ALGEMEENHEDEN
Waarom 3000 Volt
gelijkspanning ?
Opbouw van een 3 kV -
bovenleidingsnet
En wat bij 25 kV
wisselspanning ?
Waarom 3000 Volt gelijkspanning ?
| Toen de Belgische spoorwegen begin jaren dertig beslisten om de lijn Antwerpen - Brussel te elektrificeren was dit de best beschikbare techniek. Dat is niet altijd zo geweest. Een kort historisch overzicht : | |
| 1879 | Berlijn, Werner von Siemens : eerste elektrische locomotief (150 V- / 2,2 kW) met een seriemotor gevoed door derde rail in het midden van het spoor |
| 1900 | Zwitserland en Noord-Italië : driefasige wisselspanning (spanningen en frequenties overal verschillend) met twee geïsoleerde rijdraden en de derde fase op de sporen |
| 1912 | Duitsland : De voeding op 15 kV~ ; 16 2/3 Hz wordt als standaard aanvaard. Deze frequentie kan met draaiende omvormers uit het 50 Hz-net gemaakt worden. De 50 Hz zelf was toen nog een te hoge frequentie voor de motoren. Deze voedingsspanning vinden we momenteel terug in de Duitstalige landen en delen van Scandinavië (Noorwegen en Zweden). |
| 1920 | Frankrijk en Nederland kiezen voor elektrificatie op 1500 V, toen de hoogste haalbare gelijkspanning. De bovenleiding werd gevoed door twee éénankeromvormers naar 750 Volt in serie geschakeld. De gelijkstroom-seriemotor is nog steeds de best geschikte tractie-motor. Momenteel vinden we deze spanning nog terug in Frankrijk (gedeeltelijk), Nederland, Japan en Australië. |
| 1930 | De eerste kwikdampgelijkrichters naar 3000 V gelijkspanning worden geconstrueerd. Een hogere spanning betekent minder stroom, dus een lichtere bovenleiding en minder onderstations. We vinden deze spanning terug in België, Zuid- en Oost-Europa en op meerdere plaatsen over de ganse wereld verspreid. |
| 1936 | De eerste testen met éénfazige tractie-motoren op 50 Hz vinden plaats. |
| 1954 | In Frankrijk vindt de eerste grote realisatie plaats op 25 kV, 50 Hz. Met behulp van SCOTT-transformatoren werd de éénfazige spanning uit het driefazig net gehaald. Op de locomotief werd de spanning gelijkgericht. De meeste nieuwe lijnen worden wereldwijd op deze wijze gevoed. |
| 1958 | De gelijkrichters met siliciumdioden vervangen de kwikdampgelijkrichters. |
| 1970 | Door de opkomst van de vermogenelektronica rijden nieuwe treinen (o.a. HST) met driefazige motoren gevoed uit monofasige wisselspanning of uit gelijkspanning. |
| In het zuiden van Engeland worden de treinen gevoed via een derde rail (op 750 Volt gelijkspanning). Enkele lange lijnen in de Verenigde Staten en in Zuid-Afrika hebben een bovenleiding op 50.000 Volt (50 of 60 Hz). | |
Opbouw van een 3 kV -
bovenleidingsnet
In een tractie-onderstation
wordt de energie omgezet van driefazige wisselspanning
naar een gelijkspanning. Een onderstation bevat
drie grote delen :
|
|
| De meeste
baanvakken worden langs beide zijden gevoed. Hierdoor
verdeelt de stroom zich tussen beide voedingsbronnen en
daalt de spanningsval in de bovenleiding. Het ganse
bovenleidingsnet hangt eigenlijk aan elkaar als één
groot vermaasd net. Elk stukje bovenleiding wordt
wel door één of twee vermogenschakelaars beveiligd. De voedingswijze wordt weergegeven op een sectioneringsplan. Halverwege tussen twee onderstations wordt er vaak een sectioneringspost gebouwd. Hierin worden de bovenleidingen parallel geschakeld. Er is geen bijkomende voeding aanwezig. De energie wordt er enkel optimaal verdeeld over het net. Een trein tussen een onderstation en een sectioneringspost ontvangt stroom van het onderstation en van de sectioneringspost. Deze sectioneringspost wordt op haar beurt gevoed uit de omliggende onderstations. Een stuk bovenleiding tussen twee onderstations of tussen een onderstation en een sectioneringspost wordt een geval van tabel één genoemd. Het vormt het geheel van alle stukken bovenleiding dat bij een fout gezamenlijk door vermogenschakelaars wordt uitgeschakeld. |
|
| Dit geheel wordt met behulp
van lastscheidingsschakelaars (boven op de
bovenleidingspalen geplaatst) in stukken opgedeeld.
Zo’n stuk noemt men een geval van tabel twee. Deze normaal gesloten lastscheidingsschakelaar wordt een T-schakelaar genoemd. Ook tussen gevallen van tabel één kan men T-schakelaars plaatsen. Zij zijn normaal geopend, maar kunnen bij storingen gesloten worden. Men noemt ze Ts-schakelaars. |
 |
| In
tunnelverbindingen worden de verschillende gevallen van
tabel twee gevoed uit een P-post. Zo bevinden er
zich momenteel 7 P-posten tussen Brussel-Noord en
Brussel-Zuid. Ook in de Antwerpse Noord-Zuidverbinding
worden P-posten voorzien. In een voedingspost wordt een belangrijke zijtak in antenne gevoed vanuit hoofdspoor. De schakelaar in deze voedingspost moet de zijtak bij grote stromen scheiden van het hoofdspoor. |
|
| De bediening van alle schakelaars gebeurt normaal telebediend door de verdeler ES. Momenteel bestaan er zes verdelers voor gans België, nl. te Brussel, Gent, Antwerpen, Bergen, Luik en Namen. De laatste twee worden in de loop van dit jaar samengevoegd. Er blijft slechts één verdelerpost per zone over. De verdeler heeft een belangrijke taak bij het oplossen van storingen. |  |
| Hij volgt op een optisch controlebord de
volgorde van uitschakelingen en (automatische)
herinschakelingen. Bij herhaling van uitschakelingen
tracht hij de oorzaak te begrijpen en de fout af te
zonderen. Bij uitschakeling en blokkering van een lange
sectie (een geval van tabel één van bijvoorbeeld 20
km), zal hij met behulp van de T-schakelaars de
uitgeschakelde spanningsloze zone korter maken. Bij
averijen coördineert hij de eerste werkzaamheden. De verdeler ES heeft ook een belangrijke veiligheidsfunctie. Zo voert hij bij werkzaamheden de nodige schakelingen uit zodanig dat de werkzone spanningsloos wordt. Alvorens de werken starten, moet er wel eerst een aarding geplaatst worden. Hij zorgt ook voor de coördinatie met dispatching treinverkeer en seingevers. In de omgeving van belangrijke wisselcomplexen worden de verschillende bovenleidingen bij voorkeur met elkaar verbonden (in een onderstation of sectioneringspost). Hierdoor worden de spanningsverschillen in de bovenleiding tussen de verschillende stukken bovenleiding beperkt. De bepaling van de optimale voedingswijze gebeurt momenteel via een computerprogramma. De verwachte exploitatie in normaal bedrijf en in gestoord bedrijf wordt ingevoerd. Het programma berekent in functie van de voedingswijze het te leveren vermogen per voedingspunt, de stromen door de bovenleiding en de spanningsvallen in deze bovenleiding. In normaal bedrijf mag de bovenleidingsspanning nooit dalen beneden de 2900 Volt. In uitzonderlijke situaties mag deze spanning dalen tot 2400 Volt. De lengte van een baanvak wordt ook beperkt door beveiligingseisen. De instelstroom van de stroomverbrekers moet groter zijn dan de maximale stroom afgenomen door rijdende treinen en moet kleiner zijn dan de kortsluitstroom veroorzaakt door de verst verwijderde fout. Een onderstation kan ook noodzakelijk zijn om de spoorspanning te beperken. Een Europese norm laat bijvoorbeeld maximaal 120 Volt toe gedurende periodes langer dan 5 minuten. Criteria voor de plaatsing van onderstations en sectioneerposten - Netkaart |
|
En wat bij 25 kV wisselspanning ?
| Deze spanning wordt
momenteel in een 25 kV tractie-onderstation
meestal enkelfazig getransformeerd uit een driefazig
industrieel net. De spanning wordt afgenomen tussen twee
fazen. Hierdoor ontstaan een belangrijk onevenwicht in
dit voedingsnet. Dit spanningsonevenwicht moet beperkt
blijven. Het éénfazig aansluitingsvermogen moet daarom
beperkt blijven tot 4 % van het beschikbaar
kortsluitvermogen in het industriële net. Kwadratisch
gemiddeld gedurende maximaal 10 minuten moet het
afgenomen vermogen kleiner blijven dan 1 % van dit
kortsluitvermogen. Hoe groter het voedend net, hoe groter
dit kortsluitvermogen. Daarom wordt een
25 kV-tractienet meestal uit zeer hoge
spanningsnetten getransformeerd (150 kV, 220 kV of zelfs
380 kV). Naast de +25 kV bovenleiding wordt er een -25 kV-feederkabel opgehangen. Om de 10 km wordt er een autotransformator geplaatst. Het energietransport gebeurt hierdoor eigenlijk op 50 kV (dus kleinere stromen, lichtere bovenleiding, minder onderstations) terwijl de bovenleiding zich slechts op 25 kV bevindt (kleinere isolatie-afstanden voor de bovenleiding en voor het rollend materieel). |
|
In België worden de volgende lijnen op 25 kV geëlektrificeerd :
HSL
1 van Lembeek (net voorbij Halle) tot aan de Franse grens, in
dienst sinds 14/12/97;
Lijn
42 van Rivage tot Gouvy (lijn van Luik naar Luxemburg),
onderstation in dienst sinds september ’99;
Lijn
165-166 (Athus-Meuselijn) van Dinant tot Athus (aan het
drielandenpunt met Luxemburg en Frankrijk), met twee
onderstations in dienst sinds november 2002;
HSL
2 van Bierbeek (bij Leuven) tot Bierset (bij Luik), eveneens in
dienst sinds 15 december 2002;
HSL
4 van Antwerpen-Noorderdokken tot aan de Nederlandse grens,
voorzien voor april 2007;
HSL
3 van Soumagne (bij Luik) tot Welkenraedt of tot aan de Duitse
grens, eveneens voorzien voor midden december 2007.
