Elektrická vysokorychlostní jednotka řady 680 ČD

Jednotka řady 680 s nuceným naklápěním vozových skříní, tzv. "pendolino", je určena k mezinárodnímu provozu mezi Berlínem, Prahou a Vídní. Celkem sedm těchto jednotek má třísystémové (3 kV ss; 15 kV, 16,7 Hz; 25 kV, 50 Hz) provedení trakční výzbroje a pro ČD je vyrábí a dodává firma Alstom Ferroviaria S. p. A. Mechanickou část jednotky vyrobil závod v severoitalském Saviglianu (bývalý Fiat Ferroviaria) a elektrickou část pobočka v Sestu San Giovanni u Milána (bývalý Parizzi). Na výrobě se podílí také celá řada subdodavatelů, a to i z České republiky.

Jednotka je odvozena od devíti dvousystémových (3 kVss; 15 kV, 16,7 Hz) devítivozových "pendolin" ETR 470 Cisalpino, která zajišťují mezinárodní dopravu mezi Itálií, Švýcarskem a Německem, a také od celkem 24 naklápěcích vlaků řad ETR 460 a ETR 480, které provozují Italské státní dráhy (FS) na vnitrostátních spojích (tři ETR 460 jsou upraveny pro provoz na systému 1,5 kV ss a zajíždějí i do Francie). Jde o vícesystémovou elektrickou jednotku, která navíc splňuje evropské normy pro interoperabilitu (technické požadavky na vozidla provozovaná na vysokorychlostních a rekonstruovaných tratích v EU).

Vlaky s nuceným naklápěním vozové skříně umožňují zkrácení jízdních dob na obloukovitých tratích, aniž by bylo nutno tyto tratě zásadně modifikovat, protože naklopením vozové skříně až o 8° je dosaženo snížení nepříjemného působení příčného zrychlení na cestující a vlak potom může tyto úseky projíždět přibližně o 35 % rychleji oproti klasickým soupravám. Vlastní systém aktivního hydraulického naklápění vozové skříně byl vyvinut italskými techniky ve firmě Fiat a poprvé byl použit v 50. letech na zkušebním elektrickém voze Y 016. V roce 1974 si FS objednaly zkušební čtyřvozovou elektrickou jednotku ETR 401, kterou Fiat dodal v roce 1976. K pravidelnému nasazení "pendolin" do provozu u FS došlo v roce 1988 po dodání patnácti souprav řady ETR 450. V dnešní době jezdí v Itálii celkem 39 souprav s naklápěním. "Pendolina" je dále možné spatřit ve Finsku (10 souprav označených řadou Sm 3 VR), v Portugalsku (10 souprav řady 4000 CP), ve Španělsku (10 souprav Alaris) a nově také ve Slovinsku (tři soupravy řady 310 SŽ). Systém hydraulického naklápění Fiat je navíc použit u německých elktrických vysokorychlostních vlaků ICE T (řada 411/415 DB) a u dvoudílných motorových jednotek řady 610 DB.

České "pendolino" je složeno ze sedmi vozů: z čelního hnacího vozu s oddílem pro cestující první třídy řady 681, vloženého vozu první třídy řady 081, vloženého hnacího vozu druhé třídy s bufetovým oddílem řady 683, vloženého vozu druhé třídy řady 084, vloženého hnacího vozu druhé třídy řady 684, vloženého vozu druhé třídy řady 082 a čelního hnacího vozu druhé třídy řady 682.

Hrubá stavba skříně čelního vozu ve výrobním závodě Alstom v Saviglianu (17.9.2002).

Skříně tlakotěsných vozů jsou svařené z hliníkových profilů od firmy Alusuisse Road & Rail AG a vlastní čela soupravy jsou laminátová. Prostory pro cestující jsou plně klimatizovány a polohovatelné sedáky od české firmy BORCAD cz jsou v uspořádání 2 + 1. Interiér první třídy je proveden v červené barvě a interiér druhé třídy v barvě modré. Výtvarný návrh interiéru i návrh vnějšího nátěru provedl ing. arch. Patrik Kotas. Další vybavení interiérů, hlavně bufetového oddílu, je od italské firmy Rail Interious, která také vyrábí interiérové vybavení pro letecký průmysl. Klimatizace vnitřních prostor vlaku je od firmy Alstom Sesto. Vnější tvar jednotky je dílem slavné italské konstrukční kanceláře Guigiaro Design. Vstupní předsuvné dveře dodala firma IFE a vstupní dveře do uličky za stanovištěm strojvedoucího jsou od firmy Pars Komponenty. Pod automaticky ovládaným čelním krytem je na čelech obou hlavových vozů umístěno automatické spřáhlo od firmy Dellner (typ 1003455), které umožňuje pneumatické a elektrické propojení maximálně dvou jednotek řady 680. Vozy jednotky jsou vzájemně spojeny rovněž automatickým spřáhlem Dellner (typ 11-78241, resp. 11-79015).

Kabina strojvedoucího je přístupná dveřmi s nouzovým průlezem pouze z uličky, do které jsou z obou venkovních stran zaústěny nástupní dveře a také dveře z prostoru pro cestující. Přímo za vstupními dveřmi je umístěno sedadlo pomocníka strojvedoucího. Vlastní stanoviště strojvedoucího je umístěno mírně vpravo od podélné osy vozidla a dokonalému výhledu na trať před vozidlem slouží nedělené čelní sklo od firmy Sully. Na stanovišti jsou na čelním pultu kromě dalších nutných sdělovačů a ovladačů i dva displeje, jeden od regulace a diagnostiky vlaku (vlevo) a druhý od zabezpečovače ETCS (vpravo), který zároveň nahrazuje rychloměr. Displej po levé ruce slouží k ovládání radiotelefonu GSM-R.

Běžný podvozek jednotky řady 680 (17.9.2002)

Trakční výzbroj jednotky je uspořádána do dvou vzájemně nezávislých a plně identických částí, které spolu spolupracují za pomoci mikroprocesorové řídící techniky. Pro případ napájení jen jedním sběračem proudu je možné jejich vzájemné propojení vysokonapěťovými kabely. Vždy ve třech vozech od konce, identicky z obou stran jednotky, je situována vlastní trakční výzbroj. Na obou jednofázových napájecích systémech je proud z troleje přiváděn do vozidla prostřednictvím polopantografového sběrače Schunk typu WBL 85/25 kV, který je umístěn nad druhým vozem (081, resp. 082) soupravy, a dále přes hlavní střídavý vypínač a odpojovač na primární vinutí trakčního transformátoru, který je výrobkem francouzské pobočky firmy Alstom TSO z Paříže a je umístěn pod tímto druhým vozem. Transformátor o jmenovitém vstupním výkonu 2 968 kVA má celkem čtyři sekundární vinutí pro trakci, každé s vyvedenou odbočkou pro práci na soustavě 25 kV. Jednotlivá sekundární vinutí mají jmenovitý výkon 742 kVA. Sekundární vinutí transformátoru jsou připojena do měničového kontejneru, který obsahuje jak měniče vstupní (pulzní usměrňovače pro dosažení faktoru výkonu blízkého jedné), tak i měniče pro práci trakčních motorů (střídače a pulzní měniče EDB). Na střídavých soustavách pracují dvě trakční vinutí transformátoru přes vlastní pulzní usměrňovače do jednoho meziobvodu. Na všech systémech je k meziobvodu o maximálním napětí 2 700 V (jmenovité napětí 2 000 až 2 350 V) připojen třífázový napěťový střídač. Kontejnery s měniči jsou umístěny pod čelním trakčním (681, resp. 682) a vloženým trakčním (682, resp. 684) vozem. V trakčních měničích jsou použity chladícím médiem chlazené výkonové GTO tyristory od firmy Westcode. K jednomu trakčnímu měniči s jmenovitým výkonem pro trakci 2 x 1 110 kVA jsou paralelně připojeny dva asynchronní trakční motory typu MTA 61550 s vlastním chlazením o jmenovitém výkonu 550 kW (Alstom Sesto). Motory jsou upevněny pod skříní vozidla podélně a přenos kroutícího momentu k nápravové převodovce je realizován prostřednictvím kloubového hřídele. Trakční vozy mají takto hnaná dvě dvojkolí, a to z obou podvozků vždy jen vnitřní, tj. blíže ke středu vozidla.

Hnací podvozek ze strany nápravové převodovky. (17.9.2002)

Na stejnosměrném napájecím systému je proud z troleje do vozidla přiváděn prostřednictvím samostatného polopantografového sběrače Schunk typu WBL 85/3 kV, který je umístěn nad čelním vozem (681, resp. 682), a dále přes hlavní stejnosměrný vypínač na vstupní filtr a na snižovací pulzní měniče, které jsou v trakčním obvodu získány vhodným přepojením vstupních usměrňovačů.

Stejnosměrný meziobvod trakčního měniče je také zdrojem pro napájení pomocného měniče o trvalém výkonu 220 kVA, který je pak zdrojem napětí 3 x 400 V pro pomocné pohony, a nabíječe baterií. Měnič i nabíječ jsou osazeny vzduchem chlazenými IGBT prvky. Obě zařízení jsou umístěna ve zvláštních kontejnerech pod trakčními vozy. Na vozidle je použita NiCd baterie 24 V ss s kapacitou 680 Ah.

Jak plyne z předchozího popisu, jednotka má celkem čtyři sběrače proudu (dva pro střídavé napájecí systémy 15 kV, 16,7 Hz a 25 kV, 50 Hz a dva pro stejnosměrný napájecí systém 3 kV), dva trakční transformátory, čtyři trakční měniče a osm asynchronních trakčních motorů. To znamená, že může i při poruše některého tzv. hlavního trakčního zařízení pokračovat v cestě sníženým výkonem.

Některé součásti trakčního obvodu, jako jsou například odpojovače, dodal Lekov Blovice.

Jednotka řady 680 má dva typy dvounápravových podvozků, a to hnací a běžné. Hnací mají u jednoho dvojkolí osazenu převodovou skříň s kuželovým soukolím (uspořádání 1A). Dvojkolí vyrobila italská firma Lucchini. Oba typy podvozků v sobě mají také integrován systém naklápění vozové skříně. Vlastní systém nuceného hydraulického naklápění je sestaven z gyroskopických čidel (umístěných na předních podvozcích čelních vozů - snímají výchylku polohy, způsobenou převýšením koleje v oblouku, resp. vzestupnici), čidel příčného (nevyrovnaného) zrychlení (snímáno na každé vozové skříni), čidel polohy (snímají úhel naklopení skříně) a elektronického zařízení, které zpracovává signály z čidel a ovládá pomocí servoventilů hydraulické aktivní členy, jež provádějí vlastní naklopení až o ±8°.

Uspořádání uložení skříně vozidla na podvozku.

Podvozky mají dvoustupňové svislé vypružení a jednostupňové příčné vypružení. Primární svislé vypružení (rámu podvozku) je tvořeno dvojicemi šroubových ocelových pružin, které jsou umístěny z boku ložiskové skříně. Každá sada pružin je uložena na nosiči, společně odlitém se skříni nápravového ložiska. Šroubové pružiny jsou doplněny paralelně řazenými hydraulickými tlumiči. Sekundární svislé vypružení (kolébky podvozku) se skládá ze čtyř skupin šroubových ocelových pružin s flexicoil účinkem v podélném a příčném směru, uspořádaných vedle sebe po obou stranách podvozku. Každá skupina pružin je složena z vnitřní a vnější pružiny, které jsou umístěny mezi kolébkou a rámem podvozku. Toto vypružení je doplněno dvěma svislými a dvěma příčnými tlumiči od firmy MSA (Mediterr Shock Absorbers), namontovanými po jednom na obou stranách podvozku, mezi kolébku a rám podvozku. Dále jsou mezi rámem podvozku a skříní vozidla po jednom na každé straně instalovány tlumiče vrtivých pohybů podvozku od firmy Sachs.

Vozidlová skříň je uložena na kolébce skříně, která je přes hydraulické naklápěcí válce a naklápěcí závěsky spojena s kolébkou podvozku, uloženou na šroubovitých pružinách sekundárního svislého vypružení. Na kolébku podvozku působí v příčném směru zařízení aktivního příčného vypružení, které udržuje centrální polohu skříně vozu vůči podvozku při zachováni příčných parametrů polohy skříně vozidla. To umožňuje zaručit takovou úroveň komfortu jízdy v oblouku, která odpovídá komfortu jízdy vozidla na přímých úsecích tratě, a navíc umožňuje tlumit příčné síly na podvozek od skříně vozidla, způsobené nerovností kolejí. Aktivní příčné vypruženi sestává ze dvou nezávislých pneumatických skupin (po jedné na podvozku), které jsou napájeny vzduchem z hlavního potrubí, a ze dvou dvojic pneumatických válců (dvojice na podvozek). Tyto válce umožňují v oblouku kompenzaci polohy skříně, která je zapříčiněna odstředivou silou.

Podélné síly se přenášejí z rámu podvozku na kolébku prostřednictvím čepu kolébky, který je uložen v rameni tažného zařízení pomocí speciálního pryžového kloubu. Dvě podélné tažné tyče opatřené pryžovými klouby spojují rameno tažného zařízení s příčníky rámu podvozku. Jednotka je vybavena třecí kotoučovou brzdou s elektropneumatickým ovládáním, kdy brzdové zařízení nainstalované na podvozcích je od firmy Knorr-Bremse a zařízení brzdy, které je součásti skříně, dodal SAB-Wabco. Dále je jednotka vybavena elektrodynamickou brzdou odporovou (EDB - k dispozici na všech systémech) a na napájecím systému 15 kV, 16,7

Prototyp jednotky 680.001 před výrobním závodem v kolejišti žst. Savigliano. (16.6.2003).

Hz i brzdou rekuperační (ERB). Brzdové odporníky jsou celkem čtyři, každý o jmenovitém výkonu 520 kW, a jsou chlazeny pomocí ventilátorů. Umístěny jsou na střechách trakčních vozů. Ke zvýšeni účinku záchranné brzdy slouží magnetická kolejnicová brzda, která je instalována na celkem deseti podvozcích. K zajištění stojící jednotky je použita pružinová brzda.

Pro zajištění bezpečného provozu na území tří železničních správ (ČD, ÖBB a DB) bylo potřeba vozidlo vybavit také několika zabezpečovacími zařízeními a radiotelefony. Pro provoz na DB a ÖBB je instalováno zabezpečovací zařízení Indusi (verze 1.64 PZB 90) od firmy Alcatel a také zařízení na kontrolu bdělosti strojvedoucího typu SiFa. Na ČD bude v činnosti národní zabezpečovací zařízení LS 90 od firmy AŽD Praha; navíc je vozidlo také vybaveno evropským zabezpečovacím zařízením ETCS 2. úrovně od firmy Alstom Belgium. Na území Německa a České republiky bude v provozu radiotelefon GSM-R a na území Rakouska radiotelefon KAPSCH.

Elektrická vysokorychlostní jednotka řady 680 ČD

Text a foto Jiří Konečný