Matning av kontaktledning

Från Rilpedia

Texten från svenska Wikipedia

Matning av kontaktledning är distribution av elkraft från det allmänna elnätet till kontaktledningsanläggningar.

Historik

Sverige började omkring 1910 med elektriska lok. Vid den tiden var det svårt att bygga reglerbara enfas växelströmsmotorer om frekvensen var hög. Därför valde man att dela den normala frekvensen 50 Hz med 3 vilket blev 16 2/3 Hz. På den tiden hade man egna generatorer i Porjus som direkt gav den frekvensen. När man sedan byggde ut bestämde man att inte ha några egna kraftverk utan i stället använda Vattenfallsstyrelsens kraftstationer och kraftledningar samt omformare. I Tyskland som också har denna frekvens genereras fortfarande en stor del av kraften i järnvägens egna kraftverk.

I många andra länder valde man likström istället, som är lätt att bygga motorer för, där det dock inte kunde vara så hög spänning (man kunde inte transformera och motorer tålde inte så hög spänning). 1500 och 3000 V var och är fortfarande vanligt (och 750 V för spårvägar och tunnelbanor). Så småningom började man med växelström för att kunna ha högre spänning, vilket gav mindre förluster. Då valde man 50 Hz, samma som elnätets frekvens, och högre spänning än Svergie och Tyskland, 25000 V. Frankrike var först med det i drift, 1951. Länder med detta system slipper omformare.

Omformare/Omriktare

Omformarstation insprängd i berget vid Sköldinge mellan Flen och Katrineholm. Observera spåren där de mobila aggregaten kunde köras in

Schema för matningen av kontaktledningen.

Omformarnas funktion är att omvandla 3-fas 50 Hz växelström till 1-fas 16 2/3 Hz växelström. De behövs i länder med växelström och avvikande frekvens från nätspänningen. Det är Sverige, Tyskland, Österrike, Norge och Schweiz.

Det finns 3 typer:

• Roterande omformare. Dessa består av en 3-fas 6- eller 12-polig synkronmotor och en 1-fas 2- eller 4-polig synkrongenerator som sitter på samma axel. På axeln sitter även två likströmsmaskiner för att generera fältströmmarna till motorn och generatorn. I början hade man stationära omformare, men efter 1934 gjordes de mobila på järnvägsvagnar för att förenkla underhållet. Effekten har efterhand ökats från 3,1, 5,6 till 10 MW. 2002 var fortfarande 85 i drift på totalt 530 MW och inga planer finns på att slopa flera. Den sista tillverkades 1978. De roterande omformarna har nackdelen att verkningsgraden är lägre än för omriktare - 88% mot 94%, men också flera fördelar:
  • Kontaktledningsnätet blir helt skilt från kraftnätet så störningar förs inte vidare.
  • Den stora rotationsmassan gör att tillfälliga belastningsvariationer klaras.
  • God överbelastningsförmåga.
  • Hög tillförlitlighet.
  • Symmetrisk belastning av kraftnätet.
• Direktomriktare. Dessa består av 2 stycken 12-pulskopplade tyristorer (ger mindre övertoner). Det två omriktarna har var sin transformator och vardera 12 tyristorer som tänds i en sådan följd så att en någorlunda jämn 1-fas växelström erhålles. På både in- och utsidan finns filter som tar bort störningar. Den exakta kopplingen visas i referens 5 sid 12. Varje direktomriktare har effekten 15 MW och totalt installerad effekt 2002 var 250 MW.
• Självkommuterande omriktare. Dessa består dels av en 12-puls likriktare och sedan en växelriktare med GTO-tyristorer, som hackar upp strömmen till en jämn en-fas växelström. Flera direktomriktare kopplas i regel parallellt med en viss fasförskjutning för att ytterligare jämna ut sinuskurvan. Omfattande filter krävs speciellt för primärsidan för att minska störningarna. Omriktarna är mycket känsliga för överströmmar och måste därför vara tillräckligt överdimensionerade. Fördelen är den höga verkningsgraden 94%. Numera installeras endast självkommuterande omriktare och inga direktomriktare. 2002 var totala installerade effekten 530 MW.

Transformatorer

Tre typer av transformatorer används:

• Från kraftnät till omformare. Från kraftnätets 130 kV eller högre tar man ned 3-fasströmmen till en spänning lämplig för omformare/omriktare. Vanligen 6300 V.
• Från omformare till matningsnät. Omformarnas 1-fas, 6300 V, 16 2/3 Hz transformeras upp till 1-fas med jordad mittpunkt, 130 kV, 16 2/3 Hz som matas ut till järnvägens egna matningsnät.
• Från matningsnät till kontaktledning. Kontaktlednngen är uppdelad i drivsektioner på ca 50 km. Matningsnätets 1-fas, 130 kV (med jordad mittpunkt) transformeras var 50:e km ned till antingen (se rälsåterledning):
  • 16 500 V "BT-system" (Booster Transformer) med sugtransformatorer (var 5:e km utmed banan) för återledningen. Vid normal belastning sjunker spänningen till det nominella 15 000 V. Eller:
  • 33 000 V "AT-system" (Auto Transformer) med spartransformatorer (var 10:e km utmed banan) för nedtagning till 16 500 V.

Banverkets kraftnät

130 kV enfasmatning med jordad mittpunkt.

Banverkets kraftnät utgöres av 1-fas, 130 kV, 16 2/3 Hz med jordad mittpunkt. Kraftledningarna känns igen genom att de bara har två linor i stället för tre som Svenska Kraftnät har.

Referenser

• SJ försöksdrift 1905 Gunnar Ekeving: [1]
• Elektrifiering och elektrisk drift. Artikel skriven av driftingenjören Knut Hesselbom, införd i tidningen Signalen 1942. [2]
• Järnvägens elanläggningar. Från Banverkets banportal: [3]
• Banverkets matningssystem. Presentation vid KTH 2004: [4]
• Järnvägens elmatning. Niklas Biedermann KTH 2002: [5]
• Banmatningssystem för höghastighetsjärnvägar. Niklas Biedermann KTH 2006: [6]