Översiktlig design och systemlösning - Höghastighetsjärnväg Jönköping-Malmö

RAPPORT Översiktlig design och systemlösning - Höghastighetsjärnväg Jönköping-Malmö Tekniskt PM - Järnvägssystem Projektnummer: 150444 2015-12-01 1

Trafikverket Postadress: Region syd Box 543, 291 25 Kristianstad E-post: trafikverket@trafikverket.se Telefon: 0771-921 921 Dokumenttitel: Översiktlig design och systemlösning Höghastighetsjärnväg Jönköping-Malmö Tekniskt PM Järnvägssystem Författare: WSP Sverige AB Dokumentdatum: 2015-12-01 Version: 1.0 Projektnummer Trafikverket: 150444 Kontaktperson: Sofia Bremer, Trafikverket 2 ll v 1.0

Innehåll FÖRORD... 7 1. INLEDNING... 8 1.1. Bakgrund... 8 1.2. Syfte med utredningen... 8 1.3. Angränsande projekt... 9 1.4. Geografisk avgränsning...10 1.5. Tidsmässig avgränsning för utredningen...11 1.6. Sakmässig avgränsning...11 1.7. Förutsättningar för detta PM...11 1.8. Tekniska förutsättningar...12 1.8.1. Fysisk barriär...12 1.8.2. Trädsäkring...12 1.8.3. Krav på krisberedskap...12 1.8.4. Arbete i anläggningen och trafikering vid arbetsplats...12 1.8.5. Krav för kraftförsörjning...12 1.8.6. Krav för banunderbyggnad...13 1.8.7. Krav för banöverbyggnad...13 1.8.8. Krav för signalsystem...14 1.8.9. Krav för tele...14 2. FÖRUTSÄTTNINGAR FÖR JÄRNVÄGSSYSTEMET I SVERIGE...14 2.1. Tekniska egenskaper...14 2.1.1. Bana...14 2.1.2. Kraftförsörjning...14 2.1.3. Signal...15 2.1.4. Telekommunikation...15 2.2. Befintlig järnväg i utredningsområdet...16 2.2.1. Blekinge kustbana...16 3

2.2.2. Godsstråket genom Skåne... 16 2.2.3. Halmstad-Nässjö/Jönköping... 17 2.2.4. Jönköpingsbanan... 17 2.2.5. Kust till kust-banan... 17 2.2.6. Markarydbanan... 18 2.2.7. Rååbanan... 19 2.2.8. Skånebanan... 19 2.2.9. Södra stambanan... 20 2.2.10. Västkustbanan... 20 2.2.11. Övriga banor inom och kring utredningsområdet... 20 3. INLEDNING HÖGHASTIGHETSJÄRNVÄG... 21 4. BANA... 21 4.1. Inledning... 21 4.2. Ballastfria spår i Japan... 22 4.3. Ballastfritt spår i Tyskland... 23 4.4. Ballastfritt spår i Nederländerna... 24 4.5. För och nackdelar med ballastfritt spår... 24 4.6. Höghastighetsväxlar och växelförbindelser... 25 4.6.1. Geometriska förutsättningar... 25 4.6.2. Huvudsakliga egenskaper för höghastighetsväxlar och växelförbindelser... 26 4.6.3. Placering av växelförbindelser... 27 5. ELKRAFT... 28 5.1. Typer av strömförsörjningssystem för dragkraft... 28 5.2. 25kV 50Hz Höghastighetsjärnvägssystem... 30 5.2.1. Gränssnitt mot det externa kraftnätet... 32 5.2.2. Dragkraft och kraftförsörjningssystem... 32 5.2.3. Kontaktledningssystemet... 32 5.3. 15kV 16 2/3Hz Järnvägssystem... 33 5.3.1. Gränssnitt mot det externa kraftnätet... 33 5.3.2. Dragkraft och kraftförsörjningssystem... 34 5.3.3. Kontaktledningssystemet... 35 5.4. Kontaktledningar... 36 5.5. Slutsatser... 37 5.6. Förslag för strömförsörjnings och kontaktledningssystem... 39 5.6.1. Kontaktledning... 39 4

5.6.2. Matningsstationer...40 6. SIGNAL...41 6.1. Inledning...41 6.2. Signalställverk...41 6.2.1. Elektroniska signalställverk...42 6.3. Spårfrihetsdetektering...45 6.3.1. Spårledningar...46 6.3.2. Axelräknare...47 6.3.3. Jämförelse...47 6.4. Automatisk tåg övervakning(atp)...48 6.4.1. ATP-system klassificering...48 6.5. ERTMS & ETCS...49 6.5.1. Nivå 1 Utan uppdatering (System A)...50 6.5.2. Nivå 1 Med uppdatering (System B)...50 6.5.3. Nivå 2...51 6.5.4. Nivå 3...52 6.6. Signalställverk ATP gränssnitt...52 6.6.1. Systemkravspecifikationer (SRS) Subset 026...53 6.7. Strömförsörjning för signal och telekommunikation...53 6.7.1. Introduktion...53 6.7.2. Möjliga lösningar...54 6.8. Slutsats...57 7. TELE...58 7.1. Inledning...58 7.2. Fast telekommunikation...58 7.2.1. Föreslagna generella krav...59 7.2.2. Fysiska kabelnätet...59 7.2.3. Transportnät och SDH access...60 7.3. Högkapacitetsdatanätverk och data access nätverk...61 7.3.1. Nätverksövervakning...63 7.3.2. Nätverksförvaltning...63 7.3.3. Säkerhet...64 7.3.4. Specifik strömförsörjning...64 7.4. Radiokommunikation (GSM-R)...65 7.4.1. Generella krav...66 7.4.2. Beskrivning av utrustning...67 5

7.4.3. Radiosystem... 67 7.4.4. Switchingsystem (NSS)... 69 7.4.5. Drift och underhållssystem... 69 7.4.6. Mobila terminaler och samtalskonsoler... 70 7.4.7. Relaterade anläggningsarbeten... 70 7.4.8. Kraftförsörjning... 70 7.4.9. Nätets topologi... 71 7.5. Slutsats... 72 7.5.1. Fast telekommunikation... 72 7.5.2. Radiokommunikationssystem... 72 7.5.3. Nätverksförvaltning... 73 8. REKOMMENDATIONER... 74 8.1. Bana... 74 8.1.1. Ballastfritt spår... 74 8.1.2. Höghastighetsväxlar och växelförbindelser... 75 8.2. Elkraft... 75 8.2.1. Strömförsörjning... 75 8.2.2. Matningsstationer... 75 8.2.3. Kontaktledning... 75 8.3. Signal... 75 8.3.1. Spårfrihetsdetektion... 75 8.3.2. ATP... 76 8.3.3. Strömförsörjning (Signal och tele)... 76 8.4. Telekommunikation... 76 8.4.1. Fast telekommunikation... 76 8.4.2. Radiokommunikationssystem... 76 8.4.3. Nätverksförvaltning... 77 9. MÄNGDFÖRTECKNING... 77 10. BILAGOR... 77 6

Förord Trafikverket har fått i uppdrag av regeringen att planera för höghastighetsjärnväg Stockholm -Göteborg och Stockholm-Malmö. Sträckorna Linköping-Borås och Jönköping- Malmö utgör delar av detta och är i ett tidigt utredningsskede, dessa utredningar kommer att redovisas som så kallade Åtgärdsvalsstudier. Som en första del av utredningsarbetet för delen Jönköping-Malmö har en översiktlig principstudie genomförts för att kartlägga tänkbara och relevanta systemlösningar. Rapporten från detta arbete benämns Översiktlig design och systemlösning och kommer att utgöra underlag för det fortsatta utredningsarbetet. I rapporten redovisas funktioner och krav som den nya järnvägen skall uppfylla. Dessa är kopplade till styrande dokument som finns för höghastighetsjärnväg, landskapsknutna förutsättningar och relevanta miljöaspekter. I arbetet med Översiktlig design och systemlösning har en geografisk avgränsning gjorts till ett översiktligt utredningsområde. Målsättningen har varit att inom detta översiktliga utredningsområde skall tänkbara systemlösningar återfinnas baserat på de systemtekniska funktioner som har identifierats. Arbetet med Översiktlig design och systemlösning är också en första del för att succesivt analysera de effekter och konsekvenser som föreslagna lösningar och funktioner har avseende miljö. Det har även utgjort underlag för en grov kostnadsindikation och underlag för en osäkerhetsanalys avseende kostnader. Detta dokument utgör bilaga till ovan beskrivna rapport. 7

1. Inledning 1.1. Bakgrund En utbyggnad av höghastighetsjärnväg har diskuterats och utretts under många år i Sverige. Frågan har utretts av både Trafikverket och olika intresseorganisationer. 2008 utsåg regeringen en utredningsperson som skulle utreda förutsättningarna för en utbyggnad av höghastighetsbanor för järnväg i Sverige. Denna rapport presenterades i september 2009 (SOU 2009:74). Slutsatsen i utredningen var att höghastighetsbanor är ett bättre alternativ än en uppgradering och utbyggnad av stambanorna. Förslaget i rapporten var att separata höghastighetsbanor för persontrafik bör byggas på sträckorna Stockholm Malmö och Stockholm Göteborg. I mars 2011 fick Trafikverket i uppdrag av regeringen att utreda behovet av ökad kapacitet på järnväg fram till 2050. Trafikverket fick ett utökat uppdrag om ökad kapacitet och effektivitet för hela transportsystemet, i samråd med Sjöfartsverket. Slutredovisningen av uppdraget gjordes i april 2012. Banverket och Trafikverket har sedan tidigare startat planeringen av Ostlänken och Göteborg Borås som delar av ett framtida höghastighetssystem i Sverige. Det har också genomfört en förstudie för Götalandsbanan. Under 2014 har Sveriges regering utsett en särskild utredare (Sverigeförhandlingen) som ska arbetar för att möjliggöra ett snabbt genomförande av en ny höghastighetsjärnväg i Sverige och att ta fram förslag till principer för finansiering, en utbyggnadsstrategi samt hitta lösningar för spår och stationer där tågen ska in i städerna. Trafikverket har fått uppdrag att bistå Sverigeförhandlingen med nödvändiga underlag och analyser för utbyggnaden. Förutom arbetet som pågår inom Ostlänken och Göteborg Borås har Trafikverket startat två stora studier för sträckorna Jönköping Malmö och Borås Linköping. Studiernas syfte är att utreda möjliga alternativ för en höghastighetsjärnvägs placering. I studien ingår också att göra samhällsekonomiska beräkningar och föra en aktiv dialog med regioner, kommuner med flera. 1.2. Syfte med utredningen Regeringskansliet har gett Sverigeförhandlingen i uppdrag att arbeta för medfinansiering av höghastighetsjärnväg mellan Stockholm och Göteborg/Malmö. I kansliets uppdrag ingår också att arbeta för att öka kollektivtrafiken, förbättra tillgängligheten och öka bostadsbyggandet i storstadsregionerna. Totalt ska infrastruktursatsningar runt om i Sverige möjliggöra byggandet av cirka 100 000 nya bostäder. Trafikverket har fått i uppdrag att ta fram de underlag och analyser som behövs när det gäller olika sträckningar för höghastighetsjärnvägarna. Den här utredningen syftar till att: ta fram underlag till Sverigeförhandlingen som säkerställer att det finns en sträcka som är möjlig att bygga på inom aktuellt område. ta fram underlag till den nationella infrastrukturplanen 2018 för ny höghastighetsbana på den cirka 30 mil långa sträckan mellan Jönköping och Malmö. 8

ta fram underlag som medger en effektiv planläggningsprocess. Utredningen ska ligga till grund för val av sträckningskorridor mellan Jönköping och Malmö och val av stationer. I valet kommer hänsyn tas till landskapets känslighet och potential, kostnadspåverkan, miljökonsekvenser, sociala konsekvenser, samhälls- och regionalekonomiska konsekvenser samt påverkan på tillgänglighet. Utredningen kommer också att innehålla underlag för lämpliga tider och etappindelningar. Studiens huvudrapport sammanfattar det utredningsarbete som genomförts under perioden maj 2015-mars 2018. Som underlag till huvudrapporten tas olika tekniska PM fram. Den inledande fasen av arbetet avrapporteras i oktober 2015 genom sex stycken olika tekniska PM. Nästa leverans av studien sker i juni 2016. 1.3. Angränsande projekt Sträckan Jönköping-Malmö är en del av den nya höghastighetsjärnvägen i Sverige. Övriga delar av höghastighetssystemet har avgränsats i olika projekt. Se illustration nedan. 9

Stockholm C-Järna. Trafikverket konstaterar i en förstudie från 2011 att en omfattande utbyggnad av järnvägen är nödvändig för att klara den trafik som höghastighetssystemet medför. Nya spår mellan Gerstaberg (Järna) och Flemingsberg är avgörande för att trafiken i det antagna scenariot för år 2030 ska få plats. Järna-Linköping Ostlänken. Ostlänken planeras som ett nytt dubbelspår för höghastighetståg mellan Järna i Södertälje och Linköping C, en sträcka på cirka 15 mil. I Ostlänken pågår för närvarande arbete med Järnvägsplaner och ansökan till regeringen om tillåtlighet. Linköping-Borås. Med utgångspunkt i en tidigare förstudie pågår för närvarande en åtgärdsvalsstudie på sträckan Linköping-Borås. Utredningen ska ligga till grund för val av sträckningskorridor mellan Linköping och Borås. Borås-Göteborg. Idag har sträckan Borås-Göteborg enkelspår. För närvarande pågår ett flertal olika utredningar på sträckan, lokaliseringsutredningar på sträckorna Bollebygd- Borås och Almedal-Mölnlycke samt järnvägsplan, systemhandling och MKB på sträckan Mölnlycke-Bollebygd. Lund-Malmö. Trafikverket utreder för närvarande möjligheten att förlänga fyrspåret från Flackarp vidare till Ringvägen/Högevall i Lunds kommun. 1.4. Geografisk avgränsning Utifrån storskaligheten i studien behöver man arbeta med flera olika geografiska nivåer. Tre huvudsakliga geografiska avgränsningar har identifierats, se figur nedan. Den första avgränsningen rör hela utredningsområdet och berör förutsättningar och konsekvenser på en övergripande nivå, t.ex. när det gäller landskapets förutsättningar, omvärlds- och marknadsfrågor och miljöaspekter. Under studien kommer flera utredningsstråk att identifieras och studeras. Därför kommer en geografisk avgränsning som följer respektive stråk att tillämpas i studien. Vidare kommer studien att studera stationslägen i de samhällen som kan komma att utgöra knutpunkter. För dessa kommer bedömningar på en mer detaljerad nivå att genomföras. 10

1.5. Tidsmässig avgränsning för utredningen Studien genomförs under perioden juni 2015-mars 2018. Studien genomförs etappvis för att löpande preciseras under utredningens gång. För närvarande befinner sig studien i skedet kallat Översiktlig design. Allt eftersom arbetet med studien fortskrider kommer innehållet i utredningen att preciseras. 1.6. Sakmässig avgränsning Med utgångspunkt i studiens syfte och strategiska karaktär behöver ett flertal områden utredas på olika nivåer: Landskap Tar fram en landskapsanalys som fungerar som ett planeringsunderlag och skapar förståelse för landskapets känslighet och möjligheter. Med landskapets förutsättningar som grund formuleras strategier för hur järnvägen ska härbärgeras på ett bra sätt. Översiktligt system - Tar fram övergripande systemlösningar för utredningsstråk och stationslokaliseringar. Bedömer uppfyllelse av restidsmål för olika utredningsstråk genom beräkning av gångtider. Gör en bedömning av tänkbara etapputbyggnader. Järnvägssystem - Tar utifrån internationella erfareheter fram ett förslag för järnvägssystemet utformning innehållande kraftförsörjning, trafikledningssystem, signalsystem, telekommunikation, banutformning samt anslutningar mot befintligt järnvägssystem. Mängdar ovanstående järnvägsposter i olika utredningsalternativ. Anläggning - Tar fram en översiktlig systemlösning för anläggande av banunderbyggnad och undergrund. Beräknar behov av grundläggnings- och markförstärkningsåtgärder med tillhörande anläggningar i olika utredningsalternativ. Miljö En miljöbedömning svarar mot Miljöbalkens krav. Miljöbedömningens fokus ligger på följande frågor: stationer/urbana miljöer, strandpassager/ faunapassager i landskapet, bulleråtgärder, klimatpåverkan och landskapspåverkan. I miljöbedömningen beskrivs förutsättningarna i utredningsområdet liksom konsekvenserna av olika utredningsalternativ. Kalkyl Beräknar kostnader för olika utredningsalternativ. Utredningsarbetet kommer att anpassas så att det svarar mot studiens syfte, det vill säga; ge svar på de frågor som Sverigeförhandlingen ställer, svara mot de underlag som behövs till den nationella infrastrukturplanen samt medger en effektiv planläggningsprocess. 1.7. Förutsättningar för detta PM Arbetet inom järnvägssystem har bedrivits inom tre områden. En del har varit att ta fram plan och profil för beräkningslinjer inom respektive stråk som identifierats. Dessa beräkningslinjer har används för gångtidsberäkningar som redovisas i PM:et för Översiktligt system. En andra del har varit att ta fram underlag för den kalkyl som gjorts i denna första fas. Kalkylen görs på en relativt övergripande nivå, men inom järnvägssystem har en beskrivning av ingående delar tagits fram, som också legat till 11

underlag för kalkylen. Detta underlag finns i en bilaga till denna rapport. Den tredje delen har varit att utifrån internationella erfarenheter titta på järnvägssystemet och de svenska standarderna och som en second opinion analysera om det finns erfarenheter internationellt som skulle kunna vara intressant att arbeta in i utvecklingen av den svenska höghastighetsjärnvägen. Rekommendationerna kommer inte att påverka val i denna utredning i så stor utsträckning, däremot kan de påverka den kommande utformningen och val av system och komponenter. Kalkyler och övrigt arbete inom studien har utgått från den Svenska standarden för Höghastighetsjärnväg. 1.8. Tekniska förutsättningar Utredningen sker på övergripande nivå med utgångspunkt från Teknisk systemstandard för höghastighetsbanor (TDOK 2014:0159) innehållande dimensioneringsförutsättningar för höghastighetsbanor i Sverige. Dokumentet innehåller tekniska krav för utformning, konstruktion, besiktning och underhåll av höghastighetsjärnväg. Systemstandarden syftar till att beskriva en modern höghastighetsjärnväg, kategori 1 enligt TSD infrastruktur, anpassad till svenska förhållanden. Standarden kompletterar och redovisar ytterligare/skärpta krav till befintliga styrande dokument för att möjliggöra hastigheter 320 km/h. Nedan följer en kortare sammanfattning av kraven på delsystemen i TDOK 2014:0159: 1.8.1. Fysisk barriär Hela banan ska ha en fysisk barriär om minst 250 cm höjd placerad minst 500 cm från spårmitt på båda sidor om banan. Undantag för avstånd från spårmitt kan göras på broar och i tunnlar. 1.8.2. Trädsäkring Banan ska vara trädsäkrad minst 15 meter ut från fysisk barriär. Anpassning ska ske där banan går i upphöjt läge. 1.8.3. Krav på krisberedskap Åtkomst till banan via anslutningspunkter ska finnas på högst 2000 meters avstånd. Vändplan och uppställningsplats för bilar ska finnas i anknytning till dessa punkter. Banans servicevägar ska utföras enligt Skogsstyrelsens Anvisningar för projektering och byggande av skogsbilsvägar klass 3 och 4. Minst klass 3 och tillgänglighetsklass A ska väljas. 1.8.4. Arbete i anläggningen och trafikering vid arbetsplats Transport från biluppställningsplats till banans samtliga delar får inte överstiga 1000 meter. Banans samtliga delar ska kunna nås genom transportväg utan att korsa spår eller säkerhetszonen. 1.8.5. Krav för kraftförsörjning Kraftsystemet till traktionssystemet ska vara 15kV 16 2/3Hz och ska byggas med ett ATsystem. Kontaktledningssystemet ska byggas enligt TSD Energi samt de kompletteringar som redovisas i systemstandarden. Kontaktledningssystemet ska vara godkänt för största tillåtna hastighet, STH, 320 km/h och byggas enligt krav och typ enligt kommande 12

utredning från Trafikverket. Ett och samma kontaktledningssystem ska användas per höghastighetsbana/stråk. Omformarstationer ska uppfylla N-1 kriterium (d.v.s. de ska klara bortfall av en komponent utan allvarliga konsekvenser). Vid bortfall av en omformarstation får trafiken inte inskränkas. I de fall en omformarstation faller bort på så sätt att sammatningen mellan angränsande omformarstationer inte kan upprätthållas ska trafikpåverkan kunna accepteras. 1.8.6. Krav för banunderbyggnad Geokonstruktioner i underbyggnad ska dimensioneras för samma tekniska livslängd som överliggande konstruktion, dock minst 80 år. Bärande konstruktioner ska dimensioneras för livslängd på 120 år. Geokonstruktioner i underbyggnad och undergrund ska dimensioneras för axellast 25 ton och linjelast 8 ton/meter. 1.8.7. Krav för banöverbyggnad Generellt ska livslängden för det fixerade spårsystemets spårplatta vara 80 år för spår på mark respektive 120 år för spår på bro. Livslängden för sliprar i ballasterat spår ska vara minst 50 år. Plattformar Plattformar för höghastighetståg ska byggas med en användbar längd på 400 meter. Plattformar för tåg i regional trafik ska byggas med användningsbar plattformslängd på minst 250 meter. Plattformshöjd ska anordnas med 550 mm höjd och minsta spårradie vid plattform ska vara 500 meter. Banan ska utformas så att överblick över hela tågets längd kan hållas från spår invid plattform. Spår Plattform får inte placeras intill spår med STH>160 km/h. Om STH>160 km/h på genomgående normalhuvudspår ska plattform placeras intill avvikande huvudspår, plattformsspår. Om STH 160 200 ska plattform ligga minst 4,5 meter och om STH>200 km/h minst 7 meter från normalhuvudspår. Där hastigheten >200 km/h ska spåret utföras som fixerat spår, vid hastigheter under 200 km/h kan ballasterat spår utföras. Ballasterat spår utförs enligt befintligt regelverk. Allt material i banöverbyggnaden ska klara minst +55 C till -45 C med bibehållen funktion. Spåret ska under korta perioder klara en rälstemperatur på +100 C utan att förlora sin funktion. Spåravståndet ska vara minst 4,5 meter mellan normalhuvudspåren. Maximal lutning får inte överstiga 35. En medellutning på 15-25 på 10 km längd. En medellutning på 25-35 på 2 km längd. Lutning på spår vid plattform får inte överstiga 5 och där till och frånkoppling av vagnar sker får lutningen inte överstiga 2,5. Högre rälsförhöjning än 160 mm får inte anordnas. Vid plattform får rälsförhöjningen inte överstiga 70 mm. Minsta horisontalradie för 320 km/h får inte understiga 5050 meter och minsta vertikalradie får ej understiga 18000 meter. 13

Nominell spårvidd ska vara 1435 mm, sliprar alternativt stödpunkter i fixerat spår ska konstrueras för en spårvidd på 1437±2 mm. Rälsprofil för hastigheter över 200 km/h ska vara 60E2 och får för hastigheter under 200 km/h vara 60E1. Stålsort för rälerna ska vara R260. Rälslutning i spår och växlar ska vara 1:30 ± 0,25 grader. Spårväxlar på normalhuvudspår med STH över 160 km/h ska dimensioneras för minst 80 km/h. Rörlig korsningsspets ska användas vid hastigheter över 250 km/h. 1.8.8. Krav för signalsystem Signalsystem ska vara ERTMS level 2 eller högre. Signalsträckorna får inte vara längre än 25 km långa. 1.8.9. Krav för tele Kablage och annan utrustning ska placeras svåråtkomligt för obehöriga. Hänsyn för att minimera sabotage ska tas vid projektering. 2. Förutsättningar för järnvägssystemet i Sverige Det svenska järnvägssystemet byggdes ut från 1800 talets mitt och framåt och består idag av ca 14000 1 spårkilometer trafikerad bana varav ca 80 % är elektrifierad. Redan 1915 elektrifierades Malmbanan som den första längre järnvägssträckan i Sverige. Banan fick spänningen 15kV med frekvensen 15Hz matat från en egen generator. När man sedan fortsatte elektrifieringen av den svenska järnvägen valde man istället att ansluta till det allmänna högspänningsnätet och att vid inmatningspunkterna transformera ner spänningen och omforma frekvensen från högspänningsnätets till järnvägsnivå. Samma princip används i flera länder som elektrifierade sina järnvägssystem vid samma tidpunkt, exempelvis Norge, Tyskland, Schweiz och Österrike. 2.1. Tekniska egenskaper 2.1.1. Bana Det svenska järnvägsnätet är byggt med normal spårvidd 1435 mm och med rällutningen 1:30. Nästan all järnväg i Sverige är byggt med ballastspår d.v.s. ett lager av makadamballast som bär upp och stabiliserar sliprar och räler. Ballastfritt spår finns endast på ett fåtal platser. 2.1.2. Kraftförsörjning Den svenska järnvägen är elektrifierad med 15 kv 16 2/3 Hz växelström. Banorna matas via från det allmänna högspänningsnätet via 48 st omformarstationer där 130 kv 50Hz transformeras och omformas ned till 15kV 16 2/3Hz. Till en början användes roterande omformare, många sådana finns fortfarande i drift men ersätts efterhand av statiska omformare med högre verkningsgrad och lägre underhållskrav. En omformarstation innehåller flera statiska eller roterande omformaraggregat. 1 Källa: http://www.trafikverket.se/resa-och-trafik/jarnvag/sveriges-jarnvagsnat/bandata/ 14

Överföringen till fordonen sker genom kontaktledning och returströmmar genom den ena rälen (s-rälen) och genom särskild återledning. För att minska problem med läckströmmar finns två olika system för att koncentrera returströmmarna till återledningen. Först introducerades systemet med sugtransformatorer (BT) och på senare tid autotransformatorer (AT). 2.1.3. Signal På majoriteten av de svenska banorna används så kallad fjärrblockering, detta innebär att banan är indelad i så kallade blocksträckor med varsin spårledning. När ett tåg befinner sig på blocksträckan kortsluts ledningen och signalerna går i stopp. I blocksträckornas ändar finns signaler som visar kör om sträckan är obelagd eller stopp om ett tåg befinner sig på sträckan. Systemet fjärrstyrs från ett antal ledningscentraler. Nästan alla svenska järnvägar med persontrafik är utrustade med ATC (Automatisk tågkontroll). Systemet planeras allt eftersom ersättas med det gemensamma europeiska trafikstyrningssystemet ERTMS/ETCS. Systemet är tvådelat och består av European Train Control System (ETCS) som finns ombord och i marken samt radiosystemet GSM-R. 2.1.4. Telekommunikation Trafikverket ICT, tidigare Banverket, har ett 13 000 km långt rikstäckande fibernät som ligger i anslutning till landets banvallar. Fibernätet täcker hela Sverige, från Ystad i söder till Riksgränsen i norr. Fibernätet är öppet för alla teleoperatörer och tjänsteleverantörer. Fibern har närmare 900 anslutningsnoder och är uppkopplad till 125 av landets 150 stadsnät och når därmed ut till 90 procent av Sveriges hushåll. Trafikverket förser de flesta aktiva teleoperatörerna i Norden med stamnätskapacitet och förser järnvägen med transmissionskapacitet för styrning av el, signal och teleanläggningar. Har även ett eget rikstäckande nät av kopparkablar för internt bruk. Trafikverket har även ett eget mobilnät, GSM-MobiSIR. Detta system har ersatt de radio och mobiltelefonsystem som hittills använts vid järnvägen. Framför allt är det kommunikationen mellan tågförare och driftledning som har förbättrats. Trafikverket ICT har cirka 1 000 egna radiomaster. Man har även ett eget telefonisystem, och var först i Sverige med egna digitala telefonväxlar som började byggas 1986, innan dess fanns det endast analoga reläväxlar. Inom Tele ingår även trafikinformations system som plattformsskyltar, monitorer, högtalaranläggningar, elur, biljettmaskiner, passersystem och kameraövervakning på stationer. Driftsövervakning av teleanläggningar i Sverige utförs av Trafikverket IT Nätövervakningscentral (NMC) i Gävle. Stationära fordonsdetektorer finns längs banorna i form av strömavtagardetektorer, varmgångs- och tjuvbromsdetektorer och hjulskadedetektorer. Detektorer upptäcker fordonsskador som kan orsaka urspårningar, riva ner kontaktledningar och skada banan eller fordonen. Det finns ungefär 190 detektorer i Sverige. 15

2.2. Befintlig järnväg i utredningsområdet Nedan beskrivs de större befintliga linjerna för person och godstrafik i utredningsområdet. 2 2.2.1. Blekinge kustbana Blekinge kustbana sträcker sig från Kristianstad till Karlskrona. Banan är elektrifierad och enkelspårig samt trafikeras av både person- och godståg. Största tillåtna hastighet är 160 km/h och största tillåtna axellast 22,5 ton. 34 Figur 1 Blekinge kustbana 2.2.2. Godsstråket genom Skåne Godsstråket genom Skåne sträcker sig mellan Trelleborg i söder och Ängelholm i norr. Banan är elektrifierad och enkelspårig. Utöver sträckan Teckomatorp-Kävlinge trafikeras banan endast av godståg. Banan saknar mötesstationer och fjärrblockering mellan Teckomatorp och Åstorp. Största tillåtna hastighet varierar mellan 90 och 140 km/h och största tillåtna axellast 22,5 ton. 34 Figur 2 Godsstråket genom Skåne 2 Källa: http://www.trafikverket.se/resa-och-trafik/jarnvag/sveriges-jarnvagsnat/ 3 Järnvägsnätsbeskrivning 2016, bilaga 3.4 Banstandarddata 4 Järnvägsnätsbeskrivning 2016, bilaga 3.5 Största tillåtna hastighet per sträcka 16

2.2.3. Halmstad-Nässjö/Jönköping Halmstad-Nässjö/Jönköping sträcker sig från Halmstad till Jönköping och Nässjö med en delningspunkt i Vaggeryd. Banorna är inte elektrifierade och har ingen fjärrblockering. De enkelspåriga banorna trafikeras av både person- och godstrafik. Utöver huvudbanorna finns därutöver också en mindre avstickare mellan Torup och Hyltebruk som endast trafikeras av godståg. Största tillåtna hastighet mellan Torup och Hyltebruk är 40 km/h och varierar på resten av banan mellan 100 och 125 km/h och största tillåtna axellast mellan 22,5 och 25 ton. 34 Figur 3 Banan Halmstad-Nässjö/Jönköping 2.2.4. Jönköpingsbanan Jönköpingsbanan sträcker sig mellan Falköping och Nässjö via Jönköping. Banan är elektrifierad och enkelspårig samt trafikeras av både person- och godståg. Största tillåtna hastighet varierar mellan 60 och 160 km/h och största tillåtna axellast varierar mellan 22,5 och 25 ton. 34 Figur 4 Jönköpingsbanan 2.2.5. Kust till kust-banan Kust till kust-banan sträcker sig från Göteborg i väster till Kalmar och Karlskrona i öster och utgör en viktig koppling mellan öst och väst. Banan är elektrifierad och enkelspårig. Banan trafikeras av både genomgående persontrafik från Göteborg till Smålands östra delar men 17

även av andra trafikeringsupplägg för persontrafik samt av godståg. Största tillåtna hastighet varierar mellan 100 och 200 km/h och största tillåtna axellast varierar mellan 22,5 och 25 ton. 34 Figur 5 Kust till kust-banan 2.2.6. Markarydbanan Markarydbanan sträcker sig mellan Eldsberga och Hässleholm, är elektrifierad samt enkelsspårig. Idag används banan främst för godstrafik samt lokaltågstrafik mellan Hässleholm och Markaryd. Banan används också vid omledning. Största tillåtna hastighet på banan är 130 km/h och största tillåtna axellast 22,5 ton. 34 Figur 6 Markarydbanan 18

2.2.7. Rååbanan Rååbanan sträcker sig mellan Helsingborg och Eslöv. Banan är elektrifierad och enkelspårig och trafikeras av godståg samt även till viss del av persontåg. Största tillåtna hastighet varierar mellan 120 och 140 km/h och största tillåtna axellast är 22,5 ton. 34 Figur 7 Rååbanan 2.2.8. Skånebanan Skånebanan sträcker sig från Helsingborg i väster till Kristianstad i öster och utgör en västöstlig förbindelse genom Skåne. Banan är elektrifierad och enkelspårig och trafikeras av både person- och godståg. Delen mellan Kattarp och Åstorp används främst vid omledningar. Största tillåtna hastighet varierar mellan 120 och 160 km/h och största tillåtna axellast 22,5 ton. 34 Figur 8 Skånebanan 19

2.2.9. Södra stambanan Södra stambanan sträcker sig mellan Malmö och Stockholm och utgör en av Sveriges viktigaste järnvägsförbindelser. Banan är elektrifierad och dubbelspårig och trafikeras av persontåg i form av både fjärr- och regionaltåg samt av godståg. Största tillåtna varierar mellan 160 och 200 km/h och största tillåtna axellast 22,5 ton. 34 Plan på att införa ERTMS finns. Figur 9 Södra stambanan (södra delen) 2.2.10. Västkustbanan Västkustbanan sträcker sig mellan Lund i söder och Göteborg i norr och utgör en av Sveriges viktigaste järnvägsförbindelser. Banan är elektrifierad och till ca 85 % dubbelspårig. Sträckan är idag enkelspårig mellan Helsingborg och Ängelholm samt över Hallandsås och genom Varberg. Banan trafikeras av både person- och godstrafik. Största tillåtna hastighet varierar mellan 180 och 200 km/h och största tillåtna axellast mellan 22,5 och 25 ton. 34 Figur 10 Västkustbanan 2.2.11. Övriga banor inom och kring utredningsområdet Utöver de banor som här nämnts specifikt finns även mindre enkelspåriga banor av ofta lägre standard utan elektrifiering och endast nyttjade för godstrafik. Undantaget är banorna mellan Nässjö och Hultsfred samt mellan Nässjö och Vetlanda som även används för persontrafik. 20

3. Inledning höghastighetsjärnväg Höghastighetsjärnväg, enligt annex II to Directive 96/48/EC, kan delas in i: Fyra olika strukturella delsystem; infrastruktur, energi, kontroll-styrning och signal samt rullande material. Fyra olika operativa delsystem: underhåll, miljö, drift och användare Denna rapport beskriva delsystemen energi (elkraft), kontroll-styrning (tele), signal och bana och hur de skulle kunna tillämpas utifrån svenska förhållanden och internationella erfarenheter. Rapporten innehåller rekommendationer på områden där fördjupningar skulle kunna göras inför införandet av höghastighetsjärnväg på sträckan Jönköping Malmö och för höghastighetssystemet i Sverige. 4. Bana 4.1. Inledning En fast förutsättning i denna utredning är att ballastfritt spår ska användas. Det finns idag ett flertal olika tillförlitliga system för ballastfria spår i drift på höghastighetsbanor runt om i världen. Utifrån några internationella exempel tittar vi på fördelar och nackdelar med ballastfria spår. Detta avsnitt granskar de befintliga systemen för ballastfritt spår vilka klassificeras i flera grupper enligt deras mekaniska egenskaper viktigaste skillnaderna jämfört med det typiska järnvägssystemet för höghastighetståg med ballast spår redovisas. Ballastfria system med asfaltbaserade stödlager kommer endast att nämnas här då de inte används i stor utsträckning och deras mekaniska beteende är helt annat än det för rälssystem på betongkonstruktioner. Klassificeringssystemet som visas i tabell 1 baseras på klassificeringen som gjorts av UIC i studien Feasibility Study Ballastless track publicerad i mars 2002. Tabellen innehåller inte: Ingjutna rälssystem för spårväg och lätt järnväg (CDM typ) System med stödlager av bitumenbaserade material (ATD, WALTER, GETRAC, etc.) 21

Tabell 1 Klassificering av system för ballastfria spår De viktigaste egenskaperna hos systemen som ingår i tabell 1 beskrivs i bilaga 1. 4.2. Ballastfria spår i Japan I Japan används uteslutande slab track på höghastighetsjärnväg. Höghastighetsjärnvägen kräver mycket precisa spårlägen för att säkerställa komforten för passagerarna. Den Japanska järnvägen (JNR) började använda slab track för över 30 år sedan på Shinkansen, smalspårslinjer och det används på över 2400 km spår. Slab track har gett utmärkta prestanda genom att behålla spårgeometrin och låga underhållskostnader. JNR:s kriterier för att använda slab track är följande: Kostnaden för byggnation ska inte vara mer än 30% högre än kostnaden för ballasterat spår. Konstruktionen ska vara stabil och ha motståndskraft motsvarande den för ballasterat spår. Produktionstiden ska vara rimlig Det ska vara möjligt att justera spåren i vertikal och sidoledd för att kompensera för deformationer i undergrunden. Även om ballastsfritt spår ursprungligen mest användes för tunnlar och broar så testades det också på banvall under mitten av 1970-talet. En aktuell version av slab track på mark (RCRS, reinforced concrete roadbed system) visas i följande figur: 22

Figur 11 (RCRS) Kostnaden för RCRS typen av ballastfritt spår är högre än för ballast. På grund av de lägre underhållskraven förväntar man att tjäna in den högre kostnaden efter ca 12 års drift. Det förväntas också krävas 30% mindre arbetskraft för att underhålla spåren jämfört med ballast spår. 4.3. Ballastfritt spår i Tyskland I Tyskland har ballastfritt spår utvecklats under många år. 1996 togs en testbana i Karlsruhe i drift av den tyska järnvägen. Banan består av sju nya typer av ballast fritt spår. Idag har ca 340 km ballastfritt spår byggts inom det tyska järnvägsnätet. En av de mest kända tyska konstruktionerna är Rheda compact använder en top down metod för byggande. I Rheda systemet gjuts fullängdssliprar direkt in i en kontinuerligt armerad betongplatta med kanter på bägge sidor. Rheda systemet utvecklades under 1970- tale. Under byggandet monteras spår och sliprar på en betong bas. När rälsen är korrekt positionerad häller man betong under och runt sliprarna och bäddar delvis in dem. Spåret byggs på en lastbärande frostskyddad undergrund och grundvattnet bör ligga lägre än 1,5 meter under plattan. Ca 147 km ballast fritt spår kommer att byggas längd den nya 219 km långa höghastighetsbanan mellan Köln och Rhen/Main. Den försvarbara kostnadsfaktorn för ballastfritt spår i Tyskland anses vara 1,4 gånger ballast spår. Den höga investeringskostnaden kommer att uppvägas av framtida kostnadsbesparingar i underhåll och ökad tillgång till spåren på grund av färre stopp för underhåll. 23

4.4. Ballastfritt spår i Nederländerna På höghastighetsbanan HSL-Zuid, en plats med mycket mjuk jord används Rheda 2000 på sättningsfria plattor (settlement free plates-sfp). Undergrunden består av SFP:er (30 eller 35 m långa) som stöds av pålar medan Rheda 2000 bildar överbyggnaden. Antalet stödpålar för SFP och avstånden mellan dem varierar beroende på konstruktion. En viktig del av spårkonstruktionen är det mellanliggande skikt (av plastfolie, geotextil etc.) som är placerad mellan undergrund och överbyggnad. 4.5. För och nackdelar med ballastfritt spår Nedan listas för och nackdelar med ballastfria spårsystem. Fördelar: Lägre underhållskrav Längre livslängd Lägre kostnader under dess livscykel. (Utifrån ett internationellt perspektiv bedöms livslängden till 60 år. TSS kräver dock 80 års livslängd, detta påverkar systemval och underhållsbehov). Kräver mindre horisontal- och vertikalutrymme Högre sidomotstånd som kan möjliggöra framtida hastighetsökningar i och med utvecklingen av ny korglutningsteknik, tillåter högre rälsförhöjning vilket innebär att mindre radie för högre hastigheter kan användas. Inga problem med absorbering av bromskrafter. Inga problem med ballastsprut vid höga hastigheter. Då underhållsbehovet är mycket lägre finns det mindre behov av byggande av spårkommunikation. Vägfordon kan få tillgång till banan vid t.ex. nödsituationer (Specialåtgärder kan krävas beroende på systemval och vägfordonens typ). Nackdelar: Högre byggkostnader. Skillnaden kan variera mellan 30-50%. Installationskraven är extremt höga. Ballastfria spår kan kräva ljudabsorberingsanordningar i miljöproblematiska områden. Behovet är större än vid ballastspår. Ballastfria spår har inte använts så länge vilket gör att några av hypoteserna inte har bekräftats av erfarenhet. Sträckorna som använts under längre tid är korta. Signal och kommunikationssystemdesignen måste vara slutgiltig. Ballastfria system måste innehålla all utrustning och ändringar är svåra att genomföra. Problem med vibrationer. 24

4.6. Höghastighetsväxlar och växelförbindelser Den nya linjen kommer behöva olika anslutningar: till andra linjer, bangårdar, mellan spåren, etc. För att uppnå detta måste nödvändig utrustning installeras (exempelvis växlar och växelförbindelser), bestående av element som gör att spåret kan trafikeras i olika riktningar. Dessa element kopplar samman olika banor och fungerar med hög robusthet och pålitlighet. Primärt går huvudlinjen längs växelns genomgående spår och sidolinjen i grenspår. Det finns flera diskontinuiteter, styvhets förändringar, sidokrafter (byte av färdriktning), hastighetsvariationer, plötsliga förändringar av den icke kompenserad accelerationen på en kort och koncentrerad sträcka. Spåranordningar, som växlar är den svagaste länken i hela infrastrukturen och kräver stor noggrannhet vid projektering, konstruktion och underhåll. Bestämmelser kring detta är samlade i följande dokument: UNE-ENV 13803-1-EX. Railway applications. Track alignment design standards. (European standard 2006). UIC broschyrer. 4.6.1. Geometriska förutsättningar Bortsett från allmänna riktningsbegränsningar(tillämpas också på växlar), finns det några generella faktorer som gäller för dessa anordningar. Generellt har en anordning ingen rälsförhöjning vilket betyder att hastighetsbegränsningen beror på rälsförhöjningsbristen. Standardspår Växlar/korsningar kommer i allmänhet placeras på rakspår med konstant lutning, 5. I fall då växlarna/korsningar placeras i större lutningar bör man analysera hastighetsförlusten i grenspåret. Stationer På platser där många växlar och andra anordningar finns koncentrerade till en kort sträcka (nära bangårdar, stationer, etc.) bör växlar och korsningar placeras på rakspår och med konstant lutning, 2. Det finns en minsta längd för grenspåret mellan två växlar: Ett minsta avstånd mellan växlar krävs för att undvika konflikt med signalsystemet. På grund av stabilitet för tågen. Ett tåg som passerar igenom två kurvor med olika tecken (utan rakspår eller övergångskurvor) är något som bör undvikas. Detta kan inträffa om ett tåg passerar två närliggande växlar. Ett vanligt tillvägagångssätt att ta fram denna sträcka är att beräkna sträckan tåget tillryggalägger på 2 sekunder (med grenspårets maxhastighet). 25

För konvergerande spår är det nödvändigt att fastställa hinderfrihetspunkten. Punkten definieras som den punkt fram till vilken tåg kan rulla utan risk för kontakt mellan tågen eller dess last. Beroende på cirkulationshastigheten på respektive spår sätts körtillstånd för respektive spår. Längdmätningen för respektive spår utgår från växelns BKS. 4.6.2. Huvudsakliga egenskaper för höghastighetsväxlar och växelförbindelser Högsta hastighet: 350 km/h (rakspår) - 10/160/220 km/h (gren spår). Övergångskurvans geometri (upp till 350 km/h). Klotoid cirkel klotoid behov. Flexibla flyttpunkter och skarvskenor i korsningar (inga mellanrum). Pre-fabricerade betongslipers och vulkaniserade plattor. UIC60 rälssektion. Maskiner i ihåliga stålsliprar HRS lås. Inga skyddsräcken. Flexibla switcher (utan avbrott). Fjäderväxlar gjorda av manganstål. Elastiskt ribbade basplattor (minskning av statiska och dynamiska krafter). State-of-the-art innovationer: o o Signal- och säkerhetssystem Operativsystem. Inre tungspets fastsättning Kinematiks profiloptimering (KGO). 26

4.6.3. Placering av växelförbindelser Enligt TDOK 2014:0159 ska växelförbindelserna placeras på minst 50 km avstånd med undantag för växlar i anslutning till stationer. För linjeskiljande växlar så kan växlar för 160 km/h i grenspår användas. För växelförbindelser används normalt växlar för 100 km/h. På stationer kommer växlar för 80, 100, 130 km/h att användas, valet beror på hur stationen är utformad och trafikriktning. Möjlighet att växla mellan spåren är en viktig funktion för att hantera störningar. Internationellt sätt placeras dessa tätare än 50 km. I Figur 12 Exempel på avstånd mellan växelförbindelser.finns exempel på avstånd mellan växelförbindelser i Spanien. Figur 12 Exempel på avstånd mellan växelförbindelser. 27

5. Elkraft 5.1. Typer av strömförsörjningssystem för dragkraft Det finns en stor variation av delsystem inom det europeiska järnvägssystemet, nedan listas de huvudsakliga typerna av dragkraftsystem efter volt/frekvens nivå. 25kV 50 Hz höghastighetsjärnvägssystem 15kV 16 2/3Hz järnvägssystem 3kV och 1,5kV dc järnvägssystem 600, 750V dc järnvägssystem Figur 13 Typer av dragkraftsystem Globalt är över hälften av alla kraftsystem fortfarande likströmssystem. Likström användes av historiska skäl för att det är lättare att reglera likströmsmotorer, det behövs heller inga transformatorer i likströms system då motorn drivs av likström. Den stora nackdelen för existerande likströmssystem är den låga spänningen som används då det krävs hög strömstyrka för att överföra den dragkraft som krävs. På grund av riskerna med för hög spänning används övervägande likström upp till 1500 V i lokaltrafik. Ungefär hälften av alla elektrifierade järnvägar i världen använder växelström. Stamjärnvägar å andra sidan har mer och mer gått över till enfas växelström med alla dess fördelar. Moderna elektriska spårfordon kräver stora mängder energi särskilt vid hastigheter över 160 km/h. Detta kan tillhandahållas av spänningsnivåer på 15kV och 25kV. Beroende på krav kan sträckan mellan matningsstationerna variera mellan 30 och 70 km. Den installerade effekten i en omformarstation kan vara upp till 40 MVA. 28

Land Typ av kraftförsörjning Frankrike Höghastighetsbanor Konventionella banor 25kV 50Hz AC 1,5kV DC Tyskland Höghastighetsbanor Konventionella banor 15kV 16 2/3 Hz AC 15kV 16 2/3 Hz AC Österrike Konventionella banor 15kV 16 2/3 Hz AC Danmark Konventionella banor (2) 25kV 50Hz AC Spanien Höghastighetsbanor Konventionella banor 25kV 50Hz AC 3kV DC Nederländerna Höghastighetsbanor (1) Konventionella banor 25kV 50Hz AC 1,5kV DC Portugal Höghastighetsbanor (1) Konventionella banor 25kV 50Hz AC 25kV 50Hz AC Italien Höghastighetsbanor Konventionella banor 3kV DC eller 25kV 50Hz AC 3kV DC Belgien Höghastighetsbanor Konventionella banor 25kV 50Hz AC 3kV DC 29

Storbritannien Höghastighetsbanor Konventionella banor 25kV 50Hz AC 750V DC eller 25kV 50Hz AC Norge Konventionella banor 15kV 16 2/3 Hz AC Sverige Konventionella banor 15kV 16 2/3 Hz AC (1) Framtida höghastighetsbanor (2) Framtida konventionella banor Fördelningen av de olika kraftförsörjningssystemen är följande: 7,8% av sträckorna försörjs med 1,5kV DC 35,2% av sträckorna försörjs med 3kV DC 14,6% av sträckorna försörjs med 15kV 16 2/3Hz AC 40,5% av sträckorna försörjs med 25kV 50Hz AC 1,9% av sträckorna försörjs med 50kV 50Hz AC, 11-13kV 25Hz AC, 750V DC och 600V DC. I avsnitten nedan beskrivs de olika systemen med underrubriker för följande delsystem: Gränssnitt mot det externa kraftnätet Dragkraft och strömförsörjning Kontaktledningssystem Dessutom finns information om specifikationer inom varje systemtyp och spänningsnivå. Det bör emellertid tilläggas att specifikationernas kvantitet och typ kan variera beroende på egenskaperna hos de olika systemen. 5.2. 25kV 50Hz Höghastighetsjärnvägssystem 25kV system används främst på banor där krav på höghastighet har funnits. Järnvägssystemen runt om i världen har utvecklats sedan 1970 talet (1964 byggde Japan den första järnvägssträckan för 220 km/h mellan Tokyo och Osaka), och 1975 byggdes den första höghastighetsjärnvägen i Europa som knöt ihop Paris och Lyon med en restid på under två timmar. Banan ansågs lyckad och efterföljande banor har byggts runt om i Europa. 30

Genom åren har majoriteten av höghastighetsjärnvägsnäten i Europa byggts ut med enfas 25kV 50Hz system (eller 60Hz beroende på frekvensen i landets huvudnät), så kallade 1x25kV kraftsystem, istället för med likströmssystem (t.ex. 3kV DC). Jämfört med DCsystem och AC-system med lägre spänning har 25kV system generella ekonomiska fördelar, speciellt då antalet matningsstationer kan minskas kraftigt. Dessa system har senare uppgraderats för att förbättra verkningsgraden, de typiska 1x25kV systemen har löpande uppgraderats till 2x25kV (+/-25kV) system. Målet med detta är att kunna öka avstånden mellan närliggande matningsstationer till nästan det dubbla och att minska problemen med elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) och elektromagnetisk störning (EMI). Tack vare den specifika elektriska konfigurationen hos 2x25kV kraftsystemet är det möjligt att öka spänningen (och på det viset optimera kraftöverföringen) utan att öka utrustningens isoleringsklass. Nedan finns några typiska scheman för 1x25kV och 2x25kV järnvägskraftsystem. Figur 14 25kV 50Hz Traction Power Substation (TPS) eller matningsstation (typiskt enkellinje schema) 31

Figur 15 2x25kV Traction Power Substation (TPS) eller matningsstation med anslutning till huvudnätet (typiskt enkellinjeschema) 5.2.1. Gränssnitt mot det externa kraftnätet När det gäller 1x25kV eller 2x25kV system är matningsstationerna normalt direkt anslutna till huvudkraftnätet. Vanligtvis finns det ingen distributionsslinga för att koppla samman närliggande stationer. En kraftdistributionsslinga kan dock tillhandahållas av nätägaren. 5.2.2. Dragkraft och kraftförsörjningssystem Syftet med matningsstationerna är: Att via huvudtransformatorn sänka spänningsnivån från det inkommande nätet till kontaktledningsnivå. Att genom brytare skydda TPS utrustningen (framförallt huvudtransformatorn) och kontaktledningssystemet. Lastfrånskiljare eller isolatorer kan också användas beroende på järnvägsoperatörernas krav. Istället för att anordna ytterligare platser anordnas stationer (parallelling stations) längs linjen för att möjliggöra en robust spänningsnivå i kontaktledningssystemet dessa kan placeras i sektioneringspunkterna. 5.2.3. Kontaktledningssystemet Generellt sett är kontaktledningssystemet gränssnittet mellan matningsstation och fordon och en robust överföring av elektrisk dragkraft måste garanteras. 32

Ett typiskt 2x25kV system består av: Kontaktledningssystem (+25kV), bestående av: Kontakttråd (vanligtvis Cu/100 till 150 mm 2 ) Bärlina (vanligtvis Cu/70 till 170 mm 2 ) Matarledning (-25 kv vanligtvis Al/300 till 400 mm 2 ) Jordning och returströmkrets bestående av: Längsgående nedgrävd jordning (vanligtvis Cu/95mm 2 ) Jordkablar (Vanligtvis Al/150mm 2 ) Spåren I ett typiskt 1x25kV system är matarledningen ersatt med en returledare och sugtransformatorer, ledarstorleken kan variera från 150 mm 2 till 250 mm 2 beroende på utförande. Frånkopplingsstationer är försedda med lastfrånskiljare för att tillåta omledning av dragkraften utifrån systemoperatörens behov. 5.3. 15kV 16 2/3Hz Järnvägssystem Järnvägarna I Tyskland, Österrike, Schweiz, Sverige och Norge är elektrifierade med 15kV 16 2/3Hz. Prestandan hos ett sådant system liknar 25kV 50Hz systemen och båda lämpar sig för höghastighetståg enligt TSD. 5.3.1. Gränssnitt mot det externa kraftnätet Tåg på järnvägsnätet matas nominellt med 15kV, vilket i verkligheten innebär 16,5 kv 16 2/3 Hz 1-fas AC. All kraft tas från det allmänna 50Hz nätet. Utöver detta finns en överföringsledning (vanligtvis 132kV = 2x66kV, 16 2/3Hz, 2 faser) för att minska effektflödet i kontaktledningen och för att minska antalet matningsstationer. 33

Figur 16 15kV 16 2/3Hz allmänt schema (Svenska systemet) 5.3.2. Dragkraft och kraftförsörjningssystem Det allmänna kraftnätet är vanligtvis anslutet till järnvägens strömförsörjningsnät via strömförsörjningsstationer eller omformarstationer. Omformarstationerna består huvudsakligen av: Omformare som ändrar frekvens, spänning och fas mellan det allmänna nätet och kontaktledningen. Det vill säga från spänningen på primärsidan (vanligtvis: 220, 130, 70, 50kV), 50Hz, 3-fas till 15kV, 16 2/3Hz, 1-fas på kontaktledningssidan. Spänningsnivån på primärsidan transformeras först ned till lämplig nivå innan den når omformarna. Denna nivå varierar beroende på typen av omformare. Roterande omformare matas med 6,3kV. En annan vanlig spänningsnivå är 22kV. Transformatorer som ändrar spänningen mellan kontaktledningen och överföringsledningen från 15kV 16 2/3Hz 1-fas till 132kV 16 2/3Hz 1-fas. Hjälpkraftstransformatorer. Hjälpkraften använder 50Hz. Järnvägens försörjningsnät innehåller också: Transformatorstationer som ändrar spänningsnivån mellan överföringsledningen och kontaktledningen. Vanligtvis från 132kV 16 2/3Hz 1-fas till 15kV 16 2/3Hz 1- fas. Sugtransformatorer eller autotransformatorer som tar hand om returströmmarna. Shunt Harmonic Impedances (SHI) för att minska överförandet av övertoner. Främst som aktiva filter på lok. 34

Följande schema visar hur en typisk omformarstation är anordnad. Det finns en grupp frekvensomformare som matar kontaktledningen och anordningar som matar överföringsledningen. Dessutom visas transformatorer och sugtransformatorer. Figur 17 Generell bild av en typisk omformar och transformatorstation i ett 15kV 16 2/3Hz system. Det normala avståndet mellan transformatorstationer är 40-50km och mellan omformarstationer 60-90km. 5.3.3. Kontaktledningssystemet I elektrifieringens barndom skickades återledningsströmmarna genom marken, så kallad direkt matning. Detta resulterade i stora elektromagnetiska störningsproblem. Sugtransformatortekniken (BT) introducerades för att mildra sådana problem genom att minimera strömläckage genom marken. Den består av en transformator som förbinder kontaktledning och returledning och som har samma antal lindningar på båda sidor. På så sätt tvingas strömmarna på båda sidor att vara lika. En nackdel är att BT-systemet har högre impedans än direkt matning. Senare kom även autotransformatorer (AT) att användas. Autotransformatorerna ger lägre spänningsfall och möjlighet att överföra större strömmar i jämförelse med sugtransformatorerna. De gör det också möjligt att placera omformarstationerna på större avstånd från varandra. Systemet använder en andra matarledning med en 180 motfas från kontaktledningen vilket dubblar systemets spänningsnivå. Då de använda transformatorerna inte är idealiska tvingar inte AT-systemet strömmen att helt flyta tillbaka genom den negativa återledaren och en del av strömmarna går tillbaka genom andra delar av rälsen och kan orsaka problem med närliggande kablar. 35