Rezystancja torowiska jest zależna od szyn oraz układu torowego: rozjazdów, łączników wzdłużnych i poprzecznych występujących na odcinku między punktami powrotnymi.
Torowisko zelektryfikowane prądem stałym musi spełniać wszystkie wymagania mechaniczne i geometryczne, jakie spełnia torowisko niezelektryfikowane. Ze względu na fakt, że szlak torowy został zelektryfikowany, szyny stanowiące istotny element torowiska przyjmują ważną rolę – stają się fragmentem elektrycznego obwodu sieci trakcyjnej. Energia dostarczana do pojazdu z trakcyjnej podstacji zasilającej przez przewód jezdny zawieszony nad pojazdem po wykonaniu pracy na pojeździe wraca do tej podstacji szynami, po których porusza się zelektryfikowany pojazd trakcyjny. Moc elektryczna napędu trakcyjnego zainstalowanego w pojeździe, większa od potrzeb własnych, czyli mocy aparatury wyposażenia pokładowego, w znaczącej mierze wynika z przeznaczenia pojazdu, jego masy oraz przyjętej charakterystyki trakcyjnej.
>>> Zielone torowiska podstawą nowoczesnej infrastruktury miejskiej
>>> Fokus na bezpieczeństwo w kolejnictwie
>>> System pomiaru obciążeń pionowych typu SMCV
>>> Georuszty heksagonalne w stabilizacji podtorza
Zobacz: Produkty budowlane
Na świecie w zelektryfikowanych systemach trakcyjnych przyjętych zostało kilka wartości napięć. W przypadku systemów prądu stałego wg normy [1] są to wartości 750, 1500 i 3000 V. Przed końcem XX w. w normie tej dopuszczona była jeszcze wartość 600 V tylko dla istniejących już systemów. Przypisana do danego systemu określona jedna wartość jest rozumiana jako napięcie znamionowe sieci trakcyjnej tego systemu. Zestyk ślizgowy występujący między przewodem jezdnym a zainstalowanym na pojeździe odbierakiem prądu − zwanym pantografem – ma ograniczoną wartość przenoszenia prądu. W przypadku stosowanych dla prądu stałego nakładek stykowych na pantografie wartość prądu nie powinna przekraczać wg różnych źródeł 2,2–2,4 kA. Aby zapewnić większą trwałość elementom sieci zasilającej oraz nakładkom stykowym odbieraków prądu, przyjmuje się graniczną wartość pobieranego prądu na poziomie do 2 kA. W systemach trakcji prądu stałego maksymalna znamionowa moc zainstalowana w pojedynczym pojeździe (składzie, pociągu czy tramwaju) jest zatem iloczynem znamionowego napięcia sieci i granicznej wartości prądu przenoszonego przez odbierak na pojeździe i wynosi odpowiednio: 1,2 MW (np. tramwaje), 1,5 MW (np. wagon metra), 3 MW i 6 MW (np. Pendolino, lokomotywa towarowa 6ACT Dragon), mocy zainstalowanej w pojeździe przeznaczonym do danego systemu trakcyjnego prądu stałego, poczynając od najmniejszego do najwyższego znamionowego napięcia trakcyjnego prądu stałego.
Im szyna jest cięższa, tym rezystancja mniejsza. Fot. – stock.adobe.com/W. Korczewski
Pojazdy szynowe muszą spełnić jeszcze inne wymagania dotyczące dynamiki przyśpieszania i hamowania. Należy zauważyć, że im niższe znamionowe napięcie sieci, tym rzeczywista moc napędów zainstalowanych na pokładach pojazdów jest niższa od granicznej. Ten fakt pozwala na gęstszy ruch pojazdów w ramach obszaru zasilania podstacji trakcyjnej o mocy dobranej, np. na podstawie pewnej krotności mocy granicznej napędu poszczególnych napięć znamionowych. Moment rozruchowy i napędowy pojazdu powinien maksymalnie wykorzystywać współczynnik tarcia stalowych obręczy kół napędowych pojazdu stykających się z główką stalowej szyny. Jednakże w zależności od typu pojazdu jego przyśpieszenie rozruchu nie powinno przekraczać 1 m/s2 dla składów lekkich (jak tramwaje) do 0,4 m/s2 dla pociągów towarowych. Dopuszczalne przyśpieszenie hamowania dla pojazdów typu tramwaje czy lekka kolej podmiejska lub metro nie powinno przekraczać 1,3 m/s2 ze względu na komfort jazdy pasażerów. Biorąc po uwagę oddziaływanie na torowisko, pojazdy charakteryzują się statyczną siłą nacisku osi na szynę. Dla tramwajów jest to do 10 kN, a ciężkich pociągów − do 20 kN lub 22,5 kN. Na świecie występują też bardzo ciężkie składy o nacisku osi do 25 kN. W odniesieniu do projektowanej/przewidywanej siły nacisku osi na szynę dobierany jest jednostkowy ciężar szyny układanej w torowisku przeznaczonym do kursowania odpowiednio ciężkich składów. W zasadzie wszystkie pojazdy wykazują się podczas jazdy dynamicznym obciążeniem szyn. Lżejsze pojazdy, o mniejszej sile nacisku statycznego, jeżdżące z większymi prędkościami wywołują inne zmienne obciążenia dynamiczne na tor, a oddziaływanie to kompensuje się geometrią posadowienia stopki szyny na podkładzie. Dlatego torowiska kolejowe budowane są stosownie do tego, jaki tabor ma być na nich eksploatowany.
W dalszej części artykułu:
Jednostkowa rezystancja szyny
Rezystancja torowiska
Od czego zależy rezystancja torowiska
Przykłady torowisk zabudowanych
Norma dotycząca rozwiązań konstrukcyjnych torowisk
Torowiska z szyn tramwajowych
Cały artykuł dostępny jest w numerze 2/2023 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
 |
mgr inż. Józef Dąbrowski
Sieć Badawcza Łukasiewicz |
Literatura
1. PN-EN 50163 Zastosowania kolejowe – Napięcia zasilające systemów trakcyjnych.
