Felles elektro/Prosjektering og bygging/Isolasjonskoordinering og overspenningsbeskyttelse

__NUMBEREDHEADINGS__

Hensikt og omfang

Kapittelets hensikt er å optimalisere alle elektroanleggene i infrastrukturen slik at feil, som oppstår på grunn av driftsfrekvente eller atmosfærisk overspenninger, begrenses til et minimum. Kapittelet omfatter alle elektroanleggene i infrastrukturen.

Isolasjonskoordineringen omfattes av koordinering i jordingsanlegget, bestemmelse av isolasjonsnivå, isolasjonsavstander og bruk av overspenningsbeskyttelse. Krav til jording av anleggene er gitt i kapittel 6.

Til dette kapitelet hører også Vedlegg 7a som gir en oppsummering av hvilke krav som finnes til isolasjonskoordinering i [FEF] og i internasjonale standarder. Vedlegget er å betrakte som informativt, alle gjeldende krav er dekket i hovedkapittelet.

Krav til isolasjon

a) På sekundærsiden av høyspenningstransformatorer skal lederne enten være sikret eller så skal lederne ha jord- og kortslutningssikker forlegning (se definisjon i [NEK 400]) frem til første vern.

Høyspenningsanlegg

a) Bevegelige avspente ledninger og tilhørende utstyr i 15 kV-kontaktledningsanlegg skal tilfredsstille krav til isolasjon gitt i FEF § 8-3.

1. Når det gjelder krav til isolasjonsavstander, se kravene gitt i avsnitt 2.1.3.

b) Fast avspente ledninger og tilhørende utstyr i 15 kV-anlegg skal tilfredsstille krav til isolasjon gitt i FEF § 4-2.

c) Høyspenningsanlegg med andre spenningsnivåer enn 15 kV skal tilfredsstille krav til isolasjon gitt i FEF § 4-2.

I FEF er det opplyst at ”jernbane” er unntatt fra § 4-2. Med dette menes at bevegelig avspente ledninger og tilhørende utstyr er unntatt.

Isolasjonsnivå i 15 kV – anlegget

Kravene til spenningsvariasjoner (U_n, U_max1, U_min1, U_max2 og U_min2) er fastsatt i Banestrømforsyning/Prosjektering/Energiforsyning, og er hjemlet i TSI ENE og spesifisert i [EN 50163].

Den nominelle driftsspenningen er i normen definert som U_n, og for Jernbaneverket er U_n lik 15 kV.

a) Alt utstyr som inngår i faste 15 kV-installasjoner skal minimum dimensjoneres for 17,25 kV (U_max1) kontinuerlig spenning fase-jord.

1. Dersom utstyrets isolasjonsnivå er gitt som fase-fase-verdier, skal den korresponderende fase-jord-verdien legges til grunn i dimensjoneringen.
   
   Se også Vedlegg 7a.

b) Kortvarig (t ≤ 60 s) holdespenning ved driftsfrekvens (effektivverdi):

1. Isolasjon for utstyr og komponenter skal være 70 kV.
2. Luftgap i brytere skal ha en holdespenning som er et nivå høyere enn for isolasjon, dvs. 95 kV.
   
   Se også Vedlegg 7a.

c) Lynimpuls holdespenning (maks verdi), U_Ni, skal for utstyr og ledninger være:

• minst 170 kV utendørs (overspenningsklasse OV4).
• minst 145 kV innendørs, dersom det er installert overspenningsbeskyttelse ved innføringen til bygget (overspenningsklasse OV3, ref. tabell A-2 i [EN 50124], avlest for U_Nm= 24 kV).

Isolasjonsnivå i banestrømmens returkrets

Banestrømmens returkrets er en del av kontaktledningsanlegget, og beskrives derfor i dette avsnittet, selv om isolasjonsnivået ikke er det samme som for høyspenningsanlegg.

a) Utjevningsledere kan være uten isolasjon når det ikke er krav om beskyttelse mot korrosjon, annen miljøpåvirkning eller krav om isolasjonsmerking (gul/grønn) eller tilkobling til kjøreskinne for dobbelisolerte sporfelter.

b) Returledning som er seriekoblet med sugetransformator, skal ha et isolasjonsnivå på 1000 V mot jord.

Isolasjonsavstander i bevegelige avspente ledninger og tilhørende utstyr i 15 kV- kontaktledning

a) Ved bygging og prosjektering av kontaktledning skal anlegget dimensjoneres med minimum 250 mm statisk og minimum 150 mm dynamisk isolasjonsavstand, ref. [IEC 60913], tabell II.

Minimumskravet fra [EN 50119] er økt for å ta hensyn til spesielle vanskelige klimatiske forhold i Norge (vind, snø og isforhold).

Definisjon på dynamisk isolasjonsavstand: Den minste avstanden som kan forekomme mellom en spenningsførende del og en ikke spenningsførende del, når den ene eller begge er i bevegelse.

Definisjon på statisk isolasjonsavstand: Den minste avstanden som kan forekomme mellom en spenningsførende del og en ikke spenningsførende del når begge er i ro.

Dynamisk og statisk isolasjonsavstand har betydning for utformingen av isolatorer og ledningsføring spesielt på steder der det er begrensninger med hensyn på plass, f.eks. skjæringer og tunneler.

1. Krav til minimum statisk isolasjonsavstand skal være oppfylt på alle steder ved ubelastet anlegg.
2. Krav til dynamiske isolasjonsavstander skal være oppfylt på alle steder ved påvirkning av krefter som normalt kan oppstå.
3. For kontaktledning skal krav til minimum dynamisk isolasjonsavstand være oppfylt på alle steder ved en kraft på minimum 200 N mellom strømavtaker og kontakttråd.
4. Ved bygging/fornyelse av kontaktledning i eksisterende tunneler, bruer, snøoverbygg, mv. kan det søkes om dispensasjon fra infrastrukturdirektøren for minimum isolasjonsavstand mellom kontakttråd/spenningsførende del og faste/jordede deler ned til henholdsvis 220 mm statisk og 120 mm dynamisk.
5. Ved seksjonering skal isolasjonsavstanden mellom spenningssatt del og frakoblet/jordet del være minst 150 mm [NEK EN 50122-1].

b) Faste konstruksjoner over jernbanen, for eksempel bruer, bygninger, kulverter, osv., bør ikke bygges nærmere enn 400 mm fra spenningsførende deler i kontaktledningsanlegget på grunn av hensyn til fremtidige justeringsmuligheter.

c) For isolasjonsavstander i AT-system skal krav i vedlegg 5.d til [540], Kontaktledningssystemer følges.

Isolasjonsavstander i fast avspent høyspenningsanlegg

a) Andre høyspenningsanlegg enn det som er nevnt i avsnitt 2.1.3, skal tilfredsstille krav til isolasjonsavstander som er gitt i tabell A.3 til [EN 50124-1].

b) For autotransformator (AT)-system skal minimumskravene til avstander i ledningssystemet gitt i <xr id="tab:Tab 1" /> følges.

c) For bryterarrangementer i AT-system og ved innføring til autotransformatorer skal avstander gitt i <xr id="tab:Tab 2" /> følges.

AT-system er å betrakte som et 2-fasesystem (U_PL-U_NL= ±15 kV). Tilsvarende vil også spenningen over luftgapet i en kontaktledningsseksjon oppfattes som 2-fase, der spenningen over på de to ulike kontaktledningene i verste fall kan være i direkte motfase.

<figtable id="tab:Tab 1">

Minimumskrav til avstander mellom fast avspente ledninger i AT-system

Avstand mellom	Minimumskrav
Positiv leder (PL) og jord	250 mm
Negativ leder (NL) og jord	250 mm
Positiv leder (PL) og negativ leder (NL)	400 mm
Negativ leder (NL) og kontaktledning (KL)	400 mm
Positiv leder (PL) og kontaktledning (KL)	250 mm

</figtable>

<figtable id="tab:Tab 2">

Minimumskrav til avstander i bryterarrangementer og ved innføring til transformatorer i AT-system

Avstand mellom	Minimumskrav
Positiv leder	250 mm
Negativ leder (NL) og jord	250 mm
Positiv leder (PL) og negativ leder (NL)	320 mm
Negativ leder (NL) og kontaktledning (KL)	320 mm
Positiv leder (PL) og kontaktledning (KL)	250 mm

</figtable>

{{{1}}}

Krypstrømsvei for isolatorer og brytere

a) Isolatorer og brytere i faste installasjoner skal ha krypstrømsvei som minst tilfredsstiller [EN 50124-1, avsnitt 6.3.2]. Se <xr id="tab:Tab 3" />.

1. Normen oppgir kravene i [mm/kV]. For 15 kV jernbaneanlegg skal maksimal kontinuerlig driftsspenning legges til grunn (U_max1 = 17,25 kV).

<figtable id="tab:Tab 3">

Minstekrav til krypstrømsvei i henhold til [EN 50124-1]

Foruresningsgrad	Minimum krypstrømsvei	Minimum krypstrømsvei for 17,25 kV
Ugunstige forhold (Forurensning, 10-20 km fra sjøen, naturlig vask)	40 mm/kV	690 mm
Ekstremt ugunstig forhold (Kraftig forurensning, industri, saltvann, tettbebygde områder, naturlig vask)	48 mm/kV	828 mm
Ekstremt ugunstige forhold (tunnel, ikke naturlig vask)	52 mm/kV	897 mm

</figtable>

Lavspenningsanlegg

Isolasjonsnivå i lavspenningsanlegg

a) Anlegg, utstyr og komponenter skal bygges slik at isolasjonsnivåene i <xr id="tab:Tab 4" /> oppfylles.

1. Verdiene gjelder for 230/400 V system, og det skilles ikke mellom isolasjonsholdfasthet for fase-fase og fase-jord.

Kravene til isolasjonsnivå gjelder for isolasjonsholdfasthet ved 1,2/50 μs-støt og 8/20 μs-støt

.

<figtable id="tab:Tab 4">

Standard isolasjonsnivå for lavspenningsanlegg i henhold til tabell 44B [NEK 400:2006]

Impulsholdespenning, UNi	Anleggsbeskrivelse	Jernbaneverkets tilleggskommentar
6 kV	Hovedfordeling, strøminntak, inklusiv måler	Inntak fra lokal netteier, inntak fra reservestrømstransformator
4 kV	Fast opplegg inkl. ledninger og stikkontakter
2,5 kV	Vanlig utstyr	Signalanlegg, lavspente installasjoner
1,5 kV	Elektronikk	Signal- og teleanlegg

</figtable>

Isolasjonsavstander i lavspenningsanlegg

a) Med bakgrunn i verdien for impulsholdespenning i <xr id="tab:Tab 4" /> skal isolasjonsavstander i luft være i henhold til <xr id="tab:Tab 5" />.

Avstandene er avhengig av lokalisering og forurensningsgrad. Ref. tabell A3 [EN 50124-1].

<figtable id="tab:Tab 5">

,

Minimum avstand i luft for ulike impulsholdespenninger i lavspenningsanlegg avhengig av lokalisering

Impulsholdespenning UNi	Minimum isolasjonsavstand [mm]
	Innendørs i kapsling	Innendørs uten kapsling	Utendørs
6 kV	5,5	10,0	19,0
4 kV	3,0	7,0	15,0
2,5 kV	1,5*)	5,5	11,5
1,5 kV	0,5**)	5,5	—
*) 1,6 mm i PD4 **) 0,8 mm i PD3

</figtable>

Krav til overspenningsbeskyttelse

I tillegg til bruk av overspenningsvern oppnås bedre beskyttelse mot overspenninger ved hensiktsmessig jording og tilstrekkelig isolasjon, slik som beskrevet tidligere i dette kapittelet og i kapittel 6.

a) Anlegg med overspenningsvern bør ha beskyttelse mot serielyn.

Dette kan oppnås med enten en mer robust type vernekomponent eller ved å sette inn to vernekomponenter av samme type i parallell.

b) Vern for spesielt viktige og utsatte installasjoner bør ha alarmkontakt for melding ved defekte vern.

Overspenningsvern

Funksjonskrav

a) Normal drift: Overspenningsvernet skal være høyohmig og ikke representere en feilkilde ved nominell spenning.

{{{1}}}

b) Ved overspenninger: Vernet skal være anleggets “svakeste punkt”, dvs. at vernet skal uskadeliggjøre overspenninger før isolasjonen skades.

{{{1}}}

c) Ved havari: Havarerte/defekte vern skal ha varsel som er godt synlig ved inspeksjon.

1. Defekte vern skal skiftes ut snarest.

d) Overspenningsvern i kontaktledningsanlegg skal ha egenskaper, både i normal drift og ved eventuelt havari, som ikke hindrer de utkoblings- og gjeninnkoblingsrutinene som er gitt i [546].

Plassering av overspenningsvern

a) Overspenningsvern skal plasseres foran og så nær som mulig det objektet som skal beskyttes.

Se Felles elektro/Prosjektering og bygging/Jording#Beskyttelse mot lynspenninger.

Krav til overspenningsvern i 15 kV-anlegg

a) Det skal monteres overspenningsvern (metalloksidavleder) ved punkter i nettet hvor det kan forventes å opptre skade på utstyr eller kabler som følge overspenninger.

1. Som et minimum skal det monteres overspenningsvern ved de stedene som er beskrevet i avsnittene 3.2.1 - 3.2.4 nedenfor.

Øvrig behov for overspenningsvern må sees i sammenheng med muligheten for å få redusert overgangsmotstand til jord ved kontaktledningsmastene: Lav overgangsmotstand gir mindre omfattende behov for overspenningsvern. Se krav for dette i kapittel 6.

b) Ved valg av overspenningsvern i 15 kV-anlegg skal de dimensjonerende spenninger gitt i <xr id="tab:Tab 6" /> følges.

<figtable id="tab:Tab 6">

Dimensjonerende spenninger for valg av overspenningsvern i 15 kV-anlegg

15 kV-anlegg 1)	Maks. kont. driftsspenning 2)	Isolasjons-holdespenning 3)	Impuls-holdespenning (UNi) 3)	Laveste Ures 4)	Høyeste Ures 5)
OV 4 utendørs/ubeskyttet	17,25 kV	24 kV	170 kV	29,3 kV	85 kV
OV 3 innendørs/beskyttet	17,25 kV	24 kV	145 kV	29,3 kV	72,5 kV
1) inndelt etter overspenningskategorier (OV) i henhold til [EN 50124-1]. 2) Umaks1, i henhold til [EN 50163]. 3) I henhold til [En 50124-1]. 4) Laveste vernenivå (Ures ) bør være større enn maksimal driftspenning (amplitudeverdi) + 20 %. 5) Høyeste vernenivå (Ures ) bør være mindre enn halvparten av anleggets isolasjonsnivå.

</figtable>

Overspenningsvern betegnes ofte med sin merkespenning (U_r) eller sin kontinuerlige driftspenning (U_C). Ut ifra dette kontrolleres i produktspesifikasjonen hvilken U_r eller U_C som gir U_res (vernenivå/restspenning) innenfor akseptable verdier.

Overspenningsvern ved sugetransformator

a) Det skal installeres overspenningsvern på begge sider av hver sugetransformator mellom kontaktledningen og en felles jordingselektrode.

1. Unntak: For sugetransformator i tunneler installeres overspenningsvern i kontaktledningsanlegget utenfor begge tunnelmunningene.

Overspenningsvern ved reservestrømstransformator

a) Reservestrømstransformatorer skal beskyttes med overspenningsvern.

1. Vernet bør tilkobles kontaktledningen mellom eventuell skillebryter og sikring for enklere utskifting av defekt avleder.
2. Unntak: For sugetransformator i tunneler installeres overspenningsvern i kontaktledningsanlegget utenfor begge tunnelmunningene.

For utførelse, se Felles elektro/Prosjektering og bygging/Jording#Beskyttelse mot lynspenninger.
Se også Felles elektro/Prosjektering og bygging/Lavspent strømforsyning.

Overspenningsvern ved høyspenningskabler

I henhold til Felles elektro/Prosjektering og bygging/Jording utjevnes høyspenningskabler til returkretsen.

a) Der kabelen er lengre enn 70 meter, og skjermen er utjevnet til returkretsen i én ende:
* skal det installeres overspenningsavleder med tennspenning som angitt i <xr id="tab:Tab 66" />.
* skal skjermen i åpen ende være beskyttet mot tilfeldig berøring, og
* skal det varsles med skilt om farlig spenning på skjermen. b) Høyspenningskabler skal beskyttes med overspenningsvern.

1. For korte kabelføringer (≤70 m) (forbigangskabel ved bruer og lignende) kan det være tilstrekkelig med overspenningsvern i den ene enden, avhengig av lengde og lokale forhold.

c) For høyspenningskabler lengre enn 70 m skal det monteres overspenningsvern i begge ender.

1. I slike tilfeller skal det benyttes eget overspenningsvern i den ikke-jordede enden, mellom «åpen skjerm» og nullpunktet for overspenningsvernet tilknyttet faselederen.
2. Overspenningsvernet for skjermen monteres umiddelbart sammen med overspenningsvernet for faselederen.

Merk også veiledning til Forskrift om elektriske forsyningsanlegg [FEF, §4-4] om "Koblingspunkter og avslutninger for kabler" for den ikke-jordede kabelskjermen. Dette er også relevant med "åpen jording" med overspenningsvern.

Overspenningsvern er viktig for å unngå at en overspenning overskrider vernenivået (restspenningen). Spenningen mellom leder og skjerm i kabelendemuffe i den åpne enden kan i verste fall (uten overspenningsvern) bli dobbelt så stor som vernenivået.

{{{1}}}

e) For korte kabler der den ene enden er avsluttet uten tilkopling til skjermen, kan skjermen brettes tilbake over ytterkappen og isoleres med en strømpe slik at den eventuelt kan gjøres tilgjengelig på et senere tidspunkt.

<figtable id="tab:Tab 66">

Overspenningsvern for kabelskjerm

Kabellengde 1) m	Tennspenning (12,5 kA kortslutningsstrøm)	Tennspenning (31,5 kA kortslutningsstrøm)
under 100	3 kV	3 kV
101 til 500	3 kV	6 kV
501 til 1 000	6 kV	9 kV
1 001 til 2 000	6 kV	10 kV
2 001 til 3 000	9 kV	10 kV
3 001 til 4 000	9 kV	----
4 001 til 5 000	10 kV	----
5 001 til 6 000	10 kV	----
6 001 til 7 000	10 kV	----
1) Ved AT-system har NL og PL halve (kortslutnings-)strømmen, noe som tilsier halvparten av indusert spenning. Eksempel: For en kabel med NL på 4 km, gjøres oppslag på halve kabellengden, noe som gir en tennspenning i overspenningsvernet på 6 kV for kolonnen med 12,5 kA.

</figtable>

<figure id="fig:figno 2">

Eksempel på overspenningsbeskyttelse av matekabel, med åpen jording i forsyningsenden

</figure>

Overspenningsvern ved autotransformatorer

Det brukes kabel mellom autotransformator og tilkopling til luftkurs med NL og PL.

a) I mast med overgangen mellom luftkurs og kabel skal det være overspenningsbeskyttelse.

b) Når kablene for NL og PL er over 70 m, skal autotransformatoren beskyttes med overspenningsvern mellom henholdsvis NL-tilkoplingen og midtuttaket på autotransformatoren og PL-tilkoplingen og midtuttaket på autotransformatoren.

1. Når det er overspenningsvern i AT-kiosken, skal det være en impulselektrode i tillegg til ringjord.

Krav til overspenningsavledere i lavspenningsanlegg

Avsnittet omhandler vern mot overspenninger fra strømforsyningssiden til teknisk utstyr. Klassebetegnelsen angir hvor stor påkjenning vernene skal testes etter, ref. [REN blad 8021]

Grovvernert avleder størstedelen av den innkommende overspenningen. Finvernet skal avlede det som slipper forbi grovvernet og ikke dempes i tilledningene.

a) Ved valg av overspenningsavledere i lavspenningsanlegg skal de dimensjonerende spenningene gitt i <xr id="tab:Tab 7" /> følges.

b) Grovvern (klasse 1) skal installeres ved avgrening fra lokal netteier til Jernbaneverket.

1. Vernene bør dubleres.

c) Finvern eller “mellomvern” (klasse 2) skal installeres i hovedfordeling (“omformerrom”) ved alle innkommende linjer/kabler.

1. Vernene bør dubleres.

d) Finvern (klasse 3) skal installeres i de respektive fordelingsskap for signal-, fjernkontroll- og teleanlegg, se også avsnitt 3.3.1.

e) Finvernet skal ha minst 5-10 % høyere vernenivå enn grovvernet, mens grovvernet skal ha høyest energiopptaksevne.

f) Vern skal være montert slik at det ikke medfører berøringsfare (IP20) eller skade på annet utstyr.

g) Det skal ved montering tas hensyn til nødvendig sikkerhetsavstand til annet utstyr, spennings­førende deler eller jord for å hindre overslag ved utblåsninger fra vern som tenner og avleder overspenninger.

h) Det bør benyttes pluggbare vern med godt synlig varsel ved havari. Vern for spesielt viktige installasjoner bør ha alarmkontakt for fjernavlesning ved defekte vern.

i) Alarmkontakt bør også monteres for egne sikringer foran overspenningsvern. Dersom sikringene kobler ut, vil ikke alarmkretsen fra vernet gi noen indikasjon på denne funksjonssvikten.
Det er viktig at eventuelt egne sikringer for overspenningsvern er selektive i forhold til forankoblede sikringer/vern, slik at feil ved overspenningsvern ikke gir utkobling av en hel installasjon.

<figtable id="tab:Tab 7">

Dimensjonerende spenninger for valg av avledere i lavspenningsanlegg

	Nominell spenning, Un,fase-fase	Støtspennings-holdfastehet, Um 1)	Kontinuerlig driftsspenning, Uc, merkespenning, Ur 2)	Anbefalt avleder-spenning, Up 3)
Kategori 1: Elektrisk utstyr med elektronikk signal/tele	TN 400 V TT 230 V IT 230 V 4)	1500 V	280 V 280 V 320 V eller 420 V	< 1200 V
Kategori 2: Elektrisk utstyr signal/elektrisk	TN 400 V TT 230 V IT 230 V 4)	2500 V	280 V 280 V 320 V eller 420 V	< 2000 V
Kategori 3: Lavspent fast opplegg ledning, stikk ++	TN 400 V TT 230 V IT 230 V 4)	4000 V	280 V 280 V 320 V eller 420 V	< 3200 V
Kategori 4: Lavspent nett	TN 400 V TT 230 V IT 230 V 4)	6000 V	280 V 280 V 320 V eller 420 V	< 4800 V
1) I henhold til [NEK 400:2006], tabell 44B, og [REN blad 8021]. 2) For lavspenningsanlegg er Uc = Ur i henhold til [REN blad 8021]. Verdiene oppgitt er den korresponderende fase-jordspenningen + 10 %. 3) I henhold til [REN blad 8021] anbefales å bruk en avlederspenning som er 20 % lavere enn støtspenningsholdfastheten. 4) For IT-nett anbefales høyere Uc for å ta hensyn til at det kan forekomme overspenning fra enpolt induktiv jordfeil.

</figtable>

Overspenningsvern for kommunikasjons- og signalutstyr

a) I tillegg til overspenningsvern på strømforsyningssiden av utstyret skal det monteres egne vern for inn- og utgående kabler og linjer i sikrings-, tele,- og fjernstyringsanlegg som beskrevet i respektive regelverk [5XX].

b) Generelt bør det monteres overspenningsvern ved terminering av linjer på alle ut- og inngående ledere/par for kabelføringer som er:

• forlagt langs jernbanetraseen og er utsatt for induserte spenninger fra banestrøm
• tilkoblet utstyr i skap/kapslinger koblet til banestrømmens returkrets (se kapittel 6)
• koblet til luftstrekk nær termineringssted
• koblet til utstyr utsatt for lynnedslag (antennemaster og lignende)

c) Overspenningsvern skal settes opp også på udisponerte ledere/par.

Vedlegg

Vedlegg 7a - Isolasjonskoordinering 15 kV, installasjoner og luftlinjer