Prvý napájací kábel a záloha z ponorky
O zavedení lanových dráh na vysokotatranské štíty sa začalo hovoriť už v tridsiatych rokoch minulého storočia. Jedným z najväčších propagátorov lanovej dopravy v tom čase bol Dr. Ország, riaditeľ štátneho podniku Tatranské kúpele. Aj vďaka svojim osobným a rodinným kontaktom vo vtedajšej vláde sa podarilo presadiť, že prvá visutá lanová dráha viedla na Lomnický štít. V tom čase už bola v prevádzke pozemná lanová dráha, ktorá prepravovala návštevníkov našich veľhôr na Hrebienok. Výstavba visutej lanovky na pôvodnej trase bobového vleku sa začala v roku 1936. Bobový vlek viedol z Tatranskej Lomnice na miesto zvané Štart, neskôr sa lanová dráha predĺžila na Skalnaté Pleso a ďalej až na Lomnický štít. Zákazku vyhrala továreň českého podnikateľa Františka Wiesnera, po znárodnení známa pod názvom Transporta so sídlom v Chrudime. Projektantom stavebnej časti bol známy architekt Dušan Jurkovič. Jeho obľúbeným stavebným materiálom, ktorý bol použitý aj pri výstavbe prvej visutej lanovky, bola žula. Z hľadiska typu išlo a kyvadlovú visutú lanovku. Dva vozne s kapacitou 30 miest boli určené na prepravu turistov na Skalnaté Pleso a od roku 1941 jeden vozeň s kapacitou 15 miest pokračoval až na Lomnický štít.
Neodmysliteľnou súčasťou výstavby lanovky bolo aj natiahnutie prvého 6 kV kábla až na vrcholovú stanicu na Skalnatom Plese. Ten slúžil na napájanie pomocných obežných lanových dráh využívaných na dopravu stavebného materiálu a konštrukčných častí, ako aj 230 kW Ward-Leonardového (W-L) pohonu slúžiaceho na pohon kyvadlovej lanovky. Kvôli nevyhnutnej bezpečnosti bol primárny W-L pohon zálohovaný ešte sedemvalcovým dieselovým agregátom od firmy MAN z nemeckej ponorky, pričom tieto dve zariadenia boli vzájomne spriahnuté koženým remeňom.
W-L pohon mal aj 230 kW asynchrónny motor, ktorý poháňal dve dynamá, jedno na spodný a druhé na vrchný úsek lanovky. Súčasťou tejto architektúry bol aj budič slúžiaci na reguláciu rýchlosti pohybu lanovky. Na druhej strane sa nachádzal ešte 30 kW generátor na výrobu elektrickej energie na vlastnú spotrebu vrcholovej stanice a ovládacie obvody lanovky. Neskôr sa pristúpilo aj k riešeniu napájania vrcholovej stanice na Lomnickom štíte. Na to slúžil alternátor, ktorý nabíjal akumulátory na úroveň 24 V vozené do stanice na Lomnický štít. Celé zabezpečenie Lomnického štítu a osvetlenie bolo postavené práve na týchto akumulátoroch.
Ochrana pred nebezpečným napätím a Eliášov plameň
Jedna vec bola natiahnuť napájanie vo forme 6 kV kábla, ale druhá vec bola zabezpečiť aj ochranu pred nebezpečným dotykovým napätím v súlade s vtedajšími vyhláškami. Napájanie sa zrealizovalo ako odbočka z vtedajšej vicinálnej električkovej trate, v rámci ktorej existovali napájacie stanice, meniarne a pod. Jedna z napájacích staníc so 6 kV rozvodom sa nachádzala aj v Tatranskej Lomnici. Aby napájanie novej visutej lanovej dráhy fungovalo bezpečne, bolo potrebné vybudovať aj nový uzemňovací systém. Tu sa už „zapojil do diskusie“ aj ďalší podnik – Škodove závody, ktoré boli dodávateľom elektročastí, ako sú elektromotory, pohony, napájacie a zabezpečovacie obvody atď.
Už pri výstavbe lanovej dráhy boli samotní robotníci ohrozovaní pri príchode búrky obrovskou statickou energiou. Ak zasiahne napr. Lomnický štít búrkový mrak nabitý elektrickým potenciálom, možno pozorovať veľmi pozoruhodné javy, napr. Eliášov plameň medzi prstami ruky či zelektrizované vlasy stojace dupkom. Keď sa človek nachádza v epicentre takého mraku a nastane výboj, hluk hromu nepočuje, len sršanie. Až keď sa vypáli všetok vzduch, všade naokolo zahrmí. Z tohto dôvodu sa pre robotníkov vybudovali útulky, kde sa mohli schovať, pričom z týchto útulkov sa spúšťali uzemňovacie vodiče do rôznych žľabov v stenách, kde bol kúsok zeme. Neskôr sa dobudoval kompletný uzemňovací systém z Lomnického štítu až do Tatranskej Lomnice, ktorý sa pripojil na uzemňovací systém SSE, a. s., celých Vysokých Tatier.
Búrková činnosť v začiatkoch často spôsobovala veľké škody, či už na samotných zabezpečovacích zariadeniach, alebo pohonoch. Blesk generuje energiu s vysokou frekvenciou a pre nízkonapäťové časti to bola veľká hrozba. Najhoršie bolo, že cez rôzne konštrukcie sa uzatvárali slučky. Pre búrkový mrak predstavovala každá slučka jeden závit, v ktorom sa dokázala naindukovať obrovská energia. Tá dokázala spáliť motor, museli sa prevíjať ich statorové vinutia, porušili sa odporové spúšťače motorov, odpálené boli uhlíkové držiaky na dynamách a pod. Postupne sa teda okrem nárazových a tepelných ochrán dobudovali aj prepäťové ochrany všetkých napájacích častí.
Prechod na vyššiu napájaciu úroveň
Neskôr sa však zistilo, že voľba 6 kV napájania nebola veľmi šťastná. Vysokonapäťové káble sa v tom čase izolovali olejom, presnejšie papierovou izoláciou napustenou olejom. Nikto vtedy nerátal s tým, že pri veľkom výškovom rozdiele, ktorý vznikol pri výstavbe visutej lanovej dráhy, bude olej stekať do nižších častí. Na koncoch káblov následne vznikal taký vysoký tlak, že dochádzalo k vyrazeniu olejových uzáverov, vysušeniu izolácie, jej znefunkčneniu a v konečnom dôsledku k poškodeniu kábla. To následne viedlo k uvedeniu záložného dieselového agregátu do činnosti. Navyše bolo tiež problematické zamerať miesto poruchy kábla, na čo bolo potrebné použiť špeciálne meracie metódy.
V roku 1965 došlo k prvej zásadnejšej modernizácii systémov visutej lanovky. Dobudoval sa uzemňovací systém, keď sa napr. do Skalnatého plesa dotiahli pod vodnú hladinu uzemňovacie sondy a po magistrále sa zakopali uzemňovacie vedenia. Zároveň sa pôvodný 6 kV rozvod nahradil výkonnejším rozvodom na úrovni 10 kV. Na to slúžili dva banské káble s prierezom 50 mm s modernejším typom izolácie, ktorá umožňovala nasadenie aj v aplikáciách s veľkým výškovým rozdielom. V tomto období sa pristúpilo aj k natiahnutiu vedenia až na Lomnický štít, a to na úrovni 230 V. Dochádzalo však k veľkým úbytkom napätia, búrky spôsobovali neúmerné kolísanie napätia v sieti a pod. Preto sa v roku 1968 pristúpilo k vybudovaniu 1 kV vedenia na Lomnický štít a podarilo sa zabezpečiť stabilné napájanie aj pre rôzne vedecké prístroje a hvezdáreň.
Okrem toho bolo potrebné nasadiť na každej fáze vedenia špeciálne bleskové poistky a iskrištia. Bolo potrebné vyriešiť aj problémy spojené so vznikajúcou námrazou na elektrických lanách. Zdokumentovaná je ľadová námraza s priemerom 1 m, čo predstavovalo záťaž niekoľkých ton na jedno lano. Preto boli nainštalované rozmrazovacie transformátory. Vedenie sa na Lomnickom štíte vyskratovalo a do lán sa púšťali vysoké hodnoty prúdu, čím sa vodiče rozohriali a námraza opadávala. Okrem toho bolo vedenie pripojené aj na oddeľovacie a izolačné transformátory. V obidvoch prípadoch išlo o olejové transformátory, ktoré spôsobili, že počas búrky došlo k vznieteniu jedného z nich na Skalnatom Plese a rozsiahlemu požiaru. Z toho dôvodu sa tieto typy transformátorov v roku 1976 nahradili suchými transformátormi. Tie sa takisto nevyhli zničeniu pri zásahu bleskom, ale aspoň nevznikol požiar. V súčasnosti je stanica na Skalnatom Plese napájaná 3 F jednožilovým káblovým vedením na napäťovej úrovni 22 kV. Cez izolačný transformátor je ďalej Lomnický štít napájaný 10 kV vzdušným vedením.
Bezpečnosť na prvom mieste
Každá lanovka musela byť už v pri svojej výstavbe vybavená dvomi brzdami – hlavnou a prevádzkovou. Hlavná brzda fungovala na mechanickom princípe, pričom pracovník ju musel ručne zatiahnuť. Prevádzková brzda bola elektricky ovládaná – v prípade zatlačenia núdzového tlačidla alebo pri výpadku napájania sa deaktivoval elektromagnet a ten uvoľnil protizávažie, ktoré brzdilo pohyb lanovky.
Zabezpečovací systém bol na začiatku riešený veľmi jednoducho po lane. Preto muselo byť lano položené na podperách izolovaným spôsobom. Na každej podpere kladky boli izolačné podložky a každá podpera mala aj gumovú bandáž. Popri už spomínanom napájacom kábli 6 kV bol natiahnutý ďalší – zabezpečovací kábel.
Jedným z najdôležitejších zariadení kyvadlovej lanovky je ochrana vjazdov. Každá lanovka musí mať na úrovni 30 metrov pred budovou stanice kontrolu rýchlosti. Spomínaná prvá visutá lanovka bola prevádzkovaná rýchlosťou 4 m/s. Testovaná bola aj rýchlosť 6 m/s, avšak pri skúškach s internými zamestnancami lanovky sa zistilo, že pri vyššej rýchlosti prepravy už dochádzalo k takej rýchlej zmene tlaku, že niektorým zamestnancom sa pustila z uší krv. Navyše pri náhlom výpadku napájania dochádzalo k nebezpečným javom z hľadiska dynamiky lán a rozkývania prepravných vozňov. Nakoniec sa teda pristúpilo k prepravnej rýchlosti 4 m/s. Na poslednej podpere pred vstupom vozňa do spodného úseku lanovky sa nachádzal koncový spínač. Ten sa pri prejazde vozňa zopol a strojník v poháňacej stanici dostal výstražné znamenie. Ak by neznížil rýchlosť pod 1 m/s, dokázal ho zastúpiť aj sprievodca nachádzajúci sa priamo vo vozni alebo staničný dozor, ktorý mohol pribrzdiť lanovku.
Ďalším parametrom, ktorý sa pri jazde lanovky snímal, bola rýchlosť vetra, na ktorej meranie sa používal registračný vetromer. Ten sa skladal z dvoch podtlakových rúrok ústiacich do vodného kúpeľa s registračným plavákom. Podľa rozdielu tlakov plavák spolu s hladinou stúpal alebo klesal a vďaka atramentovému zapisovaču a hodinovému strojčeku, ktorý ťahal valec so záznamníkovým papierom, bolo možné sledovať vývoj rýchlosti vetra. Ak mal tento trend stúpajúci priebeh, bolo potrebné urýchlene pozvážať návštevníkov z Lomnického štítu a prevádzka lanovky sa prerušila. Moderné rýchlomery majú už stanovenú prípustnú a neprípustnú rýchlosť vetra, pričom sú generované alarmové hlásenia. V prípade prekročenia hornej hranice rýchlosti systém automaticky odstaví pohyb lanovky alebo ju výrazne spomalí.
Vietor navyše dokáže na lanách lanovky aj vzdušného elektrického vedenia vytvoriť tzv. tancovanie vodičov. V prípade náporu vetra na vodiče a laná sa rozkmitajú aj stožiare, na ktorých sú prichytené, pričom frekvencia kmitania je niekedy taká kritická, že môže dôjsť aj k porušeniu statiky ukotvenia lán na stožiaroch. Z tohto dôvodu bolo potrebné urobiť kotvenia na stožiaroch vzdušnej linky na Lomnický štít novým spôsobom.
Moderné riadiace a zabezpečovacie systémy a pohony
Významné modernizácie v lanovej doprave sa realizovali najmä v centrách hlavných výrobcov a najväčších inovátorov lanových dráh, ako boli napr. Doppellmayr, Leitner a Garaventa. Dodávateľom lanovej dráhy zo Skalnatého Plesa na Lomnický štít bola švajčiarska spoločnosť Von Roll, pričom elektrovýbavu v podobe riadiacich a zabezpečovacích systémov dodávala švajčiarska spoločnosť Frey. Obidvaja výrobcovia dokážu promptne prispôsobiť lanovky prostrediu, do ktorého majú byť nasadené – od mestskej zástavby až po extrémne lokality nazývané Rote Zone. Lanovka zo Skalnatého Plesa na Lomnický štít bola zaradená do takejto zóny práve pre náročné poveternostné podmienky.
V súčasnosti sa používajú viaceré digitálne riadiace a zabezpečovacie systémy chodu lanových dráh, pričom ich náchylnosť na poruchy v dôsledku prepätia je o to väčšia. Nie je nič výnimočné, ak dôjde k poruche tyristorových či frekvenčných meničov v dôsledku prepätia. Bleskové poistky s nominálnou hodnotou 25 kV, 10 kV, 220 V a 90 V chránia riadiace a zabezpečovacie obvody proti spomínaným atmosférickým výbojom. Navyše napájacie časti sú ešte chránené odporom z malou ohmovou hodnotou a nízkym výkonom, zenerovými diódami a varistormi. Aj napriek takýmto ochranám sa stane, že dôjde k poruche nízkonapäťových zariadení.
Každá lanovka má napájaciu a poháňaciu časť a zabezpečovací systém. Zabezpečovací systém lanovky od spoločnosti Pilz je realizovaný po nosnom lane, do ktorého sú modulované kontrolné signály. Systém okrem iného kontroluje aj parametre siete, ako sú napätie, prepätie, prúd, nárazový prúd, frekvencia, vyššie harmonické a pod. Ak by lanovka narazila do prekážky alebo ak by na ňu padol strom, chod motorov sa okamžite zastaví. V opačnom prípade by motory vzhľadom na svoje výkonové dimenzovanie mohli pretrhnúť nosné laná. Kontroluje sa prekročenie maximálne povolenej rýchlosti o 10 a 15 %, ako aj rýchlosti pri rozbehu a vjazde do/z stanice. Definovaný je čas zrýchlenia aj spomalenia, aby sa napr. nestalo, že pri prudkom brzdení vagóna vypadnú prepravovaní ľudia zo sedadiel. Prenos nameraných údajov o rýchlosti sa realizuje prúdovou slučkou 4 – 20 mA.
Všetky zabezpečovacie systémy sú realizované ako redundantné, pričom riadiace programy spracovali dve rôzne firmy pre vzájomnú kontrolu. Riadiace programy pracujú s tými istými vstupnými údajmi a musia zabezpečovať požadované výstupy nezávisle od seba. V redundantnom usporiadaní pracujú aj ďalšie, kriticky dôležité časti lanovky, enkodéry, tachodynamá a pod. Aj z tohto dôvodu sa lanová preprava považuje za najbezpečnejší spôsob prepravy vzhľadom na počet prepravených osôb.
Každá lanovka má svoj centrálny riadiaci systém. Napr. pozemná lanovka má v každom vozni jeden počítač, ďalej PLC systémy snímajúce stav otvorenia/zatvorenia dverí, sledovanie váhy a pod. Všetky údaje z vozňa sa prenášajú do hlavného riadiaceho systému umiestneného vo vrcholovej stanici. Systém SCADA zobrazuje všetky požadované hodnoty z jednotlivých vozňov, frekvenčných meničov, kontroly prevodovky (teplota, opotrebovanie a pod.), a to všetko v reálnom čase.
Z hľadiska pohonov sa prešlo od jednosmerných motorov, ktoré sa veľmi dobre regulovali pomocou budičov, až k asynchrónnym štvorpólovým motorom riadeným frekvenčnými meničmi od takých výrobcov ako Vacon, ABB, Siemens. Výkonový rozsah motorov používaných pre lanové dráhy sa pohybuje od 160 kW pre sedačkové lanovky až po 800 kW a viac pre veľkokapacitné visuté a pozemné lanovky.
Riadenie spotreby elektrickej energie
Jedným z rozhodujúcich činiteľov pri prevádzkovaní takéhoto energeticky náročného celku, ako sú lanové dráhy, je ekonomika prevádzky a efektivita spotreby elektrickej energie. Výrazné rozdiely v spotrebe elektrickej energie v letnom a zimnom období, keď rozdiel dosahuje aj 10 MW, prinútil majiteľov lanových dráh nainštalovať na napájacej časti systém na riadenie a spotrebu elektrickej energie. Spoločnosť TMR si u dodávateľa elektrickej energie zmluvne dojednáva určitý objem ¼ hod. kW maxima. Jednotlivé stanice a v nich umiestnené výkonové spotrebiče v podobe ohmických, indukčných či kapacitných záťaží sú prepojené cez optické a ethernetové spojenia do riadiaceho systému ¼ kW maxima. V prípade hroziaceho prekročenia zmluvne dohodnutej hodnoty dokáže riadiaci systém určiť, ktorú zo záťaží treba odpojiť alebo regulovať jej odber, ustrážiť tak neprekročenie dohodnutej úrovne a tým predísť plateniu penále. Medzi štandardné spôsoby patrí napr. spomalenie chodu lanovky, stlmenie kúrenia či zníženie príkonu pre pec na pečenie pizze.
Pre spotrebiče sú veľmi dôležité aj parametre siete a kvalita elektrickej energie. Pripájaním indukčných, kapacitných či ohmických záťaží v jednom prípade dodávaním jalového výkonu do siete či pri chode lanovky smerom nadol rekuperáciou energie do siete bolo potrebné nainštalovať dynamické kompenzátory (Dynacomp) jalovej zložky. Okrem toho sa nasadili aj filtre vyšších harmonických (5, 7, 11...) a pod. To všetko je súčasťou spomínaného systému na riadenie spotreby energie, ktorý bol postupne budovaný a od roku 2006 je v súčasnej podobe.
Údržbár, hasič a horolezec v jednom
Rozdiel medzi údržbou prevádzky v priemyselnom podniku a údržbou lanovej dráhy je podstatný. Údržbár lanových dráh musí byť kompetentný v oblasti odborných, elektrotechnických znalostí, ale často musí byť aj dobrý lyžiar, zaškolený hasič, spôsobilý na práce vo výškach či horolezec. Na údržbu deviatich lanoviek, niekoľkých čističiek odpadových vôd a vodných zasnežovacích systémov je v TMR, a. s., určená skupina ôsmich pracovníkov údržby, ktorí využívajú nielen metódy reaktívnej, ale aj preventívnej údržby. Pracovníci musia zvládať problematiku snímačov, priemyselnej komunikácie, pohonov, riadiacich a zabezpečovacích systémov, činnosť čerpadiel a pod. Navyše musia mať odbornú spôsobilosť na prácu s určenými a vyhradenými technickými zariadeniami, ako aj s elektrickými zariadeniami nad 1 000 V. Údržba lanoviek a kontrolné či revízne prehliadky jednotlivých jej častí a zariadení sa realizujú pravidelne. Frekvencia kontrol a vykonávané činnosti sa realizujú podľa pokynov pre údržbu a opravu elektrickej a strojnej časti, prevádzkového predpisu a podľa typu zariadení na denne, týždenne, dvojtýždenne, mesačne, polročne, ročne či viacročne. Postup kontroly jednotlivých prvkov a zariadení je spracovaný v softvérovej aplikácii, aby zodpovední pracovníci nezabudli na žiadny krok a zariadenie. Výsledky kontrol sa evidujú v tzv. knihe údržby a opráv. Externe sa vykonáva aj termovízna diagnostika, či už pri kontrole jednotlivých rozvodní, káblových spojov, svorkovníc, alebo teploty ložísk. Súosovosť motorov alebo opotrebovanie ložiska či olejov sú zase pod kontrolou externej vibrodiagnostiky a tribodiagnostiky.
Smelé plány do budúcnosti a výzva pre energetikov z TMR, a. s.
V strednodobom horizonte plánuje TMR, a. s., rozšíriť služby v uvedenom regióne Vysokých Tatier nielen dostavbou nových lanových dráh a lyžiarskych zjazdoviek, ale aj doplnením služieb stredísk pre celoročnú sezónu. Perspektívne sa plánuje s vybudovaním sedačkových lanoviek a nových zasnežovacích systémov, ktoré už budú mať zabudované čerpadlá a kompresory. Spomínaný moderný zasnežovací systém predstavuje opäť novú indukčnú záťaž, ktorú bude potrebné zapojiť do celého energetického systému, takže sa bude musieť doriešiť kompenzácia jej vplyvu na celú energetickú sieť.
Ďakujeme spoločnosti Tatry mountain resorts, a. s., za možnosť realizácie reportáže a Jurajovi Husovskému za odborný výklad a poskytnuté informácie.
