Villanyszerelők Lapja

Szakmakörnyezet

A vasúti kocsik elektromos hálózata

2017. november 10. | Lantos Tivadar villamosmérnök |  2492 | |

A vasúti kocsik elektromos hálózata

A vasúti kocsik ma már elképzelhetetlenek hálózati csatlakozóaljzatok nélkül, hiszen teljesen hétköznapi igény, hogy az utasok menet közben is tölteni tudják telefonjaikat és a különböző elektronikai készülékeiket, azonban nem volt ez mindig így. Cikkünkben áttekintjük a mai elektromos hálózati rendszerek kialakulását egy vasúti személyszállító kocsi esetén.

Az étkezőkocsik

Az étkezőkocsik már a gőzmozdonyok idejében is igényelték a tiszta villamos energiát, mert a főzéshez szükséges szén nem kedvezett a higiéniának, és a hűtéshez szükséges jég folyamatos biztosítása is jelentős munkát és szervezést jelentett a vasúti személyzetnek. A tekintélyes beépített teljesítmény miatt az áramot – transzformátoron keresztül – a mozdony fűtési fővezetéke szolgáltatta. Viszont készültek olyan étkezőkocsik is, amelyek hosszabb, mozdony nélküli, állomási tartózkodásra alkalmasak voltak, ezekre saját áramszedőt, illetve nagyfeszültségű transzformátort szereltek. A kb. 40 kW teljesítmény miatt szóba sem kerülhetett akkumulátoros táplálás. Viszont a konyhai környezet és a nagyszámú fogyasztó miatt a hálózat már nem „IT” volt, hanem TN-S. Már az 1950-es években a legmodernebb étkezőkocsikat a következő berendezésekkel látták el: 4 főzőlapos, 2 sütős tűzhely, 600 palackos italhűtő, 70 l-es vízmelegítő, ételmelegítő, tányérmelegítő, kávéfőző, kenyérpirító. A mai napig megállja a helyét az az általános szabály, hogy egy ülőhelyes kocsi beépített fogyasztói teljesítménye 35–45 kW, egy étkezőkocsié pedig kb. 80 kW.

Az első fecskék…

Az utazók számára kezdetekben háló-, illetve fekvőhelyes járműveknél jelentkezett igény a hálózati csatlakozóra. A hosszú utazás miatt a mosdóhelységeket látták el először csatlakozóaljzattal, ami egy villanyborotvát tudott táplálni. Az energiaforrás a kocsi 24 V-os akkumulátora volt, a hálózat „IT”. Az akkumulátortöltést a mozdony fűtési fővezetéke biztosította, illetve a vasúti kocsi tengelye („kerékpár”) által hajtott körmös pólusú generátor. A fűtési fővezeték feszültsége hazánkban 1500 V (33…) 50 Hz. Európában 1000, 1500 vagy 3000 V feszültségek és DC, 16 ⅔ Hz, 50 Hz frekvenciák fordulnak elő, igazodva a felsővezetékhez. Az átlagos személykocsikat kizárólag takarítási céllal látták el aljzatokkal. Az utazóközönségnek azért nem célszerű ezeknek a használata, mert a 25 kV-os felsővezetéki feszültség 19…30 kV között ingadozhat. Ez –24...+20%-ot jelent, a háztartási készülékek viszont ±7,5%-ra méretezettek. Másrészt dízelmozdonyos vonattovábbítás esetén a frekvencia is lecsökkenhet akár 33 Hz-ig is. Harmadrészt az 1500 V-os hálózaton jelentős zavarokat okoznak a fűtésszabályozásból adódó kontaktorkapcsolások. Ezek megtáplálása szintén transzformátoron keresztül fűtési fővezetékről vagy álló helyzetben kábelről lehetséges. Kábelről való megtáplálást a gyakorlatban nagyon elenyésző esetben alkalmazzák. A hálózat TN-S.

1. kép: Hordozható elektronikai eszközök töltésére alkalmas hálózati csatlakozó dugalj a személyszállító vasúti kocsiban.

Egyre nagyobb az igény

A hordozható szórakoztató elektronikai eszközök elterjedése hozta az utóbbi időben az igényt, hogy az utasteret is ellássák hálózati csatlakozókkal. Először az IC-forgalom első osztályú kocsijai lettek felszerelve konnektorokkal. Energiaforrásként a jármű 24 V-os akkumulátortöltője szolgál, az átalakító pedig egy inverter. A hálózat FI-relével ellátott TN-S rendszer. Új vagy nagy javításon átesett személykocsik 230 V-os hálózata szintén FI-relével védett TN-S. A 230 V-ot az energiaellátó állítja elő. Az energiaellátó gyakorlatilag több tápegységből álló berendezés. Előállít 24 V fedélzeti feszültséget, 24 V akkumulátortöltést, 230 V 50 Hz fedélzeti feszültséget, valamint 3×400 V 50 Hz, 3×400 V 0–50 Hz feszültséget a klímaberendezés és a fűtőegység számára. A hálózat nem földfüggetlen, azaz a hálózat „földje” a sínhálózat. A vaskerekek ritkán távolodnak el a sínektől. A kerékpárok meghatározott számú tengelyvégén földelőkefék vezetik az üzemi áramokat, kikerülve a csapágyakat. Életvédelmi szempontból viszont az összes csapágytok össze van kötve a forgóvázkerettel és a járműszerkezettel minimum 35 mm2 keresztmetszetű vezetékkel. Az inverterek kimenetei elméletileg földfüggetlenek, de az egynél több fogyasztó és a FI-relé miatt az egyik szálat kinevezik nullavezetőnek, és össze van kötve a járműtesttel.

Vezetékelés

Vezetékek kiépítése során alapkövetelményeként az EN 50264-2 szabványt tekintik. A kábelezést (vezeték, kábel) halogénmentes szigetelésű, hőálló, önkioltó kábelekkel végzik, amelyek szintén halogénmentes, hőálló, önkioltó műanyag gégecsövekben vannak vezetve. A vezetékek, kábelek és védőcsövek hő vagy láng hatására nem fejleszthetnek toxikus gázokat, mérgező füstöt, és nem csepeghetnek. A beépített vezetékeknek, kábeleknek és védőcsöveknek a tűzvizsgálat szempontjából ki kell elégítenie az UIC 564-2 döntvény „A” osztályára vonatkozó feltételeit. A kiválasztásnál elfogadják még a BS 6853, NF F 16-101 és az EN 45545 szabványok valamelyikét kielégítő kábeleket is. Tervezésnél a vezetékeket az MSZ EN 50343 szabvány alapján méretezik. A vezetékek színe közömbös, viszont számjelöléssel ellátottak. A rendszerről elvi kapcsolási vázlat, szerelési kapcsolási vázlat készül. A vezetékkötések kalapsínre rögzíthető rugós szorítókapcsokkal vannak megoldva. Az aljzatok kereskedelmi forgalomban kapható típusok. Aktuálisan már nemcsak csatlakozóaljzatokat terveznek a vasúti kocsikba az utasok számára, hanem USB-aljzatokat is, így a jövőben ezek megjelenése is egyre szélesebb körben várható.  

A legújabb IC+ kocsik felszereltsége

Hogy alaposabban megismerjük a vasúti kocsik világát, nézzük meg a legújabb, egyelőre csak prototípusban létező vasúti kocsit közelebbről. Az új IC+ (Bpmz sorozatú) kocsik alapvetően a belföldi InterCity, valamint a nemzetközi EuroCity vonatok számára készültek, ahol a 200 km/h megengedett sebességük Németország és Ausztria irányába kihasználható. Az IC+ kocsi prototípusa teljes egészében hazai fejlesztésű, magyar mérnökök munkája. A kocsik 1. számú előterében került elhelyezésre a kézifékszekrény és a villamoskapcsoló-szekrény. A kocsi hűtéséért az egycsatornás, kompakt légkondicionáló berendezés felel, melynek hűtőközege R134a, és az UIC 553 döntvény szerinti mennyiségű levegőt juttatja a kocsi belsejébe. A kocsiba UIC 568 szerinti hangosító berendezés és GPS vezérelt utastájékoztató berendezés került beépítésre a hozzá tartozó GPS és GSM antennával együtt. A berendezés adatait USB-porton keresztül lehet feltölteni.

2. kép: Összeszerelés alatt a hazai fejlesztésű és gyártású IC+ prototípus személyszállító vasúti kocsija.

A kocsi mennyezete alatt függőlegesen felfüggesztve négy LCD-kijelzőt helyeztek el, amelyek az adott állomás nevének kijelzésére, menet közbeni információadásra, pl. a következő állomás nevének, a pontos dátum és idő, hőmérséklet kijelzésére, térkép megjelenítésére, a jármű pontos helyzetének kijelzésére használatosak.

A jármű távdiagnosztikájának GSM-en keresztüli funkciói:

  • a központi diagnosztikában tárolt hibák törlés nélküli lekérdezésére,
  • a központi diagnosztikában levő aktuális hibák lekérdezésére,
  • adatbázis-feltöltési lehetőség a GPS alapú utastájékoztató berendezés számára.

A kocsi központi tűzjelző rendszere a kapcsolószekrény belső terét, az utasteret, a WC-helyiségeket, az előtereket és a folyosót figyeli. A két, egyenként 64×144 pixeles, LED-es kivitelű irány- és járatszámtábla a kocsi mindkét oldalfalán elhelyezett üveglap mögött, a feljáróajtó közelében található. A jármű előtereibe és utasterébe videokamerás megfigyelőrendszer került beépítésre. A poggyásztartó előlapján elektronikus ülőhelyfoglaltságot jelző táblák találhatók. Az egymáshoz kapcsolt kocsivégek homlokátjáró ajtói szinkron működnek, azaz az egyik oldali ajtónyitás vezérli a szomszédos kocsi homlokátjáró ajtajának nyitását is.

A kocsikon található energiaellátó berendezés az IC+ kocsik légkondicionáló berendezésének ventilátorait, sűrítőit, fűtőtesteit, a 230 V feszültségű takarítógép és számítógép dugaszolóaljzatokat, valamint az akkumulátortöltőt látja el energiával. Főbb részei a JN3014-11/400/24 áramátalakító, a PS3-12 NF földelő és megszakító szekrény, valamint a ZJ2 diagnosztika kijelző. A minden főbb villamos vezérlőegységre kiterjedő diagnosztika internetkapcsolat útján lehetővé teszi a kocsi távfelügyeletét. A tervezők – akár az irodából is – folyamatosan nyomon követhetik a kocsi műszaki állapotát, információt kaphatnak az eszközök működéséről, az esetleges hibákról. A hibaállapotok hordozható számítógéppel a kocsiban is lekérdezhetők.

Tény, hogy az elmúlt 60 évben jelentős fejlesztéseken ment keresztül a vasúti személyszállítás, azonban az utolsó 10 esztendőben az utasok kényelmi szempontjai kerültek középpontba. Tagadhatatlan, hogy a legkényelmesebb utazási forma a vasút, ennek megfelelően újra kell gondolnunk a közösségi közlekedésben betöltött szerepét. A városi és elővárosi szerelvényeket hétről hétre tízezrek használják, akik szeretnék magukat a vasúton töltött félórás, órás útjuk során is otthonosan érezni.