Til høring/Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem/Koblingskonsept-2L

OBS: Dette er en høringsversjon for utgivelse 2019-01-01.

Koblingskonsept 2L: Sammenkoblede kontaktledningsanlegg på dobbeltspor

1 Hensikt og omfang

Med konsept menes en helt eller delvis prosjektert løsning som oppfyller kravene i regelverket. Et koblingskonsept beskriver hvordan en matestrekning seksjoneres og hvilke koblingsmuligheter som finnes. Hensikten med dette dokumentet er å beskrive Bane NORs koblingskonsept-2L "Sammenkoblede kontaktledningsanlegg på dobbeltspor".

Beskrivelsen omfatter

• systemdefinisjon og anvendelsesbetingelser,
• identifisering av særlig risiko og problemstillinger,
• spesielle krav til utførelsen av konseptet og
• forslag til ensartede løsninger på problemstillinger som gjentatt oppstår.

Beskrivelsen omfatter kun det som er spesielle for dette koblingskonseptet. Generelle krav etc. på tvers av alle koblingskonsepter finnes i respektive regelverkskapitler.

2 Systemdefinisjon

2.1 Forutsetninger

Bane NORs konseptdokument for InterCity er lagt til grunn og viktige egenskaper/forutsetninger for strekningene med tanke på koblingskonsept kan kort oppsummeres slik:

• Dobbeltspor med 15 km mellom sporsløyfene
• Blandet trafikk (både persontog og godstog)
• Begrenset mulighet til frakobling av strekningen for vedlikehold
• Arbeidsområder i sporsløyfene som foreslått av IC med ERTMS og klasse B (Thales NO 2.0)
• Kontroll på vegetasjonen slik at trær ikke kan kortslutte kontaktledningsanlegget

2.2 Beskrivelse og innvirkning på kraftsystemet

Koblingskonseptet legger til grunn følgende som vist i Figur 1:

Figur 1: Sporplan og enlinjeskjema.

Konseptet omfatter av følgende anleggsdeler

• Stasjonsanlegg:
  • Samleskinne(r)
  • Bryterfelt for avganger
  • (Sonegrensebryter)
• Ledningsanlegg:
  • Mate og returforbindelse
  • Kontaktledning linjeseksjon
  • Kontaktledning sporsløyfeseksjon
  • (Kontaktledning på jernbanestasjon)

2.2.1 Sammenkobling av kontaktledningsanlegg

Kontaktledningsanlegget for de to sporene som utgjør en dobbeltsporet jernbanestrekning sammenkobles elektrisk. Det gir bedre utnyttelse av overføringskapasitet i normal drift og muligheter for forbimating via det ene kontaktledningen til det ene sporet når det andre er spenningsløst ved feil eller vedlikehold. Sammenkoblingen gir fleksibel og kostnadseffektiv utforming av tilhørende koblingsanlegg.

Elektrisk separasjon av de to sporene over lengre avstander kan føre til særlige krav til innstilling av vern, redusert kapasitet (økt komponentbelastning og spenningsfall samt fare for brutt samkjøring) og/eller at man må vurdere og håndtere konsekvensene av økt skinnepotensial og økt EMC-emisjon. Foreløpig er det ikke identifisert situasjoner der det er behov for at kontaktledningsanleggene driftes helt separat.

2.2.2 Seksjonering og sammenkobling

Seksjonering av kontaktledningsanlegget følger sporets og signalanleggets inndeling i arbeidsområder. Det er lagt til rette for å frakoble arbeidsområder uten å bryte samkjøringen mellom matestasjonene. Det er likevel tillatt å bryte samkjøringen når det er nødvendig, men det bør unngås så langt som mulig da slike avvikssituasjoner med ensidig mating ofte fører til redusert kapasitet, lav spenning og senkede resonansfrekvenser.

Seksjonering og sammenkobling av kontaktledningsanlegget foretas normalt ved hjelp av kontaktledningsbryterne med mindre det er fare for faseulikhet ved sammenkobling av to anleggsdeler. Da sammenkobles anlegget via effektbryter med fasesperre. Det er ikke identifisert særskilte behov for sonegrensebryter på matestrekningen som følge av koblingskonseptet.

2.2.3 Frakobling og spenningsetting

Frakobling og spenningsetting av enkeltseksjoner i kontaktledningsanlegget utføres med lastskillebrytere, mens frakobling av elektrisk feil og spenningsetting av hele matestrekningen utføres med effektbrytere. Det gir færre kortvarige frakoblinger som forstyrrer togtrafikken.

2.2.4 Plassering av utstyr

Alt punktbasert teknisk utstyr som brytere, seksjonsisolatorer, eventuelle autotransformatorer osv. samles ved sporsløyfene der det er infrastrukturstrømforsyning, fjernbetjeningskommunikasjon og veiadkomst. Det medfører redusert behov for bruk av skinnegående kjøretøy for vedlikehold.

2.3 Anvendelsesbetingelser

Koblingskonsept-2L gir avhengighet mellom sporene ved at begge kontaktledningsanleggene kobles fra ved feil og påfølgende feilsøking. For strekninger som er viktige for gjennomgående effektoverføring kan koblingskonsept med separate kontaktledningsanlegg (Koblingskonsept-2M) være mer hensiktsmessig.

3 Kontaktledningsanlegg

a) Elektrisk utforming: Koblingskonseptet kan anvendes med alle elektriske utforminger, men er spesielt optimalisert for Til_høring/Kontaktledning/Prosjektering_og_bygging/Kontaktledningsutforming/Vedlegg/Elutforming-F.

1. Utførelse: Til_høring/Kontaktledning/Prosjektering_og_bygging/Kontaktledningsutforming/Vedlegg/Elutforming-E kan brukes med lave master uten bryter mellom positivleder og kontaktledning.
2. Utførelse: For tofaseutforminger skal kobling og jording utføres synkront for begge fasene.

b) Koblingsmuligheter: Kontaktledningsanlegget for de to sporene skal seksjoneres og sammenkobles ved sporsløyfene for koordinering med arbeidsområder og reduksjon av spenning over seksjonsisolatorer.

1. Utførelse: Brytere skal plasseres som vist med normalstilling i Figur 2 eller som i Figur 3 med AT-system (elutforming F).
2. Utførelse: Kontaktledningsbrytere bør plasseres i master, alternativt åk, og slik at de også er tilgjengelige for vedlikehold uten bruk av skinnegående kjøretøy.
3. Utførelse: Tverrforbindelsen mellom kontaktledningsanleggene for de to sporene kan være line, alternativt kabel, i åk.
4. Operativt tiltak: Dersom bryter(e) ligger ute skal det tas hensyn til høy spenning over seksjonsfelt eller seksjonsisolatorer ved strømavtakerpassering.

c) Dimensjonering: Kontaktledningsanlegget skal for hvert spor dimensjoneres for å overføre sum effekt for begge spor for å håndtere avvikssituasjoner, for eksempel frakobling av et arbeidsområde.

1. Utførelse: Eventuelt redusert trafikk som følge av redusert sporkapasitet ved avvik kan legges til grunn for dimensjoneringen.
2. Utførelse: Dimensjonering av tverrforbindelse mellom kontaktledningsanleggene for de to sporene tilsvarende den langsgående dimensjoneringen for ett spor er tilstrekkelig.

d) Autotransformatorer: Eventuelle autotransformatorer skal plasseres i sporsløyfene slik at de transformerer til alle linjeseksjoner som ikke er frakoblet.

1. Utførelse: Autotransformatorer skal plasseres som vist i figur Figur 3.
2. Unntak: Ved behov for to autotransformatorer i hver sløyfe kan den andre autotransformatoren plasseres på kontaktledningsseksjonen som dekker sporveksel 3 og 4 som vist i figur Figur 3.

e) Lastskillebrytere: Lastskillebrytere skal dimensjoneres for innkoblingsstrømmen til minimum en autotransformator ettersom spenningsetting av arbeidsområder normalt foretas med lokale brytere (og ikke effektbryter i koblingsanlegg).

f) Endepunktsjording av linjeseksjoner: Lastskillebrytere for frakobling av linjeseksjoner bør utføres med jordingsposisjon for å redusere transporttid for jording i forbindelse med linjebefaring.

g) Driftsmerking: Kontaktledningsbrytere skal driftsmerkes som vist i Figur 2 og Figur 3 (jf. Felles elektro/Prosjektering og bygging/Generelle tekniske krav/Driftsmerking).

1. Utførelse: Brytere som flyttes over annet spor skal ha nummerering fra opprinnelig spor for å markere annen spenning.

Figur 2: Sløyfeutforming L: Enlinjeskjema og koblingsskjema for utforming av sporsløyfe med driftsmerking med enfase elutforming A, B eller C.

Figur 3: Sløyfeutforming L: Enlinjeskjema og koblingsskjema for utforming av sporsløyfe med driftsmerking med elutforming E (AT-system). Positiv fase +15 kV angitt med rød farge og eventuell negativ fase -15 kV angitt med blå farge.

4 Matestasjoner

Koblingskonsept 2L stiller ingen særskilte krav til matestasjoner.

5 Koblingsanlegg

a) Omkoblingsmulighet: Utforming av koblingsanlegg med tanke på omkoblingsmulighet og eventuelt antall faser bør velges i henhold til Tabell 1 :

1. Utførelse: Eventuell forbikoblingsmulighet (stiplet bryter i figurene) skal vurderes basert på risiko og verndekning.
2. Utførelse: Eventuell samleskinneseksjonering (stiplet og skravert bryter i figurene) skal utføres iht. Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Koblingsanlegg#Robusthet/Redundans.

Tabell 1: Omkoblingsutforminger for koblingskonsept 2L

Omkoblingsutforming	Beskrivelse	Bruk	Enlinjeskjema
Omkoblingsutforming R1	Separat avgang til hvert spor med felles reservebryter og reservesamleskinne	Mye brukt løsning for enfaseanlegg, men kostbar for tofaseanlegg pga. behov for fire samleskinner.	Venstre i figur Figur 4
Omkoblingsutforming R2	Felles avgang til dobbeltsporet med felles reservebryter og reservesamleskinne	Fordelaktig ved endring fra enkeltspor til dobbeltspor uten å bygge om koblingsanlegget. Farer kan være at en er helt avhengig av ett kabelsett i hver retning og at samleskinnen ikke kan seksjoneres.	Midt i Figur 4
Omkoblingsutforming S	Felles avgang til dobbeltsporet med stasjonsavgang	Foretrukken løsning der det likevel mates separat til stasjon/hensettingsområde, men det er ikke en forutsetning for bruk.	Høyre i Figur 1, alternativt til høyre i Figur 4
Omkoblingsutforming T	Separat avgang til hvert spor som sammenkobles med tversbryter før kabelendebryter	Rimelig løsning, spesielt for tofaseanlegg.	Venstre i Figur 1

Figur 4: Enlinjeskjema alternativ utforming av omkoblingsmulighet for koblingsanlegg.

Separat avgang til hvert spor med felles reservebryter og reservesamleskinne kan være en rimelig løsning for enfaseanlegg, men er erfaringsmessig svært kostbart for tofaseanlegg (ettersom det er behov for fire samleskinner).

Felles avgang til dobbeltsporet med stasjonsavgang i tillegg gir en rimelig omkoblingsmulighet dersom det likevel finnes et stasjonsområde eller hensettingsområde som bør ha mating uavhengig av linjen. Det er imidlertid ikke en forutsetning for bruk av løsningen. "Stasjonsområdet" kan da enten fungere som en dødseksjon/beskyttelsesseksjon ved behov eller erstattes av en bryter til ett av sporene i hver retning. Spesielt synes løsningen rimelig ved ombygging fra enkeltspor til dobbeltspor dersom en bygger eksisterende reserveavgang om til stasjonsavgang.

Ved separat avgang til hvert spor som sammenkobles med tversbryter før kabelendebryter er de to avgangene og mateforbindelsene reserver for hverandre. Løsningen gir rimelige tofaseanlegg. Ved fare for overbelastning av kontaktledningsanlegget ved frakobling av linjeseksjon kan samtidig utkobling av en av de to parallelle effektbryterne i koblingsanlegget forbedre overtemperaturvernets pålitelighet. Behov for egen tverrbryter er avhengig av avstand til nærmeste sammenkobling av kontaktledningen i ei sporsløyfe.

For ombygging videre bruk av eksisterende koblingsanlegg (enfase med reserveavgang og reservesamleskinne) fra enkeltsporet bane til dobbeltsporet bane kan det være en rimelig løsning å gjenbruke anlegget i sin helhet og sammenkoble to de sporene i hver retning utenfor anlegget. Faren er at en er helt avhengig av ett kabelsett i hver retning. Det vil heller ikke være mulig drifte anlegget med seksjonert samleskinne.

Det er foreløpig et åpent punkt om krav til dimensjonering av prøveutrustning (Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Koblingsanlegg#Dimensjonering) på grunn av feilsøkingssekvens må oppdateres/tilpasses koblingskonseptet.

6 Sonegrensebryter, dødseksjon

Det er foreløpig et åpent punkt hvorvidt eventuell sonegrensebryter eller dødseksjon i kontaktledningsanleggene for de to sporene skal kobles synkront eller ikke.

7 Vern

a) Sone 3: Distansevern skal ha sone 3 for sikker dekning ved:

• frakobling av linjeseksjoner (f.eks. for arbeid på deler av strekningen) og
• ved utkobling av én av to effektbrytere i koblingsanlegg som kan mate i parallell.

b) Overbelastningsvern: Vern mot termisk overbelastning skal for omkoblingsutforming R1 og T stilles inn for å verne kun avgangens tilhørende mateforbindelse og ett spor med kontaktledning (dvs. samme innstillinger som ville vært brukt i koblingskonsept 2M).

1. Operativt tiltak: Ved frakopling av ett spor på en linjeseksjon slik at all belastningsstrøm går i det andre sporet, skal en av bryterne som mater dobbeltsporet koples ut i hver ende slik at det termiske vernet blir i stand til å detektere en eventuell overbelastning.

Omkoblingsutforming R1 og T: Når to effektbrytere med separate vern mater i parallell til et sammenkoblet dobbeltspor vil hver av vernene kun se halvparten av feilstrømmen ved kortslutning og beregne dobbelt så høy impedans til feilen på grunn av sideinnmatingen.

8 Mate- og returforbindelser

a) Dimensjonering: Ved bruk av andre utforminger for omkoblingsmulighet i koblingsanlegg enn "reservebryter med reservesamleskinne", skal hver mateforbindelse dimensjoneres for summen av påregnelig høyeste belastning til de to sporene ettersom dette er omkoblingsmulighet iht. Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Koblingsanlegg#Robusthet.

b) Kabelendebrytere og tversbryter(e): Kontaktledningsbrytere bør plasseres i master, alternativt åk, og slik at de også er tilgjengelige for vedlikehold uten bruk av skinnegående materiell.

9 Fjernstyring

Koblingskonseptet er utformet og spesifisert for at et arbeidsområde normalt skal kunne frakobles og spenningsettes av lokale fjernbetjente brytere. Det vil si uten inn- og utkobling av effektbrytere i koblingsanlegg. Det er lagt opp til at lokalisering av feil (kortslutning) i første omgang baseres på informasjon om "avstand til feil" beregnet av distansevernet. Lastskillebrytere i sporsløyfen kan ha jordingsfunksjon for endepunktsjording av linjeseksjonene ved arbeid på eller nær ved.

a) Fjernstyring kontaktledningsbrytere: Alle lastskillebrytere i kontaktledningsanlegg og mate- og returforbindelse Figur 1 og Figur 4 skal fjernstyres da disse er viktige for effektiv feilsøking og omkobling (jf. Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Systemkrav/Egenskaper d)Fjern- og lokalkontroll).

b) Avstand til feil: "Avstand til feil" beregnet av impedansvernet skal vises for elkraftoperatør for rask og enkel lokalisering av kortslutning i kontaktledningsanlegget.

1. Utførelse: Elkraftoperatør skal presenteres estimert feilsted referert banens kilometrering beregnet fra vern på begge sider av matestrekningen samt gjennomsnittet av disse (dersom vernet er i stand til å estimere avstanden).
2. Utførelse: Elkraftoperatør skal presenteres kortslutningsstrøm målt på hver utgående avgang til dobbeltsporet samt sum strøm fra hvert koblingsanlegg.
3. Utførelse: "Avstand til feil"-funksjonen i distansevernet skal legge til grunn gjennomsnittlig impedans per km for begge sporenes kontaktledningsanlegg sammenkoblet mellom kabelendebryterne (og for tofasesutforminger impedansen i sløyfen positivleder-negativleder).

"Avstand til feil"-funksjonen vil aldri kunne bli helt nøyaktig. Usikkerheten er imidlertid systematisk: Overgangsmotstand, frakoblet arbeidsområde, kortslutningens avstand fra sammekoblingen mellom sporene i sporsløyfene og tilbakemating fra tog bidrar til overestimering av avstanden til feilen. Effektforbruk i tog bidrar til underestimering. Når avstand til feil estimeres fra vern i begge ender av matestrekningen, er det derfor sannsynlig at feilen er på strekningen mellom de to estimatene. Gjennomsnittet av estimatene er forventet å indikere feilstedet med rimelig nøyaktighet. Stor avstand mellom estimatene tyder stor overestimering og dermed fase-jord feil og/eller feil utpå en linjeseksjon mellom sporsløyfene. Liten avstand mellom esitmatene tyder på feil nær sammenkoblingen i sporsløyfene, eventuelt tofasefeil. Basert på dette forventes "avstand til feil"-funksjonen å indikere rundt hvilken sporsløyfe eller linjeseksjon kortslutningen har oppstått og hvor feilsøkingen bør konsentreres.

Ved høy kortslutningsstrøm vil sannsynligvis hurtig overstrømsvern løse før "avstand til feil"-funksjonen får beregnet et estimat. I disse tilfellene vil høy kortslutningsstrøm indikere at kortslutningen er nær koblingsanlegget og "avstand til feil"-rapport fra koblingsanlegg i motsatt ende av matestrekningen indikere minimum avstand fra koblingsanlegget nærmest feilen.

10 Nødfrakobling og endepunktsjording

10.1 Nødfrakobling

De vanlige prinsipper og krav for nødfrakobling ligger fast ved bruk av koblingskonsept 2L. Alle effektbrytere som kan mate til en matestrekning ved normal eller unormal mating skal koble ut ved utløst nødfrakobling på matestrekningen. Det omfatter effektbrytere som brukes i normal drift og i tillegg reservebrytere og stasjonsavganger som kan brukes til å mate strekningen i avvikssituasjoner.

10.2 Endepunktsjording

Krav om jordingsbryter omfatter alle bryteravganger fra et koblingsanlegg i henhold til Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Koblingsanlegg#Funksjoner. Jordingsbryteren skal kunne brukes for endepunktsjording av en matestrekning.

For koblingskonsept 2L vil jordingsbryteren for den eller de avganger som ved normal mating mater strekningen, gi felles jording av kontaktledningen tilhørende begge sporene.

• Der det er en avgang for hvert spor bør jordingsbryteren for begge avgangene benyttes ved etablering av endepunktsjord, slik at rutinen blir lik for alle dobbeltsporstrekninger uavhengig av koblingskonsept.
• Der en avgang mater begge sporene felles i normal drift, brukes jordingsbryteren i denne avgangen for å jorde begge sporene felles.

11 Vedlegg

Ingen