Dvouzdrojové lokomotivy ve službách ČD Cargo

Tehdy vozidlo určené pro tratě elektrizované systémem 25 kV/50 Hz, bylo upraveno na alternativní napájení z náhradního bateriového zdroje, který byl nainstalován v nevyužitém nákladním prostoru připojeného služebního vozu. Energetický zdroj byl tvořený sestavou akumulátorových baterií o výkonu cca 100 kW. Tato vozidla lze na jihu Čech spatřit dodnes.

Co jsou dvouzdrojová (hybridní) vozidla?

Jsou to vozidla, která mohou pracovat jako závislá i nezávislá. Jde tedy o vozidla s napájením buď z trolejového vedení nebo z dalšího nezávislého zdroje. S ohledem na akční rádius a potřebný výkon se jako nezávislý provozní zdroj nejčastěji uplatní spalovací motor s generátorem. Ten ale zpravidla nemusí dosahovat výkonu vozidla při jeho provozu z troleje. Výjimku tvoří malé posunovací lokomotivy pro provoz z troleje a z akumulátorů, které mají možnost při jízdě pod trolejí trakční akumulátory nabíjet. Nezávislý zdroj může být instalován přímo ve vozidle nebo také v odpojitelném voze.

Jejich využití

V železničních stanicích na elektrizovaných tratích, kde se manipuluje s vozy, zůstávají některé manipulační koleje bez troleje pro možnost použití jeřábů, vykladačů, zařízení pro stáčení cisteren či pro vykládání kontejnerů. Vede to k tomu, že prakticky na každé elektrizované trati je nutno řešit obsluhu takových kolejí nezávislou lokomotivou. Většinou jde o motorovou lokomotivu, přičemž převážná doba jejího provozu se odehrává pod trolejí. Řešením je nahradit lokomotivu motorovou vozidlem ekonomicky i ekologicky přijatelnějším, tj. vozidlem, které je koncipované jako dvouzdrojové.
Použití upravených vozidel řady 210 s náhradním, pomocným bateriovým zdrojem, umístěným ve služebním voze, má bohužel i svá provozně technologická omezení. Proto bylo rozhodnuto realizovat takovou rekonstrukci lokomotivy řady 210, kde bude zdrojem energie místo baterií umístěných v služebním voze pomocný spalovací motor, navíc nainstalovaný přímo v hnacím vozidle. Takovéto vozidlo by pak nebylo omezeno ani kapacitou či aktuálním nabitím pomocné baterie. Navíc by se zvýšila i možnost využití např. na dlouhých vlečkách.

Kdy a jak začala vznikat modernizovaná lokomotiva

Úkol vyvinout plnohodnotné dvouzdrojové vozidlo byl zahájen v DKV České Budějovice a následně, po vzniku společnosti ČD Cargo, pokračoval v českobudějovickém Středisku oprav kolejových vozidel (SOKV). Modernizovaná lokomotiva dostala nové označení 218.028-9. Krátce po zahájení projektu byly ale práce na modernizaci zastaveny, neboť od roku 2002 do léta 2006 byla před touto akcí upřednostněna přestavba lokomotiv řady 240 na novou řadu 340. Práce na dvouzdrojovém vozidle 218 se tak naplno rozběhly až po uvedení řady 340 do provozu.

Dvouzdrojové vozidlo bylo poprvé představeno v červenci 2008 na veletrhu Czech Raildays Ostrava. Následovalo oživení a série náročných kusových zkoušek a testů v souladu s ČSN EN 50215. V červenci 2010 Drážní úřad, jako drážní správní úřad, rozhodl povolit zkušební provoz drážního vozidla. Bylo nasazeno na vozbu manipulačních vlaků (Mn) České Velenice - Borovany. V současnosti jsou na vozidle prováděny typové zkoušky za účelem ověření změn Výzkumným ústavem železničním, jakožto autorizovanou zkušebnou pro tyto zkoušky. Jejich cílem je kromě jiného ověření trakční charakteristiky při provozu v režimu 25 kV i v režimu napájení z pomocného spalovacího motoru, měření hluku vně i v kabině strojvedoucího, zkouška EMC drážních vozidel - emise do zabezpečovacích zařízení - zpětný trakční proud či rušení RTV signálů. Tento proces by pak měl být posléze završen schválením typu vozidla.

Vozidlo si na trolejovém systému 25 kV/50 Hz plně zachovává funkci a parametry původní lokomotivy. Při provozu mimo trolejový systém je pak zdrojem energie pomocný spalovací motor, spojený přes pružnou spojku s třífázovým alternátorem, který slouží k výrobě elektrické energie a z níž jsou napájeny veškeré obvody hnacího vozidla. Lokomotiva je vybavena elektrickým přenosem výkonu, který je proveden jako střídavě-stejnosměrný (AC/DC). Je-li zdrojem energie pro vozidlo pomocný dieselagregát, pak jsou jeho trakční parametry limitovány nejen skutečným výkonem naftového motoru, ale též okamžitým příkonem pomocných pohonů.

Změny po modernizaci

Zatímco pojezdová část lokomotivy včetně trakčních motorů, hlavní rám, kabina a kapoty nedoznaly zásadních změn, uspořádání stávajících komponentů pod kapotami se zcela změnilo. Nová je měničová výzbroj, kabeláž, ovládací a řídicí prvky jak v obou představcích, tak na stanovišti strojvedoucího. Změněno bylo také palubní napětí ze 48 V na 24 V DC.

Kapota prvního představku byla upravena s ohledem na nově instalovaný pomocný spalovací motor. V ní jsou instalovány žaluzie pro sání chladicího vzduchu, ve střeše kapoty pak žaluzie výdechové.

Jak se změnil trakční obvod

Elektrickými stroji a přístroji hlavních obvodů lze realizovat napájení buď systémem 25 kV/50 Hz, nebo je umožněn trakční režim ze spalovacího motoru. Vhodným řízením trakčních měničů je možno regulovat tažnou sílu (napětí na trakčních motorech a jejich proud). Po dosažení max. napětí na trakčních motorech lze přejít na jízdu při zeslabeném poli hlavních magnetů trakčních motorů. V obou režimech provozu vyvozují tažnou sílu čtyři stejnosměrné sériové trakční motory. Lokomotiva má dvě shodné motorové skupiny, které tvoří dvojice do série spojených trakčních motorů, příslušejících k témuž podvozku. Každá skupina je napájena ze svého vlastního trakčního měniče, a to v obou režimech napájení.

Pomocný zdroj energie

Dieselový agregát, který je situován v prodloužené části představku, je tvořen čtyřdobým, vodou chlazeným 6válcem Caterpillar o výkonu 384 kW a třífázovým synchronním alternátorem s vestavěným budičem - Siemens Drásov 1FC2 355-4BO92-Z, o jmenovitém výkonu 425 kVA. Spojení dvouložiskového alternátoru s motorem je provedeno přišroubováním statoru stroje na přírubu skříně motoru a rotoru stroje na setrvačník motoru přes pružnou spojku CENTAMAX. Motorgenerátor je pevně spojen s mezirámem, který je pomocí pružných pryžokovových bloků uložen v rámu lokomotivy. Chladicí blok je umístěn v přední části kapoty před spalovacím motorem. Chladicí vzduch je nasáván žaluziemi v přední části kapoty a je vyfukován střešními žaluziemi.

Změny kabiny strojvedoucího

Kabina strojvedoucího doznala rozsáhlých změn včetně lepšího odhlučnění. Řídicí pulty i panely jsou nové, stejně tak i řídicí kontrolér se dvěma ovládacími pákami. Do panelu každého řídicího stanoviště byl dosazen displej, který zobrazuje provozní a diagnostická data lokomotivy. Nově byly dosazeny elektrické stěrače s cyklovači a klimatizace kabiny.

Další nová zařízení

Vozidlo je dále osazeno novým elektronickým paměťovým rychloměrem typu RE 1XX, zařízením pro kontrolu bdělosti strojvedoucího KBS-E. Na vozidlo je instalována lokomotivní souprava VS 47 se dvěma ovládacími skříňkami VO67, včetně lokomotivního adaptéru XX48.

V prostoru lokomotivního transformátoru, kapot, přístrojových skříní, ve výtlačné části ventilátorů chlazení TM, na řídicích pultech a v hlavní svorkovnici vozidla jsou umístěny různé typy opticko-kouřových hlásičů. Informace ze všech snímačů jsou vyhodnoceny ústřednou, jejich výstupní kontakty jsou zapojeny v obvodech vozidla.

Zcela nově jsou též řešeny pomocné pohony. Vstupní napětí v závislosti na zvoleném trakčním režimu je prostřednictvím nově instalovaného přepojovače přiváděno na vstup primárního měniče, který vytváří v obou režimech stabilizovanou stejnosměrnou síť. Z ní jsou napájeny příslušné IGBT měniče pro pohony ventilátorů chlazení TM a kompresoru, nabíječe i střídače.

Lokomotiva je nově osazena akumulátorovou baterií o jmenovité hodnotě napětí 24 V DC, 2 x 175 Ah. Baterie (složená z olověných gelových akumulátorových bloků Sonnenschein Rail SRP 12V 175A) je samočinně odpojována. Nabíjecí soupravu, která pracuje v obou trakčních režimech, tvoří dva nabíječe NB 3-6l a stabilizátor sítě +24 V BK NZ 24V. Informaci o skutečném nabíjecím proudu baterie poskytuje jednotlivým nabíječům měřicí převodník. Nabíjecí soupravu lze využít i pro nabíjení lokomotivní baterie v depu přímo ze sítě 230/440 V AC.

Závěrem

Je přece neekonomické provozovat na elektrifikovaných tratích drahá vozidla nezávislé trakce, když je jiná, levnější a ekologicky přijatelnější alternativa. Jak současný rozdíl cen trakční nafty a trakční elektrické energie, tak i dlouhodobý trend ve vývoji jejich cen navíc přímo volá po dalším rozšíření takovýchto hybridních vozidel. Je to jedna z cest, jak snižovat náklady a racionalizovat činnosti. Ekonomický přínos vynikne hlavně tam, kde je takovým dvouzdrojovým vozidlem nahrazena "velká" lokomotiva nezávislé trakce. Je samozřejmé, že by bylo škoda nevyužít zkušeností z vývoje tohoto vozidla a zůstat pouze u typu, který je použitelný na tratích elektrifikovaných střídavým systémem. Větší část železniční sítě v ČR je provozována se stejnosměrným systémem 3000 V. Právě získané zkušenosti ze zkoušek a z provozu vozidla řady 218 by mohly být použity při modernizaci vozidel řady 110 a může tak vzniknout "sesterské dvouzdrojové vozidlo", umožňující hospodárnější, méně hlučný a celkově ekologičtější provoz na železničních tratích s napětím 3 kV ss.

ZDROJ: www.techmagazin.cz