Felles elektro/Prosjektering og bygging/Lavspent strømforsyning

1 Hensikt og omfang

Kapittelet skal sikre at strømforsyningsanlegg med lavspenning til tekniske installasjoner langs jernbanen bygges slik at de sikrer en pålitelig drift av jernbaneinfrastrukturen. Kapittelet omfatter strømforsyning til jernbanetekniske installasjoner.

Bøkene i Teknisk regelverk om lavspenningsanlegg beskriver særskilte krav til spesifikke forbrukere, som togvarme, sporvekselvarme og belysning.

1.1 Driftskritiske og sikkerhetskritiske belastninger

I dette kapittelet stilles det flere særskilte krav for driftskritiske og sikkerhetskritiske belastninger. Disse må derfor defineres.

  • En driftskritisk belastning er en belastning som gir driftsforstyrrelse for togtrafikken ved bortfall av strømforsyningen.
  • En sikkerhetskritisk belastning er en belastning som gir uakseptabel svekkelse av en sikkerhetsbarriere ved bortfall av strømforsyningen.

Drifts- og sikkerhetskritiske belastninger omfatter for eksempel sikringsanlegg, anlegg for teletransmisjonsnett, anlegg for togradio (GSM-R), nødlys for tunneler, vernutrustning for banestrømforsyning, og øvrig utstyr som er nødvendig for funksjonen til sikkerhetsbarrierer. Styrestrømutrustning for automatisk eller fjernstyrt omkobling mellom hoved- og reserveforsyning må også klassifiseres som driftskritisk. Drifts- og sikkerhetskritiske belastninger kan også omfatte enkelte andre belastninger.

Eksempler på belastninger som ikke anses som drifts- eller sikkerhetskritiske er:
  • ordinær belastning for lys, varme og strømuttak,
  • overvåkning av dører, porter og liknende, (merk likevel at motorstyrt åpning av enkelte dører kan være sikkerhetskritisk),
  • spornært utstyr for fjernovervåkning av sporkomponenter,
  • spornært utstyr for fjernstyring av kontaktledningsbrytere,
  • sporvekselvarme,
  • togvarme,
  • grunnvannspumper,
  • tunnelventilasjon,
  • og liknende utstyr som ikke har drifts- eller sikkerhetskritisk funksjon.
En del utstyr kan også leveres med integrerte batterier. Slikt utstyr anses heller ikke som drifts- og sikkerhetskritisk som brukt i dette kapittelet. Et vanlig eksempel på dette er brannvarslingsanlegg.

2 Krav

2.1 Generelle krav

TRV:08080

a) Samsvar med standarder: Anlegg og installasjoner for lavspent strømforsyning skal utformes i samsvar med relevante standarder:

  • NEK 400 gjelder generelt for lavspent strømforsyning
  • HD 60364-serien er den internasjonale standarderien som NEK 400 bygger på. HD 60364-serien er i noen tilfeller bedre tilpasset industrielle og jernbanespesifikke anvendelser. Den kan legges til grunn for enkeltforhold, dersom bakgrunnen for dette dokumenteres i risikovurderingen for prosjektering.
  • EN 50122-1 (del av NEK 900) inneholder tilleggskrav til NEK 400 / HD 60364 som gjelder installasjoner som kan bli påvirket av jernbanens returkrets
Krav til jording av lavspenningsanlegg er utdypet i Felles elektro, Prosjektering og bygging, Jording og utjevning.

TRV:02967

b) Fordelingssystem: Valg av fordelingssystem (IT, TN eller TT) skal vurderes ut ifra tilgjengeligheten til systemet ved aktuelle drifts- og feiltilfeller.

  1. Utførelse: Kurser med drifts- eller sikkerhetskritiske belastninger skal ikke ha jordfeilbryter, men skal ha enten jordfeilovervåker eller jordfeilvarsler.
Kravet løses enklest med IT-system, men kan også løses med TN- eller TT-system med kompletterende tiltak som dublering, UPS, eller utstyr av beskyttelsesklasse II (dobbeltisolert).

TRV:02968

c) Selektivitet: Det skal tas hensyn til selektivitet mellom ulike vern/kurser slik at viktige deler av anlegget ikke berøres av feil i andre anleggsdeler.

  1. Utførelse: Ved bruk av jordfeilbryter eller -relé skal kun den aktuelle kursen med jordfeil kobles ut.
System Fordeler Ulemper Kommentar
TN 1. Høyere driftsspenning gir større kapasitet og mulighet for lengre kurser med balansert trefasebelastning enn det som er mulig for øvrige systemer.
For enfasekurser 230 V (L og N) er det ingen kapasitetsforskjell fra øvrige systemer.
2. God elsikkerhet på grunn av sammenhengende jordingssystem og rask frakobling av jordfeil.
1. Det er krav om egne transformatorviklinger i grensesnittet mot jernbanens returkrets. 1. TN-system kan benyttes uten transformator ved belastningen for 230 V enfasebelastninger og for 400 V trefasebelastninger med eller uten nøytralleder.
TT 1. Ikke krav om egne transformatorviklinger i grensesnittet mot jernbanens returkrets. 1. Krav om lav motstand mellom returkretsen og jord for at spenningsstigningen ved jordfeil skal bli lav nok. Kravet kan medføre at det må bygges ekstra jordelektroder. 230 V enfasebelastninger og for 230 V trefasebelastninger med eller uten nøytralleder.
2. Lite brukt i Norge, og ikke anbefalt.
IT 1. Med en enkelt jordfeil er det mulig å opprettholde drift av et anlegg med høyt tilgjengelighetskrav.
2. God elsikkerhet ved at jordfeil ikke fører til høy berøringsspenning.
3. Kan utformes med eller uten skilletransformator i grensesnittet mot jernbanens returkrets. For å utnytte IT-systemets fordeler, må det etableres et system for jordfeilovervåking og utbedring av feil innen rimelig tid.
1. For drift av anlegg med jordfeil kreves det egne transformatorviklinger i grensesnittet mot jernbanens returkrets. (Kravet kan fravikes når håndtering av doble jordfeil er dokumentert iht. NEK 400). 1. IT system kan benyttes uten transformator ved belastningen for 230 V enfasebelastninger og for 230 V trefasebelastninger uten nøytralleder.
2. IT-system kan benyttes med økt spenning inntil 1000 V i noen tilfeller:
• dersom utstyret er laget for den aktuelle spenningen, eller
• dersom det er transformator ved belastningen som tilpasser spenningen til behovet. (IT-system med isolert nullpunkt er best egnet for overføringen på grunn av lav jordfeilstrøm.)

TRV:02969

d) Isolasjonsovervåkning: Det bør benyttes isolasjonsovervåkning. For anlegg forsynt fra egen transformator skal det benyttes isolasjonsovervåkning, ettersom en forankoblet jordfeilbryter i hovedforsyningen fra skilletransformatoren ikke vil fungere i slike anlegg.

TRV:02970

e) Overvåkning: Kurser med drifts- eller sikkerhetskritiske belastninger skal prosjekteres med overvåkning av strømforsyningen (sikringer/vern med alarmkontakt, spenningsmåling, isolasjonsovervåkning eller liknende).

  1. Utførelse: Feil- og alarmsignaler skal kunne fjernavleses.
  2. Utførelse: Det skal utarbeides prosedyrer slik at utbedring av jordfeil utbedres snarest mulig.

TRV:02971

f) Spenningskvalitet: Spenningsvariasjon ved elektrisk utstyr skal være innenfor det intervallet som utstyret er beregnet for.

Merknader:
  1. Elektrisk utstyr er normalt laget for å fungere tilfredsstillende innenfor grenseverdiene angitt i EN 50160, det vil si med et langvarig spenningsavvik på ±10 % fra merkespenningen. For utstyr beregnet for 230 V tilsvarer dette et spenningsintervall mellom 207 V og 253 V. Ved å justere/trinne tomgangsspenningen opp mot den øvre grenseverdien på 253 V, kan utstyret i utgangspunktet tolerere et spenningsfall i ledningsføringen på inntil (1−207/253)·100 % ≈ 18 %.
  2. Redusert forsyningsspenning gir liten påvirkning på funksjonalitet i en del utstyr med merkespenning på 230 V, slik som termostatstyrte ovner, LED-belysning og ladere for batterier eller andre produkter med spenningsintervall i området 110 V til 230 V. For enkle installasjoner kan det vurderes om et større spenningsfall i ledningsføringen er akseptabelt.
  3. Spenningsfall omfatter også spenningsvariasjon i matende nett og transformator, slik at tillatt spenningsfall over lavspenningskabelen vil være lavere enn avviket på ±10 % skulle tilsi. Ved små spenningsvariasjoner i matende nett, eller ved mulighet for trinning eller regulert strømforsyning, kan likevel en stor andel av den tillatte spenningsvariasjonen tilordnes kabelen.
  4. Merk at KL-anlegget har en nominell spenning på 15 kV med en variasjon på +15 % / -20 % (referert til Umin1 og Umax1 i EN 50163), eventuelt +20 % / -27 % (referert til Umin2 og Umax2 i EN 50163) for kortvarige hendelser. Innregulert tomgangsspenning i Norge er 16,5 kV. Det oppstår en tilsvarende prosentvis spenningsvariasjon på sekundærsiden av en reservestrømstransformator.

2.2 Hovedforsyning

Hovedforsyning forsyner et elektrisk anlegg med strøm i feilfri tilstand.

TRV:02972

a) Hovedforsyning: Hovedforsyning kan etableres med en av følgende løsninger:

  • Forsyning fra allment forsyningsanlegg
  • Forsyning fra eget langsgående forsyningsanlegg med høyspenning eller 1000 V
  • Forsyning fra kontaktledningen via en biforbrukstransformator eller reservestrømstransformator
  • Forsyning med alternative kilder som sol, vind, og liknende
Se REN blad 4100 for veiledning om metoder for tilknytning til allment forsyningsanlegg.

Se Teknisk regelverk: Lavspenning og 22 kV, Prosjektering, Forsyning med 22 kV (11 kV) for krav til utforming av langsgående forsyningsanlegg med høyspenning.

Se Teknisk regelverk: Kontaktledning, Prosjektering og bygging, Komponenter, Vedlegg, Transformatorer for krav til forsyning fra kontaktledningen med biforbrukstransformator og reservestrømstransformator.

TRV:08081

Strømforsyning fra kontaktledning er ustabil på grunn av hyppig og mulig langvarig frakobling av kontaktledningen for arbeid. Strømforsyning fra alternative kilder som sol, vind, etc. er ustabil og avhengig av vær. For slike kilder gjelder følgende krav:

b) Ustabile kilder: Ustabile kilder kan stabiliseres med batterier.

  1. Utførelse: Batteriene skal dimensjoneres for forventet produksjon, forventet forbruk, forventet utetid for aktuell kilde, og med hensyn på krav til tilgjengelighet for utstyret som forsynes.
  2. Utførelse: Ustabile kilder skal ikke brukes som hovedforsyning til belastninger som vurderes som drifts- eller sikkerhetskritiske.
Kravet har blant annet til hensikt å unngå at utstyr som forsynes fra ustabile kilder svikter ved langvarig svikt i kilden, for eksempel som følge av at solcellepaneler er dekket av snø.

2.3 Reserveforsyning

Generelt stilles krav om redundans til drifts- og sikkerhetskritiske belastninger. Den grunnleggende framgangsmåten for å oppnå redundans er først å identifisere de belastningene som omfattes av kravet, og deretter utforme lavspenningsforsyningen slik at disse belastningene får en hensiktsmessig redundant strømforsyning.

TRV:02978

a) Redundant strømforsyning for drifts- og sikkerhetskritiske belastninger: Driftskritiske og sikkerhetskritiske belastninger i et lavspenningsanlegg skal ha redundant strømforsyning.

  1. Utførelse: For hvert strømforsyningsanlegg skal det etableres en oversikt over tilknyttede drifts- og sikkerhetskritiske belastninger.
  2. Utførelse: Redundansen kan etableres:
    • som felles reserveforsyning til flere belastninger tilknyttet underfordeling for prioriterte belastninger
    • som egen reserveforsyning til hver driftskritiske belastning
Det er ikke krav om redundant strømforsyning for belastninger som ikke er drifts- eller sikkerhetskritiske.
Fordeling for prioriterte belastninger forsynes med reserveforsyning ved bortfall av hovedforsyning. Slik fordeling etableres der flere belastninger deler samme reserveforsyning.
Merk: Det kan gjelde ytterligere fagspesifikke tilgjengelighets- eller redundanskrav for enkeltbelastninger, se kapittel i Teknisk regelverk for aktuell anleggstype.

TRV:08082

b) Løsninger for redundant strømforsyning: For belastninger som har krav om redundant strømforsyning, kan redundans oppnås med reserveforsyning fra en av følgende kilder:

  • Reserveforsyning fra allmenn strømforsyning
  • Reserveforsyning med fast aggregat
  • Reserveforsyning fra kontaktledningen
  • Reserveforsyning med batteri
    • Uten ekstern lading
    • Med lading fra kontaktledningen
    • Med lading med flyttbart aggregat

I det påfølgende er det angitt krav som gjelder ved valg av hver av disse løsningene.

TRV:02973

c) Reserveforsyning fra allmenn strømforsyning: Ved reserveforsyning fra allmenn strømforsyning skal forsyningssikkerheten i tilknytningspunktet for reserveforsyningen og hovedforsyningen være tilnærmet uavhengig av hverandre.

  1. Utførelse: Kravet er oppfylt ved forsyning fra ulike kurser i høyspent forsyningsnett som har stor uavhengighet fra hverandre.
  2. Utførelse: Kravet er oppfylt ved forsyning fra langsgående høyspenningsnett som kan mates fra to sider. Felles høyspent til lavspent transformator for de to forsyningene skal normalt aksepteres på grunn av lav sviktsannsynlighet og høy kostnad for å etablere redundant transformator.

TRV:02998

d) Reserveforsyning med fast aggregat: Aggregatet skal dimensjoneres for belastning og varighet tilpasset forventet periode for bortfall av hovedforsyningen.

  1. Utførelse: Det bør etableres rutine for etterfylling av drivstoff ved langvarig drift.
  2. Utførelse: Aggregatet skal starte automatisk etter en innstillbar tidsforsinkelse ved bortfall av hovedforsyningen.
  3. Utførelse: Aggregatet skal overvåkes minst med driftsstatus og drivstoffnivå.

TRV:02994

e) Reserveforsyning fra kontaktledningen: Ved reserveforsyning fra kontaktledningen gjelder følgende krav:

  1. Utførelse: Omkobling skal gjennomføres automatisk etter en innstillbar tidsforsinkelse ved bortfall av hovedforsyningen.
  2. Utførelse: Anlegget skal overvåkes minst med driftsstatus.

TRV:02981

f) Reserveforsyning med batteri: Ved reserveforsyning med batteri skal batterikapasiteten dimensjoneres ut fra forventet utetid for hovedforsyningen det aktuelle stedet.

  1. Utførelse: Batterikapasiteten bør dimensjoneres med rimelige marginer avhengig av risiko og kostnader.
  2. Utførelse: Hver belastning bør ikke være sikret med mer enn ett batterianlegg. Det bør ikke etableres flere batterianlegg i serie.
  3. Utførelse: Nødvendig batterikapasitet kan begrenses ved å etablere ekstern batterilading fra kontaktledningen via en reservestrømstransformator, eller ved etablering av aggregatkontakt med vender for flyttbart aggregat, med tilhørende beredskapsrutiner.

TRV:08083

g) UPS for omkobling: Der belastninger krever uavbrutt forsyning kan det ved behov etableres en mindre UPS for å sikre kontinuerlig strømforsyning under omkobling mellom hovedforsyning og reserveforsyning.

  1. Utførelse: Dimensjonering av batteritid for en slik UPS skal koordineres med forventet tid for omkobling mellom hovedforsyning og reserveforsyning. Det bør legges til en rimelig margin.
    • Fjernstyrt manuell omkobling kan antas å ta kortere tid enn 15 minutter.
    • Det kan benyttes løsninger for automatisk omkobling med kortere varighet
    • Ved bruk av aggregat skal starttiden for aggregatet legges til grunn.
Dersom reserveforsyningen er et dedikert mobilt aggregat, må det tas hensyn til ekstra tilriggingstid for omkoblingen.

TRV:02979

h) Automatisk omkobling: Der det etableres automatisk omkobling fra hovedforsyning til reserveforsyning, skal det være tilsvarende automatisk omkobling tilbake til hovedforsyning etter at hovedforsyningen kommer tilbake.

2.4 Særlige krav til forsyning fra kontaktledningen

Se Teknisk regelverk: Kontaktledning, Prosjektering og bygging, Komponenter, Vedlegg, Transformatorer for krav til reservestrømstransformatorer og biforbrukstransformatorer.

TRV:02986

a) Avregning av 16 2/3 Hz energi: Ved forsyning fra kontaktledningen gjelder Bane NORs standardvilkår for avregning av 16⅔ Hz energi, se spesielt avsnitt 3.3.

  1. Utførelse: Anlegg med årlig stipulert energiforbruk over 15 000 kWh skal ha egen energimåleutrustning.

TRV:02991

b) Fordelingssystem: Lavspenningssiden av transformatoren skal være et tofaset IT-system med nominelt 230 V mellom fasene.

  1. Unntak: Der den totale kabellengden på lavspenningssiden av transformatoren er mindre enn ca. 30 m skal kretsen i stedet utformes som et TN-system med en fase direkte jordet til returkretsen.
IT-nett med kort kabellengde har liten kapasitans mot jord. Det fører til liten jordfeilstrøm og usikker deteksjon av jordfeil. Det er videre usikkert hvorvidt den lave kabelkapasitansen også kan føre til en høy kapasitivt overført liketaktsspenning til lavspenningskretsen fra transformatorviklingene, og hvilke farer det eventuelt kan medføre.

TRV:08084

c) Spenningsvariasjon: Tilkoblet utstyr skal ta høyde for tillatt spenningsvariasjon i kontaktledningen i henhold til EN 50163. Tilsvarende prosentvis spenningsvariasjon vil opptre på lavspenningssiden av transformatoren.

  • Minste ikke-permanente driftsspenning: 11 kV
  • Nominell spenning: 15 kV
  • Innregulert tomgangsspenning i Norge: 16,5 kV
  • Høyeste ikke-permanente driftsspenning: 18 kV

2.5 Særlige krav til batterianlegg og UPS

TRV:08085

a) Batterier: Det bør benyttes vedlikeholdsfrie batterier.

TRV:03003

b) Lading: Batterienes kapasitet skal opprettholdes ved vedlikeholdslading som er tilpasset aktuell batteritype.

  1. Utførelse: Ved utlading og forbruk skal batterikapasiteten gjenopprettes ved etterfølgende opplading.
  2. Utførelse: Utladet batteri skal kunne lades opp til beredskapskapasitet i løpet av 48 timer.
  3. Unntak: I særlige tilfeller med lav tilgjengelighet for strømforsyningen eller stor kritikalitet for belastningen, bør kortere ladetid vurderes.

TRV:03005

c) Overvåkning: Batterianlegget skal overvåkes med driftsstatus, ladestatus, og liknende.

2.6 Nødstrømforsyning

TRV:08086

a) Nødstrømforsyning: Nødstrømforsyning skal etableres ved behov for utstyr der bortfall av strømforsyningen kan medføre fare for personer.

TRV:08087

b) Dimensjonering: Nødstrømforsyning skal sikre drift av utstyret i tilstrekkelig lang tid slik at farlige situasjoner unngås.

TRV:03007

c) Robusthet: Nødstrømforsyning skal ikke baseres på systemer som gir utkobling ved første feil.

Nødbelysning er den vanligste belastningen for nødstrømforsyning. En mye brukt alternativ løsning er å etablere nødbelysning med batteri i hver lampe, som tennes automatisk ved bortfall av strømforsyningen. Slik belysning finnes som fastmonterte armaturer og som håndholdte lamper med ladestasjon.