Short-term contact losses between a pantograph and a contact wire are not included in the standards nor are they taken into account in evaluating pantograph-contact wire interaction. These contact losses, however, accelerate wear and tear as well as disturb operation of vehicles’ drive systems. The article presents the effects of short-term contact breaks as well as an analysis of impact of contact breakages on a vehicle’s current at 3 kV DC power supply. Results of voltage and current oscillations measured in real conditions when pantograph of a DC driven chopper vehicle was running under isolators were presented. Then a simulation model of a vehicles with ac motors and voltage inverters was derived to undertake simulation experiments verifying operation of such a vehicle in condition similar to those measured in real condition.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Due to energy saving policy in the European Union and development of power electronics technology, one might expect an increase in the use of solutions, such as inverters in the substations of the 3 kV DC power supply system. The paper includes a study case of the analysis of traffic conditions on the use of inverters in 3 kV DC system traction substations so as to send back trains’ braking energy from a DC traction power supply to an AC power supply network. The authors presented possible estimated energy savings for a selected railway line. Furthermore, the character of a power waveform and energy available for transferring from a DC to an AC power supply network was discussed as well. The effectiveness of this solution largely depends on the nature of train traffic, so prior to applying the inverters, a detailed analysis is required.
PL
Polityka oszczędności energii prowadzona w krajach UE oraz rozwój technologii w energoelektronice zwiększa możliwości stosowania rozwiązań, takich jak falowniki w podstacjach systemu 3 kV DC. W artykule przedstawiono studium przypadku analizy wpływu warunków ruchu na zastosowania falownika w podstacji trakcyjnej 3 kV DC w celu zwrotu energii hamowania odzyskowego pociągów do zasilającej sieci elektroenergetycznej. Pokazano szacunkowo możliwe do uzyskania oszczędności energii dla wybranej linii kolejowej. Omówiono charakter przebiegu mocy oraz wartość energii możliwą do przesłania przez falownik do sieci zasilającej. Efektywność stosowanych rozwiązań i celowość stosowania falownika silnie zależy od charakteru prowadzonego ruchu, dlatego istotne jest przed jego zastosowaniem przeprowadzenie szczegółowych analiz.
Nieorientowane blachy krzemowe są podstawowym materiałem do produkcji elementów maszyn i urządzeń elektrotechnicznych, takich jak silniki. Sprawność silnika jest zależna od jakości użytego materiału oraz od jakości wykonania elementów składających się na wirnik i stojan. Pakiety tworzące wirnik zbudowane są z wykrojek otrzymywanych w procesie wykrawania. O dokładności wykrawania decydują parametry procesu oraz własności blachy. W pracy poddano badaniom cztery blachy elektrotechniczne M600-50A dostarczone od różnych producentów. Otrzymany materiał poddano badaniom metalograficznym i mechanicznym, w tym określono wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie i twardość. Otrzymane wyniki poddano ocenie statystycznej.
EN
Non-oriented silicon blanks (electrotechnical steel blanks) are the basic material for the production of machinery and electrical equipment, such as electrical engines. The efficiency of this kind of motor depends on the quality of the material used and the quality of the elements for the rotor and stator. Blanks gathered in form of a stack creating the rotor are made from stampings obtained by the punching. The accuracy of punching determine the process parameters and properties of sheet. In this article four electrical sheets M600-50A supplied by different manufacturers were analyzed. The material obtained was subjected to metallographic examination and mechanical tests including the tensile strength, elongation and hardness. Finally, the results were evaluated statistically.
W artykule przedstawione zostały zagadnienia związane z modernizacją i budową nowych sieci tramwajowych. Nowe materiały i podzespoły konstrukcyjne pozwalają na poprawę funkcjonowania sieci. Opisane zostały parametry wymiarowe i obciążeniowe podstawowej struktury sieci. Przedstawiono również nowe rozwiązania dotyczące konstrukcji urządzeń naprężających.
EN
The paper presents problems of modernization and construction of new tram overhead catenary. Implementation of modern materials and equipment allows improvements of catenary exploitation. Construction s/ze and load parameters of basie structure ofoverhead catenary are described. New solutions of tensioning eąuipment are as well presented.
Elektryczne układy napędowe w systemach transportu są dobrze znane jako środki przyjazne środowisku. Przeważnie do zasilania napędów stosowane są ze względu na ich zalety sieci trakcyjne, co wymaga dedykowanego systemu zasilania trakcji. System ten obejmuje: systemy zasilania sieci jezdnej, sieci powrotnej i źródeł energii (podstacje trakcyjne). Pojazdy trakcyjne są ruchome, a połączone do obwodu w punktach styku: sieć trakcyjna z odbierakiem prądu i koła do szyn: punkt styku z siecią powrotną. Kolejowa i tramwajowa trakcja elektryczna mają górne zasilanie wykonane jako wieloprzewodowe linie napowietrzne, a sieć powrotna obejmuje szyn toru. W zelektryfikowanych systemach transportu kolejowego, sieci trakcyjne są wrażliwe, podatne na awarie i działają bez możliwości rezerwowego dostarczania energii elektrycznej ze źródła zasilania trakcji elektrycznej (podstacji trakcyjnej) do pojazdu trakcyjnego (ruchomego pociągu). Ze względu na brak możliwości rezerwowania, wymagania eksploatacyjne nałożone na sieci trakcyjne są niezwykle wysokie, tj.:- ciągłe i niezawodne dostawy energii dla elektrycznych pojazdów w okresie eksploatacji przez kilka dziesięcioleci,- właściwa współpraca z odbierakami prądu (pantografami), które wraz z pojazdem stanowią ruchome połączenia elektryczne,- minimalizacja zużycia przewodów oraz nakładek stykowych pantografów podczas obecności zjawisk elektrycznych i mechanicznych, które wpływają na jakość prądu w punkcie styku przewodu jezdnego z pantografem ruchomego pojazdu,- wytrzymałość na zmienne temperatury i zjawiska atmosferyczne, również w ekstremalnych warunkach (temperatura, opady, wiatr, lód, mróz). Przedstawiono koncepcje rozwiązań technicznych, które mogłyby przyczynić się do ochrony sieci trakcyjnej przed lodem i szronem gromadzącym się na przewodach sieci trakcyjnej, zanim w pełni ją pokryją i uniemożliwią bieżącą eksploatację pojazdów trakcyjnych. Proponowane rozwiązania są technicznie skuteczne w stosunku do wcześniej stosowanych rozwiązań: umożliwiają monitorowanie on-line sieci trakcyjnej w zmiennych warunkach pogodowych, bez zakłócania bieżącego rozkładu jazdy pociągów, ich ruchu i zapewnią oszczędzanie energii.
W celu oszczędzania energii w pojazdach – samochodach, trolejbusach, tramwajach, metrze – stosowane są coraz powszechniej zasobniki wykonywane z akumulatorów litowych, superkondensatorów. Są one montowane również stacjonarnie w podstacjach trakcyjnych. Przy zasilaniu trakcji kolejowej wyznaczenie oszczędności energii jest trudne. Ocenę stosowania zasobnika należy oprzeć na wyznaczaniu ilości oszczędzonej energii; trzeba dobrać parametry koniecznego zasobnika w danej podstacji trakcyjnej. Artykuł przedstawia metodę obliczeń oszczędności energii elektrycznej po zastosowaniu zasobnika z superkondensatorem lub akumulatorem chemicznym w kolejowej podstacji trakcyjnej systemu 3 kV DC. Wykorzystane są charakterystyki pojazdów trakcyjnych, charakterystyki układu zasilania i rozkłady jazdy. Wymagane są obliczenia dla układu zasilania,, chwilowego położenia i stanu wszystkich pojazdów w obszarze zasilania. Potrzebne jest również uwzględnienie wzajemnego oddziaływania pojazdów między sobą i ich współpracy z układem zasilania. Przeprowadzona została analiza efektów energetycznych dla linii jednotorowej dla zasobnika z superkondensatorem i akumulatorem litowym.
W artykule przedstawione zostało zagadnienie koordynacji zabezpieczenia przed napięciem rażeniowym w halach obsługi taboru zelektryfikowanego. Opisana jest analiza wielkości napięć rażeniowych w warunkach roboczych i różnych warunkach awaryjnych. W analizie wykorzystano model układu powrotnego wielotorowego, który pozwala na wyznaczenie maksymalnych, możliwych do wystąpienia, napięć. Przedstawiony jest również sposób zapewnienia ochrony dla urządzeń i konstrukcji wymagających uziemienia lub uszynienia przy zachowaniu izolacji szyn od uziemienia.
EN
Problems of electric shock-protection coordination in depots and workshops of electric traction vehicles are presented in the paper. Results of analysis of electric shock voltage under normal and different fault conditions of operation are described. An multi-track model of a return network was applied in the analysis, which al-lowed to assess values of maximum voltages which could appear during fault conditions. There is presented a study-case of a protection system for devices and installation requiring earthing or bonding with assuring isolation of rails from an earth.
Przerwy stykowe między pantografem i siecią trakcyjną przy przepływie prądu wywołują uszkodzenia powierzchni przewodu i nakładki stykowej. Przyspieszają one zużycie eksploatacyjne. W artykule przedstawione zostały efekty przerw stykowych, jak również przyczyny ich powstawania na skrzyżowaniu sieci. Zaprezentowano również rozwiązania konstrukcji skrzyżowania sieci trakcyjnej górnej. Przeprowadzona została analiza funkcjonowania skrzyżowania we współpracy z odbierakiem.
EN
Breaks of contact between pantograph and catenary during current flow cause damages of surfaces of contact were and pantograph's contact strip. So exploitation worn-out of both is inereased. There are presented in the paper causes and effects of breaks in contact at catenary crossing. Solutions of catenary crossing construction are shown. An undertaken analysis of catenary crossing co-operation with a pantograph is presented.
In order to save energy used by electric urban transport, the special energy storage devices – ESDs (as batteries or ultracapacitances), which reuse recuperation energy of vehicles, are increasingly applied these days are. They are commonly installed on-board of rolling stock. In network electric traction, the energy ESDs may be installed in a low voltage (up to 1.5 kV DC) power supply system (typically in traction substations or connected to catenary). The decision about installation of these devices is to be undertaken upon completing a technical and economic assessment of the proposed solution. The vital aspect of the issue is an amount of energy which may be saved, which is a function of type of route, traffic, rolling stock, place and energy capacity of the proposed energy storage device. Due to high power of vehicles as well as high technical demands (efficiency, protection against overvoltage, etc.) imposed on the ESD connected to a 3 kV DC network, the ESD has yet to find practical applications. But increasing emphasis on energy saving in transport and technological growth will create opportunity for developing a technically effective design of the ESD. The paper presents the method for calculating effectiveness of an energy storage device installed in a 3 kV DC traction substation. A study case consisting in effectiveness analysis of application of energy storage devices of two types: a battery and ultracapacitance in a 3 kV DC traction substation supplying a one-track mountain railway line. A set of traffic types and parameters of power supply have been taken into consideration. As a result of analysis, a year energy saving obtained due to different energy capacity of installed energy storage device has been presented. Trends in technology development are positive – due to increase of power and parameters and decrease of cost of basic elements – ultracapacitances and power electronic devices (IGBT). Increase of energy costs as well as law imposing greater CO2 reduction will give another impulse for this kind of investment. Therefore, installation of ESDs in 3 kV DC railway traction may be soon justified.
W artykule przedstawiono zagadnienia dotyczące zużycia energii przez transport zelektryfikowany. Omówiono wpływ różnych czynników decydujących o efektywności energetycznej transportu. Podkreślono rozwiązania techniczne stosowane w celu zmniejszenia zużycia energii transporcie poprzez zmniejszenie strat przesyłowych i przetwarzania, a w szczególności zwiększające wykorzystanie energii hamowania odzyskowego. Główny nacisk położony został na tematykę zastosowania falowników w podstacjach trakcyjnych w celu przesyłu nadwyżkowej energii hamowania odzyskowego do sieci prądu przemiennego. Omówiono uwarunkowania tego rozwiązania, przedstawiono wyniki przeprowadzonych w studium przypadku analiz oraz zasygnalizowano problemy, z jakimi mogą spotkać się operatorzy systemów transportu elektrycznego przy wdrażaniu tego typu rozwiązania.
EN
The article presents the issues concerning the energy consumption of electrified transport. The influence of different factors that determine the energy efficiency of transport is discussed. It is highlighted the technical solutions used to reduce transport energy consumption by reducing the transmission and processing losses, and in particular the increasing use of regenerative braking energy. The main emphasis was put on the subject of using the inverters in traction substations to transfer the surplus regenerative braking energy to the AC network. It is discusses the conditions of this solution. The results of the carried out analyzes in the case study are presented and the problems that the operators of the electric transport system may face during implementing this type of solution are signaled.
Wprowadzenie na liniach zelektryfikowanego transportu, do eksploatacji taboru z możliwością zwrotu energii hamowania do sieci zasilającej pozwala na uzyskanie znacznego zmniejszenia zużycia energii. Ze względu na zwiększenie napięcia na odbieraku hamującego pojazdu nawet o 10% powyżej napięcia w sieci w porównaniu z taborem bez rekuperacji, powoduje powstanie nowych, wcześniej niespotykanych problemów wymagających rozpatrzenia już na etapie projektowania. Należy do nich m. in. wystąpienie zwiększonych potencjałów szyn jezdnych, co zwiększa zagrożenie od prądów błądzących, ale przede wszystkim wystąpienia napięć rażeniowych przekraczających dopuszczalne wartości. Zmniejszenie takich napięć wymagać będzie poprawy stanu sieci powrotnej np. poprzez stosowanie szyn o zwiększonym przekroju, dodatkowego kabla zmniejszającego spadki napięcia w szynach lub specjalnych systemów ochrony obniżenia napięć w warunkach awaryjnych (uszynienie grupowe, uszynienie indywidualne).
EN
Introduction into operation, on electrified transport lines, of a rolling stock with possible power return to a supply network allows for attaining considerable decrease in energy consumption. On the other hand, voltage increase on a collector of a braking vehicle of up to 10% above the voltage level in a network utilising a rolling stock with no recuperation, gives rise to unprecedented problems requiring attention already at a design stage. These include, among other things, occurrence of increased potentials of running rails, which enhances danger from stray currents, but most of all, occurrence of effective touch voltage exceeding the admissible values. Decreasing such voltage will require improvement of the state of the return circuit, for instance, by means of the rails with increased cross-sections, an additional cable reducing voltage drops in rails or special emergency conditions voltage lowering protection systems (group bonding, individual bonding).
W referacie przedstawiono analizę uwarunkowań stosowania falowników w podstacjach trakcyjnych systemu 3 kV DC, w celu zwrotu energii z sieci DC do sieci zasilającej AC a generowanej w procesie hamowania pociągów. Wykazano, poprzez przedstawienie wyników przeprowadzonych symulacji, wpływ zmian w rozkładzie jazdy, a w szczególności gęstości ruchu i czasów przejazdu na poziom wykorzystania energii hamowania odzyskowego. Nawet przy tym samym średnim natężeniu ruchu przy zmianie synchronizacji strumieni ruchu pociągów wystąpiły istotne zmiany efektywności stosowania falowników w podstacjach. Rozwój technologii urządzeń energoelektronicznych oraz wymogi oszczędności zużycia energii będą powodować, że z rozwiązanie z zastosowanie zwrotu energii z systemu trakcji kolejowej 3 kV DC do sieci zasilającej AC staje się coraz bardziej obiecujące. Należy jednak podkreślić, co zaprezentowano w referacie, że efektywność tego rozwiązania silnie zależy od profilu trasy i specyfiki ruchu na linii.
EN
The paper presents an analysis of conditions for the use of inverters in 3 kV DC system traction substations so as to return trains’ braking energy from a DC network to an AC supply network. The level of possible energy effects (savings) was presented for a set timetable. Through the presented results of conducted simulation, one demonstrated the influence of changes in a timetable, traffic density and travel time in particular, on the level of the use of regenerative braking energy. Even at the same, medium traffic density, the change of synchronisation of train traffic flow significantly influenced the effectiveness of application of the inverters in substations. Development of power electronics technology as well as requirements for reducing energy consumption will result in the solution of energy return from a 3 kV DC railway traction system to an AC supply network becoming a more promising one. As stated in the paper, it must however be emphasised that the effectiveness of this solution largely depends on a route profile as well as on the character of traffic on a line.
Zasobniki wykonywane z superkondensatorów są coraz powszechniej stosowane w celu oszczędzania energii w pojazdach jak samochody, trolejbusy, tramwaje, metro. Zasobniki są montowane również stacjonarnie w podstacjach trakcyjnych. Wyznaczanie oszczędności energii po zastosowaniu zasobnika jest prostsze gdy zasobnik znajdzie się w pojeździe. W przypadku zasilania trakcji kolejowej wyznaczenie oszczędności energii jest trudniejsze. Aby ocenić sens stosowania zasobnika należy wyznaczyć ilość oszczędzonej energii i parametry koniecznego zasobnika, w danej podstacji trakcyjnej. W artykule przedstawiona została metoda obliczeń oszczędności energii elektrycznej po zastosowaniu zasobnika w kolejowej podstacji trakcyjnej systemu 3 kV DC. Metoda opiera się na wykorzystaniu charakterystyk pojazdów trakcyjnych, charakterystyk układu zasilania i rozkładów jazdy. Analiza wymaga obliczeń dla rozbudowanego układu zasilania,, chwilowego położenia i stanu wszystkich pojazdów w obszarze zasilania. Wymagane jest również uwzględnienie wzajemnego oddziaływania pojazdów między sobą i ich współpracy z układem zasilania. Przedstawione zostały wyniki obliczeń dla przykładowej podstacji trakcyjnej przy różnym rozkładach jazdy dla różnych pociągów.
EN
Supercapacitors energy storage devices are more and more frequently applied to save energy like cars, trolley busses, tramways and subway cars. Energy accumulators are also installed as stationary ones in traction substations. Calculating energy savings connected with accumulator application is simpler in case of accumulator installed in vehicle. In case of railway power supply such calculation is more complex. To asses validity of use of energy accumulator one should calculate amount of energy saved and accumulator parameters in given traction substation. A method of calculation of energy savings after installing of energy accumulator in railway dc traction substation is presented in the paper. The method is based on use of traction vehicles characteristics, powers supply system characteristics and running timetables. The analysis demands calculations for expanded power supply system, momentary location and status of every vehicle in power supply area. Reciprocal interaction among vehicles and their collaboration with power supply system should be taken into account too. Results of calculation of exemplary traction substation for different running timetables and different type of train are presented.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawione zostało nowe rozwiązanie konstrukcji skrzyżowania sieci trakcyjnej górnej. Skrzyżowanie wydłużone porównane zostało z rozwiązaniem klasycznym. Przeprowadzona została analiza funkcjonowania skrzyżowania we współpracy z odbierakiem. Przeprowadzone symulacje wykazały na możliwości współpracy nowego skrzyżowania z większą prędkością niż skrzyżowania klasycznego.
EN
In this paper a new type of tramway overhead catenary contact line crossing with extended guidance area has been proposed. The new type of crossing has been described and simulated in comparison to conventional solution. The comparison includes description of pantographcontact wire cooperation mathematical models as well as basic construction analysis.
Właściwe zaprojektowanie i rozprowadzenie instalacji elektrycznej po taborze szynowym jest kluczowe dla stabilnego funkcjonowania instalacji elektrycznej pojazdu, a w późniejszym okresie eliminuje wiele problemów eksploatacyjnych. Artykuł omawia w szczególności okablowanie elektrycznych zespołów trakcyjnych jako najbardziej zaawansowaną i rozległą strukturę pojazdu szynowego. Inne pojazdy trakcyjne (zespoły spalinowe, wagony) są prostsze pod względem elektrycznym, bądź bardziej zwarte (lokomotywy).
Obsługa elektrycznego taboru kolejowego i tramwajowego prowadzona jest w halach. Nowoczesny tabor elektryczny, szczególnie pasażerski oraz tabor modernizowany, ma na dachu oprócz odbieraków zamontowanych wiele nowych urządzeń. Urządzenia te, podobnie jak odbieraki, wymagają również obsługi. Wiele hal obsługowych w Polsce wymaga aktualnie remontów lub modernizacji. Dla części z nich celowe jest wprowadzenie sieci trakcyjnych przestawnych. Praca obsługi na dachu taboru bez obecności sieci trakcyjnej jest łatwiejsza. Większe jest bezpieczeństwo obsługi. Możliwe jest zastosowanie sieci trakcyjnej również w halach z suwnicą nad torami.
Tramwaje elektryczne od ponad stu lat zasilane są najczęściej poprzez ciągłą górną sieć trakcyjną. Sieć powrotną stanowią szyny jezdne. Rozwiązanie to jest opanowane technicznie i zapewnia wystarczające parametry energii elektrycznej do prowadzenia ruchu taboru w różnych warunkach pogodowych. Tramwaj, trolejbus, jako ekologiczny środek transportu o dużej zdolności przewozowej jest promowany. Jednocześnie obecność przewodów jezdnych nad ulicami w obszarach zurbanizowanych jest kłopotliwa. Pogarsza ona architekturę ulic. Problemem jest również zawieszanie sieci trakcyjnej. Właściciele budynków przyległych do linii tramwajowych starają się o usunięcie mocowań konstrukcji podwieszeń poprzecznych ze ścian. Ograniczenie przestrzeni miejskiej utrudnia stawianie słupów. Przy intensywnym ruchu pieszym i kołowym występują większe zagrożenia od upadku sieci. W efekcie wiele miast w Europie zrezygnowało ze swoich linii tramwajowych, bądź powstrzymuje się z ich rozwojem.
Kryteria jakości energii elektrycznej w odniesieniu do systemu zasilania prądu stałego dotyczą obwodów, od prostowników zainstalowanych w podstacjach trakcyjnych aż do odbieraka prądu pojazdu. Prawo energetyczne i przepisy wykonawcze jednoznacznie stwierdzają, że zelektryfikowany system transportu jako odbiorca energii ma spełniać warunki poboru energii określone w umowie, co narzuca określone wymagania wobec Zakładów Elektroenergetyki Kolejowej.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zwiększenie prędkości jazdy pociągów elektrycznych i wzrost pobieranego prądu z sieci trakcyjnej wymaga modyfikacji sieci i pantografów. W artykule przedstawione są stosowane dotychczas metody modyfikacji. Nowym rozwiązaniem może być wprowadzenie elastycznych nakładek stykowych. Przedstawione zostały wyniki analizy i badań proponowanej nowej konstrukcji nakładki.
EN
Increasing velocity of electric trains together with increasing of current collected from traction catenary require modification of catenary system and pantographs as well. Methods of modification applied so far are presented in the article. The new solution appears to be introducing flexible contact strips. Some results of analysis and research studies of suggested new contact strip construction are presented.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
A 3 kV DC supply system, used on railways in Poland, since 1936, has power delivery capacity that allows reaching by trains a maximum speed of 250 km/h. Currently, the maximum trains service speed on Polish railway is 160 km/h, although speed record reached in 1994 was 250,1km.Therefore, it is worth modernising the system to increase power demand of trains with speeds 200-220 km/h, which will start service in year 2014. It requires application of proper methods to find compromise between the required effectiveness and the cost of the investments. The paper presents a system approach for analysis and synthesis of the 3 kV DC supply system used in a process of feasibility studies including a concept and a preliminary design.
PL
Stosowany na kolei w Polsce od 1936 r. system zasilania 3 kV DC pozwala na zasilanie pociągów osiągających maksymalne prędkości 250 km/h. Obecnie maksymalna prędkość pociągów na kolei w Polsce nie przekracza 160 km/h, aczkolwiek rekord prędkości osiągnięty w Polsce w 1994 r. wyniósł 250,1 km/h. Dlatego istotne jest, aby przeprowadzić modernizację zasilania trakcyjnego dla zapewnienia wymaganej energii dla pociągów o prędkościach 200-220 km/h, które pojawią się w 2014 r. Wymaga to zastosowania odpowiednich metod, aby uzyskać kompromis pomiędzy wymaganą efektywnością zasilania a kosztem inwestycji. W artykule przedstawione jest systemowe podejście do zagadnień analizy i syntezy stosowanych w procesie projektowania trakcyjnego układu zasilania, 3 kV DC w projektach koncepcyjnych i wstępnych dla celów studiów wykonalności.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.