Kontaktledning/Prosjektering og Bygging/Komponenter/Vedlegg/Transformatorer

1 Hensikt og omfang

Kapittelet angir krav til transformatorer tilknyttet kontaktledningsnalegget. Følgende typer transformatorer benyttes:

• autotransformatorer
• sugetransformatorer, og
• reservestrømstransformatorer.

2 Generelt

🔗 Banestrømforsyning, Prosjektering og bygging, Vern angir krav til vern. Som utgangspunkt vernes autotransformatorer og sugetransformatorer av utgående linjevern i koblingsanlegg.

🔗 Felles elektro, Prosjektering og bygging, Isolasjonskoordinering og overspenningsbeskyttelse angir krav til overspenningsbeskyttelse ved installasjoner for ulike transformatorer.

🔗 Felles elektro, Prosjektering og bygging, Jording og utjevning stiller krav til jording av elektrotekniske bygninger.

Strømtilførsel til auto- og sugetransformatorer eller tilhørende bygg er ofte ikke nødvendig. Der lavspent strømforsyning til bygg for slike transformatorer er uforholdsmessig kostbart, forutsettes det at strømforsyning ikke etableres. I slike tilfeller er belysning med medbrakt lyskilde for vedlikehold vurdert som tilstrekkelig lyskilde.

TRV:01155

a) Plassering: Transformatorer skal installeres i henhold til NEK 440, og spesielt slik at følgende funksjonskrav oppfylles:

• hindre adgang for uvedkommende,
• beskytte omgivelser mot brannfare,
• beskytte transformatoren mot klimatiske påvirkninger, og
• sikre tilstrekkelig kjøling.

TRV:01156

b) Oljetype ved plassering i tunnel: Oljeisolerte transformatorer som er plassert i tunnel skal bruke brannhemmende olje.

TRV:01157

c) Oljeoppsamling: Oljeisolerte transformatorer som er installert på bakken skal utstyres med oljeoppsamling, se veiledning til FEF §4-9.

1. Utførelse: Der oljemengden er større enn 1000 l skal oljeoppsamlingen utføres med oljegruve med innretning for slukking av brann i oljen.

TRV:01158

d) Akustisk støy: Transformatorer bør plasseres gjennomtenkt slik at spredning av støy til nærliggende bebyggelse begrenses.

3 Autotransformatorer

TRV:01159

a) Merkespenning: Autotransformatorer skal ha uttak med merkespenning på +15 kV (PL/KL), -15 kV (NL) og 0 kV (Retur).

TRV:01160

b) Ytelse: Merkeytelse og overbelastningsevne for autotransformatorer skal være tilstrekkelig for forventet belastning.

Enheter med merkeytelse på 5 MVA er per 2019 tilgjengelig på Bane NOR sin rammeavtale. Enheter med merkeytelse på 10 MVA er installert på Follobanen.

TRV:01161

c) Kortslutningsimpedans: Autotransformatorer bør ha mest mulig lik kortslutningsimpedans, med en designverdi på e_k = 0,4 %.

1. Utførelse: Autotransformatorer med relativ kortslutningimpedans som avviker mer enn ca. 10 % fra hverandre skal ikke samlokaliseres (dvs. ikke parallellkoples direkte).

Lav kortslutningsimpedans fører til god balanse i strømbelastningen mellom PL/KL og NL. Lik kortslutningsimpedans fører til god lastdeling mellom parallellkoplete autotransformatorer.

TRV:01162

d) Kortslutningsstrøm: Det skal brukes autotransformatorer som er dimensjonert for påregnelige kortslutningsstrømmer der de installeres.

1. Utførelse: Flere autotransformatorer kan parallellkobles slik at kortslutningsstrøm fordeles mellom dem.

Påregnelig kortslutningsstrøm er gitt i TRV:00324. Iht. NEK IEC 60076-5:2006 dimensjoneres transformatorer mtp. kortslutning termisk og mekanisk. Normalt oppgis termisk kortslutningsholdfasthet for strøm i 2 s. Ved kortere varighet kan holdfastheten regnes om etter prinsippet om gjennomsluppet energi. For eksempel vil en transformator som termisk tåler 12 kA i 2 s kunne motstå 31 kA i 0,3 s:

[math]\displaystyle{ I_{0,3 s}= \sqrt{12^2 \cdot 2 \over 0,3} = 31 kA }[/math]

Dette med mindre mekanisk holdfasthet tilsier lavere kortslutningsstrøm. Merk at feilstrømmen kan fordeles over flere parallelle autotransformatorer. Dimensjonerende er normalt kortslutning fra negativleder til retur/jord nær første autotransformator utenfor koblingsanlegget.

TRV:01163

e) Innkoblingsstrøm: Innkoblingsstrøm for en autotransformator skal begrenses så mye som rimelig, av hensyn til behov for dimensjonering av lastskillebrytere som skal spenningssette autotransformatoren, og av hensyn til innstilling av vern i matestasjoner.

Topolte lastskillebrytere blir i dag spesifisert for innkoblingsstrøm inntil 3 kA (toppverdi). Ved større innkoblingsstrøm enn dette for en autotransformator må det sikres at brytere som brukes til å spenningssette transformatoren, tåler strømmen.

TRV:01164

f) Dimensjonering av kabler: Tilkoblingskabler til en autotransformator skal dimensjoneres slik at de ikke begrenser autotransformatorens ytelse.

Merkestrøm (kontinuerlig strøm) for en 5 MVA autotransformator er 167 A i tilkobling for PL/KL og for NL, og 333 A i tilkobling for retur.

TRV:01165

g) Installasjon: Autotransformatorer skal være installert i et lukket rom (kiosk eller bygning), for å begrense vedlikehold ved at:

• oljekummen ikke kan fylles med regnvann,
• løv og snø ikke kan blåse inn, og
• smådyr og fugler ikke kommer inn.

Autotransformatorer blir utstyrt med støtmåler (stötmätare) ved forsendelse fra fabrikk. Denne har som formål å registrere støt (harde påkjenninger) under transport fra fabrikk til monteringsstedet. Ved montering på permanent plassering er det derfor viktig med følgende tiltak/prosedyre:

• Støtmåleren fjernes raskest mulig etter at transformatoren er satt på sitt endelige monteringssted.
• Etter at den er demontert er det viktig at støtmåleren åpnes og strømtilførselen fra det innebygde batteriet kobles ut, før den sendes tilbake til fabrikken.

NB! Om ikke strømtilførselen kuttes vil denne fortsette å registrere støtt ved postforsendelse tilbake til fabrikken.

TRV:01166

h) Adkomst: Autotransformator bør plasseres nær kjørbar vei slik at det ved bygging, inspeksjon og vedlikehold er mulig å komme til uten bruk av skinnegående kjøretøy.

1. Utførelse: Plassering bør være slik at anlegget kan inspiseres og vedlikeholdes uten sportilgang.

I praksis vil plassering i forbindelse med stasjonsområder og overkjøringssløyfer være hensiktsmessig.

TRV:01167

i) Tilkobling: Autotransformatorer skal være tilkoblet kontaktledningen eller koblingsanlegg med kabler.

1. Utførelse: For enkelt vedlikehold bør det benyttes berøringssikre tilkoblinger for kablenes tilkobling til autotransformatoren.
2. Utførelse: Tilkobling av PL/KL og NL til kontaktledningsanlegget ved dobbeltspor kan utføres uten bruk av bryter. Se også koblingskonsept.
3. Utførelse: Tilkobling av PL/KL og NL til kontaktledningsanlegget ved enkeltspor skal utføres med lastskillebryter som seksjonerer PL/KL og NL i hver retning fra autotransformatoren.
   
4. Utførelse: Autotransformatorens nullpunkt skal tilknyttes returkrets (kjøreskinner) som beskrevet i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Mate- og returforbindelser

Som følge av liten feilhyppighet på autotransformatorer og i tillegg bruk av berøringssikre terminaler blir behov for frakobling av autotransformatorer svært lavt.

Potensial i returkretsen og indusert spenning til parallelle telekabler avgjør hvor stor avstand som er mulig mellom autotransformatorer. Legg merke til at der avstanden mellom autotransformatorene blir stor, kan høy spenning i returkretsen kompenseres med andre tiltak i jordingsanlegg og på sårbare telekabler som er ført parallelt med jernbanen.

TRV:01168

j) Avstand mellom autotransformatorer: Avstand mellom autotransformatorer skal velges slik at potensialet i returkretsen begrenses til akseptabelt nivå i henhold til 🔗 Felles elektro, Prosjektering og bygging, Jording og utjevning, Potensial i returkretsen, og for å begrense indusert spenning til parallelle telekabler til akseptabelt nivå i henhold til 🔗 Felles elektro, Prosjektering og bygging, Jording og utjevning, Kabler for lavspenning.

1. Utførelse: Det kan alltid velges en avstand mellom autotransformatorer inntil 10 km for enkeltspor og 15 km for dobbeltspor.
2. Utførelse: For vurdering av økt autotransformatoravstand utover verdiene angitt i punkt (1) kan potensialet i returkretsen som angitt i 🔗 Potensial i returkretsen og den induserte spenningen til parallelle ledere som angitt i 🔗 Indusert spenning legges til grunn.
3. Unntak: På strekninger som ikke har parallelle telekabler med gjennomgående metalliske elementer nærmere enn 100 m til hver side for jernbanetraseen, er det ikke nødvendig å vurdere indusert spenning.

TRV:01169

k) Håndtering av utfall: Fordi utfall av en autotransformator vil føre til økt potensial i returkretsen og økt induksjon til parallelle telekabler utover dimensjoneringsforutsetningene, skal det finnes operative rutiner for å håndtere slike utfall.

1. Operative tiltak: Det skal finnes rutiner for raskt bytte av autotransformator slik at situasjonen med økte berøringsspenninger i anlegget blir mest mulig kortvarig.
2. Operative tiltak: Det bør finnes rutiner som begrenser berøring av returkretsen i aktuelt AT-vindu ved utfall av en autotransformator.
3. Operative tiltak: Rutiner for å begrense berøringsspenning ved utfall av en autotransformator kan omfatte begrenset strømtrekk fra tog i aktuelt AT-vindu ved utfall av en autotransformator.

TRV:01170

Mating til AT-system: AT-system skal mates på en av følgende måter:

• overgang fra enfaset kontaktledning til AT-system med parallellkoblede autotransformatorer med tilstrekkelig summert ytelse,
• enfaset koblingsanlegg med parallellkoblede autotransformatorer med tilstrekkelig summert ytelse for hver avgang,
• tofaset koblingsanlegg med felles autotransformatorer for alle avgangene tilknyttet samleskinnen,
• matestasjon med tofaset koblingsanlegg og belastbart nullpunkt, ikke behov for autotransformatorer.

Figur 1: Prinsipp for tilknytning mellom omformerstasjon med belastbart nøytralpunkt og AT-system. Det samme gjelder for tilfelle med koblingshus med innebygget autotransformator.

4 Sugetransformatorer

TRV:01171

a) Omsetningsforhold: Sugetransformatorer skal ha et omsetningsforhold på 1:1.

TRV:01172

b) Dimensjonering: For standardisering skal det benyttes sugetransformatorer med merkestrøm 600 A og 800 A. Disse skal ha merkeytelse og overlastbarhet som vist i Tabell 1.

TRV:01173

c) Metning: Metningsgrensen for en sugetransformator skal være 1-min-verdien fra Tabell 1.

1. Utførelse: Ved denne strømmen skal sekundærstrømmen være minst 96 % av primærstrømmen.

Tabell 1: Merkeytelse og overlastbarhet for sugetransformatorer

Merkestrøm	Merkeytelse	Kontinuerlig	2 timer	30 min	5 min	1 min	1 sek
600 A	55 kVA	600 A	800 A	950 A	1600 A	3500 A	20 kA
800 A	95 kVA	800 A	1000 A	1200 A	2000 A	4000 A	20 kA

Angitt merkeytelse for sugetransformatorer er tilpasset en sugetransformatoravstand på 3 km. Større sugetransformatoravstand gir behov for større merkeytelse.

TRV:01174

c) Kortslutningsimpedans: Kortslutningsimpedansen til sugetransformatorer skal begrenses slik at også spenningsfallet over en strekning med sugetransformatorer begrenses.

1. Vurdering: Kravet vurderes som oppfylt når den summerte kortslutningsimpedansen for sugetransformatorer over en lengre strekning ikke utgjør mer enn ca. 6 % av strekningens impedans.
2. Vurdering: Der den summerte kortslutningsimpedansen i sugetransformatorer overstiger ca. 6 % av strekningens impedans bør det gjennomføres en konkret vurdering av strekningens kapasitet.

Kravet innebærer at en sugetransformator med høy kortslutningsimpedans kan kompenseres med andre sugetransformatorer med lavere kortslutningsimpedans. Lange avsnitt for sugetransformatorer vil også bidra til å oppfylle kravet.

TRV:01175

d) Kortslutningsstrøm: Det skal brukes sugetransformatorer som er dimensjonert for påregnelige kortslutningsstrømmer.

TRV:01176

e) Merking: Tilkoblinger for sugetransformatorer skal merkes A og B for primærviklingen, og a-0-b for sekundærviklingen, der '0' er sekundærviklingens midtuttak.

Midtuttaket brukes kun ved nullfelter, det vil si i elektrisk utforming B og D.

TRV:01177

f) Måling: Sugetransformatorer skal installeres slik at det blir mulig å måle strøm gjennom og spenning over sugetransformatorens sekundærvikling.

TRV:01178

g) Installasjon: Installasjon kan være i mast eller i kiosk/bygning.

5 Reservestrømstransformatorer

Reservestrømstransformatorer gir reservestrømforsyning fra kontaktledningen til jernbanetekniske anlegg. Vanligvis skjer forsyningen via en likeretter til et batterianlegg, og tilhørende vekselretter til sikret strømforsyning på 230 V 50 Hz. I noen tilfeller, spesielt ved forsyning til varmeelementer, forsynes utstyr direkte fra reservestrømstransformator uten frekvensomforming.

TRV:01179

a) Merkespenning: Transformatoren skal ha et omsetningsforhold på 16,5/0,23 kV (1-fase).

TRV:01180

b) Ytelse: Det kan standardiseres på tre typer reservestrømstransformatorer som har følgende ytelser:

• Type 1: 10 kVA
• Type 2: 25 kVA
• Type 3: 50 kVA

TRV:01181

c) Kortslutningsimpedans: Kortslutningsimpedans kan standardiseres på 5,5 %.

Spenningen, ytelsen og kortslutningsimpedansen er til sammen bestemmende for kortslutningsstrømmen ved kortslutning på lavspenningssiden av transformatoren.

TRV:01182

d) Installasjon: Installasjon kan være i mast eller i kiosk/bygning.

TRV:01183

e) Vern: Reservestrømstransformatoren skal vernes med en høyspentsikring som kobler fra kortslutninger som skjer fram til første sikring på 230 V-siden ved laveste kontaktledningsspenning.

Beregnet minste strøm på transformatorens primærside ved direkte kortslutning på sekundærsiden er:

• Type 1, 10 kVA transformator: 8 A
• Type 2, 25 kVA transformator: 22 A
• Type 3, 50 kVA transformator: 44 A

Ved beregning er det lagt til grunn angitte transformatordata og i tillegg minste ikke-permanente driftsspenning i kontaktledningen U_min1 lik 11 kV i henhold til EN 50163. Alle verdiene er avrundet ned.

5.1 Biforbrukstransformator

Biforbrukstransformator i forbindelse med strømforsyning direkte fra kontaktledningsanlegget til kontaktledningsbryternes manøvermaskin på steder hvor lokal strømforsyning 50 Hz er vanskelig tilgjengelig eller ikke tilgjengelig.

TRV:01184

a) Ytelse: Biforbrukstransformators ytelse skal tilpasses belastningen.

TRV:01185

b) Merkespenning: Transformatoren skal ha et omsetningsforhold som sikrer at sekundærspenningen ikke overstiger U_{n maks} = 253 V iht. EN 50160:2010 Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks. Når primærspenningen hentes fra kontaktledningsanlegget er det viktig å ta hensyn til spenningsvariasjoner angitt i EN 50163:2004.

TRV:01186

c) Installasjon: Installasjon kan være i toppen av mast.

Beregnet maksimal og minimal spenning på transformatorens sekundærside vil dersom omsetningsforholder til biforbrukstransformatoren er 16500/230 V bli:

• U_{n maks2} = 251 V
• U_{n min2} = 153 V

endres omsetningsforholdet til biforbrukstransformatoren til 16500/220 V blir:

• U_{n maks2} = 240 V
• U_{n min2} = 147 V

Ved beregning er det lagt til grunn ovenfor angitte transformatordata og i tillegg maksimal og minimal ikke-permanente driftsspenning i kontaktledningen i henhold til EN 50163:2004. Alle verdiene er avrundet.