Warszawa 2013-03-30

Propozycje pytań na kolokwium 1 z PSiT:

1. Podać definicję i wymienić rodzaje pojazdów szynowych.

Urządzenie transportu lądowego, poruszające po torze kolejowym lub innych systemach

szynowych.

Ustawa o transporcie kolejowym definiuje pojęcie pojazdu kolejowego - jako pojazd

dostosowanego do poruszania się na własnych kołach po torach trakcyjnych, a tym

samym na wstępie zawęża definicję pojazdu szynowego do pojazdów kolejowych oraz

pomija (nie występujące w zasadzie w Polsce) pojazdy szynowe na poduszce

magnetycznej. Tak więc pojazdami szynowymi są zarówno pojazdy kolejowe (w tym

wąskotorowe), a także tramwaje, metro, kolej przemysłowa (np. kopalniana) oraz część

pojazdów liniowych (np. kolejka na Górę Parkową w Krynicy czy na Gubałówkę w

Zakopanem).

Wśród pojazdów szynowych wyróżnić można pojazdy trakcyjne mające własny napęd

(poruszające się na zasadzie adhezyjnej lub przy pomocy zębatki) oraz wagony, czyli

pojazdy doczepne pozbawione napędu. W historii i współcześnie stosowane są też

systemy z napędem centralnym - pneumatycznym lub linowym, a także napędzane

przez silnik liniowy (metro).

W zależności od miejsca zastosowania wyróżnić można:

• tabor kolejowy

• tabor metra

• tabor tramwajowy

1. Podać definicję i wymienić rodzaje trakcji.

Trakcja

z łacińskiego tractio – oznacza ciągnięcie ładunku, czyli napęd pojazdów lądowych określany rodzajem silnika napędowego
Wyróżniamy rodzaje trakcji
-spalinowa
-parowa
-elektryczna

1. Opisać elementy systemu biorące udział w przepływie energii elektrycznej (z podziałem na napięcia) od wytwórcy do pojazdu szynowego z uwzględnieniem ich sprawności.

Sprawność trakcji elektrycznej w systemie zasilania prądu

stałego

Schemat zasilania

sieci trakcji

elektrycznej prądu

stałego

Średnie sprawności poszczególnych elementów:

• elektrownia 0,33

• sieć zasilająca WN łącznie ze stratami na transformację 0,91

• sieć rozdzielcza średniego napięcia 0,95

• podstacje prostownikowe 0,93 (0,95)

• sieć jezdna 0,92 (0,93)

• lokomotywa 0,85

ogólna sprawność liczona od elektrowni do kół napędnych

lokomotywy: około 21% do 23%

1. Wymienić i opisać istniejące systemy trakcji elektrycznej.

Istniejące systemy trakcji elektrycznej

1. Wymienić i opisać podział pojazdów elektrycznych ze względu na sposób zasilania.

A. pojazdy czerpiące energię z zewnątrz za pośrednictwem

odbieraków prądowych i urządzeń zasilających (sieć górna, trzecia szyna)

B. pojazdy czerpiące energię z umieszczonej w nich baterii akumulatorów lub ogniwa paliwowego lub innego zasobnika energii np.: masa wirująca

C. pojazdy wyposażone w silnik cieplny, przekazujący energię na koła za pośrednictwem tzw. przekładni elektrycznej. Do tej grupy należą pojazdy diesel-elektryczne, paroturboelektrowozy (para wytworzona w kotle lub reaktorze jądrowym) oraz gazoturboelektrowozy (z turbiną gazową)

1. Wymienić i opisać podstawowe systemy kolejowej trakcji elektrycznej.

Obecnie istnieją 4 podstawowe systemy kolejowej trakcji elektrycznej:

• prąd stały 1,5 kV – południowa Francja i Holandia (część);

• prąd stały 3 kV – Polska, południowa część Czech i Słowacji, Belgia, Włochy, Hiszpania, część Anglii, Dania, Rosja (część europejska), Holandia, kraje byłego ZSRR i byłej Jugosławii;

• prąd przemienny jednofazowy 16 2/3 Hz 15kV – Niemcy, Austria,Szwajcaria, Szwecja i Norwegia;

• prąd przemienny jednofazowy 50 Hz 25 kV – pozostałe kraje – Portugalia, Francja (TGV), Węgry, Rumunia, Bułgaria, Finlandia, część Rosji, Czech i Słowacji, Anglii i byłej Jugosławii.

1. Wymienić i opisać podstawowe systemy zasilania pojazdu elektrycznego.

Systemy zasilania pojazdu z silnikiem prądu stałego i przemiennego przy napięciu stałym i przemiennym sieci trakcyjnej

1. Wymienić i scharakteryzować linie kolejowe dużych prędkości funkcjonujące na świecie.

Pierwszą na świecie linią dużych prędkości była linia kolei japońskich

Tokaido – Shinkansen (pocisk). Jej pierwsza część o długości 515 km,

normalnotorowa, zelektryfikowana w systemie 25 kV 60 Hz, została

oddana do eksploatacji w 1964 roku. Linia zaprojektowana była do jazd

z prędkością 250 km/h, jednak ruch na niej odbywał się z prędkościami

rozkładowymi 210 km/h.

• Jako duże prędkości na kolei uważa się obecnie prędkości powyżej

200 km/h.

• Obecny rekord prędkości to 574,8 km/h osiągnięty na jednej z linii TGV

kolei francuskich. Rekord ten padł w czasie jazdy eksperymentalnej,

nie eksploatacyjnej. W czasie normalnej eksploatacji pociąg

Eurosprinter osiąga 320 km/h na trasie Londyn – Paryż - Bruksela.

• Wiodące koleje pod względem rozkładowych prędkości

pociągów:

o koleje japońskie (Shinkansen) 316,8 km/h

o koleje francuskie (TGV) 259,4 km/h

o koleje hiszpańskie (AVE) 209,1 km/h

o koleje niemieckie (ICE) 190,4 km/h

koleje brytyjskie (Virgin Rail) 182,8 km/h

1. Wyjaśnić pojęcie progu opłacalności elektryfikacji linii kolejowych.

W określonych warunkach technicznych i ekonomicznych istnieje pewna wartość natężenia przewozowego linii kolejowej, zwana progiem opłacalności elektryfikacji linii, powyżej której opłaca się linię elektryfikować, a poniżej – należy prowadzić ruch trakcją spalinową. Przy wyznaczaniu progu elektryfikacji linii należy brać pod uwagę tylko te składniki kosztów, które wyraźnie różnią się w obu porównywanych systemach trakcyjnych. Koszty wspólne, jednakowe dla obu systemów nie

mają wpływu na wartość progu. Do tych pomijanych kosztów należą:

• koszty budowy i utrzymania toru;

• ogólne koszty związane z prowadzeniem ruchu i administracją –

stacje i przystanki, nastawnie kolejowe, łączność telefoniczna i

radiowa, noclegownie dla maszynistów, biura itp;

• koszty zakupu i utrzymania parku wagonowego ( w rzeczywistości są

nieco niższe dla trakcji elektrycznej, ze względu na większe prędkości

handlowe pociągów elektrycznych, co nieznacznie skraca czas obrotu

wagonów, a więc wymaganą ich liczbę);

• koszty urządzeń sterowania ruchem kolejowym (sygnalizacja kolejowa, zabezpieczenia przejazdowe).

1. Opisać klasyfikację oraz rodzaje i układy osi w pojazdach trakcyjnych i wagonach.

Oznaczenia układu osi na kolei:

Do przedstawienia rodzaju i układu osi w pojazdach trakcyjnych i wagonach używa się również

oznaczeń literowych i cyfrowych oraz znaków.

Literami oznacza się ilość osi napędne:

A - jedna oś

B - dwie osie

C - trzy osie

Cyframi oznacza się ilość osi tocznych (nienapędne):

1 - jedna oś

2 - dwie osie

3 - trzy osie

4 - cztery osie

Oprócz powyższych:

o - każda z osi napędnych jest napędzana przez osobny silnik

' - symbol służy oddzielenia wózków, na których dane osie się znajdują

+ - symbolu tego używa się gdy pojazd trakcyjny sklada się z kilku członów

Przykładowe oznaczenia w pojazdach trakcyjnych i w wagonach z opisem znaczenia:

Bo'Bo' - lokomotywa czteroosiowa z dwoma wózkami po dwie osie

napędne w każdym wózku i każda z osi napędzana osobnym silnikem

(lokomotywa czterosilnikowa - np. serii EU06)

Co'Co' - lokomotywa sześcioosiowa z dwoma wózkami po trzy osie

napędne w każdym wózku i każda z osi napędzana osobnym silnikem

(lokomotywa sześciosilnikowa - np. serii ET 22)
Bo'Bo'+ Bo'Bo' - lokomotywa dwuczłonowa. Każdy człon czteroosiowy z dwoma wózkami po dwie osie napędne w każdym wózku i każda z osi napędzana osobnym silnikiem
(lokomotywa ośmiosilnikowa - np. serii ET41)

2'2' - wagon (człon) czteroosiowy z dwoma wózkami po dwie

osie toczne w wózku

(np. człon rozrządczy EZT, wagon osobowy lub towarowy, itp.)

1. Opisać obwody elektryczne pojazdu trakcyjnego prądu stałego.

Obwody elektryczne

Obwody elektryczne pojazdu trakcyjnego prądu stałego dzieli się na :

• obwód główny zawierający silniki trakcyjne, zasilany z sieci trakcyjnej;

• obwód sterowania zasilany z niskiego napięcia, wytwarzanego w

przetwornicy, jest to na ogół napięcie stałe 110 V;

• obwód pomocniczy (maszyn pomocniczych) zasilany z sieci i trakcyjnej i

niskiego napięcia.

W systemach prądu przemiennego występują dwa lub trzy obwody główne:

obwód pierwotny zasilany napięciem sieci,

obwód wtórny zasilany napięciem uzwojenia wtórnego transformatora,

obwód zasilania silników trakcyjnych (główny).
Do aparatury wysokiego napięcia należą:

- pantograf;

- wyłącznik szybki;

- odłączniki: pantografu, główny, silników trakcyjnych;

- styczniki;

- nawrotnik;

- zabezpieczenia – przekaźniki: nadmiarowo-prądowy,

zanikowo-prądowy, różnicowy, zanikowo-napięciowy,

sygnalizacji poślizgu (tzw. przeciwpoślizgowy);

- oporniki rozruchowe, osłabienia pola, bocznik indukcyjny;

- silniki trakcyjne;

- przekaźnik samoczynnego rozruchu;

- zabezpieczenie odgromowe: iskiernik, odgromnik;

- mierniki elektryczne
Do maszyn pomocniczych zalicza się:

• przetwornicę – silnik zasilany z obwodu wn za wyłącznikiem szybkim

napędza prądnicę prądu stałego generującą napięcie 110 V. Przetwornica

wyposażona jest w obwody (uzwojenia wzbudzenia obu maszyn) dające

stabilizację obrotów i napięcia (110 V±5%) przy wahaniach napięcia sieci i

obciążenia prądnicy. Silnik przetwornicy napędza również wentylatory

silników trakcyjnych.

• silniki sprężarek – zasilane z nn,

• silniki wentylatorów – zasilane spadkiem napięcia na ostatnim segmencie

oporów rozruchowych.

Do obwodów pomocniczych zalicza się obwody ogrzewania i oświetlenia.

Obwody rozrządu (sterowania), zasilane z napięcia 110 V, to zespół urządzeń

służących do sterowania silnikami trakcyjnymi - załączania ich do pracy,

wyłączania, regulacji prędkości obrotowej, zmiany kierunku wirowania itd.

1. Opisać z wyjaśnieniem zasady działania pojazdy kolei magnetycznej funkcjonujące na świecie.

Pojazdy kolei magnetycznej Maglev

Istnieją obecnie dwa rozwiązania kolei unoszonej magnetycznie: japoński i

niemiecki. Zachowując tę samą zasadę działania i napęd w postaci silnika

liniowego, oba rozwiązania różnią się.

Japończycy skupili się na rozwiązaniu z magnesami nadprzewodzącymi,

niemiecki system, zwany Transrapidem, używa konwencjonalnych

elektromagnesów działających w zwykłej temperaturze.

Te dwa rozwiązania określa się również: elektrodynamiczna technika

podwieszenia (rozwiązanie japońskie) i elektromagnetyczna technika

podwieszenia (rozwiązanie niemieckie).

Konsekwencjami przyjętych koncepcji są różne wzajemne usytuowanie

toru i pojazdu oraz wielkość szczeliny między drogą jezdną a pojazdem.

Japoński pociąg porusza się w rynnie o kształcie litery U i uzwojenia torowe,

wypychające pociąg, znajdują się w ścianach bocznych torowiska. Dzięki temu

szczeliny między ścianami a pociągiem są znaczne i wynoszą 8 – 10 cm.

Niemiecki pociąg obejmuje szynę prowadzącą o kształcie litery T z obu stron, a

uzwojenia torowe, przyciągające pociąg, umieszczone są pod drogą jezdną.

Dzięki przyciąganiu pociąg unosi się nad torowiskiem, ale szczelina jest mała 8

– 10 mm.

1. Opisać zasadę zasilania sieci trakcyjnej w Polsce.

W Polsce przyjęty został system trakcji elektrycznej prądu stałego o napięciu 3kV.

1. Opisać zasilanie i sekcjonowanie sieci kolejowej.

Urządzeniami zasilania trakcji elektrycznej nazwano zespół urządzeń służących do przesyłania i przetwarzania energii elektrycznej na drodze od elektrowni do elektrycznego taboru trakcyjnego. Urządzenia te są określone wspólnym mianem urządzeń sieci i zasilania, a układ energetyczny, które tworzą - układem zasilania trakcji elektrycznej. Energia elektryczna prądu przemiennego o częstotliwości 50Hz przesyłana jest ze stacji energetycznej linią trójfazową WN (15 lub 30 kV) do

podstacji trakcyjnej umieszczonej przy zelektryfikowanej linii kolejowej. W podstacji następuje przetworzenie prądu zmiennego na stały 3000 [V], potrzebny do zasilania silników

trakcyjnych. Pojazdy trakcyjne odbierają energię elektryczną z przewodów (sieci jezdnej) nad torem, za pomocą specjalnych odbieraków prądu zwanych pantografami.

Sekcjonowanie jest to elektryczny podział sieci na odcinki. Taki podział daje możliwość wyłączenia spod napięcia danego odcinka nie powodując wyłączenia spod napięcia całej grupy torów, dzięki temu możliwe jest prowadzenie ruchu na sąsiednich torach. Odcinki te można wyłączać w celu naprawy uszkodzonego odcinka, prac konserwacyjnych, prac przeładunkowych na stacji towarowej lub też prac prowadzonych na dachu pojazdu znajdującego się pod siecią.
Zazwyczaj odcinki są dzielone przy dużych stacjach, w miejscach zasilania. Na szlakach także stosuje się sekcjonowanie i niekiedy montuje się tory umożliwiające przejazd z jednego toru na tor drugi w przypadku, gdy sieć nad jednym torem jest wyłączona spod napięcia. Daje to możliwość wyłączenia spod napięcia uszkodzonego odcinka, a pociągi kieruje się przez dodatkowy tor na sąsiedni.

1. Wymienić i opisać układy połączenia silników trakcyjnych prądu stałego.

W lokomotywie Bo-Bo występują 2 układy:
-szeregowy – wszystkie silniki połączone w szereg (napięcie na silniku 750V bo 3000:4)
-równoległy – 2 grupy po 2 silniki (silniki w grupie szeregowo) połączone równolegle (napięcie na silniku 1500V bo 3000:2)
W lokomotywie Co-Co mamy 3 układy
Szeregowy – wszystkie silniki w szereg, napięcie na silniku 500V (3000:6)
Równoległy 1 – 2 grupy po 3 silniki (silniki w grupie w szereg), napiecie na silniku 1000V (3000:3)
Równoległy 2 – 3 grupy po 2 silniki (silniki w grupie w szereg), napięcie na silniku 1500V (3000:2)

1. Wymienić i opisać zalety oraz wady silnika prądu stałego.

Zalety

 Największy moment obrotowy przy ruszaniu

 Niezależność momentu obrotowego od zmian napięcia

 Charakterystyka prędkości dopasowująca się do obciążenia

Poważna wada:

możliwość zniszczenia przy zaniku obciążenia przez nagły

wzrost prędkości obrotowej (tzw. rozbiegnięcie)

1. Wymienić i opisać zalety oraz wady silnika prądu przemiennego

Silnik asynchroniczny

Zalety silnika asynchronicznego:

1.Dopasowanie się momentu elektromagnetycznego do obciążenia.

2.Duże możliwości rozruchu i regulacji prędkości.

3.Duża przeciążalność.

4.Tani w wykonaniu.

Wady silnika asynchronicznego:

1.Duża wrażliwość na wahania napięcia w sieci zasilającej.

2.Konieczność stosowania układów przekształtnikowych w pojazdach trakcyjnych.

3.Konieczność stosowania wyrafinowanych, elektronicznych systemów rozruchu