Kontaktledning/Prosjektering og Bygging/Andre elektriske ledere

< Kontaktledning‎ | Prosjektering og Bygging
Revisjon per 15. feb. 2019 kl. 14:56 av Stoy (diskusjon | bidrag) (Luftledning: Korrigert lenkeadresse)
(diff) ← Eldre revisjon | Nåværende revisjon (diff) | Nyere revisjon → (diff)


Andre elektriske ledere

1 Hensikt og omfang

Dette kapittelet stiller krav til de elektriske lederne som ikke brukes for strømavtakning. Dette gjelder i hovedsak:

  • Forsterkningsleder: Langsgående leder som har til hensikt å forsterke strømforsyningen.
  • Forbigangsleder: Leder som er ført forbi stasjon eller større sporarrangement slik at kontaktledningen på området kan frakobles uten å bryte den elektriske forbindelsen.
  • Mateleder: Leder mellom et koblingsanlegg og et matepunkt i kontaktledningen
  • Returleder: Leder som ligger parallelt med jernbanen og som er koblet til kjøreskinnene i intervaller, med eller uten sugetransformator.
  • PL og NL: Positivleder og negativleder ved elektriske utforminger med autotransformatorer.

Kapittelet gjelder både når lederne er utført som luftledninger og ved kabling.

2 Generelt

Bruk av ledere bestemmes ved valg av strekningens elektriske utforming og jordingskonsept.

a) Framføring: Lederne som dette kapittelet omfatter skal framføres som luftledning ved langsgående framføring i jernbanetraseen over lengre strekninger (mer enn 2–3 kontaktledningsspenn).

  1. Begrunnelse: Luftledning har normalt lavere kostnader enn kabel primært på grunn av trasekostnader for kabler, luftledning er raskere å reparere etter en skade enn kabel, luftledning er mindre sårbar for lynspenninger, og luftledning gir mindre utfordringer for elektrisk resonansstabilitet i kontaktledningsnettet.
  2. Unntak: Ved tvangspunkter som tunneler, kulverter, snøoverbygg, skjæringer og overgangsbruer kan de aktuelle lederne framføres som kabel dersom framføring som luftledning ikke er rimelig med tanke på praktisk utførelse og/eller kostnader.
  3. Unntak: Ved etterinstallasjon på strekninger der eksisterende kontaktledningsmaster ikke er dimensjonert for eller tilpasset ekstra ledninger kan lederne framføres som kabel.
  4. Unntak: Anlegg bør utformes slik at antall overganger mellom luftlinje og kabel begrenses, også dersom det innebærer langsgående kabling over en lengre delstrekning.
  5. Unntak: Se 🔗 Felles elektro, Prosjektering og bygging, Jording og utjevning, Krav til utførelse for langsgående jordleder for krav til forlegning av langsgående jordleder.

Se 🔗 Banestrømforsyning, Prosjektering og bygging, Mate- og returforbindelser for krav til forlegning av mate- og returforbindelser mellom koblingsanlegg og matepunkt i kontaktledningen/tilkobling til spor. For disse forbindelsene er hovedregelen kabel, men ved lange langsgående føringer langs jernbanetraseen gjelder kravet over om framføring som luftledning.

b) Strømdimensjonering: Lederne skal dimensjoneres for påregnelig strømbelastning.

  1. Utførelse: Forbigangsledere, mateledere og returledere skal dimensjoneres slik at de ikke begrenser strømføringsevnen til den elektriske utformingen på strekningen.
  2. Utførelse: Forsterkningsledere og AT-ledere skal dimensjoneres i henhold til strekningens elektriske utforming, slik at alle anleggets ledere blir belastet innenfor grenseverdiene som gjelder for hver leder og slik at anleggets impedans blir tilstrekkelig lav.
Kravet innebærer at strømføringsevnen for forbingangsledere, mateledere og returledere skal overdimensjoneres i forhold til kontaktledningsanlegget, mens strømføringsevnen for forsterkningsledere og AT-ledere skal dimensjoneres slik at lederne ikke blir overbelastet.

For forbigangsleder gjelder spesielt:

c) Forbigangsleder: For elektriske utforminger der strømmen overføres i kontaktledningen (kontakttråd/bæreline/forsterkningsleder) skal det brukes forbigangsleder på stasjoner.

  1. Unntak: På store stasjoner med mange elektrifiserte spor kan forbigangsleder utelates da kontaktledningsanlegget vil sørge for forbikobling i de fleste situasjoner.
Dette gjelder alle elektriske utforminger bortsett fra utforming E, der PL fungerer som forbigangsleder.

3 Luftledning

a) Ledningsføring: Ledningsføringen skal prosjekteres etter følgende kriterier:

Merk at EN 50122-1 tillater kortere avstander mellom høyspenningsledere i jernbanetraseen og omkringliggende terreng enn kravet til luftlinjer i veiledningen til FEF §6-4.

b) Termisk dimensjonering: Kriteriene i krav a) skal overholdes ved maksimal og minimal ledertemperatur.

  1. Utførelse: Maksimal ledertemperatur skal defineres ved prosjektering.
    1. Det bør tilstrebes å sette temperaturen lik den høyest tillatte driftstemperaturen for lederen, som angitt av leverandøren av lederen eller i europeisk standard for aktuell leder.
    2. Der det er tilstrekkelig termisk reserve kan en lavere maksimal ledertemperatur defineres for å oppnå lavere pilhøyde. Det skal da redegjøres for konsekvensen for strømføringsevnen til lederen og for den elektriske utformingen.
    3. Krav til avstander til omgivelsene gjelder inntil maksimal driftstemperatur. Det skal redegjøres for hvorvidt ytterligere temperaturøkning som følge av kortslutning vil gi en pilhøyde som medfører personfare eller fare for driftsavbrudd. Det skal eventuelt vurderes om det må gjennomføres tiltak for å håndtere risikoen dette medfører.
    4. Merk: Utenfor publikumsområder vurderes en kortvarig redusert avstand til omgivelsene som følge av ekstra oppvarming etter kortslutning som en akseptabel risiko.
  2. Utførelse: Minimal ledertemperatur skal settes lik minimal omgivelsestemperatur på stedet, i henhold til strekningens definerte 🔗 prosjekteringsforutsetninger.

I Tabell 1 er kontinuerlig strømføringsevne beregnet for vanlige ledertyper etter metodikk i 🔗 Jernbanekompetanse.no.

Tabell 1: Termisk dimensjonering av luftledninger
Ledermateriale Aluminium - AL1
Ledertype iht EN 50182:2001 239-AL1 243-AL1 294-AL1 299-AL1 381-AL1 400-AL1
Kontinuerlig strømføringsevne [A] 719 725 821 830 969 999
Forutsetninger:

Følgende forutsetninger er gjort ved beregning av verdier i Tabell 1:

  • Omgivelsestemperatur: 35 °C
  • Maksimalt tillatt ledertemperatur: 80 °C for aluminium, iht. EN 50119
  • Vindstyrke: 1,0 m/s
  • Solinnstråling: 1050 W/m2
  • Absorpsjonsfaktor og emisjonsfaktor: 0,7 for aluminium
Overbelastbarheten for lederne over 10-15 minutter er stor, slik at kortvarige belastningstopper kan være en del større enn de beregnete kontinuerlige strømmene.

c) Ledertype: Normalt valg av ledertype skal være aluminium (AL1) i henhold til EN 50182:2001.

  1. Unntak: Andre ledertyper kan brukes ved særlig behov, for eksempel ved lange spennlengder eller ved strenge krav til pilhøyde.
Det finnes flere aktuelle ledertyper som kan vurderes. En mye benyttet ledertype er stålforsterket aluminium (norsk: FeAl, engelsk: ACSR). Denne har større bruddstyrke enn rent aluminium, og kan brukes ved lange spenn der rent aluminium ikke har stor nok bruddstyrke. Også ved særlige krav til liten pilhøyde er det aktuelt å vurdere andre ledertyper.

d) Liner i aluminium: Luftledninger i aluminium med og uten stålkjerne skal betegnes og oppfylle krav som angitt i EN 50182:2001.

  1. Utførelse: Tilleggsbetegnelse som angir antall kordeller i linen skal brukes ved behov.
  2. Utførelse: Tilleggsbetegnelse som angir at linen er utført med isolasjon skal brukes ved behov.
Eksempler på betegnelse for liner i aluminium, aluminium med tilleggsbetegnelse om antall kordeller, og aluminium med stålkjerne:
  • 381–AL1
  • 381/37–AL1
  • 381–AL1/62–ST1A

e) Montasje: Langsgående ledninger monteres normalt på kontaktledningsmaster og i åk, men kan også ha annen montasje. Aktuelle løsninger er:

  • Innfesting i konstruksjoner rundt jernbanen (for eksempel fjellsider/skjæringer, tunnelhvelv, overgangsbruer)
  • Fellesføring med kraftledninger
  • Egen masterekke
Ved montasje i kontaktledningsmaster blir dimensjoneringskriteriet for mastene ofte toleransekravene til kontakttrådens posisjon. Det er derfor begrensning i tillatt utbøyning av masta i kontakttrådhøyde som følge av belastning fra flere ledere. Dette kan føre til at mastene og fundamentene må være sterkere ved montasje i kontaktledningsmaster enn ved tilsvarende montasje i andre master eller konstruksjoner.

f) Innfesting og avspenning: Ledninger skal festes i isolatorer og avspennes slik at krav til ledningsføring oppfylles og uten at det oppstår risiko for lederbrudd ved laveste omgivelsestemperatur.

  1. Unntak: Ved tvangspunkter med spesielle krav til ledningsføring kan alternative innfestings- og avspenningsmetoder velges. Aktuelle løsninger er stive strømskinner, eller fjær- eller loddavspenning.
  2. Unntak: Der det brukes returledning uten sugetransformatorer er det ikke krav om å isolere returlederen elektrisk fra mastene.
  3. Unntak: Der det brukes returledning sammen med sugetransformatorer kan det benyttes isolert aluminiumsleder som alternativ til isolator.
Som veiledning er tabeller utarbeidet for strekking av fast innspente aluminiumsledere i EH-800053-000, og av fast innspente kobberledere i EH-800054-000. Det planlegges å utarbeide mer veiledning for strekking av fast innspente ledere.

g) Framføring over beferdede områder: Der ledninger føres over lasteområder, lastespor, plattformer og planoverganger skal ledningen utføres slik at risiko for personer på bakken minimeres.

  1. Utførelse: Det skal benyttes forsterket oppheng for å minimere sannsynlighet for nedfalt ledning, som beskrevet i veiledning til FEF § 6-4.
  2. Utførelse: Minste avstand til bakken skal være slik at ledningen ikke medfører fare ved normal aktivitet på bakken.
  3. Vurdering: Det skal vurderes om det finnes alternativer til å føre ledninger over de aktuelle områdene.
  4. Vurdering: Valg av framføring over de aktuelle områdene skal begrunnes i en risikovurdering og teknisk/økonomisk vurdering.

h) Framføring i tunneler: I tunneler kan ledere plasseres som angitt i Figur 1.

Figur 1: Foreslått plassering av ledere i tunnel. Diagonal avstand mellom lederne ved opphenget er 0,65 m og vertikal avstand 0,55 m.

4 Kabel

Se 🔗 Felles elektro, Prosjektering og bygging, Kabellegging og kabelkanaler for krav til forlegning av kabler.

Se 🔗 Felles elektro, Prosjektering og bygging, Isolasjonskoordinering og overspenningsbeskyttelse for krav til overspenningsbeskyttelse av høyspenningskabler.

Se 🔗 Felles elektro, Prosjektering og bygging, Jording og utjevning for krav til jording av skjermen for høyspenningskabler.

Se 🔗 Banestrømforsyning, Prosjektering og bygging, Kraftsystem, Elektriske resonanser for krav som angår stabilitet ved stor (> 10 %) kabelandel på en matestrekning.

a) Kabeltype: Høyspenningskabler for kontaktledningsspenning (Un = 15 kV) skal produseres i samsvar med HD 620 S2 eller IEC 60502-2.

  1. Utførelse: Isolasjonsnivå for kabler og tilhørende skjøter og termineringer skal minst være U0/U (Um) = 18/30 (36) kV, og systemkategori A, se 🔗 Felles elektro, Prosjektering og bygging, Isolasjonskoordinering og overspenningsbeskyttelse.
  2. Unntak: Større isolasjonsnivå kan benyttes for å oppnå tilstrekkelig lynbeskyttelse av korte kabler, inkludert skjøter og termineringer, uten bruk av overspenningsavleder.
Systemkategori A er definert i standardene for nettverk der en kabel kan bli utsatt for full linjespenning (36 kV) mellom faseleder og skjerm i maksimalt 1 minutt. I kontaktledningsnettet er det ikke mulig at kabelen kan bli utsatt for full linjespenning mellom faseleder og skjerm.

b) Betegnelse: Kraftkabler skal betegnes etter norsk konvensjon med type, merkespenning, og strømførende ledere.

Norsk typebetegnelse angis med firebokstavkode.
  • 1. bokstav: Isolasjon
  • 2. bokstav: Kappe o.l.
  • 3. bokstav: Armering, skjerm
  • 4. bokstav: Ytre kappe

Merkespenning angis i henhold til HD 620 S2 med U0/U(Um) der U0 motsvarer fasespenningen som benyttes i kontaktledningsanlegget.

Strømførende ledere angis med antall, ledertype og tverrsnitt. Norsk angivelse av ledertype er med en kode på 3 eller 4 bokstaver:

  • 1. bokstav: Materiale. A-aluminium, K-kobber, S-stål, LA-legert aluminium
  • 2. bokstav: Hardhet. H-hårdtrukken, G-glødet
  • 3. bokstav: Overflatebehandling. T-fortinnet (utelates dersom lederen ikke er fortinnet)
  • 4. bokstav: Oppbygning: E-entrådet, F-flertrådet, M-mangetrådet

Eksempel på betegnelse for en mye brukt kabeltype

  • TSLE 18/30(36) kV 1x AHF 400 mm2

c) Strømførende leder: Strømførende leder i kabelen skal være rent aluminium i samsvar med EN 60228.

  1. Begrunnelse: Aluminium har normalt lavere kostnad enn alternativene.
  2. Unntak: Ved behov for større strømføringsevne, lavere impedans og/eller mindre bøyeradius enn det som oppnås ved bruk av aluminiumsleder kan det velges strømførende leder i kobber.
  3. Unntak: Ved behov for større bruddstyrke i kabelen kan det velges strømførende leder i legert aluminium.
  4. Dokumentasjon: Ved bruk av andre ledermaterialer enn rent aluminium skal begrunnelsen for dette dokumenteres.

d) Luftspenn: Bruk av kabel i luftspenn kan vurderes. Aktuelle metoder er:

  • Hengekabel med tilstrekkelig bruddstyrke for aktuell spennlengde
  • Kabel som bæres av en bæreline (normalt stål, isolerende bæreline er og tillatt)
    • Bærelina skal utjevnes til returkretsen minst i hver ende (kan også utjevnes underveis, for eksempel ved innfesting i kl-mast kan fast utjevning til masta være hensiktsmessig).
    • Bærelina vil føre en del av returstrømmen.
    • Utjevning av kabelskjermen til bærelina i begge ender bør vurderes, men strømbelastning og ekstra varmetap i kabelen må kontrolleres.

e) Termisk dimensjonering: Kabeltype og forlegning skal velges slik at tillatt maksimal ledertemperatur ikke overskrides ved påregnelige strømbelastninger og omgivelsestemperaturer.

  1. Utførelse: Strømføringsevne for kabler skal beregnes ved hjelp av metodikk i relevante standarder (EN 60287 og IEC 60853).
  2. Unntak: Belastningstabeller (se Tabell 2) og korreksjonsfaktorer i henhold til NEN 62.75 (se Tabell 3) kan benyttes som forenklet metode der det brukes tilstrekkelig store marginer.

Strømføringsevnen for PL og NL kabler for AT-system beregnet i [1] ut ifra EN 60287 og IEC 60853 er vist i Tabell 2.

Tabell 2: Termisk dimensjonering av kabler
Kabelstige i luft i tunnel, 25 °C Kabelkanal / rør i tunnel, 15 °C Kabelkanal i friluft, 25 °C
Ledertverrsnitt
aluminium
Stasjonær
[A]
Overlast 1 time
[A]
Overlast 10 min
[A]
Stasjonær
[A]
Overlast 1 time
[A]
Overlast 10 min
[A]
Stasjonær
[A]
Overlast 1 time
[A]
Overlast 10 min
[A]
240 mm2 622 691 1 035 542 605 910 507 564 845
400 mm2 843 967 1 526 727 839 1331 676 780 1 235
630 mm2 1 165 1 389 2 312 988 1 194 2 002 918 1 110 1 857
Forutsetninger:

Følgende forutsetninger er gjort ved beregning av verdier i Tabell 2:

  • Maksimal ledertemperatur er 90 °C (PEX isolasjon)
  • Kabelskjermen er åpen (det vil si direkte jordet/utjevnet til returkretsen i kun en ende)
  • PL og NL kabel er forlagt med en kabeldiameters avstand (ca. 70 mm)
  • Kablene ligger i samme kabelkanal/rør
  • For beregning av overlast er kablene belastet med halvparten av stasjonær strømføringsevne før overlasten inntrer.
Ledertverrsnitt:

Vanlige ledertverrsnitt er 120 mm2, 240 mm2, 400 mm2 og 630 mm2. Større tverrsnitt er lite brukt på grunn av stor vekt og stor bøyeradius.

Maksimal ledertemperatur:

Den maksimalt tillatte ledertemperaturen for en kabel er gitt av isolasjonsmaterialet. For kabler kabler med PEX isolasjon angir NEN 62.75 denne temperaturen til:

  • 90 °C – kontinuerlig
  • 130 °C – nøddrift, maksimalt 10 ganger i kabelens levetid med summert driftstid på maksimalt 500 timer
  • 250 °C – etter kortslutning

Den maksimale temperaturen i den strømførende lederen påvirkes av:

  • kabelens resistans og strømbelastning (bestemmer varmeutviklingen)
  • jording av kabelanlegget (bestemmer strøm og varmeutvikling i skjermen)
  • kabelens forlegning (bestemmer kjøling, soloppvarming og gjensidig varmepåvirkning mellom flere kabler)
Korreksjonsfaktorer:

NEN 62.75 angir korreksjonsfaktorer som en forenklet metode for å finne kontinuerlig strømføringsevne ved andre omgivelsesbetingelser enn de som er beregnet. Korreksjonsfaktorene har stor usikkerhet. Ved små marginer anbefales derfor en direkte beregning av strømføringsevnen i henhold til EN 60287 og IEC 60853. Dette vil ofte gi større marginer.

I Tabell 3 er noen relevante korreksjonsfaktorer gjengitt eller beregnet fra NEN 62.75.

Tabell 3: Korreksjonsfaktorer for kabler, gjengitt eller beregnet fra NEN 62.75
Referansetilfelle Korrigert tilfelle Korreksjonsfaktor
2 kabler med innbyrdes avstand 70 mm, dvs
omtrent en kabeldiameter
2 kabler i tett forlegning 0,93
2 kabler med innbyrdes avstand 250 mm 1,02
Direkte forlegning av en enkelt kabel i jord Forlegning i rør i jord 0,80
Forlegning i rør/kanal i bygning 0,72
Direkte forlegning av enkelt kabel i jord ved
Termisk resistivitet = 1 Km/W,
Termisk konduktivitet = 1 W/(Km)
Resistivitet = 2 Km/W
Konduktivitet = 0,5 W/(mK)
0,80
Resistivitet = 2,5 Km/W
Konduktivitet = 0,4 W/(mK)
0,74
En enkelt kabel i rør Forlegning i 2 rør rett ved siden av hverandre 0,87
PEX-kabler, forlegning i luft, lufttemperatur 25 °C Lufttemperatur 30 °C 0,95
Lufttemperatur 35 °C 0,90
Lufttemperatur 40 °C 0,85

5 Referanser

  1. Frode Rodulfsen: Beregning av termisk belastbarhet for høyspenningskabler, Norconsult, 2005. Arkivreferanse: EH-900032-000