Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem

Fra Teknisk regelverk utgitt 1. februar 2017
Hopp til: navigasjon, søk

1 Hensikt og omfang

1.1 Hensikt

Hensikten med kapittelet er å samle krav som gjelder til kraftsystemet og krav som gjelder generelt for komponentene som inngår i kraftsystemet. Kapittelet skal være en premissgiver for de andre og mer detaljerte regelverkskapitlene for banestrømforsyning og kontaktledning gjennom overordnede funksjons og tilgjengelighetskrav. Utgangspunktet er tilrettelegging for å kunne kjøre elektriske tog.

Kapittelet skal også gi tekniske premisser til Bane NORs oppfyllelse av Energilovens intensjon om kraftsystemplanlegging både med tanke på kapasitet, kvalitet, robusthet og håndtering av feil og avvik.

1.2 Omfang

Kraftsystemet er samspillet mellom produksjon, overføring og forbruk av elektrisk energi og effekt og har som oppgave å tilby tilstrekkelig spenningskvalitet til at togene kan holde sin tildelte rute/kjøretid. Kraftsystemet omfatter både banestrømforsyningsanleggene/stasjonsanleggene, kontaktledningsanleggene/ledningsanleggene og togene. Detaljkrav til hver av anleggstypene er gitt i respektive regelverkskapitler i banestrømforsyning, kontaktledning og krav til rullende materiell (CR LOC & PAS TSI, Kjøretøyforskriften og Bane NORs tilleggsinformasjon og bestemmelser).

Figur 1 viser en skisse av de forskjellige anleggskategoriene:

  • Blå firkant: Delsystem energi som angitt i Tekniske spesifikasjoner for samtrafikkevne for delsystem energi
  • Gul sirkel: Banestrømforsyningsanlegg
  • Grønne piler: Kraftsystem
  • Røde trekanter: Kontaktledningsanlegg
Figur 1: Skisse av systemet med angivelse av delsystem energi (blå firkant), banestrømforsyning (gul sirkel), kontaktledning (røde trekanter) og kraftsystem (grønne piler)

1.3 Anvendelsebetingelser

  • Spenning og frekvens:
    • Nominelt 16,7 Hz 15 000 V
    • Frekvensstiv omforming
  • Samkjørt kontaktledningsanlegg:
    • Autotransformatorsystem (2∙15 000 V) med seksjonert kontaktledning
    • Konvensjonell kontaktledning med eller uten sugetransformatorer og returledning

1.4 Tekniske spesifikasjoner for samtrafikkevne

Samtrafikkforskriften vedlegg III stiller krav til energiforsyningen:

  • Generelt som jernbaneinfrastruktur i punkt 1
  • Spesielt med tanke på sikkerhet, miljøvern og teknisk forenelighet i punkt 2.2

Teknisk spesifikasjon for samtrafikkevne for delsystem energi (ENE TSI er hjemlet i samtrafikkforskriften og stiller krav til strømforsyningen til tog med tanke på

  • Variasjonsområde for spenning og frekvens
  • Ytelse
  • Kontinuitet i strømforsyningen i tilfelle av forstyrrelser i tunneler
  • Regenerativ bremsing (tilbakemating)
  • Koordinering av vern og kortslutningsstrømmer
  • Overharmoniske og dynamiske fenoméner
  • Elektromagnetisk kompatibilitet
  • Energimåling- og avregning
  • Beskyttelse mot elektrisk sjokk
  • Rutiner og prosedyrer i normal drift, unormal drift og ved ulykker/nødstilfeller
  • Vedlikeholdsrutiner
  • Kompetanse hos infrastrukturforvalter
  • Helse og sikkerhet

Teknisk spesifikasjon for samtrafikkevne for sikkerhet i jernbanetunneler (SRT TSI) er også hjemlet i samtrafikkforskriften og stiller krav vedrørende strømforsyningen til tog med tanke på:

  • Seksjonering av kontaktledningen
  • Jording av kontaktledningen
  • Strømforsyning
  • Elektriske kabler
  • Elektriske installasjoners pålitelighet
  • Fremgangsmåte ved jording

Teknisk spesifikasjon for samtrafikkevne for drift og trafikkstyring (OPE TSI) er også hjemlet i samtrafikkforskriften og stiller krav vedrørende strømforsyningen til tog med tanke på:

  • Beredskapsplaner for gjennopprettelse av forsyning etter etter svikt
  • Relevant informasjon om strømforsyningsanleggene som utleveres togselskapene

Disse kravene gjelder uavhengig av Teknisk regelverk. Regelverket kan referere kravene eller presisere krav til utførelse. Spesifikasjonen angir også hvordan de ulike kravene skal vurderes av uavhengig tredjepart (teknisk kontrollorgan) for utstedelse av EC-sertifisering. Spesifikasjonen bygger på standardene EN 50163:2004 og EN 50388:2012 som også gir regler for verifisering av oppfyllelse av kravene. Se forøvrig følgende samsvarstabeller:

2 Systemkrav

2.1 Egenskaper

a) Nominell spenning og frekvens: Strømforsyningen til tog skal ha en nominell spenning og frekvens på henholdsvis 15000 V og 16,7 Hz som er Bane NORs valg blant tillatte systemer i ENE TSI punkt 4.2.3 1).

  1. Utførelse: Enfasenettet skal være frekvensstivt mot 50 Hz-nettet for standardisering og samkjøring med dagens system, det vil si at driftsfrekvensen i praksis benevnes som 16 2/3 Hz.
  2. Utførelse: Spenning og frekvens skal settes av matestasjoner som beskrevet i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Matestasjoner, eventuelt ved bruk av autotransformatorer.
  3. Unntak (til 1): Hele eller deler av enfasenettet kan drives frekvenselastisk etter utredning.
  4. Unntak: Andre systemer kan velges innenfor rammene av ENE TSI dersom konseptvalgutredning (KVU) anbefaler dette til tross for brutt standardisering og manglende samkjøring med dagens system.
Frekvensstivt betyr at frekvensen i enfasenettet følger frekvensvariasjonene i det overliggende trefasenettet med et fast forhold på 1/3. Frekvenselastisk betyr at frekvensen i enfasenettet tillates å variere avhengig av enfasebelastningen for å tillate effektstyring og det er ikke et fast forhold til frekvensen i trefasenettet.

b) Samkjøring: Kraftsystemet skal i normal drift samkjøres på enfasesiden for redundant forsyning med størst mulig kapasitet til togene, utnyttelse av bremseenergi og reduksjon av overføringstap og antall matestasjoner.

  1. Utførelse: Manglende samkjøring (inklusive øydrift) på grunn av for eksempel seksjonering av kontaktledningen (se for eksempel krav om koblingsmuligheter) kan likevel hyppig forekomme og skal derfor hensyntas i design og dimensjonering av systemet og dets anlegg og komponenter.
  2. Verifikasjon: Optimal samkjøring (lastfordeling, lastflyt etc.) skal verifiseres med en lastflytanalyse som også gir anbefaling for innstilling av regulatorer i matestasjonene.

c) Koblingsmuligheter: Kraftsystemet skal ha tilstrekkelige hurtige koblingsmuligheter for å sikre tilgjengelig effekt, selektiv vernutkobling, feilsøking og -klarering, tilstrekkelig fleksibilitet i togfremføringen og tilstrekkelig tilgjengelighet for vedlikehold.

  1. Utførelse: Koblingsmulighetene i kraftsystemet skal koordineres med sporplan, signalanlegg og matestasjoner for sikker og effektiv drift, vedlikehold og håndtering av avvikssituasjoner.
  2. Utførelse: Matestasjoner skal kobles til kontaktledningsanlegget ved hjelp av koblingsanlegg som beskrevet i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Koblingsanlegg
  3. Utførelse: Ved sammenkobling av flere baner, linjer eller hovedspor skal eget koblingsanlegg som beskrevet i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Koblingsanlegg vurderes.
  4. Utførelse: Se forøvrig krav i
    1. Kontaktledning/Prosjektering/Seksjonering
    2. Kontaktledning/Prosjektering/Autotransformatorsystem med seksjonert kontaktledning
    3. Banestrømforsyning/Prosjektering/Sonegrensebryter
  5. Dokumentasjon: Det bør utføres en systematisk oversikt som beskriver mulige og lovlige koblingssituasjoner, verninnstillinger, eventuelle operative tiltak, etablering av arbeidsområder, mulige korridorer gjennom store stasjoner og restriksjoner basert på tilgjengelighetsanalyse og risikoanalyse for et større område (eksempel Oslo-området, Stavangerområdet etc.) som input til retningslinjer for elkraftoperatør.
  6. Operative tiltak: Det bør utarbeides beskrivelse av operative tiltak (for eksempel tiltakskort) til bruk på elkraftsentralen for mulige og lovlige koblingssituasjoner.

d) Fjern- og lokalkontroll: Kraftsystemet skal i tillegg til FEF §2-11 kunne overvåkes og styres på en effektiv, sikkerhetsmessig og hensiktsmessig måte.

  1. Utførelse: Alle stasjonsanlegg og viktige brytere skal kunne fjernstyres og blokkeres fra elkraftsentral i tillegg til å kunne frigis for lokal betjening på stedet.
  2. Utførelse: Elkraftoperatør skal presenteres informasjon om status, hendelser og måleverdier i systemet til kunne styre, regulere og overvåke kraftsystemet samt utføre feilsøking.
  3. Utførelse: Overvåkningsanlegget skal minimum lagre informasjon presentert elkraftoperatør samt eventuelle ytterligere hendelser og måleverdier som gjør det mulig å grovt kunne etablere årsaksforhold ved feil og alvorlige feil, ta ut feil- og belastningsstatistikk og lage kjøre/driftsplaner.
  4. Utførelse: All lagret informasjon skal være lett tilgjengelig for eksport til et åpent filformat for effektiv videre analyse.
  5. Utførelse: Elkraftoperatør skal ihht. NEK TS 50562:2011 kunne bryte banestrømmen med to redundante brytere.
  6. Utførelse: Se nærmere detaljerte krav i Banestrømforsyning/Prosjektering/Fjernstyring og Banestrømforsyning/Bygging/Fjernstyring.
  7. Utførelse: Se også krav til registrering av hendelser i Banestrømforsyning/Vedlikehold/Generelle tekniske krav/Vedlegg/Sporbarhet for systemer og komponenter (Normativt) .

e) Håndtering av feiltilstander: Alle komponenter i kraftsystemet skal være vernet slik at skade som følge av feil eller overbelastning begrenses i størst mulig grad.

  1. Utførelse: Vernutrustningen skal for å påvirke togtrafikken i minst mulig grad være oppbygd selektivt slik at bare den feilbefengte delen av anlegget blir satt ut av drift.
  2. Utførelse: Vern skal prosjekteres, bygges og innstilles som angitt Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Vern.

f) Maksimal kortslutningsstrøm: Kortslutningsstrømmen i kraftsystemet skal ikke overskride dimensjoneringsverdiene i Felles elektro/Prosjektering og bygging/Generelle tekniske krav#Dimensjonerende kortslutnings-strømmer og varigheter for 15 kV-anlegget og skal ikke overskride verdiene gitt i ENE TSI punkt 4.2.8.

  1. Verifikasjon: Beregnede maksimale kortslutningsstrømmer skal dokumenteres i en teknisk rapport.

Krav vedrørende egenskapene robusthet, dimmensjonering og overharmoniske og dynamiske fenomener er gitt i de etterfølgende underkapitlene med samme tittel.

Teknisk regelverk Kontaktledning/Prosjektering/Generelle tekniske krav#Tekniske løsninger stiller krav om at alle nye kontaktledningsanlegg skal bygges med autotransformatorsystem med seksjonert kontaktledning.

2.2 Funksjoner

SRT TSI punkt 4.2.2.2 krever manuell eller fjernstyrt jording av kontaktledningen i tunneler med lengde over 1 km for effektiv sikring av høyspenningsanlegget i nødsituasjoner. I Norge ønsker brann og redningsetatene selv å forestå jording av anleggene etter at Bane NOR har garantert at de er frakoblet ihht. SRT TSI punkt 4.4.4. For å forenkle kommunikasjonen med brann og redningsetatene, unngå faren for å bli påkjørt av tog under redning og redusere antall brytere i tunnelanleggene finner Bane NOR følgende krav om felles endepunktsjording av alt høyspenningsanlegg formålstjenelig:

a) Endepunktsjording: Strekninger med tunneler skal ha fjernstyrt frakobling med seriejording av hele kontaktledningsanlegget (inklusive eventuelle AT-ledninger) i alle punkter som kan tilføre spenning.

  1. Utførelse: Jordingsbryteren skal ha sikker stillingsindikering i hver fase.
  2. Operative tiltak: 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.

b) Hurtigutkobling: Togleder og togekspeditør skal på en enkel måte hurtig kunne koble ut spenningen på kontaktledningsanlegget for å stoppe fremdriften på elektriske tog og forhindre berøring av spenningssatt anlegg på et definert område.

  1. Operative tiltak: Hurtigutkoblingen kan kun tilstrekkelig stoppe fremdriften på elektriske tog når Togframføringsforskriften §7-15 følges.
  2. Utførelse: Inntil videre gjelder Banestrømforsyning/Prosjektering/Nødfrakobling og Banestrømforsyning/Bygging/Nødfrakobling med de begrensninger som er angitt.

c) Energimåling i grensesnitt: For å tillate energiavregning mellom nettområder og mellom Bane NOR og andre eiere av enfasenett skal det installeres elektrisitetsmålere i disse grensesnittene.

  1. Unntak: Elektrisitetsmåler kan utelates dersom det andre enfasenettet er av begrenset størrelse, ikke har egen innmating og at forbruket på området enkelt kan avregnes ved hjelp av andre metoder (for eksempel driftsområder tilhørende et togselskap).
  2. Utførelse: Se krav til elektrisitetsmålere i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Generelle tekniske krav#Elektrisitetsmålere.

d) Energimåling av uttak: For bidrag til korrekt avregning og nødvendig informasjon til styring av eget strømforbruk skal uttak på 8000 kWh per kalenderår skal måles og avleses iht. Bane NOR standardvilkår for avregning av 16 2/3 Hz energi og prinsippene i Forskrift om kraftomsetning og nettjenester.

  1. Utførelse: Se krav til elektrisitetsmålere i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Generelle tekniske krav#Elektrisitetsmålere med unntak fra kravene om fjernavlesning og tidsoppløsning.

3 Robusthet

Pålitelighet, tilgjengelighet og vedlikeholdbarhet er viktig for kraftsystemet og anleggene det består av for å sikre en robust strømforsyning til togene. Som underlag for regelverket er det gjennomført en kvalitativ risikoanalyse som har resultert i de generelle kravene som er gjengitt i dette kapittelet. Kravene indikerer et forventet tilgjengelighetsnivå som de ulike kravene til de ulike anleggene er harmonisert ut i fra. De er også input til momenter som det er naturlig å undersøke i en tilgjengelighetsstudie. Ettersom det sannsynligvis finnes flere løsninger som oppfyller strekningens tilgjengelighetskrav er det naturlig at tilgjengelighetsstudien brukes som underlag til en eventuell dispensasjon. Kravene fritar ikke for Vurdering av risiko og erklæring om samsvar iht. FEF §2-2.

3.1 Generelt

En trafikksimulering kan med nøyaktighet predikere belastningen i kraftsystemet gitt forutsetningene og rammebetingelsene. På grunn av svært varierende og til dels uforutsigbare rammebetingelser, spesielt i ruteplaner, bruk av ulike typer rullende materiell og trafikkforstyrrelser, kan ikke en nøyaktig simulering gi den endelige prognosen for dimensjonering av strømforsyningen. Det er derfor nødvendig med robuste anlegg.

a) Generell robusthet: Strømforsyningen til tog skal være robust mot endringer som ofte kan forventes og bør være robust mot unormale driftsituasjoner.

  1. Utførelse: Se mer spesifikke krav i etterfølgende avsnitt samt kapittel om spesifikk dimensjonering.
  2. Verifikasjon: Vurderingene som legges til grunn skal dokumenteres.

b) Tilgjengelighetsstudie: For alle stasjonsanlegg (matestasjoner, koblingshus, sonegrensebrytere osv.) og ledningsanlegg skal det i prosjekteringen utføres en pålitelighetsstudie som sannsynliggjør forventede RAM-parametere over anleggets levetid og konsekvens for kraftsystemet anlegget er en del av.

  1. Utførelse: Studien skal skille mellom planlagt utilgjengelighet (eksempel forebyggende vedlikehold) og ikke planlagt utilgjengelighet (eksempel feil).
  2. Utførelse: Studien skal skille mellom kortvarig (< 1 dag) og langvarig (> 1 dag) utilgjengelighet.
  3. Dokumentasjon: Studien skal dokumenteres i en teknisk rapport som beskriver både forutsetninger, analysemetodikk og resultater.
  4. Unntak: For kontaktledningssystemer i Kontaktledning/Prosjektering/Kontaktledningssystemer#Valg av kontaktledningssystem kan tilgjengelighetsstudien begrenses til å gjelde seksjonerings- og omkoblingsmuligheter, bruk av matekabler, forbigangsledning osv.
  5. Verifikasjon: Rapporten skal oppdateres for eventuelle endringer etter bygging.
Merk at også kortvarige bortfall av kontaktledningsspenningen kan få innvirkning på togfremføringen på grunn av krav om hurtigutkoblingsfunksjon og etterlevelse av togfremføringsforskriftens §7-15 (straks reduksjon til sikthastighet).

Det arbeides med å ta fram overordnede krav eller mål for tilgjengeligheten for infrastrukturen generelt og kraftsystemet spesielt. Etablering av RAM-krav er uansett steg 4 i RAMS-prosessen.

3.2 Sårbarhet

Krav vedrørende sårbarhet og beredskap er for det meste er dekket av myndighetskrav (Energiloven §9-3, Energilovforskriften §3-5 c) og Beredskapsforskriften §5, SRT TSI punkt 4.2.3 og 4.4.4, OPE TSI punkt 4.2.3.6.3, Forskrift om systemansvar §12 og 13) samt av andre styrende dokumenter i Bane NOR(Sikkerhetshåndboka) og må være tema i RAMS- og ROS-vurderinger i hvert enkelt prosjekt. En stor del av den potensielle sårbarheten er ivaretatt av kravet om normalt samkjøring av kontaktledningsnettet.

I Jernbaneverkets rapport “Utfordringer og valg for jernbanesektoren, herunder omfang og standard av jernbanenettet” (2003) beskrives det i kapittel 4.7.2 “Sårbarhet og beredskap” at det vil være en kritisk situasjon dersom strømforsyningen faller ut for større regioner eller hele landet og konkluderer med at “Det er viktig for beredskapen at hver landsdel hver for seg, kan være lokalt styrt og ha tilstrekkelig kunnskap, ressurser og tekniske muligheter til å drive togproduksjon under en krise i andre landsdeler eller regioner”.

Derfor gjelder følgende krav:

a) Selvstendighet: Kraftsystemet og anleggene skal designes mest mulig selvstendige, det vil si med/som autonome enheter.

  1. Utførelse: Sidestilte komponenter og anlegg skal være uavhengige.
  2. Utførelse: Ved manglende overordnet styring eller overvåkning skal anleggene fremdeles operere selvstendig innenfor forsvarlige rammer.
  3. Verifikasjon: Selvstendigheten skal testes under realistiske forhold.

b) Regional uavhengighet: Utfall av primærforsyning (normalt: trefase energiforsyning) eller fjernstyringsmulighet i en landsdel eller region skal ikke fjerne muligheten for lokal drift i andre landsdeler eller regioner.

  1. Verifikasjon: Enkel risikoanalyse skal gjennomføres som en del av kraftsystemplanleggingen, se forklaringen over.

c) Tilstrekkelige koblingsmuligheter: Strømforsyningen skal ha tilstrekkelig antall fjernstyrte koblingsmuligheter for å sikre forsyning til tog i kritiske situasjoner.

  1. Utførelse: Kritiske steder (for eksempel jernbanetunneler over 5 km og utsatte og vanskelig tilgjengelige fjelloverganger hvor evakuering kan være vanskelig) bør ha redundant (for eksempel tosidig) mating.
  2. Verifikasjon: Enkel risikoanalyse skal gjennomføres som en del av kraftsystemplanleggingen, se forklaringen over.
Det kan også være kritisk for passasjerer innestengt i tog som har stoppet på linjen ved manglende strømforsyning, eks. overoppheting, luft etc.

d) Seksjoneringsmuligheter: Hvert trafikkområde (eks. by) bør kunne seksjoneres ut og driftes som selvstendig øy, det vil si adskilt fra resten av nettet ved hjelp av en dødseksjon (for eksempel for å kunne midlertidig kunne håndtere ulik innfasing av matestasjoner etc.).

  1. Verifikasjon: Enkel risikoanalyse skal gjennomføres som en del av kraftsystemplanleggingen, se forklaringen over.

Eksempler på trafikkområder med tilhørende mulig plassering av dødseksjon:

  • Bergen: Øst for Voss
  • Stavanger: Øst for Egersund
  • Trondheim: Sør for Støren og Øst for Hell
  • Oslo:
    • Østfoldbanen vestre linje: Sør for Ski eller Moss
    • Østfoldbanen østre linje: Sør for Mysen
    • Drammenbanen: Mellom Asker og Drammen eller Utenfor Drammen før Sande og Hokksund.
    • Gjøvikbanen: Ved Stryken
    • Dovrebanen: Nord for Eidsvoll
    • Kongsvingerbanen: Øst for Årnes


Ekstraordinære forhold er, jf. Beredskapsforskriften §5-1:
  • uvær og annen naturskade,
  • brann og eksplosjoner,
  • alvorlig teknisk svikt og
  • innbrudd, hærverk, sabotasje og andre kriminelle handlinger

e) Sikring: Kraftsystemet skal sikres mot ekstraordinære forhold etter risiko og sårbarhetsvurderinger hjemlet i Forskrift om sikring på jernbane (Krav til utførelse av Sikringsrisikovurdering ID: R004K16), FEF §2-2, Jernbaneinfrastrukturforskriften §3-1 (RAMS) og krav i Teknisk regelverk for øvrig.

  1. Utførelse: Teknisk regelverk Banestrømforsyning og Felles elektro stiller relevante krav til sikring av elektrotekniske anlegg med tanke på overspenninger, reservestrømforsyning og utforming av elektrotekniske bygninger og rom.
  2. Utførelse: Beredskapsforskriften med veiledning, spesielt §5, inneholder relevante krav til sikring av energiforsyningsanlegg og bør følges så langt som rimelig for banestrømforsyningsanlegg (inklusive kontaktledning) der Teknisk regelverk eller andre kravsamlinger ikke stiller andre krav.

Tabell 1 gir forslag til typisk klassifisering av anleggene som utgangspunkt for den spesifikke risikovurderingen (jf. Beredskapsforskriften §5-8).


Tabell 1: Forslag til typisk klassifisering av banestrømforsyningsanlegg
Klasse iht. Beredskapsforskriften Konsekvens Eksempel
Uklassifisert Begrenset lokal Sonegrensebrytere og andre mindre matestasjoner og koblingshus samt mindre viktig kontaktledning (etter særskilt vurdering)
1 Lokal på strekningsnivå (større andel) Matestasjoner, koblingshus, elkraftsentraler og ledningsanlegg
2 Regional Matestasjoner, koblingshus, elkraftsentraler og ledningsanlegg som er spesielt viktige for trafikken på flere banestrekninger eller en i region (eks. Oslo S)
3 Landsdekkende Fjernstyringsanlegg Elkraft (FJEL) (vurder nærmere i risikovurderingen)

3.3 Redundans

En jernbanestrekning med spor og kontaktledning er i hovedsak en seriestruktur hvor alle komponentene i systemet må fungere for at togene skal kunne kjøre. I et slikt system er det for enkeltspor praktisk vanskelig å få til redundans. Innmating til kontaktledningen foregår imidlertid punktvis langs strekningen og fungerer som en parallellstruktur når kraftsystemet er samkjørt. Dette gjør bruk av redundans for å øke tilgjengeligheten til banestrømforsyningsanleggene praktisk mulig og nyttig for en best mulig tilgjengelighet på effekt levert til togene. Kravet om n-1 innebærer at det er mulig å drifte jernbanesystemet med hvilken som helst enkeltkomponent utkoblet. Det øker også vedlikeholdbarheten til anleggene. Dublering er ikke en nødvendig måte å tilfredsstille kravet om n-1 på.

Inntil det eventuelt foreligger kvantitative tilgjengelighetskrav eller -mål for kraftsystemet og anleggene som inngår gjelder følgende kvalitative redundanskrav:

a) n-1: Kraftsystemet skal være planlagt, utformet og konstruert slik at det kan forsyne togtrafikken med tilstrekkelig effekt innenfor anleggenes grenser for spenning og termisk belastning ved utilgjengelighet av en vilkårlig enkeltkomponent (for eksempel mateenhet, bryter eller ledning) som med rimelighet kan antas å bli tatt ut av drift i sin helhet ved feil eller planlagt vedlikehold.

  1. Utførelse: Dersom kravet søkes tilfredsstilt ved flere komponenter/anlegg i parallell skal disse så langt det er mulig være uavhengige.
  2. Unntak: For Oslo-området (til og med første matestasjon i hver retning fra Oslo koblingshus) skal det legges til grunn samtidig utfall/stans av to vilkårlige mateenheter ettersom Oslo S er et meget viktig knutepunkt i jernbanetrafikken.
  3. Unntak: Kontaktledningen kan utferdiges uten redundans ettersom det er praktisk umulig å bygge slikt samt umulig å opprettholde trafikken dersom kontaktledningen er mekanisk revet ned.
  4. Unntak: Utfall av enkeltkomponenter kan aksepteres der sviktsannsynligheten er svært lav og en med enkle og raske tiltak kan gjenopprette normal togtrafikk.
  5. Verifikasjon: Vurderingene som legges til grunn skal dokumenteres.

b) Serieutfall: Ingen hendelser som resulterer i utfall av en eller flere komponenter eller anlegg med normal feilrettingstid eller kortslutninger med forsinket innkobling (blokkert bryter eller feil på vern) skal kunne forårsake serieutfall eller manglende systemstabilitet.

  1. Utførelse: I tilfelle store systemforstyrrelser slik som utfall av to eller flere komponenter eller anlegg kan kontrollert bortkobling eller reduksjon av last aksepteres for at grenser for spenning og termisk belastning på gjenværende komponenter skal overholdes.
  2. Verifikasjon: Risikoen ved (dvs. sannsynligheten for og konsekvensen av) ekstreme hendelser slik som utfall av matestasjon og overføringslinje skal undersøkes.
  3. Operative tiltak: Det bør utarbeides beskrivelse av operative tiltak (for eksempel tiltakskort) til bruk på elkraftsentralen for påregnelige systemforstyrrelser.

c) Uavhengige spor: Parallelle spor skal være elektrisk uavhengige av hverandre for å forenkle vedlikehold og selektiv vernutkobling.

  1. Utførelse: Ved frakobling av et spor eller seksjon på en stasjon skal fremdeles nabospor/-seksjon kunne være spenningssatt.
  2. Unntak: Flere spor på en stasjon kan kobles sammen i grupper under forutsetning av at grupperingen i praksis ikke reduserer mulighetene for vedlikehold og hensetting av rullende materiell og så lenge relevante krav i Kontaktledning/Prosjektering/Generelle tekniske krav#Nærføringer og kryssinger er oppfyllt.

4 Dimensjonering

Samtrafikkforskriften vedlegg III punkt 2.2.3 krever at “forsyning av elektrisitet skal gjøre det mulig for togene å oppnå de spesifiserte nivåene for yteevne”. ENE TSI gir overordnede føringer for dimensjonering av banestrømforsyningen. Merk at kravene gitt av ENE TSI er internasjonale minimumskrav og ikke nødvendigvis tilstrekkelige dimensjoneringskriterier. Derfor gjelder i tillegg kravene i dette kapittelet.

a) Dimensjonering: Verdiene og grensene for spenning og frekvens skal iht. ENE TSI punkt 4.2.3 2) være i samsvar med punkt 4 i EN50163:2004.

b) Ytelse: Kraftsystemets ytelse skal tilfredsstille krav iht. ENE TSI punkt 4.2.4.

  1. Unntak: Særtilfelle som i Forskrift om innføring av ENE TSI §2

NEK EN 50163:2004 punkt 3.16 og 3.17 definerer henholdsvis "normal drift" og "unormal drift" og gir infrastrukturforvalter rom for å definere egne regler. Teknisk regelverk er Bane NORs egne regler og inneholder blant annet det generelle n-1-kriteriet i Redundans. Videre er det Bane NORs vurdering at definisjonen av normal trafikk i 3.16 inneholder for små marginer mot endringer som hyppig forekommer i vårt jernbanesystem. Derfor er dette presisert i kravene under.

4.1 Kvalitet

a) Generell kvalitet: Kvaliteten på den elektriske energiforsyningen skal ved normal infrastruktur ikke være en begrensning for påregnelig trafikk.

  1. Utførelse: Påregnelig trafikk skal omfatte fremtidig ruteplan med forsinkelser samt bytte av trekkraftmateriell, ekstratog og endret togvekt.
  2. Utførelse: Normal infrastruktur skal med mindre tilgjengelighetsstudien i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Robusthet/Generelt tilsier noe annet omfatte
    1. utfall og vedlikehold av en vilkårlig enkeltkomponent og planlagte koblingsmuligheter som angitt i #Redundans
    2. både samkjøring, seksjonering og øydrift som angitt i #Systemkrav
  3. Unntak: I spesielle tilfeller kan økt kjøretid på grunn av strømforsyningens kvalitet hensyntas i ruteplanleggingen.
  4. Verifikasjon: Vurderingene som legges til grunn skal dokumenteres.

b) Lav spenning: Spenningen på togs strømavtaker skal normalt være god nok til at togene med sikkerhet kan følge ruteplanen uten forsinkelse.

  1. Utførelse: Erfaring har vist at en kan anta at tog holder ruta si ved spenning høyere enn 13,5 kV.
  2. Verifisering: Vurderingene som legges til grunn skal baseres på målinger eller beregninger og skal dokumenteres.
  3. Vurdering: Økt ikke målbar kjøretid på grunn av strømforsyningen kan aksepteres så lenge dette ikke blir et problem for togfremføringen.

ENE TSI punkt 4.2.3 beskriver tillatt variasjonsområde for kontaktledningsspenningen hvor Umax2 er definert som høyste ikke-permanente spenning. Det er i Bane NORs nett ingen krav til lengde på «unspecified period» beskrevet under punkt 4.1 bokstav f) i NEK EN 50163:2004 dersom spenningsøkningen forårsakes av tilbakemating av effekt. Følgende presisering gjelder derfor på samme måte som i Kjøretøyforskriftens vedlegg punkt 8.2.1.3:

c) Høy spenning: Et trekkraftkjøretøy kan kontinuerlig generere spenning opp til Umax2 ved tilbakemating.

4.2 Påregnelige påkjenninger

FEF §2-1 krever at anlegg og utstyr skal være robust og egnet for alle påregnelige påkjenninger. Derfor gjelder minimum følgende immunitetskrav (listen er ikke uttømmende for alle anlegg i alle situasjoner):

a) Driftsspenning: Påregnelige driftspenninger (både i amplitude og frekvens) skal være ihht. ENE TSI punkt 4.2.3.

  1. Unntak: Et trekkraftkjøretøy kan i tillegg kontinuerlig generere spenning opp til Umax2 ved tilbakemating, se forklaring i avsnittet over (Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Dimensjonering/Kvalitet).

b) Overspenninger: Påregnelige overspenninger skal være ihht. Felles elektro/Prosjektering og bygging/Isolasjonskoordinering og overspenningsbeskyttelse#Isolasjonsnivå i 15 kV-anlegget og ihht. NEK EN 50388:2012 punkt 10.4 og NEK EN 50163:2004 Annex A.

  1. Unntak: For innendørsinstallasjoner kan merkespenning ved driftsfrekvens (effektivverdi) på 50 kV og maksimal holdespenning på 125 kV aksepteres forutsatt koordinering med tilsvarende overspenningsavledere for å standardisere komponenter med de andre 16,7 Hz landene.

c) Laststrøm: Påregnelig laststrøm skal bestemmes av dagens og forventet fremtidig trafikk og infrastruktur, se krav til kvalitet, margin og trafikkprognose.

e) Effektretning: Påregnelig aktiv og reaktiv effektretning for laststrømmen skal være i alle fire kvadranter på grunn av togenes effektfaktor (inklusive kapasitive filtere), tilbakemating og effektflyt på grunn av samkjøring.

  1. Utførelse: Kraftsystemet skal iht. ENE TSI punkt 4.2.6 designes for sømløs tilbakemating/regenerativ bremsing fra tog.
Rullende materiell kan ha installert passive filtre for reduksjon av overharmoniske strømmer eller høyspentkabler med betydelig kapasitans. Størrelsen på kapasitansen er for nytt rullende materiell begrenset av NEK EN 50388:2012 punkt 6.3. Eksisterende tyristorlokomotiver har filtre på 0,6 MVAr (ved 16,7 Hz) For noen lokomotiver reduseres den kapasitive effekten til 10% ved parkering). Ved flere tog parkert sammen kan den kapasitive effekten bli betydelig.

f) Kortslutningsstrøm: Påregnelig kortslutningsstrøm skal være ihht. Felles elektro/Prosjektering og bygging/Generelle tekniske krav#Dimensjonerende kortslutnings-strømmer og varigheter for 15 kV-anlegget.

g) THDi: Påregnelig total harmonisk strømforvrengning (THDi) bør på grunn av stor andel (eldre) kraftelektronikklaster,diodelikeretting ved hensatt materiell og statiske omformere som går i strømgrense være 96 %.

  1. Betingelse: De enkelte ulike overharmoniske størrelser kan antas å se ut som vist i Tabell 2 (overharmoniske vist i pu, ref Is) og strømmen kan ha flere (observert opp til fem) nullgjennomganger.
  2. Betingelse: Likestrømmer i enfasenettet kan i tillegg gi metning av transformatorer med tilhørende generering av like harmoniske strømmer.
  3. Unntak: Matestasjoner kan redusere ytelsen ved overharmonisk belastning for å hindre utkobling pga. overbelastning, se Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Matestasjoner#Overharmoniske.
  4. Verifikasjon: En teoretisk studie skal beskrive hvordan komponenten fungerer under den påregnelige påkjenningen.
  5. Verifikasjon: Test tilpasset komponenten skal gjennomføres så langt praktisk mulig og bør baseres på konklusjonen fra de teoretiske analysene.
  • THD: Total Harmonic Distortion
  • XS: Effektivverdien av sum signal
  • Xn, n=1,2,3...: Effektivverdien av signalets frekvenskomponent n*grunnharmoniske
  • Xh: Effektivverdien av overharmonisk signal
\text{THD}\mathrm{=}\sqrt{\frac{{X}_{S}^{2}\mathrm{-}{X}_{1}^{2}}{{X}_{1}^{2}}}\mathrm{=}\frac{{X}_{h}}{{X}_{1}}

Tabell 2: Belastningens antatte fordeling av de enkelte overharmoniske ved forskjellige verdier av THD

THD IS I1 I3 I5 I7 I9
0,31 1,00 0,95 0,27 0,11 0,07 0,04
0,58 1,00 0,87 0,46 0,19 0,12 0,07
0,96 1,00 0,71 0,62 0,25 0,16 0,09

Merk at ved summering av strøm fra flere linjer kan overharmoniske summeres opp og grunnharmoniske kanselleres ved kombinasjoner av fasevinkler og resultere i et stort relativt innhold av overharmoniske.

h) THDu: Påregnelig total harmonisk spenningsforvrengning (THDu) kan på grunn av stor andel (eldre) kraftelektronikklaster være 30 % .

  1. Betingelse: Andel av enkelte lavere overharmoniske kan antas å være 24 %, 16 % og 5 % av grunntonen for henholdsvis 3., 5. og 7. harmoniske.
  2. Unntak: THDu kan antas å være lavere nær matestasjoner som mater.
  3. Verifikasjon: En teoretisk studie skal beskrive hvordan komponenten fungerer under den påregnelige påkjenningen.
  4. Verifikasjon: Test tilpasset komponenten skal gjennomføres så langt praktisk mulig og bør baseres på konklusjonen fra de teoretiske analysene.

i) Lavfrekvente pendlinger: Påregnelige lavfrekvente effektpendlinger kan forårsake spenningsvariasjoner på opp til 2 kV og frekvensvariasjoner på opp til +/- 2 % fra nominell frekvens.

Flere eksisterende roterende frekvensomformere har en dårlig dempet elektromekanisk resonansfrekvens ved 1,5...2,0 Hz, se #Lavfrekvent stabilitet og Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem/Vedlegg/Kompatibilitetsstudie steg 1-7 (Informativt).

j) Dynamiske hendelser: Påregnelige dynamiske hendelser kan være hurtig lastendring (for eksempel ved togs sliring eller passering av dødseksjoner), lastavslag, kortslutning, utkobling av kortslutning, spenningssetting samt inn og utkobling av både infrastrukturkomponenter (autotransformatorer, matestasjoner etc.) og rullende materiell som kan gi innkoblingsstrøm.

  1. Verifikasjon: Test tilpasset komponenten skal gjennomføres så langt praktisk mulig.

Typiske hastigheter for endring effekt er erfaringsmessig i størrelsesorden

  • Motorvognsett: Nominell ytelse på 1 s (1500 A/s er observert).
  • Godstogslokomotiver: Nominell ytelse på 5 s.

k) Innkoblingsstrøm: Påregnelig innkoblingsstrøm bør være betydelig, se lærebokstekst under.

Ved spenningssetting av en utgående linje kan det oppstå høye innkoblingsstrømmer (eng.: inrush current). For transformatorer skyldes innkoblingsstrømmen misforhold mellom nødvendig magnetisering av jernkjernen i innkoblingsøyeblikket og magnetiseringen som gjenstår fra forrige gang transformatoren var spenningssatt (remanens). I banestrømforsyningen finnes både togtransformatorer, autotransformatorer, enfasetransformatorer, fjernledningstransformatorer og transformatorer for togvarme, biforbruk og reservestrøm. Sum innkoblingsstrøm fra alle disse transformatorene kan bli betydelig. Spesielt kan innkoblingsstrømmen på strekninger med autotransformatorer bli høy, se Jernbanekompetanse.no.
  • Forventet innkoblingsstrøm for 5 MVA autotransformator (oppgitt av leverandør) er:
    • 4,7 kA toppverdi, 1,7 kA middelverdi og halveringstid på 0,63 s ved innkobling på 16,5 kV og
    • 2,7 kA toppverdi, symmetrisk strøm 0,956 kA RMS og halveringstid på 1,05 s ved innkobling på 33 kV.
  • For flere typer eldre rullende materiell kobles ikke høyspentbryter ut når linjespenningen bortfaller hvilket kan resultere i høy innkoblingsstrøm ved spenningssetting av linjen igjen.
  • For nytt rullende materiell begrenses innkoblingsstrømmen for hvert togsett til 2,0 kA i henhold til Kjøretøyforskriftens vedlegg punkt 8.2.1.8 og høyspenningsbryter kobles automatisk ut og inn etter NEK EN 50388:2012 punkt 11.3.

l) Likestrøm: Påregnelig likestrøm utover det som er beskrevet i NEK EN 50388:2012 punkt 13, for eksempel på grunn av rim på kontakttråden, kan være opp til 40 A i 60 sekunder og 70 A kortvarig.

m) Forstyrrelser: Påregnelige forstyrrelser i kraftsystemet skal være i henhold til EN 50163:2004 Annex C (informativt).

  1. Verifikasjon: Se EN 50163:2004 Annex C.

n) Destabilisering av resonanser: Påregnelig destabilisering av resonanser i kraftsystemet (elektriske og andre) skal være som for eksisterende kraftelektronikkomponenter (rullende materiell og statiske omformerer).

  1. Utførelse: For elektriske resonanser se #Elektriske resonanser.
Se nærmere informasjon i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem/Vedlegg/Kompatibilitetsstudie steg 1-7 (Informativt).

4.3 Fremtiden

Både banestrømforsyningsanlegg og kontaktledningsanlegg har lang utredningstid, planleggingstid, byggetid og levetid sammenlignet med utviklingen av togtrafikken og markedet som togselskapene opererer i. Derfor er det viktig å dimensjonere for fremtiden når en gjør endringer i infrastrukturen.

Følgende krav gjelder:

a) Fremtidsprognose: Dimensjonering for fremtiden skal forankres i strategiske infrastrukturplaner og strategiske trafikkprognoser.

  1. Utførelse: Prognosene og planene bør være så robuste at de omfatter forsinkelser samt bytte av trekkraftmateriell, ekstratog og endret togvekt.
  2. Verifikasjon: Vurderingene som legges til grunn skal dokumenteres.

b) Laststrømsmarginer: Det skal legges til grunn tilstrekkelige marginer mot for høye laststrømmer for å unngå overbelastning av tekniske komponenter og for å unngå feiltilstander.

  1. Utførelse: Totale marginer bør som hovedregel være minst 15 %, det vil si 5 % mot usikkerheter i målinger og beregningsunderlag og 10 % reserve for forsinkelser samt bytte av trekkraftmateriell, ekstratog og endret togvekt.
  2. Unntak (fra 1): Større marginer bør benyttes for komponenter eller anlegg med lang levetid og/eller kostbar eller vanskelig oppgradering.
  3. Unntak (fra 1): Større marginer bør benyttes ved usikker eller lite robust fremtidig trafikkprognose.
  4. Unntak (fra 1): Der utstyr automatisk beskyttes med begrensningsfunksjon eller lignende kan marginene reduseres eller fjernes avhengig av risiko.
  5. Verifikasjon: Vurderingene som legges til grunn skal dokumenteres.

Se forøvrig krav vedrørende fremtidig endring av elektriske anlegg i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Generelle tekniske krav#Generelle tekniske krav.

4.4 Tilbakemelding

a) Kraftsystemets ytelses- og tåleevne: Etter (om)bygging av et anlegg skal eventuelle endrede forutsetninger for ruteplanleggingen eller togfremføringen rapporteres.

  1. Utførelse: Ved klassifiseringen bør det legges opp til mest mulig standardiserte verdier for enkel togfremføring ettersom det er lokomotivførerne som i praksis må håndtere begrensningen manuelt i mangel av en automatisk teknisk løsning.
  2. Dokumentasjon: Maksimal tillatt strøm/effekt (traksjon og tilbakemating) for en strekning skal angis i Network Statement.

5 Overharmoniske og dynamiske fenoméner

En kort introduksjon til ulike problemstillinger knyttet til kompatibilitet/teknisk forenelighet mellom banestrømforsyning og tog er gitt i EB.800110_000-000-008 med utdypning i www.jernbanekompetanse.no/Stabilitet i kraftsystemet.

5.1 Generelt

ENE TSI stiller krav om at delsystemene energi og rullende materiell skal være teknisk forenelige. Beste internasjonale praksis for å sannsynliggjøre teknisk forenlighet er ved en gjennomføring av en kompatibilitetsstudie ihht. NEK EN 50388:2012 punkt 10. En slik bred og systematisk tilnærming er spesielt viktig ved introduksjon av ny teknologi og nye tekniske løsninger hvor en tidlig i prosessen kartlegger mulige og ukjente konsekvenser ved endringen på en risikobasert måte. I steg 7 i kompatibilitetsprosessen skal det settes akseptansekriterier for det nye elementet. Disse kriteriene er tatt inn som krav i Teknisk regelverk så langt de er kjent og kan oppgis uavhengig av teknologi eller teknisk løsning for det nye elementet. Påregnelig harmonisk belastning er gitt i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Dimensjonering/Påregnelige påkjenninger.

Kravene gjelder for normal drift og de unormale driftsituasjoner som kraftsystemet skal håndtere. Det vil også si for de driftsmodi av kraftsystemet som planlegges, både for seksjonering av nettet og ulike modi for aktive komponenter (eks. strømbegrensning, utfall etc.)

ENE TSI punkt 6.2.4.4 kan gi inntrykk av at kompatibilitetsstudien kun skal utføres for statiske omformere. Merk at dette punktet kun er en spesifikasjon av hva teknisk kontrollorgan skal vurdere. TSIens krav i 4.2.8 gjelder fremdeles for hele kraftsystemet for øvrig. Derfor gjelder følgende presisering:

a) Kompatibilitetsstudie: Kraftsystemet skal iht. ENE TSI punkt 4.2.8 på en tilfredsstillende måte tillate samspill mellom kraftsystemkomponentene uten at bl.a. problemer som beskrevet i EN 50388:2012 avsnitt 10 oppstår.

  1. Utførelse: Det skal gjennomføres en kompatibilitetsstudie iht. beste praksis beskrevet i NEK EN50388:2012 punkt 10.3 ved relevant nybygging og endringer av jernbaneinfrastrukturen.
  2. Unntak (til 1): Studien kan avbrytes i steg 1 som beskrevet i NEK EN50388:2012 punkt 10.3.
  3. Utførelse: Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem/Vedlegg/Kompatibilitetsstudie steg 1-7 (Informativt) kan brukes som utgangspunkt, men bør tilpasses endringen av jernbaneinfrastrukturen som skal vurderes.
  4. Utførelse: En god praksis kan være å dele kompatibilitetsstudien i to deler:
    1. Del 1 som utføres (internt i JBV) som en del av risikovurderingene allerede på hovedplannivå og som gir input til tekniske spesifikasjoner og tilpasning og eventuell oppdatering av Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem/Vedlegg/Kompatibilitetsstudie steg 1-7 (Informativt) og
    2. Del 2 som gjennomføres (sammen med leverandør) etter at teknisk løsning er valgt og som gir input til endelig design av anlegget.

Akseptansekravet i NEK EN 50388:2012 punkt 10.4 er absolutt maksimumskrav. Permanente slike spenninger kan likevel skade komponentene i høyspenningsanlegget, spesielt overoppheting og svekking av isolasjon i overspenningsvern og transformatorer i både rullende materiell og energiforsyningen forøvrig. Merk at overspenningen kan anta flere ulike former og skyldes ulike dynamiske fenoméner slik som overharmoniske, transienter, ustabilitet, effektpendlinger osv. Det kan således være at systemet likevel ikke er teknisk forenelig selv om kravene til overspenning er overholdt.

For å begrense belastningen på overspenningsvernene i banestrømforsyningen kreves følgende i tillegg til NEK EN 50388:2012 punkt 10.4:

b) Kontinuerlig overspenning: Kontinuerlig overspenning skal ikke overstige 28 kV toppverdi, dvs. ikke 30 kV som angitt i NEK EN 50388:2012.

c) Kortvarig overspenning: Varigheten av overspenning opp til 30 kV toppverdi skal ikke overstige 5 minutter.

I fremtidig EN 50388 er det foreslått å redusere denne tiden til 30 s. Bane NOR vurderer bruk av overspenningsvern i omformere eller multifunksjonsvern som en ekstra barriere mot overspenninger og som dermed kan redusere usikkerhet/marginer og gi større fleksibilitet i utforming av kraftsystemet.

d) Simuleringsmodell: For at Bane NOR selv skal være i stand til å selv gjøre analyser av overharmoniske og dynamiske fenomener i eget kraftsystem skal det for relevante nye banestrømforsyningsanlegg leveres en verifisert og relevant dokumentert simuleringsmodell av anlegget som kan implementeres i et vilkårlig simuleringsprogram for kraftsystemanalyse.

5.2 Elektriske resonanser

Eksitasjon av elektriske resonanser mellom induktanser og kapasitanser i kraftsystemet kan føre til overspenninger, vernutkoblinger og påvirkning på signal og sikringsanlegg. Eksitasjonen kan være overharmonisk belastning eller reguleringsforhold ved bruk av kraftelektronikkomponenter om bord i tog eller i statiske omformere. De elektriske resonansene bestemmes i stor grad ved bruk av høyspentkabler, lengde på matestrekninger og driftsforhold (tog i trafikk, seksjonering etc.). Hovedsammenhengen er at økt total kapasitans senker nettets laveste resonansfrekvens og økt kortslutningsytelse øker resonansfrekvensen.

a) Laveste elektriske resonansfrekvens: For å sikre stabilitet og robust samtrafikkevne skal kraftsystemet (både med og uten rullende materiell) utformes uten elektriske resonanser med frekvens under fL = 87 Hz (iht. prEN50388-2:201Y)

  1. Verifikasjon: For overslagsberegninger av laveste resonansfrekvens kan vedlegg C i NEK TS 50238-2:2015 benyttes dersom det legges inn god margin. Se EB.800501-000 for målte karakteristikker for eksisterende omformere, kontaktledningsutforminger og tog.
  2. Verifikasjon: Overholdelse kan verifiseres ved hjelp av en teoretisk studie, for eksempel basert på tilnærmingen i www.jernbanekompetanse.no/stabilitet i kraftsystemet i kraftsystemet kapittel 5.8.
  3. Unntak: Dersom resonanser under fL er uungåelig (for eksempel på grunn av filter), skal disse ha tilstrekkelig demping dokumentert ved hjelp stabilitetsanalyser i hvert enkelt tilfelle ettersom det er forventet at kraftelektronikkomponenter bidrar med negativ demping (opptrer destabiliserende) under fL.
  4. Dokumentasjon: Verifikasjonen skal dokumenteres i en teknisk rapport hvor forutsetningene, metodikken og robustheten kommer tydelig frem.

b) Demping av elektriske resonanser: For å sikre driftsstabiliteten i jernbanennettet skal dårlig dempede resonanser med frekvens over fL unngås. Dette gjelder spesielt ved:

  • negativt dempebidrag fra styrte kraftelektronikkomponenter (tog og statiske omformere) som kan gi ustabilitet. Se EB.800501-000 for målte karakteristikker for eksisterende tog og omformere (høyeste aktive komponent er ved ca 300 Hz).
  • lav immunitet for ikke å forsterke støystrømmer, for eksempel 95 og 105 Hz for lavfrekvente sporfelt.
    Merk at tog i Norge har krav om 95/105 Hz overvåking og utkobling. Det vil si at selv om det ikke finnes 95/105 Hz sporfelt på aktuell strekning, kan tog fremdeles få problemer med å kjøre om denne frekvenskomponenten blir for stor.
  • høy emisjon for ikke å eksitere til overspenninger, for eksempel ved
    • lavere odde overharmoniske (7.: 116 2/3 Hz osv.) fra tyristorstyrte elektriske kjøretøy,
    • lavere like overharmoniske (6.: 100 Hz osv.) fra for eksempel metning av transformatorer ved rim på kontakttråden,
    • høyere overharmoniske (kjent opp til 4 kHz i Norge) fra for eksempel tog som står hensatt med nettstrømrettere i drift.
      Overharmoniske fra tog som står hensatt med nettstrømrettere i diodelikeretting er funnet å være mindre kritisk siden diodelikerettingen inn på DC-linken i seg selv fungerer som en overspenningsbegrenser.
  1. Utførelse: Kravet kan tilfredsstilles ved å
    1. unngå resonanser ved disse frekvensene,
    2. vise at resonansene er tilstrekkelig dempet eller
    3. fjerne forholdene i listen over.
  2. Verifikasjon: Overholdelse kan verifiseres ved hjelp av en teoretisk studie, for eksempel basert på tilnærmingen i www.jernbanekompetanse.no/stabilitet i kraftsystemet i kraftsystemet kapittel 5.8.
  3. Dokumentasjon: Verifikasjonen skal dokumenteres i en teknisk rapport hvor forutsetningene, metodikken og vurderingene kommer tydelig frem.

Se for øvrig Kontaktledning/Prosjektering/Autotransformatorsystem med seksjonert kontaktledning#Kabler om vurderinger rundt bruk av kabler i autotransformatorsystem.}}

c) Aktivt frekvensområde: Komponenter i kraftsystemet skal ikke være i stand til å eksitere elektriske resonanser i kraftsystemet over 90 Hz.

  1. Verifikasjon: Kravet skal verifiseres ved identifisering av komponentens frekvensrespons for inngangsadmittans (Y(f)) for aktuelle driftsmodi, fortrinnsvis basert på sanntidssimulering eller måling.
  2. Dokumentasjon: Oppfyllelse av kravet skal dokumenteres med Y(f) (både amplitude og fase) i tabellform i et åpent digitalt format med minimum oppløsning på minimum 1 Hz mellom 50 og 300 Hz og minimum 4 Hz mellom 300 og 2000 Hz eller til samplefrekvensen for komponentens kontrollsystem (den som er høyest).

5.3 Lavfrekvent stabilitet

Lavfrekvent stabilitet omhandler oscillasjoner som kan ses som variasjoner i RMS-spenning og strøm og dermed effekt med frekvens lavere enn grunnharmoniske. For momentanverdier av strøm og spenning ses oscillasjonene som amplitude- og fasemodulasjon av grunnharmoniske eller frekvenskomponenter nær grunnharmoniske.

Komponenter i kraftsystemet slik som roterende og statiske omformere har også resonanser som i større eller mindre grad eksiteres eller destabiliseres av hverandre eller tog. Jo bedre dempet resonansene er og jo færre eksitasjoner desto mindre er sannsynligheten for problemer.

De eksisterende roterende omformerne viser en dårlig dempet elektromekanisk egenfrekvens på 1,5-2,0 Hz. Typisk dempeforhold ved uhindret innsvigning i tomgang er 3 %. Dempingen øker normalt noe med økt belastning. Dempeforholdet {\zeta} defineres og beregnes som vist i Figur 2 og ligninger under der:

  • f er svingefrekvensen i [Hz]
  • t angir tidspunkt i [s]
  • y angir amplitude
  • {\sigma} er dempningen i [1/s]
  • {\tau} er omhyldningskurvens tidskonstant i [s]
Figur 2: Typisk dempning av pendling for roterende omformer alene.

f\mathrm{=}\frac{{1}}{{{t}_{2}\mathrm{-}{t}_{1}}}, {\sigma}\mathrm{=}f\mathrm{ln}\frac{{{y}_{2}\mathrm{-}{y}_{\infty}}}{{{y}_{1}\mathrm{-}{y}_{\infty}}}\mathrm{=}\frac{1}{\tau}, {\zeta}\mathrm{=}\frac{\sigma}{\sqrt{{{\sigma}}^{2}\mathrm{+}({2}{\pi}{f})^{2}}}

I andre land er det flere rapporteringer av lavfrekvente spennings- og effektpendlinger og ustabilitet der flere togsett er hensatt med aktive nettstrømrettere samtidig. Det som synes kritisk er når togenes samlede impedans for en gitt frekvens er mindre enn den ekvivalente impedansen i nettet.

a) Demping av resonanser: Eventuelle lavfrekvente resonanser i kraftsystemet skal være godt dempet.

  1. Unntak: For samspill med roterende omformer skal dempingen ikke være mindre enn omformerens egen demping i tomgang (se lærebokstekst)
  2. Verifikasjon: Dempingen av eventuelle lavfrekvente resonanser skal undersøkes ved hjelp av teoretiske analyser og bør bekreftes ved praktiske tester så langt mulig.
  3. Vurdering:”Føre-var” prinsippet skal legges til grunn.

b) Eksitasjon: Unødvendige eksitasjoner i form av raske og/eller repeterende endringer i strøm og/ eller spenning skal unngås.

  1. Betingelse: Unødvendig eksitasjon kan være gjentatte endringer, spesielt med deterministisk frekvens, eller endringer med steile flanker, spesielt hyppige, og som ikke skyldes eksterne forhold eller har noen spesiell hensikt.
  2. Verifikasjon: Sannsynligheten for unødvendige eksitasjoner skal undersøkes teoretisk og resultatene bør bekreftes ved praktiske tester så langt mulig.
  3. Vurdering: ”Føre-var” prinsippet skal legges til grunn.

5.4 Annen dynamikk

a) Langvarige overspenninger: Langvarige overspenninger som resultat av enkelthendelser skal begrenses i henhold til NEK EN 50163:2004 Annex A.

  1. Verifikasjon: Overholdelse av kravet bør verifiseres ved relevant test og skal alternativt verifiseres ved teoretiske beregninger og argumentasjon.

5.5 EMC

EMC står for elektromagnetisk sameksistens. EMC-arbeid består i å gjøre komponenter og anlegg tilstrekkelig immune mot elektromagnetisk støy fra både seg selv og andre samt begrense egen støygenerering tilstrekkelig til at totalsystemet fungerer tilfredsstillende. Det er ikke mulig å fullstendig separere krav til de ulike anleggene som utgjør kraftsystemet. For eksempel kan kontaktledningen fungere som en antenne for elektromagnetisk støy gitt av overharmoniske i strøm og spenning gitt av matestasjoner og tog.

a) Generelt: For å sannsynliggjøre oppfyllelse av EMC-direktivet skal kraftsystemet designes, prosjekteres, bygges og verifiseres i henhold til NEK EN 50121-1:2006 og NEK EN 50121-2:2006.

EN 50121 inneholder noen åpne punkt, åpner for lokale tilpasninger og beskriver i del 1 kapittel 5 hvordan introduksjon av nye delsystemer innenfor jernbanen skal håndteres gjennom en EMC-plan. Anlegg og komponenter rundt kraftsystemet har i utgangspunktet ansvar for sin egen tilstrekkelige immunitet. Det finnes imidlertid fremdeles eldre anlegg som er designet og produsert basert på forutsetninger om et elektromagnetisk miljø som har endret seg. Flere av disse anleggene kan forventes utfases i fremtiden, men uvisst når. Bane NOR har også en egeninteresse i å ha kontroll på egen emmisjon, både for å unngå interne driftsfeil og for å redusere sannsynligheten for spesielle tilfeller av manglende sameksistens med omverdenen. Derfor gjelder følgende to krav som del av EMC-planen:

b) Påvirkning på signal-/sikringsanlegg: Kraftsystemet skal ikke påvirke signal-/sikringsanlegg til sikkerhets- eller driftsfeil.

  1. Utførelse: Matestasjoner skal designes med hensyn på lav emmisjon av overharmoniske spenninger, se krav i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Matestasjoner.
  2. Utførelse: Kontaktledningsanlegg skal prosjekteres og bygges i henhold til Kontaktledning/Prosjektering, Kontaktledning/Bygging og Felles elektro/Prosjektering og bygging og bygging hvor relevante EMC-forhold skal ivaretas.

c) Påvirkning på teleinstallasjoner: Kraftsystemet skal begrense påvirkningen på teleinstallasjoner.

  1. Utførelse: Kontaktledningsanlegg skal prosjekteres og bygges i henhold til Kontaktledning/Prosjektering, Kontaktledning/Bygging og Felles elektro/Prosjektering og bygging og bygging hvor relevante EMC-forhold skal ivaretas.
  2. Utførelse: Matestasjoner skal designes med hensyn til lav emmisjon av overharmoniske spenninger, se krav i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Matestasjoner.

6 Vedlegg