Deras snabba brytare ska ge tågen mer effekt

2020-03-20 06:00  

Tågen behöver allt mer effekt från elnätet. Det svenska startupbolaget Scibreak tror att de har lösningen – en ny ultrasnabb brytare.

I en anonym lokal i Järfälla pågår utvecklingsarbetet med brytaren, som från början var tänkt för högspänd likström. En enorm prototyp tronar i labbet.

Idén till nya snabba brytaren kläcktes av Lennart Ängquist, när han var adjungerad professor på KTH. Företaget Scibreak har bildats för att ta idén till marknaden.

Men nu har också ett nytt spår öppnat sig. Företaget har nyligen vunnit en upphandling hos Trafikverket för att utveckla en brytarprototyp just för järnvägen.

Prototypen ska testas under nästa år. Om den fungerar som tänkt ska Scibreak sedan leverera tio brytare. Trafikverket satsar 38 miljoner kronor på projektet.

Vilket problem ska brytaren lösa?

Den svenska järnvägen använder ström i enfas om 16,7 Hz för att driva tågen. Det vanliga elnätets trefasiga ström i 50 Hz måste därför omformas i stora stationer innan den leds in i tågen. Det görs med två olika tekniker, antingen i roterande omformare (generator och motor) eller med statiska strömriktare (kraftelektronik).

Problemet med de roterande omformarna är att de, om det uppstår ett fel i det omgivande elnätet, kan orsaka hög kortslutningsström innan dagens strömbrytare hinner bryta den. Och om kortslutningsströmmen blir för stor kan komponenter nedströms, som ställverk och transformatorer, gå sönder.

– Det betyder att vi inte kan bygga stora stationer, med fyra eller fem roterande omformare i varje. För då blir kortslutningsströmmarna för stora, säger Mårten Eklund, projektledare på Trafikverket.

”Operatörerna vill föra fler och effektstarkare tåg”

Och kortslutning inträffar ofta i järnvägens elnät.

– I det vanliga elnätet kanske man har några få kortslutningar per år. Men vi har flera stycken i veckan. Det beror på att tåget går emot kontaktledningen så att strömavtagaren nöts. Till slut kan kontaktledningen rivas ned och när den hamnar på rälsen blir det kortslutning, säger Mårten Eklund.

Läs mer: ”Behandla inte el som en oändlig resurs”

Det är här som Scibreaks nya brytare förhoppningsvis ska bli lösningen. Den kan bryta strömmen extremt snabbt, på 2 millisekunder, och därmed minimeras risken för skador på övriga komponenter.

– Med den här brytaren skulle vi kunna bygga större omformarstationer. Om det blir fel i elnätet kopplar brytaren snabbt bort två maskiner och vi får en mindre station som ger kortslutningsströmmar, säger Mårten Eklund.

På så sätt hoppas Trafikverket att tågen ska kunna få mer effekt.

– Efterfrågan på kraft blir bara större och större. Operatörerna blir fler och vill föra fler och effektstarkare tåg, säger Mårten Eklund.

Behövs verkligen mer effekt till tågen nu när färre tåg går på grund av coronaviruset?

SJ har meddelat att tåg kommer att ställas in på grund av coronaviruset. Myndigheternas rekommendationer att stanna hemma vid förkylning gör att personalen inte räcker till.

Men Trafikverkets upphandling av Scibreaks brytare görs i ljuset av ett mer långsiktigt behov av mer effekt.

– Det tar tre eller fyra år att bygga en ny omformarstation så det går inte at titta i det korta perspektivet. Behovet av effekt kommer att vara stort om fyra år, säger Mårten Eklund.

Hur fungerar brytaren?

Vanliga mekaniska brytare fungerar genom att kontakterna dras isär och strömmen bryts när dess sinusvåg går ner till noll. Men Scibreaks idé handlar om att brytningen ska ske mycket snabbare.

Det görs genom att en växelström läggs på i en extra krets, som drivs av ett kondensatorbatteri. I den extra kretsen kommer växelströmmen snabbt att växa och till slut kompensera för strömmen genom den mekaniska brytaren, så att de tar ut varandra. Då fås en nollgenomgång i brytaren och strömmen bryts.

Läs mer: Är elvägar lösningen på en ”monumental utmaning”?

Scibreak liknar det med att putta på en gunga. Spänningen i den extra kretsen är föräldern som emellanåt ger barnet på gungan en knuff.

– Lennarts snilleblixt var att han kom på att puttandet kan göras väldigt snabbt. Med hjälp av halvledare kan man switcha 10 000 gånger per sekund. Och i stället för att många halvledare switchar samtidigt låter vi några få halvledare göra det repetitivt, berättar Staffan Norrga, vd på Scibreak.

Hur stor och dyr blir den?

Scibreaks brytarsystem består dels av en konventionell mekanisk vakuumbrytare, dels den extra kretsen. Det är vakuumbrytaren som bryter strömmen, medan halvledare och kraftelektronik styr växelströmmen i den extra kretsen.

Resultatet är, enligt Scibreak, en brytare som blir betydligt billigare än vad som finns på marknaden i dag.

– När det gäller den dyraste komponenten, kraftelektroniken, tror jag att vi kan reducera mängden med en faktor 20, säger Staffan Norrga.

Och även om prototypen i labbet ser ganska stor ut, ska brytaren för järnvägen bli marginellt större än ett kylskåp.

Vad händer med likströmsapplikationen?

Nu är det prototypen för järnvägen som företaget lägger det mesta krutet på. Men satsningen på en brytare för högspänd likström är inte slopad. Ett sådant brytarsystem ska fraktas till Nederländerna och testas i april.

– Men vi tror att det går snabbare att ta produkten till marknaden i järnvägsapplikationen, säger Tomas Modéer på Scibreak.

Scibreak

Företaget avknoppades 2014 från forskning på KTH.

I dag består företaget av sju medarbetare.

Scibreak har bland annat fått ekonomiskt stöd av Energimyndigheten, Innoenergy och EU-projektet Promotion.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt