Badania zużycia energii elektrycznej na cele trakcyjne
Część II
Ruch towarowy i pasażerski, prowadzony lokomotywami elektrycznymi Badania oparto o wyniki pomiarów eksploatacyjnych, uzyskiwanych za pomocą wagonu pomiarowego z urządzeniami f-my Amsler. Jazdy pomiarowe przeprowadzono na następujących liniach:
a) w ruchu towarowym: Warszawa-Poznań, Warszawa-Łazy, Tarnowskie Góry- Gdynia, Kraków-Medyka, Kraków-Wrocław oraz Wrocław-Wałbrzych w okresie od VI.1970 do II.1972 r. Badania obejmowały jazdy w różnych warunkach atmosferycznych z różnymi ciężarami pociągów (783-2740 ton), prowadzonymi przez lokomotywę elektryczną Co-Co ET21; w sumie przeprowadzono 48 jazd pomiarowych;
b) w ruchu pasażerskim: Warszawa-Lublin, Warszawa-Poznań, Warszawa-Kraków, Przemyśl-Kraków-Katowice-Wrocław, Wrocław-Jelenia Góra w okresie IV-V. 1972 r. Badania obejmowały jazdy w różnych warunkach atmosferycznych z różnymi ciężarami pociągów (338-669 ton), prowadzonymi przez lokomotywę elektryczną Bo-Bo EU07, przy czym były to pociągi osobowe, ekspresowe i pospieszne; w sumie przeprowadzono 33 jazdy pomiarowe.
Średnie zużycie energii elektrycznej obliczono z taśm pomiarowych (na których rejestrowano zużywaną energię elektryczną i wykonaną pracę trakcyjną) dla całej długości trasy oraz dla jej charakterystycznych odcinków, jak też dla odcinków obejmujących obszary, odbiegające swym charakterem od warunków przeciętnych (np. górzysty profil, specjalny układ zasilania, ciągłe roboty przy wymianie torów, wpływające na regularność biegu pociągów).
Niezależnie od rejestracji prądu i napięcia na taśmie z planimetrowania, mierzono także zużycie energii elektrycznej licznikiem elektrodynamicznym, zainstalowanym w lokomotywie. Średnie wartości jednostkowego zużycia energii elektrycznej otrzymane z pomiarów na poszczególnych liniach, przedstawiono w tablicach 3 i 4 (poniżej tekstu). Wyniki pomiarów za pomocą licznika różnią się od wielkości otrzymanych z urządzeń rejestrujących Amslera w wagonie pomiarowym z uwagi na wahania napięcia w sieci oraz niedoskonałość stosowanego licznika, jakkolwiek ich charakter i zmienność są zbliżone do właściwego. Pomiary energii elektrycznej za pomocą licznika typu elektrodynamicznego nie pozwalają na miarodajną ocenę jej wartości. Użyte do pomiarów energii liczniki powinny być o specjalnej konstrukcji, przystosowane do pracy na taborze elektrycznym.
Wyniki pomiarów wykazują dość znaczne wahania wartości średniego zużycia energii elektrycznej zarówno na całej długości poszczególnych linii, jak i na wydzielonych odcinkach. Zależy to przede wszystkim od charakteru pociągu (towarowy, pasażerski, osobowy, pospieszny), jak i właściwości danej linii (przede wszystkim od odległości międzyprzystankowych). Czynniki, mające wpływ na zużycie energii elektrycznej, można podzielić na 2 grupy:
I. Czynniki naturalne, niezmienne dla określonych warunków eksploatacyjnych (warunki atmosferyczne, ciężar pociągu, rodzaj i konstrukcja wagonów, profil linii, obowiązujące na danej linii wg rozkładu jazdy prędkości).
II. Czynniki mające bezpośredni wpływ na zużycie energii elektrycznej, ale których wpływ może być odpowiednio zmienny:
a) organizacja i sposób eksploatacji pociągów trakcji elektrycznej - (zależne od służby ruchu);
b) stan torów i ograniczenia prędkości (stale lub czasowe) - (zależne od służby drogowej);
c) stan i praca urządzeń zasilających trakcji (podstacje i sieć trakcyjna) elektrycznej - (zależne od służby trakcji);
d) stan techniczny taboru trakcyjnego i wagonowego - (zależne od służby trakcji, wagonów oraz ZNTK);
e) wyszkolenie maszynistów i ich umiejętności prawidłowego prowadzenia pociągu.
Szczególnie duże znaczenie na wielkość zużycia energii mają dodatkowe zatrzymania oraz zwolnienia (zmniejszenia szybkości) spowodowane względami ruchowymi oraz drogowymi. W zależności od ciężaru pociągu, szybkości, profilu, stanu technicznego pociągu oraz umiejętności maszynisty każde dodatkowe zatrzymanie i konieczność ponownego rozruchu powoduje straty, które wynoszą:
a) w ruchu towarowym - w zależności od ciężaru pociągu, szybkości, profilu, stanu technicznego pociągu oraz umiejętności maszynisty każde dodatkowe zatrzymanie i konieczność ponownego rozruchu powoduje straty, które przy doprowadzeniu pociągu do szybkości 60-70 km/h mogą wynosić 65-390 kWh, a przy doprowadzeniu pociągu do szybkości 40-50 km/h 56-216 kWh; podobnie zmniejszenie prędkości z 70 do 30 km/h i ponowny powrót do szybkości 70 km/h powoduje straty 100-230 kWh, z 60 do 30 km/h i powrót do 60 km/h daje straty 40-200 kWh;
b) w ruchu pasażerskim - z szybkością 100 km/h każde dodatkowe zatrzymanie powoduje straty ok. 100 kWh; podobnie zmniejszenie szybkości (zwolnienie) powoduje dodatkowe straty.
Również duży wpływ na wielkość zużycia energii mają umiejętności i sposób prowadzenia jazdy lokomotywą przez maszynistę. Dotyczy to przede wszystkim poprawnego przeprowadzenia rozruchu pociągów, postępowania w przypadku występowania poślizgów, umiejętności prowadzenia pociągu między kolejnymi postojami na trasach o zmiennym profilu podłużnym oraz umiejętności prawidłowego hamowania pociągu, w szczególności przy dojeżdżaniu do stacji lub do semafora na "stój". Przeprowadzona analiza oraz uzyskane wyniki z pomiarów eksploatacyjnych wykazują wyraźnie, że to samo zadanie trakcyjne, analizowane na tej samej trasie w identycznych warunkach atmosferycznych i eksploatacyjnych, wymagać może różnych wartości zużytej energii elektrycznej. Przekroczenie optymalnej wartości zużycia traktować należy jako straty, powiększające koszty eksploatacyjne i obniżające sprawność procesu przewozowego. Największy wpływ na zużycie energii elektrycznej mają:
1. Częste nierozkładowe zatrzymania pociągu pod semaforem ze względów ruchowych lub technicznych.
2. Częste nieprzewidziane obniżenie prędkości pociągu na skutek:
a) zbyt późnego podania sygnału "wolna droga";
b) zwolnień biegu, związanych z aktualnym złym stanem technicznym torów lub z robotami torowymi:
c) niesprawności lub uszkodzenia sieci trakcyjnej;
d) warunków atmosferycznych.
3. Zły stan taboru, przede wszystkim zaś zły stan układu hamulcowego wagonów.
Ponadto pewien wpływ wywiera układ zasilający sieć trakcyjną (nadmierne obniżenie napięcia, występujące z różnych powodów). Niezależnie od wymienionych względów lepsze efekty energetyczne może dać lepsze wykorzystanie mocy lokomotyw elektrycznych, przez stosowanie optymalnych ciężarów pociągów towarowych. W związku z tym dla ruchu towarowego pożądane jest dokładne zbadanie stopnia wykorzystania przyczepności poszczególnych lokomotyw elektrycznych, jak również oceny obecnie stosowanych na PKP środków, jak np. urządzeń przeciwpoślizgowych. Wnioski w odniesieniu do pracy służby ruchu
Bardzo istotne jest poprawienie regularności biegu pociągów, zmniejszenie liczby nieprzewidzianych zatrzymań lub zwolnień, spowodowanych zbyt późnym podaniem sygnału "wolna droga". Szczególnie jaskrawo zagadnienie to występuje w ruchu towarowym na linii węglowej Tarnowskie Góry-Porty, gdzie zamiast planowych 4 postojów wg rozkładu jazdy notuje się przeciętnie 30 zatrzymań, co powoduje wzrost zużycia energii elektrycznej o 20-25%, zaś w ruchu pasażerskim na liniach Lublin-Warszawa (liczba nierozkładowych zwolnień i zatrzymań do 31), Warszawa-Kraków (od kilku do 58) i Wrocław-Kraków-Przemyśl (od 19 do 32).
Znamienne są zwłaszcza liczne krótkotrwałe zatrzymania przed semaforami, których przy sprawniej pracującym personelu ruchu dałoby się uniknąć. Konieczne jest przeprowadzenie szkolenia personelu ruchowego oraz zrił w kierunku wyjaśnienia skutków ekonomicznych niesprawnie działającego systemu urządzeń zrk.
Wnioski w odniesieniu do pracy i wyszkolenie maszynistów Poziom wyszkolenia maszynistów pod kątem umiejętności prowadzenia pociągów w wielu przypadkach jest niezadawalający. Konieczne jest prowadzenie szkolenia maszynistów (i instruktorów) w kierunku wyjaśnienia wpływu na zużycie energii elektrycznej sposobu prowadzenia pociągów. Należy dla wszystkich głównych kierunków określić sposób ekonomiczny prowadzenia pociągów i opracować wytyczne dla maszynistów i instruktorów. Szczególny nacisk należy położyć na dokładne zaznajomienie maszynistów z obsługiwaną trasą oraz na nauczenie umiejętności wykorzystania spadków i wzniesień, występujących w profilu trasy, dla osiągnięcia oszczędności w zużyciu energii elektrycznej.
Dokładna ocena pracy maszynistów powinna następować na podstawie kontroli zużycia energii elektrycznej, mierzonej przez licznik energii elektrycznej oraz doraźnie przez wyrywkową analizę taśm szybkościomierzy dla oceny jazdy "pod prądem" na danej trasie pociągów.
Wnioski w odniesieniu do stanu technicznego taboru Na zużycie energii elektrycznej duży wpływ ma stan techniczny składu pociągów a w szczególności:
- stan układu hamulcowego,
- stan urządzeń pociągowo-zderznych,
- stan części biegowych.
Najważniejszymi usterkami są wady lub uszkodzenia (awarie) układu powietrznego urządzeń hamulcowych. Usterki te powodują całkowite lub częściowe niewyluzowanie klocków hamulcowych.
Przy nieznacznej liczbie częściowo niewyluzowanych zestawów kołowych maszynista często nie zwraca na to uwagi, co prowadzi do wzrostu obciążenia lokomotywy (i zużycia energii), przegrzania nieluzujących klocków hamulcowych oraz ma wpływ na warunki rozruchowe (tendencja do poślizgów, konieczność powtarzania procesu rozruchowego, przegrzewania oporników rozruchowych). Niesprawność urządzeń jest skutkiem niewłaściwej pracy wagonowni (lokomotywowni), jak i pracy rewidentów. W tym kierunku konieczne jest odpowiednie doszkalanie i wzmocnienie kontroli ze strony nadzorczego personelu technicznego. Konieczna jest staranniejsza kontrola stanu pociągu, dokonywana przez rewidentów oraz wnikliwsza praca maszynisty. Na poprawienie tego stanu rzeczy w dużym stopniu może wpłynąć doszkalanie zarówno rewidentów, jak i maszynistów. Proponowane doszkalanie maszynistów na tle omawianego uprzednio dokładnego sprecyzowania wytycznych do prowadzenia pociągów elektrycznych na określonych kierunkach, jak również doszkalanie personelu ruchowego, który musi uświadomić sobie, jakie skutki ekonomiczne powoduje niepoprawnie funkcjonujący bieg pociągów elektrycznych, przede wszystkim zaś ciężkich pociągów towarowych, powinny spowodować zmniejszenie zużycia energii elektrycznej co najmniej o 15%.
