510 2016 Endringsartikkel 1501

Endringsinformasjon

EndringsID 1501
Forslagsdato 18.08.2016
Forslagsstiller Klepsland
Klassifisering Kravendring
Bok 510 Felles elektro
Kapittel vedlegg f
Avsnitt hele
Forslagstekst Vedlegget oppdateres for å være spesifikk på farer i tunnel
Referansedokumenter

Vurdering av endringen

R - pålitelighet

A - tilgjengelighet

M - vedlikeholdbarhet

S - sikkerhet

L - levetid

Ø - økonomi

K - kapasitet

Oversikt over dokumenter som er relevante for vurderingen av endringen

Høringskommentarer

Innstilling fra fagansvarlig

1. Bakgrunn

De samme kravene gjelder for jording av ledende deler og konstruksjoner i tunneler som for elektrifisert jernbanenett for øvrig. Tunneler har likevel noen spesielle forhold som beskrives i dette vedlegget.

Dette vedlegget er gjennomgått sommeren 2016, og omfanget er redusert. Formålet er at vedlegget bare skal beskrive forhold som er spesielle for tunneler.

De siste årene har flere nye tunneler blitt bygget med betongelementer i tunnelhvelvet. Selv om regelverket er oppdatert for å begrense bruken av slike, må det legges til grunn at det også fremover kan bli bygget tunnelvegger og -tak med armerte betongelementer. Slik utførelse stiller krav om gjennomtenkt løsning for potensialutjevning av elementene. Det grunnleggende kravet er at dersom betongelementene er berøringsutsatt, så skal det være ufarlig å berøre elementet samtidig som det skjer en høyspenningsfeil et annet sted i tunnelen. Risikovurderingen i denne rapporten analyserer forholdet, og beskriver en mulig løsning.

Dette dokumentet er tenkt som et utgangspunkt for en risikovurdering i samsvar med FEF § 2-2 av beskyttelse mot elektrisk sjokk i tunneler, og presenterer overordnet en anbefalt løsning. Den enkelte tunnelen kan ha spesielle forhold som ikke beskrives her, og det må derfor gjøres en spesifikk vurdering for hver enkelt tunnel.

2. Konsept – tunnel

En jernbanetunnel bygges for at det skal kjøre tog gjennom den. Det går elektrisk ledende kjøreskinner gjennom tunnelen, og det bygges kontaktledningsanlegg.

For å sikre sterk nok strømforsyning bygges i de fleste tilfeller AT-system i nye tunneler. AT- systemet krever to ekstra høyspenningsledere gjennom tunnelen. Lederne kan være enten blanke ledere eller kabler. Blanke ledere har flere systemmessige fordeler sammenliknet med kabel:

  1. Ved bruk av kabler i lange tunneler må det gjøres en vurdering av konsekvens for kraftsystemets stabilitetsegenskaper på det aktuelle stedet, se Teknisk Regelverk bok 546 kapittel 18 avsnitt 5.2.
  2. Kabel har begrenset strømføringsevne sammenliknet med blanke ledere.
  3. Kabel har skjerm som må utjevnes til returkretsen.

På grunn av dette bør det som hovedregel velges blanke ledere gjennom tunnelen, men kabler kan brukes der blanke ledere ikke er mulig.

Merknad: BLX kunne også være et alternativ. Dersom BLX skal benyttes i jernbaneanlegg må det først avklares hvordan slike ledere oppfører seg ved kortslutning til returkretsen, og hvordan vern er i stand til å detektere kortslutninger mellom en slik leder og returkretsen. Dette er spesielle problemstillinger for jernbaneanlegg, ulikt problemstillingen i trefasenett. Det legges derfor her til grunn at BLX ledere ikke benyttes i jernbaneanlegg.

En del utstyr inne i tunnelen trekker elektrisk strøm. Eksempler på slikt utstyr er signalanlegg, nødlys, sendere for GSM-R og telefonnett, drivmotorer for sporveksler og kontaktledningsbrytere. Dersom det samlede effektbehovet til utstyret i tunnelen er stort, kan det være nødvendig med et høyspenningsanlegg. Dette realiseres med et 22 kV kabelnett som vedlikeholdes isolert fra jord. Avhengig av kostnader og belastning på nettet, kan kabelnettet utføres med en trelederkabel eller tre enlederkabler.

3. Farebeskrivelser

I deler av tunnelprofilet er det faresoner definert ut fra:

I dette notatet tas det høyde for farer som er spesifikke for tunneler.

Tabell 1: Fareidentifikasjon
Fare 1: Det kan oppstå isolasjonssvikt i isolasjonen for kontaktledningsmastene/utliggerne, slik at kontaktledningsspenningen føres inn til mastefestet.
Fare 2: Kontaktledningen kan falle ned og komme i kontakt med ledende deler eller med tunnelveggen.
Fare 3: Strømavtaker for et tog kan heves på et sted hvor kontaktledningen mangler, og komme i kontakt med tunneltaket.

Tog med fragmentert strømavtaker kan kjøre inn i tunnelen og komme i kontakt med tunneltaket.

Fare 4: Lynoverspenning kan bli ført inn i tunnelen via kontaktledning, kabler eller kjøreskinner.

En jernbanetunnel er en kompleks elektroteknisk konstruksjon med mange nærliggende farekilder. Det er en viktig del av risikoanalysen å begrense analysen til situasjoner der personer reelt sett kan være i fare. Dette er derfor beskrevet her.

1 Normal tilstand Normal tilstand til jernbanetunnelen er at den er i drift med togtrafikk. I denne tilstanden befinner det seg ikke personell inne i tunnelen, og håndtering av farespenninger er ikke nødvendig for denne situasjonen.

2 Normal tilstand, instruert personell inne i tunnelen Dersom tunnelen er utformet for det, og risikoanalyse viser at risikoen er akseptabel, kan det utarbeides instruks som tillater at instruert personell befinner seg i deler av tunnelen mens det er normal togtrafikk. Dette kan for eksempel gjelde arbeid i ikke trafikkerte spor, i tverrslag eller i tekniske rom. Det legges til grunn at de som er inne i tunnelen, er aktsomme overfor faremomenter, og at de er instruert i hvordan de skal forholde seg ved feil.

3 Ingen togtrafikk, instruert personell inne i tunnelen (forebyggende og korrektivt vedlikehold) Arbeid skal foregå i henhold til risikoanalyse som finner arbeidet trygt. Dersom det er nødvendig for å ivareta elsikkerheten til personellet, skal sikkerhetstiltak iverksettes, eksempelvis frakobling av kontaktledningen. Det legges til grunn at de som er inne i tunnelen, er aktsomme overfor faremomenter, og at de er instruert i hvordan de skal forholde seg ved feil.

4 Ingen togtrafikk, instruert personell inne i tunnelen (søking etter alvorlig feil i høyspenningsanlegg) Ved leting etter alvorlige feil kan det bli nødvendig å gå til fots i tunnelen. Der det er konkret mistanke om en alvorlig feiltilstand i tunnelen, må faren vurderes, og eventuelle nødvendige tiltak iverksettes – avhengig av tunnelens utforming.

5 Kontrollert evakuering av tog Evakueringen skal foregå i henhold til rutiner. Dersom det er fare for at det har oppstått feil i tunnelen, skal kontaktledningen frakobles under evakueringen.

6 Ukontrollert evakuering av tog Ved feil med røykutvikling/brann i toget kan passasjerer evakuere på egen hånd, og dermed kan ikke-instruerte personer komme inn i tunnelen og ta på potensielt farlige objekter. Sannsynligheten for at dette skal skje er svært lav:

  1. Det er krav om at dersom det er mulig, skal brennende tog kjøre ut av tunnel før det stanser. Moderne tog skal være i stand til dette, ved at det er krav til at de skal opprettholde traksjon i en tid selv ved brann i en traksjonsenhet.
  2. Evakuering fra tog skjer først mellom vogner, og det er krav til brannseksjonering av tog slik at brann og røyk ikke sprer seg fort.
  3. Dersom togleder og elkraftsentralen vet at evakuering er på gang, så bør kontaktledningen frakobles, slik at risikonivået begrenses.

Ved feil om bord i toget som ikke skyldes brann (nedrivning av KL-anlegg, avsporing, etc.), slik at toget står stille i lengre tid, kan det hende at passasjerene evakuerer på egen hånd. Ombordpersonalet skal i disse tilfellene gi beskjed til togleder slik at spenningen på KL-anlegget kan bli slått av.

7 Brennende tog og brannslukking Når brannslukking er påbegynt, er kontaktledningen og annen strømforsyning frakoblet, og alle elektriske farekilder er borte.

Som beskrivelsen viser, så er det kun i svært få situasjoner det befinner seg personer inne i tunneler, og i disse situasjonene er det normalt fullt mulig å planlegge sikkerhet mot elektrisk sjokk. De situasjonene som vurderes som de viktigste, er tilfelle nummer 2 og 3 med instruert personell inne i tunnelen, men uten at det er konkret grunn til å tro at det er en alvorlig feiltilstand inne i tunnelen.

Resten av risikoanalysen fokuserer på disse tilfellene. Lav sannsynlighet for at det oppstår en alvorlig feil samtidig som personell befinner seg inne i tunnelen, kan påvirke hvordan anlegget kan utformes.

4. Håndtering av farer

Den generelle måten å håndtere faren for høy berøringsspenning i jernbanetunneler på er å utjevne tilgjengelige ledende deler til returkretsen dersom de kan bli berøringsfarlige.

Det forholdet som er mest utfordrende for tunneler, er der det benyttes armerte betongelementer i tunnelvegger og -tak. Det er usikkert i hvilken grad farlig berøringsspenning kan overføres mellom elementene, siden den elektriske motstanden mellom elementene ikke er kjent. Dersom et betongelement blir spenningssatt av kontaktledningen, kan den farlige spenningen ledes via betongelementer frem til et sted hvor en person tar på et betongelement eller tilknyttet utstyr.

Dersom spenningsførende deler berører armerte betongelementer i tunnel, vil ikke tilgjengelige spenningsforskjeller kunne bre seg langt fra feilstedet, og det er derfor ikke nødvendig med spesielle tiltak for å håndtere dette.

4.1 Fare 1: Isolasjonssvikt

Utsatte ledende deler for kontaktledningsanlegget i tunneler er i hovedsak kontaktledningsmaster og kabelskjermer. Disse skal utjevnes til returkretsen, i henhold til EN 50122-1 kap. 6.1 og 6.2.

Praktisk foreslås det at dette utføres med én av følgende to utjevningsmetoder, der kostnader for utførelse bør avgjøre hvilken utjevningsmetode som velges:

  1. Hver hengemast har utjevningsforbindelse til kjøreskinnene (returkretsen)
  2. Hver hengemast har utjevningsforbindelse til en langsgående jordleder,
    * mellom mastene kan langsgående jordleder forankres i tunneltaket, og
    * langsgående jordleder utjevnes til kjøreskinnene (returkretsen) ved tunnelmunningene.

For utjevningsmetode 2 forutsettes det at en isolasjonssvikt fører til feildeteksjon i kontaktledningsvernet med påfølgende frakobling av kontaktledningen. Dersom lett tilgjengelige deler er utjevnet til denne langsgående jordlederen, er det også andre feilsituasjoner som kan gi farespenninger, og da skal også maksimalavstanden mellom utjevninger til kjøreskinnene (returkretsen) overholdes, se Felles elektro/Prosjektering og bygging/Jording og utjevning#Dimensjonering.

For disse utjevningsmetodene vil eventuelle betongelementer som gir feste for KL-master, ha utjevning til returkretsen.

4.2 Fare 2: Kontaktledningen faller ned og kommer i kontakt med ledende deler eller med tunnelveggen

Sonen for kontaktledning definerer risikosonen der kontaktledningen kan falle ned. Kravet er at en farlig spenning ikke skal kunne føres fra feilstedet til andre steder i tunnelen.

Den foretrukne metoden er å utjevne ledende deler til returkretsen.

Dette gjelder også for delvis ledende konstruksjoner med armert betong. Dette er godt egnet der det støpes ut en betonghvelving med armering. Armeringen kan seksjoneres elektrisk, og seksjonene kan med fordel være inn til 50 m i utstrekning og utjevnes med minst to forbindelser til returkretsen. Små ledende deler trenger ikke utjevning siden feilsituasjoner med spenningsetting vil være synlige.

I andre tilfeller er utjevning av betongkonstruksjoner til returkretsen lite rasjonelt, slik som for armerte betongelementer av en begrenset utstrekning, og der en utjevning av hvert enkelt betongelement fører til en urimelig stor mengde utjevninger og følgelig stor kostnad og mye oppfølging med vedlikehold. Her bør en annen beskyttelsesmetode velges.

4.3 Fare 3: Strømavtaker kommer i kontakt med tunneltaket

Sonen for strømavtaker definerer risikosonen der en spenningsførende strømavtaker kan gi utilsiktet spenningssetting. Kravet er at en farlig spenning ikke skal kunne føres fra feilstedet til andre steder i tunnelen.

Den foretrukne metoden er å utjevne ledende deler til returkretsen.

Dette gjelder også for delvis ledende konstruksjoner med armert betong. Dette er godt egnet der det støpes ut en betonghvelving med armering. Armeringen kan seksjoneres elektrisk, og seksjonene kan med fordel være inn til 50 m i utstrekning og utjevnes med minst to forbindelser til returkretsen.

Som for fare 2 og der det er mange betongelementer, er det ønskelig med en alternativ beskyttelsesmetode for å begrense omfanget av utjevninger. I utgangspunktet er ikke tunneltaket tilgjengelig for berøring, og beskyttelsestiltak er bare nødvendig dersom spenningen kan føres via ledende deler til et tilgjengelig sted med behov for beskyttelsestiltak.

4.4 Fare 4: Lynspenning kan bli ført inn i tunnel

Det er primært kabler og transformatorer som er sårbare for lynspenninger. Lynspenninger i disse komponentene kan føre til overslag gjennom isolasjonsmaterialet med påfølgende kortslutning og havari. Blanke ledere er ikke sårbare for lynspenninger, fordi overslag over en isolator som følge av lynspenning sjelden fører til alvorlige konsekvenser.

Lyn slår ikke ned i tunneler, men kan slå ned i blanke ledere utenfor tunnelen og føres inn via blanke ledere eller kabler. Kabler vil være beskyttet med overspenningsavleder utenfor tunnelen. Lynspenninger som føres inn i tunnelen vil dempes ned ganske fort. På grunn av den lave spenningen vurderes det som tilstrekkelig å koble overspenningsavledere inne i tunnelen direkte til kjøreskinnene.

5. Spesifikke tiltak

5.1 Anbefalt løsning ved bruk av armerte betongelementer

Ved bruk av armerte betongelementer er det uhensiktsmessig å utjevne alle elementene til returkretsen. For å unngå at farlig spenning kan overføres fra et feilsted, bør elementer utjevnes i et mønster som begrenser mulig spredning av farespenning. For å oppnå dette kan tunnelen deles inn i seksjoner på forslagsvis 40-50 meter, der hver seksjon er avgrenset av en ring av utjevnede elementer i tunnelens tverrsnitt. Hensikten er at et spenningsatt betongelement ikke kan skal føre til farespenninger på den andre siden av denne ringen.

5.1.1 Utførelse med utjevningsmetode 1 fra beskrivelse av fare 1: isolasjonssvikt Denne løsningen bruker ikke langsgående jordleder for utjevning av hengemaster.

Der det er en hengemast, velges alle betongelementene i tunnelprofilet med den samme kilometreringen. Disse betongelementene serieutjevnes med en utjevningsleder i en lukket ringstruktur. Hengemasten utjevnes til den ringformede utjevningslederen. Den ringformede utjevningslederen dimensjoneres for full kortslutningsstrøm og utjevnes til kjøreskinnene (returkretsen). Betongelementet som har innfesting av hengemasten, kan utjevnes gjennom hengemasten.

Der det er to spor i tunnelen, og hengemastene for de to sporene står på omtrent på samme kilometrering, kan begge hengemastene utjevnes med den samme ringformede utjevningslederen. I noen tilfeller må en eller noen få mellomliggende betongelementer utjevnes, slik at det ikke blir noen lekkasjevei forbi ringen.

Praktisk tips: Sørg for rør for å trekke inn den ringformede utjevningslederen under sporene.

5.1.2 Utførelse med utjevningsmetode 2 fra beskrivelse av fare 1: isolasjonssvikt

Denne løsningen bruker en opphengt langsgående jordleder for utjevning av hengemaster.

Ved en gitt kilometrering velges alle betongelementene. Disse betongelementene serieutjevnes med en utjevningsleder i en lukket ringstruktur. Denne ringformede utjevningslederen dimensjoneres for full kortslutningsstrøm og utjevnes til kjøreskinnene (returkretsen) og til den langsgående jordlederen.

Avstanden mellom to ringformede utjevningsledere bør også her begrenses til 50-60 m.

Praktisk tips: Sørg for rør for å trekke inn den ringformede utjevningslederen under sporene.

5.1.3 RAMS-vurdering ved bruk av armerte betongelementer

Tabell 2: RAMS-vurdering
Parameter Vurdering
R (Pålitelighet) Ingen påvirkning
A (Tilgjengelighet) Ingen påvirkning
M (Vedlikeholdbarhet) Utjevningsforbindelser må kontrolleres. For å begrense vedlikeholdsbehov, er dette en mye bedre løsning enn om alle betongelementene utjevnes til returkretsen. Ved bruk av opphengt langsgående jordleder, er det lett synlig om forbindelsen er brutt. Det kan være mer krevende å oppdage at en tilkobling har blitt svekket, for eksempel ved brudd eller skade på kordeller.
S (Sikkerhet) Løsningen sikrer at farlig spenning ikke kan bre seg ut av en seksjon som er avgrenset av en ring med utjevnede elementer. Innenfor denne ringen er det ingen garanti for hvordan farespenninger kan bre seg. Derfor bør personell instrueres til ikke å nærme seg eventuelle skadesteder før kontaktledningen er frakoblet og jordet.
L (Levetidskostnader) Siden alternativet til den anbefalte løsningen vil være å utjevne betydelig flere betongelementer til returkretsen, vil kostnaden her være lavere.
K (Infrastrukturkapasitet) Ingen påvirkning
Samlet vurdering Løsningen fremstår som sikkerhetsmessig god, samtidig som kostnadene holdes på et rimelig nivå.

5.2 Bruk av langsgående jordleder

Ingen identifiserte farer medfører behov for langsgående jordleder for å håndtere faren. Der det ikke er sporfelter, gir kjøreskinnene den samme elektriske funksjonen som langsgående jordleder.

Det er ingen absolutte krav som utløser prosjektering av langsgående jordleder. Langsgående jordleder kan likevel benyttes som praktisk løsning for utjevning av komponenter med utilgjengelig plassering, for eksempel for utjevning av master i tunneltak.

Dersom det benyttes langsgående jordleder inne i tunnelen, bør denne være sammenhengende og koblet direkte i parallell med kjøreskinnene.

Avhengig av utforming vil det gå driftsstrømmer i en eventuell sammenhengende langsgående jordleder. Driftsstrømmene vil være små, slik at mulige kortslutningsstrømmer vil være dimensjonerende for tverrsnitt for den sammenhengende langsgående jordlederen.

5.3 Bruk av jordelektroder

Ingen av de identifiserte farene medfører behov for jordelektroder inne i tunnelen. Faren for jordfeil i 22 kV-nett og lavspenningsnett håndteres i tunnelen uten bruk av jordelektroder. Faren for lynoverspenning inne i tunnelen elimineres ved bruk av overspenningsavleder og jordelektroder ved innføringene til tunnelen.

Langlinjekabler for tele har krav om jording med egen jordelektrode hver 700 meter. Fordi det er praktisk vanskelig å oppnå effektivt skille mellom jordelektroder og returkretsen inne i tunneler, anbefales det å ikke etablerer jordelektroder for langlinjekabler i tunneler. Dette kan medføre en noe svakere reduksjonsfaktor for kabelen.

På bakgrunn av disse betraktningene anses det som ikke nødvendig å etablere jordelektroder inne i tunneler.

6. Oppsummering

Dette vedlegget beskriver spesielle forhold vedrørende utforming av returkretsen i tunneler. Kravene er de samme som utenfor tunnelen, men det kan dukke opp spesielle utfordringer. De viktigste punktene som er behandlet i dette vedlegget, er:

  • For tunneler som utformes med armerte betongelementer, bør antallet betongelementene som utjevnes til returkretsen begrenses, slik at kostnadene senkes og vedlikeholdet begrenses.
  • Tilstrekkelig beskyttelse mot elektrisk sjokk kan oppnås ved en hensiktsmessig utførelse av returkretsen.
  • Jordelektroder er ikke nødvendig inne i tunneler. Utjevning til returkretsen gir en tilstrekkelig god jordforbindelse.
  • Det er ikke krav om etablering av langsgående jordleder, men en langsgående jordleder kan vise seg å være hensiktsmessig.

Behandling i godkjenningsrådet

Trafikk

OK

Prosjekter

ok--Finn Holom (diskusjon) 6. sep. 2016 kl. 14:37 (CEST)

Infrastruktureier

OK--Jens Melsom (diskusjon) 6. sep. 2016 kl. 15:03 (CEST)

Teknologi

ok--Tore Telstad (diskusjon) 31. aug. 2016 kl. 09:47 (CEST)

Konklusjon

Endringen gjennomføres

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