510 2017 Endringsartikkel 1505

1 Endringsinformasjon

EndringsID	1505
Forslagsdato	24.08.2016
Forslagsstiller	Øyvind Stensby
Klassifisering	Kravendring
Bok	510 Felles elektro
Kapittel	4 Generelle tekniske krav
Avsnitt	5 Dimensjonerende kortslutnings-strømmer og varigheter for 15 kV-anlegget
Forslagstekst	Gjelder krav b), d) og e). Det er ikke rimelig å legge til grunn at varigheten for kortslutningsstrømmen er 0,3 sekunder ved full kortslutningsstrøm. I realiteten vil vernutrustningen sørge for momentan frakopling av store kortslutningsstrømmer (dvs. mellom 0,03 og 0,09 sekunder avhengig av hvor rask bryter nærmeste matestasjon har). Den gjenværende kortslutningsstrømmen som mates fra koplingsanlegg i motsatt ende av en matestrekning kan være innkoplet i inntil 0,3 sekunder, men denne strømmen er betydelig lavere enn dimensjonerende strøm. Typisk vil denne være begrenset til mindre enn ca. 1,5 kA, men i noen tilfeller er vern innstilt for å tillate opp til 2,0 kA i 0,3 sekunder. Dette er også beskrevet i lærebokteksten til krav f), men det ser ikke ut til at det er hensyntatt ved utforming av krav b), d) og e). Man bør kunne legge til grunn at dimensjonerende kortslutningsstrøm har en varighet mindre enn 0,1 sekund, og at en reststrøm kan være innkoplet i inntil 0,2 sekunder etter dette. TR bør angi maksimal størrelse på denne reststrømmen for ulike områder i landet. Dette vil da også legge føringer for krav til innstilling av vern (bok 546 kap 20).
Referansedokumenter

2 Vurdering av endringen

2.1 Generelt

Den viktigste hensikten med endringen er forbedret beskrivelse av hva kravet regulerer - slik at kravet kan bli forstått riktig. Vi har vært nødt til å tolke eksisterende krav flere ganger.

Videre er krav til dimensjonerende kortslutningsstrøm økt slik at det blir bedre tilpasset den framtidige banestrømforsyningen i Oslo-området som Energi forespeiler. På strekninger med rimelig nytt kontaktledningsanlegg har vi søkt å unngå å øke kravet. På en del strekninger med eldre strømforsyningsanlegg blir kravet økt ganske mye. Hensikten er at dimensjoneringen økes samtidig med framtidig fornyelse.

Farer:

1. Eldre anlegg kan bli utsatt for et høyere kortslutningsnivå enn de er dimensjonert for i noen år fram til anleggene blir fornyet.
2. Noen få nyere anlegg kan få en permanent høyere kortslutningsstrøm enn de er bygget for.

2.2 R - pålitelighet

En konsekvens ved for høy kortslutningsstrøm er akselerert aldring av isolasjon rundt utjevningsforbindelser. Ved mange anlegg vil dette ikke føre til forstyrrelser, men det er en fare for driftsforstyrrelser ved enkelte typer sporfelt som følge av økte lekkasjestrømmer til jord når isolasjonen degraderes (spesielt dobbeltisolerte sporfelt 95/105 Hz og TI-21 sporfelt).

Sannsynligheten for at dette vil skje er svært lav. Tiltak vil være å bytte en utjevningsforbindelse etter kortslutning.

Problemstillingen anses som forbigående, ettersom det er planlagt å bytte fra sporfelter til akseltellere på alle aktuelle strekninger.

2.3 A - tilgjengelighet

Se over - fare for redusert tilgjengelighet er knyttet til akselerert aldring av isolasjon rundt utjevningsforbindelsene med påfølgende risiko for forstyrrelser på sporfeltene. Sannsynligheten vurderes som svært lav, og problemstillingen er forbigående.

2.4 M - vedlikeholdbarhet

Ingen konsekvens. Krav om kontroll av utjevnings- og jordingsforbindelser er ikke avhengig av dimensjoneringen.

2.5 S - sikkerhet

Større kortslutningsstrøm enn dimensjonert verdi kan potensielt føre til økte berøringsspenninger ved kortslutning utover det anlegget er prosjektert for.

Sannsynlighet:

1. Sannsynligheten for brudd på grenseverdiene vurderes som lav fordi berøringsspenninger påvirkes av utformingen av kontaktledningsanlegget - og ved aktuelle utforminger viser beregninger i Teknisk regelverk, Felles Elektro, Jording og utjevning, Potensial i returkretsen at spenningsstigningen i nesten alle tilfeller blir innenfor grenseverdiene ved de vanligste utførelsene.

Tiltak:

1. Kontroll av eksisterende dimensjonering kan avdekke at det finnes marginer.
2. Problemstillingen kan til en viss grad håndteres ved bruk av vern med svært rask frakopling av store kortslutningsstrømmer i nye koplingsanlegg. Historisk har man lagt til grunn en frakoplingstid på 0,1 sekund, men moderne vern kan i noen tilfeller sikre frakopling etter ned mot 0,03 s, og det øker grenseverdien for tillatt berøringsspenning en del.

2.6 L - levetid

Ingen konsekvens

2.7 Ø - økonomi

Ved nybygging og fornyelse fører økt dimensjonering av utjevningsforbindelser til marginale kostnadsøkninger, tilsvarende den økte mengden metall (kopper, aluminium eller stål) i utjevningsforbindelsen.

2.8 K - kapasitet

Strekningens kapasitet påvirkes ikke.

2.9 Oversikt over dokumenter som er relevante for vurderingen av endringen

• Faglig underlag for beskrivelsene og angivelsene er gitt i dokument EB.800049-000 (Kortslutningsdimensjonering av komponenter i banestrømforsyningen, skrevet av COWI i 2007)
• Se også Høringskommentarer.

2.10 Høringskommentarer

Endringen har vært på intern høring til:

• Energi Plan v/ Nils Grønneberg
• IC v/ Johan Seljås
• Driftsleder Oslo-korridoren v/ Paul Grefsrud
• Plan og teknikk v/ Thorleif Pedersen

Høringen har dokumentnr. 201723215-1.

• Intern høring: Fil:Saksrom 201723215-1.pdf
• Vedlegg kortslutningsberegninger Fil:Saksrom 201723215-1 Vedlegg 1.pdf

Det er mottatt svar fra IC og Energi. Disse ligger på dokumentnr. 201723215-2 og -3. Oppsummert hadde IC kun språklige kommentarer, mens Energi har påpekt flere unøyaktigheter ved kortslutningsberegningen som ligger til grunn, og de ønsker at det tillates høyere kortslutningsstrøm i deler av Oslo-området.

Teknologi sitt tilsvar til Energi sin høringsuttalelse ligger på dokument 201723215-4. Oppsummert vil ikke Teknologi øke tillatt kortslutningsstrøm i Oslo-området slik som Energi ønsker før det er klargjort hvilken kostnadskonsekvens en slik økning vil medføre, spesielt fordi det i Oslo finnes mange relativt nybygde strekninger der vi ikke vil risikere behov for forsterkning av kortslutningsdimensjoneringen. Fordi foreliggende forslag ikke representerer en innstramming i forhold til dagens krav, og fordi dagens krav bør være greit håndterbare for Energi, har vi i tilsvaret angitt at Energi eventuelt må dokumentere bedre kostnader og gevinster ved en slik endring som de ønsker.

Som resultat av høringskommentarene er det gjort noen mindre justeringer av forslaget - en bedret strukturering og en tydeliggjøring av muligheten for redusert dimensjonering der det dokumenteres raskere vernfrakopling enn den "standard" konservative frakoplingstiden som er lagt til grunn ved beregning av tabellverdiene.

3 Innstilling fra fagansvarlig

5 Dimensjonerende kortslutningsstrømmer i 15 kV-nettet

Dimensjonerende kortslutningsstrømmer benyttes til:

1. termisk dimensjonering av ledere ved kortslutning,
2. beregning av tilgjengelig berøringsspenning under kortslutning,
3. elektrisk dimensjonering av brytere for innkobling mot og utkobling av kortslutninger,
4. mekanisk dimensjonering som følge av magnetiske krefter under kortslutning, og
5. reléplanlegging.

Krav til dimensjonerende kortslutningsstrømmer i 15 kV-nettet baserer seg til en stor grad på rapport fra COWI: "Kortslutningsdimensjonering av komponenter i banestrømforsyningen" fra 2007, dokumentnr. EB.800049-000.

Figur 1 beskriver et typisk forløp for en kortslutning nær en matestasjon ved tosidig mating. Fram til tid t₁ mater matestasjonene fra begge sider til kortslutningen. Ved tid t₁ kobler bryteren i den nærmeste matestasjonen ut. Matestasjonen som er lengst borte har normalt forsinket utkobling av bryteren ved lav strøm for å sikre selektivitet. En mindre kortslutningsstrøm I₂ forblir da innkoblet fram til tiden t₂.

Den høyere inntegnede startstrømmen oppstår som følge av en likestrømskomponent under kortslutningen.

Figur 1: Typisk forløp for en kortslutning nær en matestasjon ved tosidig mating.

Det er beregnet en dimensjonerende kortslutningsstrøm I_k ved starten av kortslutningsforløpet for ulike deler av landet. Tabell 1 angir beregnede verdier for kortslutning til ulike formål basert på aktuell dimensjonerende kortslutningsstrøm I_k. Beregningene er gjort med bakgrunn i de vanligste forutsetningene.

a) Dimensjonerende kortslutningsstrøm I_k: Dimensjonerende kortslutningsstrøm I_k skal fastsettes i henhold til Tabell 1.

1. Utførelse: Ved endring i banestrømforsyningen skal angitt dimensjonerende kortslutningsstrøm ikke overskrides.
2. Utførelse: Ved prosjektering og bygging av ny og fornyet jernbaneinfrastruktur skal infrastrukturen dimensjoneres for angitt dimensjonerende kortslutningsstrøm.
   1. Mulig bruk av kortslutningsstrøm for beregninger er listet opp i starten av avsnittet.
   2. Se Felles_elektro/Prosjektering_og_bygging/Jording_og_utjevning#Dimensjonering, for dimensjoneringskriterier for forbindelser og komponenter tilknyttet returkretsen.

De angitte verdiene for I_k er standardiserte verdier i henhold til IEC 60059.

b) Varigheter: Varigheten for kortslutninger skal ligge til grunn for valg av kortslutningsdimensjonering.

1. Utførelse: Varighet på t₁=0,1 s og t₂ = 0,3 s kan legges til grunn som de mest konservative verdiene i kontaktledningsnettet.
2. Utførelse: Mindre konservative verdier kan legges til grunn der det dokumenteres raskere frakobling.

Flere produktstandarder anbefaler eller angir større varigheter for kortslutninger. For eksempel angir EN 60076-5 en varighet på 2,0 sekunder for transformatorer, og EN 62271-1 anbefaler en varighet på 1,0 sekunder for brytere. Slike anbefalinger gjøres ikke gjeldende for komponenter tilknyttet kontaktledningsnettet på grunn av den raske frakoblingstiden for vern og effektbrytere.

c) Støtstrøm: Støtstrøm for mekanisk dimensjonering skal settes til [math]\displaystyle{ I_p = \kappa \cdot \sqrt{2} \cdot I_k }[/math], der [math]\displaystyle{ \kappa }[/math] er beregnet til å være [math]\displaystyle{ \kappa = 1,55 }[/math] for alle tillatte elektriske utforminger av norsk banestrømforsyning.

d) Termisk kortslutningsstrøm: Komponenter og ledere skal dimensjoneres for den termiske strømbelastningen I_th for kortslutningsforløpet.

1. Utførelse: Termisk kortslutningsstrøm for 0,1 og 0,3 sekunder angitt i Tabell 1 kan legges til grunn. Verdiene er beregnet effektivverdi for en kortslutning som vist i Figur 1, med parametre t₁=0,1 s, t₂=0,3 s , I₁=I_k og I₂=0,33·I_k.
2. Utførelse: Der det dokumenteres andre forutsetninger enn de som er lagt til grunn ved beregning av termisk kortslutningsstrøm i Tabell 1, kan ny dimensjonerende termisk kortslutningsstrøm beregnes og legges til grunn. For eksempel:
   1. For mange koblingsanlegg kan det dokumenteres raskere frakoblingstid enn 0,1 s ved store strømmer. I slike tilfeller kan termisk kortslutningsstrøm beregnes på nytt for den aktuelle frakoblingstiden.
   2. I mange tilfeller kan det dokumenteres lavere strøm I₂ enn 0,33·I_k, som lagt til grunn i Tabell 1. I slike tilfeller kan I_th0,3 beregnes på nytt med den lavere strømmen.

e) Berøringsspenning: Ved beregning av berøringsspenning under kortslutning skal effektivverdien til vekselstrømskomponenten I_rms under kortslutningsforløpet legges til grunn.

1. Vurdering: Effektivverdien i t₁ eller t₂ sekunder kan være dimensjonerende - og begge strømmer/tider skal derfor kontrolleres.

Tabell 1: Beregnede verdier for kortslutningsstrøm basert på Figur 1

	Se krav a) - (Ik)	Se krav c) - (Ip)	Se krav d) - (Ith) (for beregning av temperaturstigning)		Se krav e) - (Irms) (for beregning av berøringsspenning)
Område	Dimensjonerende kortslutningsstrøm Ik	Støtstrøm Ip	Termisk kortslutningsstrøm tk=0,1 s , Ith0,1	Termisk kortslutningsstrøm tk=0,3 s , Ith0,3	Vekselstrømmens effektivverdi tk=0,1 s , Irms0,1	Vekselstrømmens effektivverdi tk=0,3 s , Irms0,3
	[kA]	[kA]	[kA]	[kA]	[kA]	[kA]
Koblingshuset Oslo S	31,5	69,0	37,8	23,4	31,5	20,2
Innenfor Oslo-området	25,0	54,8	30,0	18,6	25,0	16,0
Ofotbanen	20,0	43,8	24,0	14,9	20,0	12,8
Ytre Oslo-område	16,0	35,0	19,2	11,9	16,0	10,3
Resten av landet	12,5	27,4	15,0	9,3	12,5	8,0

Områdene avgrenses som beskrevet i Tabell 2 og i Figur 2.

Tabell 2: Avgrensning av områder

Område	Beskrivelse
Koblingshuset Oslo S	Selve koblingshuset, alle matekabler, og alle spor som normalt er ensidig matet fra koblingshuset.
Oslo-området	Innenfor området som avgrenses av følgende stasjoner (inkludert stasjonsområdene): Nittedal (Gjøvikbanen) Jessheim (Hovedbanen) Gardermoen (Gardermobanen) Fetsund (Kongsvingerbanen) Sande (Vestfoldbanen) Hokksund (Sørlandsbanen, mot Oslo via Drammenbanen) Tyristrand (Randsfjordbanen, mot Oslo via Ringeriksbanen) Jevnaker (Roa - Hønefossbanen, mot Oslo via Ringeriksbanen) Veme (Bergensbanen, mot Oslo via Ringeriksbanen) Vestby (Østfoldbanen) Tomter (Østfoldbanen Østre linje)
Ytre Oslo-område	Gjelder alle nye InterCity-strekninger utenfor Oslo-området, innenfor (inkludert stasjonsområdene): Lillehammer (Dovrebanen) Halden (Østfoldbanen) Bø (Vestfoldbanen, Bratsbergbanen og Sørlandsbanen) Gjelder i tillegg strekningene: (Hokksund) - (Tyristrand) (Randsfjordbanen) (Nittedal) - Gran (Gjøvikbanen) Roa - (Jevnaker) (Roa - Hønefossbanen)
Ofotbanen	-
Resten av landet	-

Figur 2: Kart med angitt dimensjonerende kortslutningsstrøm.

4 Behandling i godkjenningsrådet

4.1 Trafikk

ok--Erik Borgersen (diskusjon) 17. jan. 2018 kl. 10:09 (CET)

4.2 Prosjekter

OK--Jse (diskusjon) 22. jan. 2018 kl. 08:26 (CET) OK--Magheg (diskusjon) 22. jan. 2018 kl. 08:50 (CET)

4.3 Infrastruktureier

OK

4.4 Teknologi

OK

4.5 Konklusjon

Endringen gjennomføres.

-- Husk å endre kategori til \"Endringsartikler til godkjenning\" når forslaget er klart! --