Undersøkelse av spenningsforholdene på strekningen Halden- Kornsjø

(1)

II

Østfoldbanen 621.332.3

~ Jernbaneverket

Y'. ^~ Ingeniørtjenesten

Undersøkelse av spenningsforholdene på strekningen Halden- Kornsjø

for

Jernbaneverket Region øst

September 1998

(2)

Prosjekt:

Rapport nr.:

Dato: 03.09.1998

198117

01

Rapporten omhandler (stikkord):

Undersøkelse av spenningsforhold på strekningen Halden - Kornsjø i forbindelse med økning i vekt på godstog fra 1090 tonn til 1400 tonn.

For Jernbaneverket Ingeniørtjenesten

P ros jekta n sva ri ig: Trond J. M. Føllesdal

Prosjektleder: Frode Johannessen

Rapport utarbeidet av: Per-Christian Bruu og Frode Johannessen

Dato for siste revisjon: Revisjon nr.: 0.0 Antall sider: 8

Jernbaneverket Sentralbord: 23151533 Telegram: Jernbanestyret Postgiro: 0823.07.61494 Ingeniørtjenesten Telefax: 23151831 Telex: 71 168 nsbdc n Bankgiro: 8200.01.03183 0048 Oslo

Besøksadr.: Stenersgt. 1 BIC

(3)

Dokumentkontrollside

Oppdragsgiver: Jernbaneverket Region øst, Teknisk kontor,strømforsyning Prosjektbeskr.: Undersøkelse av sp.forholdene på strekningen Halden - Kornsjø. Prosjektnr.: 198117

Dokumenttittel: Undersøkelse av spJorholdene på Dokument nr.:

strekningen Halden - Kornsjø

Utarbeidet av : Per-Chr. Bruu og Frode Johannessen Sign _I

- ]

_/_-

Skai Kontrolltype Rev.

O

Rev. 1 Rev. 2

kontrolleres av:

Dato Sign Dato Sign Dat Sign o

TMF Helhetsvurdering

TMF Språk

TMF Logisk oppbygging /disposisjon

TMF Teknisk:

- faglig - tverrfaglig

TMF Presentasjonsform FRJ Kopieringen er

j;] %

kontrollert(sign

q -

^~l$

original) Generelle kommentarer:

Dokument godkjent for utsendelse

I

Dato

I

Sign.

(4)

Denne rapporten tar for seg spenningsforholdene på strekningen Halden - Kornsjø, når det kjøres enten et multippel koblet RC-4 eller RC-6 med togvekt 1400 tonn. Det er ingen andre tog inne på strekningen i den studerte ruteplanen.

Resultater:

RC-4

Uten restriksjoner i lastuttak, med to aggregater i Sarpsborg omformer og

kondensatorbatteriet innkoblet blir den laveste spenningen på strekningen Halden - Kornsjø 13,6 kV

Med restriksjon på lastuttak til maksimalt 70 % av nominelt lastuttak, blir resultatene som presentert i tabellen under. Kryss i ruten angir ett eller to aggregat i Sarpsborg omformer, og om kondensatorbatteriet er innkoblet i den gjeldene simulering.

Med Uten Ett aggregat i To aggregat i Laveste spenning kondensator- kondensator - Sarpsborg omf. Sarpsborg omf. på strekningen

batteri batteri Halden - Kornsjø

[kV]

x x 13,9

x x 14,1

x x 12,9

RC-6

Uten restriksjoner i lastuttak, med to aggregater i Sarpsborg omformer og

Jernbaneverket

(5)

Side l av 8

INNHOLDFORTEGNELSE.

INNHOLDSFORTEGNELSE ... ; .. 1

1. PROBLEMSTILLINGER OG MÅL ... 2

I.l PROBLEMSTILLING .................................... 2

1.2 MÅL ................................... 2

2. TEKNISK KVALITET ... 3

2.1 KRAV TIL SPENNINGEN ......................... 3

3. INNDATA ... 4

3 .1 KONTAKTLEDNINGSSYSTEM .................... 4

3.2 OMFORMERSTASJONER .......................... 4

3.3 MATELEDNING ... 4

3.4 OVERLIGGENDE TREFASENETT ...... 4

3.5 BAKGRUNNSLAST ...................... 5

3.6 LOK ........................... 5

3.7 BANEDATA .......... 5

3.7.1 Gradienter og kurver (vertikal-og horisontalkurvatur) . ........ 5

3.7.2 Hastighetsprojil. .......................................... 5

4. RESULTATER ... 6

4.1 RC-4 ..................... 6

4.2 RC-6 .............. 6

5. DISKUSJON OG KONKLUSJON ... 7

6. VEDLEGGSLISTE ... 8

(6)

1. PROBLEMSTILLINGER OG MÅL.

1.1 PROBLEMSTILLING

Undersøke om det er elektroteknisk mulig å øke vekten på godstogene over Kornsjø, fra 1090 tonn til 1400 tonn. De studerte togene gjelder tognr. 40747, 4551 og 4553.

1.2 MÅL

Rapportens mål er ved hjelp av simuleringer i SIMTRAC, å redegjøre for spenningsforholdene på strekningen Halden - Kornsjø.

Rapporten tar i tillegg sikte på å påpeke de viktigste forutsetningene for simuleringene, samt å komme med en anbefaling om den ovennevnte økning er mulig ut fra et elektroteknisk synspunkt.

Jernbaneverket

(7)

Side 3 av 8

2. TEKNISK KVALITET

2.1 KRAV TIL SPENNINGEN.

For at banestrømsforsyningen ikke skal være til hinder for framføringen aven gitt togtrafikk stilles følgende hovedkrav:

Spenningen på strømavtager må ikke underskride en gitt verdi. Nedre grense er i henhold til lEe publikasjon nr. 850, satt til 12 kV.

(8)

3. INNDATA.

I dette kapittelet beskrives meget kort de modeller som benyttes i simuleringene mltilhørende inndata.

3.1 KONTAKTLEDNINGSSYSTEM.

Kontaktledningen modelleres som resistans i serie med en reaktans. Verdier som er benyttet her er:

Strekningen Sarpsborg - Kornsjø Z=0,21 +jO,21

n.

Strekningen Kornsjø - Mellerud Z=0,20+jO, 18

n.

Verdien for impedans for strekningen Sarpsborg - Kornsjø er basert på verdier benyttet i andre tilsvarende prosjekter, mens verdiene for impedansen på strekningen Kornsjø - Mellerud er innhentet fra Banverket i Sverige.

3.2 OMFORMERSTASJONER.

Sarpsborg omformers.tasjon Mellerud omformerstasjon

2 x 14 MVA l x 5,8 MVA

Statisk omformer.

Roterende omformer.

For omformerstasjonene er det benyttet en modell som gir en detaljert beskrivelse av omformerenes elektriske oppførsel.

3.3 MATELEDNING.

Det er bygget mateledning fra Sarpsborg til Halden. Mateledningen er en FeAl240 mm²,

denne er modellert med samme impedans som kontaktledningen, Z=0,21 +jO,21

n.

I enden av mateledningen (ved Halden) er det plassert et kondensator batteri på 9

n.

3.4 OVERLIGGENDE TREFASENETT.

Det overliggende trefase nettet er modellert som to seperate uavhengige nett. Det

bakenforliggende trefase nettet til Sarpsborg omformer stasjon er som i simuleringene for Osloområdet, der det er modellert opp til et spenningsnivå på 47 kV. Denne samleskinnen er også definert som svingmaskin for trefase nettet, og har vinkel 0⁰^•

I Mellerud omformer er det bakenforliggende nettet bare representert ved en samleskinne på 6 kV og vinkel 0⁰^,med en kortslutnings impedans på O,26+jO,026

n

(ref 6 kV), ettere

opplysninger fra Baneverket i Sverige.

Jernbaneverket

(9)

Side 5 av 8

3.5 BAKGRUNNSLAST.

Bakgrunnslast vestover fra Sarpsborg omfonner og østover fra Mellerud omfonner er

neglisjert i simuleringene. Bakgrunnslasten er så lav ved de aktuelle tidspunktene godstogene skal kjøre, at det antas å ikke påvirke spenningsforholdene.

3.6 LOK.

De loktyper som er benyttet i simuleringene er:

-Multippel kobling av to RC-4. Kontinuerlig ytelse 7200 kW -Multippel kobling av to RC-6. Kontinuerlig ytelse 7200 kW

Modellene for materiellet er utviklet ved Adtranz BT i Sverige, og er benyttet i andre prosj ekter utført av Adtranz.

Ved kjøring av multippel koblede

Re

lok er det i Sverige innført restriksjon av pådraget til 70 % av maksimalt effektuttak. Det er i dette studiet simulert med både 70 % og 100 0/0 effektuttak.

3.7 BANEDATA.

Anvendte banedata er gradienter (vertikalkurvatur), hastighetsprofil og adhesjonskoeffisient (0,116).

3.7.1 Gradienter og kurver (vertikal- og horisontalkurvatur).

Data for gradienter (vertikal) er hentet fra banedatabanken og er justert for å gi en

hensiktsmessig kurvatur i simuleringsprogrammet. Gradientene (vertikal) er fremstilt grafisk i vedlegg 1-5 kurve 3.

Data for horisontale kurver er ikke tatt med i modellen, siden dette bare vil gi marginale · utslag.

3.7.2 Hastighetsprofil.

Hastigheten på strekningen Halden - Kornsjø er satt til 80 kmlt etter opplysninger fra NSB Gods.

(10)

4. RESULTATER.

Det er utført simuleringer for multippelkobling av RC-4 og RC-6 med last lik 1400 tonn. For RC-4 er det utført simuleringer med og uten kondensatorbatteri, samt med ett eller to

aggregater i Sarpsborg omfonnerstasjon. For RC-6 er det bare simulert med

kondensatorbatteriet innkoblet og to aggregater i Sarpsborg. I simuleringene er det brukt en akslerasjon lik l mJs²for begge lok typene.

4.1 RC-4.

Uten restriksjoner i lastuttak, med to aggregater i Sarpsborg omfonner og

Med restriksjon på lastuttak til maksimalt 70 % av nominelt lastuttak, blir resultatene som presentert i tabellen under. Kryss i ruten angir ett eller to aggregat i Sarpsborg omfonner, og om kondensatorbatteriet er innkoblet i den gjeldene simulering.

Med Uten Ett aggregat i To aggregat i Laveste spenning kondensator - kondensator- Sarpsborg omf. Sarpsborg omf. på strekningen

batteri batteri Halden - Kornsjø

[kV]

x x 13,9

x x 14,1

x x 12,9

Utskrift av spenningsprofilene er vist i vedlegg.

4.2 RC-6.

Uten restriksjoner i lastuttak, med to aggregater i Sarpsborg omfonner og

Utskrift av spenningsprofilene er vist i vedlegg.

Jernbaneverket

(11)

Side 7 av 8

5. DISKUSJON OG KONKLUSJON.

Det kan knyttes noe usikkerhet til hvordan lokfører blir simulert i modellen med tanke få lastpådrag. I simuleringen er det benyttet en maksimalverdi på akselerasjonen på l mJs . Det gir en høy akselerasjon og et konservativt (høyt) effektuttak. Videre er det usikkerhet om adhesjonskoeffisienten gir et riktig nok bilde av virkeligheten. Adhesjonskoeffisienten som er brukt er benyttet i flere simuleringer både i Norge av Ingeniørtjenesten og i Sverige av

Banverket. En for lavadhesjonskoeffisient vil gi et for lavt effektuttak i stigninger og ved akselerasjon. I forsøk med meget høy adhesjon, ikke gjengitt i rapporten, er det ikke oppnådd spenninger under 13,5 kV i Tistedalsbakken. Man antar derfor at resultatene fra

simuleringene gir et riktig bilde av spenningsforholdene på strekningen.

Det er ikke påvist spenninger på strekningen som tilsier problemer ved kjøring med multippelkoblede RC-4 og -6 og togvekt på 1400t. Det må tas forbehold om at de studerte togene er alene på strekningen Halden-Mellerud. Ved forskyvninger i ruteplanen kan man risikere lave spenninger i det angjeldende området.

(12)

6. VEDLEGGSLISTE.

Vedlegg l: Simuleringsresultat ved RC-4 ml restriksjon på 70 % lastuttak,

kondensatorbatteriet innkoblet og med et aggregat i drift i Sarpsborg omfonner.

Kurve l P(tog), Q(tog) og kjørt lengde som funksjon av tid (fra Halden).

Kurve 2 U(tog) som funksjon av tid (fra Halden).

Kurve 3 Hastighet og gradient som funksjon av lengde (fra Halden).

Vedlegg 2: Simuleringsresultat ved RC-4 ml restriksjon på 70 % lastuttak,

kondensatorbatteriet innkoblet og med to aggregat i drift i Sarpsborg omformer.

Vedlegg 3: Simuleringsresultat ved RC-4 ml restriksjon på 70 % lastuttak,

kondensatorbatteriet utkoblet og med to aggregat i drift i Sarpsborg omformer.

Kurve 1 P(tog),Q(tog) og kjørt lengde som funksjon av tid (fra Halden).

Vedlegg 4: Simuleringsresultat ved RC-4 uten restriksjon på lastuttak,

Kurve 1 P(tog), Q(tog) og kjørt lengde som funksjon av tid (fra Halden).

Vedlegg 5: SimuleringsresuItat ved RC-6 uten restriksjon på lastuttak,

Jernbaneverket

(13)

-""

o

l I )

o

~

o

(")

o

0l

!! Data from: line 1 ^Iltmp_cpp_file1 ^Il Underslkelse av spenningsforhold

*=LOAD +=LOAD X=LOAD

X2TOKORN X2TOKORN X2TOKORN

* ⁺ ^X

o o

r i r r i

00 I- Cl)

~I- ~

'<jt '<jt

o

^TLENGTH

O p

O Q

(14)

\ ' ~

r- r i

LI"l

\D r i

LI"l LI"l r i

LI"l r i

LI"l

~ r i

NODE X2TOKORN U

7 7.2

jllt ••

, . , . . . . JOB OSTFMIN

KV

7.4 7.6 7.8 8 8.2 8.4 8.6 8.8 9 9.2 9.4 9.6

* 10 3 TIME SECONDS

(15)

o o

r i

Data from: line 1 ^Iltmp_cpp_file1 ^Il

Underslkelse av spenningsforhold

*=LOAD X2TOKORN +=LOAD X2TOKORN

*

...

o +

o

^SPEED

O GRAD

o co o

('\J ^i.l ^{I l '} ^{I I} ~'I II~ I I I ' ' " I ! I I I I I I I I I . ' ! ' I ' I ' I l II'~II I I 1/ 'r" 7'-+ • O

Ol o

~I r i

o

'<:l'

c;3~. 8 +819}3.8

\

9512.0

i

. ()(\'")., -h9057.1 I 924] O ^I942

t.

~5 2 6 . O

(16)

*=LOAD X2TOKORN +=LOAD X2TOKORN X=LOAD X2TOKORN

* ⁺ X

o o o

en, '""' '"" ,

~ L J J

o

(") w

o

0l

o

r i

jlll ••

,., ....

«:l'

N

w

«:l'

N

8

JOB OSTF

8.2

o

TLENGTH O P

O Q

8.4 8.6

DATE

8.8 9 9.2 9.4

* 10 3 TIME SECONDS 1 SEP 1998 TIME 17.38:54

9.6 9.8 10

DIAGRAM 1

SIMPOW

^™

(17)

0\

r i

co

r i

r---

r i

'-O r i

Lf) r i

!! Data from: line l Itmp_cpp_file1"

UnderslkeIse av spenningsforhold NODE X2TOKORN U KV

(18)

o o

r i

*

o

C"1

+

o

^SPEED

O GRAD

o

00 o

N

I l ) ( ) 7 \ 11 ! '-t I C ! '-t * ^{I ....} ^\¹ ^C* ^I ^{I \}I . . . . I 1 I \ 1 -~I -I 5 7 . O

Ol o

\D I r i

o

~

o

N

o

r i 1

o N I "..-~ - -1- • -

603.0

1 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

jlll.1

,., ....

^LOAD^JOB ^OSTF^X2TOKORN ^o^TLENGTH^DATE 1 SEP 1998 TIME 17.38:54 DIAGRAM 6

SIMPOW

^TM

(19)

"""-

Data from: line 1 "tmp_cpp_file1"

* + X

o o

<D r rir <Dr

JJJ

o

(V)

o

C\l

~

<;j<

(V)

C\l

o TLENGTH O p

O Q

(20)

ro r i

f- r i

\.O r i

l I ) r i

NODE X2TOKORN U KV

~'L-_ _ _ _ ~ _ _ _ _ - L _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ ~L-_ _ _ _ ~ _ _ _ _ - L _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ ~L-_ _ _ _ ~ _ _ _ _ - L _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ L -_ _ _ _ ~ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ ~ _ _ ~

8 8.2 8.4 8.6 8.8 9 9.2 9.4 9.6 9.8 10 10.2

* 10 3 TIME SECONDS

jllt.1

, . , . . . . JOB OSTFKONM

SIMPOW

(21)

Data from: line 1 Itmp_cpp_file1"

UnderslkeIse av spenningsforhold

o o

r i

o co

*

o

r0

o

N

Ol o

\.O I r i

o

<::1'

+

o

^SPEED

O GRAD

******

- - 4 1

(22)

o

LJ)

o

<;11

o

Cv')

o

N

o

r i

* ⁺ X

o o

r il r i

00 I - 00

\.O I - \.O

'<j' I - '<j'

("'\)1- N

o

TLENGTH

o

P

o Q

200 400 600

jlltlt

800 1000 1200

, . , . . . . JOB OSTF

1400 1600 1800 2000 2200 2400

TIME SECONDS

(23)

m

r i

00 r i

f- r i

1..0 r i

l I ) r i

Data from: line l "tmp_cpp_filel"

Underslkelse av spenningsforhold NODE X2TOKORN U KV

(24)

, ""

I

;:--"1

, I

,

I

".

-

o

O r i

*

o

0"1

+

O SPEED O GRAD

o ro o

N ~' l < , , "" < ( I \ , ) \ I -I ( J ~'F! * 7 ' ) '.'1 f l ( l W \ l <' \ l L± I ,. O

o

~

~L

ol

N

jlltll

,., ....

l:l:-.L,:±..). OL;

01119.71

o

4 LOAD X2TOKORN JOB OSTF

-t-U-:XUj' I J \.

\ ⁽ \/

8 12 16 20 24

O TLENGTH

DATE 2 SEP 1998 TIME 11.35:08

2157.5

2172 .0

< 11:;'1n It-.... 11748 9 ] :1-~ ] U 121+11.0

f\ L

rA';) AJJ1667. 8 12187 . O

28 32 36 40 44 48

DIAGRAM 6

SIMPOW

^rn

(25)

UnderslkeIse av spenningsforhold

o

l I )

o

~

o

(Y)

*

~I-

+ X

o o

r i r r i

ro I- 00

\.O I - \.O

~I- ~

o

^TLENGTH

O p

O ^Q

(26)

f:.J

;<

-=--

.• , I

m

r i

ro

r i

["- r i

\.O r i

Ul r i

<:jt r i

r<) r i

NODE X2TOKORN U

200

jllill

, . , . . . . JOB OSTF

KV

400 600 800 1000 1200 1400 1600

TIME SECONDS 2 SEP 1998 TIME 12.18:56

1800 2000 2200 2400

TM

DIAGRAM

SIMPOW

(27)

o o

r i

*

o

(Y")

+

o SPEED O GRAD

o ro o

<'I ~!r ) 7 ' - t #: '-± 7 w ^I ^{J )} i' I '-t 7 Cl W l Cl Cl \) l,Ir \ I / " y. ,_ O

Ol o

~ r- r i

o '

<;1t

____ 14 .O~ .16

2158.7

-* ( ^{' ±}~ ₊ ! ' " ₊ ... '

i?

^{703 .}⁴

(28)

Et ledende senter for kunnskap og erfaring i jernbaneteknikk

Ingeniørtjenesten er en egen forretningsenhet i Jernbaneverket. Vi tilbyr rådgivende ingeniørtjenester innenfor et vidt spekter av fagfelt knyttet til jernbanens infrastruktur.

Dyktige medarbeidere som "kan jernbane" gjør at vi framstår som en attraktiv og konkurransedyktig samarbeidspartner, både ved begrensede oppgaver med krav

til

spesialkompetanse og ved store tverrfaglige prosjekter.

Vi benytter en prosjektrettet arbeidsform for gjennomføring av alle typer oppdrag. Kvalitet settes i fokus i alle ledd og prosesser etter et eget utarbeidet kvalitetssystem basert på ISO 9001.

Våre hovedoppdragsgivere er de andre enhetene i J embaneverket. I tillegg utfører vi oppdrag for eksterne oppdragsgivere hvor NSB BA og NSB Gardermobanen AS sammen med totalleverandører og rådgivende ingeniørfirmaer er de viktigste.

Undersøkelse av spenningsforholdene på strekningen Halden- Kornsjø

II

~ Jernbaneverket

Y'. ~ Ingeniørtjenesten

Undersøkelse av spenningsforholdene på strekningen Halden- Kornsjø

for

Jernbaneverket Region øst

September 1998

Dokumentkontrollside

- ]

O

j;] %

q -

I

I

INNHOLDFORTEGNELSE.

1. PROBLEMSTILLINGER OG MÅL.

2. TEKNISK KVALITET

3. INNDATA.

n.

n.

n.

n.

n

Re

4. RESULTATER.

5. DISKUSJON OG KONKLUSJON.

6. VEDLEGGSLISTE.

o

jllt ••

...

o

\

i

t.

en, '""' '"" ,

~ L J J

jlll ••

,., ....

o

SIMPOW

o

jlll.1

,., ....

SIMPOW

<D r rir <Dr

JJJ

jllt.1

SIMPOW

o

o

o

jlltlt

I

-

ol

jlltll

,., ....

\ ( \/

f\ L

SIMPOW

o

jllill

SIMPOW

o '

i?

Et ledende senter for kunnskap og erfaring i jernbaneteknikk

Ingeniørtjenesten er en egen forretningsenhet i Jernbaneverket. Vi tilbyr rådgivende ingeniørtjenester innenfor et vidt spekter av fagfelt knyttet til jernbanens infrastruktur.

Dyktige medarbeidere som "kan jernbane" gjør at vi framstår som en attraktiv og konkurransedyktig samarbeidspartner, både ved begrensede oppgaver med krav

spesialkompetanse og ved store tverrfaglige prosjekter.

Vi benytter en prosjektrettet arbeidsform for gjennomføring av alle typer oppdrag. Kvalitet settes i fokus i alle ledd og prosesser etter et eget utarbeidet kvalitetssystem basert på ISO 9001.

Våre hovedoppdragsgivere er de andre enhetene i J embaneverket. I tillegg utfører vi oppdrag for eksterne oppdragsgivere hvor NSB BA og NSB Gardermobanen AS sammen med totalleverandører og rådgivende ingeniørfirmaer er de viktigste.

Ingeniørtjenesten har ca. 135 ansatte (1997), hvorav 5 er knyttet

vår

avdeling

Trondheim. Ved større prosjekter inngår vi samarbeidsavtaler

med underleverandører etter behov.

Y'. ^~ Ingeniørtjenesten

\ ⁽ \/