Kontakttrådens ledningsförmåga – Studie inför Sveriges höghastighetsbanor.

Sammanfattning: På höghastighetslinjerna som planeras byggas i Sverige är det satt som mål att köra i 320 km/h. Att köra så pass mycket snabbare än det görs i dagsläget kräver ett kontaktledningssystem vars kontakttråd klarar av att vara stabilt och rakt uppspänt så att strömavtagaren kan gå jämt och inte orsaka att kontakttråden börjar svaja. Det resulterar i krav på att kontakttråden spänns upp med ett högre moment, inspänningskrafterna ökar. Det medför att belastningen på kontakttråden kommer att öka vilket innebär att dagens kontakttrådar och bärlinor av renkoppar eller kopparsilver inte kommer att klara av de nya inspänningskrafterna. Trafikverket tar inspiration i sin process för att bestämma utformningen av det nya kontaktledningssystemet från ett tyskt kontaktledningssystem som också är byggt för hastigheter över 300 km/h och har samma systemfrekvens och spänning som Sveriges nuvarande nät har. Där används kopparmagnesiumlegeringar för att höja den mekaniska styrkan hos linorna. Trafikverket har förutspått att kontaktledningens livslängd är 50 år. Den standard man kommer fram till för höghastighetslinjerna kommer förmodligen inte att förändras i ett senare skede. Därför är det viktigt att material- och komponentvalet blir rätt från början för att kunna påverka anläggningens livscykelkostnad och miljöpåverkan. Syftet med examensarbetet är att undersöka hur materialets ledningsförmåga i kontaktledningens komponenter påverkar effektförlusterna i kontaktlednings-systemet. Det är en efterfrågan från tillverkningsbranschen att se om det sparar in så pass mycket att det är värt att tillverka bättre produkter än vad standarden kräver. Ett mått på ledningsförmågan är hur många procent av IACS som materialet leder där IACS är ett referensvärde från en tråd av renkoppar. Både för bärlina och kontakttråd av kopparmagnesium har beräkningar gjorts i spannet mellan 62 % och 85 % IACS. På så vis går det att se kostnaderna som effektförlusterna orsakar från minimikravet enligt europastandarden EN50149 och upp till 85 % som är aningen i överkant jämfört med de produkter som tillverkas idag. Genom att förändra ledningsförmågan för kontakttråden och bärlinan förändras kontaktledningssystemets impedans. Ju lägre systemimpedans desto lägre blir effektförlusterna. Då vi inte fått tillgång till mjukvara för simulering av systemimpedans försökte vi räkna fram en systemimpedans efter en beräkningsmodell hämtad från norska Jernbaneverket. Det blev inte lyckat och beräknade värden i kontaktledingsimpedansen tolkades som osäkra då den resistiva delen blev negativ vilket är omöjligt för materialegenskaper. En förenklad beräkningsmodell användes där bara trådens resistans ändrades. I vårt scenario med Trafikverkets förutspådda 7 tåg per timme på en sträcka på 100 km gjordes beräkningar av kostnader på grund av effektförluster från standardvärdet på 62 % IACS upp till 85 % IACS. Befintliga produkter som tillverkas togs också med som en del för att se vad som i dagsläget är möjligt att spara. Resultatet blev att den årliga besparingen på grund av minskade energiförluster vara cirka 226 000 kr/år med befintliga komponenter som tillverkas med värden på ungefär 80 % IACS för kontakttråden och 75 % för bärlina. De stigande tillverkningskostnaderna för de effektivare komponenterna har efter fyra år i drift betalat sig. Genom att gå upp till ett värde på 85 % IACS på bärlina och kontakttråd är det möjligt att spara in 285 000 kr/år per 100 km enkelspår, detta är dock ett teoretiskt värde. Trafikverket vill titta på om det är möjligt att kunna använda en 95 mm2 bärlina istället för en 120 mm2 som bland annat tyska system använder. Genom att använda en 95 mm2 bärlina är det möjligt att använda befintliga befästnings-anordningar och på så vis undvika att behöva utöka sortimentet vilket sparar mycket jobb och pengar. Mindre area ger högre resistans men används effektivare material kan det vara möjligt att gå ner i area och ändå uppfylla ledningskraven. Ser man till resistans i linan kan vi se att en bärlina med arean 95 mm2 kan ersätta en bärlina med arean 120mm2 om ledningsförmågan hos 95 mm2 bärlinan höjs till 75–80 % IACS eller högre. Det kan ge en besparing för minskat material på 624 000 kr per 100 km. Trafikverket behöver inte heller ändra i sortimentet och köpa in nya fästanordningar utan använder de en 95 mm2 bärlina går det att använda befintliga befästningar. Enligt våra beräkningar går det att få en likvärdig mindre bärlina med samma resistans som en med större area. Sen om det lönar sig eller rent praktiskt fungerar är inget som går att bevisa utifrån de förutsättningar vi haft. Men det vi fastslår är att det är värt att undersöka närmare.