Raylı Sistemlerin Temelleri 10. Sinyalizasyon ve Tren Kontrolü

Transkript

1 Raylı Sistemlerin Temelleri 10. Sinyalizasyon ve Tren Kontrolü Hasan Hüseyin Erkaya Kaynak: C.F. Bonnett, Practical Railway Engineering, 2nd Ed., London: Imperial College Press, 2005 Eskişehir Osmangazi Üniversitesi 2016

2 10.1 Tren Sinyalizasyonunun Tarihi 10.2 Modern Sinyalleşme Prensipleri 10.3 Yol Devreleri 10.4 Makas değiştirme, Kilitleme ve Sezme 10.5 Emniyet kilidi (Anklaşman engagement veya interlocking) 10.6 Seferler Arası En Az Aralık 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller 10.8 İkincil Sinyaller 10.9 Renkli Işıklı İşaretleşmenin İki Rengi Üç-Renk Renkli Işıklı İşaretleşme Dört-Renk Renkli Işıklı İşaretleşme İletim Tabanlı İşaretleşme Güvenlik Kanıtı ve Güvenlik Standartları Tehlike Sinyallerinde Durmayan Trenlere Karşı Koruma Önlemleri Hemzemin Geçitlerde Sinyal Koruması

3 10.1 Tren Sinyalizasyonunun Tarihi 1 yol + 1 tren: istediği zaman istediği yöne hareket 1 yol + 2 tren: koordineli hareket gerekli Birbirine doğru hareket ederlerse, karşılaştıkları yerde birinin yan yola girmesi gerekir.

4 10.1 Tren Sinyalizasyonunun Tarihi 1 yol + çok tren 2 yol + çok tren Çok yol + çok tren + farklı öncelikli trenler Büyük kütle + yüksek hız = büyük fren mesafesi Sinyalizasyon ve tren kontrolü zorunlu

5 10.1 Tren Sinyalizasyonunun Tarihi İlk zamanlar: özel güvenlikçiler çalıştırıldı istasyonlarda, makaslarda ve hemzemin geçitlerde bulunmak el işaretleri kullanarak makinistleri bilgilendirmek demiryolu sahasında düzeni korumak raylar üzerinde dolaşanları çıkarmak Hareket memurları arasında herhangi bir haberleşme yoktu. Bir tren hareket ettikten sonra belirli bir süre sonra, yolun serbest olduğu varsayılırdı. Az sayıda fakat ciddi ve ölümlü kazalar olabiliyordu.

6 10.1 Tren Sinyalizasyonunun Tarihi İlk çarpışma kazaları: 17 Temmuz 1856, Camp Hill, nr. Ft. Washington, Pa.: 2 Northern Penn treni kafa-kafaya çarpıştı. Çoğu çocuk yaklaşık kişi hayatını kaybetti 12 Haziran1889 Armagh, Ulster, İrlanda: Eüimli yolda geriye kaçan vagonlarla arkadan gelen tren çarpıştı. Çoğu çocuk 80 kişi öldü 260 kişi yaralandı Armagh daki tren kazası

7 10.1 Tren Sinyalizasyonunun Tarihi 1850 lere doğru el işaretlerinin yerine geçecek bazı sabit sinyaller Ortak bir çerçeve içinde işaret ve makas kumanda kolları Bu çerçeve sinyal kutusunun ilk örneklerindendi yılında ilk sinyal kutusu işletmeye alındı. Kumanda kolları arasında emniyet kilidi (anklaşman) vardı. Makaslar uygun bir şekilde değiştirilmeden yol açık sinyali vermek mümkün değildi. Böyle bir emniyet kilidi sistemi o zamandan beri raylı sistemlerde kullanılan sinyalizasyon ve tren kontrol mekanizmasının temel taşlarındandır. Fail-Safe (arıza durumunda güvenli) kavramı yaygınlaştırıldı 1860 yılı civarında trenin yolda olup olmadığını gösteren bir sistem geliştirildi.

8 10.2 Modern Sinyalleşme Prensipleri Modern sinyalleşme sistemlerinin altı amacı vardır: Önündeki şartlara göre trenleri kontrol etmek. Öndeki trenle veya çıkmaz yol sonuyla güvenli bir mesafeyi korumak. Çelişen hareketlere zemin hazırlanmasına engel olmak Makasların doğru konumda kilitlenmesini sağlamak Trenlerin belirli sefer aralıklarına göre çalışmasını sağlamak En az sapma ile trenlerin planlanan hızlarında güvenli bir şekilde çalışmalarına imkan sağlamak.

9 10.2 Modern Sinyalleşme Prensipleri Makas geçişleri çok tehlikeli olabilir: Makasa ters yönden girmek Tren üstündeyken makasın konum değiştirmesi Trenler arasında gerekli en az süre, tren türü ve işletme biçimine bağlı Blok sistemi ile kontrol: İşaret kutuları, istasyonlar veya kavşaklar arası yol blok kesimleri Yoldaki trenler arasında bir fiziksel aralık korunur Bir blokta birden fazla trene izin verilmez Bu sistem modern işaretleşmenin de temelidir

10 10.3 Yol Devreleri Yolun belirli bir kesiminde tren olup olmadığını tespit eder Akım aküden çıkıp raylar üzerinden röleye gelir ve devresini tamamlar. Yeşil ışık röle üzerinden çalıştırılır. Gelen tren yol kesimine girince, dingil ve tekerlekler üzerinden rölenin uçları kısa devre olur. Röle çektiği dili bırakınca yeşil ışık söner ve kırmızı ışık yanar. Tren yol kesimini terk edince röle içinden tekrar akım akmaya başlar ve yeşil ışık tekrar yanar. Bu devrede arızaya karşı güvenlik önlemi vardır. Herhangi bir nedenle ray devresi açık devre olur veya akünün enerjisi biterse, röle akımı kesilir ve kırmızı ışık yanar.

11 10.3 Yol Devreleri DC yol devresi

12 10.3 Yol Devreleri AC yol devresi (Blok boş)

13 10.3 Yol Devreleri AC yol devresi (Blok meşgul)

14 10.4 Makas değiştirme, Kilitleme ve Sezme Makaslar üzerinde hareket trenler için çok tehlikeli Makasın [ökçeden çıkışta] yanlış yöne çevrilmiş olması Trenin geçişi sırasında makasın açılması Makaslardaki ekipmanın güvenlik önlemleriyle donatılmış olması gerekir. Makasın tren geçerken açılmasını önlemek amacıyla iğne ucundan girişte makas dili olması gereken konuma kilitlenir ve güvenli bir geçiş imkanı sağlanıncaya kadar trenin makasa girmesine izin verilmez. Dil konumu sezicilerle sezilir ve tam olması gereken yerde kilitlenir

15 10.4 Makas değiştirme, Kilitleme ve Sezme Makas dili mekanizması, trenin bir güvenli fren mesafesine kadar makasa yaklaşmasıyla kilitlenir. Makas mekanizması, yol devreleriyle makasta tren olmadığı belirleninceye kadar kilitli kalır. İlk raylı sistemlerde makaslar yerinde, elle çalıştırılırdı. Daha sonra kollarla uzaktan çalıştırılır oldular. Uzaktan kumanda için gerdirilmiş çelik teller kullanıldı Makas kumanda kolları sinyal kumanda kollarıyla birlikte çerçeveler halinde gruplandırıldılar. Modern raylı sistemlerin çoğunda makasları bir yönden diğer yöne değiştirmek için motorlu bir sistem kullanılır. Bazı yerlerde elektrik motoru yerine pnömatik sistemler kullanılır. Modern makas motor sistemlerinde seziciler ve bir kilit sistemi bulunmaktadır.

16 10.5 Emniyet kilidi (Anklaşman engagement veya interlocking) Yol müsait değilken yol açık sinyalinin üretilmesine engel olmak için bir kilit sistemi geliştirilmiştir. Elle çalıştırılan kumanda kutularında bir dizi kayar çubuk kumanda kollarına bağlıdır. Bu çubuklar üzerindeki girinti ve çıkıntılar, işaret ve makas kumanda kollarının sadece güvenli konumlarına izin verirler. Sistem basit, arıza durumunda güvenli üç alt sistemin yerinde ve çalışır olması gerekir: Yol devreleri. Makas kilit tertibatı ve konum sezme. Emniyet kilidi.

17 10.6 Seferler Arası En Az Aralık Sefer arası süre: makinistin ilk sinyali görme noktasına gelmesinden trenin son vagonunun bir sonraki sinyalin örtüşme mesafesini geçmesi arasındaki süredir. İstasyonda bulunma süresi trene göre değişebilir ve bu süreye dahildir.

18 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller Trenlerin hızı artınca, makinistlerin önlerindeki yol kesiminde ve bir sonraki yol kesiminde tren olup olmadığını bilmeleri gerekti Yakın sinyal: hemen önündeki blok (yeşil veya kırmızı) Uzak sinyal: Bir sonraki blok (yeşil veya sarı) Mekanik sinyaller: Semafor Direk üzerinde hareketli kol (2 m civarında) Yakın ve uzak için farklı renk ve boyda Yatay konum: Yakın sinyal için DUR, Uzak sinyal için YAVAŞ Açılı konum: Yakın sinyal için GEÇ, Uzak sinyal için de GEÇ Makaslarda iki kollu semaforlarla yoldaki sapma gösterilebilir

19 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller Yakın, uzak ve ortak direk üzerinde İngiliz Semafor işaretleri (alt çeyrek bölgeyi kullananlar)

20 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller Semafor işaretleri (Foto: Paul Walker)

21 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller TCDD Semaforları (

22 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller Yan yola girilmek üzere yol açık (

23 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller Yan yola girmeden gitmek üzere yol açık (

24 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller İlerdeki semafor sinyalini «ihbar» eden mekanik sinyal

25 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller mekanik «dur» sinyali

26 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller mekanik sinyaller için çelik teller

27 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller mekanik sinyaller için çelik teller

28 10.7 Yakın ve Uzak Sinyaller mekanik sinyaller için kumanda merkezi

31 10.8 İkincil Sinyaller İkincil sinyaller ana hatlarda, depo ve yan yollarda alçak hızlı manevra veya diğer kısa mesafeler için kullanılır. Bu tür sinyal aygıtları yere yakındır: "Cüce" Ana hat üzerinde manevra yapılmasına, lokomotiflerin trene bağlanmasına, lokomotifin bir uçtan diğer uca alınması için gereken manevraya izin verirler. Dar kurplarda veya arada engel olduğunda sinyalin görünmesi zorlaşırsa, tekrarlayıcı sinyaller kullanılabilir.

32 10.8 İkincil Sinyaller

35 10.9 Renkli Işıklı İşaretleşmenin İki Rengi DC elektriklendirme başlayınca mekanik semaforların yerini lambalar aldı İki renkli lambalar: Yakın sinyalde kırmızı ve yeşil Uzak sinyalde sarı (turuncu) ve yeşil. Metro ve hafif raylı sistemler kolay durabildikleri için iki renk yakın sinyal yeterli olabilir. Anahatlarda uzak sinyali de kullanılır.

36 10.10 Üç-Renk Renkli Işıklı İşaretleşme Tren hızlarının yüksek, trenler arası sürenin kısa olduğu yerlerde üç-renk işaretleşme kullanılabilir. Bu sistem trenlerin birbirine yakın olmasını sağlar Bir sonraki yakın sinyale ait uzak sinyali ile mevcut yakın sinyali birleştirir. Bu sinyallerde kırmızı, sarı ve yeşil renkler bulunur. Bu renkler, semafor sistemindeki gece ışıkları kırmızı ve sarı, yeşil ve sarı, ve çift yeşil renklere karşılık gelirler. Kırmızı: Öndeki blokta tren var Sarı: Öndeki blok boş ama bir sonrakinde tren var Yeşil: Öndeki ve bir sonraki blok boş

37 10.10 Üç-Renk Renkli Işıklı İşaretleşme

38 10.10 Üç-Renk Renkli Işıklı İşaretleşme Bir makasta üç renkli elektrik sinyali

39 10.11 Dört-Renk Renkli Işıklı İşaretleşme Hızlı trenlerin bulunduğu hatlarda üç blok hakkında bilgi verir Yolun daha verimli kullanılmasına imkan verir Kırmızı: Öndeki blokta tren var Sarı: Öndeki blok boş ama bir sonraki blokta tren var Çift sarı: Öndeki iki blok boş, üçüncüsünde tren var Yeşil: Öndeki üç blok boş. Yeşil tam hız devam et. Çift Sarı gücü azalt, dikkatle devam et. Tek Sarı gücü kes, kontrollü fren yaparak durmaya hazırlan. Kırmızı dur.

40 10.11 Dört-Renk Renkli Işıklı İşaretleşme

41 10.11 Dört-Renk Renkli Işıklı İşaretleşme Dört-renk işaretleşme

42 10.12 İletim Tabanlı İşaretleşme Demiryoluna paralel giden telgraf hatları Telefon ve Telsiz haberleşme Bilgisayar ağları ile haberleşme GPS konum belirleme Trenlerin bilgisayarla kontrolü Trenlerin tarifelere uygun hareketi Tren hareketlerinin son derece güvenli olması İşaretleşme sistemleri bilgisayar desteğiyle trenleri kapalı bir çevrim içinde kontrol edecektir. Her bir tren yol boyunca bir bilgisayar tarafından gidebileceği en yüksek güvenli hız ve mesafe hakkında bilgilendirilmektedir. Her bir tren kendi konum ve hızını yol boyunca bir bilgisayara bildirmektedir. Bazı metro ve hafif raylı sistemlerde trenler duraklar arasında otomatik çalıştırılmaktadır ve böyle bir sistem bilgisayar kontrollü işaretleşme ve güvenlik sistemiyle uyumlu olmalıdır.

43 10.12 İletim Tabanlı İşaretleşme ATO (Automatic Train Operation Otomatik Tren İşletme), ATS (Automatic Train Scheduling Otomatik Tren Tarifeleyici) ATP (Automatic Train Protection Otomatik Tren Koruma) Bunlar arasında mutlak uyumluluk çok önemlidir Sağlanıp sağlanmadığı sürekli olarak denetlenmelidir. Otomatik sistemlerde güvenli bir çalışma için işaretleşme prensipleri esnetilmeden uygulanmalıdır. Makasların, sinyallerin ve yolların emniyet kilidine alınması (anklaşman) trenlerin sadece güvenli olduklarında hareketini sağlayacak çok önemli bir koşuldur. Raylı sistemlerin kontrol ve sinyalizasyonunda bilgisayarları kullanmanın temel faydaları yol boyunca kullanılan bileşenlerin azalması tren ile sürekli bir bilgi alışverişine bağlı olarak, ortaya çıkacak hizmet kesintilerinin çok kısa sürede giderilmesidir. bilgisayar kontrollü sistemlerin güvenli bir biçimde kullanıma alınmadan önce çok kapsamlı olarak denenmelerini gerektirmektedir.

44 10.12 İletim Tabanlı İşaretleşme Bilgisayarlı işaretleşme ve kontrol sisteminde yol boyundaki bir bilgisayar trene hız sınırlarını, bu sınırların uygulanacağı konumları ve yol eğimini bildirir. Öndeki trenle çarpışmasını engellemek amacıyla belirli konumlarda sıfır hız sınırlaması zorlar. Bu bilgileri alan tren bilgisayarı da bir hız ve mesafe hesaplayarak yoluna devam eder. Hesaplama sırasında hava ve yol şartlarında değişen tutunma özellikleri ve güvenli sınırlar dikkate alınır. Tren kendi hızını da denetleyerek hız limitini aşmadan ve gereken yerde durabilecek bir şekilde otomatik tren işletme komutlarına uyar. Tren kendi hız ve konumunu yol boyundaki bilgisayara iletir. Böylece başka trenlerle arasındaki güvenli mesafe korunur. Yol boyundaki bilgisayar trenin güvenli bir hızla hareket edip etmediğine bakar ve güvenli bir hızla gitmeyen treni acil durum freniyle durmaya zorlar. Bilgi kaybını önlemek için, tren bilgisayarı yol boyu bilgisayarından sürekli bir şekilde geçerli mesaj alamazsa, acil durum frenini çalıştırır.

45 10.13 Güvenlik Kanıtı ve Güvenlik Standartları Bileşenlerin ve sistemin arıza durumunda güvenli (fail-safe) olmasının kanıtlanması. Raylı sistemin güvenli bir biçimde tasarlandığını, yapıldığını, kurulduğunu, işletildiğini ve sürdürüldüğünü göstermek gereklidir. Her bir yeni tasarımın titizlikle gerçeklenmeli İstenilen güvenlik seviyesini karşılanmalı Sisteme doğru uygulanmalı Herhangi bir işaretleşme ve kontrol sisteminin bileşenlerinin her birinin gerekli görülen güvenlik düzeyini, arıza durumunda ortaya çıkabilecek sonuçlarıyla beraber, karşılaması gerekir. Örneğin, arızalanmasının ölüme yol açabileceği bir bileşen için gereken güvenlik standardı, arızalanmasında insanları tehlikeli bir yere yanlış yönlendireceği bir bileşenin güvenlik standardından daha yüksek olmalıdır. Güvenlik kanıtı ve güvenlik standartlarıyla uyum, her bir işaretleşme ve kontrol bileşeninde, hem donanımda hem de yazılımda, sistem tasarımında, denenmesinde, kullanıma alınmasında, bakımında ve yenilenmesinde aranmalıdır.

46 10.13 Güvenlik Kanıtı ve Güvenlik Standartları Formel Güvenlik Kanıtı teknikleri muhtemel her donanım ve yazılım arızasının tüm olası etkilerini dikkate alacak şekilde detaylandırılmasını içermelidir. Böyle bir şey, bu tür arızaların ortaya çıkma olasılığını matematiksel olarak hesaplanmasını mümkün kılar. İlave olarak, böyle bir arıza olması durumunda ne yapılması gerektiği de dikkate alınmalıdır. Bu durum muhtemel zayıflıkların belirginleşmesine neden olur ve kabul edilemez hasarlara engel olmak için önlemler almaya imkan verir.

47 10.14 Tehlike Sinyallerinde Durmayan Trenlere Karşı Koruma Önlemleri Trenlerin elle kumandası sırasında makinistin durulması gereken yerde durmama ihtimali var Eğitim programı ve sürüş prosedürleriyle bu ihtimal azaltılabilir Böyle bir hareketin sonucu büyük ihtimalle bir felaket olacaktır. Bu nedenle, modern raylı sistemlerde bu hususun ele alınması gerekir. Son yıllarda otomatik uyarı düzenleri geliştirildi tehlike sinyalinin geçildiğini tespit eder makinist kabininde bir uyarı sesi çalan güvenli bir yavaşlamayla treni durduran mekanik veya elektrikli düzenekler Bazı metrolarda, sinyal direğinde kırmızı ışık yandığında kalkan bir kol var. Bu kol, tren kırmızı ışıkta durmayacak olursa mekanik olarak trenin frenlemesini sağlar.

48 10.14 Tehlike Sinyallerinde Durmayan Trenlere Karşı Koruma Önlemleri Ana hat trenlerinde tam hızda anî fren: yolcuların yerlerinden fırlaması trenin raydan çıkması her bir frenlemenin güvenli ve etkili olabilmesi için kontrollü olması gerekir. Otomatik tren durdurma sitemlerinin tek modeli yok Tren personeli eğitilmeli Yol açık ise geç Yol kapalı iken bekle Yol kapalı iken mutlaka geçilmesi gerekiyorsa: öndeki engeli veya treni görünce durulabilecek bir hızla ilerle

49 10.15 Hemzemin Geçitlerde Sinyal Koruması Demiryolu yaya yolu ve karayolu ile kesişmemeli Araçlar sessiz Araçlar hızlı İnsanlar sabırsız Çarpışma riski var Az nüfus + az sefer + düşük hız belki Yüksek düzeyde bir güvenlik durumu korunmalı Trenin yaklaştığını bildiren bir uyarı sistemi kurulmalıdır. Mevcutlar hemzemin geçitlerde Manuel operasyon daha güvenli Otomatik operasyon kaçınılmaz Sesli ve ışıklı uyarı sistemi Kaza durumunda demiryolu işletmecisini haberdar etmek için iletişim sistemi gerekli

50 10.15 Hemzemin Geçitlerde Sinyal Koruması Hemzemin geçitte sinyaller (foto: Paul Walker)

51 TCDD Sinyal sistemi DRS: automatic block signaling operated by local signal boxes. This is used only on a part of Istanbul suburbs. CTC: automatic block signaling, controlling a large area, regulated and operated from a signaling center. TMİ: manual signaling, using mechanical or color light signals (I-Devlet,...) and / or verbal or written proceed orders, operated by local stations but regulated from a line dispatcher. Manual signaling, using mechanical or color light signals (I-Devlet,...) and/ or verbal or written proceed orders operated by local stations and regulated between the local signal boxes. ERTMS: European Railway Traffic Management system is implemented on the new high speed lines and retrofitted to some lines. Except for a few locations, TCDD is a low intensity, limited speed single line network. Manual signaling is the most frequently encountered. Hemzemin geçitte sinyaller (foto: Paul Walker)

52 Hemzemin geçitte sinyaller (foto: Paul Walker)

53 İlginiz için teşekkür ederim. Hasan Hüseyin Erkaya Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Ekim