Strömskenor vs kontaktledning

Diskussioner om spårvägar, tunnelbanor, lokalbanor och förortsjärnväg med reguljär lokaltrafik. Ej fjärrtrafik på järnväg odyl.

Moderatorer: Jourmaster, Infomaster

Kategoriregler
Diskussioner om spårvägar, tunnelbanor, lokalbanor och förortsjärnväg med reguljär lokaltrafik. Ej fjärrtrafik på järnväg odyl. Allmänna forumregler

Inläggav JAgr » mån 17 mar, 2003 22:31

Anonymous skrev:En snabb överslagsberäkning ger följande:
Koppar har en resistans på 0,0175 ohm/mm2.
Spänningsfallet blir då ca 15V per meter kontaktledning vid 4kA och 0,7kV.

Och vilken area har du då räknat med?? Kontaktledningen håller normalt ca 90 - 120 mm2. Borde inte ge ett spänningsfall på 15V/m. För att förstärka arean används även ibland en sk bärlina som tillsammans med kontaktledningen ger en betydligt större area ( ca 200 mm2 ) om man tar i ordentligt.
/JAgr
Användarvisningsbild
JAgr
 
Inlägg: 571
Blev medlem: lör 31 aug, 2002 17:59
Ort: Västra Frölunda

Inläggav 2763 » tis 18 mar, 2003 7:50

Anders Norén skrev:Någon tekniskt insatt kan väl berätta om en kontaktledning skulle tåla de 4 000 ampere en C20 drar. Vid 750 V alltså, eftersom det är driftspänningen.

Anders


Det beror på dimensionen på kontaktledningen. Det finns något som heter strömmättnad för Cu är strömmättnadsgränsen J=xxA/mm2 från det kan vi räkna vilken ledningsarea som behövs för ett visst strömuttag.

Jag är inte hundra på uppgiften om strömmättnadskonstant för Cu, skall kolla den under dagen om ingen annan gör det. (Har motstridiga uppgifter)

Manne skrev:En snabb överslagsberäkning ger följande:

Koppar har en resistans på 0,0175 ohm/mm2.
Spänningsfallet blir då ca 15V per meter kontaktledning vid 4kA och 0,7kV. Efter 50 meter skulle spänningen vara nära noll och all energi ha omvandlats till värme.
Koppar smälter vid ca 1300 grader. Någon som vill/kan räkna hur mycket en kontaktledning skulle tåla?


Resistiviteten för Cu är 0,0172 [Ohm]mm2/m.
Eftersom du inte känner ledningsarean kan du inte räkna på det sätt du gör. Om du har en ström om 400A och en ledninsarea om 80mm2 ger det ett spänningsfall per meter om:
R_{1m}=0.0172*1/80=215uOhm.

U=R*I=400*215*10^(-6)=86mV/m

För 4kA blir det 860mV/m

En väsentlig skillnad från de siffror du skrev upp, frågan är dock om vi inte har nått strömmättnadstaket för 4kA och i så fall kommer spänningsfallet att vara högre.

Snabba överslagsräkningar i all ära, man skall bara akta sig så att det inte blir "fort men fel men fort ändå"

/Tony
Med reservation för tyckfel.
Användarvisningsbild
2763
 
Inlägg: 9742
Blev medlem: sön 01 sep, 2002 14:19
Ort: Göte-/Helsingborg

Inläggav Gäst » tis 18 mar, 2003 8:38

Nej, jag kände inte till arean på kontaktledningen.
Med en area på 120mm2 blir ju spänningfallet "bara" drygt 1V/m.
Fort och fel blev det... :D

Om man däremot räknar på 80kA (som jag har för mig att strömskenan klarar att leverera) blir resultatet istället 24 V/m. Då ska man väl i.o.f.s. tänka på att strömmen inte tas ut i en punkt, utan fördelad över en längre sträcka.

Misstänker dock att spänningsfallet i själva verket blir högre i.o.m. att ledningen blir varm (=smälter) och resistansen ökar.

Någon på ex.v. Banteknik måste väl veta diemsionerna på de ledningar som matar strömskenan - borde väl ge en vink om vilka areor som krävs.

/Manne

:idea:
Gäst
 

Inläggav Gäst » tis 18 mar, 2003 9:05

Ojdå, nu blev det fort och fel igen :oops: :oops:

Använde visst en gammal formel utan att tänka efter och räknade med förlusten i återledaren också. Den förlusten är ju försumbar i det här fallet...

Så: 0,0172 (vid 0 grader?) * 1/120 = 0,0001458 ohm/m d.v.s. 0,58V/m
respektive 12V/m för 80kA.

Andemeningen står jag dock fast vid och förlusterna är fortfarande ganska stora tycker jag.

Inga fler inlägg förrän jag käkat frukost...

/Manne
Gäst
 

Inläggav 2763 » tis 18 mar, 2003 9:06

Manne skrev:Nej, jag kände inte till arean på kontaktledningen.
Med en area på 120mm2 blir ju spänningfallet "bara" drygt 1V/m.
Fort och fel blev det... :D

120mm2? Vilken ström? Vilken formel? Det hade varit mycket lättare att följa ditt tankesätt om du hade redovisat hur du räknar och vilka värden du ger dina variabler.
Manne skrev:Om man däremot räknar på 80kA (som jag har för mig att strömskenan klarar att leverera) blir resultatet istället 24 V/m. Då ska man väl i.o.f.s. tänka på att strömmen inte tas ut i en punkt, utan fördelad över en längre sträcka.

Vilken ström har du räknat på i första fallet, på 4kA får jag med en area på 80mm2 ett spänningsfall om 0,8V/m.

Vad gäller strömmen så har du fel. Enligt Kirchhoffs första lag, även känd som Kirchhoffs strömlag eller KCL så gäller:

Farbror Kirchhoff skrev:Summan av alla strömmar som flyter in i en punkt är lika med summan av alla strömmar som flyter ut från samma punkt.


Om du tänker dig en ledare likt vatten i ett rör. Det vatten som kommer in i röret måste ju komma ut i andra ändan, om röret inte läcker förstås.

Det läck som "trillar" från kontaktledningen kanske rör sig om miljondels ampere, högst försumbart när vi talar om storleksordningen tiondels kA till tiotals d:o.

Däremot skall man beakta vad JAgr skrev, om det finns bärlinor m.m. så kommer strömmen att delvis gå även i dessa, men jag förmodar att dessa är delvis är tillverkade av andra legeringar och med annan utformning, därmed är ledningsförmågan en annan, det krävs en ganska häftig analys för att komma fram till hur strömmen fördelar sig beroende på var vagnens pantograf befinner sig, men det är klart att man gärna kastar sig över lite maskanalys :wink:

Frågan om kontaktskenans area i Stockholmsområdet skulle vara intressant att få svar på, med mina minnesbilder så lär det röra sig om ett antal cm2, dvs 100-tals mm2. En uppskattning om 5cm2 ger en resistans om 34uOhm/m (enligt tidigare redovisat berkäningsmönster) vilket vid 80 kA ger ett spänningsfall: om 2,8 V/m. Jag luskar!

Nu tror jag att 5cm2 är för lite, kan det röra sig om kanske 10 eller 15?

/T
Med reservation för tyckfel.
Användarvisningsbild
2763
 
Inlägg: 9742
Blev medlem: sön 01 sep, 2002 14:19
Ort: Göte-/Helsingborg

Inläggav Gäst » tis 18 mar, 2003 9:51

Får väl svara på kritiken:

0,0172 (vid 0 grader) x 1/120 = 0,0001458 ohm/m

4000 x 0,0001458 = 0,58 V/m

80000 x 0,0001458 = 11,6 V/m i spänningsfall

(Observera dock att resistiviteten ökar med en halv procent för varje grads temperaturökning. Vid 30 grader blir siffran (30 x 0,05) x 0,0172 = 0,0258 vilket ger 0,86 och 17,2 V/m för 4kA och 80kA respektive.)

Har erkänt att jag slarvade lite förut och ber om ursäkt om för det!

:cry:

När jag skriver att strömmen inte tas ut i en punkt menar jag att kontaktledningen inte nödvändigtvis behöver leverera 80kA på en och samma plats. Man kan ju lika väl ha kortare sträckor med separat matning.

Strömskenan är väl i järn och inte koppar? Och ger därför ett något större spänningsfall. Skulle gissa att dimensionerna är ca 8x5 cm.

/Manne
Gäst
 

Inläggav Odd Holstensson » tis 18 mar, 2003 9:56

TonyM skrev:Frågan om kontaktskenans area i Stockholmsområdet skulle vara intressant att få svar på, med mina minnesbilder så lär det röra sig om ett antal cm2, dvs 100-tals mm2. En uppskattning om 5cm2 ger en resistans om 34uOhm/m (enligt tidigare redovisat berkäningsmönster) vilket vid 80 kA ger ett spänningsfall: om 2,8 V/m. Jag luskar!

Nu tror jag att 5cm2 är för lite, kan det röra sig om kanske 10 eller 15?

/T


Har inte direkt tänkt på förhållandet, men strömskenans ovansida är iallafall rätt bred, säkert runt 10 cm, eller möjligen mer. Profilen liknar en vanlig rälsprofil, fast bredare. Kan kanske hjälpa till i beräkningarna. Det är ju inget man går ner och mäter med skjutmått, direkt.
Odd Holstensson
 

Inläggav JAgr » tis 18 mar, 2003 10:20

TonyM skrev:Däremot skall man beakta vad JAgr skrev, om det finns bärlinor m.m. så kommer strömmen att delvis gå även i dessa, men jag förmodar att dessa är delvis är tillverkade av andra legeringar och med annan utformning, därmed är ledningsförmågan en annan

I de fall bärlinan skall utgöra en förstärkning av arean ser man till att det är samma material i bärlina, tvärtrådar och kontaktledning. För spårvägsdrift används bärlina så gott som uteslutande för att förstärka arean eller sänka impedansen i kontaktledningsystemet.

/JAgr
Användarvisningsbild
JAgr
 
Inlägg: 571
Blev medlem: lör 31 aug, 2002 17:59
Ort: Västra Frölunda

Inläggav 2763 » tis 18 mar, 2003 10:23

Har inte direkt tänkt på förhållandet, men strömskenans ovansida är iallafall rätt bred, säkert runt 10 cm, eller möjligen mer. Profilen liknar en vanlig rälsprofil, fast bredare. Kan kanske hjälpa till i beräkningarna. Det är ju inget man går ner och mäter med skjutmått, direkt.[/quote]

Ett i plast, eller varför inte ett skjutmått i proslin kanske????? 8) Skämt åsido, jag förstår din inställning. Är den så pass bred torde en gissning runt 20 cm2 eller mer inte vara fel.

/T
Med reservation för tyckfel.
Användarvisningsbild
2763
 
Inlägg: 9742
Blev medlem: sön 01 sep, 2002 14:19
Ort: Göte-/Helsingborg

Inläggav Gäst » tis 18 mar, 2003 10:41

Har vägarna förbi Nyboda idag. De har delvis bytt strömskenor där och jag såg en mätbar stump ligga och skräpa.
Får se om jag lyckas mäta rätt... 8)

Man bör dock tänka på att strömskenan antagligen är något överdimensionerad för att tåla bl.a. förslitning orsakad av strömskorna.
Intressant vore därför att också veta dimensionerna på det kablage som leder till strömskenan. Om jag inte missminner mig är det 3-4 grova parallellkopplade kablar.

En annan aspekt på "kontaktledning vs strömskena" är strömavtagarens anliggningsyta. En strömsko ligger an plant mot skenan med hela sin längd (20 cm ?), medan strömavtagarens kontakt med kontaktledningen är ytterst liten. Vid höga spänningar fungerar det, men vid 0,7kV/4kA blir det antagligen för mycket ström i en punkt med ljusbåge och smält ledning som resultat.

/Manne
Gäst
 

Inläggav Stefan Isaksson » ons 19 mar, 2003 13:22

När matningen till järnvägar diskuterades på en kurs i järnvägsteknik (KTH) fick jag höra följande karaktäristik:
Eldistributörerna dimensionerar elanläggningen så att det inte blir några nämnvärda fluktuationer i spänningen (+-1% på sin höjd). Järnvägarna däremot matar på så att ledningarna nästan glöder. Internationella järnvägsnunionens rekommendation är att spänningen får variera mellan 10% över och 20% under nominalspänningen. För bredspårets del alltså ungefär 12.000-18.000 V. Överspänningar är det väl ganska noga med men det är väl inte direkt ovanligt att spänningen trillar under 12.000. Sådana tillfällen är ganska lätt påvisbara: Rc-loken slutar fungera vid 12.000 V, vilket förresten var anledningen till att Rc inte fick gå på Östersund-Storlien i slutet av 70-talet (jag skulle tro att det har ändrats sedan dess).

Hur som helst kan det för diskussionens skull vara av intresse att Roslagsbanans lok var säkrade till 1000 A (och X9p i salig åminnelse till 900 A). Eftersom linjespänningen där är 1500 V likström fanns inga transformatorer; det är med andra ord uttagen linjespänning vi talar om.
Vad jag kommer ihåg led inte RB nämnvärt av spänningsfall när två lok startade på samma sektion.
Personligen tror jag att en matning av 4000 A ingalunda är en omöjlighet med luftledning och hjälpledning.
Däremot misstänker jag att det behövs ganska mycket hjälpkraftledning om man ska mata 10 tåg nära varandra à 4000 A. Kort sagt: luftledning är möjligt men knappast praktiskt.

Men ärligt talat: det var nog anläggningskostnaden som avgjorde till strömskenans förmån i tunnelbanan. Att man sedan slipper nedriven kontaktledning är ju en bonus och att hjälpmatningen är så att säga inbyggd gör nog inte ont heller.

Till järnvägar med strömskena, kan man såvitt jag vet tillfoga järnvägslinjen genom Chamonix (den slutar väl i Geneve tror jag). Den är såvitt jag vet smalspårig, och elektrifierad med strömskena.
Observera att järnvägen inte är inhägnad och att den har minst en plankorsning med landsväg (nåja, i ärlighetens namn: strömskenan slutar ett par meter ifrån korsningen och själva korsningen är således i ett strömgap).

Varför på detta viset? Jag vet inte men jag har alltid varit lite nyfiken.

SI
Användarvisningsbild
Stefan Isaksson
 
Inlägg: 486
Blev medlem: mån 02 sep, 2002 14:26
Ort: Uppsala

Inläggav rene » ons 19 mar, 2003 23:03

Stefan Isaksson skrev:Men ärligt talat: det var nog anläggningskostnaden som avgjorde till strömskenans förmån i tunnelbanan. Att man sedan slipper nedriven kontaktledning är ju en bonus och att hjälpmatningen är så att säga inbyggd gör nog inte ont heller.


Nu slipper man alltså ha med stora transformatorer i tågen. Innebär det att den elektromagnetiska strålningen i tågen också minskar? För lokförare i allmänhet är ju annars ganska utsatta för elektromagnetism.

Stefan Isaksson skrev:Till järnvägar med strömskena, kan man såvitt jag vet tillfoga järnvägslinjen genom Chamonix (den slutar väl i Geneve tror jag). Den är såvitt jag vet smalspårig, och elektrifierad med strömskena.
Observera att järnvägen inte är inhägnad och att den har minst en plankorsning med landsväg (nåja, i ärlighetens namn: strömskenan slutar ett par meter ifrån korsningen och själva korsningen är således i ett strömgap).


Stackars småvilt.. Det måste vara ett och annat djur som har fått sig en "kyss" av den strömskenan.
rene
 
Inlägg: 2
Blev medlem: sön 16 mar, 2003 1:19

Inläggav Gäst » tor 20 mar, 2003 1:26

Tack stefan Isaksson för intressant information! Trodde faktiskt inte att luftledningen kunde klara de strömmarna.

Tunnelbanans strömskena har måtten 10 cm (höjd) x 10 cm (bredd ovansidan) resp. 11,5 cm (bredd undersidan).
Den har (som någon redan påpekat) ungefär samma profil som en räl och är alltså smalare på mitten. Vilka de måtten är hann jag inte ta reda på, men gissar att ca 1/3 av arean går bort pga "midjan".

Resistiviteten för järn är 0,105.

(0,105x1/(60cm2)) x 4000 = 0,007 V/m i spänningsfall

Har jag räknat rätt nu? (klockan är snart halv två på natten...)
Det skulle i så fall behövas 100 kontaktledningar a 80mm2 för att motsvara skenan.

Men är inte frågan egentligen varför man använder kontaktledning istället för strömskena och inte tvärtom? (dvs strömskena istället för kontaktledning)

Gissar att kontaktledning lämpar sig bättre när miljön är mindre skyddad än i tunnelbanan (risk för beröring, regn, snö och fukt etc). Finns förutsättningarna är antagligen strömskena att föredra.

/Manne
Gäst
 

Inläggav 2763 » tor 20 mar, 2003 7:20

Anonymous skrev:Tack stefan Isaksson för intressant information! Trodde faktiskt inte att luftledningen kunde klara de strömmarna.

Tunnelbanans strömskena har måtten 10 cm (höjd) x 10 cm (bredd ovansidan) resp. 11,5 cm (bredd undersidan).
Den har (som någon redan påpekat) ungefär samma profil som en räl och är alltså smalare på mitten. Vilka de måtten är hann jag inte ta reda på, men gissar att ca 1/3 av arean går bort pga "midjan".

Resistiviteten för järn är 0,105.

(0,105x1/(60cm2)) x 4000 = 0,007 V/m i spänningsfall

Har jag räknat rätt nu? (klockan är snart halv två på natten...)
Det skulle i så fall behövas 100 kontaktledningar a 80mm2 för att motsvara skenan.

Nästan, ett litet tiopotensfel. Jag får det till 0,07 V/m, 1cm2 är 100mm2, dvs 60cm2 blir 6000mm2. (jag kan å andra sidan också räkna fel)

Sen är det ju inte säkert att det är just strömskenan som begränsar maxuttaget ur strömskenan.

/Tony
Med reservation för tyckfel.
Användarvisningsbild
2763
 
Inlägg: 9742
Blev medlem: sön 01 sep, 2002 14:19
Ort: Göte-/Helsingborg

Inläggav JAgr » tor 20 mar, 2003 7:55

Det är inte kontaktledning eller strömskena som är den begränsande detaljen när det gäller att överföra ström. Strömavtagaren är den detalj som sätter begränsningen, närmare bestämt effektförlusterna i denna. Strömskor mot en skena har de lägsta överföringsförlusterna, bygel mot kontaktledning har högre förluster därför ser man vid högre strömmar två och även tre kolskenor på bygeln. Ett problem med fler kolskenor är att den ofjädrade vikten ökar och därmed problemen att följa ledningen. Detta gäller även för strömskor med där kan ändå den ofjädrade vikten hållas relativt låg.

Järnväg med strömskena som nämnts ovan, jag kan inte tänka mig att spänningen på detta system är högre än max 1500V. Vid högspända system används ju även luftrummet som isolationsmedium mot kontaktledningen.

/JAgr
Användarvisningsbild
JAgr
 
Inlägg: 571
Blev medlem: lör 31 aug, 2002 17:59
Ort: Västra Frölunda

Inläggav Gäst » tor 20 mar, 2003 12:28

Jo, jag antar att kraven på den fysiska kontakten mellan strömavtagare och ledning är omvänt proportionell mot spänningen. Vid 15000 volt räcker det ju med att den smeker kontaktledningen...

Att man använder strömskena i Chamonix och även i stor utsträckning i England, bl.a. på sträckan London - Brighton, är ju intressant. I fallet London har det kanske att göra med att tågen rör sig mycket under jord, eller att man helt enkelt använt beprövad tunnelbaneteknik (fast strömskenan ju ligger mellan rälarna där). Dessutom blir ju vagnparken betydligt billigare att införskaffa och underhålla. Kan det spela in tror ni?

/Manne
Gäst
 

En strömskena är också en kontaktledning

Inläggav Harald » tor 20 mar, 2003 20:23

Citat ur Elsäkerhetsverkets föreskrifter om utförande och skötsel av elektriska starkströms­anläggningar samt allmänna råd om tillämpningen av dessa ("Blå boken"):

"Begreppet kontaktledning innefattar här friledning och strömskena. Med kontaktledning avses även återledning och hjälpkraftledning."
Harald
 
Inlägg: 7899
Blev medlem: sön 24 nov, 2002 11:04
Ort: Majorna

Inläggav Gäst » tor 20 mar, 2003 22:51

Hollänska Järnvägen kör med Likström Tror 1500 volt eller 3000.
Loken har mycket kraftigare ströömavtagare än växelströmslok. När dom kör igång med ett tåg så har dom båda avtagarna uppfällda men sänker en efter dom fått någotlunda fart.

Även Franska likströms lok kan urskiljas från likadana växellok igenom de kraftigare strömavtagarna (förrutom inventarie numren)

I USA kör Long Island Rail Road med strömskena där det är elektrifierat. De har överliggande släpskor. Dom har (eller haft) plankorsningar. Dessa plankorsningar har eliminerats successivt bara för att bilisterna had svårt att stanna vid korsningarna och blev mosade av tåg med dödsfall som resultat.

Metro North har också strömskena, men deras är underliggande släpsko.
De tåg som går mot delstaten Connecticut är duoströms utrustade. Strömskena i likström (600-750 volt) inom New Yorks Terminal Zone. När dom kommer utanför Terminal Zonen så fälls strömavtagarna på taket upp och dom kör med 25Kv och 11Kv. Jag tror 25Kv sträcker sej mellan Woodlawn Interlock och New Rochelle, NY där det blir 11kv ända upp till New Haven,CT. Jag tror denna sträcka håller på att byggas om för 25Kv så den kommer att passa till nybyggda elektrifieringen mellan New Haven och Boston.

Storlekar på trådar eller strömskenor har jag ingen aning om och hur många Amperes dom kan klara.

Dom trafikerar tåg med upp till 12 vagnar på de flesta linjerna i rusningen.

Som en footnote kan jag också rapportera att i Måndagseftermiddag såg ett Amtraktåg på NE Corridor som hade en AEM 7 (Rc 4) som drog 13
26 meters Amfleetvagnar. Jag ser också att AEM loken hanterar nästan alla lokdragna tåg. Jag har inte sett till de nya HHP loken på flera månader.
Det är intressant att numera så för AEM loken dra längre tåg än dom gjorde förr, då det höll sej runt 8-9 vagnar.

Såg också NJTransits nya ALP 46 (BR 101) sköta mänga rusningståg med 12 vagnar. ALP 44 (Rc 6) har 8-10 vagnar max.

Dennis
Gäst
 

Inläggav Gunnar Eriksson » fre 21 mar, 2003 2:24

Nu slipper man alltså ha med stora transformatorer i tågen. Innebär det att den elektromagnetiska strålningen i tågen också minskar? För lokförare i allmänhet är ju annars ganska utsatta för elektromagnetism.
Såg siffror på det där en gång. Vill minnas att pendeltågsvagnar hade 1000 nånting (vad det nu var för enhet, nåntingTesla?) medan tunnel(bane)vagnar hade 100 nånting, dvs tiondelen av pendeltågsvagnarna.
Hälsningar
GE
Gunnar Eriksson
 

Strömskenan och pendeltågens elektromagmetism

Inläggav Dan E » fre 21 mar, 2003 12:02

Enligt Stockholms tunnelbanor 1975 så motsvarar strömskenan i tunnelbanan ca 1000 mm2 koppar.
Skenans mått nämns icke, men den består av mjukt järn med en vikt av 60 kg/m.

Angående elektromagnetismen i pendeltågsvagnarna borde B-vagnen vara att föredra framför A-vagnen (den med strömavtagare) då huvudtrafo, strömriktare, reaktor m.m sitter under A-vagnen. Sedan går högspänningsgenomföringen ner invid främre höger mittdörrpar i A-vagnen.

Dan
Dan E
 

FöregåendeNästa

Återgå till Spårtrafik

Vilka är online

Användare som besöker denna kategori: Google [Bot] och 5 gäster