Åter till föregående sida? Klicka i bilden ovan

Elektrifiering och elektrisk drift Electrification and electric service at the Swedish railways Nedanstående artikel skriven av driftingenjören Knut Hesselbom var införd i tidningen Signalen nummer 43 år 1942. Artikeln ger en allmän beskrivning av det i Sverige använda enfassystemet.   Sedan artikeln, som skrevs under andra Världskriget, har mycket hänt. Många fler järnvägar har elektrifierats. Tekniken har har moderniserats, de roterande omformarna har till största delen ersatts av statiska omformare.    Från början var varje omformarstation bemannad i princip dygnet runt. Efterhand har fjärrövervakning ordnats och med datorernas hjälp antalet eldriftcentraler reducerats till åtta.   2004 har Banverket upphandlat ett nytt modernt datorstyrt eldriftledningssystem för 36 miljoner kronor. Halvårsskiftet 2007 ska systemet vara helt infört. Då kommer eldriftcentralerna i Boden, Ånge, Gävle Stockholm, Norrköping, Hallsberg, Göteborg och Malmö att vara sammankopplade i ett gemensamt system.

Hur fungerar den Svenska enfasdriften (how single-phase traction works)

Vid järnvägsdrift väljer man alltid att relativt lågt periodtal på växelströmmen eftersom den på grund av sin natur förorsakar extra förluster i enfasmotorn utöver de vanliga förluster, som förekomma vid alla maskiner. Dessa "Växelströmsförluster" äro i hög grad beroende på strömmens periodtal på så sätt att ju lägre periodtalet är ju mindre bli förlusterna och ju lättare går det eliminera dessa. Man har funnit att ett periodtal på omkring 15 per/sek är det lämpligaste vid järnvägsdrift. (Vid kraftöverföring för andra ändamål användes i vårt land övervägande 50 per/sek. Då växelströmmen användes för belysning flämtar ljuset vid lägre periodtal.) För att minska förlusterna i kontaktledningarna och för att hålla nere koppararean vid rimliga dimensioner önskar man vid banor för fjärrtrafik använda en så hög spänning som möjligt. Å andra sidan bli kostnaderna för tillförlitlig isolering av kontaktledningar och strömavtagningsbyglar högre ju högre spänning man använder. Man har funnit, att en spännig på omkring 15 kV (1 kV = 1.000 volt) är den lämpligaste för svenska förhållanden.
   Den första järnväg för fjärrtrafik, som elektrifierades i vårt land, var som bekant Riksgränsbanan, vilken elektrifierades mellan Kiruna och Riksgränsen åren 1910-1915. Vid elektrifieringen av denna järnväg hade man ej tillgång till några redan befintliga kraftstationer eller kraftlinjer. För att få erforderlig drivkraft till järnvägen måste man alltså bygga en ny kraftstation, vilken uppfördes vid Porjus i Luleälven. Då denna kraftstation huvudsakligen var avsedd för att förse järnvägen med kraft utbyggdes den för enfas växelström med 15 per/sek.
   Kraften överföres till järnvägen genom en cirka 120 km lång högspänningsledning för 80 kV till Kiruna. Denna högspänningsledning fortsätter sedan utefter järnvägen till de transformatorstationer över vilka kontaktledningen matas. Transformatorstationer uppfördes vid Kiruna, Torneträsk, Abisko och Vassijaure, i vilka strömmen nedtransformeras till 16 kV varefter den inmatas på kontaktledningen. Även elektrifieringen av sträckan mellan Kiruna och Luleå, som slutfördes år 1923, är utförd efter samma system. Transformatorstationer äro på denna sträcka anordnade vid Lappberg, Risbäck, Gällivare, Nuortikon, Polcirkeln, Lakaträsk, Gransjö, Boden och Notviken. Alltså sammanlagt 13 transformatorstationer med i medeltal 35 km avstånd från varandra. Fig. 25 visar ett principschema för linjen Kiruna - Riksgränsen.

    Vid elektrifieringen av Västra stambanan (åren 1923-1926), som blev nästa stora elektrifieringsföretag i vårt land, hade man att tillgå ett redan i stor utsträckning utbyggt kraftledningssystem avsett för allmän distribution. Detta kraftsystem matades av de stora kraftstationerna vid Trollhättan, Motala, Västerås och Älvkarleö m fl (det s.k. Centralblocket). Det var naturligt att man sökte anknyta till detta redan i stor utsträckning utbyggda kraftledningssystem.
    Centralblocket är emellertid utbyggt för trefas växelström med 50 per/sek. Då denna strömart ej lämpade sig för järnvägsdrift måste man omforma strömmen i särskilda omformarestationer.
På linjen Stockholm - Göteborg finnas 5 omformarestationer, vid Södertälje, Sköldinge, Hallsberg, Moholm och Alingsås. Vid dessa omformarestationer nedtransformeras strömmen från 70 á 132 kV till 6kV med vilken spänning man driver synkrona trefasmotorer, som äro direktkopplade till enfasgeneratorer för 3 kV och 16 ¾ per/sek. Att periodtalet blivit just 16 ¾ per/sek. beror på att detta är lika med 50 delat med 3. Poltalet hos en motor eller generator måste alltid vara ett jämnt tal. Om nu trefasmotorn är för 50 per/sek. och har 12 poler blir enfasgeneratorns periodtal vid t. ex. följande olika poltal: 12 pol. 50 per/sek., 6 pol. 25 per/sek., 4 pol. 16 2/3 per. sek. och 2 pol. 8 1/3 per/sek. Av dessa möjliga periodtal har man valt det närmast 15 liggande periodtalet 16 2/3 per/sek. Trefasmotorn har alltså 12 poler och enfasgeneratorn 4 poler.
Den av enfasgeneratorn alstrade strömmen upptransformeras till 16 kV och inmatas därefter på kontaktledningen.

Fig. 26 visar ett principschema för elektrifieringen av Västra stambanan. Detta system för kraftöverföringen, har sedan använts vid den fortsatta elektrifieringen av såväl statens som enskilda järnvägar. Fördelen av att sammankoppla järnvägselektrifieringen med den allmänna elektrifieringen ligger i öppen dag.
Genom ett gemensamt utnyttjande av kraftstationer och kraftledningar kunna dessa utnyttjas på ett mera ekonomiskt sätt än om man skulle ha två olika kraftledningssystem. Förekomsten av utbyggda eller lätt utbyggbara vattenfall har varit en av huvudförutsättningarna för järnvägselektrifieringen i vårt land. Å andra sidan har denna elektrifiering varit en kraftig hävstång för utbyggandet av det s.k. stamlinjesystemet, som huvudsakligen finner sig i statens ägo men delvis tillhör enskilda företag (Stockholms Elverk och SydSvenska Kraftaktie- bolaget m. fl.), och som sammanbinder de stora kraftstationerna såväl sinsemellan som med de större konsumtionscentra till ett hela södra och mellersta Sverige omfattande system. Sålunda har järnvägsektrifieringen varit en av förutsättningarna för ett rationellt utbyggande av landets kraftstationer och kraftledningar.
   De förväntningar man ställde på elektrifieringen av Riksgränsbanan infriades från första stund. I ett avseende uppstodo dock oförutsedda olägenheter. Det visade sig nämligen, att det trots vidtagna försiktighetsåtgärder uppstodo allvarliga olägenheter i form av störningar på utefter banan framdragna telefon och telegrafledningar.
Vid Riksgränsbanans elektrifiering använde man ingen särskild återledning utan rälsen fick ensam tjänstgöra som sådan. Det visade sig emellertid att strömmen ej alltid följde rälsen utan hade benägenhet att taga andra vägar genom jorden. Vid den fortsatta elektrifieringen har man därför gått in för en särskild återledning av koppar, till vilken rälsskenorna äro anslutna med jämna mellanrum. Inte heller denna anordning visade sig tillräcklig för vinnandet av ett gott resultat. Trots särskild återledning ville strömmen ibland taga ej önskvärda vägar genom jorden, För att tvinga strömmen att följa återledningen använder man särskilda s.k. sugtransformatorer, vilka äro uppställda på vissa mellanrum utefter banan.
Från elläran erinra vi oss, att om en växelström passerar genom den ena lindningen i en transformator så uppstår en motsvarande ström i den andra lindningen. Det är i detta förhållande man använder sig av vid sugtransformatorn. Strömmen genom kontaktledningen får passera genom sugtransformatorns primärlindning och då vill denna ström uppväcka en motsvarande ström i transformatorns sekundärlindning. Genom att inkoppla denna senare i återledningen kommer transformatorn, att så att säga suga till sig återgångsströmmen och därmed tvinga denna att följa återledningen.
Hur en sugtransformator är inkopplad visas i fig. 27, av vilken fig. framgår hur strömmen går genom kontaktledning, sugtransformator och återledning. Användandet av sugtransformatorer innebär stora fördelar och har därför kommit till användning vid den fortsatta järnvägs- elektrifieringen. Vid Västra stambanan placerades sugtransformatorerna i särskilda kiosker vid sidan av banan men numera placeras den på konsoler på kontaktledningsstolparna (se bilden till vänster), vilka i sådana fall utföras kraftigare än normalt.
Även om man använder särskild återledning och sugtransformatorer går det ej att helt eliminera störningar på utefter järnvägen framdragna telegraf- och telefonledningar. För att lösa detta problem har man varit tvungen att förlägga järnvägens egna telegraf- och telefonledningar i jordkablar samt att utflytta telegrafverkets ledningar på ett visst avstånd från järnvägslinjen. Dessa åtgärder ha i hög grad underlättats genom tillkomsten av telegrafverkets rikskabelnät. Järnvägselektrifieringen torde ha påskyndat kabelläggningen av telegrafverkets ledningar och har sålunda på sitt sätt bidragit till en önskad utveckling även på detta område.
   För att möjliggöra reparations- och underhållsarbeten på kontaktledningarna utan att behöva göra hela banan strömlös uppdelas kontaktledningen i sektioner på omkring 1,5 km. Dessa sektioner kunna frånskiljas övriga delar av kontaktledningen genom fast monterade frånskiljare.
Vidstående bild visar hur en sektionering med frånskiljare å huvudlinje vanligen är utförd. Observera att kontaktledningen är dragen dubbel vid sektioneringsstället. Denna åtgärd är vidtagen för att avbrott i ström tillförseln till loket ej skall uppstå då tåget passerar från en sektion till en annan.
Kontaktledningar över bangårdar kunna likaledes göras strömlösa genom fast monterade frånskiljare. För att strömmen skall kunna passera förbi en bangård när denna är frånskild från huvudlinjens kontaktledning anordnas vanligen en särskild genomgående ledning, vilken ofta förlägges i jordkabel förbi bangårdsområdet.
Kopparlinor förlängas vid ökad temperatur och krympa då temperaturen minskar. För att kontaktledningen skall hållas lika sträckt vid olika temperaturer är det därför nödvändigt att anordna viktbelastningar i ledningssektionens ändar. Även av denna anledning är alltså sektionering av kontaktledningen nödvändig. Vidstående bild visar hur viktbelastningen vanligen är anordnad.

Returtåg till innehållsförteckning

© Rolf Sten
el_enfas.html senast uppdaterad 2004-04-26