. 3 - Předpisy pro projektování, provozování a používání kolejových obvodů, 08. 2014 • ČSN CLC/TS 50238-2 - Kompatibilita mezi drážním vozidlem a systémy pro detekování vlaků - Část 2: Kompatibilita s kolejovými obvody, 04. 2012 • ČSN EN 50617-1 - Základní parametry systémů pro detekování vlaků - Část 1: Kolejové obvody, 03. 2016 •

Požadavky na KO  nejkomplikovanější problém - frekvenční management a přípustné limity rušivých proudů drážních vozidel (ČR i Evropa)

ČSN CLC/TS 50238-2 

požadavky na perspektivní KO (preferred track circuits) 

pro tratě vybavené jinými typy KO platí národní předpisy



Za ČR uvedené zejména: •

KO s přijímači KOA 75/275 Hz

•

KO s přijímači EFCP - specifické typy 75/275 Hz

•

EVKO 75/275 Hz, ASE, ASAR

Požadavky na KO Perspektivní KO: ČSN 34 2613 ed.3 

šuntová citlivost: 0,1 Ω, doporučení 0,2 Ω pro 275 Hz



limit rušivých proudů: 1,3 A / 75 Hz a 0,65 A / 275 Hz Starší KO: 0,11 A / 75 Hz a 0,13 A / 275 Hz



přenos kódu LVZ - detekce do 0,4 s od obsazení EKÚ

ČSN CLC/TS 50238-2

 limit rušivých proudů: 1 A / 75 Hz a 0,5 A / 275 Hz → velmi dobrá shoda norem

Požadavky na KO ČSN EN 50617-1 

požadavky na cílový stav ohledně KO •



není stanovený čas. rámec a rozsah tratí - odkaz na interoperabilitu a TSI

návrh na frekvenční management (KO vs. vozidla) •

vyhrazení frekv. pásem pro KO a stanovení limitů rušivých proudů vozidel v nich - pouze informativní příloha

•

v ČR dávno zavedená praxe

•

limity pro ČR:

•



DC trakce - 2 A/75 Hz a 1,2 A/275 Hz



AC trakce - 2 A pro obě pásma

ČR hlasovala proti – přehlasována

Požadavky na KO Komentář k ČSN EN 50617-1: 

velký vliv výrobců vozidel - např. v určité fázi byl návrh bez

požadavku na optimalizaci vozidel! 

zkušenosti ČR - lze u vozidel zvládnout i limity dle ČSN 34 2613 ed.3!



názor a výtky ČR nebyly dostatečně prosazované – účast pouze zástupců z firmy nikoli správce infrastruktury!



nicméně, výrobci KO v ČR deklarují možnost splnění limitů → dopad na náklady?, horší vlastnosti KO?, LVZ?



nutné důrazné hájení klíčových zájmů – jednotný názor ČR!

TC Designer – SW pro návrh KO aplikace v Matlabu Funkce programu:  základní analýza KO – volný, šuntovaný, havarijní stav  Optimalizační analýza – optimalizační kritéria → pro různé typy KO 

Úvodní okno SW – výběr typu KO

TC Designer – SW pro návrh KO

Hlavní pracovní okno SW

Návrh KO - optimalizace

Nastavení parametrů optimalizace výpočtu

Návrh KO - optimalizace 

Zobrazení výsledků optimalizačního výpočtu



Uložení výsledků do souboru

Návrh KO - optimalizace

Grafické znázornění výsledků – optimální hodnota (modře)

Pokročilé analýzy KO Optimalizační analýza 

hledání optimálních hodnot prvků C, R výstroje KO

Atest bezpečnosti 



Test bezpečného chování KO – reakce na šunt a havarijní stav Simulace vlivu poruch jednotlivých prvků výstroje KO – zkraty, přerušení, změny hodnoty

Citlivostní analýza 



Test citlivosti chování KO na změny hodnot prvků výstroje v tolerančních mezích Cíl: stabilní chování navrženého KO

Výpočet Atestu  

test bezpečného chování KO – reakce na šunt, havarijní stav Simulace vlivu poruch jednotlivých prvků výstroje – zkraty, přerušení, změna hodnot



Budoucnost: test současného vlivu více prvků → Worst case - současný vliv všech prvků



Problém: velké množství výpočtů



Standardní nastavení výpočtu: •

Aktuálně je to 50 až 100 výpočtů dle topologie

•

WC pro RKO Top2 ≈ 1,5mld. výpočtů!

Citlivostní analýza KO 

test dlouhodobé stability chování KO - volný stav

Okno nastavení parametrů CA

Citlivostní analýza KO  

test vlivu jednotlivých prvků výstroje test současného vlivu více prvků: 

Stykové transformátory – Impedance Zc



Kombinace pro C a R – napájecí a přijímací konec



Budoucnost: worst case → současný vliv všech prvků!



Problém: velké množství výpočtů



Standardní nastavení výpočtu: •

Aktuálně pro RKO Top2 - 715 výpočtů

•

WC pro RKO Top2 ≈ 244mil. výpočtů!

Citlivostní analýza KO

Zobrazení výsledků analýzy

Návrh regulačních tabulek KO 

různé délky KO v provozu



nutná optimalizace pro každou délku KO



SW automatizuje proces návrhu RT



vytvoření RT – včetně Atestu bezpečnosti a Citlivostní analýzy pro každou délku



možnost korekce výsledků uživatelem

Návrh regulačních tabulek

Nastavení parametrů výpočtu RT

Implementace návrhu RKO 

podpora pro návrh rozvětvených KO, včetně regulačních tabulek



podpora topologie až se 2 odbočnými větvemi (třemi přijímači) + volné větve



metoda návrhu s výběrem nejhoršího případu a možností omezujících kritérií



vytvoření podkladů pro regulační tabulky

TC Designer – Návrh RKO

Hlavní pracovní okno SW

Topologie RKO  aktuálně plně podporované:

Varianty výstroje odbočné větve: 1. 2. 3.

4.

Aktivní konec – stejné jako u přímé větve Volný konec – bez výstroje Pasivní konec 1 – bez přijímače, odvod trakčního proudu Pasivní konec 2 – bez přijímače, bez odvodu trakčního proudu

 aktuálně plně podporované: 1. a 2.

Topologie RKO

Model topologie RKO

Transformace modelu pro výpočty Volný stav: kontrola vybuzení všech přijímačů Šunt. Stav: posun Rš podél celého KV (i v odbočce) po 5m → výběr nejhoršího případu, stačí odpad 1 přijímače

Návrh RT pro RKO Návrh variant konfigurace topologie RKO • základní rastr - 25m • Obecná filosofie: 1. Umístění odboček: začátek, střed, konec 2. Délka odboček: dlouhá, střední, krátká Topologie 1 – 4 varianty Topologie 2 – složitější max. 7 variant, závisí na délce KO Topologie 1 Vzdál. odbočky od začátku KO

Délka odbočky

0m

shodná s délkou přímé větve

0m

25m

½ délky přímé větve

½ délky přímé větve

25m před koncem KO

25m

Výsledky návrhu RT

Výsledná regulační tabulka pro RKO Top 1 (v EXCELu) 

Problém automatického návrhu RT:



Případ: Co když to nevyjde podle představ?



Hledání příčiny – problém „hutnosti“ výsledků v RT



Nově podpora: uložení detailních výsledků

Detailní výsledky výpočtu RT pro RKO

Výsledky pro RKO Top 1 (v EXCELu)

Náročnost výpočtů 

složité operace s komplexními čísly, probíhající v cyklech: goniometrické, hyperbolické fce, maticové násobení, výběr max/min z pole hodnot…



použité PC – Intel Core2 duo E8500 3.17GHz 4GB RAM  standardní nastavení výpočtu RT:  Přímý KO: N = 108000 → t ≈ 40min.  RKO Top2: N ≈ 190000 → t ≈ 70min.  předchozí výsledky: bez atestu, citlivostní analýzy a ukládání detailních výsledků!!!  paměťová náročnost: min. 4 GB RAM! → doporučení: vícefázový návrh RT

Nově navržené KO s EFCP 

využití SW TC Designer v praxi - spolupráce s firmou Starmon, s.r.o.



především KO s přijímačem EFCP



již v provozu přes 600 ks těchto KO typ KO

aktuální RT

základní charakteristika

KO-3110

RT 3110, RT 3111, 3. vydání

dvoupásové KO 75 Hz s DT-075, smyčky 50 / 100 Ω dvoupásové KO 75 Hz s DT-075, smyčky 100 / 150 Ω

KO-3111 KO-3510

RT 3510, RT 3511, 4. vydání

dvoupásové KO 75 Hz s DT-0,2, smyčky 50 / 100 Ω dvoupásové KO 75 Hz s DT-0,2, smyčky 100 / 200 Ω

KO-3511 KO-3510x

RT 3510x, 2. vydání

dvoupásové KO 75 Hz s DT-0,2-1000-x, smyčky 75 / 75 Ω

KO-3710

RT 3710, 2. vydání

KO 75 Hz bez stykových transformátorů (jednopásové nebo částečně průtokové KO)

KO-4310/P

RT 4310, RT 4311, 2. vydání

dvoupásové přímé KO 275 Hz s DT-075, smyčky 50 /100 Ω

RT 4310/R, 2. vydání

dvoupásové rozvětvené KO 275 Hz s DT-0,75,smyčky 50 / 100 Ω

KO-4311/P KO-4310/R

Inovace KO s EFCP Důvody: 1) omezení SŽDC pro použití KO s EFCP → požadavek na vyšší limity odolnosti KO vůči ohrožujícím proudům

2) požadavek na co nejvyšší šuntovou citlivost KO (nasazení motorových vozů 840/841, trendy v Evropě)

Nově navržené KO 2-3x vyšší šuntová citlivost  vyšší odolnost proti rušivým proudům – splnění aktuálních norem Důvody: • nové přijímače - např. vyšší přídržný poměr • není třeba počítat s kolísáním napájecího napětí KO • možnosti lepší optimalizace návrhu KO 

Inovace KO s EFCP Výsledky: 

nové vydání RT 3110/3111 s odolností iTDS > 1,2 / 1,3 A při šuntu 0,1 Ω  zrušeno omezení SŽDC pro použití

KO 3110/3111 

návrh nového vydání RT 3510/3511 s odolností iTDS > 1,3 A při šuntu 0,1 Ω



návrh nového vydání RT 4310/4311/P/RKO s odolností ITDS-PE > 0,7 A / > 1 A při šuntu 0,2 Ω (šuntová citlivost KO bez ohrožujících vlivů > 0,3 Ω)

Inovace KO s EFCP Výsledky: 

navrženy RT 3710 (KO 75 Hz bez stykových transformátorů), RSC ≥ 0,2 Ω, iTDS > 1,4 A, OP úspěšně vyhodnocen a ukončen



navrženy RT M-4310/P/RKO (KO 275 Hz pro metro), RSC ≥ 0,2 Ω, iTDS > 1,0 A, připravuje se OP

Zkušenosti z OP KO-3710 

KO s délkou EKÚ < 850 m (většina PÚ PZS) vykazují šuntovou citlivost RSC ≥ 0,5 Ω (bez vlivu ohrožujícího

proudu) 

při dobrém izolačním stavu EKÚ (y < 0,5 S/km) bylo měřeno Uf > 2,0 Vef



částečně průtokový KO detekuje lom kolejnice



pro motorové vozy řady 840/841 jsou zřejmě vyhovující KO s šuntovou citlivostí RSC ≥ 0,2 Ω

Děkuji Vám za pozornost. Kontakt: [email protected]