Att gå som tåget

2008-11-25 23:00  
Ström in från ovan och ut i rälsen. Låter lätt som en plätt, men är mer komplicerat än man kan ana. (Ill: Kaianders Sempler)

Nej, tåget går inte längre som tåget. Uttrycket som en gång i tiden användes för punktlighet och tillförlitlighet kan inte längre användas om järnvägen. Det har klagats på dåligt underhåll. Men det finns också en annan teknisk anledning till förseningar och problem.

För en dryg vecka sedan kunde vi läsa i tidningarna att alla tåg mellan Stockholms central och Gävle plötsligt hade stannat. Det tog en timme innan trafiken kom i gång igen.

– Strömmen hade tagit slut, meddelades kort och kärvt från Banverket.

Det är inte förvånande. De svenska järnvägarna använder sig av 100 år gammal ström.

Redan på 1880-talet kom de första eldrivna rälsfordonen. De var spårvagnar, och de drevs med likström på runt 500 volt som producerades av lokala elektricitetsverk. Systemet fungerade utmärkt för linjesträckningar på några kilometer. Däremot inte för längre sträckor. Spänningen var för låg, vilket gjorde förlusterna i ledningarna oacceptabelt stora. Tyvärr kunde man inte vid den här tiden få fram högspänd likström.

Växelström kunde transformeras upp, vilket inte gick med likström. Tyvärr lämpade sig växelström inte alls lika bra för att driva stora motorer, som de i lokomotiv. Så vida man inte använde trefasström, förstås, men då blev strömavtagare och kontaktledningar hopplöst komplicerade. Men det hindrade inte att en tysk motorvagn med trefas asynkronmotor 1903 slog fartrekord genom att köra i 203 km/h på en testbana söder om Berlin.

Men 1902 lyckades en amerikansk ingenjör vid namn B G Lamme vid Westinghouse konstruera den första effektiva enfasmotorn för växelström.

Lammes motor hade bara en nackdel. Den krävde en låg frekvens, inte högre än 15–20 Hz, för över det blev det problem med höga förluster i lindningarna.

I Sverige intresserade man sig tidigt för elektrifiering av järnväg. Vore det inte utmärkt om man kunde ersätta dyrt importerat kol med inhemsk vattenkraft? I början av förra seklet utreddes hur man skulle bete sig för att elektrifiera den nybyggda malmbanan mellan Kiruna och Riksgränsen. Resultatet blev att man byggde ett eget vattenkraftverk i Porjus för att ge ström till banan, 15 Hz växelström till skillnad mot det vanliga elnätets 50 Hz. I februari 1915 var allt klart, luftledningar uppsatta, 15 lok levererade och eldriften på Malmbanan kunde köra i gång.

Erfarenheterna från Malmbanan var så goda, att man valde samma system när man senare skulle elektrifiera Västra stambanan mellan Stockholm och Göteborg. Med en liten skillnad. I stället för att bygga speciella kraftverk för den lågperiodiga järnvägsströmmen tog man kraften direkt ur stamnätet och körde den genom omformare som sänkte frekvensen till en tredjedel, från 50 Hz till 16 2/3. Samma system har sedan använts för alla senare banelektrifieringar. Än i dag går så gott som alla svenska tåg på 16 kV, 16 2/3 Hz.

I länder som elektrifierade sina järnvägar förhållandevis sent, efter andra världskriget, hoppade man däremot över den gamla standarden och gick in för system med stamnätsfrekvens. I Europa 50 Hz, i USA 60 Hz.

Under 1960-talet skedde ett totalt teknikbyte. Halvledartekniken hade gjort det möjligt att bygga dioder för höga effekter. Svenska Rc-lok från Asea gjorde succé, och exporterades till världens alla hörn. De var försedda med elektroniskt styrbara halvledarlikriktare, tyristorer, och likströmsmotorer. De behövde inte alls den låga frekvensen för att fungera.

Men systemet med 16 2/3 Hz blev kvar.

Några decennier senare kom nästa teknikskifte. Nu gjorde modern kraftelektronik det möjligt att i ett lok först likrikta växelströmmen från kontaktledningen, därefter hacka upp den och bygga upp tre faser växelspänning och driva en asynkronmotor. En sådan behöver varken kommutatorer som behöver underhållas eller kolborstar som ska bytas. Den styrs elektroniskt genom att man reglerar frekvens och ström till motorn, och den har förmågan att leverera ström tillbaka till nätet när man motorbromsar.

Alla moderna tåg i dag, som X 2000, Regina­tågen, Öresundstågen och det nya pendeltåget för SL, X 60, har asynkronmotorer.

Nu kommer problemet. De nya tågen är energisnåla under gång, men de drar mycket ström just när de startar från stillastående och snabbt accelererar. Spänningen i kontaktledningarna sjunker, och det blir svaj och störningar i hela systemet.

Banverkets nät har inte tillräcklig kapacitet. Det finns helt enkelt inte tillräckligt mycket av den hundraåriga strömmen med 16 2/3 Hz. Tyvärr kan man inte bara låna lite ström från närmsta kraftledningsstolpe, för den passar inte. För att öka kapaciteten måste man både skaffa nya omformare, (de nya typerna kallas omriktare, och är elektroniska) och bygga ut Banverkets eget distributionsnät för lågfrekvent ström till banavsnitten.

Varför bytte inte SJ redan på 1960-talet till ett modernare system med 50 Hz, som det danska? Men det ansågs då bli för dyrt. Som det nu är sitter man fast i ett kostsamt obsolet system.

Kaianders Sempler

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.

Här är reglerna för kommentarerna på NyTeknik

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Debatt