Kontaktledning/Prosjektering og Bygging/Mekanisk utforming

< Kontaktledning‎ | Prosjektering og Bygging(Omdirigert fra 540/6)


Mekanisk utforming

1 Hensikt og omfang

Dette kapittelet stiller krav til mekanisk utforming av kontaktledningen. Mekanisk utforming omfatter det mekaniske opphenget av kontaktledningen for å sikre god strømavtakning under mekaniske og klimatiske påkjenninger.

Mekanisk utforming omfatter generelle krav som alltid gjelder for å oppnå god strømavtakning, og spesifikke krav der det er verifisert at krav til dynamisk samspill mellom kontaktledningen og strømavtakere blir oppfylt. De spesifikke kravsettene angis som mekaniske utforminger og er verifisert for angitte anvendelsesbetingelser, spesielt maksimal hastighet for tog.

2 Mekanisk utforming

2.1 Generelt

a) Valg av mekanisk utforming: Ved prosjektering skal det velges en mekanisk utforming fra Tabell 1 ut ifra en vurdering av hva som er optimalt for strekningen som helhet.

  1. Utførelse: Mekanisk utforming skal velges for å gi best samsvar med strekningens 🔗 prosjekteringsforutsetninger innenfor de begrensninger som er gitt av strekningens topologi og alle relevante anleggstyper (ikke bare kl.).

b) Hastighetsklasser: Kontaktledning defineres med 🔗 hastighetsklasser som angir maksimal hastighet for kontaktledninger. Hastighetsklassene er:

  • 60 - 100 - 130 - (150) 160 - 200 - 250 km/h.
  • (150) og 160 km/h regnes som en hastighetsklasse.

c) Overgang mellom ulike utforminger: Overgang mellom ulike mekaniske utforminger ved nye og oppgraderte kontaktledninger skal endre hastighetsklassen med maksimalt ett nivå.

  1. Vurdering: Ved overgangen fra nye eller oppgraderte kontaktledninger til eksisterende kontaktledninger skal det vurderes om det er behov for mellomliggende kontaktledning(er) med mellomliggende hastighetsklasse(er). Vurderingen gjøres i samråd med anleggseier.
  2. Utførelse: 🔗 Vekslingsfelt mellom nye eller oppgraderte kontaktledning(er) og eksisterende kontaktledning(er) kan gjøres direkte uten mellomliggende hastighetsklasser ettersom 🔗 strekningshastigheten vil være avpasset relevante anleggstyper på eksisterende strekning.
  3. Utførelse: Vekslingsfeltet skal oppgraderes med nye hengetråder for det eksisterende spennet slik at overgangen mellom nytt og gammelt anlegg tilpasses det nye kontaktledningsanleggets utforming.
  4. Verifisering: Vekslingsfeltet skal testes og dokumenteres med overkjøring av målevogn hvor fokus er at krefter mellom kontaktledning og strømavtaker ikke overstiger krav til kontaktkraft gitt i 🔗 Mekanisk utforming, Kontaktkraft.

d) Overgang mellom ulike utforminger i byggeperiode: I byggeperioder kan det være mer enn en hastighetsklasse i overgangen mellom mekaniske utforminger.

  1. Utførelse: Anlegget skal utformes slik at sannsynlighet for feil/nedriving begrenses til et minimum.
  2. Utførelse: Hastigheten ved slike områder bør ikke overskride 80 km/t.
Et typisk område hvor spranget i hastighetsklasse kan være stort uten vesentlig ulempe for driftsforhold er over sporveksler fra togspor til driftsbanegårder og/eller hensettingsområder (typisk hastighet 60 km/h). Her er det sporvekselen som begrenser hvor fort trekkraftmateriell kan kjøre og det er unødig fordyrende å trappe ned over flere hastighetsklasser i kontaktledningsanlegget. Det er kun avgjørende at kontaktledningen som krysser togsporet avpasses med hengetråder som ikke gir nedheng i spennet hvor kryssingen foregår og utstyres med adekvat «svevende kryss».

2.2 Mekaniske utforminger

Tabell 1: Mekaniske utforminger av kontaktledningsanlegg i bruk i Bane NOR
Utforming Maksimal hastighet, en strømavtaker eller to strømavtakere med avstand a ≥ 200 m Maksimal hastighet, to strømavtakere med avstand 200 m > a ≥ 73 m Bruk Beskrivelse og krav
Utforming S25 250 km/h 210 km/h Alle strekninger 🔗 Mekanisk utforming S25
Utforming S20A 200 km/h 160 km/h Fri strekning 🔗 Mekanisk utforming S20A
Utforming S20C1 200 km/h 160 km/h Tunneler 🔗 Mekanisk utforming S20C1
Utforming S20B 160 km/h 130 km/h Fri strekning under lave konstruksjoner 🔗 Mekanisk utforming S20B
Utforming S20C2 160 km/h 130 km/h Trange tunneler 🔗 Mekanisk utforming S20C2
Utforming S20A
redusert innspenningskraft 7,06 kN
180 km/h 160 km/h Der traseens horisontalkurvatur i hovedsak er mindre enn 500 meter og ved endringer på eksisterende bane som har system 35 🔗 Mekanisk utforming S20A med redusert innspenningskraft
Utforming S20B
redusert innspenningskraft 7,06 kN
150 km/h 130 km/h Der traseens horisontalkurvatur i hovedsak er mindre enn 500 meter og ved endringer på eksisterende bane som har system 35MS 🔗 Mekanisk utforming S20B med redusert innspenningskraft
Strømskinne 130 km/h 130 km/h Eksisterende trange tunneler og lave bruer
Maksimal hastighet er leverandøravhengig. Angitt hastighet er en forventning
🔗 Mekanisk utforming Strømskinne
Dobbel kontakttråd 100 km/h 100 km/h Eksisterende trange tunneler og lave bruer 🔗 Mekanisk utforming Dobbel kontakttråd
Delta (Δ) ledning 60 km/h 60 km/h Hensettingsområder, godsterminaler, sidespor, trange tunneler, lave overbygg 🔗 Mekanisk utforming Deltaledning
System 35 150 km/h 130 km/h Ved endringer på strekning som har S35 brukes i stedet S20B med redusert innspenningskraft -
System 35MS 130 km/h 120 km/h Ved endringer på strekning som har S35MS brukes i stedet S20B med redusert innspenningskraft -

3 Strømavtakere

3.1 Generelt

Egenskaper for strømavtakere som skal trafikkere strekningen er avgjørende for hvordan kontaktledningen utformes. TSI ENE stiller krav til kontaktledningen og TSI LOC&PAS stiller krav til strømavtakere. Kravene i disse TSI-ene har til hensikt å sikre harmonisering mellom kontaktledning og strømavtaker. Som grunnlag for mange av kravene i TSI-ene er standarden EN 50367:2012 benyttet.

3.2 Strømavtakerprofil

Krav til implementering av TSI ENE på nye og eksisterende strekninger med hastighet ≤ 250 km/h er at kontaktledningen skal utformes for trafikk med 1 600 mm strømavtaker eller med 1 950 mm strømavtaker. På norske strekninger er det valgt å legge til rette for 1 950 mm fordi dette gir lavest kostnader. Ved bygging for høyere hastighet enn 250 km/h krever TSI ENE at kontaktledningen skal kunne trafikkeres både med 1 600 mm strømavtaker og med 1 950 mm strømavtaker.

Mange eksisterende strekninger i Norge og Sverige er bygget for 1 800 mm strømavtakere, og 1 950 mm strømavtakere kan ikke uten videre kjøres på disse strekningene. Strekninger som er bygget for 1 950 mm strømavtakere kan trafikkeres med 1 800 mm strømavtakere. Network Statement angir hvilke strekninger som kan trafikkeres med 1 950 mm strømavtakere.

Tabell 2: Strømavtakerlengder
Strømavtakerprofil
[mm]
Lengde for
slepekull
[mm]
Arbeidsområde for
strømavtakervippe1,2
[mm]
Arbeidssone for
strømavtakervippe1,3
[mm]
Figur i
EN 50367:2012
1 600 800 800 1 200 Figur A.6
1 950 1 000 1 100 1 450 Figur A.7
1 8004 1 030 1 100 1 460 Figur B.5
Merknader 1Tallverdier er hentet fra prEN 50367:2017
2 Arbeidsområde er tillatt område for kontaktpunkt ved normal drift med sterk sidevind.
3 Innenfor arbeidssonen vil strømavtakeren ikke spore av kontaktledningen.
4 Nasjonalt særtifelle er markert med egen bakgrunnsfarge.

a) Strømavtakerprofil ved hastighet over 250 km/h: Ved nybygg av strekninger med høyere hastighet enn 250 km/h skal kontaktledningen utformes for både 1 800 mm, 1 600 mm og 1 950 mm strømavtakere.

b) Strømavtakerprofil ved nybygg og oppgradering: Ved nybygg og oppgradering av strekninger med hastighet inntil 250 km/h skal kontaktledningen utformes for 1 800 mm strømavtaker og for 1 950 mm strømavtaker.

  1. Utførelse: Kontaktledningen skal utformes for passasje av 1 600 mm strømavtaker ved moderat vind. Dette er særlig viktig ved sporveksler som prosjekteres med tangensiell ledningsføring.

c) Strømavtakerprofil ved fornyelse: Ved komponentbytte i kontaktledningen opprinnelig bygget for 1 800 mm strømavtakerprofil på eksisterende strekninger kan kontaktledningen utformes for kun strømavtakerprofil på 1 800 mm.

Strømavtakerprofilen på 1 600 mm gir strengere krav til vindutblåsning av kontakttråden som fører til kortere spennlengder og behov for flere master.
Merk definisjonene 🔗 Oppgradering og 🔗 Fornyelse.

3.3 Kontaktkraft

Kontaktkraft mellom strømavtaker og kontaktledning er viktig for strømavtakningens dynamiske egenskaper. Kontaktkraften bestemmer også kontaktledningens oppløft og avgjør dermed hvor stor avstand til overliggende konstruksjoner som er nødvendig. Kontaktkraft er også viktig ved kontroll av kontaktledning (se 🔗 Fritt profil).

Kontaktkraften har en statisk komponent når toget står i ro, og en dynamisk tilleggskomponent som er gitt av togets hastighet, ujevnheter i kontakttråden og i elastisiteten.

TSI ENE stiller krav om at kontaktledningen skal utformes for en statisk kontaktkraft på 70 N. Mange strekninger og strømavtakere i Norge i dag er bygget for en statisk kontaktkraft på 55 N. Det må derfor være mulig å kjøre på nye og oppgraderte kontaktledninger med strømavtakere som har begge disse verdiene.

a) Statisk kontaktkraft: Ved verifisering av mekaniske utforminger skal det legges til grunn en statisk kontaktkraft fra strømavtaker på 70 N ved nybygg og oppgradering, og 55 N ved mindre fornyelser av eldre kontaktledning (dvs. stikkbytte av enkeltkomponenter).

Kontaktkraften til strømavtaker øker med økende hastighet. EN 50367:2012 stiller krav til hvilket intervall kontaktkraften skal ligge innenfor, såkalt aerodynamisk utbalansering.

b) Aerodynamisk utbalansering: Kontaktledningen skal være konstruert for strømavtakere med aerodynamisk utbalansering som beskrevet i EN 50367:2012 tabell 6.

  1. Unntak: Ved fornyelse av eldre kontaktledning kan det legges til grunn en maksimal middelkraft på 120 N.
Maksimal middelkraft Figur 7, og dermed maksimalt oppløft for kontaktledningen, oppnås ved maksimal hastighet. Tabell 6 i EN 50367:2012 innebærer at maksimal middelkraft for en strømavtaker blir:
  • 98 N (102 N) ved 130 km/h
  • 102 N (109 N) ved 160 km/h
  • 109 N (131 N) ved 200 km/h
  • 131 N (165 N) ved 250 km/h

I tunneler med trange tverrsnitt (mindre eller lik 55 m2) legges til grunn en økning av kontaktkrefter tilsvarende en økning i hastigheten på 25 % (kilde: Utkast til neste revisjoner av TSI ENE, EN 50119 og EN 50367 (31.12.2018)). Disse verdiene for maksimal middelkraft er angitt i parentes i listen over.

c) Kontaktkraft ved kontroll: Kontaktledningen skal bygges slik at kontroll med maksimal kontaktkraft på 200 N, ikke medfører mekanisk anslag.

3.4 Fritt profil

Fritt profil for strømavtaker sikrer at det er mekanisk rom for passasje av strømavtaker uten at denne treffer noen av konstruksjonene som holder kontaktledningen på plass over sporplanet. Figur 1 viser fritt profil for strømavtaker som gjelder alle aktuelle strømavtakerlengder (1 950 mm, 1 800 mm og 1 600 mm).

Figur 1: Fritt profil for strømavtaker, alle mål i mm.

a) Fritt profil for strømavtaker: Innenfor grensene til fritt profil for strømavtaker skal det ikke befinne seg faste gjenstander.

  1. Utførelse: Profilet er dynamisk og gjelder uansett kraft mellom kontakttråd og strømavtaker.
  2. Verifikasjon: Verifikasjon kan gjøres ved å benytte profilramme med "bust" som dekker fritt profil påmontert strømavtaker og overkjøring i lav hastighet (ca. 5–10 km/h) og høyt bøyletrykk (250 N). Dersom bust gir utslag noteres disse punkter og utbedres.
At profilet er dynamisk innebærer at profilet heves ved oppløft av kontaktledningen.

b) Fritt profil og lysåpning: Fritt profil for strømavtaker og lysåpning under konstruksjoner og i tunneler er angitt i 🔗 Tverrsnitt E.

3.5 Klemmefritt rom

Klemmefritt rom er et tenkt rom som kun opptrer ved sporveksler og som er uten kontakttrådklemmer, pressforbindelser, skruforbindelser eller klemmer for krysshenger slik at strømavtakeren ikke utilsiktet henger seg fast i kontaktledningsanlegget og derved forårsaker nedriving av kontaktledningen eller havari av strømavtakeren. Tabell 3 og Figur 2 angir dimensjonene for klemmefritt rom for de aktuelle strømavtakertypene.

a) Klemmefritt rom: Innenfor klemmefritt rom skal det ikke befinne seg kontakttrådklemmer, pressforbindelser, skruforbindelser eller klemmer for krysshenger.

  1. Utførelse: Ved behov kan klemmer for normal hengetråd plasseres i klemmefritt rom.
  2. Utførelse: Klemmefritt rom skal overholdes ved statisk kontaktkraft mellom strømavtaker og kontakttråd.
Kravet omfatter klemmer på lette direksjonsstag, pressklemmer i forbindelse med strømbruer og strømstiger, klemmer for krysshenger, der det er risiko for at strømavtakeren kan hekte seg fast i klemma hvis den plasseres innenfor klemmefritt rom.
Tabell 3Nasjonalt særtilfelle er markert med egen bakgrunnsfarge.
Figur 2: Klemmefritt rom (skravert), alle mål i mm.


Tabell 3: Dimensjoner for klemmefritt rom
Strømavtakerlengde Horisontalt intervall
mm fra spormidt
Vertikalt intervall
mm fra statisk kontakttrådhøyde
1 600 mm x1 = 450; x2 = 875 y1 = -210; y2 = 210
1 950 mm x1 = 600; x2 = 1 050 y1 = -210; y2 = 210
1 800 mm x1 = 600; x2 = 980 y1 = -210; y2 = 210

4 Ledningsføring

4.1 Generelt

Korrekt posisjon for kontakttråden minimerer risikoen for avsporing av strømavtaker og unødvendig slitasje på kontakttråden og strømavtakeren.

4.2 Vindutblåsning

Ved sidevind på kontaktledningsanlegg oppstår det en viss avbøyning (vindutblåsning) av kontakttråd i vindretning. Denne vindutblåsningen varierer med vindstyrke og er størst midt mellom to master (midt i spennet). Vindutblåsningen må ikke bli så stor at kontakttråden ender utenfor strømavtakerens arbeidsområde. Dette avsnittet setter krav til hvilken vindutblåsning som er tillatt i forhold til strømavtakerlengde, dimensjonerende hastighet og sporradius som sikrer uinnskrenket elektrisk togdrift. Krav til dimensjonerende kastvindhastighet og vindutblåsning i Bane NORs infrastruktur gjelder for strømavtakervipper med lengdene 1 600 mm, 1 800 mm og 1 950 mm.

a) Kastvindhastighet: Kontaktledningsanlegg skal dimensjoneres for følgende kastvindhastigheter:

  1. Utførelse: På fri linje i lavlandet skal det regnes med dimensjonerende kastvindhastighet 30 m/s.
  2. Utførelse: På vindutsatte steder og høyfjellsstrekninger skal det regnes med dimensjonerende kastvindhastighet 37 m/s.
  3. Utførelse: Den dimensjonerende kastvindhastigheten kan økes ytterligere på steder hvor høyere kastvindhastighet forventes.
  4. Utførelse: Informasjon om valgt kastvindhastighet skal påføres merknadsfelt til strekningsplan.

b) Vindutblåsning: Ved dimensjonerende kastvindhastighet skal vindutblåsningen til kontakttråden ikke overskride verdiene angitt henholdsvis i Figur 3 og Figur 4 for 1 800 og 1 950 mm strømavtaker og Figur 5 for 1 600 mm strømavtaker.

  1. Utførelse: Figur 3 gjelder for hastighet ≤ 200 km/h, Figur 4 gjelder for hastigheter 200 < v < 250 km/h og Figur 5 gjelder for hastighet ≥ 250 km/h.
  2. Utførelse: Kravet gjelder alle spennlengder der kontakttråden berører eller kan berøre strømavtakeren under normal drift.
Vindutblåsningskurvene i Figur 3, Figur 4 og Figur 5 angir totalt tillatt horisontal forskyvning av kontakttråden i et spenn slik at kontakttråden ikke kommer utenfor arbeidsområdet for strømavtakervippa. Denne omfatter både utblåsning av kontaktledningen i spennet og horisontal forskyvning av opphengspunktet som følge av statiske laster og miljølaster på fundament, mast og utligger. I praksis får kjøretøyer vindutblåsning i samme retning som kontaktledningen. Dette er ikke hensyntatt ved angivelse av vindutblåsningskurvene. Vindutblåsningskurvene er derfor konservative.

Tunneler beskytter kontaktledningen mot sidevind. Tog som kjører i tunnel genererer turbulens, men dette har neglisjerbar påvirkning på stabiliteten og posisjonen til kontaktledningen.

c) Tunnel: Spennlengder som er dekket av tunnel skal prosjekteres og bygges uten hensyn til vindutblåsning.

Figur 3: Vindutblåsningskurve for hastighet opp til 200 km/h
Figur 4: Vindutblåsningskurve for hastighet over 200 km/h
Figur 5: Vindutblåsningskurve for strømavtakere med lengde 1 600 mm.

4.3 Sikksakk og spennlengder

Sikksakk og spennlengder for kontaktledningen velges slik at maksimal vindutblåsning av kontakttråden ikke overskrides ved dimensjonerende vindhastighet. Kontaktledningen forlegges i sikksakk for å sikre jevn slitasje av strømavtakerens slepekull. Sikksakk måles ut fra en målakse som står vinkelrett på sporplanet i spormidt.

a) Sikksakk: Sikksakk for kjørbare kontaktledninger skal forlegges med nominelle verdier angitt i Tabell 4.

  1. Utførelse: For krysningsspor og dobbeltspor skal kontaktledningens sikksakk parallellføres slik at det oppstår størst mulig avstand mellom utliggerne for de motstående sporene.
  2. Unntak: Ved kort spennlengde eller lav dimensjonerende vindhastighet kan verdi for sikksakk økes til maksimalt ± 400 mm for alle mekaniske utforminger, dersom det sikres at kontaktledningen ikke kommer utenfor strømavtakerens arbeidsområde ved maksimal vindutblåsning.
  3. Unntak: Sikksakk kan justeres for å overholde krav til sidekraft på lett direksjonsstag.
Grense for sikksakk til og med ± 400 mm dekkes av alle strømavtakernes arbeidsområde angitt i TSI og nasjonale regler, dvs. EN 50367:2012, Figur A.6, A.7 og B.5 (1600, 1950 og 1800 mm). Det er vanlig å legge sikksakk vekslende på ± 300 mm for hvert spenn for å oppnå jevn slitasje på strømavtakerens slepekull. I kurver med slak radius forlegges også kontakttråden med vekslende sikksakk. I kurver med krapp radius forlegges kontakttråden med ensidig sikksakk da kurven i seg selv sørger for at strømavtakeren opplever kontakttråden som forlagt i sikksakk gjennom spennet.

b) Maksimal spennlengde: Spennlengder skal ikke overskride maksimale verdier angitt i Tabell 4 og tilhørende tegninger.

  1. Unntak: For S20 kan maksimal spennlengde etter beregning økes til maksimalt 75 m.
  2. Utførelse: På lange rette strekninger skal minst en av spennlengdene for hver ledningspart ha avvikende lengde fra resten av spennlengdene for å unngå gallopperende ledning (resonans).

Tabell 4: Sikksakk og maksimal spennlengde
Mekanisk utforming Nominell sikksakk Dimensjonerende
kastvindhastighet
på fri linje
Maksimal spennlengde
normal- og avspenningsfelt
Maksimal spennlengde
Seksjonsfelt
S25 ± 300 mm 30 m/s EH-800408-000 EH-800409-000
S25 ± 300 mm 37 m/s EH-800410-000 EH-800411-000
S20A, S20B ± 300 mm 30 m/s EH-707298-000 EH-707299-000
S20B, redusert innspenningskraft ± 400 mm
S20C1, S20C2 ± 300 mm Brukes i tunnel
ingen sidevind
Bestemmes av systemhøyden Bestemmes av systemhøyden
Andre utforminger med største hastighet < 160 km/h ± 400 mm Stedlig Stedlig Stedlig

4.4 Kontakttrådhøyde og kontakttrådhøydeendring

TSI ENE og TSI LOC&PAS setter krav til kontakttrådhøyde. For å oppfylle disse kravene stiller Bane NOR følgende krav til hvordan de forskjellige kontaktledningsutformingene skal prosjekteres og bygges. Kontakttrådhøyde er avstanden fra skinneoverkantplanet til underside av kontakttråden målt ved opphengningspunkt på et ubelastet anlegg.

a) Nominell kontakttrådhøyde: Nominell kontakttrådhøyde skal være som angitt nedenfor.

  1. Utførelse: Ved strekningshastighet v ≤ 200 km/h skal nominell kontakttrådhøyde være 5,60 m.
  2. Utførelse: Ved strekningshastighet v > 200 km/h skal nominell kontakttrådhøyde være 5,10 m.
  3. Unntak: Ved strekningshastighet v > 200 km/h kan nominell kontakttrådhøyde bestemmes ut fra stedlige forhold og være i intervallet 5,08–5,30 m uten høydeendring.

b) Minste kontakttrådhøyde: Under tvangspunkter som overgangsbruer, kulverter og tunneler kan kontakttrådhøyden reduseres til minste kontakttrådhøyde på 5,05 m for strekningshastighet v ≤ 200 km/h.

  1. Unntak: Anleggseier kan i særlige tilfeller gi dispensasjon til ytterligere høydereduksjon ned til en minste høyde på 4,80 m.
  2. Vurdering: Beregning av minste dimensjonerende kontakttrådhøyde skal gjøres med bakgrunn i vurderinger som angitt i EN 50119:2009 punkt 5.10.5
  3. Utførelse: Høydereduksjon skal ha så kort utstrekning som mulig.
  4. Utførelse: Der avstanden mellom to høydebegrensninger er mindre enn 800 m, bør høydereduksjonen opprettholdes mellom de to høydebegrensningene.
Kontakttrådhøyde lavere enn 5,05 m kan gi konsekvens for strekningens hastighet på grunn av strømavtakerens dynamikk.

c) Kontakttrådens høydeendring: Maksimal kontakttrådhøydeendring ΔH skal bestemmes av formelen:

  1. Unntak: Ved strekningshastighet v > 200 km/h kan nominell kontakttrådhøyde bestemmes ut fra stedlige forhold og være i intervallet 5,08–5,30 m uten høydeendring.

d) Første og siste spenn med høydeendring: I første og siste spenn med kontakttrådhøydeendring skal maksimal kontakttrådhøydeendring bestemmes av formelen:

e) Sidespor, hensettingsområder og lastespor: Kontakttrådens høydeendring på sidespor, hensettingsområder og lastespor (med lave hastigheter) kan økes til grenseverdiene angitt i EN 50119.

Høydeendringeen ΔH er angitt i meter kontakttrådhøydeendring per meter spor, og hastigheten v angis i km/h. Krav til kontakttrådens høydeendring er strengere enn krav i EN 50119:2009.

f) Dokumentasjon av høydeendring: Kontakttrådens høydeendring skal dokumenteres som vist i tegningen 🔗EH-707259-000.

4.5 Ledningsføring over sporveksler og i vekslingsfelt

a) Sporveksler: Kontaktledninger over sporveksler og sporkryss skal være utformet slik at strømavtakere kan krysse i alle retninger med de planlagte hastighetene, mens de fortsatt oppfyller kravene til den tillatte variasjonen av kontaktkrefter, se Tabell 5.

  1. Utførelse: Geometrien til kryssende og tangensielle ledningsføringer for kontaktledninger skal utformes slik at ingen kontakttråd er i stand til å gli under strømavtakervippa.
  2. Utførelse: Ledningsføring i sporveksler skal prosjekteres og bygges på en slik måte at strømavtakeren kun har kontakt med en utligger uansett kjøreretning.
  3. Utførelse: Tangensiell lednigsføring i sporveksler skal prosjekteres slik at kjøring i hovedspor ikke gir samtidig kontakt med avviksledningen.
  4. Utførelse: Strømavtakerens svingning og skjevvinkling skal betraktes så vel som kontakttrådens oppløft og vindutblåsing.
  5. Utførelse: På det punktet hvor den innkommende kontakttråd berører strømavtagerens vippe, skal begge kontakttråder plasseres på samme side av strømavtakerens vippe, relatert til dennes senterlinje.
  6. Utførelse: Egnede hjelpemidler, som krysshengetråder, skal brukes for å sikre at begge kontakttrådene løftes når de krysses av en strømavtaker. Temperaturrelaterte lengdeutvidelser av kontakttråder skal vurderes ved bruk av slike hjelpemidler.

b) Vekslingsfelt: Vekslingsfelter skal gjøre det mulig for strømavtakeren å passere fra en ledningspart til den neste uten hastighetsreduksjon eller avbrudd av strømforsyningen til traksjonsenheten.

  1. Utførelse: Antallet og lengdene på spennene, inkludert forskjellene i lengden av tilstøtende spenn og kontakttrådgradienter innenfor vekslingsfeltet, skal utformes slik at den tillatte variasjonen av kontaktkrefter og de tillatte variasjonene i elastisitet er oppfylt. Det må tas hensyn til maksimale kjørehastigheter og sporradier.
  2. Utførelse: For uisolerte vekslingsfelt i bevegelig avspente ledninger skal utliggerne til begge kontaktledningene muliggjøre uhindret bevegelse av kontaktledningen på grunn av temperaturrelatert lengdeutvidelse.
  3. Utførelse: Uisolerte vekslingsfelt bør være permanent forbundet med en strømbru(er).
  4. Utførelse: For isolerte vekslingsfelt skal den minste dynamiske klaring av parallelle ledere under de angitte miljøforholdene opprettholdes. Den nødvendige statiske klaring i luft skal være oppfylt.
Isolerte vekslingsfelt kalles ofte seksjonsfelt.

4.6 Generelt om liner og tråd

4.6.1 Standarder for liner og tråd

a) Kontakttråd: Kontakttråder skal betegnes og oppfylle krav som angitt i EN 50149:2012.

Eksempler på betegnelse for kontakttråder:
  • EN 50149 – AC-100 – CuAg0,1
  • EN 50149 – AC-120 – CuAg0,1

b) Liner i bronse: Liner i bronse skal betegnes og oppfylle krav som angitt i DIN 48201-2:1981, eller i DIN 43138:1980 for fleksible bronseliner.

  1. Utførelse: Tilleggsbetegnelse som angir at linen er utført med isolasjon skal brukes ved behov.
Eksempler på betegnelse for liner i bronse
  • DIN 48201 – 50 – Bz II
  • DIN 48201 – 50 – Bz II (isolert)
  • DIN 43138 – Bz II – 10 ✕ 49

4.6.2 Skjøting av kontakttråd

Som hoveregel etableres kontaktledninger uten skjøter ved førstegangs installasjon. Dersom det under installasjon ikke lar seg gjøre å unngå skjøter må, for å opprettholde kontakttrådens styrke gjennom kontakttrådens levetid (fullt tverrsnittsareal -20 % slitasje), antall presskjøteklemmer begrenses ut i fra trådens innspenningskraft og hastighetsutforming. Dette framkommer av nedenstående regler.

a) Skjøting av kontakttråd: Skjøting av kontakttråd skal utføres med dertil egnede presskjøteklemmer (DB4N). 🔗

b) Presskjøteklemmer i kontakttråd: Presskjøteklemmer i kontakttråd i nye/nyinstallerte kontaktledningsanlegg skal begrenses i antall ut i fra hastighetsutforming og reduksjon av strekkfasthet.

  1. Utførelse: Hastighet v ≤ 130 km/h, minst 2 m mellom presskjøter, maksimalt 2 presskjøter pr. spennlengde, plassering skal skje ved hengetråd i spennet, maksimalt 4 presskjøter i en ledningspart.
  2. Utførelse: Hastighet 130 < v ≤ 160 km/h, minst 5 m mellom presskjøter, maksimalt 2 presskjøter pr. spennlengde, plassering skal skje ved hengetråd i spennet, maksimalt 3 presskjøter i en ledningspart.
  3. Utførelse: Hastighet 160 < v ≤ 200 km/h, minst 10 m mellom presskjøter, maksimalt 1 presskjøte pr. spennlengde, plassering skal skje ved hengetråd i spennet, maksimalt 2 presskjøter i en ledningspart.
  4. Utførelse: Hastighet v > 200 km/h, skal ikke inneholde presskjøter.

5 Utligger

Utliggere bærer kontaktledningen til ett eller flere spor. De kan festes til mastene ved hjelp av hengslede konsoller, slik at utliggerne kan rotere rundt en vertikal akse, uten motstand mot langsgående belastninger fra kontaktledningen. Alternativt kan utliggere festes stivt til konstruksjonene, noe som gir motstand mot langsgående belastninger fra kontaktledningen.

a) Utliggerrør: Rørene som utliggere lages av skal være sømløse og ekstruderte.

  1. Utførelse: Materiale skal være aluminiumslegering EN AW-6082 T6 med levealder ≥ 50 år
  2. Unntak: Der det er hensiktsmessig kan det benyttes syrefaste (A4) rør eller andre elektrisk ledende materialer som har levetid ≥ 50 år.
  3. Utførelse: For rør i utligger hvor fri ende heller nedover skal det ikke monteres plasthette da denne stenger vann inne i røret som kan forårsake frostspreng og/eller korrosjon.

b) Lette direksjonsstag: Alle utliggere som betjener strømavtaker skal ha lette direksjonsstag som gir tilstrekkelig rom for kontaktledningens oppløft.

  1. Utførelse: Preferert løsning for lette direksjonsstag er utstyrt med stoppanordning.
  2. Unntak: Lette direksjonsstag uten stoppanordning kan benyttes dersom disse utformes med plass til økt oppløft.

c) Innstillingsmulighet i sporets tverretning: Det skal være mulig å justere kontakttråd og bæreline minimum ±100 mm på tvers av sporet i en ny utligger uten å erstatte komponenter i utliggeren.

d) Innstilling i sporets lengderetning: Utliggere skal innstilles etter temperatur når kontaktledningen klargjøres for ordinær idriftssettelse.

  1. Utførelse: Følgende tegning 🔗EH-707161-000 skal benyttes til temperaturinnstilling av utliggere.
Figur 6: Prinsippskisse - utligger for kontaktledning
Pos. 1: Stavisolator
Pos. 2: Strekkstag
Pos. 3: Trykkstag
Pos. 4: Diagonalstag (standard i S25, ellers ved behov)
Pos. 5: Horisontalstag
Pos. 6: Lett direksjonsstag
Pos. 7: Bærelineholder
Pos. 8: Utliggerhengetråd
Pos. 9: Kontakttrådklemme
Pos. 10: Vindsikring (kan fjernes ved behov)

5.1 Direksjonsstag

Direksjonsstag er en komponent i utliggeren som har til hensikt å sørge for at utliggeren ikke oppfattes som et hardt punkt for den passerende strømavtakeren. Det holder også kontakttråden i rett posisjon (sikksakk) i forhold til spormidt.

a) Normalutligger: Det skal benyttes direksjonsstag på alle kjørbare utliggere.

  1. Utførelse: Maksimal vinkel på direksjonsstaget når dette er i ro skal ikke overskride 20° (36,40 %), i forhold til sporplanet.
  2. Utførelse: Kontakttråden skal kunne løftes minimum 150 mm før direksjonsstagets bevegelse oppover hindres.
  3. Utførelse: Den horisontale kraften i direksjonsstaget skal alltid ha en absoluttverdi på minimum 80 N.
  4. Utførelse: Horisontal kraft i direksjonsstag bør for hovedspor ikke overstige 1000 N.
  5. Utførelse: For øvrige spor bør ikke kraften overstige 1500 N.
  6. Utførelse: Direksjonsstag skal alltid strekkbelastes så sant det ikke er konstruert for å kunne oppta trykkrefter.
  7. Unntak: For kontaktledning for lave hastigheter og særlige behov kan det benyttes fastklemmer som alternativ til lett direksjonsstag.

b) Seksjonsutligger: For kontakttråd som er hevet med inntil 15 cm i forhold til den kjørbare kontakttråden skal også ha direksjonsstag.

  1. Utførelse: Maksimal vinkel på direksjonsstaget når dette er i ro skal ikke overskride 20° (36,40 %), i forhold til sporplanet.
  2. Utførelse: Kontakttråden skal kunne løftes minimum 150 mm før direksjonsstagets bevegelse oppover hindres.
  3. Utførelse: Den horisontale kraften i direksjonsstaget skal alltid ha en absoluttverdi på minimum 80 N.
  4. Utførelse: Horisontal kraft i direksjonsstag bør for hovedspor ikke overstige 1000 N.
  5. Utførelse: For øvrige spor bør ikke kraften overstige 1500 N.
  6. Utførelse: Direksjonsstag skal alltid strekkbelastes så sant det ikke er konstruert for å kunne oppta trykkrefter.
  7. Unntak: Direksjonsstag for fastholder kan ha krefter som overstiger ovennevnte oppgitte krefter.
  8. Unntak: Direksjonsstag for fastholde er konstruert for å oppta både strekk- og trykkrefter.

6 Bevegelig avspenning

Bevegelig avspenning har som funksjon å opprettholde det mekaniske strekket og å ta opp lengdeendringer i kontaktledningen som skyldes temperaturendringer. Dette gjøres ved hjelp av et arrangement av taljer eller kombinasjonshjul med lodd eller ved hjelp av fjærer. Kombinasjonshjul med lodd er mest vanlig.

Det etableres et fastpunkt ("fixpunkt") omtrent midt på en ledningspart, og en bevegelig avspenning i hver ende av ledningsparten. Avstanden fra fastpunktet til den bevegelige avspenningen bestemmer hvor stor termisk utvidelse kontakttråden får, og dermed hvor stort arbeidsområde som kreves av den bevegelige avspenningen.

Bevegelige avspenninger med bruk av lodd utformes med forskjellige utvekslingsforhold, 1:1, 1:1.5, 1:2, 1:3, 1:4 og 1:5. Stort omsetningsforhold gir lett lodd, mens lavt omsetningsforhold gir størst arbeidsområde for avspenningen.

a) Ledningspartlengde: Ledningspartlengde og avspenning skal tilpasses slik at ledningsparten opprettholder sitt strekk innenfor det dimensjonerende temperaturspennet.

  1. Utførelse: For kontaktledning med dimensjonerende hastighet ≤ 200 km/h skal avstand mellom fastpunkt og avspenning (½ ledningspart) ikke overstige 750 m i friluft, og 1 500 m i tunnel med liten variasjon i omgivelsestemperaturen.
  2. Utførelse: For kontaktledning med dimensjonerende hastighet > 200 km/h skal avstand mellom fastpunkt og avspenning (½ ledningspart) ikke overstige 600 m i friluft, og 1 200 m i tunnel med liten variasjon i omgivelsestemperaturen.

b) Strekkrafttap: Totalt strekkrafttap mellom bevegelig avspenning og fastpunkt skal ikke overstige 10%.

  1. Begrunnelse: Dette begrenser differansestrekk på fastpunkter, og det begrenser variasjon i strekkraft og elastisitet langs en ledning.
Det må legges til grunn at bevegelig avspenning genererer et strekkrafttap på 2,5 %, slik at kun 7,5 % kan tilordnes utliggerne. Krav til strekkrafttap er oppfylt i alle tilfeller der det er opp til 11 bevegelige utliggere mellom fastpunkt og avspenning for mekanisk utforming S20 og S25, og opp til 15 for eldre mekaniske utforminger. Merk likevel at det etter en beregning i mange tilfeller kan brukes flere utliggere mellom avspenning og fastpunkt.

c) Bevegelig avspenning: Bevegelig avspenning skal utformes med lodd som beskrevet i EN 50119:2009 avsnitt 7.5.

  1. Utførelse: Kontakttråd og bæreline skal ha separat avspenning.
  2. Utførelse: Tegninger for 10 kN-loddsats som vist i 🔗EH-707469-000 og 15 kN-loddsats som vist i 🔗EH-707487-000 kan legges til grunn.
  3. Unntak: Separate tilpassede fjæravspenninger kan brukes i tilfeller der tilgjengelig område for fri bevegelse av loddsatsen ikke er tilstrekkelig stort.

d) Utvekslingsforhold for loddavspenning: Utvekslingsforhold for loddavspenning skal velges slik at loddet gis fri bevegelse innenfor avspenningens arbeidsområde.

  1. Utførelse: Det skal tilstrebes bruk av utvekslingsforhold 1:3 i hovedspor.
  2. Utførelse: Der utvekslingsforhold 1:3 gir for stort krav til fri bevegelse kan det benyttes lavere omsetningsforhold eller fjæravspenning.
  3. Dokumentasjon: Vurderinger som ligger til grunn ved valg av loddsats med annet utvekslingsforhold enn 1:3 skal dokumenteres.

e) Fjæravspenning: Der det brukes fjæravspenning (se krav c) skal denne tilpasses ut ifra krav til innspenningskraft og avstand mellom fastpunkt og avspenning.

f) Funksjonssikkerhet: For å sikre at den bevegelige avspenningen ikke svikter ved en hendelse, skal den bevegelige avspenningens bruddlast være høyere enn linenes bruddlast.

Regneeksempel:
  • Avstand mellom fastpunkt og bevegelig avspenning: 750 m — Maksimalt tillatt i friluft
  • Varmeutvidelsesfaktor for kontakttråd: 1,710-5 K-1Angitt i EN 50149
  • Temperaturer:
    • Minste kontakttrådtemperatur: -30 °C — Minste omgivelsestemperatur for aktuell strekning
    • Største kontakttrådtemperatur drift: 100 °C — Største tillatte temperatur etter EN 50119:2009
    • Største kontakttrådtemperatur etter kortslutning: 135 °C — Beregnet fra forutsetninger listet under
      • kontakttråd er type AC-100 CuAg0,1
      • termisk kortslutningsstrøm er 30 kA
      • 74 % av strømmen går i kontakttråden (og resten i bærelina)
      • frakoplingstid er 0,1 s
    • Temperaturdifferanse drift: 130 K
    • Temperaturdifferanse kortslutning: 165 K
  • Nødvendig arbeidsområde for avspenning
    • Arbeidsområde drift: 750 m 1,710-5 K-1 130 K = 1,66 m
    • Arbeidsområde kortslutning: 750 m 1,710-5 K-1 165 K = 2,10 m

Ved bruk av vanlig girutveksling for friluft 1:3 fører dette til behov for 5,0 m fri bevegelse for loddsatsen ved drift, og 6,3 m etter en maksimal kortslutning.

Metoder for å begrense behov for fri bevegelse for loddsatsen er:

  • mindre girutveksling med tilsvarende større loddvekt,
  • kortere ledningspartlengde,
  • bruk av mekanisk utforming med større tverrsnitt for kontakttråd eller bæreline,
  • bruk av forsterkningsleder, eller
  • begrensning av største tillatte driftstemperatur for en leder — det gir en tilhørende reduksjon i kontinuerlig strømføringsevne.

7 Montasje

7.1 Utførelse

a) ß-splint: Alle nagler skal sikres med ß-splint av rustfritt stål (A2).

  1. Utførelse: Alle ß-splinter skal monteres slik at de kan kontrolleres fra bakken og på samme side.
  2. Utførelse: På dobbeltsporet bane skal ß-splinter monteres slik at de er synlige i normal kjøreretning.

7.2 Toleranser

a) Kontakttrådhøyde: Montasjenøyaktighet for kontakttrådhøyde (hkt) skal være ± 30 mm utjevnet over 3 spennlengder, og maksimalt ± 20 mm mellom to utliggere.

b) Bærelinehøyde: Montasjenøyaktighet for bærelinehøyde (hbli) skal være ± 50 mm.

c) Sikksakk: Montasjenøyaktighet for sikksakk skal være ± 30 mm.

d) Utliggerens posisjon i kontaktledningens lengderetning: Montasjenøyaktighet for utliggerens posisjon i kontaktledningens lengderetning skal være ± 50 mm.

8 Samspill mellom strømavtaker og kontaktledning

8.1 Generelt

Krav i dette avsnittet gjelder ved utarbeidelse eller endring av en mekanisk utforming, herunder bruk av nye komponenter, endring av anvendelsesområder og utvikling av programvare for beregning av kontaktledning. Ved bygging av kontaktledning med en eksisterende mekanisk utforming og med komponenttyper innenfor det som den mekaniske utformingen er utarbeidet for, anses kravene i dette avsnittet som oppfylt.

Følgende krav gjelder generelt ved utarbeidelse eller endring av en mekanisk utforming:

a) Avstand mellom strømavtakere: Kravene til kontaktledningen skal oppfylles for tog med to strømavtakere med avstand mellom strømavtakerne som spesifisert i TSI ENE tabell 4.2.13, kolonne "B". Det betyr:

  • Hastighet større enn og lik 250 km/h gir største dimensjonerende avstand mellom strømavtakere; 200 m.
  • Hastighet større enn 120 km/h og opp til 250 km/h gir største dimensjonerende avstand mellom strømavtakere; 85 m.
  • Hastighet større enn 80 km/h til og med 120 km/h gir største dimensjonerende avstand mellom strømavtakere; 15 m.
  • Hastighet til og med 80 km/h gir største dimensjonerende avstand mellom strømavtakere; 8 m.

b) Elastisitet: Maksimal elastisitet for kontakttråden skal være beregnet for hver mekaniske utforming.

  1. Utførelse: Maksimal elastisitet kan være angitt for ulike spennlengder.
Det er viktig å kjenne maksimal oppløft for kontakttråden av følgende årsaker:
  • for å sikre at oppløftet holder seg innenfor strømavtakerens arbeidsområde, og
  • for å sikre tilstrekkelig avstand til konstruksjoner over jernbanen.

Oppløft beregnes ut ifra kontaktledningens elastisitet og dynamisk kontaktkraft mellom strømavtaker og kontakttråd.

Forenklet likning for beregning av maksimal elastisitet for et spenn er angitt i boken Contact Lines for Electric Railways:[1]

der

  • er maksimal elastisitet for spennet i mm/N
  • er spennlengden i m,
  • er en faktor, lik 4,0 for utforminger uten Y-line og 3,5 for utforminger med Y-line.
  • er innspenningskrafta i kontakttråden i kN, og
  • er innspenningskrafta i bærelina i kN.

8.2 Dynamiske egenskaper

Strømavtakere som beveger seg påvirker kontaktledningen på flere måter:

  • Strømavtakerens middelkontaktkraft Fm øker med hastigheten.
  • Variasjon i elastisitet for kontaktledningen fører til en tilsvarende variasjon i kontaktkraften.
  • Variasjon i høyden for kontaktpunkt mellom strømavtaker og kontakttråd fører til endring av strømavtakerens arbeidshøyde der også strømavtakerens dynamikk spiller inn – med tilhørende variasjon i kontaktkraft.
  • Dersom togets hastighet overstiger kontaktledningens bølgeforplantningshastighet, fører det til resonans i ledningen.

Kravene i dette avsnittet er utformet på bakrunn av 🔗 TSI ENE og EN 50119.

a) Bølgeforplantningshastighet: For å unngå mekanisk ustabilitet i kontaktledningen, skal den operative hastigheten på banen være mindre enn 70 % av kontaktledningens bølgeforplantningshastighet, se EN 50119:2009 punkt 5.2.4.

  1. Utførelse: Dersom bølgeforplantningshastigheten er begrensende for kontaktledningens hastighet skal dette angis.

b) Variasjon i kontaktkraft: Variasjon i kontaktkraft skal oppfylle krav i 🔗 TSI ENE punkt 4.2.12, gjengitt i Tabell 5.

  1. Verifikasjon: Samsvar skal verifiseres ved simulering med simuleringsprogramvare som er validert etter EN 50318, og med måling i henhold til EN 50317.
Variasjon i kontaktkraft er en betydelig årsak til slitasje på kontakttråd og strømavtaker, og mekaniske utforminger utvikles derfor slik at denne variasjonen holdes på et lavt nivå. TSI ENE punkt 4.2.12 stiller krav til maksimal variasjon i kontaktkraft.
Figur 7: Middelkontaktkraft for hastigheter mellom 0 og 360 km/h

Tabell 5: Krav til variasjon i kontaktkraft i henhold til TSI ENE og EN 50119
Parameter Symbol Krav Kommentar
Rom for løft av lett direksjonsstag 2 x S0

1,5 x S0 der oppløftet er fysisk begrenset
S0 er beregnet eller målt oppløft for kontaktledningen ved direksjonsstag med kontaktkraft lik middelkontaktkraft ved maksimal linjehastighet. Kravet innebærer at det ledige rommet for oppløft av direksjonsstaget skal være det doble av dette beregnete eller målte oppløftet.
Kravkilde: 🔗 TSI ENE
Middelkontaktkraft Fm Se krav til 🔗 Kontaktkraft
Standardavvik for kontaktkraft σmax 0,3 x Fm Kravkilde: 🔗 TSI ENE
Største kontaktkraft Fmax 300 N for hastighet v ≤ 200 km/h

350 N for hastighet v > 200 km/h
Verdiene angir maksimalt tillatt kontaktkraft ved "harde" punkter i kontaktledningen ved maksimal linjehastighet.
Kravkilde: EN 50119
Minste kontaktkraft Fmin > 0 Kravet innebærer at kontaktkraften ikke tillates å bli negativ, det vil si at strømavtakeren ikke skal miste kontakt.
Kravkilde: EN 50119

c) Variasjon i elastisitet: Kontaktledningen skal utformes med lav variasjon i elastisitet slik at variasjon i kontaktkraften begrenses.

  1. Dokumentasjon: Variasjonen i elastisiteten skal angis med beregning og måling.
  2. Verifikasjon: Kravet er oppfylt ved oppfyllelse av krav b).

Kontaktledningens elastisitet angir hvor stort oppløft kontakttråden får når den utsettes for en statisk kraft.

Variasjon av kontaktledningens elastisitet innenfor et spenn gir en tilhørende variasjon i kontaktkraften fra strømavtaker når toget beveger seg. Lav variasjon i kontaktledningens elastisitet er viktig for å oppfylle krav til maksimal og minimal dynamisk kontaktkraft. Variasjon i elastisitet kan begrenses ved bruk av stor innspenningskraft, ved bruk av jevn og kort avstand mellom hengetråder, og ved tilstrebe en viss elastisitet også ved opphengspunktene.

Vanlig metode for å begrense variasjon i elastisitet er å introdusere Y-liner.

d) Vertikal bevegelse av kontaktpunkt: Kontaktledningen skal utformes med liten vertikal bevegelse av kontaktpunktet slik at variasjon i kontaktkraften begrenses.

  1. Utførelse: Nedheng i kontakttråden kan benyttes for å kompensere oppløft ved strømavtakerpassering.
  2. Verifikasjon: Kravet er oppfylt ved oppfyllelse av krav b).
Vertikal bevegelse av kontaktpunktet som følge av kontaktledningens elastisitet fører til variasjon i kontaktkraft som følge av dynamikk i strømavtakeren. Det er mulig å begrense den vertikale bevegelsen med bruk av stort strekk i kontaktledningen og med bruk av nedheng.

9 Vedlegg

  1. 🔗 Mekanisk utforming S25
  2. 🔗 Mekanisk utforming S20A
  3. 🔗 Mekanisk utforming S20B
  4. 🔗 Mekanisk utforming S20C1
  5. 🔗 Mekanisk utforming S20C2
  6. 🔗 Mekanisk utforming S20A med redusert innspenningskraft
  7. 🔗 Mekanisk utforming S20B med redusert innspenningskraft
  8. 🔗 Mekanisk utforming Dobbel kontakttråd
  9. 🔗 Mekanisk utforming Δ-ledning
  10. 🔗 Mekanisk utforming Strømskinne

10 Referanser

  1. Kießling et al Contact Lines for Electric Railways, Publicis publishing, 2018, s 554.