College CT4031 CONSTRUCTIEF ONTWERP VAN SPOORWEGEN Deel 4, MATERIEEL, TRACTIE, BEVEILIGING. Prof.dr.ir. C. Esveld

Transcriptie

1 College CT4031 CONSTRUCTIEF ONTWERP VAN SPOORWEGEN Deel 4, MATERIEEL, TRACTIE, BEVEILIGING Prof.dr.ir. C. Esveld 1

2 MATERIEEL CT3041 Geometrisch en constructief ontwerp van wegen en spoorwegen Indeling reizigersmaterieel: Treinstel Trek-duw trein Getrokken trein Bovendien worden voor elk type nog onderscheiden: Enkeldeks Dubbeldeks 2

3 Een treinstel is materieeleenheid met de volgende kenmerken: bestaat uit meerdere rijtuigen heeft een min of meer permanente samenstelling heeft cabines aan weerszijden is voorzien van automatische koppelingen aan weerszijden apparatuur verdeeld over de rijtuigen en apparatuur zo veel mogelijk onder de rijtuigvloer aangebracht. Treinstelconcept (Materieel 64) 3

4 Stoptreinmaterieel (SM 90) 4

5 Getrokken trein CT3041 Geometrisch en constructief ontwerp van wegen en spoorwegen Een locomotief die één of meerdere rijtuigen trekt. rijtuigen relatief eenvoudig uitwisselbaar op eindstations extra personeel nodig voor het omrangeren van de locomotief, en voor het bijplaatsen of afhaken van rijtuigen. locomotief blijft flexibel inzetbaar voor ander vervoer. Getrokken trein (loc 1700 met ICR-rijtuigen) 5

6 Een trek-duw trein wordt onder meer gekenmerkt door: Samenstelling bestaande uit een locomotief, tussenrijtuig(en) en een stuurrijtuig Bediening van de locomotief vanuit het stuurrijtuig of vanuit de locomotief zelf Autonomie van de tussenrijtuigen Cabines aan weerszijden. Trek-duwtrein (Stuurrijtuig IC EW iv Bt) 6

7 Dubbeldeks treinstam (DDM2) Stoptrein Dubbeldeks materieel (IRM III) Lange afstand 7

8 TGV Thalys PBKA 8

9 LOCOMOTIEVEN Enkele recente ontwikkelingen zijn: SNCF BB36000 Astride (25kV AC, 1,5 kv DC, 3 kv DC) Railion DEL 6400 (Diesel, varianten voor inzet in Nederland,België, Duitsland) Railion BR 241 (Diesel, variant voor inzet in Duitsland en naar Nederland) NMBS reeks 13 (25 kv AC, 3 kv DC voor inzet in België, Luxemburg, Frankrijk) Zesassige locomotief met drie twee-assige draaistellen (Re 6/6) 9

10 GOEDERENMATERIEEL Containerwagens Schuifwandwagens Platte wagens Bulkwagens (oa ketelwagens) Speciale wagens (Coils etc) A B1 B2 C2 C3C4 D2 D3 D4 S 35,5t 38,0t 53,0t 53,5t 61,0t 53,5t 61,0t Beladingsraster 10

11 DRAAISTEL Y32 11

12 KANTELBAK v 2 R g Kantelhoek v 2 gr g 12

13 VOEDINGSYSTEMEN VOLGENS EN VDC (Tram en Metro) 1500 VDC (NS) 3000 VDC 15 kvac 16 2/3 Hz (Duitsland) 25 kvac 50 Hz (Europese standaard) 13

14 SYSTEEM 1500 VDC Minimale spanning 1000 V Nominale spanning 1500 V Maximale continue spanning 1800 V Huidige materieel heeft stroombegrenzing van 4 ka Bij een spanning van 1500 V leidt dit tot een vermogen van 6 MW 14

15 Onderstations 15

16 SYSTEEM 1500V DC Retour via spoorstaven Spoorstaven geisoleerd ter voorkoming van zwerfstromen Portalen verbinden met rails (veiligheid) Afstand onderstations 4 15 km; Maximale snelheid 200 km/u R l A 16

17 SYSTEEM 1500V DC Overzicht geleiders 1500 V DC -baanvak. Bovenleidinggeleiders, 2 rijdraden + draagkabel + versterkingsleiding; retour, spoorstaven. 17

18 - 50 kv SYSTEEM 25 KV AC + 25 kv 0 kv 18

19 STROOMVERLOOP BIJ 25 KV AC 19

20 20 MAGNETISCH VELD r 2 I H 2 r r 2 I r r 1 r 1 2 I H

21 kv Magnetische veldsterkte 2x25 kv 50 Hz ELECTRO- MAGNETISCHE VELDEN 2 0 kv H 10 Magneti sche veldsterkte 2x25 k V 50 Hz 10 Magneti sche veldsterkte 2x25 k V 50 Hz kv 0 kv kv 0 kv - 50 kv H 0 kv Stroom naar eq. pot. leiding H Stroom door neg. feeder en bovenl. 0 kv 21

22 De retour van een 25 kv-systeem is geaard om onaanvaardbaar hoge aanraakspanningen te voorkomen. De AC-zwerfstroom is minder schadelijk dan bij DC: Ten opzichte van DC-zwerfstroom bedraagt de ACzwerfstroomcorrosie 1%; De retourgaande stroom zoekt als het ware de heengaande stroom in de bovenleiding op in tegenstelling tot DC-stroom, waarbij de stroomverdeling geheel op weerstand berust. 22

23 lokaal opdrogen van het isolatoroppervlak overslag van de isolator 23

24 KUNSTWERKEN 25 KV 100 % 0 % 100 % 0 % 24

25 Elektrisch veld tussen buis en beton Elektrische veldsterkte [kv/mm] Tussen plaat en geleider (eerder doorslag) Tussen plaat en plaat Afstand vanaf de buis tot onderzijde kunstwerk [mm] 25

26 marges 230 isolatie 270 systeemhoogte 330 isolatie mm 4700 BS De genoemde marge van 230 mm is opgebouwd uit: Marge vanuit spoorbouw: Kunstwerken vrije baan:100 mm Tunnels doorgaand ballastbed: 50 mm Tunnels met ingegoten spoorstaven: 30 mm Doorhang rijdraad: 30 mm Veiligheidsmarge: 100 mm 26

27 Overzicht kunstwerken < 5800 mm in Nederland % 30 Frequenti e Cumulatief % 90% 80% 25 70% Aantal Kunstwerkhoogte [mm] Meer 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 27

28

29 BOVENLEIDINGTECHNIEK 1. Functie van de bovenleiding; 2. Maximale snelheid bij een bovenleidingsysteem; 3. Snelheidsverhogende maatregelen; 4. Simulaties dynamisch gedrag; 5. Bovenleidingsystemen voor Heavy rail; 6. Vast bovenleidingsysteem versus beweegbaar bovenleidingsysteem. 29

30 FUNCTIE BOVENLEIDING 1 Het leveren van energie aan de trein. Hiervoor is het sleepcontact tussen rijdraad en stroomafnemer nodig. 2 Het transport van energie tussen onderstations. Hiervoor zijn soms versterkingsleidingen nodig. 30

31 MAXIMALE SNELHEID 1. Transport van voldoende energie naar de trein. 2. Contact tussen stroomafnemer en bovenleiding voldoende stabiel (geen vlambogen door loslaten). 31

32 BOVENLEIDING SYSTEEM H Vast systeem H 1 H 2 Beweegbaar systeem Draagkabel Hangdraad Rijdraad 32

33 BOVENLEIDINGSYSTEMEN VOOR HEAVY RAIL Voor systemen met v > 80 km/h: Bovenleidingsystemen met vast afgespannen draagkabel. Bovenleidingsystemen met beweegbaar afgespannen draagkabel. T < 0 f T > 0 Temperatuurinvloed vast afgespannen kabel T < 0 T > 0 Beweegbaar afgespannen draagkabel 33

34 VAST BOVENLEIDINGSYSTEEM VERSUS BEWEEGBAAR BOVENLEIDINGSYSTEEM Vaste bovenleidingsystemen maken gebruik van een vast afgespannen draagkabel. Rijdraad wel beweegbaar afgespannen. Maximale snelheden circa 100 km/h. Via extra voorzieningen (y-draad) maximum snelheid 140 km/h. 34

35 H Vast systeem H 1 H 2 Beweegbaar systeem Conventioneel systeem (vast) B4 systeem (beweegbaar) Geen scharnier Scharnier Scharnier Scharnier 35

36 E geen y-draad y-draad 36

37 OPBOUW BOVENLEIDINGSECTIE 37

38 SNELHEIDVERHOGENDE MAATREGELEN 1. Rijdraadhoogtes constanter door het toepassen van een beweegbaar bovenleidingsysteem. 2. Trekkrachten kabels verhogen (HSL-Zuid). 3. Het toepassen van een lichter bovenleidingsysteem. 4. Voordoorhang toepassen. 5. Y-draad toepassen. 6. Kleinere bouwtoleranties. 38

39 SIMULATIES DYNAMISCH GEDRAG 39

40 C Hoogte rijdraad [m] 2,4 P 65-66DD 2,25 P 70-69DD 2,1 Stationskap Leiden CS 1,95 1,8 1,65 1,5 RzHlm DD RzgvcDD 1,35 1,2 1,05 0,9 0,75 0,6 0,45 0,3 0, ,15-0,3 x-afstand [m] 3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4 Hoogte draagkabel [m] Bovenleidingconfiguratie bij 10 C rijdraad (10C) draagkabel (10C) rechter y-draad (10C) C Hoogte rijdraad [m] 2,4 2,25 2,1 1,95 1,8 1,65 1,5 1,35 1,2 1,05 0,9 0,75 0,6 0,45 0,3 0,15 0-0,15-0,3 P65-66DD P70-69DD Stationskap Leiden CS RzHlm DD RzgvcDD x-afstand [m] 3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4 Hoogte draagkabel [m] B ovenleidingconfiguratie bij +40 C rijdraad (40C) rijdraad (10C) draagkabel(40c) rechter y-draad(40c) draagkabel (10C) linker y-draad (10C) rechter y-draad (10C) SIMULATIE VAST BOVENLEIDINGSYSTEEM 2,4 2,25 2,1 1,95 P65-66DD P70-69DD Stationskap Leiden CS 3,2 3 2,8 2,6 Bovenleidingconfiguratie bij -20 C 1,8 2,4 1,65 2, C Hoogte rijdraad [m] 1,5 RzHlm DD RzgvcDD 1,35 1,2 1,05 0,9 0,75 0,6 0,45 0,3 0, ,15-0,3 x-afstand [m] 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4 Hoogte draagkabel [m] rijdraad (10C) rijdraad(-20c) draagkabel (10C) rechter y-draad (10C) draagkabel(-20) rechter y-draad(-20) 40

41 B1, 1500 V vast bovenleidingsysteem voor 140 km/u komt in Nederland het meest voor. 41

42 B5 bovenleidingsysteem voor HSL-Zuid en de Betuweroute 42

43 B4 bovenleidingsysteem geschikt voor 1500 V, maar ook voor 25 kv, 43

44 BOVENLEIDINGSYSTEMEN BUITENLAND Langsprofiel Duitse hoge snelheidsysteem Langsprofiel Frans hoge snelheidsysteem Y-draad Hoge trekkracht Harde rijdraad Doorhang Hoge trekkracht Dikke kabels Hulp draagkabel Langsprofiel compound systeem (Japan) 44

45 NAUWKEURIGHEID RIJDRAADHOOGTE 45

46 Bij wissels is nauwkeurige afstemming met de bovenleiding vereist 46

47 BEVEILIGING European Rail Traffic Management System (ERTMS) EURO-INTERLOCKING (EIL) European Train Control System (ETCS) 47

48 INTEROPERABILITY 48

49 HARMELEN doden en 151 gewonden Automatische Treinbeïnvloeding (ATB) versneld ingevoerd 49

50 Veiligheid: seintechnisch voorkomen van ongevallen zoals: Botsingen tussen treinen onderling Frontaal, achteroprijding en flankbotsingen Botsingen tussen trein en wegverkeer Overwegen Botsingen tussen trein en vast object Doodlopend spoor Ontsporing door onderbreking in het doorgaande spoor Niet aansluitende wisseltong, niet gesloten brug of spoorstaafbreuk Ontsporing door overschrijding van de door de infrastructuur toegelaten maximumsnelheid Snelheidsbeperking in (wissel-) bogen Aanrijding van personeel en werktuigen bij werkzaamheden in of nabij het spoor in uitzichtbeperkende omstandigheden In tunnels, nabij bruggen, viaducten en bogen. 50

51 Reglementering Overheid Reglement Dienst Hoofd- en Lokaalspoorwegen (RDHL) Reglement RailVerkeer (RRV) Spoorwegwet Reglementering NS TRR Trein- en Rangeerdienstreglement BR Blokreglement SR Seinreglement Laten rijden van treinen 51

52 FAIL SAFE CT3041 Geometrisch en constructief ontwerp van wegen en spoorwegen Falen van componenten mag niet tot onveilige situaties leiden. Dit wordt het zogenaamde "Fail Safe"-principe genoemd. Een spoorwegbeveiligingsinstallatie is in absolute zin fail-safe indien: Bij het tonen van welk toestemmend seinbeeld dan ook met ALLE voor de veiligheid relevante omstandigheden rekening gehouden zou zijn. ALLE toegepaste componenten, of intrinsiek fail-safe zouden zijn, dan wel door middel van intrinsiek fail-safe componenten gecontroleerd zouden worden. 52

53 Seinbeeld Rood of gedoofd Geel knipper Geel Geel met cijfer Groen knipper of laag groen Groen knipper met cijfer Hoog groen Betekenis Stop voor het sein Rijden op zicht (ROZ); snelheid < 40 km/uur Afremmen naar 40 km/uur en rekenen op stop bij het volgende lichtsein Afremmen naar de door het cijfer aangegeven snelheid (cijfer max. 10) Voorbijrijden met 40 km/uur toegestaan Voorbijrijden met de door het cijfer aangegeven snelheid toegestaan Voorbijrijden met plaatselijke maximale snelheid toegestaan 53

54 Hoog lichtsein met cijfer Tweemaal laag lichtsein, bovenste uitvoering voor plaatsing langs perronwand Hoog lichtsein met P 54

55 TREINDETECTIE Punt detectie Pedalen Lussen Assentellers Sensoren Continu detectie Gelijk-/Wisselspoorstroomlopen Toonfrequent spoorstroomlopen Prikspanningsspoorstroomlopen GPS 55

56 ATB Cabine display en DH trein Overzicht ATB codes 1ste generatie Code Code 90 Code 120 Code 180 Code 220 Code 75 Geen code Toegestane snelheid Max. 140 km/uur Max. 120 km/uur Max. 80 km/uur Max. 60 km/uur Uitschakelen ATB Max. 40 km/uur 56

57 BEVEILIGING Systeem samenstelling en configuratie: PVE Belangrijk is remkarakteristiek/remweg, afhankelijk van: gradiënt remkracht / remkarakteristiek, inclusief wrijving wiel/rail treingewicht treinlengte is de luchtdruk aanwezig FRS = Functional Requirement Specification RAMS = Reliability, Availability, Maintainability and Safety Europese normen: CENELEC 57

58 Two computers, same program Three computers, same program Program with checkup Two computers, different programs CT3041 Geometrisch en constructief ontwerp van wegen en spoorwegen VEILIGE SYSTEMEN - CONCEPTEN COMP. COMP.2/2 VOTER 2/3 58

59 TECHNISCHE ARCHITECTUUR BEVEILIGINGSSYSTEEM VPT Planning Verkeersleiding Procesleiding Post21 Elektronische bedienpost Elektronische beveiliging Treinnummer volgsysteem Reisinformatie visueel en audio Relais beveiliging Infrastructuur elementen (seinen, wissels, spoorsecties, overwegen, etc.) Aanwijzers Autom. omroep 59

60 ETCS / ERTMS European Rail Traffic Management System ERTMS zorgt voor: Grotere capaciteit op de bestaande Infrastructuur Lagere kosten bij het aanleggen van beveiligingssystemen voor nieuwe lijnen. Mogelijkheden voor grens overschrijdende Shuttles voor dure stukgoederen. Snellere deur tot deur services met een lagere topsnelheid en energieverbruik; eventueel het tijdelijk openen van Haltes of stopplaatsen. Verhoging van de veiligheid zowel voor passagiers als voor mensen buiten de trein. 60

61 61

62 Level 0 ERTMS / ETCS werkt niet. CT3041 Geometrisch en constructief ontwerp van wegen en spoorwegen Level STM Een Specific Transmition Module voor treinen met ERTMS / ETCS apparatuur die rijden op baanvakken met nationale beveiligingssystemen. Level 1 Dit is de simpelste ERTMS / ETCS uitvoering. Het is een puntdetectie systeem met als basis een beveiligingssysteem. Rijweg autorisatie wordt vanaf de baanzijde (vaste wal) overgezonden via balises naar de trein. Continue snelheid bewakingssysteem. Level 2 Als basis dient een beveiligingssysteem. Rijweg autorisatie wordt overgezonden naar de trein via Euroradio. Level 3 Rijweg autorisatie wordt gegenereerd via Euroradio. ERTMS levels 62