Generell beskrivelse av banestrømforsyning

__NUMBEREDHEADINGS__

__NUMBEREDHEADINGS__ __NUMBEREDHEADINGS__

Historisk tilbakeblikk på elektrifisering av jernbanen

• 31. mai 1879: Utstilling i Berlin, presentasjon av første elektriske jernbane med 150 V DC ved Werner von Siemens.
• 1903: Starten på 1-fase lavfrekvent AC-system utenfor Berlin. Vellykket design av 1-fase seriemotor i Sveits i 1905. Videre introduksjon av 1-fase systemet på jernbanelinjer i Tyskland, Sveits, Sverige og USA.
• 1910: På den VIII Internasjonale Jernbane Kongressen i Bern ble det diskutert hvilket system som var best ved elektrifisering av jernbanen. Frankrike foretrakk DC., Italia 3-fase og 1-fase lavfrekvent ble foretrukket av Tyskland, Sveits og Østerrike.

Etter første verdenskrig besluttet sentral Europa, Sverige og Norge å bygge ut med 1-fase AC med 15 kV og 16 2/3 Hz. På den tiden var det positive erfaringer med 1-fase lavfrekvent jernbanedrift i Sveits med tungt trafikkerte strekninger. Storbritannia, Frankrike og Nederland foretrakk 1,5 kV DC og Spania, Italia, Belgia og Russland 3 kV DC. USA brukte flere systemer.

I begynnelsen av 1920 årene begynte Ungarn med 50 Hz 1-fase 16 kV. Tyskland fulgte opp med 50 Hz utviklingen, men med 20 kV. Etter andre verdenskrig begynte Frankrike med 50 Hz 1-fase 20 kV utbygging, og i 1951 var en 78 km lang strekning elektrifisert med dette systemet.

På den XVI Internasjonale Jernbane Kongressen i London 1954 ble konklusjonen etter det vellykkete 50 Hz elektrifiseringene i Frankrike og fordelene ved AC var klare. Tyskland valgte å fortsette med 16 2/3 Hz 1-fase 15 kV på grunn av tidligere inngåtte avtaler, mens Storbritannia bestemte seg for at fremtidig elektrifisering skulle skje ved 50 Hz 1-fase 25 kV. Dette systemet blir også brukt i de land som elektrifiserer etter denne kongressen.

I tabellene under vises fordelingen av de forskjellige forsyningssystemene for jernbanedriften.

Som vist i tabell 1.1 er det flere land som bruker samme system som Norge. Tyskland og Sverige har størst andel av strekning med dette systemet. I tillegg har USA et lavfrekvent matesystem på østkysten der de benytter 25 Hz.

Land	Strekning [km]
Tyskland	15781
Sverige	7320
Østerrike	3162
Sveits	3134
Norge	2443
Øvrige	12
Totalt	31752
USA (12 kV, 25 Hz)	1720

Tabell 1.1: Elektrifisering med 11-15 kV, 16 2/3 Hz

I tabell 1.2 vises en oversikt over de land som har elektrifiserte strekninger med nettfrekvens, 50 / 60 Hz. Blant ”øvrige” er Danmark. Som summen viser er det dobbelt så lang strekning som er elektrifisert med nettfrekvens enn med lavfrekvens.

Land	Strekning [km]
Russland (tidl. Sovjet)	19300
Kina	7804
Frankrike	6645
Japan	5531
India	4654
Storbritannia	2952
Romania	2046
Finland	1710
Øvrige	16179
Totalt	66821

Tabell 1.2: Elektrifisering med 20 - 25 kV, 1-fase 50 - 60 Hz

I tabell 1.3 under er det en oversikt over de ulike systemene som finnes i verden og deres andel av elektrifisert strekning.

Systemtype	Strekning [km]	Andel total strekning [%]
Likestrøm
1500 V DC	19000	10,3
3000 V DC	66842	36,3
1-fase vekselstrøm
15 kV, 16 2/3 Hz	31752	17,2
25 kV, 50 / 60 Hz	66821	36,2
Totalt	184415	100

Tabell 1.3: Elektrifisering med ulike system i hele verden (ca. 1990)

Flere av landene som benytter likestrømforsyning, bygger om til 25 kV, 50 Hz. Nye krav til høyhastighetstog gir behov for mer effekt. Ved å øke spenningen og gå over til vekselstrømforsyning kan dette oppnås uten å øke strømmene for mye.

Generell beskrivelse av banestrømforsyning i Norge

Elektrifisering i Norge

Thamshavn-banen

Den første elektrifiseringen av norske jernbaner skjedde med private jernbaneselskaper. Første strekningen som ble elektrifisert var Thamshavnbanen ved Løkken verk i Trøndelag. Dette skjedde i 1908. På denne banen ble det benyttet 6,6 kV 25 Hz. Ved Rjukanbanen ble det valgt 10 kV og 16 2/3 Hz ved elektrifiseringen i 1911. Til å begynne med var de elektrifiserte banene forsynt fra egne kraftverk, for eksempel Hakavik, med frekvens 15 Hz. Etter hvert ble det ønske om å hente kraft fra det øvrige 50 Hz regional nettet. For å få til dette ble frekvensen økt til 16 2/3 Hz. NSB valgte å elektrifisere med 15 kV 16 2/3 Hz. Den første strekningen som ble elektrifisert hos NSB var fra Oslo V til Brakerøya i 1922. Elektrifisering av de eksisterende banestrekningene har pågått frem til elektrifiseringen av Nelaug – Arendal i 1995. Det foreligger planer om å elektrifisere delstrekninger nord for Trondheim, men disse er fortsatt ikke elektrifisert.

Figur 1.1: Strømmens vei fra kraftverk til lokomotiv

Banestrømforsyningen til jernbanen i Norge skjer ved 1-fase 15 kV og 16 2/3 Hz. Denne frekvensen og spenningsnivået blir brukt i de land som begynte å elektrifisere jernbanen ved starten på dette århundre. Det er utført et studie for å se om det ville lønne seg å bytte til 50 Hz 1-fase 25 kV, men dette var ikke lønnsomt i henhold til N/K-analyser som ble utført. Etter dette studiet ble det besluttet at det i Norge fortsatt skulle benyttes 16 2/3 Hz 1-fase 15 kV system for banestrømforsyningen.

En oversikt over oppbyggingen av strømforsyningen i Norge til jernbanen er vist i figur 1.1. Som vist i figuren består nettet av 3-fase forsyningsnettet fra kraftselskapene. Omformerstasjoner for omforming av frekvensen til 16 2/3 Hz 1-fase er tilkoblet 50 Hz 3-fase-nettet.

Generell beskrivelse av banestrømforsyningen i Norge

Elektrifisering i Norge

Thamshavn-banen

Den første elektrifiseringen av norske jernbaner skjedde med private jernbaneselskaper. Første strekningen som ble elektrifisert var Thamshavnbanen ved Løkken verk i Trøndelag. Dette skjedde i 1908. På denne banen ble det benyttet 6,6 kV 25 Hz. Ved Rjukanbanen ble det valgt 10 kV og 16 2/3 Hz ved elektrifiseringen i 1911. Til å begynne med var de elektrifiserte banene forsynt fra egne kraftverk, for eksempel Hakavik, med frekvens 15 Hz. Etter hvert ble det ønske om å hente kraft fra det øvrige 50 Hz regional nettet. For å få til dette ble frekvensen økt til 16 2/3 Hz. NSB valgte å elektrifisere med 15 kV 16 2/3 Hz. Den første strekningen som ble elektrifisert hos NSB var fra Oslo V til Brakerøya i 1922. Elektrifisering av de eksisterende banestrekningene har pågått frem til elektrifiseringen av Nelaug – Arendal i 1995. Det foreligger planer om å elektrifisere delstrekninger nord for Trondheim, men disse er fortsatt ikke elektrifisert.

HER SKAL FIG 1.1 VÆRE Banestrømforsyningen til jernbanen i Norge skjer ved 1-fase 15 kV og 16 2/3 Hz. Denne frekvensen og spenningsnivået blir brukt i de land som begynte å elektrifisere jernbanen ved starten på dette århundre. Det er utført et studie for å se om det ville lønne seg å bytte til 50 Hz 1-fase 25 kV, men dette var ikke lønnsomt i henhold til N/K-analyser som ble utført. Etter dette studiet ble det besluttet at det i Norge fortsatt skulle benyttes 16 2/3 Hz 1-fase 15 kV system for banestrømforsyningen.

En oversikt over oppbyggingen av strømforsyningen i Norge til jernbanen er vist i figur 1.1. Som vist i figuren består nettet av 3-fase forsyningsnettet fra kraftselskapene. Omformerstasjoner for omforming av frekvensen til 16 2/3 Hz 1-fase er tilkoblet 50 Hz 3-fase-nettet.