Snad každý z nás ho někdy použil. Pro někoho se jedná o unikátní technický projekt, pro jiného je spojen s každodenním dojížděním do práce a ani se nezamýšlí, co je v pozadí. Řeč je o systému pražského metra, přepravním systému s kapacitou až jeden milion cestujících denně. Bereme jako samozřejmost, že eskalátory jsou funkční, stanice jsou osvětlené a vlaky jezdí podle jízdního řádu (i když vzhledem k frekvenci spojů spousta cestujících zkrátka jen čeká na další vlak ). Pojďme si říct něco málo, co za tím stojí.
Jak, kdy a kde vzniklo metro? Dějiny metra začínají roku 1863; tehdy byl první takový systém vybudován v Londýně. Jednalo se o spojnici dvou nádraží, mezi nimiž jezdil parní vlak. Parní trakce však byla do jisté míry problematická (nutnost mohutných odvětrávacích průduchů a šachet) , a tak se uvažovalo o zavedení jiného druhu pohonu. Mluvilo se o nekonvenčních systémech, jako je například pohon lanem (takový byl zrealizován v glasgowském metru) , nakonec se však uplatnila elektřina. První podzemní kolejová dráha v kontinentální Evropě vznikla v Budapešti, jednalo se o 3,7 kilometru dlouhou linku M1, otevřenou 2. května 1896, která je v provozu dodnes, a projížďka starými soupravami dodnes patří mezi zážitky dopravních fanoušků (viz úvodní obrázek) . Název Metro vznikl jako zkratka Metropolitan Railway, tedy metropolitní železnice. Z tohoto označení přes francouzštinu a ruštinu proniklo i do češtiny. V některých jazycích se označuje jako podzemní dráha (např. v Německu název U-Bahn, který vznikl zkrácením slova Untergrundbahn) .
V roce 1898 vzešel patrně první návrh na výstavbu podzemní dráhy v Praze. S touto iniciativou přišel obchodník Ladislav Rott. V roce 1937 byla fakticky zahájena stavba trasy A, ale roku 1941 musela být kvůli válečné situaci ukončena. Po skončení druhé světové války se plánovalo obnovení projekčních prací a výstavby, první úsek měl být otevřen roku 1950. Další návrhy přišly až v 60. letech, kdy se začínala doprava v Praze rapidně zhoršovat. Pražské metro je tzv. těžké metro sovětského typu, budované se snahou o dosažení co nejvyšší přepravní kapacity v porovnání s lehčími systémy, jako je například lehké metro, podpovrchová tramvaj aj. I o realizaci takovýchto druhů metra se v souvislosti s Prahou hovořilo (proto jsou například nástupiště ve stanici Hlavní nádraží umístěna po stranách a vzdálenost od stanice Muzeum je nápadně krátká) .
Veškeré spotřebiče metra jsou závislé na dodávce elektrické energie, kterou na základě smlouvy dodává Pražská energetika, a. s. (PRE) z rozvoden 110/22 kV, které jsou umístěny v pražské aglomeraci. Jedna rozvodna PRE je napájecí v základním stavu až pro 6 stanic metra podle oblastní příslušnosti. V případě přerušení dodávky z některé nebo více rozvoden, kdy jsou části Prahy bez dodávky elektrické energie, lze manipulací pomocí dálkového ovládání z elektrodispečinku metra provést změnu v konfiguraci napájených stanic přepojením na rozvodny PRE, které nejsou výpadkem napájení dotčeny. Předisponováním dodávky elektrické energie ze všech oblastí Prahy lze zajistit provoz metra. Přívodní vedení 22 kV je zdvojeno. Nejvyšší výkonová přenosová schopnost jednoho kabelového přívodu je 16 MW. Přívodní kabelové vedení je pravidelně kontrolováno z hlediska neporušenosti trasy cizím stavebníkem, pravidelně jsou evidovány elektrické parametry vedení tak, aby se zamezilo poruchám v napájecím systému. Pro vyhledávání poruch na vedeních uložených ve výkopu je k dispozici kabelový měřící vůz, vybavený speciálními přístroji určenými k vyhledávání, zaměření a určení místa poruchy. V souběhu s vedeními 22 kV jsou položeny vazební optické nebo metalické kabely, které plní funkci spojové cesty pro přenos údajů pro srovnávací ochrany a měření.
Metro je největším spotřebitelem elektrické energie na území Prahy s celkovou roční spotřebou přes 200 000 MWh a dosahovaným čtvrthodinovým maximem cca 50 MW. Číslo je to obrovské, ale když to přepočtete na více než 500 milionů přepravených pasažérů ročně, je to necelých 500 Wh elektřiny na jednoho přepraveného pasažéra. Pro zajištění spolehlivé dodávky elektrické energie k napájení distribuční sítě metra je zařazen Dopravní podnik do kategorie nestandardních odběrů (dříve tzv. dodávka I. stupně spolehlivosti) , tzn., že pro spotřebiče metra je smluvně rezervován ze strany PRE příkon v kteroukoliv dobu ve výši čtyřnásobku spotřeby. Rovněž jednotlivé stanice jsou propojeny duplicitním vedením 22 kV a jejich délka přesahuje 250 km.
Zařízení energetické soustavy metra, zajišťující dodávku a rozvod elektrické energie pro veškeré elektrické spotřebiče metra, lze rozdělit následujícím základním způsobem:
elektrická vedení vysokého napětí, elektrická vedení nízkého napětí a trakční vedení; elektrické stanice (trakční měnírny, distribuční transformovny a sdružené trakční měnírny a distribuční transformovny) ; elektrické spotřebiče - vozidla metra, motorické, světelné a tepelné spotřebiče, sdělovací a zabezpečovací zařízení, dálkové ovládání, měření a regulace atd. Důležitým článkem pro zásobování metra elektrickou energií jsou elektrické stanice. Zřizují se v každé stanici metra buď jako distribuční transformovny (DT) nebo jako společný objekt měnírny a distribuční transformovny (MDT). Distribuční transformovny zabezpečují dodávku elektrické energie pro veškeré spotřebiče, instalované v prostorách metra. Jedná se především o pohyblivé schody a výtahy, čerpací stanice, vzduchotechnická zařízení, osvětlení stanic a tunelů, informační systém, sdělovací a zabezpečovací zařízení a obchodní vybavenost. Měnírny a distribuční transformovny zajišťují energii pro spotřebiče stejně jako samostatné distribuční transformovny a navíc zajišťují trakční energii pro vozy metra.
Měnírna Pražského metra. Zdroj: https://www.metroweb.cz/ Rozvaděče jsou osazeny vypínači 22 kV s náplní olejovou a v současné době jsou osazovány vypínači vakuovými VD4M o jmenovitém proudu 630A vybavenými elektronickými ochranami SPAJ. Pro přeměnu napětí slouží transformátory, které jsou navrhovány jako vzduchové s vinutím zalévaným do epoxidové pryskyřice výkonové řady 400, 630, 1000, 1250 a 1600 kVA s převodem 22 000/400/230 V. V normálním provozu je každý z transformátorů využíván na 50% a v případě havárie či odstavení jednoho transformátoru při údržbě převezme druhý transformátor plně výkon bez přetížení. Z transformátoru jsou napájeny distribuční rozvaděče nízkého napětí s centrální kompenzací pro napájení motorových spotřebičů, osvětlení, sdělovacích a zabezpečovacích zařízení atd. Pro napájení ovládacích a pomocných obvodů elektrické stanice, únikového a nouzového osvětlení slouží stejnosměrný rozvaděč 220 V napojený na usměrňovače a staniční akumulátorovou baterii. Staniční olověná akumulátorová baterie je navržena jako náhradní zdroj pro ovládací a pomocné obvody elektrické stanice, nouzové a únikové osvětlení o kapacitě 300 až 600 Ah, 220 Vss.
Pro trakční účely jsou instalovány usměrňovací skupiny, které se skládají ze dvou trakčních transformátorů a dvou křemíkových usměrňovačů. Trakční transformátory jsou olejové, vzduchové a v současné době se používají izolované skelnými vlákny s epoxidovou pryskyřicí o výkonu 2,7 až 3 MVA. Výkon usměrňovače je 2 475 kW při napětí 825 Vss a jmenovitém proudu 3000 A. Přes napáječový rozvaděč, vybavený odpojovači a rychlovypínači je energie o napětí 750 V dodávána přes přívodní trakční kabely do přívodní kolejnice (kladný pól) . Elektrický obvod je pak přes vozidlo metra a jízdní kolejnice uzavřen pomocí zpětných kabelů do rozvaděče zpětných kabelů a trakčního usměrňovače (záporný pól).
Průřez přívodní a pojížděnou kolejnicí Pražského metra. Zdroj: https://commons.wikimedia.org/ Samotný pohyb metra je tedy zajištěn stejnosměrným napětím 750 V a přenos z přívodní kolejnice do vozu metra je zajištěn sběrači z její spodní strany. Přívodní kolejnice je izolována od pojížděných kolejnic a je opatřena žlutým krytem z vrchní strany a z boku (viz horní obrázek), a to nejen jako ochrana cestujících při pádu do kolejiště a nechtěném stoupnutí na ni. Ve stanicích je často skryta za hranou nástupiště, člověk ji však může vidět v nadzemních úsecích (např. při příjezdu do stanice Depo Hostivař) . Mnoho lidí si neuvědomuje, že metro nemá žádné sběrače na střechách vozů, jako běžné vlaky. Tento pocit umocňuje fakt, že ve většině stanic nad kolejnicí vedou dva dráty. Nejedná se však o žádné napájení, nýbrž o anténu vysílačky pro komunikaci s dispečinkem.
Jelikož je převážná většina prostor metra podpovrchového charakteru bez přirozeného světla, osvětlení stanic, tunelů a ostatních prostor metra musí poskytovat odpovídající prostředí pro cestující a zaměstnance. Zároveň je osvětlení navrženo tak, aby zajišťovalo bezpečný provoz metra a zůstalo funkční při nestandardních situacích po určenou dobu ve stanoveném rozsahu.
Osvětlení se člení na:
Normální Náhradní Nouzové Únikové Veškeré prostory metra jsou osvětlovány převážně zářivkovými svítidly, případně v kombinaci s výbojkovými svítidly, kabelové prostory svítidly žárovkovými. Pokud dovolí architektonické řešení stanice, pro osvětlení veřejných prostor metra se používají se světelné zdroje 36 W - 54 W. Nouzové osvětlení (pokud nesvítí trvale) se při poruše nebo přerušení dodávky elektrického proudu pro hlavní a pomocné osvětlení zapíná do 10 vteřin a spolu s trvale zapnutými nouzovými svítidly musí zůstat plně funkční po dobu minimálně 60 minut, která je nutná k obnovení napájení, případně pro provedení evakuace cestujících.
I když je v mnoha směrech elektrický systém metra propracovaný, má však i své „duchy“ v podobě tzv. bludných proudů. Ty mohou ohrozit bezpečnost a životnost železných konstrukcí. Jeden ampér neviditelného škůdce dokáže z armatur či kolejnic odplavit i devět kilogramů železa za rok a v extrémním případě tak dokonce narušit statiku budov či mostů. Kupříkladu při rozjíždění, dosahují proudy opravdu velkých hodnot – až 2 500 ampérů. Kolejnice i ostatní komponenty vedoucí trakční proud jsou pečlivě izolovány od podkladních konstrukcí. Ale i přes tuto péči je vlivem velké energetické náročnosti nemožné technicky zajistit, aby všechny proudy tekly definovanou proudovou cestou přes kolejnice. Část proudu se může dostat do okolí přes okolní konstrukce a najde si cestu zpět do měnírny. Lze si to představit i jako proud vody, který v „hadici“ koluje mezi měnírnou a soupravou metra. Jakmile se někde v pomyslné hadici objeví dírka, voda okamžitě vytryskne ven.
Půda či beton nejsou dokonalé izolanty a za určitých podmínek dokážou dobře vodit elektrický proud. Když se k tomu ještě přidá vlhkost, tak o to víc. Proud, který takto zbloudí, jde pak cestou nejmenšího odporu – přes trubku či armaturu, a je zaděláno na galvanický proces. Tento jev má ve své anodické části (tam kde z kovu vystupuje) korozivní účinky, a jak již bylo zmíněno, jeden ampér dokáže ročně odtavit přes devět kilogramů železa. Poškozuje kupříkladu zemnicí pásky vysokonapěťového vedení, plynovodní či vodovodní trubky, pokud nejsou z nevodivého materiálu, ale i armatury v betonu.
Představte si, jakou škodu by za nějaký čas mohl neuhlídaný bludný proud natropit kupříkladu u železobetonového mostu či budovy. Korozivní účinek může způsobit i nabobtnání železné výztuže a tím i potrhání takové konstrukce, čímž snižuje její únosnost. Nejhorší je, že o takovém bludném proudu nikdo nemusí vědět, protože je ukrytý v zemi. Pokud se aktivně nehledá a trať se pravidelně nekontroluje (viz obrázek níže) , působí jako tichý červotoč nebo dřevomorka. Zabývat se problematikou bludných proudů je nutné již při samotném návrhu nových tras metra a dalších drážních technologií. Povinnost řešit bludné proudy je dána i zákonem o drahách a jsou stanoveny i požadavky pro stavby v blízkosti drah (metro, tramvaje, vlaky) .
Pracovník Dopravního podniku Praha přeměřuje kolej, zdroj: https://www.idnes.cz/technet/ V místech, kde je trať metra, se měří elektrické potenciály v okolí stanice. V zemi jsou zapíchnuty speciální elektrody, které pomáhají měřit v kvadrantech směr a velikost proudu, který „utíká“. Vedle zmíněného fyzického měření se využívá i šest stovek tzv. kontrolních měřicích bodů rozmístěných po všech trasách metra. Toto číslo neustále roste, a navíc se postupně zavádí systém automatického měření. Jsou ale i vysoce exponované stavby, kupříkladu Nuselský most, které technici proměřují každého půl roku, stejně jako celé metro, kde je však interval fyzické kontroly technikem zhruba pětiletý.
Primárně je potřeba hlídat izolační stav uložení kolejnice, který musí být podle normy dva ohmy na kilometr. Na první pohled se může zdát, že jde o velmi nízkou hodnotu, ale člověk si musí uvědomit, že co 60 až 70 centimetrů je upevnění kolejnice, a to má řádově hodnoty stovek kilo ohmů až mega ohmů podle způsobu upevnění. Bludné proudy jsou i důvodem, proč je v Praze potřeba základy každé nové budovy v určité vzdálenosti od tunelu metra patřičně elektricky odizolovat. Měření potenciálů v jednotlivých bodech a mezi nimi vzájemně je složitý proces, který se dosud vyhodnocoval velmi pracně na analogových ústřednách. V plánu je ovšem mnohem rozsáhlejší a automatizovaný systém, který by také díky unikátnímu softwaru dramaticky ulehčil práci a násobně zkrátil kontrolní intervaly.
Takže ať už si cestu metrem užíváte jako zážitek při návštěvě hlavního města, nebo ho berete spíš jako nepříjemnou povinnost, až příště budete sjíždět do hlubin pražského podzemí, zamyslete se, že za každým světlem a pohybem stojí mašinérie elektrických zařízení. Ta by však nebyla ničím bez takřka neviditelných profesionálních pracovníků dopravního podniku, kteří se každý den starají, abyste se do své cílové stanice dostali včas a v bezpečí.
zpracoval: Ing. Michal Petr Hranický, PhD.
Zdroje:https://www.metroweb.cz/
