Studier av orsaken till strömskador på järnvägsvagnars hjullager och möjliga motåtgärder

Transkript

1 2006:12 T E K N I S K R A P P O RT Studier av orsaken till strömskador på järnvägsvagnars hjullager och möjliga motåtgärder Åke Wisten och Jonas Ekman Luleå tekniska universitet Institutionen för systemteknik EISLAB 2006: LTU - TR SE

2

3 Slutrapport Studier av orsaken till Strömskador på Järnvägsvagnars Hjullager och Möjliga Motåtgärder LKAB:s projektnummer: MD Banverkets projektnummer: S AL50 EISLAB Systemteknik Luleå Tekniska Universitet Luleå, Sverige

4 ii

5 Sammanfatting Under år 2003 noterades en kraftigt ökning av antalet rapporterade skador pga elektrisk korrosion på malmvagnarnas axellager. När elskadorna på lagren upptäcktes, så hade det alltså under många år pågått en process av mångsidiga förändringar av både infrastruktur och rullande materiel. Med tanke på konsekvenser i form av urspårningar och förseningar, som kan bli följden av oupptäckta lagerskador började man genast att utreda möjliga orsaker till elkorrosionsskadorna. Syftet med detta projekt var att öka förståelsen av tågströmmarnas vägar och storlek, och att förslå möjliga åtgärder för att minska strömbelastningen i vagnslagren. Ett utgångsantagande har varit att uppkomstavströmskador står i direkt relation till lagerströmmarnas storlek - ju starkare ström, desto större risk för skador. Dock måste man ta med beräkningen att skador inte inträffar på stillastående lager, där metallytor ligger i direkt kontakt med varandra. Därför genomfördes flertalet studier under gång bl.a. hur spänningen mellan vagnskorg och räl varierar, variation av strömmen i vagnskopplen i olika driftsituationer, samt inverkan av s.k. jordlina. Vad man kan se är att förutsättningar finns för strömorsakade lagerskador. Tex uppmättes mycket höga spänningar över hjullagren (ca. 2 V), koppelströmmar påca50a(rms)för lätta malmtåg med UAD-vagnar och 160 A (RMS) för tunga tåg med UNO-vagnar samt lokalt mycket höga koppelströmmar vid passage av stationer. Åtgärder för att minimera strömorsakade lagerskador har pågått, från Banverkets sida, under detta projekts gång (juni 2005 till april 2006) bl.a. i form av montering av parallellkopplad jordåterledare. Mätningar som utförts i detta projekt kan inte bekräfta den önskade positiva inverkan av denna jordlina (i form av minskade koppelströmmar). Dock så minskar antal utbytta lager ständigt efter toppnoteringen 2003 med 61 % bytta lager vid lagerrevision till ca % under 2006 (preliminära resultat fram till juli). Detta är emellertid mycket högre än den normala bytesfrekvensen på ca. 10 % åren före Under antagandet att höga koppelströmmar orsakar lagerskador så föreslås två motåtgärder. Den första i form av isolerat lok-vagns-koppel som förhindrar hög koppelström att gå utiförsta vagnen och den andra i form av dedicerad sista vagn med god elektrisk kontakt med rälen som låter höga koppelströmmar passera genom samtliga vagnskoppel och gå tillbaka till rälen genom preparerade lager i sista vagnen. iii

6 iv

7 v Innehållsförteckning Kapitel 1 -Introduktion 1 Kapitel 2 - Projektbeskrivning Projektsammanfattning Projektbeskrivning... 3 Kapitel 3 -Förteckning över i projektet framtagna rapporter Förteckning... 7 Kapitel 4 -Resultat i förhållande till uppsatta mål i projektet 9 Kapitel 5 - Slutsatser Inledning Uppkomst av lagerskador Ökningen av lagerskador och statistik Strömåtermatning frånlok Förslag till motåtgärderochfortsattarbete Kapitel 6 - Ekonomisk Redovisning Utfall enligt huvudbok Kapitel 7 -Mätning av primärström och primärspänning i IORE-lok Sammanfattning Introduktion Syfte Mätning av primärspänning Mätning av primärström Primärspänning och primärström förspeciellasituationer Mätning av koppelström Slutsatser Strömprob Strömtänger Mätpunkter i IORE loket Kopplingsschema föriorelok MatlabScriptforGenerationofFFT Kapitel 8 - Strömfördelning i koppel på Malmtåg Inledning Syfte Mätresultat Slutsatser Bandata,ATochBTsystem,kilometertal... 89

8 Kapitel 9 -Inverkanavjordlinapåkoppelströmmar Inledning Resultat Slutsatser Fördelar med jordlina som ej framkommit genom mätningar Anmärkning om tunga tåg Kapitel 10 -Spänning mellan vagnskorg och räl Sammanfattning Inledning Försöksuppställning Förutsättningar Instrumentering Mätresultat, Korg-räl-spänning, primärström, koppelströmmar Mätresultat, Korg-räl-spänning, primärström, koppelströmmar, lagerboxströmmar Sammanställning och värdering av mätresultaten Slutsatser Bilaga A. Bilder från installering på modifierade vagnar Bilaga B. Hålltider för sträckan Vitåfors-Sandskär-Vitåfors Kapitel 11 - Övertonshalter i primär- och koppel- ström Sammanfattning Inledning Instrumentering Förutsättningar Mätresultat Slutsatser Kapitel 12 -Provkörning med nya lager under 4 veckor 2005 och Kapitel 13 - Ursprunglig projekt- och mät- plan Ursprungligprojektplan Ursprunglig mätplan Kapitel 14 -CDmedmätdata 177

9 Kontaktinformation Projektledare: Jonas Ekman Luleå University of Technology, EISLAB Phone: Luleå Sweden Resurs: Åke Wisten Luleå University of Technology, EISLAB Phone: Luleå Sweden vii

10 viii

11 Figurförteckning 1.1 Lagerbyten under perioden 2002 till Verkligt och förväntat utfall för skadefrekvens Jämförelse mellan LTU och Bombardier RMS primärspänningsmätningar logaritmisk skala (övre) och linjärskala(nedre) Detalj av LTU och Bombardier RMS primärspännings mätningar Primärspänning som funktion av tiden (övre) och FFT (mitten och undre Mätning av primärström med användning av en 1 mv/a Lemflex-spole runt primärströmmens returledare i logaritmisk skala (övre) och i linjär skala(nedre) Mätning av primärström med användning av en 10 mv/a Lemflex-spole runt primärströmmens returledare i logaritmisk skala (övre) och i linjär skala(nedre) Mätning av primärström med användning av en 1 mv/a tångamperemeter runt primärströmmens returledare i logaritmisk skala (övre) och i linjär skala(nedre) Mätning av primärström med tångamperemeter 1mV/A runt strömmätningstransformatorns ledare (nära S1-S2), i logaritmisk skala (övre) och i linjär skala (undre) FFT av primärströmsmätningar med 1 mv/a Lemflex spole monterad runt primärströmmensreturledare Primärströmsmätningar med 10 mv/a Lemflex spole runt strömmens returledare (övre) och primärspänningsmätningar (undre) Detalj av mätningar i Fig Primärström (övre) och primary spänning (undre) Primärström (övre) and primärspänning (undre) för ett avsnitt med normala driftförhållanden, elbroms, och snabb acceleration Detalj av primärström (övre) (top) och primärspänning (undre) vid övergång från normal drift till elbromsning. Observera fasskillnaden i primärströmmen (övre) Detalj av primärström (övre) och primärspänning (undre) vid övergång från elbromsning till acceleration. Observera fasskiftet i primärströmmen (övre) Ljusblå Rogowskispolesomomsluterettvagnskoppel ix

12 x FIGURFÖRTECKNING 7.15 LEM RR 3035 Oscilloskop Flexibel AC strömprob Fluke 80i-500s AC Current Clamp (500 A) LEM strömprobmodelpr Mätpunkter i IORE loket Mätpunkter för primärströmmeniioreloket En strömtång och två Lemflexmätare runt primärströmmens returledare Mätpunkt för primärström. Ledaren (mellan S1 och S2) omfattad av LEM HEME PR200 tångamperemeter Mätpunkter för primärspänning i IORE loket :1 Aktiv spänningsprob inkopplad på mätpunkterna i Fig Kopplingsschema för IORE lok med mätpunkter för primärspänningen angivna (1KLN & 1KLA) och högspänningszonen markerad med streckad linje Primärström (ovan) och koppelströmmar(nedan) Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passage AT Harrträsk vid tid 11.1 (11:06:00). Högsta punkten på banan vid tid (11:15). Passage AT Ripats vid tid (11:17:00). Passage AT Nourtikon vid tid 11.48(11:28:30) Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passage AT Kilvo vid tid (11:37:00). Passage AT Nattavaara vid tid (11:50:00) Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passage AT Koskivaara vid tid (12:03:00). Passage AT Polcirkeln vid tid (12:14:00). PassageATMurjek3&4vidtid12.425(12:25:30) Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passage BT sugtrafo vid tid (12:33:20). Passage AT Murjek 1 & 2 vid tid (12:34:30). Passage AT Näsbergvidtid12.79(12:47:40) Primär- och första koppel- ström. Avgår från Vitåfors tid 3.31 (ca. 03:17:00) Primär- och första koppel- ström. Går ned i fart till 22 km/h vid passage av Gällivare station vid tid 3.5 (03:30:00). Passage AT Harrträsk vid tid 3.8 (03:48:00). Högsta punkten på banan passeras tid 3.97 (03:58:21) Primär- och första koppel- ström. Passage AT Ripats vid tid 4.0 (04:00:00). Passage AT Nourtikon vid tid 4.21 (04:12:19). Passage AT Kilvo vid tid 4.35(04:21:17) Primär- och första koppel- ström. Passerar Nattavaara vid tid 4.58 (04:35:00) och 40 km/h. Passage AT Nattavaara vid tid 4.59 (04:35:33). Passage AT Koskivaaravidtid4.85(04:50:42) Primär- och första koppel- ström. Kraftig acceleration då hastigheten är: 2.4 km/h kl. 05:00, 30 km/h vid tid 5.05 (05:03) och 57.5 km/h vid tid 5.10 (05:06). Passage AT Polcirkeln vid tid 5.20 (05:11:52). Passage AT Murjek4vidtid5.41(05:24:27)

13 FIGURFÖRTECKNING xi 8.11 Primär- och första koppel- ström. Passage omformarstation, driftjordpunkt vid tid 5.54 (05:32:30). Accelererar från 9 km/h (05:29:47) till 56 km/h (05:35:13) i lätt nedförsbacke efter Murjek. Passage BT-sugtrafo vid tid 5.61 (05:36:35). Passage BT-jordpunkt vid tid 5.63 (05:37:41). Passage AT Murjek 1 & 2 vid tid 5.64 (05:39:00). Passage Näsberg vid tid 5.92 (05:55:20) Primär- och första koppel- ström. Passerar Lakaträsk vid tid 6.2 (06:12:00). Maximal hastighet 59.5 km/h vid tid 6.43 (06:25:49) strax norr om Sandträsk Primär- och första koppel- ström. Inbromsning från 50 km/h tid 6.70 (06:41:27) till stillastående tid 6.74 (06:44:52) strax söder om Sandträsk Primär- och första koppel- ström. Konstant hastighet mellan km/h hela sträckan ( h) fram till inbromsning Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Avgång Vitåfors tid 2.0 (ll. 02:00). Gällivare station tid 2.25 (kl. 02:15) Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passerar Gällivare stationtid.2.25(kl.02:15) Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Kl. 02:30 till 02: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Kl. 02:45 till 03: Primärström och koppelström. Avgång från Vitåfors ca. tid (14:09:00). Gällivare station tid (14:25:00) Primärström och koppelström. Maximalt pådrag i Harrträskbacken tid (14:34:00). Passage AT Harrträsk vid tid (14:35:43). Passage AT Ripats vid tid (14:46:43). Passage AT Nuortikon vid tid (14:57:47) Primärström och koppelström. Passage AT Kilvo vid tid (15:05:10). Passage AT Nattavaara vid tid (15:17:10). Passage AT Koskivaara vidtid15.47(15:28:15) Primärström och koppelström. Passage AT Polcirkeln vid tid (15:37:57). Passage AT Murjek 3 & 4 vid tid 15.8 (15:48:05). Passage AT Murjek 1 &2vidtid15.93(15:55:50) Primärström och koppelström. Passage AT Näsberg vid tid (16:06:51). Passage AT Lakaträskvidtid16.39(16:23:07) Primärström och koppelström. Passage AT Gullträsk vid tid (16:34:23). Passage AT Sandträsk vid tid (16:44:43). Passage AT Gransjö vid tid16.94(16:56:21) Primärström och koppelström. Passage AT Ljuså vid tid (17:07:29). Passage AT Holmfors 1 & 2 vid tid (17:20:00) samt BT-driftjordpunkt 50 söder om AT Holmfors. Passage driftjordpunkt, Buddbyn vid tid (17:22:57) Primärström och koppelström IORE-kopplingsschema med markerade mätpunkter för sk. läckström och nedre returström Övre läckström (ovan) och nedre returström(nedan) Primärström (ovan) och första koppelström(nedan)

14 xii FIGURFÖRTECKNING 8.30 Skillnaden mellan Nedre returström och primärström (I NL - I P )ochövre läckström ( 5) PassageBoden Torpgärdan till Sävastnäs SävastnästillNotviken PassageBoden Torpgärdan till Sävastnäs SävastnästillNotviken PassageBoden Torpgärdan till Sävastnäs SävastnästillNotviken Modifiering av vagnar för korg-räl-spänningsmätning. I figuren är (1) räl, (2) hjul, (3) hjulaxel, (4) rullager, (5) lagerhus, (6) boggieram, (7) isolering, (8) elektrisk kontakt, (9) skyddsmotstånd och (10) återledningsdon Översikt korg-rälspänning, primärström och koppelström. Vitåfors-Sandskär- Vitåfors-Sandskär Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Start från Vitåfors Gällivare station Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Harrträskbacken börjar Högsta punkten PlatåefterRipats Korg-rälspänning, primärström, koppelström Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Detalj mellan plottiderna 11.1och Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Gullträsk passeras vid Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Sandträsk passeras Bodenmalmryggenvid Korg-rälspänning, primärström, koppelström Korg-rälspänning, primärström, koppelström.passage av S Sunderbyn, där jordlinan slutar vid Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Krypkörning mellan och i samband med lossningen. Rundslingans östligaste punkt, i Sandskär: , då lossningen ärklar Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Krypkörning i Luleå upphör vid Jordlinan börjar i S Sunderbyn vid Korg-rälspänning, primärström, koppelström Korg-rälspänning, primärström, koppelström Korg-rälspänning, primärström, koppelström Korg-rälspänning, primärström, koppelström Korg-rälspänning, primärström, koppelström Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Stopp i Vitåfors vid timme dvs kl 17:23 den 24 nov. Maximal korg-rälspänning = ca Vvid Korg-rälspänning, primärström, koppelström

15 FIGURFÖRTECKNING xiii 10.20Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Tåget befinner sig i Vitåfors Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Vitåfors bangård Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Vitåfors bangård Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Vitåfors bangård Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Vitåfors bangård Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Tåget avgår från Vitåfors vid Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Högsta punkten på Harrträskbackenpasserasvid AnkomstRipatsvid Korg-rälspänning, primärström, koppelström Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Stopp i Murjek 31 min Korg-rälspänning, primärström, koppelström Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Stopp Boden malmryggen Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage av S Sunderbyn vid Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Mätningen av primärströmmen avbryts på Luleå malmbangårdvid Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Fullastat tåg, sträckan Vitåfors- Sandskär,24nov Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Sandskär-Vitåfors, tomt tåg på vägnorrut Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Fullastat tåg, sträckan Vitåfors- Sandskär,25nov Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage Gällivare station 03:47,saktarnedtillca20km/h, Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage Gällivare station 03:35,saktarnedtillca28km/h, Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage Harrträsk (högsta punkt)04:23:30, Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage Harrträsk (högsta punkt)04:01:40, Korg-rälspänning. Vitåfors-Sandskär (top), Sandskär-Vitåfors (mitt) och Vitåfors-Sandskär(ned) Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Start från Vitåfors Gällivare station Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Harrträskbacken börjar Högsta punkten Platå efter Ripats Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Detalj mellan loggtiderna11.1och Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Gullträsk passeras vid Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Sandträsk passeras Bodenmalmryggenvid

16 xiv FIGURFÖRTECKNING 10.47Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage av S Sunderbyn, där jordlinan slutar vid Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Krypkörning mellan och i samband med lossningen. Rundslingans östligaste punkt, i Sandskär: , då lossningen ärklar Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Krypkörning i Luleå upphör vid Jordlinan börjar i S Sunderbyn vid Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Obs att skalan är ändrad till max 2 volt korg-rälspänning Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Stopp i Vitåfors vid timme dvs kl 1723 den 24 nov. En hög spänningsspik på ca 2.5volt,synsvid Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage Gällivare station03:47,saktarnedtillca20km/h, Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage Gällivare station03:35,saktarnedtillca28km/h, Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage Harrträsk (högsta punkt) 04:23:30, AT Harrträsk vid ca. 04:12 och AT Ripatsvidca.04: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage Harrträsk (högsta punkt) 04:01:40, AT Harrträsk vid ca. 03:50 och AT Ripatsvidca.04: Korg-rälspänning och lagerboxströmmar. Lagerboxströmmar minskar och korg-räl-spänning är konstant (0.01h = 36 sek.). Tidp passeras högsta punkten på banan (Harrträsk). Lastat tågset Korg-rälspänning och lagerboxströmmar. Höga lagerboxströmmar (0.01h =36sek.) Korg-rälspänning och lagerboxströmmar. Hög korg-räl-spänning och obetydliga lagerboxströmmar (0.01h = 36 sek.). Tidp lossning färdig i Sandskär Vagn med ett återledningsdon påaxel1och4.påfrämre boggien, närmast loket, lossas kabeln till återledningsdonet i övre änden, isoleras och fästes mot fotsteget som syns på bilden. På bakre boggien, närmast vagn nr två, lossas också kabeln till återledningsdonet, men anslöts till mittledaren på en6mlång RG213 koaxialkabel, som går till mätkortet i datorn, som var placerad främst på vagnnrtvå. Skärmen på samma RG213-kabel ansluts till boggieramen, mha den fastsvetsade mutter som syns på bilden

17 FIGURFÖRTECKNING xv 10.65Vagn med ett skyddsmotstånd (ca 0.1 ohm) mellan en axelbox och boggieramen, på axel 1 och 4. Denna vagn går som nummer två, från loket räknat Datorboxen monterades framtill på vagn nr två. En RG223 kabel, 6m, dras till bakre boggien på vagn nr 1,för att mäta spänningen till räls. Koppelströmmen mättes i det koppel som skymtar till höger Mätning av primärströmmhalemflexrr Övertonshalter i primärström under sommarförhållanden Uppmätt primärström under sommarförhållanden Övertonshalter i primärström under vinterförhållanden Jämförelse av övertonshalten i primärström under sommar- och vinterförhållanden (normerad amplitud i (b)) Övertonshalten i (första) koppelström under vinterförhållanden Uppmätt koppelström under vinterförhållanden Jämförelse av övertonshalten i primär- och koppel- ström under vinter förhållanden

18 xvi FIGURFÖRTECKNING

19 Tabellförteckning 1 Vagns-ochlager-typer Lagerskadefrekvensen Antal hjulaxlar som genomgick lagerrevision hos Duroc Rail AB Utfall enligt huvudbok Bandata, Luleå -Boden Bandata, Gällivare - Kiruna Bandata, Boden - Gällivare Jordlinans inverkan på koppelströmmar Hålltider för första sträckan: Vitåfors-Sandskär-Vitåfors Hålltider för andra sträckan: Vitåfors-Sandskär xvii

20 xviii

21 Del 1: Projektsammanfattning

22 xx

23 Kapitel 1 Introduktion Sedan början av 1990-talet har järnvägssystemet för malmbanan i norra Sverige varit under ständig utveckling mot ökad tågtäthet, ökad tågvikt och ökad axellast. Under denna tid har även elförsörjningssystemet byggts om från BT till AT på långa sträckor. Med början år 2003 initierades ett, ännu pågående ( ), utbyte av de gamla DM3-loken mot nya lok av typen IORE, tillverkade av Bombardier 1. IORE-loken har högre axellast, medger större effektuttag och kan dessutom vid inbromsning återmata elektrisk energi till järnvägskraftnätet. År 2005 var samtliga nio beställda dubbellok levererade, tillräckligt för att klara hela trafiken påsödra omloppet, omfattande sträckan Kiruna-Gällivare-Luleå. Under år 2003 noterades en kraftigt ökning av antalet rapporterade skador, se Fig. 1.1, pga elektrisk korrosion på malmvagnarnas axellager. När elskadorna på lagren upptäcktes, så hade det alltså under många år pågått en process av mångsidiga förändringar av både infrastruktur och rullande materiel. Med tanke på konsekvenser i form av urspårningar och förseningar, som kan bli följden av oupptäckta lagerskador började man genast att utreda möjliga orsaker till elkorrosionsskadorna, se Rapport Banverket BRNB 2004:10 [1]. Det fanns många olika tänkbara orsaker: nya loktyper, ökat effektuttag, återmatning av bromseffekt, ökad axellast, skadad infrastruktur, problem vid övergången BT-AT etc. Man kunde inte precisera om skadorna uppstått på någon mindre del av banan, eftersom malmvagnarna rör sig ett omlopp omfattande Luleå- Gällivare- Kiruna- Narvik. Det var 1 Första IORE-loket kom 2000 och kördes i provdrift innan serieleveransen startade

24 2 Introduktion % Bytta lager vid lagerrevision År Figur 1.1: Lagerbyten under perioden 2002 till också svårt att få säker statistik över tidpunkten när elkorrosionsskadorna inträffade, eftersom inspektion av lager huvudsakligen sker när axlarna ändå tas loss för hjulservice. Man kunde bara konstatera att av de lager som inpekterades, var andelen elskador markant ökad från sommaren Tendensen är för närvarande att andelen elskadade lager är nedåtgående. Det finns en möjlighet att ett stort antal lager har skadats under en kort tidsperion och att andelen upptäckta elskador kommer att sjunka efterhand som elskadade lager byts ut. Vad man säkert vet är att onormalt många elkorrosionsskador började upptäckas från 2003 och därefter. Det saknas en klar bild av orsakerna till detta. Syftet med detta projekt är att öka förståelsen av tågströmmarnas storlek och vägar, förslåmöjliga åtgärder för att minska strömbelastningen i vagnslagren samt följa upp Banverkets tidigare utredning [1]. Ett utgångsantagande har varit att uppkomst av strömskador står i direkt relation till lagerströmmarna storlek, ju starkare ström, desto större risk för skador. Dock måste man ta med beräkningen att skador inte inträffas på stillastående lager, där metallytor ligger i direkt kontakt med varandra. Det krävs ett mellanrum mellan rullytorna för att en ljusbåge skall uppstå. För att tända en ljusbåge över ett rullande lager, krävs en viss tändspänning [2]. Därför genomfördes en särskild studie av hur spänningen mellan vagnskorg och räl varierar under gång. Den viktigaste analysmetoden är att studera strömmen i vagnskopplen i olika driftsituationer. Avsikten är att klarlägga strömnivåerna i tågets lager och sätta dessa i relation till lokets totalström, den sk primärströmmen, och infrastrukturens karakteristika. I och med att jordlina har successivt installerats under projektets gång, på sträckan Luleå - Vitåfors, delvis med avsikt att förebygga strömskador i lager, har mätningar kunnat genomföras både före och efter att jordlina tagits i drift. Eftersom jordlina inte var installerad på hela sträckan vid projektets början har inverkan av extra jordåterledare kunnat studeras. Pgaövertoners i andra sammanhang kända skadeverkanhar förekomst av strömövertoner itågen också analyserats.

25 Kapitel 2 Projektbeskrivning Denna kapitel innehåller delar från Projektansökan 2.1 Projektsammanfattning Järnvägssystemet är i ständig förändring. Uppgradering i form av ökade tågvikter, ökad tågtäthet, nya loktyper med kraftigt ökat effektuttag, regenerativ elbroms, och avancerad motorstyrning kan ge oönskade mekaniska och elektriska konsekvenser på rullande materiel såväl som på fasta anläggningar i infrastrukturen. Den allvarligaste konsekvensen av dessa effekter är strömgenomgång i hjullager som skadar lagren och i sin tur kan leda till varmgång och urspårning. Forskningsprojektets syfte är att kartlägga orsakerna till den kraftiga ökningen av lagerskador på malmvagnarna orsakade av strömgenomgång genom litteraturstudier och praktiska mätningar. 2.2 Projektbeskrivning Problemställning och syfte: Det pågår en ständig utveckling mot ökad kapacitet inom all spårburen trafik. Främst finns det en önskan om ökad kapacitet i form av tyngre last/axeltryck, snabbare tågtransporter, och fler tåg på samma sträcka. Detta resulterar i ett ökat effektuttag för nya typer av lok alternativt seriekoppling av äldre loktyper. Den direkta konsekvensen av ett ökat effektuttag är en kraftig ökning av strömmar i matningsledningar och möjliga returvägar. En ökning av strömstyrkor medför samtidigt en ökning av magnetiska fält ombord på tåg och i närhet av banvall och problem med elektromagnetisk kompatibilitet inom egna och närliggande elektriska system. Andra indirekta, däribland ekonomiska, konsekvenser av ökat effektuttag och nya loktyper ses nu t.ex. i en kraftig ökning av lagerskador och användning av extra jordlinor på tidigare problemfria sträckor. Vi har genomfört en kort sammanställning av faktiska kostnader som har en direkt anknytning till problemställningen i detta projekt enl. : 3

26 4 Projektbeskrivning 1. Kostnader för BV reg. Norr för mätningar av koppel- och lager- strömmar samt tester med extra jordåterledare har resulterat i totalt 250 kkr. i arvoden till LTU. 2. Kostnader, lagerskador (enbart MTAB) är beräknat till ca. 5 Mkr/år fram till att problemet upphör. När orsakerna till strömskadorna är eliminerat tar det ca 5 år innan alla skadade lager är utbytta. Totalkostnaden uppskattas till Mkr. 3. Kostnader för underhåll, opåräknad elektrisk påkänning i omformarstation på Malmbanan, stråk 21, perioden , ca. 100 kkr. 4. Kostnad för tågförsening av godståg (20.73 h.) orsakade av opåräknad elektrisk påkänning på Malmbanan, stråk 21, samma period, ca. 1 Mkr. 5. Ev. kostnad för extra jordåterledare på sträckan Luleå - Kiruna, ca. 100 (?) Mkr. Det är helt klart att elektromagnetiska effekter är av stor betydelse redan nu för prestanda och tillförlitlighet på Malmbanan och vi anser att dessa effekter kommer att öka med införandet av fler tunga malm och godståg. Därför är det viktigt för Banverket och operatörerna att vara medvetna om dessa effekter samt kunna ha en handlingsplan för detta. Forskningsprojektets syfte är att kartlägga orsakerna till den kraftiga ökningen av lagerskador på malmvagnarna orsakade av strömgenomgång genom litteraturstudier och praktiska mätningar. Förväntat resultat och relevans: Projektet har en hög besparingspotential vilket framgår av den ekonomiska beräkningen ovan. Vidare så kommer vi att leverera resultat som ger Banverket och dess operatörer ett mycket gott kunskapsläge om hur lagerskador uppstår och tekniker att reducera detta. Projektet syftar till att arbeta fram: 1. förslag till tekniska lösningar, på vagn, för att undvika strömorsakade lagerskador, 2. till vilken omfattning en till S-rälen parallellkopplad ledare (jordlina) reducerar risken för strömskador i vagnslager. Genomförande/metodik Projektet initeras med en litteraturstudie som sammanfattar internationella resultat om strömskador i lager, dess uppkomst, koppling till överoner och spänning i spåret, och möjliga lösningar. Vidare studeras i vilken omfattning en till S-rälen parallellkopplad ledare och andra lösningar i den fasta infrastrukturen reducerar risken för strömskador i vagnslagren. En bild skapas av totala strömflödet för ett malmtåg i en viss trafiksituation. Banavsnitt med stort effektpådrag, kraftig stigning, eller kraftig effektåtermatning, dvs hög nyttjandegrad av regenerativ motorbroms kan studeras ingående. Ingående jämförelse

27 5 mellan olika trafiksituationer för vilka strömmar registreras kontinuerligt i lok, vagnskoppel, och hjullager, samt på utvalda rälsavsnitt. Data från IORE lokens färddatorer, tillsammans med automatisk extern dataloggning i samtliga RC-lok och vid utvalda punkter längs banan, möjliggör skapande av en totalbild av effektflödet. Detta är önskvärt för att bedöma konsekvenserna av strömåtermatning från loken. Instrumentering av vagnskoppel och axlar kan dessutom ge ytterligare information om samband mellan lagerskador och lokströmmar.

28 6 Projektbeskrivning

29 Kapitel 3 Förteckning över i projektet framtagna rapporter 3.1 Förteckning Följande delrapporter har presenterats i projektet: Å. Wisten och J. Ekman, Research Report: Measurements of Primary Voltages and Primary Currents in IORE Engine 106 with Comparison to Bombardier Engine Data, 2005, juni. Å. Wisten och J. Ekman, Sammanställning av Material som behandlar Lagerskador Orsakade av Strömgenomgång, 2005, september. Å. Wisten och J. Ekman, Mätplan & Resultat. Korg-räl-spänningsmätningar. Mätning av spänning mellan hjulaxel och vagnskorg, på malmtåg, sträckan Vitåfors (Malmberget) - Sandskär(Luleå), med samtidig mätning av primärströmmar, linjespänning och strömmar i vagnskoppel., 2005, november. Å. Wisten och J. Ekman, Mätning av 2006, mars. Övertonshalter i Primär- och Koppelström, Å. Wisten och J. Ekman, Rapport: Strömfördelning i Malmtåg 1, 2006, mars. Dessa återfinns på projekthemsidan på JvTC:s portal eller kan begäras av jonas.ekman@ltu.se 7

30 8 Rapporter

31 Kapitel 4 Resultat i förhållande till uppsatta mål i projektet I detta kapitel beskrivs de uppnådda resultaten i projektet i förhållande till den ursprungliga projektansökan som återfinns i Kap Syften och mål enligt Projektansökan i Kap. 13.1, Förväntat resultat och relevans: 1. Kartlägga orsakerna till den kraftiga ökningen av lagerskador på malmvagnarna orsakade av strömgenomgång genom litteraturstudier och praktiska mätningar. Detta diskuteras i Kapitel 5.1, Slutsatser. 2. Studera till vilken omfattning en till S-rälen parallellkopplad ledare (jordlina) reducerar risken för strömskador i vagnslager. Mätresultat och slutsatser presenteras i Kapitel 9.1, Inverkan av jordlina på koppelströmmar. 3. Arbeta fram förslag till tekniska lösningar, på vagn, för att undvika strömorsakade lagerskador. Dessa presenteras i Kapitel 5.1, Slutsatser. Ytterligare delmoment beskrivs i Projektansökan ikap. 13.1, Genomförande/metodik: 4. Genomföra en litteraturstudie som sammanfattar internationella kunskaper inom området. Kort rapport enligt Kapitel 3.1, Förteckning över i projektet framtagna rapporter. 5. Skapa en bild av totala strömflödet för ett malmtåg i en viss trafiksituation. Mätresultat och slutsatser presenteras i Kapitel 8.1, Strömfördelning i koppel på Malmtåg. Ytterligare några punkter som togs upp i Projektansökan var: 6. Att bedöma konsekvenserna av strömåtermatning från loken. Detta diskuteras i Kapitel 5.1, Slutsatser. 7. Att ta till vara nya kunskaper och erfarenheter om loktyper med regenerativ elbroms då Malmbanan och LKAB/MTAB:s IORE-lok är först ut med att använda denna 9

32 10 Resultat nya teknik. Vid spec. av nya loktyper, samt även som modifiering av redan ibruktagna lok: Toppvärdeskännande strömmätare som registrerar strömmen i lokets koppel, kan tjänstgöra som för begränsning av återmatningseffekten när strömmen i kopplet blir för hög, samt även för att registrera onormalt höga strömmar som beror på fel i infrastrukturen. Vi kan idag inte fastställa gränserna för när lagerskador uppstår, men sannolikt är gränserna olika för gamla UAD-vagnar jämfört med nya UNO-vagnar. Försök indikerar att det i dagslägetinte uppstår lagerskador, varför dagens strömnivåer kan vara acceptabla. Idag tillämpas dock restriktioner, som innebär att läge 20 (av 30) är högsta tillåtna körläge för pådrag och elbroms. Därtill fanns en lista med önskvärda mätningar som Banverket presenterades strax efter projektstart (presenterades vid telefonmötet ). Denna innehöll ursprungligen följande mätningar: 8. Strömfördelning i tåget är av hög prioritet. Önskan är att kunna visa precis hur ström går i varje lok och vagn samt spänningsfall i rälsen över tåget. Dock måste vi väga önskemål mot vad som är praktiskt genomförbart och inom projektets ekonomiska ramar. Denna punkt reducerades till att mäta primärström och ström i så många vagnskoppel som var möjligt. Dessa resultat presenteras i Kapitel 8.1, Strömfördelning ikoppelpåmalmtåg. 9. Specialstudera strömfördelning i tåg vid driftjordpunkter. Teori om att dessa kan bidra till lagerskador.i Kapitel 8.1, Strömfördelning i koppel på Malmtåg, presenteras mätningar i lok och vagnskoppel då AT, BT jordpunkter och driftjordpunkter passeras. 10. Mäta och jämföra övertonshalter i primärström under sommar- och vinter- halvåret då en teori sammankopplar övertoner genererade av urladdningar pga rimfrost på kontaktledningen med lagerskador. Presenteras i Kapitel 11.1, Övertonshalter i primär- och koppel- ström. 11. Mäta spänning över tåget/vagn/vagnar. -De spänningsmätningar som genomfördes var spänning över vagnslager på specialutrustade vagnar från LKAB. Dessa resultat presenteras i Kapitel 10.1, Spänning mellan vagnskorg och räl. 12. Kartlägga och mäta strömfördelningen mellan mark och räl för att förstå inverkan av jordlina. Detta kräver flertalet mätpunkter (lok, vagnar, stolpfundament och ström framför och bakom tåget). Kunde ej genomföras pga tidsbrist. 13. Mäta spänningen över en vagn om lagren är isolerade och har parallellkopplade läck-ströms-resistanser. Dessa resultat presenteras i Kapitel 10.1, Spänning mellan vagnskorg och räl. 14. Mäta spänningen över ett koppel och relateras till lokets drag- broms- effekt. Spänning över vagnskoppel har ej mäts. 15. Mäta effektfaktorn vid pådrag och vid elbroms. Effektfaktorn har ej uppmätts.

33 Kapitel 5 Slutsatser 5.1 Inledning Det övergripande målet för denna utredning är att förstå hur elektriska lagerskador i tågvagnar uppstår, för att i framtiden kunna undvika detta fenomen, i synnerhet vid planering av nya investeringar både vad beträffar vagnspark och i infrastruktur. Arbetet delades upp i olika avsnitt för att etappvis leda fram till målet Mätmetod Den första viktiga etappen bestod i att utarbeta en metod för mätning av strömmar i tåg som var tillräckligt tillförlitlig, se vidare Kap Därvid utnyttjades flera oberoende mätsystem mellan vilka resultaten sedan jämfördes. När resultaten överensstämde så accepterades metoden. Det visade sig att man kunde reproducera loktillverkarens mätvärden medenmätuppställning som inte krävde några ingrepp i loket, bortsett från att mätning av primärspänning fordrade inkoppling i en befintlig kopplingsplint. Det system som togs fram bygger på AC-mätande tångamperemetrar, med väl skärmade koaxialkablar som anslöts till datorer via mätkort, där samplingshastigheten kunde väljas efter behov. Tidssynkroniseringen gjordes med datorklockorna och GPS navigationsutrustning. Det visade sig dock kräva ett omfattande arbete att välja ut lämpliga datorer och att preparera datorerna för långtidsdrift ombord på tåg. Det visades sig också att GPS-systemet ibörjan var otillförlitligt och krävde revision. Efter denna första etapp, då olämplig instrumentering kunde sorteras bort, betraktades mätresultaten som tillförlitliga Identifiera situationer som gav maximala tågströmmar När mätmetodiken var utarbetad koncentrerades ansträngningarna på att identifiera de situationer som gav maximala strömmar i tåget, och därmed axellagren. Man kunde konstatera att strömmen i tåget var helt beroende av totalströmmen i loken, dvs primärströmmen. På enstaka platser kunde tågströmmen vara försumbar, medan primärströmmen var mycket hög, med detta kunde alltid förklaras med närhet till en framförliggande AT/BTdriftjordpunkt, där strömmen genom loken tar vägen framåt istället för bakåt genom 11

34 12 Slutsatser tåget. Lokaliseringen av driftjordpunkterna och tågets position kunde göras med stor noggrannhet mha GPS. Därmed kunde man också få en bekräftelse på attmättekniken fungerade, liksom tidssynkroniseringen och positioneringssystemet. Höga strömnivåer itåget uppträdde i den långa uppförsbacken vid Harrträsk, då loket drar med mycket stor effekt, och dessutom även vid elbromsning i den därefter följande, praktisk taget obrutna, långa utförslöpan ner mot kusten. Strömmarnas storlek vid elbromsning var helt beroende på hur stor del av den tillgängliga bromskraften som utnyttjades. Under mätperioden fanns en generell instruktion till lokförarna att aldrig bromsa högre äniläge 20 av 30 möjliga, vilket naturligtvis återspeglades i genererad bromström och samtidig ström i tåget. Följaktligen har vi inte sett de värsta fallen i fråga om elbromsningens konsekvenser för strömmarna i tåget Tändspänning Vid arbetets början, betraktades det som känt, från litteratur [2] och tillgänglig expertis, att det krävs en viss tändspänning för att det skall uppstå joniserade urladdningar i lager, sk ljusbågar. Uppgifter om tändspänningens storlek varierade från 200 mv till 700 mv. För att undersöka fenomenet iordningställdes en vagn för att möjliggöra mätning av spänningen mellan vagnskorg och räl, se vidare Kap Tanken var att kartlägga förutsättningarna för strömgenomgång i lagren. Om spänningen mellan vagnskorg och räl aldrig överskrider tändspänningen, så finns det heller inga förutsättningar för stark ström genom lagren. Resultaten från dessa mätningar av korg-räl-spänningen gav några av de mest intressanta resultaten i hela projektet. Det visade sig nämligen dels att spänningen mellan vagnskorg och räl på många ställen överskred de tändspänningar som tidigare nämnts. Dessutom kunde man konstatera att strömmarna i tåget följde tändspänningen, dvs strömmen var låg när tändspänningen inte uppnåtts, samt att strömmen blev väsentlig när en viss spänning uppnåtts. När strömmen börjat gå ilagren såstigerintespänningen ytterligare. Det visade sig också att tändspänningen var mycket högre för ett tomt tåg (ca 2 volt) än för ett fullastat tåg (ca 0.6 volt). Förklaringen är att avståndet mellan rullytorna i lagren är mindre när axeltrycket är högt. Ett lastat tåg med 25 tons axeltryck har ett oljefyllt isolationsavstånd, som är betydligt mindre än isolationsavståndet för ett olastat tåg med 5 tons axellast, om hastigheten är densamma. Detta faktum räcker som förklaring till att tändspänningen var högre för det olastade tåget. Genomslag, dvs ljusbåge, uppstår när den elektriska fältstyrkan uppnått genomslagvärdet, vilket kan approximeras med volt/mm. Om isolationsavståndet ökas med en faktor 4 så krävs det 4 gånger så hög spänning för att genomslagsfältstyrkan skall uppnås. Ytterligare försök på rullande lager vid olika last skulle kunna bekräfta detta. Vi kunde alltså konstatera att förutsättningar för strömgenomslag i vagnslagren fanns överallt längs banan, både när loket förbrukade och när det genererade elektrisk effekt Direkt mätning av ström i vagnslager Intill den vagn som mätte korg-räl-spänningen, kopplades en annan vagn, som preparerades för direkt mätning av strömmen i axellagren. Det konstaterades att strömmen i dessa vagnslager vid många tillfällen var relativt stor, strömvärden på 1.5 A per axel

35 13 var vanligt förekommande. Strömstyrkan i tåget och i lagren är direkt beroende av primärströmmen. När lokets primärström är hög, så blir också tågströmmarna höga, med undantag av den variation som sker beroende på avståndet till närmaste driftjordpunkt Strömmens variation i tågets längsled Strax innan loket når fram till en driftjordpunkt går nästan all ström framåt i riktning mot driftjordpunkten, och endast lite ström bakåt i tågets riktning. När loket just har passerat driftjordpunkten så går strömmen bakåt i tågets riktning, och då är strömmen maximal även i vagnskopplen, för den del av tåget som passerat driftjordpunkten. Avståndet mellan driftjordpunkterna är ca 5 km för BT systemet, medan avståndet mellan motsvarande punkter för AT är ca 10 km. Omedelbart efter passage av en driftjordpunkt (AT eller BT) går alltsåtågströmmen bakåt i tåget till driftjordpunkten, men längre bak är tågströmmen nära noll. Den högsta strömnivån råder alltså iförsta vagnen, när driftjordpunkten just har passerats, och sjunker därefter ju större del av tåget passerat driftjordpunkten. Sett över tåget i längsled är det generella mönstret att strömmen i topparna är ungefär lika stark i de främre vagnarna, fram till ungefär 2/3 av tågets längd. Detta gäller för de högsta strömtopparna. För lägre strömnivåer avklingar strömmen snabbare. I näst sista vagnen har strömmen i alla situationer avtagit rejält. Se vidare Kap Lätta och tunga tåg Strömstyrkan i tågenär avsevärt högre för långa, tunga tåg. Skillnaden mellan strömstyrkan idemodernatågen med 30 tons axellast och 68 FANO- eller UNO- vagnar 1 och de gamla tågen med 25 tons axellast och 52 UAD-vagnar är anmärkningsvärd. Se Tabell 1 för skillnaden mellan olika vagnar och deras lagertyper. För en viss primärström, exempelvis 780 A sammanlagt i båda loken kan strömmen i det tunga tåget uppgå till över 200 A, medan motsvarande ström i det lättare gamla tåget som mest är ca 50 A. Förklaringen till detta är inte enbart att ett längre tåg har flera axlar som kan leda strömmen tillbaka till rälen, eftersom antalet axlar förhåller sig som 67/52 = 1.3, utan måste bero på ett lägre elektrisk motstånd i de moderna vagnarnas axellager, vid full last. I och med att de tunga nya tågen inte hittills uppvisar lagerskador, trots avsevärt mycket högre strömmar i lagren, så är det något man måste ta fasta på i det fortsatta arbetet. Det är i dagsläget okänt om strömskador förekommer på de nya tunga FANO-vagnarna. Det kan ändå vara klokt att skaffa sig beredskap för att generellt sänka strömnivåerna i tågen, om problem skulle dyka upp. Med tanke på en sådan situation föreslås två möjliga åtgärder, som skulle kunna genomföras utan alltför höga kostnader i fråga om löpande underhåll. Dessa åtgärder diskuteras nedan. 1 FANO är de nyaste, Svensktillverkade vagnarna, som är parvis ihopkopplade. Det förekommer tåg med FANO och UNO blandade, men UAD tågen är alltid homogena.

36 14 Slutsatser Tabell 1: Vagns- och lager- typer. Vagnar Lager Anmärkning FANO TBU lager Nyaste vagnstypen, 30 tons axellast. Koniska rullagerenheter Svensktillverkade. Ingen utskrotningsstatistik. UNO TBU lager Sydafrikavagnarna, 30 tons axellast. Koniska rullagerenheter Låg utskrotningsstat. (4.4 % perioden ). UAD Sfäriska rullager Gamla vagnarna, 25 tons axellast. Hög utskrotningsstatistik, se Fig Enligt uppgift mindre kontaktyta än TBU lager. För att göra lagren mer robusta gällande skador från strömgenomgång finns möjligheten att använda sig av ett strömisolerande skikt på ytter- eller inner- ring eller keramiska rullkroppar. 5.2 Uppkomst av lagerskador Lagerskador pga strömgenomgång beror på elektriska urladdningar i mellanrummet som uppstår mellan rullar och rullytor när vagnar är i rörelse. För stillastående vagnar finns inte dessa mellanrum, så förutsättningarna blir annorlunda för stillastående tåg Om strömtätheten i den elektriska urladdningen är för hög så uppstår skador på stålet, pga värmeutvecklingen. Om lagerfettet vore en god elektrisk ledare, lika bra som stålet, eller bättre, så skulle aldrig några elektriska urladdningar mellan lagerytorna kunna ske. Så är emellertid inte fallet. För att det skall uppstå en elektrisk urladdning, eller ljusbåge så krävs att den elektriska fältstyrkan överskrider en viss genombrottsfältstyrka, vars värde vi inte känner exakt, men man kan uppskatta till storleksordningen 3000 V/mm. Ett mellanrum på mm får då enljusbåge om spänningen över gapet uppgår till 3 volt. Om mellanrummet är så litet som mm så räcker det med 0.3 volt för genomslag. Skador uppkommer knappast för enstaka elektroner som hoppar över gapet, utan det krävs en viss strömtäthet för att värmeutvecklingen skall smälta stålet i gränsytorna. Ett uppskattningsvärde kan sättas till 1 A/mm 2.För ett helt tågset gäller att strömmen som går in i första kopplet fördelar sig mellan alla hjulaxlar i tåget på sin väg tillbaka till rälsen. All ström i tåget går dock inte in genom lokets koppel utan en del kommer upp genom de främre hjulen och går ner genom de bakre. Detta gäller en normalsituation då inga jordpunkter finns i närheten och att den yttre potentialskillnaden är sådan att strömmen drivs bakåt i tåget. För att lagerskador skall uppstå i ett tåg så krävs det alltså dels en ganska hög ström i tåget, och dels skall strömmen fördelas mellan lagren så att strömtätheten överskrider gränsvärdet för skador. I detta projekt har ovan nämnda nivåer varit normgivande. Strömmen har uppskattningsvis ansetts fördela sig över 1 mm 2 per lager, och ett strömläckage 1 ampere per lager har ansetts skadligt. Om exempelvis strömmen i första kopplet uppmätes till 40 ampere, och den skall fördelas över ca 200 axlar, eller 800 lager, och om strömmen fördelas

37 15 jämnt, blir strömmen 40/800= 50 ma per lager. Redan denna ström skulle kunna vara onyttig för lagret, beroende på hur stor yta som den fördelas över. Nu visade det sig att strömmen i tåget inte fördelar sig jämnt över vagnarna utan tenderar att följa tåget över 2/3 av totallängden, dvs strömmen fördelar sig över ett fåtal vagnar på återvägen till rälsen. Det innebär att strömmen blir 150 ma/lager vid jämn fördelning. Om istället strömmen är mera koncentrerad till ett fåtal lager, så blir situationen kritisk. Vid passage av AT och driftjordpunkter uppstår andra strömfördelningar. Vad beträffar tändspänningen så kunde tändspänningar mellan 0.6 V och 2.4 volt registreras vilket bekräftar och utvidgar tidigare erfarenhet. 5.3 Ökningen av lagerskador och statistik Den kraftiga ökningen av strömorsakade lagerskador som uppmärksammades i slutet av 2003 (oktober, november, december) och statistiken därefter kräver en närmare diskussion. Följande vet man: 1. Lagerskadefrekvensen i slutet på 2003 var sex gånger högre än 2002, se Tabell 2 nedan. 2. Malmvagnarna, 991 st UAD, har två olika nivåer av förebyggande underhåll vilka baseras på antal rullade kilometer: Nivå 1-Översyn. Inträffar varje km. Översyn innebär en enklare genomgång av vagnen och funktionskontroll av bromsen. Nivå 2 - Revision. Inträffar varje km. Revision innebär att vagnen gås igenom grundligt, boggier, koppel, vissa bromsdetaljer samt lucksystem tas ned och revideras. Revisionsintervallet km är satt utifrån uppskattad livslängd på lager och förslitning av detaljer i boggien. 3. Hjulaxlarna. Vagnar och hjulaxlar är två olika enheter. Vagn med boggier hålls ihop men hjulaxlarna roterar fritt mellan vagnarna. Det innebär att hjulaxlarna är egna enheter som underhålls efter svarv- och revisionsbehov. Hjullagren revideras när hjulskivorna är förbrukade och en s.k. omstomning måste görs på hjulaxeln, men hjullagren revideras också efter tiden 5 år i de fall hjulskivorna fortfarande har kvarvarande livslängd. Omhjulenbehöver åtgärdas tar man bort den hjulaxeln från vagnen och sätter upp en frisk hjulaxel. Den nedtagna hjulaxeln skickas på en transportvagn till Duroc i Luleå som svarvar eller reviderar axeln, den åtgärdade axeln sätts sedan upp på enannanvagnsombehöver hjulbyte. Vid lagerrevision monteras en bricka på lagerhuset som visar när lagret sist är reviderat. Antal lagerrevisioner för perioden ses i Tabell Lagerkontrollen sker på Duroc Rail AB i Luleå av en och samma person sedan långt före ökningen Om detta gör att man kan anta samma beslutsunderlag/beslutsprocess för ett lagerbyte är svårt att säga.

38 16 Slutsatser Tabell 2: Lagerskadefrekvensen År Skadefrekvens % % % % 2006 (tom juli) 31.5 % Tabell 3: Antal hjulaxlar som genomgick lagerrevision hos Duroc Rail AB År Antal lagerrevisioner Kasserade lager Från detta system med lagerrevisioner är det klart att de axlar som rullar mer går in oftare på revision. Och om man antar att lagerskadorna har inträffat under en begränsad tid så kan detta förklara det verkliga utfallet i Fig. 1. Men, om man antar att alla axlar rullar exakt lika mycket, och därför tas in på revision löpande (inga favoritaxlar/vagnar finns) skulle utfallet mer likna den gröna linjen i Fig. 5.1 och man skulle ha ett lika hög skadefrekvens tills alla axlar/lager är åtgärdade. En alternativ förklaring kan hittas om man antar att lagerskadorna har ökat pga en försämrad elektrisk miljö på Malmbanan som t.ex. den så kallade Grundvattens-teorin som presenteras i [1]. Det skulle innebära att skadefrekvensen ligger kvar runt 38 % tills den elektriska miljön förbättras (naturligt eller genom yttre påverkan). Däremot så måste den teorin även kombineras med någon annan faktor som förklarar den topp i skadefrekvensen som man ser under Strömåtermatning från lok Mätningarna har visat att strömmen i tåget kan uppgå till högre värden vid strömåtermatning, än då loket drar med normal kraft vid acceleration, eller i den mest krävande uppförsbacken. Emellertid beror bromsströmmen helt av hur mycket bromskraft som utnyttjas. Eftersom körinstruktionerna ändrades, från att tillåta läge 30 till att enbart tillåta läge 20, så har man begränsat den ström som går ut i tåget vid elbromsning. Om lagerskadorna beror på elbromsning så kan förändringen i körinstruktionerna mycket väl ha medfört att lagerskadorna upphörde.

39 17 Skadefrekvens % Verkligt utfall Förväntat utfall År Figur 5.1: Verkligt och förväntat utfall för skadefrekvens. 5.5 Förslag till motåtgärder och fortsatt arbete I detta kapitel diskuteras fyra möjliga motåtgärder för att begränsa strömgenomgång i malmvagnars hjullager samt två åtgärder för framtida investeringar (Alt.5 + 6). Ytterligare två alternativ diskuteras i [2] som även innehåller en ekonomisk kalkyl för dessa. För att minska ström i vagnslager föreslås följande alternativa vägar för fortsatt arbete Alt. 1. Isolerade koppel Genom att isolera kopplet mellan loket och första vagnen kan man introducera ett högre motstånd mot tågströmmen, diskuteras även i [2]. Tågströmmen måste då passera lagren på väguppitåget, vilket innebär att man introducerar ett mycket högre elektrisk motstånd 2 jämför med dagens situation, då tågströmmen har en ingångsväg med praktiskt taget försumbar resistans genom lokets direktjordade axlar upp i lokets kaross och ut i tåget genom första kopplet. Man kan i en första approximation betrakta tåget som en ledare parallellkopplad med rälen, där tåget är ansluten till rälenimånga punkter via axellagren. I denna långa parallellkopplade ledare finns det ett ställe där strömmen obehindrat kan passera, nämligen genom lokets borstförsedda axlar, som är anslutna till karossen. Denna förbindelse anges i lokets kopplingschema, Fig. 8.27, vid axel 4. Om lokets koppel isoleras, så bryts denna gratis ingångsväg för tågströmmen, som då kommer att reduceras avsevärt. Därefter återstår endast lagerresistanserna, som ligger likvärdigt utspridda längs tåget. Man kommer inte att helt bli av med tåg/koppelströmmarna, eftersom det i tågets längsriktning finns en spänning som kan överskrida lagrens tändspänning. Uppskattningsvis kan spänningen över ett tåg av 700 m längd vara av storleksordningen 5 volt. (siffran fås genom kännedom om rälens resistans per meter och en strömstyrka i rälen som satts till 600 ampere, vilket ger 12.6 mv/m elektrisk fältstyrka i rälen riktning). Denna spänning i tågets längsriktning kommer att driva ström itåget även om lokets koppel isoleras, men strömstyrkan kommer troligen att minska avsevärt, eftersom man ökar lager-resistansen till dubbla värdet jämfört med dagens situation. 2 Strömmen måste passera lager både på väg upp i tåget och på väg ner från tåget, om loket isoleras. Motståndet kan öka maximalt en faktor 2.

40 18 Slutsatser Alt. 2. Modifierad sista vagn Den sista vagnen kan förses med en god elektrisk förbindelse med sina hjulaxlar. Induktansen mellan kontaktledningen och tåget, gör att ström tenderar att sugas upp i tåget så nära kontaktledningen som möjligt. Den motverkande balanserande faktorn är de resistanser i strömmens väg, som utgörs av resistanserna i axellagren och resistansen i tåget stål. Om resistanserna i alla lager vore noll, så skulle strömmen kunna passera utan motstånd mellan räl och vagnskorgar, varvid strömmen hamnar i vagnskopplens övre delar, intill ett djup som motsvarar inträngningsdjupet för frekvensen 16.7 Hz i stål, dvs inom ca 2 cm från kopplens övre delar. Fenomenet kan förklara att strömmarna i de tunga tåg som undersökts har haft lika stor ström i alla vagnar upp till ca 2/3 av tågets längd. Därefter har strömmen avtagit i kopplen, beroende på att den sammanlagda återstående tåglängden erbjudit ett växande elektrisk motstånd. Om däremot sista vagnen förses med en kortslutning till rälen, så kommer man att öppna en nästan resistansfri väg tillbaka till rälen genom sista vagnen, på liknande sätt som man har en nästan resistansfri väg upp i tåget genom lokens axlar (numrerade 4 i Fig. 8.27). Följden skulle bli att den ström som gåruppitåget genom loket, i normal fallet skulle hålla sig kvar i tåget till sista vagnen, där den passerar ner till rälen genom borstarna [3]. Vid passage av driftjordpunkter och autotransformatorer kommer dock strömmen även ta andra vägar, fördelade över lager längre fram i tåget. Ett sådant försök skulle kunna genomföras till en låg kostnad, eftersom det redan finns en vagn som är preparerad för ändamålet Alt. 3. Modifiering av samtliga axlar Varje axel förses med ett stålstift som med fjäderkraft pressas mot centrum av axeländen. Elektrisk kontakt mellan stålstiftet och axelboxen anordnas mha en kabel. Detta innebär att ena axelboxen behöver modifieras, på varje axel. Anordningen skulle kräva mycket litet underhåll eftersom slitaget på stålstiften bedöms bli ringa. Detta skulle garantera att samtliga lager skyddas mot skadliga strömmar, oavsett placering i tåget, och oavsett tillfälliga skador på infrastrukturen så som rälsbrott eller brutna Z-förbindelser, som annars lokalt kan ge skadliga strömtoppar genom lagren Alt. 4. Körstrategi Det har visat sig att skillnad i körstil kraftigt påverkar ström i tågens koppel (samt även energiförbrukning, koppelslitage etc.). Därför rekommenderas fortsatt arbete med utveckling och utbildning av mjuk körstil/strategi Alt. 5. Indikatorsystem för höga koppelströmmar Man kan till en ringa kostnad, i framtida loktyper, förbättra övervakningen av tågströmmarna genom att i loket montera en toppvärdeskännande strömmätare som indikerar onormalt höga koppelströmmar. Då kan skador i lok såväl som i infrastruktur snabbt upptäckas (exempelvis brott på jordåterledare).

41 Alt. 6. Elektriskt isolerade lagerenheter Enligt lagertillverkaren SKF finns idag möjligheten att leverera TBU-lagerenheter med keramiska rullkroppar som eliminerar strömgenomgång i lagren. Detta ökar kostnaden för lagren markant.

42 20 Slutsatser

43 Kapitel 6 Ekonomisk Redovisning 6.1 Utfall enligt huvudbok Kontakt för ekonomisk information är Projektadministratör Ulrica Lång på Luleå tekniska universitet, tel.: , ulrica.lang@ltu.se I nedanstående tabell är preliminär lön och OH för april månad medräknad. Tabell 1: Utfall enligt huvudbok Externa medel uppdrag SUMMA INTÄKTER Löner fo projledare Övr personalkostnader 390 Lokalkostnader Drift:utrustning Drift:datorer Drift:material Drift:resor Drift:konsulter Drift: övrigt,telefon mm OH SUMMA KOSTNADER RESULTAT

44 22 Ekonomisk Redovisning

45 Referenser [1] Anders Wahlberg, Andreas Nilsson och Jörgen Nyberg, Lagerskador orsakade av strömgenomgång. Rapport Banverket BRNB 2004:10. [2] H. Prashad, Effects of operating parameters and lubricant characteristics on threshold voltages and impedance of non-insulated roller bearings under the influence of electric currents, Bhel Journal, vol. 8, no. 2, pp , [3] Jan Scholtz, Konsekvensbeskrivning angående införande av skydd mot strömskador på malmvagnar. Rapport, Interfleet Technology, Maj [4] Stromführung im Bereich von Radsatz-Wälzlagern in Schienenfahrzeugen. DEUTSCHE NORM. DIN VDE Maj

46 24

47 Del 2: Projektdelar

48 26

49 Kapitel 7 Mätning av primärström och primärspänning i IORE-lok 7.1 Sammanfattning Korrekt mätning av primärström och primärspänning är viktigt i en kartläggning av koppel- och lager- strömmar. Loktillverkare har direkt tillgång till dessa kvantiteter mha specialutrustning medan övriga intresserade måste hitta lämpliga mätpunkter i loken. I denna rapport beskrivs dessa mätpunkter, uppmätta storheter och jämförelser med loktillverkaren Bombardiers direkta lok-data. Mätningarna utfördes på ett IORE-lok som trafikerar Malmbanan i Norra Sverige. Fyra olika mätinstrument har provats för att mäta primärström och en teknik för att mäta primärspänning. Det är uppenbart från de genomförda mätningarna att primärström mäts bästmedenlemflexströmspole, inställd på 10 mv/a, runt primärströmmens återledare i loket och att primärspänningen mäts bäst genom en direktinkoppling på tvåmätpunkter (1KLA-1KLO) i loket. Vidare har primärström och primärspänning uppmäts för olika tillstånd - elbroms, acceleration och vid passage av strömlös sektion. 7.2 Introduktion Som en del av ett forskningsprojekt för undersökning av strömskador på järnvägsvagnars hjullager - uppkomst, orsaker och förebyggande åtgärder, ärdetavstortintresseatt noggrant kunna mäta primärspänning och primärström i lok. Generellt är mätning av strömmar och spänningar i rullande tåg en effektiv metod att upptäcka onormala tillstånd i elektriska installationer längs banan. Det är fördelaktigt att kunna korrelera elektriska data från sensorer på tåget med lokets totalström och spänningen på linjen, eftersom dessa varierar starkt under tågets förflyttning. För att sätta upp ett mätsystem under den korta tiden av ett tågstopp, krävs förberedelse av lätt tillgängliga mätpunkter, utanför de skyddade högspänningszonerna i loket. Eftersom undersökningarna pågår under flera veckor, bör proberna vara oberoende av batteribyte, eller åtminstone tillåta batteribyte utanför lokets skyddade högspänningszoner. Lätt tillgängliga passiva och aktiva prober för 27

50 28 Mätning i IORE-lok mätning av primärström och primärspänning har installerats i ett lok. Utsignalerna från dessa prober har jämförts med samtidiga mätdata från tillverkarens fabriksförberedda mätsystem. Mätningarna har genomförts i ett IORE lok som trafikerar malmbanan i norra Sverige, eftersom hjullagerskador är mest uttalade i detta område. I loket installerades ett mätsystem bestående av spänningsprob, tångamperemätare, strömmätare av Rogowski-typ, och en PC-laptop utrustad med mätkort. Data har samlats för några väldefinierade körtillstånd. För att möjliggöra en värdering av noggrannheten i de olika mätsystemen har dessa resultat sedan jämförts med samtidigt registrerade data från loktillverkarens system. 7.3 Syfte Detta arbete har utförts med avsikt att: 1. tillhandahålla en lämplig mätuppställning för att registrera primärström och primärspänning i ett IORE-lok, 2. för att bestämma frekvensinnehållet i lokets primärström och primärspänning. 7.4 Mätning av primärspänning Instrumentering Primärspänningen mäts mellan två punkter i IORE-loket, se App för detaljer. Primärspänningen dämpas först via en transformator med omsättningstalet (600:5), och ytterligare via en aktiv prob (100:1), som ansluts med en 8 m. RG224 koaxialkabel till mätkortet i datorn Feluppskattningar Den huvudsakliga källan till mätfel i systemet bedöms vara den aktiva proben med dämpning (100:1). Kabelförluster, och i fel transformatorns dämpning (600:5) antas vara försumbara. Spänningsprobens elektriska karakteristik är inte känd, men det är rimligt att uppskatta felet till högst 1 % Resultat från mätning av RMS värden Resultat från mätningar av primärspänningens RMS-värden visas i Fig. 7.1, och 7.2. Vi kan tydligt se fyra spänningslösa sektioner i Fig. 7.1, där primärspänningarna faller från 16,6 kv till 3,35 kv. Detaljstudien i Fig. 7.2 visar en liten skillnad mellan lokdata och LTU-mätningarna. Detta kan bero på ett litet fel i (1) transformatorns dämpning (600:5), och/eller (2) i spänningsprobens och kabelns dämpning (100:1) mellan mätpunkterna och mätkortet.

51 Comparing Bombardier engine data with LTU measurements using connection at 1KLN 1KLA LTU Bombardier Line voltage [kv] Time [s] 20 Line voltage [kv] LTU Bombardier Time [s] Figur 7.1: Jämförelse mellan LTU och Bombardier RMS primärspänningsmätningar logaritmisk skala (övre) och linjär skala (nedre) Line voltage [kv] LTU Bombardier Time [s] Figur 7.2: Detalj av LTU och Bombardier RMS primärspännings mätningar.

52 30 Mätning i IORE-lok Resultat från mätning av momentan värden & FFT I detta avsnitt presenteras uppmätta primärströmmar (momentanvärden) och motsvarande FFT för bestämning av spänningskällans frekvensinnehåll. För att utföra FFT, användes Matlabscripts på LTU-primärströmsdata i momentanvärdesform, Fig. 7.3 (övre). Resultaten visar tydligt 16 2 Hz i både Fig. 7.3 (mitten och undre) medan 3:e, 5:e, osv, 3 övertonerna tydligast syns i den logaritmiska grafen i Fig. 7.3 (mitten). 3 x 104 Time domain Plot of line voltage 2 Amplitude t [ s ] Frequency domain plots of line voltage Amplitude f [ Hz ] 2 x Amplitude f [ Hz ] Figur 7.3: Primärspänning som funktion av tiden (övre) och FFT (mitten och undre. 7.5 Mätning av primärström Instrumentering Alla mätsystem för primärström är anslutna till ett PCMCIA mätkort via 8 m långa RG223 koaxialkablar Primärströmmens returledare omslutes av LEM RR 3035 Information om LEM RR 3035 strömprobe återfinns i [3] och i App. 7.9.

53 31 Primärströmmens återledare omslöts av två stycken LEM RR 3035 strömprober med olika känslighet (1 mv/a and 10 mv/a). LEM strömproberna är batteridrivna och direkt anslutna till RG223 kablarna Montering av tångamperemeter Fluke 80i på primärströmmens återledare Information om Fluke 80i-500s AC strömtång återfinns i [1] och i App Primärströmmens returledare omfattades av en strömtång, Fluke 80i-500s, med känsligheten 1 mv/a. Fluke strömtången är inte batteridriven och anslöts direkt till RG223- kabeln Montering tångamperemeter LEM HEME PR200 på S1-S2 ledaren Information om LEM HEME PR200 tångamperemeter finns på [3] och i App Denna 10 mv/a tångampermeter användes på en speciell återledare (S1-S2) i högspänningszonen. LEM-tångamperemetern är inte batteridriven och anslöts direkt till RG Feluppskattningar Uppgifter om noggrannhet för de olika proberna och strömtängerna preciseras i App. 7.9 och Resultat från RMS Mätningar Resultat från mätningar av primärströmmens RMS värden i olika driftfall visas i Figs Resultat från uppställningen med 1 mv/a Lemflex spole, Fig. 7.4,visar strömtoppar som inte registrerats av lokets dator, eller med de andra LTU-mätuppställningarna. Baserat på detta, drogs slutsatsen att det inte var lämpligt att använda känslighetsinställningen 1 mv/a på Lemflex-spolen i de kommande mätningarna av primärströmmen. Resultaten från uppställningen med 10 mv/a Lemflex spole Fig. 7.5, visar mycket god överensstämmelse med lokdata och slutsatsen är att denna uppställning är bra för fortsatta mätningar av primärströmmen. Resultaten från uppställningen med Fluke 80i-500s tångampermeter med känslighet 1 mv/a, Fig. 7.6, visar mycket god överensstämmelse med lokdata. Emellertid syns vissa skillnader för mycket låga primärströmmar, ( 3 A). Slutsatsen är att denna uppställning är bra för fortsatta mätningar av primärströmmen > 10 A. Resultat från mätningar med LEM HEME PR200 tångamperemeter med känslighet 1 mv/a runt strömmätningstransformatorns ledare (nära S1-S2), Fig. 7.7, visar en offsetnivå i primärströmmen. Slutsatsen är att denna uppställning inte är lämplig för fortsatta mätningar av primärströmmen.

54 32 Mätning i IORE-lok Comparing Bombardier engine data with LTU measurements using 1mV/A Lemflex around line current return conductor 10 3 Line current [A] LTU Bombardier Time [s] Line current [A] LTU Bombardier Time [s] Figur 7.4: Mätning av primärström med användning av en 1 mv/a Lemflex-spole runt primärströmmens returledare i logaritmisk skala (övre) och i linjär skala (nedre).

55 33 Comparing Bombardier engine data with LTU measurements using 10mV/A Lemflex around line current return conductor 10 4 LTU Bombardier Line current [A] Time [s] Line current [A] LTU Bombardier Time [s] Figur 7.5: Mätning av primärström med användning av en 10 mv/a Lemflex-spole runt primärströmmens returledare i logaritmisk skala (övre) och i linjär skala (nedre).

56 34 Mätning i IORE-lok Comparing Bombardier engine data with LTU measurements using 1mV/A tongs around line current return conductor 10 3 Line current [A] LTU Bombardier Time [s] Line current [A] LTU Bombardier Time [s] Figur 7.6: Mätning av primärström med användning av en 1 mv/a tångamperemeter runt primärströmmens returledare i logaritmisk skala (övre) och i linjär skala (nedre).

57 35 ring Bombardier engine data with LTU measurements using 1mV/A tongs around current measurement transformer conductor (nea 10 3 Line current [A] LTU Bombardier Time [s] Line current [A] LTU Bombardier Time [s] Figur 7.7: Mätning av primärström med tångamperemeter 1mV/A runt strömmätnings- transformatorns ledare (nära S1-S2), i logaritmisk skala (övre) och i linjär skala (undre).

58 36 Mätning i IORE-lok Resultat från mätning av momentanvärden & FFT I denna sektion presenteras uppmätta ögonblicksvärden av primärström och motsvarande FFT för bestämning av primärströmmens frekvensinnehåll. För att utföra FFT, användes Matlabscripts på LTU-primärströmsdata i momentanvärdesform, Fig. 7.8 (top). Resultaten visar tydligt 16 2 Hz i både Fig. 7.8 (mitten och undre ) medan 3:e, 5:e, osv 3 övertonen tydligast syns i den logaritmiska grafen i Fig. 7.8 (mitten) Time domain plot of line current Amplitude Frequency domain plots of t [ line s ] current(1 mv/a Lemflex) Amplitude x 106 f [ Hz ] Amplitude f [ Hz ] Figur 7.8: FFT av primärströmsmätningar med 1 mv/a Lemflex spole monterad runt primärströmmens returledare. 7.6 Primärspänning och primärström för speciella situationer Påverkan av spänningslös sektion- påfart och avfart En spänningslös sektion, av längden 183 m, passerades under mätningarna. I Fig. 7.9 och 7.10, visas primärströmmen (övre) och primärspänningen (undre) för passage in på och ut från en spänningslös sektion. Spänningen faller från 48,4 kv (peak-to-peak) till 9,5 kv (peak-to-peak) medan primärströmmen faller från ca 20 A till noll.

59 Line current [A] Time [s] 20 Line voltage [kv] Time [s] Figur 7.9: Primärströmsmätningar med 10 mv/a Lemflex spole runt strömmens returledare (övre) och primärspänningsmätningar (undre) Line current [A] Time [s] 20 Line voltage [kv] Time [s] Figur 7.10: Detalj av mätningar i Fig Primärström (övre) och primary spänning (undre).

60 38 Mätning i IORE-lok Elektrisk bromsning & snabb acceleration I denna sektion fokuseras på den del av provkörningen som genomfördes mellan tidpunkterna 1574 och 1647 (s). Under dessa 73 sekunder övergår loket från normal framåtdrift till elektrisk bromsning vid tiden 1589 (s) och från elbroms till snabb acceleration vid tiden s. Se Figurerna 7.11, 7.12 och Line current [A] Time [s] Line voltage [kv] Time [s] Figur 7.11: Primärström (övre) and primärspänning (undre) för ett avsnitt med normala driftförhållanden, elbroms, och snabb acceleration Line current [A] Time [s] Line voltage [kv] Time [s] Figur 7.12: Detalj av primärström (övre) (top) och primärspänning (undre) vid övergång från normal drift till elbromsning. Observera fasskillnaden i primärströmmen (övre).

61 Line current [A] Time [s] Line voltage [kv] Time [s] Figur 7.13: Detalj av primärström (övre) och primärspänning (undre) vid övergång från elbromsning till acceleration. Observera fasskiftet i primärströmmen (övre). 7.7 Mätning av koppelström Koppelströmmarna mättes med sk Rogowski-spolar av fabrikat Lemflex. De fungerar i princip på samma sätt som en tångamperemeter, men består av böjliga spolar som omsluter vagnskopplet, se Fig Spänningen som induceras i spolen är ett mått på magnetfältets tidsderivata: inducerad spänning = flödesändring per tidsenhet. Men flödet är direkt proportionellt mot strömmen i kopplet, och man kan på såsätt mäta strömmen i vagnskopplet. Den enda begränsningen är att Lemflexspolarna inte kan mäta likström. Frekvensomfånget är från under 1 Hz till 20 khz. En förstärkare ombesörjer att signalen kan föras över i en lång kabel. I vårt fall är de längsta kablarna 10 meter, vilket inte vållar några problem. De Lemflexmätare som använder var inställbara på olika känslighet, 1 mv/a, 10 mv/a och 100 mv/a, med motsvarande maximala strömstyrkor, 3 A, 30 A och 300 A. Detta sätta att mäta ström i koppel visade sig vara tillförlitligt, förutsatt att man valde ett lämplig känslighet, och förutsatt att kabelskarvarna var helt skärmade, dvs koaxialkabel hela vägen till mätkorten. Genom att på en och samma vagn mäta dels strömmen i främre kopplet och dels strömmen bakre kopplet, så kan man sluta sig till hur stor ström som går ner i axellagren. Det är helt enkelt skillnaden mellan främre koppelström och bakre koppelström, som försvinner ner genom lagren. Om momentanvärden sparas med en tillräckligt hög samplingshastighet, så kan man även se strömmarnas inbördes faslägen. Mätning av koppelström kan inte jämföras med lokdata som vid mätning av primärström och primärspänning. Däremot så harmät-noggrannhet för Rogowski-spolarna kontrollerats i labmiljö.

62 40 Mätning i IORE-lok Figur 7.14: Ljusblå Rogowski spole som omsluter ett vagnskoppel. 7.8 Slutsatser Mätning av primärström Mätning av primärström görs bäst med Fluke 80i-500s passiv tångamperemeter med känslighet 1 mv/a, eftersom detta instrument inte kräver någon batteriförsörjning, (jämför med Lemflex-spolen) Detta system visade sig ge god noggrannhet vid jämförelse med Bombardiers lokdata. Dock kunde en litet avvikelse iakttagas för låga primärströmsvärden. Se Fig Mätning av primärspänning Primärspänning mäts bäst med användning av kontaktpunkterna 1KLN - 1KLA enligt Fig Dessa mätvärden visade sig vara mycket lika Bombardiers lokdata även om LTU-primärspänningarna var 1.2 % lägre. (Bombardier: 16.6 kv jämfört med LTU: 16.4 kv) Primärströmmens och primärspänningens frekvensinnehåll Mätningarna visar grundtonen 16 2 Hz och förekomst av (3rd, 5th, 7th etc.) övertoner 3 (50, 83 1,116 2 Hz osv.). Emellertid är övertonernas amplituder låga, jämfört med 3 3 grundtonens, se tex. Fig. 7.8 och 7.3.

63 Strömprob LEM RR 3035 Oscilloscope Flexible AC Current Probe Electrical Characteristics Current Ranges: 30 A / 300 A / 3000 A AC RMS Output Sensitivity (AC coupled): 100 mv /10mV / 1mV per A Load Impedance: 100 kω minimum Accuracy (at +25 C): ± 1% of range (45-65 Hz) Linearity (10% to 100% of range): ± 0.2% of reading Noise: 8 mv AC RMS (30 A), and 2 mv AC RMS (300/3000A) FrequencyRange:10Hzto50kHz(-3dB) Position Sensitivity (with cable > 25mm from the coupling): ± 2% of range Power Supply: 2 x AA MN 1500 LR6 alkaline, 400 Hours, low battery indicator or external power supply (3V/100mA) General Characteristics Head Cable length (double insulated): 24 RR3035 Cable Length (head to electronics): 78.7 long, double insulated Output Connection: Female BNC connector, supplied with extension cable and BNC to 4mm adaptor. Operating Temperature Range: - 4 Fto194 F(head),-4 Fto185 F (electronics) Figur 7.15: LEM RR 3035 Oscilloskop Flexibel AC strömprob.

64 42 Mätning i IORE-lok 7.10 Strömtänger Fluke Model 80i-500s AC Strömtång Informationskälla [1]. Features AC range: 1 Amp to 500 Amp Accuracy: 100A to 500A 2%, 20A to 100A 5%, and 1A to 20A 5% + 0.3A Frequency Response (-3db): 5Hz to 10kHz Maximum Conductor Diameter: 1.18 (30mm) Maximum Conductor Size: 750 MCM or MCM Output Levels: 1mV/A Output Cable: 1.6 meter to BNC Termination Safety CAT III, 600V Figur 7.16: Fluke 80i-500s AC Current Clamp (500 A).

65 LEM HEME PR200, Tångamperemeter Informationskälla [2]. PR200 strömprob fungerar enligt principen för Hall Effect vid mätning av både DC och AC ström. Electrical Characteristics Current Ranges: 20 A and 200 A AC RMS or DC Measuring Range: ± 30 A and ± 300 A Output Sensitivity: 10 mv/a (20 A) and 1 mv/a (200 A) Accuracy (at +25 C):(20Arange)± 1% of reading ± 30 ma and (200A range) ± 1% of reading ± 300 ma Resolution: ± 10 ma (20 A) and ± 100 ma (200 A) Load impedance:> 10 kω and < 100 pf Conductor Position Sensitivity: ± 1.5% relative to centre reading Frequency Range (small signal): DC to 10 khz (-1dB) Temperature Coefficient: ± 0.1% of reading / C Power Supply: 9 V Alkaline, MN1604/PP3, 50 Hours, low battery indicator Working Voltage: 300 V AC RMS or DC General Characteristics Maximum Conductor Size: 19 mm diameter Output Zero: Manual adjust via thumbwheel Cable Length: 1.5 meters Operating Temperature Range: 0 to +50 C Figur 7.17: LEM strömprob Model PR200.

66 44 Mätning i IORE-lok 7.11 Mätpunkter i IORE loket Primärströmmen och primärspänningen mäts i de punkter som beskrivs Appendix. I denna sektionpresenteras mätningarna i två översiktsfigurer. Fig visar mätpunkterna för primärspänningen och en mätpunkt för primärströmmen. medan Fig visar den andra mätpunkten för primärströmmen i högspänningsskåpet (HVC). Figur 7.18: Mätpunkter i IORE loket Mätpunkter för primärström En mätpunkt för ström är nära golvet i IORE loket, se Fig Här installerades två LEM RR 3035 strömprober (en med känsligheten 1 mv/a och den andra10 m/a) och Fluke 80i-500s strömtång (1 mv/a) som omfattade primärströmmens returledare, se Fig Den andra mätpunkten för primärström erhölls genom att omsluta kabeln mellan S1 and S2 i Fig med en strömtång LEM HEME PR200.

67 45 Figur 7.19: Mätpunkter för primärströmmen i IORE loket. Figur 7.20: En strömtång och två Lemflexmätare runt primärströmmens returledare.

68 46 Mätning i IORE-lok Figur 7.21: Mätpunkt för primärström. Ledaren (mellan S1 och S2) omfattad av LEM HEME PR200 tångamperemeter Mätpunkter för primärspänning Primärspänningen mäts i IORE loket, som visas i Fig. 7.22, mellan kontakpunkterna 1KLN - 1KLA i Fig För att skydda PCMCIA mätkortet används en aktiv spänningsprob med dämpning 100:1 i Fig

69 47 Figur 7.22: Mätpunkter för primärspänning i IORE loket. Figur 7.23: 100:1 Aktiv spänningsprob inkopplad på mätpunkterna i Fig

70 48 Mätning i IORE-lok 7.12 Kopplingsschema för IORE lok Figur 7.24: Kopplingsschema för IORE lok med mätpunkter för primärspänningen angivna (1KLN & 1KLA) och högspänningszonen markerad med streckad linje.

71 Matlab Script for Generation of FFT clear all, clc load Line_Curr %Load Matlab file containing primary current data Fs=1000; %Sampling frequency Ts=1/Fs; N=length(Line_Curr); % number of samples Fo=1/(Ts*N) % frequency resolution t=0:ts:(n-1)*ts; % time instances x=line_curr; figure, subplot(311),plot(t,x), title( Time domain plot of primary current )% xlabel( t [ s ] ), ylabel( Amplitude )% Fx=fft(x); Nx=length(x); Fo= 1/(Ts*Nx); f=0:fo:fs-fo; subplot(312),semilogy(f(1:nx/2),abs(fx(1:n/2))) title( Frequency domain plots of primary current(10 mv/a Lemflex) ) xlabel( f [ Hz ] ),ylabel( Amplitude ) subplot(313),plot(f(1:nx/2),abs(fx(1:n/2))),xlabel( f [ Hz ] ) ylabel( Amplitude )%

72 50 Mätning i IORE-lok

73 Referenser [1] Fluke Website ( ). [Online]. Available: [2] LEM Probes Website ( ). [Online]. Available: [3] LEM Instruments inc. website ( ). [Online]. Available: 51

74 52 Mätning i IORE-lok

75 Kapitel 8 Strömfördelning i koppel på Malmtåg 8.1 Inledning Avsikten med det övergripande projektet är att utreda möjliga orsaker till strömskador i tågens axellager. Man vet att strömskadornas omfattning är direkt beroende av strömtätheten i axellagren. Sålunda anses det vara tillräckligt för uppkomst av elektrisk korrosion om strömtätheten i lagren uppgår till 1 A/mm2, förutsatt att strömmen passerar lagerglappet i form av en joniserad urladdning, här för enkelhets skull kallad ljusbåge. Risken för elektrisk korrosion ökar ju färre lager som tågströmmen fördelas över. Om hela den ström som går ut från loket, skulle gå ned till rälsen via tågets första axel, så skulle det bli mycket hög strömtäthet i just dessa lager, med åtföljande skador, medan lager längre bak i tåget skulle vara förskonade från elkorrosionsskador. Om å andra sidan strömmen skulle visa sig vara lika stark genom hela tåget, men gå ned genom tågets sista axellager, så skulle man vänta sig att strömskador uppkommer enbart i sista vagnen, men inte längre framitåget. Det ur hållbarhetssynpunkt gynnsammaste fallet är att strömmen fördelar sig jämnt över alla axlars lager, vilket skulle ge minimal strömtäthet vid lagerytorna. Kunskap om strömmens fördelning mellan axlarna i tåget, är alltså väsentlig för förståelsen av var i tåget strömskador kan förväntas uppstå, och för planering av skyddsåtgärder. 8.2 Syfte Det är från tidigare mätningar klarlagt att strömmar av avsevärd styrka kan passera genom lokets koppel in till första vagnen, då lokets primärström är hög. Den ström som går in genom lokets koppel till första vagnen måste med nödvändighet gå genom tågets axellager på sin väg tillbaka till rälsen, eftersom inga andra vägar finns. Detta gäller svenska förhållanden, där återledningsdon saknas. Strömbelastningen på ett enskilt lager är avgörande för eventuell uppkomst av strömskada. En jämn fördelning av tågströmmen över alla lager är mindre skadlig än om tågströmmen koncentreras till ett fåtal lager. 53

76 54 Strömfördelning i Malmtåg Syftet med denna delrapport är att klarlägga hur tågströmmen fördelar sig mellan tågets vagnar, dels för att klarlägga var i tåget risken för strömskador är störst, och dels för att göra det möjligt att skydda lagren mot skadliga strömstyrkor. Dessutom kan framtida mätningar av strömnivåer i tåg underlättas betydligt om man har kännedom om hur returströmmen fördelar sig över tåget. I bästa fall kan det då vara tillräckligt att mäta strömmen enbart i första kopplet för att göra en riktig förutsägelse över strömbelastningen i tågets olika delar. 8.3 Mätresultat Mätresultaten presenteras för fyra olika fall enligt: Lätt tåg med UAD-vagnar: primärström och tre koppelströmmar för 2.5 h. primärström och första koppelström för 4.5 h. Tungt tåg med UNO-vagnar: primärström och fyra koppelströmmar för 1.0 h. primärström och första koppelström för 4.25 h. I figurtexterna återfinns passage av AT, driftjordpunkter och BT jordpunkter. Dessa är fastslagna med hjälp av GPS-data och bandata fråntabellerna1,2och Lätt tåg med UAD-vagnar, primärström och tre koppelströmmar Mättillfälle Mätningarna genomfördes , från kl. 10:00 till kl. 13:00 med mätdatorer och interna strömkällor (inga backup batterier). Följande information finns för mätobjektet: Tågnummer: Avgång från Svappavara kl. 06:50, via Gällivare ca. kl. 10:00, till Luleå ca. kl. 16:00. Tåglängd: =481.8meter. Vikt: = 5516 ton. Antal vagnar: 52. Vagntyp: UAD (gamla).

77 Mätutrustning Mätningarna genomfördes , från kl. 10:00 till kl. 13:00 med mätdatorer och interna strömkällor (inga backup batterier). Närmare detaljer kring mätuppställning är: Loket: I loket mäts: GPS. Koppelströmiförsta kopplet (på kanal 1). Instrumentinställning mellan Svappavaara och Gällivare: 1 mv/a därefter från Gällivare: 10 mv/a Lemflex med banankontakt och 8 m RG223 kabel. Primärström på kanal 2 med Fluke strömtång inställd på 1 mv/a. 10 m RG223 kabel. Primärström på kanal3medchauvinarnouxströmtång inställd på 1 mv/a. 10 m RG223 kabel. Vagn 20: Ström i främre kopplet av vagn 20 (kanal 1). Instrumentinställning: 100mV/A. Övriga kanaler är pluggade, öppna eller avstängda. Även momentanvärden mättes med 500 S/s. Vagn 40: Strömifrämre kopplet av vagn 40. Instrumentinställning: 100mV/A övriga kanaler (totalt 4 st) pluggade, öppna eller avstängda. Även momentanvärden mättes med 500 S/s. Vagn 51: Strömifrämre kopplet av vagn 51. Två Lemflex i serie, båda inställda på 100 mv/a, med resultat på kanal 1 och 2. Kanal 1 och 2 skall alltså adderas. Sista koppelströmmen är mätt på främre kopplet av Vagn 51. Tåget hade 52 vagnar, dvs efter mätpunkten fanns fyra axlar där ström kan passera ner till räls. Denna mätpunkt valdes för att möjliggöra jämförelse med de långa tågen där man måste mäta pånäst sista vagnens främre koppel. Lång-tågs-vagnarna är parvis fast kopplade, två och två. Mellan de vagnar som utgör ett fast par sitter tjocka spretiga wirar som man inte kan omfatta med Lemflex-spolar.

78 56 Strömfördelning i Malmtåg Uppmätta primär-och koppel-strömmar 400 Primärström [A] Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Koppelströmmar [A] a koppel 20e koppel 51a koppel Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.1: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan).

79 Primärström [A] Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Koppelströmmar [A] a koppel 20e koppel 51a koppel Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.2: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passage AT Harrträsk vid tid 11.1 (11:06:00). Högsta punkten på banan vid tid (11:15). Passage AT Ripats vid tid (11:17:00). Passage AT Nourtikon vid tid (11:28:30).

80 58 Strömfördelning i Malmtåg 400 Primärström [A] Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Koppelströmmar [A] a koppel 20e koppel 51a koppel Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.3: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passage AT Kilvo vid tid (11:37:00). Passage AT Nattavaara vid tid (11:50:00).

81 Primärström [A] Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Koppelströmmar [A] a koppel 20e koppel 51a koppel Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.4: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passage AT Koskivaara vid tid (12:03:00). Passage AT Polcirkeln vid tid (12:14:00). Passage AT Murjek 3 & 4 vid tid (12:25:30).

82 60 Strömfördelning i Malmtåg 400 Primärström [A] Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Koppelströmmar [A] a koppel 20e koppel Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.5: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passage BT sugtrafo vid tid (12:33:20). Passage AT Murjek 1 & 2 vid tid (12:34:30). Passage AT Näsberg vid tid (12:47:40).

83 Lätt tåg med UAD-vagnar, primärström och första koppelström Mättillfälle Mätningarna genomfördes , från kl. 03:00 till kl. 07:30 med mätdatorer i en lokhalva. Följande information finns för mätobjektet: Tågnummer: Avgång från Vitåfors kl. 03:20. Tåglängd: =481.8meter. Vikt: =5480ton. Antal vagnar: 52. Vagntyp: UAD (gamla) Mätutrustning Mätningarna genomfördes , från kl. 03:00 (Vitåfors) till kl. 07:30 (Boden) med mätdator i en lokhalva. Närmare detaljer kring mätuppställning är: Loket: I loket mäts: GPS. Koppelström i första kopplet (på kanal 1). Instrumentinställning: 1 mv/a. 8 mrg223kabel. Primärström på kanal 2 med Fluke strömtång inställd på 1 mv/a. 10 m RG223 kabel.

84 62 Strömfördelning i Malmtåg Uppmätt primär-och koppel-ström Primärström Koppelström x 5 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.6: Primär- och första koppel- ström. Avgår från Vitåfors tid 3.31 (ca. 03:17:00)

85 Primärström Koppelström x 5 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.7: Primär- och första koppel- ström. Går ned i fart till 22 km/h vid passage av Gällivare station vid tid 3.5 (03:30:00). Passage AT Harrträsk vid tid 3.8 (03:48:00). Högsta punkten på banan passeras tid 3.97 (03:58:21).

86 64 Strömfördelning i Malmtåg Primärström Koppelström x 5 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.8: Primär- och första koppel- ström. Passage AT Ripats vid tid 4.0 (04:00:00). Passage AT Nourtikon vid tid 4.21 (04:12:19). Passage AT Kilvo vid tid 4.35 (04:21:17).

87 Primärström Koppelström x 5 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.9: Primär- och första koppel- ström. Passerar Nattavaara vid tid 4.58 (04:35:00) och 40 km/h. Passage AT Nattavaara vid tid 4.59 (04:35:33). Passage AT Koskivaara vid tid 4.85 (04:50:42).

88 66 Strömfördelning i Malmtåg Primärström Koppelström x 5 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.10: Primär- och första koppel- ström. Kraftig acceleration då hastigheten är: 2.4 km/h kl. 05:00, 30 km/h vid tid 5.05 (05:03) och 57.5 km/h vid tid 5.10 (05:06). Passage AT Polcirkeln vid tid 5.20 (05:11:52). Passage AT Murjek 4 vid tid 5.41 (05:24:27).

89 Primärström Koppelström x 5 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.11: Primär- och första koppel- ström. Passage omformarstation, driftjordpunkt vid tid 5.54 (05:32:30). Accelererar från 9 km/h (05:29:47) till 56 km/h (05:35:13) i lätt nedförsbacke efter Murjek. Passage BT-sugtrafo vid tid 5.61 (05:36:35). Passage BT-jordpunkt vid tid 5.63 (05:37:41). Passage AT Murjek 1 & 2 vid tid 5.64 (05:39:00). Passage Näsberg vid tid 5.92 (05:55:20).

90 68 Strömfördelning i Malmtåg Primärström Koppelström x 5 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.12: Primär- och första koppel- ström. Passerar Lakaträsk vid tid 6.2 (06:12:00). Maximal hastighet 59.5 km/h vid tid 6.43 (06:25:49) strax norr om Sandträsk.

91 Primärström Koppelström x 5 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.13: Primär- och första koppel- ström. Inbromsning från 50 km/h tid 6.70 (06:41:27) till stillastående tid 6.74 (06:44:52) strax söder om Sandträsk.

92 70 Strömfördelning i Malmtåg Primärström Koppelström x 5 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.14: Primär- och första koppel- ström. Konstant hastighet mellan km/h hela sträckan ( h) fram till inbromsning.

93 Tungt tåg med UNO-vagnar, primärström och fyra koppelströmmar Mättillfälle Mätningarna genomfördes , från kl. 02:00 till kl. 03:00 med mätdatorer och interna strömkällor (inga backup batterier). Följande information finns för mätobjektet: Tågnummer: Avgång från Vitåfors kl. 02:00. Tåglängd: =725.8meter. Vikt: = 8315 ton. Antal vagnar: 66. Vagntyp: Nyaste, parvis sammanbundna med två stål-wirar. OBS. Inte Sydafrikavagnarna, utan den typ som just har börjat levereras där vagnarna sitter ihop så att 1+2, 3+4, 5+6 etc bildar par Mätutrustning Mätningarna genomfördes , från kl. 02:00 till kl. 03:00 med mätdatorer och interna strömkällor (inga backup batterier). Närmare detaljer kring mätuppställning är: Loket: I loket mäts: Koppelström i första kopplet (på kanal 1). Instrumentinställning: 1 mv/a. 8 mrg223kabel. Primärström på kanal 2 med Fluke strömtång inställd på 1 mv/a. 10 m RG223 kabel. Vagn 10: Ström i koppel 11 (dvs efter vagn 10, före vagn 11). Instrumentinställning: 10mV/A. Vagn 40: Ström i koppel 41 (dvs efter vagn 40, före vagn 41). Instrumentinställning: 10mV/A. Vagn 65: Ström i kopplet 65. Två Lemflex i serie, båda inställda på 100 mv/a, med resultat på kanal 1 och 2. Kanal 1 och 2 skall alltså adderas.

94 72 Strömfördelning i Malmtåg Uppmätta primär-och koppel-strömmar 400 Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] e Koppelström 41e Koppelström 11e Koppelström 1a Koppelström Figur 8.15: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). 02:00). Gällivare station tid 2.25 (kl. 02:15). Avgång Vitåfors tid 2.0 (ll.

95 Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] e Koppelström 41e Koppelström 11e Koppelström 1a Koppelström Figur 8.16: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Passerar Gällivare station tid (kl. 02:15).

96 74 Strömfördelning i Malmtåg 400 Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] e Koppelström 41e Koppelström 11e Koppelström 1a Koppelström Figur 8.17: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Kl. 02:30 till 02:45.

97 Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] e Koppelström 41e Koppelström 11e Koppelström 1a Koppelström Figur 8.18: Primärström (ovan) och koppelströmmar (nedan). Kl. 02:45 till 03:00.

98 76 Strömfördelning i Malmtåg Tungt tåg med UNO-vagnar, primärström och första koppelström Mättillfälle Mätningarna genomfördes , från kl. 14:12 till kl. 18:15 med mätdator i lok. Följande information finns för mätobjektet: Tågnummer: Avgång från Vitåfors kl. 14:09. Ankomst malmbangården, Luleå ca. 18:15. Tåglängd: =725.8meter. Vikt: = 8315 ton. Antal vagnar: 66. Vagntyp: Nyaste, parvis sammanbundna med två stål-wirar. OBS. Inte Sydafrikavagnarna, utan den typ som just har börjat levereras där vagnarna sitter ihop så att 1+2, 3+4, 5+6 etc bildar par Mätutrustning Mätningarna genomfördes , från kl. 14:12 till kl. 18:15 med mätdator i lok. Närmare detaljer kring mätuppställning är: Loket: I loket mäts: Koppelström i första kopplet (på kanal 1). Instrumentinställning: 1 mv/a. 8 m RG223 kabel. Visas i figurerna Primärström på kanal 2 med Fluke strömtång inställd på 1 mv/a. 10 m RG223 kabel. Så kallad Övre läckström, se Fig och 8.30, på kanal 3. Instrumentinställning: 1 mv/a. Så kallad Nedre returström, se Fig och 8.30, på kanal 4. Instrumentinställning: 1 mv/a.

99 Uppmätt primär-och koppel-ström 400 Primärström Koppelström x 2 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.19: Primärström och koppelström. Avgång från Vitåfors ca. tid (14:09:00). Gällivare station tid (14:25:00).

100 78 Strömfördelning i Malmtåg 400 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Primärström Koppelström x 2 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.20: Primärström och koppelström. Maximalt pådrag i Harrträskbacken tid (14:34:00). Passage AT Harrträsk vid tid (14:35:43). Passage AT Ripats vid tid (14:46:43). Passage AT Nuortikon vid tid (14:57:47).

101 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Primärström Koppelström x 2 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.21: Primärström och koppelström. Passage AT Kilvo vid tid (15:05:10). Passage AT Nattavaara vid tid (15:17:10). Passage AT Koskivaara vid tid (15:28:15).

102 80 Strömfördelning i Malmtåg 400 Primärström Koppelström x 2 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.22: Primärström och koppelström. Passage AT Polcirkeln vid tid (15:37:57). Passage AT Murjek 3 & 4 vid tid 15.8 (15:48:05). Passage AT Murjek 1 & 2 vid tid (15:55:50).

103 Primärström Koppelström x 2 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.23: Primärström och koppelström. Passage AT Näsberg vid tid (16:06:51). Passage AT Lakaträsk vid tid (16:23:07).

104 82 Strömfördelning i Malmtåg 400 Primärström Koppelström x 2 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.24: Primärström och koppelström. Passage AT Gullträsk vid tid (16:34:23). Passage AT Sandträsk vid tid (16:44:43). Passage AT Gransjö vid tid (16:56:21).

105 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Primärström Koppelström x 2 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.25: Primärström och koppelström. Passage AT Ljuså vid tid (17:07:29). Passage AT Holmfors 1 & 2 vid tid (17:20:00) samt BT-driftjordpunkt 50 söder om AT Holmfors. Passage driftjordpunkt, Buddbyn vid tid (17:22:57).

106 84 Strömfördelning i Malmtåg 400 Primärström Koppelström x 2 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Primärström Koppelström x 2 Ström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.26: Primärström och koppelström.

107 Uppmätt läckström och returström Parallellt med primär-ochkoppel-ström så mättes även vad som kom att kallas övre läckström och nedre returström. Där Övre läckström är den ström som kan gå till drossel 11 i Fig och Nedre returström är den ström som gårutiaxel1,2och3 för IORE-loket. High Voltage Cubicle Övre läckström Primärström Nedre returström Figur 8.27: IORE-kopplingsschema med markerade mätpunkter för sk. returström. läckström och nedre Figur 8.28 visar en översikt av dessa strömmar för hela mätningen. Det visar sig, som väntat, att den Nedre returströmmen är väldigt lik primärströmmen som ses i Fig Samma figur, Fig. 8.28, visar den Övre läckströmmen (Drosselströmmen) som är max A. Dock är inte Nedre returströmmen identisk med primärströmmen. Detta illustreras i Fig som visar skillnaden mellan Nedre returström och primärström (I NL I P )i samma figur som den övre läckströmmen ( 5). Observera att Fig visar skillnaden mellan två uppmätta effektiv värden (RMS) vilket gör att inget kan sägas om strömmens riktning.

108 86 Strömfördelning i Malmtåg 15 Övre läckström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 400 Nedre läckström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.28: Övre läckström (ovan) och nedre returström (nedan). 400 Primärström [A] Tid från , 00:00:00 [h] 150 Koppelström [A] Tid från , 00:00:00 [h] Figur 8.29: Primärström (ovan) och första koppelström (nedan).

109 87 returström Figur 8.30: Skillnaden mellan Nedre returström och primärström (I NL - I P ) och övre läckström ( 5).

110 88 Strömfördelning i Malmtåg 8.4 Slutsatser Undersökning av strömfördelningen i tågets längsriktning visar att strömmen alltid är starkast i första kopplet. Under vissa förhållanden, när loket närmar sig en driftjordpunkt eller en autotransformator kan större delen av strömmen ta vägen i framåtriktningen, sett från loket, vilket innebär att endast en liten del av strömmen går ut i tåget. Så snart som loket passerat driftjordpunkten resp. autotransformatorn, går större delen av strömmen pånyttbakåt genom tåget. Strömfördelningen i längsled är alltid sådan strömmen genom första vagnen är starkast, och att strömmen sedan avklingar och blir svagare ju längre bak i tåget man kommer. Emellertid avtar strömmen endast svagt i början av tåget, varför man i många fall kan konstatera att strömmen i vagn nr 40 är densamma som i vagn nr 1. Strömmen i sista vagnen har alltid visat sig vara väsentligt lägre änivagn40. Idetlånga tåget med 30 tons axellast är det en betydligt större andel (23%) av primärströmmen som går ut i tåget från loket jämfört med i det korta tåget (6%) med 25 tons axellast. Det är också en betydligt större andel av tågströmmen som går långt bak i tåget i det långa tåget. 41% är finns kvar då3%avtåget återstår, jämfört med 13% i det korta tåget. Sammantaget får vi alltså bilden av att det långa tåget, med FANO och UNO vagnar och högre axellast har betydligt lägre elektriskt motstånd både i själva tåget, och i lagren, jämförtmeddetkortatåget med UAD och UADKvagnar. Lägre resistans i lagren kan bero på attavståndet mellan rullytorna är kortare, anliggningsytorna större, och att resistansen i fettet är lägre. Dock så kan skillnaden i resistans i fettet i detta projekt uteslutas. Lägre resistans i själva tåget beror på mekanisk konstruktion, dimensionering och materialval. Vid jämförelse mellan korta tåg och långa tåg, bör man komma ihåg att de långa tågen innehåller enbart nya FANO- och UNO- vagnar, medan de korta tågen enbart innehåller gamla UAD- och UADK-vagnar.

111 Bandata, AT och BT system, kilometertal Tabell 1: Bandata, Luleå -Boden. Pl/str Km Objekt nvn 1175,3 AT-Nvn:2 Notviken 2 nvn 1175,3 AT-Nvn:1 Notviken 1 sbs 1166,4 AT-Sbs Sunderbyn södra sby 1160,6 AT-Sby Sunderbyn bdn-svt 1149,865 AT-Svt:1 Sävast 1 bdn-svt 1149,865 AT-Svt:2 Sävast 2 AT mot Sävast driftjordpunkt AT-BT gemensam jordpunkt vid omformarstation 2kmNSävast BT mot Boden Tabell 2: Bandata, Gällivare - Kiruna. Pl/str Km Objekt stk 1323,329 AT-Stk Sikträsk lin 1336,18 AT-Lin Lina älv håk 1346,89 AT-Håk Håmojokk har 1357,49 AT-Har Harrå fjå 1370,75 AT-Fjå Fjällåsen lab 1380,357 AT-Lab Lappberg gy 1390,499 AT-Gy Gäddmyr klx 1399,078 AT-Klx Kalixfors kra 1411,01 AT-Kra:1 Kiruna 1 kra 1411,01 AT-Kra:2 Kiruna2

112 90 Strömfördelning i Malmtåg Tabell 3: Bandata, Boden - Gällivare. Pl/str Km Objekt 1144 Boden, viadukten 1150,0 BT-driftjordpkt ungefär Buddbyn 1152,620 BT-driftjordpkt 50 m söder om AT-holmfors hfs 1152,67 AT-Hfs:1 Holmfors 1 hfs 1152,67 AT-Hfs:2 Holmfors 2 lså 1162,64 AT-Lså Ljuså grs 1173,3 AT-Grs Gransjö stä 1184,35 AT-Stä Sandträsk glt 1194,01 AT-Glt Gullträsk lkä 1204,915 AT-Lkä Lakaträsk nb 1215,5 AT-Nb Näsberg mk 1226,039 AT-Mk:1 Murjek 1 mk 1226,039 AT-Mk:2 Murjek BTjordpunkt återgång Murjek-Näsberg jordpunkt 1227 BT-sugtrafo 1230 omformarstation driftjordpkt 1231,83 BT-sugtrafo, Murjek bangård mk 1233,45 AT-Mk:3 Murjek 3 mk 1233,45 AT-Mk:4 Murjek 4 pc 1243,15 AT-Pc Polcirkeln kva 1252,6 AT-Kva Koskivaara ntv 1263,45 AT-Ntv Nattavaara klv 1274,6 AT-Klv Kilvo nrt 1281,75 AT-Nrt Nuortikon rps 1292,15 AT-Rps Ripats hrt 1302,078 AT-Hrt Harrträsk gv 1311,795 AT-Gv:1 Gällivare 1 gv 1311,795 AT-Gv:2 Gällivare 2 gv 1313,101 AT-Gv:3 Gällivare 3 gv 1313,101 AT-Gv:4 Gällivare 4

113 Kapitel 9 Inverkan av jordlina på koppelströmmar 9.1 Inledning För att belysa inverkan på tåg/koppel- strömmarna av en extra jordlina som monterats i övre delen av ledningsstolparna jämfördes mätresultat från en viss bansträcka före uppsättning av jordlinan och efter uppsättningen. Eftersom strömmen i tåget är direkt beroende av totalströmmen genom loket, dvs primärströmmen, måste tågströmmen normeras med avseende på primärströmmen. Den 19 oktober 2005 då den första mätningen gjordes var jordlinan ännu inte monterad på sträckan Boden - Notviken. Den 27 februari 2006 som användes som jämförelse var jordlinan monterad på alla planerade bandelar. 9.2 Resultat Resultat I figurerna presenteras resultat från mätningar av primärström och koppelström på sträckan Boden - Notviken, som vid det ena tillfälletintehadeden nya jordlinan monterad, men vid det senare tillfällena och hade jordlinan uppsatt. Mätningarna och visar primär- och koppelström i lätta tåg, på ca 5000 ton, medan beskriver ett tungt tåg, med tågvikt ca 8000 ton. De lätta tågen har axeltrycket 25 ton, medan axeltrycket för det tunga tåget är 30 ton. För att erhålla en jämförbar storhet bildades kvoten mellan strömmen i första kopplet och det ena lokets primärström, se Tabell 1. Den verkliga primärströmmen är dubbelt så stor om man räknar med båda loken. Endast de högsta topparna har jämförts eftersom de bedöms vara intressantast för strömskadeproblematiken. 91

114 92 Inverkan av jordlina Tabell 1: Jordlinans inverkan på koppelströmmar. Datum Tågtyp Figur Relativ Anmärkning koppelström I C IP Lätt tåg Fig Ingen jordlina kl. 11:17 Passage Boden Lätt tåg Fig Ingen jordlina kl. 11:40 Sävastnäs Lätt tåg Fig Med jordlina kl. 09:05. Mellan Torpgärdan-Sävastnäs Lätt tåg Fig Med jordlina kl. 09:37. Efter Notviken Tungt tåg Fig Med jordlina kl. 17:29. Passage Boden Tungt tåg Fig Med jordlina kl. 18:05:30. Efter Sävastnäs

115 Sävast-Notviken, utan jordlina, lätt tåg, :12 Start från v=0 km/h från Malmryggen, Boden. 11:17 Passerar Boden stn., v=18 km/h. 11:20 Torpgärdan, Boden, v=43 km/h. 11:25 Sävast, Boden, v=54 km/h. 11:30 Gamla Sävast, Boden, v=44.6 km/h. 11:35 Sävastnäs,Boden,v=54.5km/h. 11:47 Passerar Sunderby sjukhus, v=27.4km/h. 11:54 Passerar Gammelstad, v=44.2 km/h. 11:59 Notviken, Luleå, v=44.8 km/h Primärström Koppelström x 10 Ström [A] Tid från , 11:00 [min] Figur 9.1: Passage Boden.

116 94 Inverkan av jordlina Primärström Koppelström x 10 Ström [A] Tid från , 11:00 [min] Figur 9.2: Torpgärdan till Sävastnäs Primärström Koppelström x 10 Ström [A] Tid från , 11:00 [min] Figur 9.3: Sävastnäs till Notviken.

117 Sävast-Notviken, med jordlina, lätt tåg, :52 Passerar Boden stn., v=20 km/h 08:58 Torpgärdan, Boden, v=55.6 km/h 09:03 Sävast, Boden, v=50 km/h. 09:07 Gamla Sävast, Boden, v=43.8 km/h. 09:12 Sävastnäs,Boden,v=50.1km/h. 09:20 Passerar Sunderby sjukhus, v=51 km/h. 09:25 Passerar Gammelstad, v=46.5 km/h. 09:30 Notviken, Luleå, v=52.9 km/h Primärström Koppelström x 10 Ström [A] Tid från , 08:00 [min] Figur 9.4: Passage Boden.

118 96 Inverkan av jordlina Primärström Koppelström x 10 Ström [A] Tid från , 09:00 [min] Figur 9.5: Torpgärdan till Sävastnäs Primärström Koppelström x 10 Ström [A] Tid från , 09:00 [min] Figur 9.6: Sävastnäs till Notviken.

119 Sävast-Notviken, med jordlina, tungt tåg, :25 Passerar Boden stn., v=33.2 km/h 17:29 Torpgärdan, Boden, v=38.2 km/h 17:35 Sävast, Boden, v=57.9 km/h. 17:38 Gamla Sävast, Boden, v=50.8 km/h. 17:43 Sävastnäs,Boden,v=59.4km/h. 17:49 Passerar Sunderby sjukhus, v=60.7 km/h. 17:54 Passerar Gammelstad, v=54.7 km/h. 17:58 Notviken, Luleå, v=56.9 km/h. 400 Primärström Koppelström x 4 Ström [A] Tid från , 17:00 [min] Figur 9.7: Passage Boden.

120 98 Inverkan av jordlina 400 Primärström Koppelström x 4 Ström [A] Tid från , 17:00 [min] Figur 9.8: Torpgärdan till Sävastnäs. 400 Primärström Koppelström x 4 Ström [A] Tid från , 18:00 [min] Figur 9.9: Sävastnäs till Notviken.

121 Slutsatser Största relativa koppelström för lätt tåg utan jordlina inträffade vid tiden 11:40, med relativ koppelström (normerad mot primärströmmen). För lätt tåg med jordlina var största relativa koppelströmmen utanför Boden station (annars vid passage Boden station kl. 08:56), kl. 09:05. För tungt tåg är största relativa koppelström utanför Boden station (annars vid kl. 17:29), kl. 18:05:30. För dessa mätningar är alltså strömmen i tåget högre när jordlinan fanns på plats. Det är trots allt tillfälligheter som gör att strömmen, i en av de undersökta topparna, råkar bli större med jordlinan monterad. Jordlinan borde sänka strömnivån i kopplen, men sänkningen är förmodligen av storleksordningen några procent. Men det finns inte något stöd i dessa mätningar för att jordlinan skyddar tåget mot höga koppel/lagerströmmar. Det är viktigt att påpeka att antalet mätningar, som genomförts under detta projekt, som möjliggör direkta jämförelser är ej tillräckliga för att säkerställa jordlinans effekt. 9.4 Fördelar med jordlina som ej framkommit genom mätningar De hittills genomförda mätningarna, i detta projekt, har ej kunnat påvisa någon märkbar effekt i sänkta koppelströmmar för jordlinan. Däremot så är dess effekt positiv inom flertalet andra områden. Därför bifogas följande skrivning som har tillhandahållits av Anders Bűlund, Grupp- chef Elkraftsystem, Banverket, Borlänge ( ). 1. Jordlinan reducerar effektivt rälspotentialen (med ca 50 %) 2. Jordlinan reducerar effektivt den inducerade spänningen i en, med järnvägen, parallellgående teleledning (med ca 50 %) 3. Jordlinan reducerar det elektromagnetiska fältet från järnvägen (gränsen för t.ex. 1 μt från järnvägen minskar i meter med %) 4. Jordlinan säkrar återgångskretsen vid rälsbrott och därigenom reduceras risken för person- och anläggnings- skador på grund av återgångsströmmen vid rälsbrottet 5. Jordlinan reducerar impedansen i spåret och därmed även spänningen i spåret och över tågen. Den spänningen kan vara en bidragande orsak till de omfattande hjullagerströmskadorna på malm- och person- vagnarna i norra delen av landet de senaste åren. 6. Den sammantagna kostnaden för jordlinan vid byggnationen och det efterföljande underhållet under anläggningens livslängd är i paritet med att ansluta varje kontaktledningsstolpe med separat ledare till S-rälen. D.v.s jordlinan innebär under anläggningens livslängd sannolikt ingen merkostnad utan en besparing.

122 100 Inverkan av jordlina 7. Behovet av jordlinan kan också ses ur ett prestandaperspektiv för banan, banor med trafik som tar ut stora effekter (strömmar) har störst nytta av jordlinan. Behovet av jordlinan beror också på bland annat markresistiviteten och utformningen av teleanläggningen vid banan. (Det är ofördelaktigt att ha t.ex. telekiosker, pupinpunkter eller teleavgreningar vid driftjordpunkter, sugtransformatorer eller autotransformatorer.) Markförhållanden med hög markresistivitet innebär att det är svårare med systemjordningen. Jordlinan kan då ge ett avgörande bidrag till en systemjordning som leder till att bland annat kravet på maximalt 60 V i telekablar kan uppfyllas. 9.5 Anmärkningomtungatåg Det finns inga mätningar på tunga tåg då jordlinan inte var uppsatt, men resultatet från det tunga tåget tas ändå med för att belysa det faktum att strömnivåerna är betydligt högre i det tunga tågen. Om dessa ändå inte drabbas av lagerskador, så måste det bero på att strömmen fördelar sig över större kontaktytor, så att strömtätheten hålls låg. Orsaken till detta kommenteras i sammanfattningen av hela rapporten.

123 Kapitel 10 Spänning mellan vagnskorg och räl 10.1 Sammanfattning Med början 2003 och fortfarande registreras en förhöjd frekvens av strömskador i vagnslager på malmbanans vagnar. Förutsättnigen för ström genom hjulaxellager, är att det finns en elektriskt spänning mellan räl och vagnskorg. Eftersom strömmar av storleksordningen 1 A per lager anses kunna ge upphov till lagerskador, och eftersom resistansen mellan hjulaxel och boggie är mycket låg, kan man betrakta så låga spänningar som V som alarmerande. Genom att skanna av spänningen mellan vagnskorg och axel, tillsammans med GPS positionen, kan man ta reda på varlängs banan, lagerspänningen är farligt hög. Om även primärströmmen registreras kan slutsatser ev dras om pådragets påverkan på lagerspänningen Inledning Med början 2003 och fortfarande registreras en förhöjd frekvens av strömskador i vagnslager på malmbanans vagnar. En nödvändig förutsättning för strömgenomgång i lager är att det finns en spänning som kan driva strömmen genom lagren. En andra förutsättning är att strömmens väg genom lagret är framkomlig, dvs att resistansen inte är för hög och en förutsättning för att skada skall uppkomma på kontaktytan mellan rulle och någon av stödytorna är så liten att strömtätheten överskrider 1 A/mm 2 (riktvärde). Genom att skanna av spänningen mellan vagnskorg och axel, tillsammans med GPS positionen, kan man ta reda på varlängs banan, lagerspänningen är farligt hög. Om även primärströmmen registreras kan slutsatser ev dras om pådragets påverkan på lagerspänningen. Avsikten med denna del av projektet är att uppnå tillräcklig kunskap för att kunna installera skyddande återledningsdon, som leder ström förbi axellagren. För att fungera skall återledningsdon placeras i strömmarnas naturliga vägar. Denna mätning är en i en serie mätningar som avser att kartlägga strömmens väg i ett malmtåg. Mätplanen är uppställd så att resultaten kan fogas in under respektive rubrik, efter mätningarnas genomförande. Figurer och beskrivning av installationerna finns samlade ilöpande figurer och Bilag A och B. 101

124 102 Spänning mellan vagnskorg och räl 10.3 Försöksuppställning Modifiering av vagnar Tåget är utrustat med två modifierade vagnar, som båda har sina axlar isolerade från boggierna, samt en kopparfläta som förbindelse mellan axelbox och boggie, se Fig Den ena vagnen har kopparflätan seriekopplad med ett skyddsmotstånd på ca 0.1 ohm. Ena vagnen ( ), Fig. 2.1 (a), förses med återledningsdon på tvåaxlar. Återledningsdon (kolborste) monteras i axelns ena axelbox mot axeländen och en kabel dras och fästs i boggiramen. Axlarna placeras som nummer 1 och 4 i vagnen. Andra vagnen ( ), Fig. 2.1 (b), förses med skyddsmotstånd på tvåaxlar. Motstånd (100 mω, min 50 w) monteras på boggieramen och en kabel dras mellan ena lagerboxen - motståndet - boggieramen. Axlarna placeras som nummer 1 och 4 i vagnen. Skyddsmotståndet kopplas förbi vid strömmätning och kabeln dras direkt från lagerboxen till boggiramen. Bilder från installeringen finns i Bilaga A. Vagn Vagn Figur 10.1: Modifiering av vagnar för korg-räl-spänningsmätning. I figuren är (1) räl, (2) hjul, (3) hjulaxel, (4) rullager, (5) lagerhus, (6) boggieram, (7) isolering, (8) elektrisk kontakt, (9) skyddsmotstånd och (10) återledningsdon.

125 Uppgift Uppgiften är att fastställa huruvida det förekommer för hjullagren skadliga spänningar över hjulaxellagren, som kan ge upphov till skadliga strömmar. Samband mellan dessa spänningstoppar, läget på banan och primärström skall också fastställas. Samtidigt skall strömmar i tågets längsriktning, och ström genom lager i angränsande vagn registreras Kravbeskrivning Tidigare försök har visat spänningar av storleksordningen 1 volt mellan vagnskorg och axel. Dessa värden är alarmerande, men man måste vara medveten om att mätförhållandena är svåra och att mätfel kan uppstå pga de mycket starka magnetiska och elektriska störfält som finns på tåget. Därför är det viktigt att spänningsmätningarna utförs med minst två alternativa metoder, för att i möjligaste mån kunna utvärdera störningarnas inverkan på mätresultaten. Enligt tidigare mätningar denna höst, kan strömmen i första vagnens koppel kan uppgå till ca 20 ampere, effektivvärde. Det räcker alltså att instrumenten i tåget är inställda för maxvärden på 30 ampere Förutsättningar Mätdatum, tider och deltagare De två mätvagnarna kopplas till tåget när det kommit in till Vitåfors på tisdag kväll kl Mätvagnarna placeras närmast loken, IORE Installationerna på tåget påbörjas i Vitåfors tisdag 22 november kl 21, och beräknas ta tre timmar, dock utan att störa lastningen. Mätningarna startar onsdag kl 0500 i Vitåfors, och pågår under omloppet Vitåfors-Sandskär -Vitåfors- Luleå malmbangård, där utrustningen monteras av tåget, under det att lossningen pågår. Deltagare: Åke Wisten, Per Mäkikaltio, LTU. Tider: Avgång. Vitåfors, fullastat tåg, kl 05:20 onsdag Ankomst. Luleå malmbangård, kl 12:00 Lossning. Sandskär, kl 13:00-14:00. Avgång. Luleå malmbangård, tomt tåg, kl 15:09. Ankomst. Vitåfors kl. 20:39, onsdag Lastning. Loket byter ände, kl. 21:00-24:00. Avgång. Vitåfors, fullastat tåg, kl 05:20 torsdag Ankomst. Luleå malmbangård, kl 12:00, torsdag Alternativt mättillfälle är till eller enligt överenskommelse med Bo Rytting och MTC.

126 104 Spänning mellan vagnskorg och räl Mätplatsbeskrivning Tåget utgår från Vitåfors, fullastat. Lossningen sker i Sandskär, där tåget går i en rundslinga. Tåget går därefter tomt tillbaka till Vitåfors med loket i samma ände av tåget. Nästa gång tåget utgår från Vitåfors kommer loket att kopplas till andra änden av tåget, dvs mätvagnarna hamnar sist i tåget. En kraftig stigning finns på sträckan Gällivare-Harrträsk där tåget är fullastat och pådraget är maximalt. En extra jordåterledare är installerad hela vägen från Vitåfors - genom Gällivare och till Sunderbyn. AT system finns hela vägen ner till Notviken, medan matningen sker från ett BT system påsträckan Notviken -Sandskär. Loken är IORE Mätvagnarna är preparerade enligt följande: Båda vagnar har alla fyra axlar elektriskt isolerade från boggierna. Se bild i Bilaga A. Båda vagnarna har kopparflätor mellan boggier och axelboxar på första och sista axelns högra resp vänstra sida. Den ena vagnen har dessutom en kolborstar som skapar god kontakt mellan axelbox och axelände på detvå yttersta axlarna. Denna vagn används för att mäta spänningen mellan hjulaxel och boggie: Kopparflätan öppnas och voltmeter kopplas in. Olika kablage fram och bak för att kompensera för störningar. Den andra vagnen saknar kolborstar, men har i grundutförande ett skyddsmotstånd på ca 0.1 ohm inkopplat i serie med kopparflätan, se Bilaga A. Den andra vagnen används för att mäta ström mellan boggie och axelbox: Kopparflätan omslutes med en tångamperemeter, sedan skyddsmotståndet på 0.1 ohm förbikopplats. Eftersom kolborste till axeländen saknas kommer den ström som mäts att vara den verkliga strömmen genom lagren. Arrangemanget med de två mätvagnarna innebär alltså att spänningen mäts mellan vagnskorg och räliförsta vagnen, samtidigt som strömmen genom axellagren mäts i den närmast följande vagnen Övriga förutsättningar Marken är frusen när planen skrivs, och kommer sannolikt att vara det när mätningarna genomförs. Uppgift om temperatur och väderförhållanden under mätningarna skall ingå i protokollet, pga markresistansens ev påverkan Instrumentering National instruments mätkort 6024E, Mätdatorer, Metrahit, Lemflex strömmätningsspolar, och Chauvin Arnoux strömtänger är grundutrustningen. Fördelningen är följande. Loken. Primärströmmen mäts med DC + AC strömtänger, Chauvin Arnoux. Strömmarna till chassit (två ivarjelok)mäts med AC strömtänger, Fluke PR200, resp små Lemflexspolar. Strömmätning sker i tre punkter i varje lok. Se Bilaga B. Primärspänningen mäts med 100:1 aktiv spänningsprob i det ena loket, på sekundärsidan av mättransformatorn. Primärströmmen mäts med inställningen 1 V/A (Chauvin Arnoux). De mindre chassiströmmarna mäts med 100mV/A.

127 105 Vagnarna. Första mätvagnen, med isolerade axlar utan kolborstar mäts spänningen direkt i volt mellan boggieram och axelbox. Max och min värden är ± 10 V. Spänningen mäts både med NI mätkort kopplade till PC och Metrahit, med oberoende kablage. GPS mottagaren är av typ Garmin 18 USB, ansluten till PC. Andra mätvagnen, den utan kolborstar, mäts ström genom lagren på första och sista axeln, med små Lemflexspolar som griper runt kopparflätorna. Registrering med NI mätkort och med Metrahit, med oberoende kablage. Inställning 100mV/A. På denna vagn mätsströmmen i båda kopplen, med stora Lemflexspolar, inställning 100 mv/a. Koppel. Den finns två ytterligare stora Lemflexspolar att placera runt koppel. Dessa placeras runt kopplen på vagn nr 5 och nr 7. Registreringen sker med NI mätkort, kopplade till PC Mätinstrumentplacering På vagnarna placeras Metrahit-instrumenten inplastade och mekaniskt väl skyddade intill vagnskorgen. Mätdatorernas placering framgår av Bilaga A Mätinstrumentinställningar Lemflexmätarna är inställda på 100 mv/a, med fullt utslag 3 volt vilket motsvarar 30 ampere. Fluke strömtången ger 1 mv/a utan valmöjligheter. Chauvin Arnoux strömtänger är inställda på 1 mv/a. Övriga strömmätare är inställda på 100 mv/a Metrahitinställningar Rate dvs 1 sekund samplingshastighet MAN dvs manuell mätskala, låst till 3 volt maxvärde AC DurA OFF (stänger ej av sig själv efter 10 minuter) Cycle OFF (mätningen upphör när minnet är fullt. Gamla data kastas ej) Hyst ALL (alla mätvärden sparas oavsett storlek) Trig OFF (tröskelvärden krävs ej för mätning)

128 106 Spänning mellan vagnskorg och räl 10.6 Mätresultat, Korg-räl-spänning, primärström, koppelströmmar Översikt sträckan Vitåfors-Sandskär-Vitåfors-Sandskär Sträckan Vitåfors-Sandskär-Vitåfors-Sandskär. Start Vitåfors Jordlina slutar S Sunderbyn vid Första sträckan Vitåfors Sandskär: Vänder Sandskär efter lossning: 16,8250. Jordlina börjar för norrgående tåget S Sunderbyn: Stopp i Vitåfors Ny start Vitåfors andra varvet: Mätningen avbryts på Malmbangården Luleå vid Observera att det lastade tåget: har lägre korg-rälspänning än det tomma tåget: , trots att det lastade tåget har högre primärströmmar. Detta mönster upprepas sedan på andra varvet. Figur 10.2: Översikt korg-rälspänning, primärström och koppelström. Vitåfors-Sandskär- Vitåfors-Sandskär.

129 Timme 9-11 Figur 10.3: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Start från Vitåfors Gällivare station Figur 10.4: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Harrträskbacken börjar Högsta punkten Platå efter Ripats

130 108 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.5: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Figur 10.6: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Detalj mellan plottiderna 11.1 och

131 Timme Figur 10.7: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Gullträsk passeras vid Figur 10.8: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Sandträsk passeras Boden malmryggen vid

132 110 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Stillastående fram till avgången från malmryggen i Boden. Figur 10.9: Korg-rälspänning, primärström, koppelström.

133 Timme Figur 10.10: Korg-rälspänning, primärström, koppelström.passage av S Sunderbyn, där jordlinan slutar vid Figur 10.11: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Krypkörning mellan och i samband med lossningen. Rundslingans östligaste punkt, i Sandskär: , då lossningen är klar.

134 112 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.12: Korg-rälspänning, primärström, koppelström Jordlinan börjar i S Sunderbyn vid Krypkörning i Luleå upphör vid Figur 10.13: Korg-rälspänning, primärström, koppelström.

135 Timme Figur 10.14: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Figur 10.15: Korg-rälspänning, primärström, koppelström.

136 114 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.16: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Figur 10.17: Korg-rälspänning, primärström, koppelström.

137 Timme Figur 10.18: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Stopp i Vitåfors vid timme dvs kl 17:23 den 24 nov. Maximal korg-rälspänning = ca V vid Figur 10.19: Korg-rälspänning, primärström, koppelström.

138 116 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.20: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Tåget befinner sig i Vitåfors. Figur 10.21: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Vitåfors bangård.

139 Timme Figur 10.22: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Vitåfors bangård. Figur 10.23: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Vitåfors bangård.

140 118 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.24: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Vitåfors bangård. Figur 10.25: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Tåget avgår från Vitåfors vid

141 Timme Figur 10.26: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Högsta punkten på Harrträskbacken passeras vid Ankomst Ripats vid Figur 10.27: Korg-rälspänning, primärström, koppelström.

142 120 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.28: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Stopp i Murjek 31 min. Figur 10.29: Korg-rälspänning, primärström, koppelström.

143 Timme Figur 10.30: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Stopp Boden malmryggen Figur 10.31: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage av S Sunderbyn vid

144 122 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.32: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. avbryts på Luleå malmbangård vid Mätningen av primärströmmen

145 Vitåfors-Sandskär, Sandskär-Vitåfors. Vitåfors-Sandskär Figur 10.33: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Fullastat tåg, sträckan Vitåfors- Sandskär, 24 nov. Figur 10.34: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Sandskär-Vitåfors, tomt tåg på väg norrut.

146 124 Spänning mellan vagnskorg och räl Figur 10.35: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Fullastat tåg, sträckan Vitåfors- Sandskär, 25 nov Passage Gällivare station, 24 och 25 nov Figur 10.36: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage Gällivare station 03:47, saktar ned till ca 20km/h,

147 125 Figur 10.37: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage Gällivare station 03:35, saktar ned till ca 28km/h, Passage Harrträsk, 24 och 25 nov Figur 10.38: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage Harrträsk (högsta punkt) 04:23:30,

148 126 Spänning mellan vagnskorg och räl Figur 10.39: Korg-rälspänning, primärström, koppelström. Passage Harrträsk (högsta punkt) 04:01:40, Korg-rälspänning, fullastat-tomt-fullastat tåg Figur 10.40: Korg-rälspänning. Vitåfors-Sandskär (top), Sandskär-Vitåfors (mitt) och Vitåfors-Sandskär (ned).

149 10.7 Mätresultat, Korg-räl-spänning, primärström, koppelströmmar, lagerbox-strömmar Timme Figur 10.41: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Start från Vitåfors Gällivare station 9.96.

150 128 Spänning mellan vagnskorg och räl Figur 10.42: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar Högsta punkten Platå efter Ripats Harrträskbacken börjar

151 Timme Figur 10.43: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar.

152 130 Spänning mellan vagnskorg och räl Figur 10.44: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Detalj mellan loggtiderna 11.1 och

153 Timme Figur 10.45: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar Gullträsk passeras vid

154 132 Spänning mellan vagnskorg och räl Figur 10.46: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Sandträsk passeras Boden malmryggen vid

155 Timme Stillastående fram till avgången från malmryggen i Boden. Figur 10.47: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar.

156 134 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.48: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage av S Sunderbyn, där jordlinan slutar vid

157 135 Figur 10.49: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Krypkörning mellan och i samband med lossningen. Rundslingans östligaste punkt, i Sandskär: , då lossningen är klar.

158 136 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.50: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Krypkörning i Luleå upphör vid Jordlinan börjar i S Sunderbyn vid

159 137 Figur 10.51: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar.

160 138 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.52: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Obs att skalan är ändrad till max 2 volt korg-rälspänning.

161 139 Figur 10.53: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar.

162 140 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.54: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar.

163 141 Figur 10.55: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar.

164 142 Spänning mellan vagnskorg och räl Timme Figur 10.56: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Stopp i Vitåfors vid timme dvs kl 1723 den 24 nov. En hög spänningsspik på ca 2.5 volt, syns vid 23.5.

165 Passage Gällivare station, 24 och 25 nov Figur 10.57: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage Gällivare station 03:47, saktar ned till ca 20km/h,

166 144 Spänning mellan vagnskorg och räl Figur 10.58: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage Gällivare station 03:35, saktar ned till ca 28km/h,

167 Passage Harrträsk, 24 och 25 nov Figur 10.59: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage Harrträsk (högsta punkt) 04:23:30, AT Harrträsk vid ca. 04:12 och AT Ripats vid ca. 04:26.

168 146 Spänning mellan vagnskorg och räl Figur 10.60: Korg-rälspänning, primär- koppel- lagerbox strömmar. Passage Harrträsk (högsta punkt) 04:01:40, AT Harrträsk vid ca. 03:50 och AT Ripats vid ca. 04:04.

169 Korg-räl-spänning och lagerboxströmmar Nedan visas några intressanta figurer, Figs , där lagerboxströmmar och korgräl-spänning visas tillsammans. Figur 10.61: Korg-rälspänning och lagerboxströmmar. Lagerboxströmmar minskar och korgräl-spänning är konstant (0.01h = 36 sek.). Tidp passeras högsta punkten på banan (Harrträsk). Lastat tågset. Figur 10.62: Korg-rälspänning och lagerboxströmmar. Höga lagerboxströmmar (0.01h = 36 sek.).

170 148 Spänning mellan vagnskorg och räl Figur 10.63: Korg-rälspänning och lagerboxströmmar. Hög korg-räl-spänning och obetydliga lagerboxströmmar (0.01h = 36 sek.). Tidp lossning färdig i Sandskär.

171 10.8 Sammanställning och värdering av mätresultaten Bakgrunden till mätningarna av spänningen mellan vagnskorg och räl är att man vet att det krävs en viss tändspänning för att driva ström genom lager. Tröskelvärden på mellan 0.4 och 0.7 volt har nämnts. Mätningarna har genomförts på ett sådant sätt att spänningsnivåer kan relateras till positioner på banan, lokets primärström och ström i vagnskoppel. En viktig kommentar är att dessa mätningar har krävt omfattande modifieringar av de vagnar som använts till att mäta korg-rälspänning och lagerboxströmmar. Dessa modifieringar kan göra så att de kraftiga magnetiska fält som finns i närheten av lok och vagnar kopplar in i mätutrustning på ett icke förutsägbart sätt Slutsatser Resultaten visar tydligt att uppmätta spänningar mellan vagnskorg och räl är mycket hög, med tanke på risken för strömgenomgång i lagren. Maximalt ca V vid plottid då tåget återvänder tomt i Vitåfors. Andra höga korg-rälspänningar, ca V, återfinns vid plottid då tåget (tomt) är på ingående mot Nourtikon och 1.92 V efter passage vid Notviken (tomt). Mätningarna på de fullastade tons tågen ger en maximal korg-räl-spänning på 0.70 V vid något enstaka tillfälle. För ett tomt tåg var den maximala korg-rälspänningen 2.45 V. Den jordlina som finns monterad på sträckan Vitåfors - Sunderbyn ger ingen synbar förändring i uppmätt korg-räl-spänning, se Fig De högsta korg-räl-spänningarna uppmättes på sträcka med jordlina (tex vid Nourtikon). Höga korg-räl-spänningar förutsätter inte höga primär- eller koppelströmmar. Detta observeras bäst i Figurerna 10.3, 10.8, 10.9 däråterfinns låga korg-räl-spänningar i kombination med höga primär- och koppelströmmar samt i Figurerna och där höga korg-räl-spänningar i kombination med låga primär- och koppelströmmar observeras. Den kraftiga uppförsbacken vid Harrträsk syns inte nämnvärt i den uppmätta korgräl-spänningen, se Fig mellan 04:15-04:25 och Fig mellan 03:55-04:04. Sammantaget kan man konstatera att det finns förutsättningar för strömgenomgång i vagnslagren, både i lastade tåg och i olastade. Man kan också konstatera att det går mera ström i lastade tåg, både på grund av högre primärströmmar, men också förmodligen, på grund av att resistansen är lägre i lastade tåg. Det innebär att man kan likna loket medengeneratormedlågt inre motstånd som matar ut ström i en belastning som har varierande motstånd. Ett tomt tåg har sålunda högre elektriskt motstånd än ett fullastat tåg.

172 150 Spänning mellan vagnskorg och räl Bilaga A. Bilder från installering på modifierade vagnar Figur 10.64: Vagn med ett återledningsdon på axel1och4. På främre boggien, närmast loket, lossas kabeln till återledningsdonet i övre änden, isoleras och fästes mot fotsteget som syns på bilden. På bakre boggien, närmast vagn nr två, lossas också kabeln till återledningsdonet, men anslöts till mittledaren på en6mlång RG213 koaxialkabel, som går till mätkortet i datorn, som var placerad främst på vagnnrtvå. Skärmen på samma RG213-kabel ansluts till boggieramen, mha den fastsvetsade mutter som syns på bilden.

173 151 Figur 10.65: Vagn med ett skyddsmotstånd (ca 0.1 ohm) mellan en axelbox och boggieramen, på axel 1 och 4. Denna vagn går som nummer två, från loket räknat.

174 152 Spänning mellan vagnskorg och räl Figur 10.66: Datorboxen monterades framtill på vagn nr två. En RG223 kabel, 6m, dras till bakre boggien på vagn nr 1,för att mäta spänningen till räls. Koppelströmmen mättes i det koppel som skymtar till höger.

175 10.11 Bilaga B. Hålltider för sträckan Vitåfors-Sandskär- Vitåfors 153 Tabell 1: Hålltider för första sträckan: Vitåfors-Sandskär-Vitåfors. Plats Tid Plot tid Avgång Vitåfors 24 nov :29: Gällivare station 03:47: Leiipipirjoki backen börjar 04:12: AT Harrträsk 04:14: Högsta punkten 04:23: Platå efter AT Ripats 04:26: AT Gullträsk 06:48: AT Sandträsk 06:59: Boden malmryggen 07:47:56-08:28: S Sunderbyn passage söderut. Jordlina slutar 09:19: Krypkörning börjar Luleå 10:11: Östligaste punkt Sandskär, lossning färdig 10:39: Krypkörning slutar Luleå 11:17: S Sunderbyn passage norrut, jordlina börjar 11:49: Ank. Boden Malmbanryggen 13:09:32 Gransjö 13:42: Näsby 14:42: Murjek 15:00:57-15:19: Passage Nattavaara 16:13: Stopp Vitåfors 17:29:

176 154 Spänning mellan vagnskorg och räl Tabell 2: Hålltider för andra sträckan: Vitåfors-Sandskär. Plats Tid Plot tid Avg Vitåfors, 25 nov 03:19: Gällivare stn. 03:35: Högsta punkten, Harrsträskbacken 04:01: Ripats 04:25:00-04:27: Stopp, Murjek 31 min 05:39:42-06:11: Buddbyn 07:51:00-07:52: Ank Boden 07:57: Stopp, Boden malmryggen 15 min 08:15:06-08:25: S Sunderbyn 09:12: Luleå Bangård 09:49: Stopp Luleå 10:03: Lossning färdig 10:38: Stopp malmbangården 10:58:

177 Kapitel 11 Övertonshalter i primär- och koppel- ström 11.1 Sammanfattning Med början 2003 och fortfarande registreras en förhöjd frekvens av strömskador i vagnslager på malmbanans vagnar. EISLAB vid LTU har under 2005 och 2006 tillsammans med LKAB och BV genomfört en rad mätningar för att förstå strömmens väg i malmtågen samt inverkan av en jordlina. En del i detta gemensamma arbete var att undersöka övertonshalter i primärström under sommar- och vinter- förhållanden och se om det finns ett förhöjt innehåll av övertoner vid tex kalla körningar. Mätningar från Maj 2005 (+8 o C) har jämförts med mätningar från Februari 2006 (-18 o C) och ingen nämnvärd skillnad kan registreras i övertonsinnehåll Inledning Med början 2003 och fortfarande registreras en förhöjd frekvens av strömskador i vagnslager på malmbanans vagnar. EISLAB vid LTU har under 2005 och 2006 tillsammans med LKAB och BV genomfört en rad mätningar för att förstå strömmens väg i malmtågen samt inverkan av en jordlina. En del i detta gemensamma arbete var att undersöka övertonshalter i primärström under sommar- och vinter- förhållanden och se om det finns ett förhöjt innehåll av övertoner vid tex kalla körningar Instrumentering Loket, samma vid båda mät-tillfällena, utrustas med National instruments mätkort 6024E, mätdator och Lemflex strömmätningsspolar (RR 3035). Primärströmmen mäts med AC strömtänger (Lemflex) som har visat sig bra för detta ändamål [1] kopplat till mätdator via NI mätkort. Koppelströmmar mäts på samma sätt med Lemflex strömmätningsspolar (Lemflex 3035) och är kopplade till samma mätkort och mätdator. 155

178 156 Övertonshalter i primär- och koppel- ström Mätinstrumentplacering Primärströmsmätning Lemflex strömmätningsspole kopplas runt återledaren för primärströmmen i IORE:s High Voltage Cubicle. Strömmätningsspolen kopplas till mätkort (och mätdator) via en 10 m. koaxialkabel. Mätdator med tillhörande mätkort finns placerad i förarhytten på IORE. Figur 11.1: Mätning av primärström mha Lemflex RR Koppelströmsmätning Lemflex strömmätningsspole kopplas runt första kopplet (koppel mellan första vagn och IORE lok). Strömmätningsspolen kopplas till mätkort (och mätdator) via en 10 m. koaxialkabel. Mätdator med tillhörande mätkort är samma som för mätning av primärström och finns placerad i förarhytten på IORE Mätinstrumentinställningar Datorn med tillhörande mätkort samlar ögonblicksvärden 1000 ggr/sek.

179 Primärströmsmätning Lemflexmätarna är inställda på 1 mv/a Koppelströmsmätning Lemflexmätarna är inställda på 100 mv/a Förutsättningar Mätdatum, tider och deltagare Maj 2005 Mätningarna under varma förhållanden (+8 o C) genomfördes på eftermiddagen den 9 maj 2005 tillsammans med personal från Bombardier (för att kontrollera LTU:s mätuppställning mot deras lokdata). Vid detta tillfälle instrumenterades loket för primär- ström och spänningsmätningar. Det ensamma loket togs ut på en kortare testkörning (30 min). Deltagare var: LTU: Åke Wisten och Jonas Ekman. Bombardier: Michael Aufdenblatten Lokförare: Februari 2006 Mätningarna under kalla förhållanden (-18 o C) genomfördes den 27 februari 2006 för att mäta primärström och koppelströmmar för att bestämma strömfördelning i kopplen. Det gör att mätningar genomförs på ett fullastat (lätt ton tåg) tågset. Mätdata för att utvärdera övertonsinnehåll tas från 66 sekunder efter avgång från Vitåfors. LTU: Åke Wisten. Lokförare: Mätplatsbeskrivning Maj 2005 Mätningar sker vid MTAB:s lokstallar i Kiruna Februari 2006 Mätningar sker after avgång från Vitåfors (Malmberget).

180 158 Övertonshalter i primär- och koppel- ström 11.5 Mätresultat Primärström. Mätning under sommarförhållanden Figur 11.2 (top) presenterar den primärström som uppmättes under maj 2005 på ett ensamt lok under en testkörning. Några detaljer från Fig (top) ses i Fig De två nedre figurerna i Fig visar den FFT som kan beräknas av den uppmätta primärströmmen (log-y och linjär skala). Grundtonen är Hz, första övertonen är vid Hz, andra övertonen vid 50 Hz och den kraftigaste övertonen är vid Hz. Normerad amplitud betyder att den beräknade FFT kurvan är dividerad med maxvärdet pådenberäknade FFT kurvan. Därav har grundtonen Hz amplituden 1.0. Figur 11.2: Övertonshalter i primärström under sommarförhållanden. I Fig visas exempel på några perioder av uppmätt primärström.

181 159 Figur 11.3: Uppmätt primärström under sommarförhållanden Primärström. Mätning under vinterförhållanden Figur 11.4 (top) presenterar den primärström som uppmättes under februari 2006 på ett fullastat tågset efter starten från Vitåfors. De två nedre figurerna i Fig visar den FFT som kan beräknas av den uppmätta primärströmmen (log-y och linjär skala). Grundtonen är Hz, första övertonen är vid Hz, andra övertonen vid 50 Hz och den kraftigaste övertonen är vid Hz Primärström. Jämförelse Maj 2005 & Februari 2006 Figur 11.5 visar en jämförelse av övertonsinnehållet i de primärströmmar som uppmättes under maj 2005 (blå solid line) och februari 2006 (röd streckad linje) Koppelström. Mätning under vinterförhållanden Figur 11.6 (top) presenterar den koppelström (koppel mot IORE-lok) som uppmättes under februari 2006 på ett fullastat tågset efter starten från Vitåfors. Några detaljer från

182 160 Övertonshalter i primär- och koppel- ström Figur 11.4: Övertonshalter i primärström under vinterförhållanden. Fig (top) kan ses i Fig och motsvarande primärström återfinns i Fig De två nedre figurerna i Fig visar den FFT som kan beräknas av den uppmätta koppelströmmen (log-y och linär skala). Grundtonen är Hz, första övertonen är vid Hz, andra övertonen vid 50 Hz och den kraftigaste övertonen är vid Hz Primär-ochKoppel-ström. Mätning under vinterförhållanden Figur 11.8 presenterar övertonsinnehåll i primär-ochkoppel-ström (koppel mot IORElok) som uppmättes under februari 2006 på ett fullastat tågset efter starten från Vitåfors. Den nedersta figuren i Fig visar de två kurvornaöverlagda. Observera att de två övre figurerna visar normerad amplitud och den nedersta figuren visar absolut amplitud.

183 161 (a) (b) Figur 11.5: Jämförelse av övertonshalten i primärström under sommar- och vinterförhållanden (normerad amplitud i (b)) Slutsatser Det är uppenbart att övertonernas amplitud för primärströmmen skiljer vid de två mättillfällena och att de högsta övertonerna registrerades vid testkörningen under sommarförhållanden. Orsaken till detta kan vara att testkörningen i maj 2005 var lite mer aggressiv än den normala körning i februari Spektrat för de båda körningarna är lika vilket man bäst ser i Fig (b) med en normerad amplitud. Den kraftigaste övertonen är den 7:e vid Hz för båda körningarna. Övertonsinnehållet i primär- och koppel- strömmar (mätt under vinterförhållanden) skiljer sig åt då den starkaste övertonen i koppelströmmen är den 5:e vid Hz vilket ses bäst i Fig

184 162 Övertonshalter i primär- och koppel- ström Figur 11.6: Övertonshalten i (första) koppelström under vinterförhållanden. Figur 11.7: Uppmätt koppelström under vinterförhållanden.

185 163 (a) (b) Figur 11.8: Jämförelse av övertonshalten i primär- och koppel- ström under vinter förhållanden.