Co to jest sieć trakcyjna kolejowa i jej elementy?

Sieć trakcyjna kolejowa to system przewodów elektrycznych i urządzeń wspomagających, który dostarcza energię elektryczną do pociągów elektrycznych. Jest to kluczowy element infrastruktury kolejowej w zelektryfikowanych liniach kolejowych (segregator na egzamin ustny - pytania i opracowane odpowiedzi).

Przewody jezdne

Przewody jezdne to kluczowy element sieci trakcyjnej, który odpowiada za bezpośrednie przekazywanie energii elektrycznej do pojazdów trakcyjnych poprzez pantograf zamontowany na dachu lokomotywy lub zespołu trakcyjnego. Wykonane głównie z miedzi, stopów miedzi (CuAg, CuSn, CuMg) lub aluminium. Stopy są stosowane w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej i odporności na zużycie. Najczęściej mają przekrój prostokątny (np. 100 mm², 150 mm²) lub okrągły. Dobór przekroju zależy od napięcia, natężenia prądu oraz obciążenia linii kolejowej.

Powierzchnia przewodu jezdnego ulega ścieraniu na skutek tarcia pantografu. Wysokie natężenie prądu może powodować nagrzewanie i odkształcanie przewodu. W Polsce: 3 kV DC (koleje konwencjonalne) oraz 25 kV 50 Hz AC (linie dużych prędkości). W innych krajach mogą występować różne napięcia, np. 1,5 kV DC we Francji czy 15 kV 16,7 Hz AC w Niemczech. Aby zapewnić stabilny kontakt z pantografem, przewody jezdne są odpowiednio podwieszone (program TESTY UPRAWNIENIA BUDOWLANE - wersja na komputer).

Zawieszenie bezpośrednie

Zawieszenie bezpośrednie to przewód jezdny przymocowany do izolatorów na poprzecznych wysięgnikach. Zawieszenie z przewodem nośnym jest to przewód jezdny podtrzymywany przez przewód nośny, co zwiększa jego stabilność i trwałość.  Zawieszenie elastyczne stosowane jest na liniach dużych prędkości, gdzie wymagane jest zmniejszenie drgań i zapewnienie płynnego odbioru prądu.

Do nowoczesnych rozwiązań należy stosowanie specjalnych powłok redukujących tarcie i poprawiających przewodność.  Systemy dynamicznej kompensacji naprężeń automatyczne dostosowanie napięcia przewodu do warunków atmosferycznych.  Monitorowanie zużycia czujniki wykrywające stan przewodu jezdnego w czasie rzeczywistym (segregator aktów prawnych).

Przewody nośne

Przewody nośne są istotnym elementem konstrukcji sieci trakcyjnej. Ich głównym zadaniem jest podtrzymywanie przewodów jezdnych, utrzymywanie ich w odpowiednim napięciu oraz zapewnienie stabilnego kontaktu z pantografem pociągu. Rodzaje podwieszenia przewodów nośnych to przede wszystkim zawieszenie półpośrednie stosowane na liniach konwencjonalnych. Przewód nośny podtrzymuje przewód jezdny za pomocą krótkich wieszaków. Zawieszenie elastyczne używane na liniach dużych prędkości, gdzie istotne jest tłumienie drgań i zapewnienie stabilnego styku pantografu z przewodem jezdnym. Zawieszenie sztywne w tunelach lub na liniach metra, gdzie nie ma możliwości zastosowania klasycznych słupów trakcyjnych. Przewody nośne zapewniają równomierne obciążenie przewodu jezdnego, co minimalizuje zużycie pantografu. Stabilizują sieć trakcyjną, redukując ryzyko zerwania przewodu jezdnego. Dostosowują się do warunków atmosferycznych systemy kompensacyjne zmieniają naprężenie przewodów w zależności od temperatury (uprawnienia budowlane).

Słupy trakcyjne

Słupy trakcyjne to elementy infrastruktury kolejowej, które pełnią funkcję konstrukcji nośnych dla przewodów trakcyjnych. Zapewniają ich stabilność, odpowiednie naprężenie oraz utrzymanie przewodów na właściwej wysokości i pozycji względem torów kolejowych. Odcinki izolowane to kluczowe elementy sieci trakcyjnej, które oddzielają różne sekcje zasilania, zapobiegając przepływowi prądu między nimi. Stosuje się je zarówno w ramach jednego systemu zasilania, jak i pomiędzy różnymi systemami elektryfikacji (np. 3 kV DC i 25 kV AC). Odcinki izolowane między sekcjami tego samego napięcia stosowane na długich liniach, aby podzielić sieć na mniejsze fragmenty. Wykorzystują izolatory sekcyjne, które uniemożliwiają przepływ prądu między dwoma sąsiadującymi fragmentami sieci trakcyjnej.

Odcinki między różnymi systemami zasilania umożliwiają przejście np. z 3 kV DC (Polska) na 25 kV AC (np. linia E65). Pantograf musi zostać opuszczony na krótką chwilę, aby uniknąć zwarcia. Stosowane są na granicach państw, gdzie zmieniają się systemy zasilania (np. Polska–Niemcy)(program egzamin ustny).

Odcinki izolowane na rozjazdach i stacjach zapewniają bezpieczeństwo przy zmianie torów, gdy różne sekcje trakcji mogą być zasilane niezależnie. Zapobiegają przeciążeniom i zwarciom w wyniku dużego natężenia ruchu na stacjach.

Rozjazdy i odłączniki

Rozjazdy i odłączniki to kluczowe elementy infrastruktury elektrycznej sieci trakcyjnej, które umożliwiają sterowanie przepływem prądu oraz izolowanie poszczególnych odcinków trakcji. Dzięki nim możliwe jest bezpieczne zarządzanie zasilaniem oraz szybkie reagowanie na awarie i potrzeby eksploatacyjne. Rozjazdy to elementy torowe, ale w kontekście sieci trakcyjnej wymagają specjalnych rozwiązań związanych z zasilaniem (program TESTY UPRAWNIENIA BUDOWLANE - aplikacja na telefon).

Podstacje trakcyjne to specjalne stacje elektroenergetyczne, które dostarczają energię elektryczną do sieci trakcyjnej. Ich głównym zadaniem jest zmiana napięcia i częstotliwości prądu dostarczanego z systemu energetycznego, tak aby mógł zasilać pojazdy trakcyjne. Większość polskiej kolei działa na 3 kV DC, więc dominują podstacje prądu stałego. Trwają modernizacje linii dużych prędkości, gdzie pojawiają się podstacje 25 kV AC. Podstacje trakcyjne są kluczowym elementem infrastruktury kolejowej, zapewniając niezawodne zasilanie dla pociągów. Różne systemy trakcji wymagają różnych typów podstacji, zależnie od napięcia i częstotliwości. Nowoczesne technologie poprawiają wydajność i efektywność energetyczną.

Rodzaje sieci trakcyjnej

Jednoliniowa sieć trakcyjna to rodzaj zawieszenia przewodów w systemie elektryfikacji kolei, stosowany głównie na liniach o mniejszym obciążeniu ruchowym. Charakteryzuje się prostszą konstrukcją i niższymi kosztami budowy i utrzymania, ale ma pewne ograniczenia w zakresie wydajności. Dwuliniowa sieć trakcyjna to system zawieszenia trakcyjnego z dwoma równoległymi przewodami jezdnymi, stosowany na liniach o dużym natężeniu ruchu, gdzie wymagane jest stabilniejsze zasilanie i większa niezawodność.

Dwuliniowa sieć trakcyjna zapewnia stabilniejsze i bardziej efektywne zasilanie na liniach o dużym natężeniu ruchu. Jest droższa w budowie i konserwacji, ale znacząco poprawia bezpieczeństwo i wydajność systemu kolejowego. Stosowana na głównych magistralach kolejowych oraz liniach dużych prędkości. Systemy wieloliniowe to zaawansowane układy sieci trakcyjnej, w których występuje więcej niż dwa przewody jezdne. Są one stosowane w specjalnych przypadkach, takich jak linie dużych prędkości, intensywnie eksploatowane węzły kolejowe oraz tory kolejowe z dużym poborem mocy (opinie o programie).

Systemy zasilania

Prąd stały (DC) jest jednym z głównych systemów zasilania kolei elektrycznych, stosowanym w wielu krajach. Wyróżnia się dwoma najczęściej używanymi napięciami: 3 kV DC oraz 1,5 kV DC.

Prąd przemienny (AC) jest obecnie dominującym systemem zasilania w kolejnictwie na świecie, zwłaszcza na liniach dużych prędkości i trasach o dużym zapotrzebowaniu na energię.

Systemy mieszane to rozwiązania stosowane w celu umożliwienia pociągom obsługi różnych systemów zasilania. Takie podejście jest kluczowe na trasach międzynarodowych i w krajach, gdzie istnieją różne standardy napięcia i częstotliwości prądu.