Sažetak: Ovdje su predstavljena različita rješenja i aplikacije vezane za modernizaciju i nadogradnju postojeće zaštite pružnih prijelaza, u smislu zamjene starih sustava za detekciju vlakova s novima (temeljenim na modernim, najsuvremenijim rješenjima), dizajniranim za sigurnosnu razinu SIL 4 prema standardima EN 50126, EN 50128, EN 50129, EN 50121-4, TS 50238. Članak se bavi svjetskim iskustvom Altpro-a (iz Hrvatske) u modernizaciji različitih sustava zaštite pružnih prijelaza, koristeći njegov višeodječni, digitalni brojač osovina BO23, sustav detekcije vlakova TDR14 i elektronički kontakt UTR / ITR. Prezentacija bi trebala biti korisna upraviteljima željezničke infrastrukture koji žele povećati pouzdanost, dostupnost i sigurnost postojećih sustava zaštite pružnih prijelaza uz relativno nisku cijenu.

Ključne riječi: željezničko-cestovni prijelaz, detekcija vlaka, sigurnost, SIL4

Uređaji za detekciju vlakova koji se koriste za uključivanje i isključivanje sustava zaštite pružnih prijelaza

Mnogo različitih uređaja za detekciju vlakova koristi se u cijelom svijetu za automatsko uključivanje i isključivanje zaštitnih sustava pružnih prijelaza (ŽCP). Uređaji koji i danas rade (i koji se i danas koriste u novim ŽCP instalacijama u mnogim zemljama) prikazani su na slici 1. Sedam ovdje prikazanih primjera može se grupirati prema sljedećim kriterijima:

• Prema objektu detekcije: detektori kotača (primjer 1) i detektori vozila (primjeri 2 do 7);
• Prema duljini područja otkrivanja (za detektore vozila): detektori kratkog područja (obično nekoliko metara do 30 m, petlje ili kratki spojevi bez zglobova, primjeri 2 i 3) i detektori dugog područja (od točke uključivanja do područje ceste, obično 500m do 2km, primjeri 4 do 7);
• Po principu djelovanja: kolosiječni krugovi (primjeri 3 do 5), induktivne petlje (primjer 2), mehanički / magnetski / elektronički detektori (primjer 1) i brojači osovina (primjeri 6 i 7).

U većini zemalja vrsta detekcije vlakova koja se koristi na pružnim prijelazima obično je iz povijesnih razloga. Na primjer, u bivšim jugoslavenskim zemljama prvi projekti signalizacije nakon Drugog svjetskog rata iz Njemačke su dobavljali Siemens i SEL. Uglavnom su to korišteni Siemensovi magnetni detektori (MagnetikSchienenkontakt) na pružnim prijelazima. To je rezultiralo današnjom situacijom, kada je većina sustava zaštite željezničko cestovnih prijelaza u ovoj regiji koristila jednostruke ili dvostruke detektore, kao u prvom primjeru na slici 1. Kasnije, nakon razvoja elektroničkih uređaja, dodani su kratki bezzglobni audio-frekvencijski krugovi (AFTC ). Oni su uspjeli detektirati vlak koji se zaustavio u detekcijskom području – čime su prevladali nedostatak u upotrebi detektora, koji ponekad nisu uspjeli prepoznati zaustavljeni vlak, ovisno o tome gdje je upravljački kotač stao.

Tijekom širenja željezničke signalizacije u Rusiji, kao i bivšim ruskim i istočnoeuropskim zemljama, sustavi zaštite ŽCP bili su opremljeni dugačkim izoliranim odsjecima, obično korištenjem impulsnog kodiranja za povećanje sigurnosti. Stoga danas većina sustava ŽCP u tim zemljama djeluje pomoću dva kruga dugih kolosijeka – vidi četvrti primjer na slici 1. Slična je situacija u Sjevernoj Americi, gdje najčešća metoda detekcije koristi tri uzastopna sustava izoliranih odsjeka – vidi peti primjer na slici 1.

Razvojem elektroničke tehnologije, proizvođači željezničke opreme razvili su uređaje za detekciju vlakova čiji je rad bio superiorniji od ranijih sustava koji su se temeljili na detektorima (mehaničkim ili magnetskim) ili izoliranim odsjecima. Nije uvijek potrebno zamijeniti cjelokupni postojeći (npr. Relejni sustav); često se treba baviti samo stvarnim uređajem za otkrivanje vlakova. Na primjer, sustavi zaštite ŽCP-a koji su izvorno predviđeni za rad s mehaničkim ili magnetskim detektorima mogu se izmijeniti tako da se umjesto njih koriste elektronički detektori kotača ili induktivne petlje – vidi drugi primjer na slici 1.

Zaštitni sustavi koji su izvorno predviđeni za rad s kratkim spojevima mogu se izmijeniti za rad s kratkim elektronskim kolosijecima bez zglobova, induktivnim petljama ili kratkim dijelovima osovinskog brojača. Sustavi izvorno predviđeni za rad s dugim izoliranim odsjecima mogu se izmijeniti tako da koriste dva dugačka odsjeka osovinskih brojača s preklapanjem preko ceste – vidi šesti primjer na slici 1 – ili tri uzastopna odsječka osovinskih osovina – vidi sedmi primjer na slici 1.

Zamjena mehaničkih i magnetskih detektora s elektroničkim detektorima s dvostrukim kotačićima

Na Hrvatskim željeznicama zaštita na više od 1.000 pružnih prijelaza i dalje se oslanja na magnetske detektore. Na nekim lokalnim linijama još uvijek se mogu naći mehanički detektori. Nakon gotovo 40 godina rada, mnogi su kontakti releja istrošeni, dok su trajni magneti na magnetskim detektorima izgubili tražene karakteristike. 2007. godine, kako bi se riješila ova situacija, tvrtka Altpro razvila je elektronički detektor s dvostrukom strukturom UTR / ITR i započela zamjenu magnetskih i mehaničkih kontakata na pružnim prijelazima. Budući da senzor kotača ZK24-2 sustava za otkrivanje UTR / ITR sadrži dvije potpuno neovisne i galvanski odvojene senzorske glave, kao i unutarnji relejni modul UTR245 / ITR245, jedan dvostruki detektor UTR / ITR zamjenjuje dva magnetska ili mehanička detektora. Iz sigurnosnih razloga, mjesto uključivanja izvornog sustava za osiguranje ŽCP obično je bilo opremljeno s dva magnetska detektora, po jednom na svakoj tračnici. Zamjenski sustav sastoji se od jednog senzora pričvršćenog na samo jednu tračnicu, što je puno lakše održavati, posebno tijekom rekonstrukcije ili brušenja kolosijeka. Tipična primjena detektora kotača UTR / ITR na sustavima za osiguranje ŽCP koji imaju dvostruku upravljačku strukturu (A i B upravljački sustav), zamjenjujući dva magnetska detektora po točki uključivanja / isključivanja, prikazana je na slici 2.

Budući da su mehanički ili magnetski detektori osiguravali NO ili NC kontakt (ovisno o tome jesu li uključili ili isključili zaštitni sustav), senzori s dvostrukom strukturom povezani su na relejne sučeljne module UTR245 / ITR245 s kontaktnim izlazima smještenim u kabinetu. Imati kontakte releja pod zaštitnim poklopcem, tj. ne na mjestu uključivanja, značajna je prednost jer se izbjegava mogućnost opasnog kvara (npr. trajno zatvoren kontakt, neovisno o prolasku vlaka). Na slici 3. prikazan je senzor ZK24-2 instaliran umjesto dva magnetna detektora na pružnom prijelazu u Hrvatskoj. Na bližoj tračnici na slici još je vidljiv magnetski detektor – to je u procesu uklanjanja ( tj. isključen sa sustava).

Nekoliko stotina magnetskih i mehaničkih detektora zamijenjeno je do danas detektorima s dvostrukom strukturom UTR / ITR na pružnim prijelazima u Hrvatskoj, Srbiji i drugim susjednim zemljama.

Posljednjih je godina tvrtka Altpro razvila nadograđeni tip elektroničkog detektora kotača, uređaj TDR14, koji sadrži unutarnji mikroprocesorski modul za obradu – vidi sliku 4. Uz nove značajke kao što je bilježenje događaja (snimanje vlakova koji prolaze) u TDR14 su uključene i druge korisne funkcije. Jedna od njih je i razlikovanje jednosmjernog i dvosmjernog načina rada. U jednosmjernom načinu rada, detektor s dvostrukom strukturom omogućuje aktiviranje oba kanala za detekciju, ali u samo jednom smjeru kretanja vlaka; za suprotan smjer oba kanala za detekciju ostaju u osnovnom stanju (nema reakcije). Stoga se detektor dvostrukih kotačaTDR14 može koristiti za zamjenu stare mehaničke, jednosmjerne detektore marke Silec, koja se još uvijek koristi na mnogim ŽCP-ima u Europi. TDR14 se također može primijeniti kao uređaj za detekciju vlakova za nove mikroprocesorske sustave zaštite ŽCP-a jer je dizajniran i certificiran za razinu sigurnosnog integriteta SIL4 (TÜV Rheinland, Njemačka). Unutarnja jedinica detektora kotača TDR14 ima 2 od 3 mikroprocesorsku glasačku strukturu i može obraditi signale do maksimalno tri senzora s dvostrukim kotačima ZK24-2.

Zamjena izoliranih odsjeka brojačima osovina

Većina sustava zaštite ŽCP-a u Republici Slovačkoj su stari relejni prijelazi na osnovi releja koji za detekciju vlakova koriste dva izolirana odsjeka s izolacijskim spojevima. Ti su izolirani odsjeci izmjeničnog napona 25Hz s impulsnim kodiranjem (približno 2Hz), ovisno o motoru s ekscentričnom osovinom za sinkronizaciju odašiljanja i primanja impulsa. Motori koji se neprekidno okreću 30 godina ili više, i pripadajući izolirani odsjeci, imaju očite posljedice na troškove održavanja. Izolirani odsjeci obično imaju problem s fluktuacijom napona primljenih tijekom promjena otpora kolosijeka ili gornjeg stroja, npr. tijekom prisutnosti snijega (ili soli za topljenje snijega na cestama), hrđe na lokalnim prugama itd. Željeznice Slovačke republike odlučile su zamijeniti takve izolirane odsjeke brojačima osovina, a Altpro je predložio rješenje s dva odsjeka brojača osovina koji se preklapaju preko ceste.

Na slici 5. prikazan je projektni dokument za primjenu brojača osovina tvrtke Altpro BO23 na tri relejna sustava za zaštitu ŽCP-a željeznica Republike Slovačke za zamjenu prethodno korištenih izoliranih odsjeka. Crvene crte prikazuju duljinu svakog odsjeka brojača osovina. Svaki od tri ŽCP-a kontrolira se s dva odsjeka brojača osovina s preklapanjem preko ceste. U svakoj ŽCP kućici postoji po jedna višesječna unutarnja jedinica/brojač osovina BO23-UNUR koja kontrolira četiri brojačke točke – vidi sliku 6 – na jednom kolosijeku (dva odjsjeka) ili osam točaka brojanja na dvotračnim linijama (četiri odsjeka). Upotreba dva dijela brojača osovina po kolosijeku eliminira oba izolirana odsjeka (zajedno s izolacijskim zglobovima, što je bolje za povratnu struju vuče) i kratke krugove audio-frekvencijskih tragova preko područja ceste – pogledajte četvrti primjer na slici 1 – budući da se odsjeci brojača osovina preklapaju preko ceste i detektirat će vlak koji bi se mogao zaustaviti u području ceste. Upotreba brojača osovina BO23 umjesto izoliranih odsjeka značajno je povećalo sigurnost starih sustava za zaštitu ŽCP-a budući da je brojač osovina BO23 certificiran za SIL4 (TÜV Rheinland, Njemačka), a unutarnja jedinica BO23-UNUR ima 2 od 3 mikroprocesorsku glasačku strukturu.

Zamjena kratkih izoliranih odsjeka bez zglobova s ​​brojačima osovina

Posljednjih godina brojni elektronički sustavi zaštite ŽCP-a instalirani na Hrvatskim željeznicama i ostalim željezničkim prugama u regiji imaju dva susjedna izolirana odsjeka (oko 2×15 m) za uključivanje i isključivanje ŽCP-a – vidi treći primjer na slici 1. Iako takvi izolirani odsjeci ne trebaju izolacijske spojeve, neki tipični problemi s tehnologijom proizašli su nakon nekoliko godina uporabe. Hrđa na lokalnim linijama s malom gustoćom prometa stalni je problem. Ostali primjeri poremećaja u radu ŽCP-a uzrokovani su povratnom strujom vuče lokomotiva s preklopnim pretvaračima. Hrvatske željeznice odlučile su zamijeniti tako kratke bezzglobne kolosiječne pruge alternativnim uređajima, ali koristeći isti izlaz dva uzastopna signala zauzetosti (označene s “b” i “c” na trećem primjeru na slici 1), tako da softver elektroničke zaštite sustava ne bi trebalo mijenjati. Altpro je osmislio zamjensko rješenje pomoću brojača osovina – vidi sliku 7. Kratki spojevi koji se zamjenjuju označeni su crvenom bojom na slici 7 (“EOC-detektori” – dva uzastopna izolirana odsjeka sa zajedničkim odašiljačem u sredini i dva prijemnika 15 m s obje strane ). Oprema brojača osovina BO23 s dvije točke brojanja (jedan odsjek) za zamjenu oba izolirana odsjeka na svakoj točki uključivanja / isključivanja prekidača označena je zelenom bojom. Dodatno relejno sučelje koje je bilo potrebno razviti za spajanje na postojeći sustav zaštite označeno je plavom bojom na slici 7. Budući da su dva uzastopna kolosiječna kolosijeka zamijenjena samo jednim odsjekom brojača osovina, Altpro je razvio relejno sučelje s izlaznim relejima B i C . Korištenjem izlaza smjera brojača osovina, prolazak vlaka aktivira odgovarajući relej (B ili C) kada prva osovina prolazi prvu ili drugu točku detekcije u odsjeku.

Na taj se način dva signala zauzetosti “b” i “c” postižu u ispravnom slijedu tijekom prolaska vlaka – vidi sliku 8 – slično vlaku koji prolazi kroz dva uzastopna kruga kolosijeka. Prednost ovog jednostavnog razvoja relejnog sučelja bila je u tome što se samo jedan presjek brojača osovina s dvije brojačke točke (umjesto dva odsjeka s tri točke brojanja) može koristiti za zamjenu dva uzastopna izolirana odsjeka na točkama uključivanja / isključivanja ŽCP-a.

Uvođenje novih komponenata značilo je da je sustav zaštite ŽCP-a koji koristi brojač osovina BO23 i relejno sučelje trebao biti procijenjen zbog sigurnosti. Brojač osovina BO23 već je imao certifikat SIL4, a u odnosu na relejno sučelje napravljene su potrebne sigurnosne analize. Ukupnu procjenu sigurnosti sustava tada je izveo TÜV Süd, Njemačka, a Hrvatske željeznice su nakon toga naručile nekoliko desetaka ŽCP-a na kojima su izolirani odsjeci zamijenjeni brojačem osovina BO23 i relejnim sučeljem – vidi sliku 9. Značajno smanjenje operativnih smetnji zabilježen je na tim prijelazima, kao i poboljšana pouzdanost i sigurnost.

Zaključak

Tijekom niza godina elektronički detektori kotača i brojači osovina pokazali su se puno boljim, pouzdanijim i sigurnijim rješenjem za detekciju vlakova i aktiviranje zaštite pružnih prijelaza od ranijih uređaja poput izoliranih odsjeka i mehaničkih ili magnetskih detektora. Mnogi sustavi koji u Europi djeluju 20 do 30 godina (uglavnom na bazi releja, ali neki mikroprocesorski) mogu raditi 20 ili više godina, jer je oprema zatvorena ili je pokrivena. Međutim, većina opreme za detekciju vlakova na otvorenom, npr. mehanički ili magnetski detektori – i kolosiječni krugovi – privodi se kraju svog životnog ciklusa. Zamjena s elektroničkim detektorima kotača ili brojačima osovina može produžiti korisnost takve opreme za dodatnih 20 godina, poboljšavajući pouzdanost i sigurnost prijelaza.

Izvori:

1. Train detection system UTR/ITR Operating Instructions, ALTPRO, Zagreb 2011
2. Train detection system TDR14 Operating Instructions, ALTPRO, Zagreb 2011
3. Axle counter BO23 Operating Instructions, ALTPRO, Zagreb 2011
4. Specific application of axle counters BO23 as a replacement for EOC-detectors, ALTPRO, Zagreb 2011
5. ‘New solution for ON/OFF switching of level crossing systems’, Horvat H., Signal und Draht, 6/2007