Kontaktledning/Prosjektering og Bygging/Generelle tekniske krav/Vedlegg/Jording av kontaktledning i tunneler

1 Hensikt og omfang

Dette vedlegget beskriver Bane NOR sitt konsept for å oppfylle kravet i TSI SRT punkt 4.2.2.2 om mulighet for jording av kontaktledningen i tunneler som er lengre enn 1000 m, og kravet i TSI SRT punkt 4.2.1.7-(c)-(4) om mulighet for frakobling og jording av kontaktledningen på brannslokkingspunkter. Konseptet er utarbeidet i rapporten Fjernstyrte jordingsbrytere i tunneler, EH.800421.

2 Systembeskrivelse

Kontaktledningsanlegget på en matestrekning er prinsipielt bygget opp som i Figur 1 (Elutforming E) eller som i Figur 2 (Elutforming A, B og C).

Figur 1: Prinsipiell oppbygning av kontaktledningsanlegget på en matestrekning med elutforming E.
S - Skillebryter
E - Effektbryter
J - Jordingsbryter
Figur 2: Prinsipiell oppbygning av kontaktledningsanlegget på en matestrekning med elutforming A, B og C.
LS - Lastskillebryter
E - Effektbryter
J - Jordingsbryter

3 Konsept

Forskrift om sikkerhet ved arbeid i og drift av elektriske anlegg (FSE) §14 stiller krav til sikkerhetstiltak ved arbeid på frakoblet høyspenningsanlegg. Kravet gjelder ved redningsinnsats der en vurdering av risikoen på innsatsstedet konkluderer med at det er nødvendig å frakoble og jorde kontaktledningen under innsatsen.

Opphold eller evakuering under spenningsførende kontaktledning er tillatt der det ikke foreligger spesielle forhold som tilsier fare for at man kan komme i direkte kontakt med kontaktledningsanlegget.

For at "Leder for kobling" raskt skal kunne jorde kontaktledningsanlegget i en tunnel i en nødssituasjon, etableres det fjernstyrte brytere for endepunktsjording ved alle forsyningspunkter til en matestrekning med tunnel. Primært etableres bryterne som del av nye og oppgraderte koblingsanlegg. Se Lenke: Banestrømforsyning, Prosjektering og bygging, Koblingsanlegg, Egenskaper krav c, underkrav 1. Der det er eldre eksisterende koplingsanlegg med dårlig mulighet for å ettermontere jordingsbrytere som del av koplingsanlegget, kan jordingsbryteren alternativt monteres i ei kontaktledningsmast utenfor koplingsanlegget.

Spenningsprøving og etablering av markeringsjording av kontaktledningsanlegget nær innsatsstedet utføres av redningstjenesten. Et slikt innsatssted vil være ved et brannslokkingspunkt, ved en tunnelmunning eller ved et tverrslag. Kontaktledningsanlegget og returkretsen bør forberedes med jordingspunkter der redningstjenesten skal jorde kontaktledningsanlegget slik at etablering av markeringsjording går raskt. Jordingspunktene bør utformes slik at redningstog kan passere jordingspunktet uten at det er nødvendig å fjerne jordingsapparatet.

Bane NOR sine mannskaper vil i ettertid etablere nye endepunktsjordinger nærmere innsatsstedet slik at endepunktsjordingen ved innmatingspunktet kan avvikles og togtrafikken kan komme i gang igjen på deler av den berørte strekningen.

4 Krav

a) Endepunktsjording: Ved bygging av ny tunnel over 1000 m, og ved oppgradering av kontaktledning på strekningen, skal det kontrolleres at det er etablert brytere for endepunktsjording i koblingsanlegg som mater til kontaktledningen i tunnelen. Der slike brytere ikke finnes, skal de etableres i eller ved aktuelt koblingsanlegg.

b) Jordingspunkter: Det skal etableres jordingspunkter ved angrepspunkter for redningstjenesten ved tunnelen, som tilrettelegger for rask og enkel etablering av markeringsjording.

  1. Utførelse: Aktuelle angrepspunkter kan være brannslokkingspunkter og eventuelt tverrslag.
  2. Utførelse: Jordingspunktene skal utformes slik at rullende materiell kan passere med etablert markeringsjording. Det vil si at jordingsapparatet i sin helhet skal være utenfor profilet for tog når jordingen er etablert.
Ved en nødssituasjon kan det være behov for å passere en etablert jording med redningstog (dieselmateriell).

c) Instruksjon av brannmannskaper: Brannmannskaper skal som en del av beredskapsplanen være instruert til å benytte spenningstester og jordingsutstyr som de selv bærer med seg til ulykkesstedet for å ivareta behov for synlig jord.

5 Risikovurdering

5.1 Oppsummering av risikovurderingen

Risikovurderingen i dette avsnittet viser at med noen tiltak gir det valgte konseptet en akseptabel håndtering av hendelser med behov for rask frakobling og jording av kontaktledningen i tunnel. De aktuelle tiltakene er vurdert som rimelige tiltak som bør gjennomføres. Håndteringen vil også være akseptabel dersom noen av tiltakene ikke gjennomføres:

  • Tog som kommer til å miste strømforsyningen bør tidligst mulig varsles om dette slik at at toget kan kjøre til nærmeste plattform og stoppe der for at evakuering skal bli så enkelt som mulig.
  • Infrastruktureier bør iverksette innsats for raskt å gi spenning tilbake til tog som har stoppet. Det vil si etablering av ny endepunktsjording nærmere innsatsstedet, og innkobling av uberørte strekninger.
  • Dersom det forventes at spenningen for et tog blir borte lenge bør evakuering iverksettes på stedet.
  • Tog som kjører over lange strekninger med vanskelig evakuering bør utstyres med tepper og mat til passasjerene slik at de har levelige forhold i en rimelig tid ved strømutfall. (Merk at dette er del av generell beredskap og ikke et særskilt tiltak som følge av dette farescenarioet).
  • (For elutforming E): Plassering av bryter mellom PL og kl slik at den som etablerer markeringsjordingen, også ser at bryteren er lukket.
  • (For elutforming E): Etablering av rutine som omfatter bruk av kommandosperre for bryter mellom PL og kl før spenningsprøving og markeringsjording.
  • (For elutforming E): Bekrefte ved måling at spenning i negativleder blir så lav som beregnet også ved strømbelastning i nabospor.

5.2 Fareidentifikasjon

Følgende farer er identifisert ved løsningen:

  1. For AT-system: Markeringsjording kun til kontaktledningen gjør at:
    1. Positivleder er jordet via en skillebryter (fare for åpen skillebryter),
    2. Negativleder er jordet via den samme skillebryteren og i tillegg autotransformatoren (fare for spenningsfall over transformatorimpedansen).
  2. Markeringsjording utføres i en avstand fra arbeidsstedet (fare indusert spenning ved innsatsstedet).
  3. Fare for overkjøring fra spenningssatt til jordet kontaktledningsseksjon ved frakobling og endepunktsjording ved matestasjon.
  4. Fare for påvirkning på et stort antall tog ved skarp hendelse (Frakobling og jording av hele matestrekningen, i noen tilfeller en veldig lang strekning på over 100 km, enkelt- eller dobbeltspor).

Premisser for risikovurderingen er:

  • Frakobling, endepunkts- og markeringsjording av kontaktledning, PL og NL gjøres av forsiktighetshensyn, som en av flere barrierer mot høy tilgjengelig spenning.
    • Redningsetaten vil ikke bevisst berøre kl, PL og NL før alle lederne er kortsluttet og jordet nær innsatsstedet.
    • Passasjerer som evakueres vil bli advart mot å berøre nedfalte ledninger.

5.3 Markeringsjording kun til kontaktledningen

Markeringsjording etableres for å markere at anlegget er jordet. Det vil si at så lenge markeringsjordingen er etablert, så fører ingen av lederne i systemet full spenning. Markeringsjordingen har i tillegg en funksjon for å utjevne potensialforskjeller på arbeidsstedet som følge av overført (indusert) spenning fra parallell infrastruktur (kraftlinjer, jernbanelinjer). Slik overført spenning kan opptre ved lange parallellføringer.

I denne vurderingen redegjøres det for risikoen ved å anse et AT-system med seksjonert kontaktledning som jordet ved kun å etablere fysisk markeringsjording på kontaktledningen.

En premiss for vurdering av denne faren er at endepunktsjording, som skal beskytte mot farlig spenning ved feilaktig spenningssetting, er etablert ved alle innmatingspunkter.

Figur 3 viser situasjonen når kontktledningen i et AT-system (Elutforming E) er jordet med markeringsjording til kontaktledningen. Her kan man se at positivleder (PL) er jordet via en bryter, og negativleder (NL) i tillegg er jordet via autotransformatoren.

Figur 3: Elutforming E (AT-system) med markeringsjording på kontaktledningen

5.3.1 Markeringsjording via bryter

Farebeskrivelse: Bryteren mellom kontaktledningen og positivlederen må være lukket for at markeringsjordingen skal oppfylle sin funksjon.

Sannsynlighet: Bryteren er normalt lukket. Sannsynligheten for feilkobling er lav, fordi Leder for kobling aktivt må koble ut bryteren for at faren skal oppstå.

Konsekvens: Ved åpnet bryter vil kun kontaktledningen på aktuell seksjon være markeringsjordet, og altså ikke PL, NL og øvrige kontaktledningsseksjoner. Åpen bryter fører derfor til at markeringsjordingen som en barriere mot tilgjengelig spenning på ledere i tunnelen svikter for andre kontaktledningsseksjoner enn kontaktledningsseksjonen med etablert markeringsjording.

Vurdering: Etablering av markeringsjord kun på kontaktledningen vurderes som tilstrekkelig også ved bruk av autotransformatorsystemer, på grunn av lav sannsynlighet for at feilen oppstår og på grunn av at åpen bryter kun påvirker en av flere barrierer mot at passasjerer eller redningspersonell kan bli utsatt for farlig berøringsspenning.

Tiltak: Ingen tiltak er påkrevet, men følgende tiltak vurderes likevel som rimelige for å begrense sannsynligheten for at bryteren er åpen når det etableres markeringsjording.

  • Plassering av bryteren slik at den som etablerer markeringsjordingen, også ser at bryteren er lukket.
  • Etablering av rutine som omfatter bruk av kommandosperre for aktuell bryter før spenningsprøving og markeringsjording.

5.3.2 Markeringsjording via autotransformator

Vurdering: Markeringsjordingen sin hensikt er å markere at anlegget er jordet ned. Det er ikke mulig at den ene siden av autotransformatoren er jordet mens den andre siden er spenningsførende. Markeringsjording tilknyttet kontaktledningen og dermed positivleder, vil dermed også markere at negativleder er jordet.

Tiltak: Ingen særskilte tiltak er nødvendig.

5.4 Indusert spenning ved innsatssted

Farebeskrivelse: Autotransformatoren fungerer ved å balansere spenning. Ideelt er spenningen alltid lik i negativleder og i positivleder. Ved belastet autotransformator blir det i tillegg en liten spenningsforskjell som følge av transformatorens kortslutningsimpedans. Ved ubelastet transformator kan det oppstå en spenning i negativleder som følge av indusert spenning fra parallell infrastruktur (jernbanespor eller kraftlinjer). Autotransformatoren vil begrense hvor stor denne spenningen kan bli.

Sannsynlighet: For å vurdere faren for høy restspenning er det gjort en beregning av spenningsstigning i negativleder i ett spor mens det er stor belastning (1000 A ved 15 kV) i nabosporet. I beregningen er det ikke etablert noen markeringsjording. Resultatet viser en spenning opp mot 2 V mellom negativleder og kjøreskinnene. Dette anses som et verste tilfelle. Andre kraftlinjer vil være i større avstand fra traseen og dermed overføre mindre spenning. Merk likevel at en slik beregning av spenningsstigning er beheftet med en usikkerhet både på grunn av ikke modellerte fenomener (det er usikkert i hvilken grad hysterese og remanens kan føre til spenningsforskjell når transformatoren er ubelastet) og som følge av usikre beregningsforutsetninger.

Konsekvens: I henhold til NEK 900 anses spenninger over 65 V AC i mer enn 5 minutter som farlig. Det er dermed god margin fra de konservativt beregnede 2 V til en spenning som anses som farlig. Konsekvensen dersom spenningen skulle bli betydelig høyere enn beregnet er imidlertid stor.

Vurdering: Risikoen ved å jorde negativleder gjennom autotransformatoren vurderes som svært lav selv dersom markeringsjordingen står noen kilometer fra nærmeste autotransformator. Beregningene som ligger til grunn for angivelse av spenningsstigning er usikre, og en bekreftelse ved måling av at de induserte spenningene blir så lave ville gi større trygghet for vurderingen. Oppsummert anses risikoen som akseptabel.

Tiltak:

  • Bekrefte ved måling at spenning i negativleder blir så lav som beregnet også ved strømbelastning i nabospor.

5.5 Overkjøring fra spenningssatt til jordet kontaktledningsseksjon

Farebeskrivelse: Når en matestrekning frakobles og jordes ved seksjonsdele nær en matestasjon, kan tog føre spenning inn på den jordete matestrekningen og føre med seg spenning over seksjonsdelet via strømavtaker.

Sannsynlighet: Dette er en kjent fare, og elkraftsentralen vil normalt unngå den ved å åpne brytere når det ikke er tog der, og ved å gi beskjed til tog om at de ikke kan kjøre over seksjonsdelet. Forholdet endres ikke ved en nødssituasjon, men det vil likevel være naturlig om oppmerksomheten er rettet mot nødssituasjonen og alle koblinger som må gjøres for å håndtere den, og det kan føre til en økt sannsynlighet for at tog kjører over seksjonsdele til jordet seksjon sammenliknet med en vanlig kobling.

Konsekvens: Overkjøring fører til en kortslutning som fører til automatisk frakobling av effektbryter. Den største delen av strømmen kommer fra aktuell matestasjon og vil frakobles etter maksimalt 0,1 sekund (ofte raskere, avhengig av kortslutningsstrøm og utrustning i aktuell matestasjon), mens en mindre strøm fra motstående matestasjon kobles ut etter en tidsforsinkelse som normalt er ca. 0,3 sekunder etter kortslutning. Formålet med endepunktsjordingen er å sikre at denne kortslutningsstrømmen ikke fører til store potensialforskjeller forbi jordingspunktet.

  • Konsekvens 1 - Kortslutningen vil føre til en potensialstigning i returkretsen ved matestasjonen. Størrelsen på denne potensialforskjellen avhenger av hvilken elektrisk utforming av kontaktledningen på aktuell og tilgrensende strekninger. Dette returpotensialet vil føres via kl eller PL mot innsatsstedet, mens potensialet i kjøreskinnene faller med økende avstand fra stedet der overkjøringen skjer. Dette kan gi opphav til en potensialforskjell nær innsatsstedet. Etablering av markeringsjording nærmere innsatsstedet vil begrense denne spenningen.
  • Konsekvens 2 - Overkjøringen kan føre til skade på kontaktledningen utenfor matestasjonen, med påfølgende konsekvens for kostnad og tilgjengelighet.

Vurdering: Sannsynligheten for overkjøring vurderes som lav fordi

  • nødssituasjoner opptrer sjeldent,
  • elkraftsentralen kobler normalt når det ikke er tog på stedet slik at overkjøring unngås i koblingsøyeblikket, og
  • tog varsles om at de ikke kan passere et seksjonsdele som er jordet på en side.

Konsekvens 1 er tilstrekkelig håndtert ved etablering av markeringsjording. Risikoen ved konsekvens 2 vurderes som akseptabel fordi overkjøring ikke medfører personfare. Risikoen tilknyttet kostnad og tilgjengelighet vurderes som lav sammenliknet med den alvorlige hendelsen som er opphavet til farescenarioet.

Tiltak: Ingen særskilte tiltak nødvendig.

5.6 Påvirkning på et stort antall tog ved skarp hendelse

Farebeskrivelse: Ved en skarp hendelse vil potensielt en lang matestrekning (med alle sporene der det er flere parallelle spor) bli frakoblet og jordet. Alle tog på strekningen vil stoppe og potensielt stå stille i flere timer fram til Bane NOR sitt personale har etablert en endepunktsjording nærmere innsatsstedet slik at de fleste seksjonene kan spenningssettes igjen. Fra en hendelse har oppstått inne i en tunnel og fram til Leder for elsikkerhet hos redningsetaten ber om frakobling og jording vil det gå en del tid.

Sannsynlighet: Tiden mellom hver gang konseptet skal brukes ved en skarp hendelse forventes å være mye lengre enn anleggets levetid, det vil si flere titalls eller flere hundre år. Hver gang en lang strekning frakobles og endepunktsjordes etter dette konseptet må man forvente at det fører til at andre tog (som ikke er direkte berørt av hendelsen) mister spenningen.

Konsekvens: Potensielt mange tog med mange passasjerer som blir stående stille uten spenning i flere timer på ulike steder. Det kan oppstå behov for evakuering på ukurante steder, men i mange tilfeller vil det bli prioritert å avgrense hvor lang strekning som må frakobles. Konsekvensen av at et tog mister spenningen kan bli alvorlig med fare for nedkjøling eller oppvarming og fare for liv i noen tilfeller der det er dårlig mulighet for evakuering. Avhengig av være og utetemperatur kan temperaturen inne i toget synke eller stige i løpet av relativt kort tid (kanskje ned mot eller under en time).

Vurdering: Sannsynligheten for at tog blir stående stille som følge av frakobling og endepunktsjording er lav fordi det forventes at det skal gå flere titalls eller flere hunder år mellom hver gang en slik skarp situasjon oppstår. Med denne lave sannsynligheten vil alle konsekvenser som ikke setter liv og helse i fare for passasjerene vurderes som akseptable. Tog som kjører på øde strekninger må som del av sin generelle beredskap ta høyde for at toget kan miste strømforsyningen og stoppe på ukurante steder av andre årsaker, og det skal finnes rimelige tiltak for å håndtere en slik situasjon. Eksempler er tilgang på varmetepper og mat, og mulighet for nødåpning av vinduer og dører i toget.

Tiltak: Tiltak kan gjennomføres for i størst mulig grad å unngå at persontog blir stående lenge uten spenning og uten evakuering.

  • Tog som kommer til å miste strømforsyningen bør tidligst mulig varsles om dette slik at toget kan kjøre til nærmeste plattform og stoppe der for at evakuering skal bli så enkelt som mulig.
  • Infrastruktureier bør iverksette innsats for raskt å gi spenning tilbake til tog som har stoppet. Det vil si etablering av ny endepunktsjording nærmere innsatsstedet, og innkobling av uberørte strekninger.
  • Dersom det forventes at spenningen for et tog blir borte lenge bør evakuering iverksettes.
  • Tog som kjører over lange strekninger med vanskelig evakuering bør utstyres med tepper og mat til passasjerene slik at de har levelige forhold i en rimelig tid ved strømutfall. (Merk at dette er del av generell beredskap og ikke et særskilt tiltak som følge av dette farescenarioet).