Analizy

Zasilanie energią elektryczną obiektów trakcyjnych

Jednym z tematów panelowej dyskusji na VIII konferencji „Energetyka dla Kolei” – (w dniach 8-9 listopada 2018 r.) było zasilanie obiektów trakcyjnych w energie elektryczną. Dyskusji przewodniczył przedstawiciel PKP PLK do spraw Energetyki, zaś wśród panelistów przewagę mieli przedstawiciele firm przewozowych i może dlatego słuchacze odnosili wrażenie, że tylko system TN i jego odmiany występują na zasilaniu obiektów trakcyjnych.

Faktycznie od chwili wprowadzenia pięcioprzewodowych układów zasilania niskonapięciowych obwodów trójfazowych prądu przemiennego najpopularniejszym systemem, preferowanym również przez elektroenergetykę zawodową, są wszystkie odmiany systemu TN. Należy jednak zauważyć, że obecnie – póki co – w trakcji kolejowej, występują linie zelektryfikowane prądem stałym i linie niezelektryfikowane. Podział ten niesie za sobą istotne różnice pod względem elektrycznym. Torowiska niezelektryfikowane nie muszą spełniać wymagań normy [1] w przeciwieństwie do zelektryfikowanych, gdzie wymagana jest jednostkowa konduktancja przejścia szyny ziemia dla pojedynczego toru budowy otwartej nie większa niż 0,5S/km, co wg dawnej polskiej nomenklatury technicznej oznacza rezystancję szyny ziemia większą niż 2 Ω na km takiego toru. Tor zabudowany np. na przejazdach kolejowych powinien spełniać wg [1] wymaganie nie większej jednostkowej konduktancji niż 2,5S/km. Obiekty kolejowe znajdujące się na obu typach linii muszą być zasilane przez energetykę (zawodową lub kolejową). Energia ta pozwala na realizację bezpiecznego ruchu pociągów jaki i zapewnienia komfortu oraz bezpieczeństwa pasażerów, a także i pracowników na kolei. Należy zwrócić uwagę, na różnorodność tych obiektów ich przeznaczenia i zainstalowanych mocy. Norma dotycząca bezpieczeństwa elektrycznego [2] na kolei w części poświęconej systemom trakcyjnym DC zaleca separowanie sieci kolejowej prądu przemiennego od publicznego systemu zasilania (energetyki zawodowej) przez transformator z oddzielnymi uzwojeniami i stosowanie systemu TN. Na zelektryfikowanej trakcji rozróżnia się strefy sieci górnej i pantografu, wewnątrz których jest prawdopodobny kontakt z uszkodzonym przewodem sieci górnej lub pantografem będącymi pod napięciem trakcyjnym [2]. Obiekty trakcyjne zasilane prądem przemiennym mogą znajdować się w różnych strefach prawdopodobieństwa kontaktu z elementami trakcyjnymi. Środki ochrony przed porażeniem (dotknięciem dostępnych części czynnych – przewodów lub przewodzących elementów – które mogą znajdować się pod napięciem w normalnych warunkach pracy) przy zasilaniu obiektów są zależne od położenia tych obiektów względem stref sieci górnej i pantografu oraz występowania izolacji pomiędzy ziemią a szynami torowiska. W normie [2] umownie przyjmuje się, że szyny jezdne i części z nimi metalicznie połączone nie są częściami czynnymi pomimo, że są dostępnymi częściami przewodzącymi bo są elementami sieci powrotnej dla prądów trakcyjnych. Jednak w czasie normalnej pracy instalacji elektrycznych prądu przemiennego w obiektach trakcyjnych nie znajdują się one pod napięciem tych instalacji, ale w efekcie ich uszkodzenia napięcie to może na szynach jezdnych wystąpić. Norma [2] dopuszcza stosowanie zasilania z systemu IT zwłaszcza w przypadkach, gdy ciągłość zasilania jest ze względów bezpieczeństwa najistotniejsza, przykładem są elementy srk. Zastosowanie tego systemu zasilania takich małych obiektów staje się koniecznością na obecnie modernizowanych zelektryfikowanych liniach kolejowych, ponieważ interoperacyjność w obszarze infrastruktura przyczyniła się do pojawiania się jednostkowych konduktancji przejścia szyna ziemia na torach kolejowych na poziomie 0,3 – 0,2 S/km tworząc tym samym „ziemię szyn” różną od ziemi otoczenia torowiska, a tym samym i ziemi dalekiej [3, 4].

Józef Dąbrowski
Instytut Elektrotechniki