Vliv konverze trakční soustavy na 25 kV/50 Hz na nasazování ETCS

Národní implementační plán konverze trakčního napájecího systému železnic v ČR z 3 kV DC na 25 kV AC

V termínu 07/2020 byl zpracován návrh tohoto NIP „konverze“.  V současné době zajišťuje Správa železnic jeho projednání zejména s ohledem na připravenost dopravců. Po projednání připomínek bude jeho návrh předložen Centrální komisi MD ČR. 

Dokument vychází ze studie „Koncepce přechodu na jednotnou napájecí soustavu ve vazbě na priority programového období 2014–20 a naplnění požadavků TSI ENE“. Tento dokument Centrální komise Ministerstva dopravy schválila na svém jednání dne 20. 12. 2016. Tímto krokem byl rovněž schválen dlouhodobý cíl, kterým je sjednocení trakčních napájecích soustav v České republice.

Obecné cíle projektu „konverze“

Jedná se o zajištění energetických úspor v dopravě v návaznosti na vládní usnesení číslo 362/2015 a naplňování požadavků směrnice Evropské komise o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému energie železničního systému (dále TSI ENE) a příslušných norem. 

Rovněž zajištění kvalitního napájení na ucelených úsecích a vozebních ramenech pro vozidla s vyššími výkony (až 6,4 MW, a to i dvojmo na vlaku), resp. vlaky o délce až 740 m a hmotnosti přesahující 2100 t, a zefektivnění vozby vlaků lepším využitím trakčních vlastností moderních kolejových vozidel. Snížení energetických ztrát napájecího systému, a to jak vlastních ztrát v trakčním vedení (změna napětí ze 3 kV na 25 kV snižuje ztráty ve vedení při stejném průřezu vodičů na pouhé 1,4 %) při odběru i zpětné dodávce (rekuperací) energie.

Systém 3 kV byl dimenzován pro lokomotivy o výkonu 2 MW, nyní je s ohledem na vyšší rychlost vlaků osobní i nákladní přepravy standardem výkon 6 MW. Přitom ztráty ve vedení rostou úměrně druhé mocnině výkonu. V současnosti využívají nákladní vlaky rychlost 100 km/h a vlaky osobní přepravy rychlost 160 km/h s trendem zvýšení na 200 km/h. 

Dojde ke zvýšení kapacity dopravní cesty tak, aby pevná trakční zařízení neomezovala sled jízdy vlaků daný stále dokonalejší zabezpečovací technikou. Bude následovat sjednocení parku vozidel u dopravců (místo střídavých, stejnosměrných a dvousystémových do budoucna jen vozidla střídavá, i když v poměrně dlouhém horizontu). S obměnou parku hnacích vozidel je spojeno vybavování tratí i vozidel jednotným evropským vlakovým zabezpečovačem ETCS a je připravován výhradní provoz všech vlaků pod dohledem ETCS, který umožňuje rozdělení současných prostorových oddílů na kratší, tedy jízdu vlaků v těsnějším sledu. Následně bude umožněna ekonomicky efektivní elektrizace dalších tratí, zejména na průmyslově rozvinutém severu ČR. 

Národní implementační plán nasazení ERTMS

V roce 2017 byl přijat Národní implementační plán nasazení ERTMS (NIP ERTMS). Tento dokument je zároveň vnitrostátním prováděcím plánem technické specifikace interoperability subsystémů „Řízení a zabezpečení“ ve smyslu čl. 7.4.4 přílohy Nařízení Komise (EU) 2016/919 ze dne 27.května o technické specifikaci pro interoperabilitu, týkající se subsystémů „Řízení a zabezpečení“ železničního systému v Evropské unii. Dokument schválilo MD ČR. Přijetí NIP ERTMS bylo mimo jiné motivováno snahou připravit legislativní rámec pro čerpání peněz z evropských fondů na modernizaci naší železniční infrastruktury. Při projektování a nasazení ETCS jsou průběžně zohledněny výsledky z realizace nasazení ETCS v úseku Kolín–Břeclav a na dalších realizovaných úsecích. Implementace ERTMS vyžaduje důkladnou předprojektovou přípravu. Mimo obecné části má dokument dvě zásadní části GSM-R a ETCS.

Národní implementační plán nasazení GSM-R

Systém GSM-R není mimo kabelového propojení bezprostředně závislý na modernizaci železniční infrastruktury. Jeho implementace je možná v těchto fázích:

- před modernizací trati

- během modernizace trati

- po modernizaci trati

Podobný postup pro realizaci platí i z hlediska konverze. Pro kabelová propojení jsou použity optické kabely. Nasazení GSM-R nemá mimo koordinace zásadní vazbu na „konverzi“.

Národní implementační plán nasazení ETCS

Zcela jiná situace je u ETCS. Česká republika zvolila k implementaci systém ETCS level 2. Je to správné rozhodnutí, protože tento sytém má vyšší provozní možnosti. Podmínkou jeho nasazení je datový kanál GSM-R. Ten je u všech tratí uvažovaných podle NIP ERTMS pro nasazení ETCS již realizován, případně jeho realizace časově předchází.

Mnohem složitější je situace ve vazbě na ostatní železniční infrastrukturu. V podstatě je nutné vyřešit minimálně dva okruhy problémů:

Stav provozovaného zabezpečovacího zařízení

Kolejové řešení dopraven na tratích s ETCS

Ne každé zabezpečovací zařízení je vhodné pro nasazení ETCS level 2. Ve stanici by to mělo být zabezpečovací 3. kategorie s počítačovým rozhraním a na trati soustředěný automatický blok.

Výhradní provoz ETCS bez národního systému LS třídy B

NIP ERTMS uvažuje s těmito termíny:

Prvními úseky s výlučným provozem vlaků pod dohledem systému ETCS budou od 1.ledna 2025:

1. Děčín – Praha – Česká Třebová – Brno – Břeclav

2. Břeclav–Bohumín

3. Česká Třebová – Přerov

Na základě několika nehod, které se udály v roce 2020 vydalo MD ČR dokument: „Plán implementace ETCS v České republice“. Ten řeší cílový stav nasazení včetně předpokládaných termínů realizace.

Porovnání jednotlivých tratí z pohledu NIP ETSC a NIP konverze

Tratě, kde je ETCS v provozu nebo v realizaci a předchází konverzi:

Česká Třebová – Kolín

Svitavy – uzel Česká Třebová včetně

Petrovice u Karviné státní hranice – Dětmarovice – Bohumín 

Bohumín – Uzel Ostrava (včetně)

Uzel Ostrava (mimo) – Prosenice 

Prosenice – Přerov – Nedakonice

Tratě, kde nasazení ETCS bude podle navržených HMG předcházet konverzi:

Praha – Kralupy nad Vlt. – Lovosice 

Lovosice – Ústí n. L. – Děčín Prostřední Žleb

Lysá nad Labem – Praha Vysočany

Kolín – uzel Praha(mimo)

Benešov u Prahy – Praha Uhříněves

Uzel Praha 

Prosenice – Česká Třebová (mimo) 

Mosty u Jablunkova státní hranice – Chotěbuz – Dětmarovice 

Tratě vhodné k nasazení ETCS a konverze ve vzájemné časové koordinaci:

Ústí nad Labem – Chomutov – Cheb (pouze do km 138,9) 

Ústí nad Labem – Úpořiny –Bílina

Oldřichov u Duchcova – Louka u Litvínova – Most 

Zdice (mimo) – Beroun – uzel Praha (mimo) 

Kutná Hora – Kolín – Všetaty – Ústí n. L. – Děčín – hr. SRN 

Poříčany – Nymburk

Choceň – Velký Osek 

Pardubice – Hradec Králové hl. n. – Jaroměř

Lichkov st. hranice ČR/Polsko – Ústí nad Orlicí

Horní Lideč státní hranice – Hranice na Moravě (mimo) 

S ohledem na postup konverze na Slovensku, bude v úseku Horní Lideč státní hranice – Vsetín konverze předcházet nasazení ETCS.

Podmínky pro nasazení ETCS ve vztahu ke konverzi

Systém ETCS je bezprostředně závislý na modernizaci železniční infrastruktury. Jeho implementace je možná v těchto fázích:

- před realizací konverze na trati

- současně s realizací konverze trakční soustavy na trati

- po realizaci konverze trakční soustavy na trati

Závěr: podle stávajícího stupně poznání je nejvýhodnější obě akce úzce koordinovat a realizovat je téměř současně.

Návrh možných variant z hlediska konverze na 25 kV/AC a nasazení ETCS

Trať Kolín – Všetaty – Ústí n. L. – Děčín – hr. SRN. Tento návrh postupu nasazení obou systémů byl zpracován v rámci aktualizace studie proveditelnosti této trati a byly zpracovány následující varianty postupu.

Varianta konverze 2033 ETCS 2030    

Varianta konverze 2030 ETCS 2030 

Pro postup realizace byly vzaty do úvahy možné termíny:

2030: nasazení ETCS – v souladu s NIP ERTMS

2033: aktivace konverze na 25 kV/AC – současně s dokončením všech modernizačních staveb

2030: aktivace konverze na 25 kV/AC –  podle návrhu NIP  konverze na 25 kV/ AC 

Postup je navržen tak, že konverze na 25 kV/AC a nasazení ETCS jdou v jednotlivých úsecích téměř současně a postupuje se od Děčína směrem ke Kolínu. Tím se ušetří případné vícenáklady na úpravy sdělovacího a zabezpečovacího zařízení.

Z navrženého postupu je zřejmé, že v rámci jednotlivých modernizačních staveb dochází při přípravě nasazení ETCS současně k postupnému vypínání kódu národního VZ. V případě aktivace konverze na 25 kV/AC na celém rameni současně s dokončením všech modernizačních staveb v roce 2033 nevznikají žádné vícenáklady na ostatních zařízeních. 

Rozdílná je situace u ETCS, kde ve všech případech dochází v roce 2030 v úseku Dřísy (mimo) – Všetaty vč. – Mělník a v úseku Velký Osek vč. – Libice vč.  k nasazení na stávající infrastrukturu. Pokud by byl v NIP konverze na 25 kV/AC schválen termín 2030 dojde v úseku Dřísy (mimo) – Všetaty vč. – Mělník a v úseku Velký Osek vč. – Libice vč.  k nasazení na stávající infrastrukturu.

Závěr

Výše uvedené a navrhované časové plány a postupy je nutné průběžně aktualizovat s ohledem na postup přípravy jednotlivých staveb, ale cílový stav by měl být pevně určen.

Na jednotný napájecí systém 25 kV/50 Hz je potřebné přejít programově, a to tak, aby bylo optimálně využito již připravovaných modernizačních akcí na trakčním zařízení stávající železniční sítě, i budoucí výstavby vysokorychlostních tratí.

Efektivní příprava na výstavbu VRT na území ČR bude umožněna, pokud bude provedena konverze.

Tak náročný úkol jako je celosíťové nasazení ETCS a provedení konverze napájecí soustavy není možný bez zapojení širokého okruhu odborníků.

Autor: Petr Lapáček (čerpáno z archivu SUDOP Praha)