Vlaková zabezpečovací zařízení ve Švýcarsku

Rozmístění ovladačů jednotlivých zabezpečovacích systémů
na lokomotivě řady Re 450
Na železničních tratích Švýcarské konfederace se používá několik systémů vlakového zabezpečovacího zařízení. Jako u podobných zařízení v jiných zemích se i švýcarské systémy skládají z mobilní části, umístěné na hnacích vozidlech, a některé i z traťové části, umístěné na trati. Podívejme se nyní blíže na jednotlivé švýcarské systémy a principy jejich fungování.

Sicherheitssteuerung 237

Zabezpečovací systém „Sicherheitssteuerung 237“ pochází z 50. let 20. století. Byl vyroben firmou Asega a používá se na traťových lokomotivách. Skládá se ze dvou podsystémů: „Schnellgang“ (rychlá jízda) a „Langsamgang“ (pomalá jízda).
„Schnellgang“ je systém kontroly bdělosti u nás známý jako „pedál mrtvého muže“ - na stanovišti pod nohami strojvedoucího je umístěn pedál, který musí být trvale stlačován nohami strojvedoucího. Je-li pedál uvolněn, pak po ujetí dráhy 50 metrů od okamžiku uvolnění zazní nízký výstražný tón a po 100 metrech od uvolnění se automaticky vypne hlavní vypínač a spustí se rychlobrzda. Je-li pedál mezi 50 a 100 metry znova stlačen, končí i výstražný tón.
„Langsamgang“ kontroluje bdělost pomocí pricipu „živého muže“. Pokud strojvedoucí neudělá během 1600 metrů jízdy žádný vědomý úkon, zazní vysoký výstražný tón a po 1800 m se automaticky vypne hlavní vypínač a zavede se rychlobrzda. Mezi 1600 a 1800 m musí strojvedoucí provést některou stanovenou manipulaci, např. obsloužit brzdič či pákový ovládač, krátce uvolnit a opět stlačit pedál bdělosti „Schnellgang“ nebo přepnout světlomet (jen na lokomotivách řady Re 460).
Stejným způsobem fungují i novější systémy Teloc E, Teloc 2000 a 2200 firmy Hasler.
Návěstidlo ve stanici Hüntwangen-Wil. V kolejišti jsou
tři anténní cívky - levá a prostřední patří zabezpečovači
Integra, pravá je balíza systému ZUB.

Zugsicherung 240

Zabezpečovač „Zugsicherung 240“ (ZS 240) se používá od roku 1933 a funguje na principu indukčního přenosu informací z tratě na vozidlo. Původně se systém nazýval pouze „Signum“ nebo též „Integra-Signum“ a byl vyráběn firmou Integra Wallisellen (dnes Siemens Integra).
Podnětem ke vzniku toho systému byla těžká nehoda 23. dubna 1924 v Bellinzoně, kde se v důsledku projetí návěstidla v poloze „Stůj“ srazily dva rychlíky a zemřelo 15 lidí. První zkušební jízdy se systémem Integra-Signum začaly v roce 1927 na trati Bern - Thun. V roce 1930 byly cívky tohoto zabezpečovače namontovány u návěstidel stanice Gümligen a na lokomotivě Ae 3/6 I 10677, později byla tímto systémem vybavena celá trať Bern - Thun a různé lokomotivy. Další nehoda u stanice Luzern v roce 1932, při které zemřelo šest lidí, přiměla generální ředitelství SBB-CFF-FFS k přijetí rychlého rozhodnutí. 1. prosince 1933 se ředitelství rozhodlo pro švýcarský systém Signum Integra a zamítlo konkurenční francouzský systém „Crocodile“.
Jak je vidět na fotografii vpravo, anténními cívkami systému Zugsicherung 240 jsou vybavené předvěsti a hlavní návěstidla se systémem Integra Halt (stůj) a Warnung (výstraha).
Traťové lokomotivy švýcarských drah jsou tedy vybaveny jedním magnetem (společným pro oba směry jízdy) a jednou anténou (indukční cívkou) pro každý směr jízdy.
Svítí-li na předvěsti „Výstraha“, tedy základní návěst předvěsti, je kontakt návěstního relé rozepnutý. Palubní část systému trvale vysílá signál magnetem v ose vozidla a přijímá signál (v úrovni stovek milivoltů) anténou vlevo ve směru jízdy, přičemž oba signály jsou „shodné polarity“. Na stanovišti zazní nízký výstražný tón a zároveň se prosvítí tlačítko žluté barvy. Toto tlačítko musí být potvrzeno strojvedoucím, pokud tak neučiní, dojde po 100 metrech jízdy k vypnutí hlavního vypínače a samočinné aktivaci rychlobrzdy. Systém tedy kontroluje, zda strojvedoucí předvěst skutečně uviděl a vědomě tuto skutečnost potvrdil. Stejným způsobem se postupuje v případě, že návěstidlo návěstí jízdu sníženou rychlostí od následujícího návěstidla.
Popsaný postup neplatí jen pro předvěsti, ale také pro hlavní návěstidla s návěstí „Výstraha“ nebo s návěstí nařizující jízdu sníženou rychlostí od následujícího návěstidla.
Magnet (uprostřed) a anténní cívky (vně kolejí, vždy vlevo ve směru
jízdy) pro systém Signum (ZS 240), zde namontované za podvozkem
hnacího vozidla řady RBDe 560.
Svítí-li na hlavním návěstidle návěst „Stůj“, tedy základní návěst hlavního návěstidla, je též kontakt návěstního relé rozepnutý. Palubní část systému trvale vysílá signál magnetem v ose vozidla a přijímá signál levou anténou, přičemž oba signály jsou nyní „opačné polarity“, neboť vedení mezi oběma cívkami je u hlavního návěstidla překříženo. V případě, že vozidlo mine návěstidlo v poloze „Stůj“, na stanovišti strojvedoucího zazní nízký výstražný tón a zároveň se prosvítí tlačítko červené barvy. V tomto případě nemůže být tlačítko potvrzeno, ihned se aktivuje rychlobrzda a vypne se hlavní vypínač.
V situaci, kdy je na návěstidle návěstěno „Volno“, je kontakt návěstního relé sepnutý, vedení je zkratováno a žádné elektromagnetické signály nejsou zpátky na vozidlo přenášeny, zabezpečovací systém tudíž nijak nereaguje.

Zugbeeinflussung 121

Zvýšený provoz v 90. letech 20. století vyžadoval nový zabezpečovací systém, srovnatelný s německými systémy LZB a PZB. Impulsem pro zavedení dokonalejšího systému byla opět nehoda, tentokrát ze dne 8. srpna 1992, kdy ve stanici Zürich-Oerlikon narazil v rychlosti 65 km/h vlak InterCity Romanshorn - Ženeva do boku soupravy curyšského příměstského vlaku linky S 5. Jeden cestující zemřel, osm dalších bylo těžce zraněno. V případě použití dnešního systému ZUB 121 (který je používán také ve Španělsku a v Dánsku) by k takové nehodě nemohlo dojít.
Systémy LZB a PZB ale byly pro SBB-CFF-FFS příliš drahé, protože nemohly být kombinovány se starým zabezpečovačem Signum. Společnost Siemens-Albis tedy dostala úkol vyvinout nový systém Zugbeeinflussung 121 (ZUB 121). Další nehoda, ke které došlo 12. listopadu 1999 u Bernu, urychlila zavedení nového zabezpečovače i u jiných dopravců. Při této nehodě zemřeli dva lidé a 42 bylo zraněno. Souprava řady RBDe 560 společnosti SBB-CFF-FFS projela návěst „Stůj“ ve stanici Bern-Weissenbühl, která patří společnosti BLS, a narazila do jednotky BLS. Tím byla i BLS donucena instalovat systém ZUB na svá vozidla a tratě. I této nehodě by systém ZUB býval byl schopen zabránit.
ZUB 121 funguje příbližně stejně jako německý systém PZB - je to bodový vlakový zabezpečovač. Cílem je, aby vlak zabrzdil už před návěstí „Stůj“.
Konzola ZUB 121 na stanovišti hnacího vozidla řady Re 450
Hnací vozidlo vysílá vysokofrekvenční energii, kterou aktivuje „balízu“ (tzv. Gleiskoppelspule) umístěnou mezi kolejnicemi. V balíze jsou uloženy jednak pevně naprogramované informace (např. maximální rychlost v následujícím úseku) a též zde mohou být informace proměnné pomocí vnějšího signálu (např. vzdálenost k následujícímu návěstidlu zakazujícímu či omezujícímu jízdu). Z těchto informací (statický rychlostní profil) a z informací o vlaku (např. brzdicí procenta) se vypočítává křivka (dynamický rychlostní profil), podle níž musí strojvedoucí brzdit (viz příklad na obrázku - 40 km/h).
Pokud strojvedoucí udržuje rychlost pod křivkou, nestane se nic. Jestliže ale brzdí nedostatečně, tj. překročí rychlost dovolenou křivkou o víc než 5 km/h, zazní vysoký výstražný tón. Strojvedoucí má ještě možnost zintenzivnit brzdění, pokud ale překročí rychlost na křivce o více než 10 km/h, též zazní vysoký tón a zároveň se aktivuje rychlobrzda. Strojvedoucí již nemůže nic udělat, vlak musí zastavit. Rychlobrzdu lze zrušit a hlavní vzduchové potrubí naplnit pouze pokud vozidlo stojí.
V případě předvěsti (vybavené balízou systému ZUB), která ukazuje návěst „Výstraha“, je vysílána cílová rychlost 0 km/h, tedy požadavek zastavit u následujícího hlavního návěstidla v poloze „Stůj“. Aby mohl vlak po změně návěstního znaku na povolující pokračovat ve své jízdě, musí být v kolejišti instalována vysílací smyčka („Schleife“), která v této situaci vysílá „uvolňovací“ kód. U některých návěstidel není tato vysílací smyčka instalována, uvolňovací kód zde zadává strojvedoucí pomocí spínače a systém pak dovolí jízdu rychlostí maximálně 40 km/h až k návěstidlu, kde z balízy přečte informaci o skutečném návěstním znaku.
Pokud by strojvedoucí zadal uvolňovací kód neoprávněně (tzn. na návěstidle je stále návěst „Stůj“), zjistí to systém až při přečtení balízy v úrovni návěstidla a okamžitě zavede rychlobrzdu. Vlak sice okolo návěstidla projede, avšak návěstidla jsou umísťována s ohledem na tzv. prokluzovou vzdálenost, během které vlak (z dovolené rychlosti 40 km/h) bezpečně zastaví, aniž by nastala kolizní situace (např. vjetí do výhybky). Je jasné, že o tuto prokluzovou vzdálenost se zkracuje např. užitečná délka dopravních kolejí.
Pro větší bezpečnost bylo naplánovano systémem ZUB vybavit všechny předvěsti a hlavní návěstidla. Finančně to ale bylo příliš náročné, a tak byl ZUB 121 doposud namontován jen u 2250 návěstidel na nejnebezpečných místech, především v okolí velkých měst, jako Curych, Bern, Ženeva a Basilej.
Dnes se již balízy ZUB ani anténní cívky systému Signum nově neinstalují a švýcarské dráhy používají jiné řešení: jsou jím tzv. eurobalízy, které jsou používané v systému European Train Control System (ETCS). Aby je vozidla mohla číst, jsou vybavována ETM (EuroBalise Transmission Module), tzv. baťůžkem. Eurobalízy mají stejný úkol jako balízy ZUB.

European Train Control System (ETCS)

Anténa ETM (baťůžek) pro eurobalízy pod skříní řidicího vozu
Pro rychlosti vyšší než 200 km/h už nestačí ani Signum, ani ZUB. Aby evropské dráhy byly i nadále konkurenceschopné, musely otevřít své národní sítě. Nastal politický a ekonomický tlak, aby národní zabezpečovače byly sjednoceny. To je ovšem technicky neřešitelné, a proto byl vyvinut jednotný celoevropský zabezpečovací systém ETCS. Tento tlak byl i ve Švýcarsku, kde je železniční síť často používána různými mezinárodními dopravci, jako Railion, rail4chem, CrossRail atd. Především jde o tratě přes Gotthard, Lötschberg a Simplon, kde by interoperabilita významně ulehčila přístup dopravců na železniční síť.
V 90. letech se SBB-CFF-FFS rozhodly pro ETCS jako nejlepší řešení zabezpečovače pro rychlost nad 160 km/h. Do roku 2015 chtějí SBB-CFF-FFS pro zajištění interoperability na celé síti vyměnit starší systémy ZUB a Signum za ETCS Level 1 „Limited Supervision“. Předvěsti a hlavní návěstidla však na tratích zůstanou i nadále, v nejnebezpečnějších místech budou navíc eurobalízy upravené pro systém ZUB, a všude budou eurobalízy upravené pro systém Signum, tj. přenášející pouze kódy „Výstraha" a „Stůj“. Na tratích tak bude možno bezpečně provozovat i vozidla nevybavená systémem ETCS, pouze přenosová cesta z tratě na vozidlo bude realizována upravenými eurobalízami, nikoliv původními anténními cívkami či „starými“ balízami. Touto paralelní instalací ETCS a národních zabezpečovačů je zajištěno, že instalace systému ETCS Level 1 je ekonomicky opodstatněná.
Zkušební eurobalízy v depu Zürich Feldstrasse
Do roku 2015 bude 95 % ze sítě SBB-CFF-FFS vybaveno systémem ETCS Level 1 Limited Supervision, zbylých 5 % bude vybaveno systémem ETCS Level 2.
Instalace systému ETCS Level 2 ve Švýcarsku teprve probíhá, a to v úsecích Rothrist – Mattstetten (tzv. Neubaustrecke - NBS - tj. „nově postavená trať“), Rothrist – Solothurn (tzv. Ausbaustrecke - ABS - tj. „přestavěná trať“) a v novém tunelu mezi stanicemi Frutigen a Raron (tzv. Lötschbergbasistunnel - LBT). NBS je 45 km dlouhá dvoukolejná trať, 14,5 km z její délky tvoří tunely. Denně po ní projede 242 vlaků (v obou směrech) s maximální rychlostí 200 km/h. Nový je ale interval mezi vlaky, který poklesl až na minimální odstup 120 sekund, a to i při rychlosti 200 km/h. Traťové vybavení bylo vyrobeno firmou Alstom. LBT je 34,6 km dlouhý tunel, z této délky tvoří 12 km dvoukolejná trať, zbývající část tunelu je zatím jednokolejná, projektovaná propustná výkonnost trati je 110 vlaků v obou směrech, interval mezi vlaky je 180 sekund při maximální rychlosti 250 km/h, traťové vybavení dodala firma Alcatel.
Návěstidla už podél trati nejsou. Informace dostává strojvedoucí od radioblokové centrály (Radioblockcenter (něm.) či Radio Block Center (angl.), RBC) radiovou cestou v síti GSM-R. Dohled nad rychlostí je trvalý, obdobně jako v systému LZB. I nadále je to ale stavědlo (elektronické), které obsluhuje výhybky a povoluje jízdy jednotlivým vlakům.
Stanoviště lokomotivy 460.080 s displeji systému ETCS
Nejdůležitější částí vybavení hnacího vozidla je tzv. European Vital Computer (EVC), který zpracovává vstupní informace a vydává povely. EVC má tři kanály, aby mohl provést nějakou akci, musejí mít dva kanály shodný výsledek (princip dva ze tří). Informace od RBC dostává EVC přes radiostanici GSM-R (CabRadio), jejíž anténa je namontovaná na střeše vozidla. CabRadio též zajišťuje hlasovou komunikaci strojvedoucího s dispečerem. K EVC jsou připojeny EB (Emergency brake valve, ventil nouzové brzdy), ODO (Odometry unit, jednotka měření rychlosti a dráhy) a TRU (Juridical recording unit, záznamová jednotka čas / rychlost / dráha). Pod skříní vozidla jsou umístěny dvě antény: jedna pro ETCS (Euroanténa) a druhá pro ZUB/ETM, aby lokomotiva mohla i nadále jezdit na tratích, které nejsou vybaveny ETCS Level 2.
Stanoviště vozidla vybaveného systémem ETCS má dva displeje, tzv. DMI 1 a DMI 2 (Driver-Machine Interface). DMI 1 (přímo před strojvedoucím) zobrazuje rychlost, režimové indikátory či rychlostní profil před vlakem. DMI 2 (vlevo) je pro rádio (analog nebo digital). V případě poruchy jednoho displeje je možné informace standardně zobrazované na DMI 1 zobrazit na DMI 2, obsluha rádia je pak pomocí nouzové klávesnici vlevo od DMI 2.

Obrazovka DMI 1 systému ETCS na stanovišti strojvedoucího


Jak probíhá jízda na trati vybavené ETCS Level 2:
První jízda („po zapnutí baterií“) nemůže začínat v režimu Level 2, protože při prvním přihlašování lokomotivy RBC neví, kde se vozidlo nachází. To RBC zjistí až poté, co vlak přejede první balízu a oznámí RBC svoji polohu. Vlak tedy začíná jízdu v úrovni Level 0. Toto platí i v situaci, kdy vlak začíná svou první jízdu uvnitř úseku Level 2. Do přečtení první balízy jede i v úseku tratě vybavené ETCS Level 2 pouze v režimu Level 0. Naopak při započetí další jízdy v úseku si palubní část „pamatuje“ svou polohu z poslední jízdy (včetně např. posunu - objíždění soupravy - nebo i v situaci, kdy byla lokomotiva na postrku předchozího vlaku a palubní část byla v režimu Sleeping Mode - předpokladem je samozřejmě trvalé napájení palubní části ETCS) a po aktivaci stanoviště přejde okamžitě do režimu Level 2.
Přibližně 4 km před začátkem traťového úseku vybaveného ETCS Level 2 přejede vlak přihlašovací balízu a cestou GSM-R se přihlásí do RBC, kam odešle informace o sobě (číslo vlaku, brzdicí procenta atd). RBC tyto informace zpracuje a předá je řídicímu systému a stavědlu. Též se zjistí, zda-li má vlak vůbec povolení jet na trať.
Častým problémem na trati Mattstetten – Rothrist (NBS) bylo, že strojvedoucí zapomněl (již v Curychu) zadat do systému číslo vlaku. Vlak tak odjel bez čísla a na vjezdu na NBS se nemohl přihlásit do RBC, protože RBC ho nepoznal. Následkem tohoto opomenutí pak vlak nevjel na NBS, ale byl nasměrován na starou trať do Bernu (přes Langenthal a Burgdorf), což znamenalo 15 minut cesty víc. S novým updatem software palubní části (ETCS „žlutý“) se toto již stát nemůže, protože program požaduje potvrzení čísla vlaku.
Pokud má vlak povolení k jízdě, jede dál a přejede vjezdovou balízu, která přiřadí vlaku kolej a uvolní vjezd do Level 2. Vlak ale stále jede v režimu Level 0. Vlastní jízda v režimu Level 2 začíná až u balízy označené neproměnným návěstidlem (tabulí) „CAB“ (viz obrázek vlevo). Návěstidla (tabule) jsou ale v podstatě zbytečná, protože veškeré informace dostane strojvedoucí přímo na DMI. Řídicí systém a stavědlo postupně prodlužují vlaku povolení k jízdě (MA, Movement authority).

Ke konci traťového úseku vybaveného ETCS Level 2 se na obrazovce DMI zobrazí „Ankündigung Level 0“, tj. oznámení o vjezdu do Level 0. Vlak přejede výjezdovou balízu, kde RBC vyžaduje od strojvedoucího potvrzení přechodu do režimu Level 0, tj. že strojvedoucí vidí první vnější návěstidlo za tratí s Level 2. U návěstidla (tabule) „konec CAB“ (viz obrázek vlevo) se mění i Level 2 na Level 0. Jestliže strojvedoucí nepotvrdí přechod do režimu Level 0, aktivuje se nouzová brzda.

Vlak musí být po celou dobu jízdy v úseku s ETCS Level 2 v trvalém rádiovém spojení s RBC. V případě, že se spojení přeruší, což je indikováno červeným symbolem antény na monitoru DMI 1, a délka tohoto přerušení přesáhne 40 sekund, dojde automaticky k vyvolání rychlobrzdy a vlak zastaví. Poté se musí strojvedoucí spojit vysílačkou s řídícím stavědlem a dohodnout se na způsobu pokračování v jízdě.


Text a foto Matthias Haag, spolupráce Aleš Lieskovský
© SPŽ