SVOBODA, O. Návrh elektrizace jednokolejné trati [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2019.
Diplomová práce si klade za cíl shrnout proceduru studiového návrhu trati se střídavou a stejnosměrnou trakcí a na modelovém úseku provést jejich vzájemné porovnání. Obsahově se jedná o téma značně rozsáhlé vyžadující zvládnutí a aplikaci celé řady přístupů a nástrojů, především v oblasti modelování a simulací provozu. Práce je strukturovaná do jednotlivých částí od popisu historických i technických souvislostí, což svým způsobem vymezuje současné okrajové podmínky pro realizaci ac či dc trakce, až po jednotlivé kroky návrhu rozčleněné samostatně pro případ střídavé a stejnosměrné trakce. Návrh trakce není z technického hlediska úplný, ale práce si spíše klade za cíl provést studii, která umožní na modelovém případu porovnat racionalitu ac vs. dc trakčního napájecího systému pro kolejovou dopravu v současných podmínkách. Není tak dopodrobna řešen například technický návrh trakčních měníren resp. napájecích stanic, stejně jako i komplexní technický návrh trakčních vedení, a ani ekonomické zhodnocení není úplné, nerespektující například odpisy či údržbu. V případech, kde byly k dispozici souhrnné zástupné informace, byly tyto pro potřeby hodnocení použity (např. ceny trafostanic/měníren), nicméně i když informace o nákladovosti údržby dostupné nebyly, bylo by vhodné toto alespoň uvést. Z uvedeného pohledu chybí jednoznačné vymezení cílů a očekávaných výsledků se souhrnem postupu k jejich dosažení a s odůvodnění racionalizace rozsahu. Kompletní a komplexní návrh ve smyslu kompetice obou systémů je jednoznačně nad rámec možného rozsahu diplomové práce. Z hlediska uvedeného jsou zadané cíle splněny. Na druhou stranu práce obsahuje velkou řadu technických a formálních nedostatků, především ve výpočtové části, které degradují kvalitu práce a zavádí pochybnost o věrohodnosti některých výsledků. Obecně postrádám svědomitost a důkladnost v dokumentaci výpočetních postupů. Celá řada vztahů je nekorektně zapsaných, nevyrovnaných, nedostatečně popsaných a bez řádných definic. Důsledkem je důvodná pochybnost o správnosti výsledků. Vybrané konkrétní připomínky, poznámky i případně dotazy k technickým a formálním záležitostem jsou uvedeny v následujícím. Formální : - Chybí sumarizace použitých symbolů v seznamu zkratek a symbolů. - Zvyklostí je vyjadřovat všechny symboly veličin a parametrů v textu kurzívou. - Není dodrženo důsledné popisování všech vstupů u rovnic a to včetně popisu čítacích indexů. - Časté překlepy, jako například Mn pro jednotku Nm. - Redefinice v jedné rovnici (2.22) je nevhodná a zbytečná. - Nejsou důsledně značeny fázory, potom lze těžko rozlišit mezi fázory a moduly a posoudit tak správnost postupu/výpočtu. Obdobně je tomu i u obrázků - fázorových diagramů. - Vyskytuje se shodné označení/ symboly odlišného významu. - Místy neodpovídající odkazy na obrázky, jako například na str. 63 - odkaz na graf 2 avšak s na část v Grafu 1, apod. - V některých vztazích jsou doplněny rozměry veličin, ve většině pak nikoliv a v některých jen u některých veličin, např. (12.x). Uvedený způsob nepůsobí uspořádaně, nehledě na to, že není důsledně dodržován výpis všech vstupů daných vztahů s odpovídajícím popisem, tedy i s dosazovaným rozměrem. - Vztahy jsou i rozměrově nevyrovnané, jako například (12.7) apod. Technické: - Musím konstatovat, že vztahy v kapitole 2 (např. 2.1 a ž 2.8) nejsou rozměrově korektní. Možná se jedná o zvyklost v daném oboru, nicméně důvod není ozřejměn. - Nedůslednost v definici vstupů pro výpočty, např. jaké odůvodnění má počítat při dc napájení s účiníkem pohonu 0.98? - Jak je možné si vysvětlit rozdíly v napětích v grafech na str. 62 a 63? - Do odběrového proudu vozů v rovnicích 10.2 a 10.3 není zahrnut účiník odběru pohonů. - Velmi často se vyskytuje nesprávná, nedůsledná definice vztahů, s chybným dosazováním a chybnými výsledky. Příkladem je (11.1). Výpočty sice převážně nedehonestují celkový výsledek práce, jsou však, jako v uvedeném případě, pro přímou aplikaci nepoužitelné. - I když je v kap. 11.2 řešena ac trakce, je konstatována potřebná výkonnost dc trakce. - Celá řada vstupů do výpočtů není patřičně vysvětlena, tedy kde má původ podle čeho/jak byla volena vstupní hodnota, např. v (12.5). - Cena elektřiny 3 tisKč/MWh pro výpočet nákladů za spotřebovanou energii v tab. 13 není jakkoliv komentována s vysvětlení jak této částky bylo dosaženo. Bez odůvodnění musím považovat uvedenou cenu pro napájení drah za nepřiměřenou se zásadním dopadem na výsledky porovnání ekonomické bilance dc vs. ac trakce. - Při výpočtu ceny za elektřinu došlo k posunu řádů, jelikož jednotková cena není 3 milKč za MWh, ale 3 tisKč/MWh. Tzn. že výsledné náklady jsou potenciálně nadhodnocené 1000 násobně. Nicméně jeví se, že chyba je rovněž ve stanovení denní spotřeby, jelikož cca 1 MWh denně je naopak extrémně málo. Je tedy možné, že i zde je nesrovnalost potenciálně kompenzující předchozí chybu, tudíž výsledné náklady na elektřinu nemusí být chybné. Nutno opravit a uvést na pravou míru. - Proč je cena elektřiny ztracené v bludných proudech řádově nižší? - Postrádám podrobnější komentář k určení procentních ztrát v trakčním vedení, 15% u dc vs. 3% u ac. - Grafy v přílohách 1 až 10 stejně jako další obdobné nejsou správně pojmenovány, jedná se o kumulativní distribuční funkce. - V přílohách jsou grafy s dvojím označení y osy, zdánlivý a činný výkon, nicméně v grafech je zřejmě vždy jen jedna křivka. Existuje pro to vysvětlení? Student pracoval samostatně a aktivně, nicméně připomínky a celkově nedostatky bohužel snižují vlastní přínos studenta a úroveň dosažených výsledků, které jsou jednoznačně originální. Příčinu lze spatřovat i v nedostatečném využití konzultací, kdy se přílišná samostatnost ukazuje nepřípadnou. S přihlédnutí ke všem dílčím hodnocením a komentářům doporučuji předloženou diplomovou práci k obhajobě a hodnotím ji stupněm C/78 b.
Student Ondřej Svoboda vypracoval svoji diplomovou práci s názvem: Návrh elektrizace jednokolejné trati. Předně bych upozornil, že pojem „elektrizace“ bych nahradil pojmem elektrifikace z latinského pojmenování „electricus“ (elektrický) a „facere“ (dělat). Stejně jako plynofikace apod. I když u SŽDC je elektrizace zavedeným pojmem od počátku elektrifikace železnic. Na úvod také poznamenávám, že problematika napájení trakčním vedením se na ústavu řeší okrajově, proto se student musel rychle zorientovat. Nicméně práci lze rozdělit do třech hodnotících směrů: a) na obsahovou stránku věci, b) na slohovou, c) na odbornou stánku. Ad a) Obsahová stránka diplomové práce působí velmi kvalitně. Obsahuje celkem 104 stran včetně příloh. Je členěna do několika stěžejních kapitol, ve který je čtenáři předložena problematika návrhu elektrifikace tratí respektive, jedné vybrané tratě. Ad b) Slohová stránka práce je rozporuplná. Poměrně čtivý začátek je vystřídán zmatečností v textu, odkazováním na tabulky, ve kterých není hledané, množství překlepů, nejednotnost značení veličin (kurzíva vs. stojaté písmo), stejně tak v jednotkách (naprosto nepřípustné značení Ohm slovně). Obsahuje nekompletní seznam zkratek a symbolů. Odkazuje se na grafy/obrázky, ve kterých není daná problematika apod. Ad c) Práce je po odborné stránce velmi diskutabilní. Student zaměňuje jednotky elektrického odporu psané řeckým Omega za Ohm, jindy Newton-metry za NM apod. Proto je velmi těžké se v práci místy orientovat. Hodnotím kladně, že student se zamyslel nad koncepcí a grafikonem tratě, stejně tak typovým označením jednotlivých úseků. Stejně tak lze hodnotit součinnost v současnosti provozovaných vlaků (Vectron, RegioPanter), které budou ve stále větší míře nasazovány na koleje v ČR. Strana 38 – v ČR jsou napěťové hladiny VVN 220, 380, 500 kV? Nikoliv. Informace o zkratových výpočtech je uvedena na straně 45, stejně tak na straně 83, předpokládám, že relevantní byly obě? Strana 40 – ztráty: U DC jsou přece dvojnásobné, stejně tak u jednofázových systémů – prosím vysvětlit. Vztah 5.3 vysvětlete druhý člen rovnice. Graf 1, strana 62 – proč je napětí pantografu vyšší než U_TR_150Cu? Neměly by tyto hodnoty být stejné (vycházím z předpokladu odlehčení stroje při klesání - rekuperaci)? Je rozdíl mezi ekvivalentním poloměrem pravé a levé kolejnice (strana 60)? Co je VLD-O, respektive co vyjadřuje ona zkratka? Na straně 73 vypočítává ve vztahu 10.2 proud jako poměr činného výkonu (ne příkonu) ku napětí, asi předpokládá účiník roven 1, i když předtím píše o účiníku rovnému 0,98. Vztah 11.1 reaktance transf. - student navíc zaměnil pozici desetinné čárky, správně má být 7,29 Ohm, nikoliv 0,0729 Ohm. Další výpočty navazující jsou tedy nerelevantní. Strana 88 odkazuje na tabulku 13, přitom se jedná o tabulku 12. Navíc zde již student počítá s účiníkem 0,98 při napětí DC 2,7 kV! Nerozumím tomu. Prosím vysvětlit. Kapitola „Ekonomické srovnání“ je zcela nesmyslná. Opět za tím stojí posun na úrovni tisíců. Jednak mi chybí úvaha o vozbě nákladních vlaků, která na dané trase by se mohla/nemohla vyskytovat. Kalkulovat se spotřebou násobenou počtem dní v roce (366 místo 365) je za určitých okolností/předpokladů přijatelná. Ale co už není je cena za ztráty. Cena za odebranou elektřinu je 63 mil. Kč, nikoliv mld. Kč! Navíc uvažovat sazbu 3 000 Kč/MWh, je poměrně vysoká, nikoliv nereálná. Proč student volil inflaci na úrovni 2,9 %, nevím (ČNB cílí na 2 % ročně). Tabulka 14 uvažuje DC ztráty, které v AC síti nejsou. Celková ekonomika je velmi okřesaná, nejsou započteny odpisy, údržba (po dobu 30 let je rovna 0!) apod. Závěrem Práce je velmi nekonsistentní, působí jako psaná velmi narychlo. Nepopírám výsledky ze simulace, které se jeví správné. Nejsem schopen je porovnat, jelikož nemám k dispozici daný SW. Nicméně, pokud byly vstupními informacemi ty, které jsou v práci vypočteny, je simulace a návrh špatný. Pokud student nevysvětlí otázky uvedené výše, doporučuji práci k dopracování/přepracování. V opačném případě hodnotím práci stupněm D s ohledem na zajímavou problematiku, která se standardně na katedře nevyučuje, ale na druhou stranu za špatné výsledky, nad kterými se nepozastavil.
Práce popisuje historii a vývoj elektrizace železničních tratí se zaměřením na dvě hlavní trakční proudové soustavy používané v České republice, které následně porovnává. Student vychází z literatury od autorů v dané problematice nejpovolanějších, jako jsou například prof. Ing. Dr. František Jansa, DrSc. a prof. Ing. Štěpán Peleňský (oba stáli u zrodu prvních elektrizovaných tratí a jsou autory desítek odborných prací věnovaných elektrické trakci a trakčním aplikacím výkonové elektrotechniky) a tyto poznatky ověřuje pomocí nejmodernějších nástrojů pro simulaci železničního provozu, jaké jsou nyní v České republice k dispozici (OpenTrack a OpenPowerNet). Studentovi se podařilo dobře vystihnout uvedenou problematiku a shrnout ji do přehledné formy, kde nechybí to podstatné. Práce je logicky uspořádaná a dobře srozumitelná. Začíná teorií napájení trakčního vedení a s následným srovnáním dvou nejpoužívanějších systémů napájení trakčního vedení. Práce vystihuje hlavní výhody a nevýhody stejnosměrného systému napájení DC 3kV a střídavého napájení AC 25kV 50Hz a v další části se věnuje podrobné aplikaci těchto dvou systémů na konkrétně zadanou železniční trať. Ačkoliv je zadání železniční tratě čistě teoretické, tak je v simulaci studentem zpracováno velmi podrobně a výsledný model je podle mé dosavadní praxe realistický a blízký skutečnému provozu. Díky využití simulačních programů OpenTrack a OpenPowerNet student následně detailně posoudil a ověřil předpoklady z teoretické části v úvodu práce. V práci sice chybí část o připojení napájecí stanice k distribuční soustavě elektrické energie, ale jelikož se jedná o hypotetickou železniční trať a také z důvodu složitosti dané problematiky jak po stránce technické tak legislativní, to považuji za nepodstatné. V současné době je mezi naší odbornou veřejností od SŽDC, s.o. po projekční ústavy a dodavatele tato problematika silně diskutována. Práce ukazuje, že střídavé napájení trakčního vedení soustavou AC 25kV 50Hz je celkově výhodnější než stejnosměrné napájení DC 3kV (30letý životní cyklus). Tento výsledek je v souladu se současným trendem na naší železnici, kdy je ministerstvem dopravy schválen přechod na střídavou soustavu v celé České republice. Tento přechod je schválen i v sousedním Slovensku. Tato práce tak může svou strukturou sloužit jako podklad pro zpracování projektů na změnu napájení trakčního vedení a s ohledem na nové simulační metody k dalšímu vzdělávání odborné veřejnosti v oblasti trakčního vedení.
eVSKP id 119204