plik

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 4 / 2 0 0 4

system zasilania

elektroenergetycznego

w metrze warszawskim

odstawowymi elementami sys-
temu zasilania w metrze są pod-

stacje trakcyjno-energetyczne roz-
mieszczone na co drugiej (nieparzy-
stej) stacji łącznie ze stacją technicz-
no-postojową [1, 2]. Na stacjach pa-
rzystych umieszczone są podstacje
energetyczne.

Zadaniem trakcyjno-energetycz-

nej podstacji jest przetworzenie
napięcia przemiennego 15750 V na
napięcie stałe 825 V (zasilanie szyny
prądowej trakcji elektrycznej) i na-
pięcie 220/380 V (zasilanie odbio-
rów potrzeb własnych). Urządzenia
elektroenergetyczne linii metra są
zasilane napięciem 15 kV z rejono-
wych punktów zasilania /RPZ/ ener-
getyki zawodowej. Dwie linie kablo-
we wyprowadzone są z różnych sek-
cji danego RPZ i przyłączone do róż-
nych sekcji rozdzielnicy RSN 15 kV.
Stanowią one zasilanie podstacji
trakcyjno-energetycznej.

Jednosystemowa rozdzielnica RSN

15 kV (typu RD2 z wyłącznikiem ma-
łoolejowym SCI-4 na wózkach) po-
dzielona jest na dwie sekcje. Łącz-
nik sekcyjny wyposażony jest w au-
tomatykę SZR. Niezależnie od zasi-
lania podstacji trakcyjno-energetycz-
nych z RPZ, wzdłuż całej linii metra
jest prowadzona linia kablowa 15 kV
(tzw. pętla BHP), łącząca sekcję I i II
rozdzielni 15 kV RSN kolejnych pod-
stacji trakcyjno-energetycznych. Linią
tą można zasilić w sposób rezerwowy
każdą podstację trakcyjno-energetycz-
ną. Z rozdzielnicy 15 kV każdej pod-
stacji zasilane są:

2 (docelowo 3) zespoły prostowni-
kowe 3200 kVA każdy lub 4 zespo-
ły prostownikowe 2400 kVA każdy,

4 transformatory energetyczne
o mocy 630 lub 1000 kVA każdy.

obwody napięcia

wyprostowanego

W skład każdego zespołu prostowniko-

wego wchodzą:

2 transformatory prostownikowe 3-
fazowe o mocy 1600 kVA, przekładni
15750/665 V i grupach połączeń Dd 0
i Yd 11 lub 1 transformator prostow-
nikowy 3-uzwojeniowy o mocy 2400
kVA, przekładni 15750/665 V i grupie
połączeń Yd 11 y 0;

2 zestawy diodowe w układzie
mostka 3-fazowego typu D-17/0,8
o następujących parametrach zasila-
nia 3 × 665 V, 1700 A, napięcie wy-
prostowane 825 V.
Biegun „+” każdego zespołu wy-

prowadzony jest do rozdzielnicy prą-
du stałego RPS.

Biegun „–” wyprowadzony jest do

szafy kabli powrotnych SKP.

Rozdzielnica prądu stałego wyko-

nana jest jako dwusekcyjna ze sprzę-
głem odłącznikowym.

Pola zasilaczy trakcyjnych są dwu-

członowe. W członach ruchomych
zainstalowane są wyłączniki szybkie
WSE w wykonaniu wysuwnym.

układ zasilania pociągów

Zasilanie pociągów metra realizo-

wane jest za pomocą tzw. „trzeciej
szyny” umieszczonej z boku toru
(po lewej lub prawej stronie). Jest
ona widziana przez pasażera metra
jako osłonięta szyna znajdująca się

pod ścianą tunelu (oslona szyny jest
koloru pomarańczowego lub żółte-
go). Trzecia szyna jest sekcjonowa-
na dla obydwu kierunków ruchu na
stacjach pasażerskich z podstacjami
trakcyjno-energetycznymi. Każda
sekcja trzeciej szyny jest zasilana
dwustronnie z sąsiednich podsta-
cji trakcyjno-energetycznych, znaj-
dujących się na obu krańcach da-
nej sekcji. Do załączania i odłącza-
nia napięcia na trzeciej szynie słu-
żą odłączniki sieci trakcyjnej RST,
wyposażone w napęd silnikowy
i umieszczone w bezpośrednim są-
siedztwie trzeciej szyny. Na każdej
stacji pasażerskiej, na której znaj-
dują się odłączniki RST, przewidzia-
no możliwość uszynienia każdego
odcinka trzeciej szyny, za pomocą
odłączników uszyniających SOU,
wyposażonych w napęd ręczny. Już
w czasie eksploatacji dokonano mo-
dernizacji polegającej na zautomaty-
zowaniu procesu uszyniania na ca-
łym odcinku metra.

zasilanie urządzeń

nietrakcyjnych

Transformatory energetyczne

potrzeb własnych każdej podstacji
pracują na szyny rozdzielnicy 0,4
kV RGnN (rozdzielnicy głównej ni-
skiego napięcia), zasilającej odbio-
ry siłowe i oświetleniowe danej sta-
cji pasażerskiej i przyległych odcin-
ków szlaku.

W metrze zainstalowano transfor-

matory energetyczne suche o mocy
630 lub 1000 kVA każdy, grupy połą-
czeń Dyn 5 o przekładni 15750/400 V.

Rozdzielnice są jednosystemowe,

podzielone na dwie sekcje ze sprzę-

głem wyposażonym w automatykę
SZR. Pola dopływów i łącznika sek-
cyjnego są wyposażone w wyłączniki
typu DS zainstalowane na ruchomych
członach. Pola odpływowe posiadają
rozłączniki RB. Z rozdzielni RGnN są
zasilane odbiorniki zlokalizowane na
stacjach i w tunelach.

Do największych odbiorników pod

względem mocy jednostkowej należą
wentylatory główne stacyjne i szla-
kowe. Oświetlenie jako całość na-
leży zaliczyć również do dużego od-
biorcy energii, ze względu na dużą
liczbę punktów oświetleniowych.
Wentylacja i klimatyzacja pomiesz-
czeń stacji, przepompownie, grzej-
niki, zasuwy wodne, systemy łącz-
ności i dostępu oraz inne, uzupełnia-
ją listę odbiorców energii prądu prze-
miennego z RGnN. Na każdej stacji
znajdują się ponadto po dwie prze-
twornice zasilania bezprzerwowego
(UPS) o mocach 10 do 30 kVA każda,
służące do zasilania obwodów ste-
rowania ruchem pociągów, oświe-
tlenia awaryjnego, ewakuacyjne-
go, systemów zdalnego sterowania
oraz systemów gwarantujących bez-
pieczeństwo.

centrum dyspozytorskie

Na potrzeby zasilania, sterowania

i sygnalizacji urządzeń wykorzystuje
się pięć wielkości i rodzajów napięć:
220 V =, 220 V ~, 24 V =, 24 V ~
i 12 V= .
Mózgiem metra jest Centralna Dyspo-
zytornia. Cztery podstawowe stano-
wiska dyspozytorskie kontrolują ruch
pociągów, działanie urządzeń łączno-
ści, sterowania ruchem i bezpieczeń-
stwa, działanie urządzeń elektro-

ochrona przeciwpora

żeniowa

w metrze warszawskim

mgr in

ż. Piotr Ber, mgr inż. Bernard Molak - Dział Elektro-Trakcyjny Metro Warszawskie Sp. z o.o.

mgr in

ż. Józef Dąbrowski - Zakład Trakcji Elektrycznej, Instytut Elektrotechniki Warszawa Międzylesie

Specyfi czny system prowadzenia ruchu poci

ągów w metrze, charakteryzujący się dużą

liczb

ą pojazdów na linii oraz usytuowaniem niemal całej infrastruktury pod ziemią, wy-

maga silnego i jednocze

śnie niezawodnego układu zasilania.

o c h r o n a

p r z e c i w p o r a

ż e n i o w a

n r 4 / 2 0 0 4

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

energetycznych oraz urządzeń sani-
tarnych i mechanicznych. Pracę urzą-
dzeń elektroenergetycznych nadzoru-
je dyspozytor energetyczny mający do
dyspozycji system zdalnego sterowa-
nia SAUTER. System ten, oparty na
układach mikroprocesorowych, kon-
troluje i zapewnia szybkie sterowa-
nie wszystkimi urządzeniami ener-
getycznymi i trakcyjnymi (wyłączni-
ki, odłączniki itp.). Jednostka cen-
tralna, zainstalowana w Centralnej
Dyspozytorni Metra, zbiera infor-
macje o stanie nadzorowanych urzą-
dzeń (stany położenia wyłączników,
odłączników, wartości napięć i prą-
dów, awarie) oraz dokonuje analizy
tych danych, określając np. prawdo-
podobną przyczynę wystąpienia sta-
nu alarmowego i podając sposób po-
stępowania w zaistniałej sytuacji.
Informacje nadchodzące z poszcze-
gólnych obiektów i polecenia wyda-
wane przez dyspozytora przedstawia-
ne są na monitorze w postaci teksto-

wych list dialogowych lub w formie
graficznej (schemat określonej gru-
py urządzeń).

Praca wszyst-

kich urządzeń -
wszelkie zmia-
ny i stany alar-
mowe - zapisy-
wane są w hi-

storycznym banku danych i na bie-
żąco drukowane na włączonej przez
cały czas drukarce.

ochrona przed porażeniem

prądem elektrycznym

Budowę metra warszawskiego

rozpoczęto 15 kwietnia 1983 r. Na-
tomiast 7 kwietnia 1995 r. oddano
do użytku I odcinek linii o długości
11,2 km (od stacji Kabaty do stacji Po-
litechnika). 26 maja 1998 r. oddano

Rys. 1 Schemat zasilania metra

średnie rezystancje wzdłużne tunelu tubingowego
średnie rezystancje wzdłużne tunelu żelbetowego

2,2 [mW/km]

47 [mW/km]

średnie rezystancje wzdłużne odcinków stacyjnych

8,8 [mW/km]

rezystancja przejścia tunelu względem ziemi – tubingi żeliwne
– tubingi żelbetowe

0,9 – 4,6 [mWkm]

2,3 – 6,4 [mWkm]

Tab. 1 Średnie wartości rezystancji konstrukcji tuneli metra warszawskiego

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 4 / 2 0 0 4

kolejny odcinek (do stacji Centrum),
10 maja 2001 r. dwie kolejne stacje
(Świętokrzyska i Ratusz), a 20 grud-
nia 2003 r. odcinek do stacji Dworzec
Gdański. Aktualnie trasa I linii wyno-
si 15,6 km i 15 stacji.

Instalacje i urządzenia elektro-ener-

getyczne projektowane i wykonywane
były zgodnie z obowiązującym wów-
czas stanem prawnym. W zakresie
ochrony przeciwporażeniowej do 1 kV
i pow. 1 kV obowiązywały Zarządzenia
Ministra Górnictwa i Energetyki oraz Mi-
nistra Budownictwa i Przemysłu Mate-
riałów Budowlanych, odpowiednio z 5
października 1966 r. i 31 grudnia 1966.
W 1990 r. 26 listopada ukazało się w Dz.
U. nr 81 Rozporządzenie Ministra Prze-
mysłu w sprawie warunków technicz-
nych, jakim powinny odpowiadać urzą-
dzenia elektroenergetyczne w zakresie
ochrony przeciwporażeniowej. Ten stan
prawny obowiązywał przy budowie od-
cinka metra od stacji Kabaty do stacji Po-
litechnika.

Kolejne stacje metra (Centrum,

Świętokrzyska, Ratusz i Dworzec
Gdański) zaprojektowane i zbudo-
wane zostały zgodnie z aktualnie
obowiązującym stanem prawnym
(Prawo Budowlane – ustawa z 7 lip-
ca 1994, Prawo Energetyczne - usta-
wa z 10 kwietnia, Polska Norma PN-
ICE 60364 (PN-E 05009) oraz właści-
we rozporządzenia).

rozwiązania techniczne

Magistrala uziemiająca jest wyko-

rzystywana jako uziemienie stacji
i tuneli. Wykonana jest z płaskowni-
ka stalowego ocynkowanego (Fe/Zu)
o przekroju 50 x 4 mm, który biegnie
dwoma tunelami i po obydwu stro-
nach stacji, wzdłuż całej linii metra.
Na każdej stacji wykonano połączenie
poprzeczne, łączące obydwa płasko-
wniki. Magistrala jest połączona me-
talicznie ze zbrojeniem żelbetowych
i żeliwnych tubingów tuneli oraz ze
zbrojeniem żelbetowym stacji. Cała li-
nia metra (stacje i tunele) pogrążona
jest w gruncie na głębokości ok. 10 m.
Wyjątek stanowi krótki odcinek tune-
lu łączący linię metra ze stacją tech-
niczno-postojową Kabaty.

Tak wykonana magistrala uzie-

miająca jest traktowana jako uziom
roboczy i ochronny dla wszystkich
urządzeń elektrycznych zlokalizo-
wanych wewnątrz budowli pod-
ziemnej. Wewnątrz każdej podsta-
cji trakcyjno-energetycznej i energe-
tycznej jest wykonany otok z pła-
skownika stalowego ocynkowane-
go o przekroju 120 mm

, połączo-

ny w dwóch miejscach z magistra-
lą uziemiającą. Średnie rezystancje
wzdłużne tuneli oraz korpusów sta-
cji wraz z magistralą uziemiającą ze-
stawiono w tabeli 1, w której tej po-
dano również wartości rezystancji
przejścia tunelu - ziemia [3].

ochrona przed porażeniem

w obwodach o napięciu

powyżej 1 kV

W instalacjach elektroenerge-

tycznych o napięciu 15 kV prądu
przemiennego zastosowano ochro-
nę przeciwporażeniową podstawo-
wą i dodatkową.

Ochrona podstawowa to właści-

wy dobór zabezpieczeń przeciąże-
niowych do odbiorników, urzą-
dzeń, kabli i innych elementów sie-
ci, izolacja robocza, obudowy i osło-
ny ochronne oraz usytuowanie czę-
ści gołych i izolowanych zabezpie-
czonych przed dotykiem. Ochrona
dodatkowa to uziemienia ochron-
ne. Z wartości podanych w tabeli 1
wynika, że rezystancja poszczegól-
nych uziemień ochronnych prak-
tycznie nie przekracza 1 W.

ochrona przed porażeniem

w obwodach prądu stałego

o napięciu do 1 kV

Układ zasilania trakcji w metrze

warszawskim jest klasycznym zasila-
czem prądu stałego niskiego napięcia,
gdzie „ + ” jest podawany na tzw. trze-
cią szynę (prądową), a „ – ” na tory jezd-
ne. Zasilacz jest izolowany od konstruk-
cji tuneli - szyny jezdne są izolowane od
betonu podtorza. Rezystancja przejścia
między szynami jezdnymi a „ziemią tu-
nelu” w metrze jest z reguły znacznie
większa niż 20 W/km [3], czyli od war-

tości zalecanej w normie [4]. Norma ta
została w 2002 r. zastąpiona przetłuma-
czoną na język polski normą europejską
[5]. Układ zasilania prądem stałym posia-
da zabezpieczenia w postaci samoczyn-
nego wyłączenia zasilania po stronie 15
kV (wyłączniki zespołów) i samoczynne-
go wyłączenia zasilania po stronie zasila-
nia trakcji (wyłączniki szybkie). Ponad-
to układy zasilania trakcji są zabezpie-
czone dodatkowo od wpływów zani-
ków napięcia sterowania podstawowe-
go potrzeb własnych oraz zaniku zasila-
nia w obwodach pomocniczych prądu
przemiennego.

Dodatkową ochroną przed poraże-

niem prądem elektrycznym jest uszy-
nienie ochronne przez przekaźniki za-
bezpieczenia przeciwporażeniowego
odizolowanych od ziemi urządzeń
prądu stałego „ + 825 V ”.

Kolejnym elementem systemu

ochrony przeciwporażeniowej jest za-
stosowanie na każdej stacji urządze-
nia do ciągłej kontroli napięcia rażenia
(UCKNR). Urządzenie to przeznaczone
jest do ciągłej kontroli napięcia między
szynami jezdnymi i zbrojeniem tune-
lu (peron - obudowa wagonu). W przy-
padku pojawienia się napięć rażenia
zarówno prądu stałego, jak i prze-
miennego, przekraczających wartości
dopuszczalne, urządzenie powoduje
zwarcie szyny jezdnej ze zbrojeniem
tunelu na określony czas.

ochrona przed porażeniem

w obwodach prądu

przemiennego o napięciu

do 1 kV

Pierwszy odcinek linii metra (do

stacji Politechnika), w zakresie in-
stalacji elektrycznych do 1 kV, został
wykonany w układzie sieci TN-C, tzn.
zaprojektowano i wykonano sieci ka-
blowe i oprzewodowanie 4- i 2-żyło-
we (zastosowano przewód neutral-
no-ochronny PEN).

Następne stacje i odcinki szlaków

zostały zaprojektowane i wykonane
w układach sieci TN-S, 5- i 3-żyłowe
(zastosowano przewody neutralne N
i ochronne PE). Zastosowana ochrona
przeciwporażeniowa w obydwu przy-
padkach spełnia wymagania obowią-

zujących norm i przepisów. W tej sy-
tuacji powstał problem połączenia oby-
dwu systemów na „żywym organizmie”.
Rozwiązanie polegało na zmianie niektó-
rych obwodów stacji Politechnika (przej-
ście na system TN-S), związanych z ob-
sługą połowy następnego szlaku w kie-
runku stacji Centrum.

Złożony system instalacji elek-

trycznych w metrze warszawskim
wymaga indywidualnego podejścia
do każdej instalacji i kompleksowe-
go podejścia do całego systemu.

Poważnym utrudnieniem przy

pracach eksploatacyjnych nad syste-
mem jest ograniczony dostęp do in-
stalacji i urządzeń (do niektórych tyl-
ko w przerwie nocnej), pracujących
w ruchu ciągłym. Bezpieczeństwo
pasażerów jest celem nadrzędnym,
oraz obsługi.

W okresie 9 lat eksploatacji metra

nie zanotowano przypadków poraże-
nia prądem elektrycznym, co daje do-
bre świadectwo zarówno zainstalowa-
nym systemom ochrony przed pora-
żeniem prądem elektrycznym, jak
i obsłudze oraz stosowanym przez
nią procedurom postępowania.

literatura

1. P. Ber, System zasilania elektroener-

getycznego w metrze, TTS, 1995 nr
10, s. 40 - 43.

2. P. Ber, Zasilanie i sieć trakcyjna me-

tra, Konferencja naukowo-technicz-
na, Trakcja elektryczna w komuni-
kacji miejskiej, TRAM’96, Gdańsk 9-
11 maja 1996 r., s. 5 – 13.

3. W. Dziuba, J. Dąbrowski, Rezystan-

cje w obwodach prądów powrot-
nych warszawskiego metra, VII Kon-
ferencja Naukowa Trakcji Elektrycz-
nej, SEMTRAK’96, Zakopane, paź-
dziernik 1996 r., s. 213 – 220.

4. PN-92-E 05024 Ochrona przed ko-

rozją. Ograniczanie upływu prądów
błądzących z trakcyjnych sieci po-
wrotnych prądu stałego.

5. PN-EN 50122-2:2002. Zastosowania

kolejowe. Urządzenia stacjonarne.
Część 2: Środki ochrony przed od-
działywaniem prądów błądzących
wywołanych przez trakcję elektrycz-
ną prądu stałego.

o c h r o n a

p r z e c i w p o r a

ż e n i o w a