A nagykörúti villamosvonal áramellátási hálózatának korszerûsítését részben a táprendszer elavultsága és mûszaki állapota, részben a forgalomba kerülõ új jármûvek, a Siemens Combino villamosok tervezett üzembe állítása indokolta.

A BKV a 70-es évek második felében indított fejlesztési program keretében alakította ki a nagykörúti villamosvonal áramellátási hálózatát, a táp- és áram-visszavezetõ kábelhálózati rendszert. Harminc éve, 1978. április 24-én indult meg a Nagykörúton a csatolt csuklós villamosközlekedés. A jármûvek csatolása következtében adódó, viszonylag nagy áramfelvételi igény kielégítése érdekében az akkori mûszaki lehetõségeknek megfelelõen történt a hálózat kialakítása. A tápszakaszok száma 21 db volt, táplálásukat hat áramátalakító állomás látta el, sugaras rendszerben. A sugaras táphálózat még irányonként is szétválasztásra került, melyre addig csak az elõvárosi vonalaknál volt példa.

A hálózat állapota és a táprendszer kialakítása már nem tette lehetõvé a biztonságos és gazdaságos üzemeltetést, az új jármûvek üzembe állítását, illetve a visszatápláló áramú fékezés nyújtotta elõnyök kihasználását. Az új jármûvek üzembiztos közlekedtetéséhez szükségessé vált az áramellátási hálózat korszerûsítése, átalakítása és alkalmassá tétele az energia visszatáplálására.

A hálózat paramétereinek megfelelõ szintû biztosításához áramdinamikailag kellõ mértékben terhelhetõ rendszerre volt szükség. A veszteségek csökkentése érdekében a lehetõ legnagyobb vezeték-keresztmetszeteket kellett biztosítani, hogy a lehetõ legkisebb legyen a feszültségesés, valamint a fékezéskor keletkezõ energia „helyben”, az adott tápszakaszban kerüljön felhasználásra. Alapvetõ elvárásként fogalmazódott meg, hogy a hálózat korszerûsítésével megteremtõdjön a kívánt összhang a közlekedés elemei: az új jármû, az üzembiztos és energiatakarékos mûködést biztosító áramellátási hálózat, valamint a felújított villamospálya között.

Megvalósítás

A korszerûsítés keretében kapcsolástechnikai átalakítások, keresztmetszeti megerõsítések történtek a vontatási áramellátó hálózaton. A nagykörúti földkábelhálózat struktúrájából, továbbá a vágányok felépítményrendszerének kialakítási módjából eredõen nem volt lehetõség vonal menti – vágánypotenciál-javító – negatív kábelhálózat kialakítására, ezért ellensúlyozásként egyes áramátalakítókból a vonalig kivezetõ negatív kábelek darabszámát növeltük meg, a rendelkezésre álló kábelhálózat egyes részeinek felhasználásával, átalakításával. A kábelhálózat korszerûsítésének jelentõs részét képezte az összekötõ és tápponti kapcsolószekrények cseréje is.

A sugaras táplálású, külön bal-jobb vágány áramkörû hálózat helyett a kedvezõbb hatásfokú párhuzamos rendszerû táplálás valósult meg. A módosítandó tápszakaszok kábelhálózati keresztmetszeteit a sugaras áramkörû tápszakaszok üzemi pozitív kábeleinek, illetve azok közös tartalék kábeleinek összevont felhasználásával lehetett biztosítani. Így a körúti táprendszer szakaszainak száma 6 db-ra csökkent. Az új táprendszer hálózati képét az 1. ábra mutatja.

A felsõvezeték teljes átépítésével alkalmassá vált a hálózat a visszatápláló áramú fékezési üzemmódra. A kivitelezési munkák során megtörtént a teljes felsõvezeték-hálózat cseréje. Közel 17 km 150 mm2 keresztmetszetû réz munkavezeték és – az üzembiztonság növelése érdekében – ezzel megegyezõ mennyiségû és kivitelû megerõsítõ vezeték került felszerelésre. E megoldást indokolta, hogy az energiaellátás minõségi javításához elsõdlegesen adódó földkábel-hálózati bõvítésre nem volt lehetõség A Nagykörúton a 90-es években végzett vágányátépítési rekonstrukciók, illetve az ahhoz kapcsolódó útfelújítások a 2000. évben fejezõdtek be, így ebbõl adódóan az új kábelek fektetéséhez szükséges útfelszínek ismételt felbontását a vonatkozó rendeletek nem tették lehetõvé.

A felsõvezeték-hálózaton a munkavezetékek közötti megerõsítõ vezetékek alkalmazására van nemzetközi példa. Lisszabonban, szintén új Siemens-villamosok forgalomba állításához végezték el egy vonalon az áramellátási hálózat átépítését, melynek során az 1. képen látható módon, a munkavezetékeket tartó sodronyon, középen felfüggesztve történt két megerõsítõ vezeték felszerelése. A 2. képen a budapesti nagykörúti felsõvezeték látható, szintén középre szerelt két megerõsítõ vezetékkel. A felsõvezetékes tápszakaszhatár kialakítását (a tápponti kábelezéssel együtt) mutatja a 3. kép: a szakaszszigetelõk korszerû, Siemens-gyártmányú, átlapolt kivitelûek. Ez biztosítja, hogy a vontatási áram a szakaszhatáron sem szakad meg a jármû vontatási áramkörében.

A párhuzamos rendszerû táphálózat kialakításával lehetõvé vált az energiaszolgáltatás megbízhatóságának növelése, az áram-visszatáplálásból adódó elõnyök – energiamegtakarítás és hatásfokjavulás – kihasználásával együtt.

A nagykörúti villamosvonal áramellátási hálózatának korszerûsítése, átépítése gyakorlatilag 2006 végére befejezõdött. A tervezett korszerûsítési munkák közül a vonalon található, rádióferekvenciás vezérlésûre átalakított váltók üzembe helyezése van még hátra. Az ehhez szükséges készülékkel a Combino-jármûveket felszerelték, a váltóknál telepítésre kerültek a mûködtetést lehetõvé tevõ áramköri elemek. Jelenleg a váltóállító berendezések és a jármûveken lévõ készülék mûködésének összehangolása folyik.

Nagykörúti villamosok

Az áramellátási hálózat korszerûsítése elõtt közlekedõ, csatolt Ganz csuklós villamosokat 2006 tavaszától fokozatosan váltották fel a Siemens Combino villamosok. A kétféle jármû kb. félévi vegyes üzemeltetése után már a Combinókkal történik a nagykörúti villamosközlekedés lebonyolítása (lásd 1. táblázat).

A táblázat adataiból látható, hogy a közel azonos mechanikai paraméterek mellett – kifejezve a mai kor technikai színvonalát – a Combino kedvezõbb elektromos paraméterekkel rendelkezik, ami megalapozza a jármû gazdaságosabb üzemeltetésének lehetõségét. (Az adatok még nem tartalmazzák a Combino-jármûvek ez év elején megkezdett klimatizálásának mûszaki adatait.)

A fõ mûszaki adatok mellett a jármûvek üzemeltetése során mért menetdinamikai jellemzõk alapján megrajzolt menetdiagramok összevetése is jól mutatja az energiafelhasználás terén jelentkezõ különbséget.

A 2. ábra felsõ részén látható 1300-sorozatú Ganz csuklós villamos menetdiagramján a jármû sebessége és áramfelvétele mutatja, hogy az 50 km/h sebesség elérése jelentõs, 2000 A feletti áramfelvétel mellett történt. A menetáram megszüntetése után a jármû futása közben a vontatómotorokban keletkezõ áram annak hasznosítása nélkül a fékezõ ellenállásokon hõvé alakul.

A Combino menetdiagramjának felvétele az elõzõvel megegyezõ úthosszon történt, melynek során az 50 km/h sebességet is a Ganz-jármûvel azonos idõben (26 sec) érte el. A Combino elektronikus vezérlésével maximált vontatóáram jelentõsen kevesebb, és annak az megszüntetésekor, fékezéskor fellépõ visszáram az áramellátási hálózatba tud jutni. Ezt a „többletáramot” a tápszakaszban mozgó többi jármû hasznosítani tudja, ami összességében csökkenti az áramátalakító állomásokból felvételre kerülõ energiát (lásd 2. ábra).

Hálózat paramétereinek változása

Az áramellátási hálózaton tapasztalható energiaviszonyok változásának egyik oka a kapcsolási rendszer átalakítása és a keresztmetszetek megerõsítése, melyek következtében módosult a hálózatra jellemzõ elektromos paraméter, a hurokellenállás. A tápszakaszok hurokellenállása a hálózat belsõ veszteségére jellemzõ érték.

A hurokellenállási mérések kisfeszültségû, nagyáramú Volt-Amper mérõs módszerrel történtek. A mérõrendszer belsõ ellenállását is figyelembe véve az adott helyen mért értékekbõl számítással határoztuk meg a hurokellenállást. Az új, párhuzamos rendszer tápszakaszait az egyes áramátalakítók mindkét táplálási irányából, tápszakaszonként három helyen mértük.

A hálózat átalakítása után a tápszakaszok összesített hurokellenállási értékeit a 2. táblázat mutatja. A kapott értékek teljes vonalra számított átlaga 31,6 m ohm. A régi, 21 tápszakaszos, jobb-bal vágányos, sugaras rendszerben a hálózat átlagos kitápláló hurokellenállása 80 m ohm volt. Ezen értékekbõl következik, hogy az átépített energiaellátó hálózat a korábbihoz képest elektromos szempontból jelentõsen javult, ami önmagában is energiamegtakarítást eredményez. A hurokellenállás csökkenése a táphálózat belsõ veszteségét 60%-kal csökkentette.

Jármûtípusváltás hatása

A hálózat belsõ tulajdonsága mellett a hálózaton üzemelõ eltérõ típusú és mûszaki paraméterekkel rendelkezõ jármûvek is hatással vannak az energiafogyasztásra, egyrészt az áramfelvételük, másrészt a Combino visszatápláló fékezési üzeme miatt.

Az áramellátási hálózat korszerûsítése után, még a kétféle jármû vegyes üzemeltetésekor, majd csak a Combino villamosok közlekedése idején elvégeztük a hálózaton azokat a méréseket, melyek alapján számíthatók voltak az energiaviszonyok, a fogyasztás alakulása.

2006-ban, vegyes üzem során Ganz csuklós villamossal végzett mérés alapján felvett terhelési diagram látható a 3. ábrán. A mérés a Nagykörút Blaha Lujza tér– Boráros tér közötti tápszakaszában történt. A terhelési mérést 2007-ben is elvégeztük ugyanezen a szakaszon, egy Combino villamossal, amikor már a Ganz csuklós villamosok nem közlekedtek. A kapott terhelési diagramot a 4. ábra mutatja. A terhelési diagramok jellegébõl, adatainak összevetésébõl egyértelmûen látható, hogy a Combino-jármûvek jelentõsen kedvezõbb fogyasztással üzemeltethetõk, figyelembe véve a visszatápláló áramú fékezési üzemmódot is.

Energiafogyasztás

A villamosközlekedés energiafelhasználásának alakulását a rendszeresen elvégzett mérésekkel, számításokkal nyomon követjük. Az áramellátási hálózat korszerûsítése elõtti, illetve korszerûsítése utáni éves összesített fogyasztási adatokat és azok arányait mutatja a 3. táblázat, a tápláló áramátalakító állomások szerinti megosztásban.

A 2006. évi adatoknál figyelembe kell venni, hogy az évben történt, közel 8 hetes vágányzárban a hálózat átalakítása, amikor 4-4 hétig csak a vonal egyik felén volt villamosközlekedés, valamint az év jelentõs részében vegyes üzem volt (a Ganz csuklós és a Combino villamosok együtt közlekedtek). A viszonylatot tápláló két szélsõ állomás tápszakaszának hossza a párhuzamos rendszerben nagyobb a korábbi sugaras rendszerben táplált hosszúsághoz képest, ezért jelentkezik ezeknél nagyobb fogyasztási érték a 2005. évihez képest. Ugyanakkor összességében jelentõsen kevesebb energiafelhasználás adódott az átalakított hálózaton a Combino villamosok közlekedtetésével. Éves szinten már 2006-ban is 10%-kal, majd 2007-ben közel 29%-kal csökkent az energiafelhasználás.

A táblázat alján, kiegészítésként, GJ/év mértékegységben szerepelnek az éves fogyasztási adatok, az erõmûvi tüzelõanyag-felhasználásra vetítve. A nagykörúti villamosközlekedésre fordított energiafelhasználást költségoldalról vizsgálva, az összesített adatokat tartalmazza a 4. táblázat.

Az utóbbi két évben a liberalizált energiapiacon a BKV 38%-kal magasabb áron tudott villamos energiát vásárolni, mint 2005-ben. Ugyanakkor a hálózat korszerûsítésének és a Combino villamosok forgalomba állításának köszönhetõen elért energiamegtakarítás összességében mégis költségcsökkenéssel járt. Elmondható tehát, hogy a villamosvontatásban az energiahálózat átalakításával, korszerûsítésével önmagában is, de ezt kiegészítve a korszerû jármû üzemeltetésével jelentõs energia- és így költségmegtakarítás érhetõ el. Ennek létjogosultságát bizonyítja az is, hogy a BKV a nagykörúti áramellátási hálózat átalakítására európai uniós támogatást nyert el. A Strukturális Alapok KIOP (Környezetvédelmi és Infrastruktúra Operatív Program) keretében a maximálisan adható, 300 millió Ft összegû, vissza nem térítendõ támogatás segítségével valósul meg a beruházás.

Péter Tibor
villamos üzemmérnök
közlekedésgazdasági mérnök