Til Femern Landanlæg Nord Dokumenttype Teknisk notat Dato Maj, 2011 KØRELEDNINGSANLÆG SYSTEMVALG
KØRELEDNINGSANLÆG SYSTEMVALG Revision 0 Dato 2011-05-10 Udarbejdet af Jacob Misfeldt (JCM) Kontrolleret af Helle Mathiassen (HLM) Godkendt af Lars Hansen (LXH) Beskrivelse Dette notat sammenfatter benchmarking af kørestrømsanlæg og giver en anbefaling for det videre arbejde Ref. FLN514-021-0_Køreledningsanlæg-systemvalg.docx Rambøll Olof Palmes Allé 22 DK-8200 Aarhus N T +45 8944 7700 F +45 8944 7625 www.ramboll.dk
KØRELEDNINGSANLÆG - SYSTEMVALG INDHOLD 1. Baggrund 1 2. Konklusion 1 3. Nuværende systemer 2 4. Benchmarking 3 5. Forslag til valg af løsning 3 5.1 Strækningshastighed 160 km/h 3 5.2 Strækningshastighed 200 km/h 4 6. Referencer 5
KØRELEDNINGSANLÆG - SYSTEMVALG-1 1. BAGGRUND I forbindelse med elektrificeringen af strækningen Ringsted-Holeby under Femern Landanlæg har Banedanmark ønsket en vurdering af mulige køreledningsanlæg som alternativ til de eksisterende gældende danske anlægstyper (typecertificat F160St og F200St). Der er foretaget en systemsammenligning på baggrund af indsamlede data fra leverandørerne Siemens, Balfour Beatty Rail og Furrer + Frey. Endvidere er der til sammenligningen benyttet data fra to svenske anlægstyper. Leverandørerne er blevet bedt om at svare på en række tekniske spørgsmål som køretrådshøjde, systemhøjder, muligheder for brohøjder ved underføring, materialevalg mv. Endvidere er de blevet bedt om at levere uforpligtende priser for et komplet anlæg (eksklusiv forsyning og fjernstyring) per sporkilometer. Dette notat beskriver kortfattet resultatet af systemsammenligningerne samt giver anbefalinger for det videre arbejde. Det skal bemærkes, at dette notat bør læses i sammenhæng med notat Køreledningsanlæg Systemvurdering (1), der giver en mere udførlig beskrivelse af de nuværende anlægstyper, historik samt ulemper og fordele. 2. KONKLUSION Såfremt der vælges grundløsning 1, 160 km/h anbefales det at benytte Banedanmarks eksisterende anlæg i henhold til typecertifikat F160St. Systemet er veldokumenteret og afprøvet også med det maksimale antal strømaftagere (5 stk jf typecertifikat). Det er uden problemer muligt at passere de i projektet forudsatte laveste brohøjder (5525 mm). Systemet er ikke det dyreste i henhold til benchmarkingen og det må formodes, at der kan findes store besparelser ved at gennemgå indkøbsprocessen, lave masteudbud mv. Der kan evt anvendes andre maste- og fundamentstyper. Der forefindes endvidere i begrænset omfang typetegninger for omklamringsbeslag såfremt svejst aptering ikke ønskes. Inden projektering bør der foretages en tilpasning til Europa-strømaftager og TSI certificering bør igangsættes. Vælges grundløsning 2, 200 km/h anbefales det at EU250, som også benyttes på København Ringsted (2).
KØRELEDNINGSANLÆG - SYSTEMVALG-2 Resultatet af benchmarkingen viser at priser på SYT 15/15 og diverse systemer fra Siemens som EU250 baserer sig på, er konkurrence dygtige i forhold til andre systemer inkl. Banedanmarks nuværende system for 200 km/h, F200St. Af fordele kan nævnes: 1. Systemet er velafprøvet i udlandet med gode driftserfaringer. 2. I Sverige er systemet blevet tilpasset, så det i dag er stort set leverandøruafhængigt. 3. Det er muligt at have 3 fags vekselfelter. EU250 tillader ikke ramper i køreledningen, men dette vil være muligt at indføre dette ved hastigheder 200 km/h (EN50119, Table 11). Erfaringer med SYT 15/15 fra Sverige viser også at, det er muligt med brohøjden 5970, som er forudsat ved grundløsning 2. Ved lokale områder (fx ved Næstved St) hvor hastigheden ikke øges til 200 km/h og broerne ikke hæves tilsvarende (dvs. min brohøjde 5525), vil det muligvis ikke være muligt at benytte systemet. Løsningen vil være at benytte eksempelvis F160St i disse områder (svarer til løsning på København-Ringsted). Der skal rettes fokus på det nødvendige antal strømaftagere på togstammen, idet EU250 må forventes at tillade maksimalt 2 ved fuld hastighed. 3. NUVÆRENDE SYSTEMER I Danmark anvendes hovedsagligt to anlægstyper (et tredje er benyttet på Øresund, men det behandles ikke yderligere): F160St (3) og F200St (4). Systemerne er udviklet i 1980 erne før etableringen af den fælles europæiske normsamling. Systemerne anses derfor værende utidssvarende og de anses ikke for at leve op til nutidens krav i EN- og TSI-normerne. Endvidere er systemerne tilpasset 1950-strømaftageren. Det er besluttet, at strækningen skal kunne benyttes af både 1950- og Europastrømaftageren. Dette er en mindre tilpasning, men har en betydning for masteafstanden, da strømaftageren er smallere (1600 mm mod 1950 mm) og derfor mere følsom for vindafdrift og statisk forskydning af køretråden. Hvad angår F200St er det kun benyttet på Storebælt. Det er specieldesignet til denne strækning. Driftserfaring med kørsler op til 200 km/t er yderst begrænset. Der henvises i øvrigt til (1) for en deltaljeret beskrivelse af F160St og F200St.
KØRELEDNINGSANLÆG - SYSTEMVALG-3 4. BENCHMARKING Der henvises til internt sammenligningsskema Kørestrøm Systemsammenligning. Det overordnede resultat af benchmarkingen er, at alle leverandører er i stand til at levere et TSI-certificeret system, der kan benyttes for de givne hastigheder. Leverandørerne har så vidt muligt fundet hyldevarer fra eksisterende projekter, men de skriver alle at et egentligt systemdesign og nationale tilpasninger bør finde sted efter kravspecifikationer fra infrastrukturforvalteren (fx materialevalg, antal strømaftagere mv.). Benchmarkingen giver altså ikke mulighed for umiddelbart at vælge det bedst egnede system, men giver information om markedet og fingerpeg om forventede anlægspriser. Frihøjder for broer er det umiddelbart det mest interessante i forhold til vigtige grænseflader på Femern Landanlæg. For grundløsning 2/5970 mm frihøjde er tilbagemeldingen positiv. Det har ikke været muligt at få oplyst specifikke løsningsmodeller. Det må dog forventes, at der ikke kan regnes med at benytte fuld konstruktionshøjde for et køreledningsanlæg under en bro som beskrevet i (5). I stedet er der gjort brug af bæretovets parabolske form for at overholde elektriske isolationsafstande. For grundløsning 1/5525 mm frihøjde er det ikke for alle systemer umiddelbart muligt at opfylde kravene til underføring. I så fald kan det være nødvendigt med lokale hastighedsnedsættelser mv, hvilket ikke er ønskeligt. Samtlige systemer har foreskrevet maksimalt antal strømaftagere på 1 til 2 alt efter konfiguration. Banedanmarks eksisterende typecertifikater foreskriver op til 5 strømaftagere. Det er nødvendigt med en stillingstagen til, hvorvidt dette er et fremtidigt krav, da det har afgørende betydning på valg af system, opspændingskræfter og øvrige designparametre. 5. FORSLAG TIL VALG AF LØSNING Løsningsforslag for to strækningshastigheder er sendt i høring på strækningen Ringsted-Holeby: Op til 160 km/h eller alternativt 200 km/h. 5.1 Strækningshastighed 160 km/h Såfremt der politisk vælges løsningen for 160 km/h, anbefales det at benytte Banedanmarks nuværende system F160St (3). Dette er gennemtestet, veldokumenteret og forholdsvis leverandør uafhængigt. Se bl.a. (1). Dog udstår: 1. Tilpasning til europa-strømaftageren 2. TSI certificering Tilpasning til Europa-strømaftageren kan gøres med forholdsvis små modifikationer, som der er gjort i projektforslag for København-Ringsted (2). Her benævnes systemet EU160. Systemerne er stort set identiske bortset fra at masterne under nogle forhold må placeres tættere. Forudsætninger gjort i projektet med hensyn til brohøjder (5525 mm) vil fortsat være gyldige. Der har været udsagn om at anlægstypen er bekostelig. Benchmarkingen synes dog ikke at antyde anlægsprisen er voldsomt afvigende fra de af leverandørerne foreslåede anlægstyper. Det er samtidigt heller ikke det dyreste anlæg. Det antages, at udsagnet kan skyldes erfaring med drif-
KØRELEDNINGSANLÆG - SYSTEMVALG-4 ten på nettet de sidste 10-20 år, hvor udbygningen har været begrænset, hvilket har medført små indkøbsmængder og monopolagtige tilstande blandt leverandørerne. Det må forventes, at priserne kan bringes væsentligt ned ved bla. et større maste- og fundamentsudbud. Det skal bemærkes, af den samlede anlægssum (ex forsyning og fjernstyring) hidrører ca. 13% master og 13% fundamenter. F160St har også været kritiseret for at være ufleksibelt. Dette skyldes, at master og fundamenter er tilpasset individuelt til hver stationering ud fra belastning, jordbundsforhold, overhøjde og tværprofilsgeometri. Samtidigt anvendes der master med påsvejste apteringsplader. Fordelen er at fundaments- og stålprofiltyper/længder optimeres, og der benyttes et minimum af ressourcer. Da masterne allerede hos smed/fabrik fødes med de korrekte mål for aptering, er der et minimum af opmåling og indjustering ved opsætning. Det vil sige spærringstiden kan minimeres. Dette var også en af de grundlæggende tanker ved udviklingen af anlægget i sin tid. Ved fremtidige sporjusteringer er der ifølge GAB Kørestrøm muligt at tilpasse anlægget +/-100 mm vertikalt og +/- 80 mm horisontalt. Der er til anlægget også typetegninger for justerbare klembeslag såfremt svejst aptering ikke ønskes. Endelig kan alternative mastetyper- og fundamenter vælges. Billigst evt. galvaniseret H-profil med klembeslag, dette bør vurderes nærmere arkitektonisk og en egentlig stillingtagen til dette foretages. Den største post er køreledninger, bæretov og returledninger (ca. 59%). Også her må der forventes væsentlige besparelser ved indkøb til 114 km dobbeltspor. Såfremt dette system vælges, anbefales følgende jf (1): 1. Den maksimale statiske forskydning sættes til 385 mm (svarer til nationalt anneks i pren50367). Dette er forligeligt med Europastrømaftageren. 2. Det anvendes ikke systemhøjde 0 mm under broer (dårlig dynamik ved dobbelt køretåd anbefales ikke) 5.2 Strækningshastighed 200 km/h For denne hastighed vil det være en mulighed at vælge Banedanmarks eksisterende system F200St (4). Dette er gjort i projektforslaget for København-Ringsted. Her benævnes det EU200, da det er forudsat strækningen skal befærdes med europa-strømaftageren. Dette er ligeledes en mindre justering, der vil have indflydelse på kortere masteafstand under visse forhold. TSI certificering udestår ligeså. Systemet har fordel ved at benytte mange af de samme komponenter som F160St. Ved brooverføringer, hvor der er hastighedsnedsættelser, vil brohøjder kunne fastsættes efter 160 m/t (5525 mm), idet anlægget enten rampes ned eller der opsættes et F160St system lokalt (eks. gennem Næstved Station). Forudsætninger gjort i projektet med hensyn til brohøjder for 200 km/h (5970 mm) vil fortsat være gyldige. Der er dog en nogle ulemper, der taler imod systemet: 1. Ringe driftserfaringer med 200 km/h 2. 5-fagsvekselfelter kan være vanskelige at implementere på dele af trækningen, hvor der er mange tætplacerede brooføringer med tilhørende køretrådsramper. Desuden er disse noget fordyrende. 3. TSI certificering udestår For København-Ringsted vil der sandsynligvis skulle vælges en ny type anlæg svarende til en strækningshastighed på 250 km/t. Denne type er beskrevet i (2) og benævnes EU250. Dette er en sammenskrivning af det svenske SYT 15/15 og et modificeret Siemens anlæg type Sicat H1.0. Det skal pointeres, at systemet afviger en del fra det oprindelige Sicat H1.0, der er bereg-
KØRELEDNINGSANLÆG - SYSTEMVALG-5 net for strækningshastigheder op til 350 km/t og blandt andet har væsentligt større opspændingskræfter. Det vil være en fordel såfremt, der benyttes få køreledningssystemer i Danmark af hensyn til de relative få antal sporkilometer og dertil følgende besværligheder med indkøb og styring af reservedele. Da hastigheden er maksimalt 200 km/h vil det være muligt at indføre ramper i køretråden, jf. EN50119, Table 11. Endvidere vil der være mulighed for reduceret systemhøjde omkring broerne. Erfaringer fra Sverige har vist sig, at dette er muligt og tilbagemeldingen fra benchmarkingen er at, det er muligt at benytte med de forudsatte brohøjder. Skønt der i udgangspunktet er tale om et 250 km/h system vurderes prisen (baseret på oplysninger fra Sverige og Siemens) at være konkurrencedygtig med andre og Banedanmarks eksisterende systemer. Erfaringspriserne fra Sverige ligger ca. 20 % under de forventede anlægspriser for Banedanmarks kendte systemer og helt på niveau med de af Siemens oplyste priser for type LA ( 160 km/h) og SA ( 230 km/h). Der må dog forventes en del usikkerhed omkring disse priser, da de beror på det enkelte lands prisniveau specielt hvad angår entreprenørarbejde. Skal fx et svensk system etableres af danske entreprenører kunne man forvente at forskellen i anlægssum til et traditionelt dansk system vil være minimalt. Af tekniske fordele kan nævnes at systemet muliggør vekselfelter over 3 fag. Adskillelsesfelter dog over 5 fag. Det kan være nødvendigt at lokalt vælge et alternativt køreledningssystem eller alternative designparametre, ved steder med kurveforhold, der nødvendiggør reduceret hastighed og ved ramper til eksisterende lave broer, der ikke hæves. Eksempelvis gennem Næstved Station og over Masnedø. Her vil der med fordel kunne benyttes F160St. Det skal understreges vigtigheden af at der skal tages stilling til antal strømaftagere, idet dette er en vigtig designparameter. pren50367 angiver antal strømaftagere, der er tilladt i forskellige lande. For Danmark 5 styk svarende til gældende typecertifikat, og for fx Tyskland max 4 styk. Tabellen viser dog ingen sammenhæng mellem maksimal hastighed og antal strømaftagere. Som benchmarkingen viser, er samtlige systemer ved den angivne hastighed designet til maksimalt 2 strømaftagere. Såfremt der ønskes at køre fuld hastighed med 5 strømaftagere i Danmark, må det forventes, at der vil ske en væsentlig fordyrelse af anlægget. I Sverige har man på visse strækninger været nød til at gå en klasse op ved valg af køreledningsanlæg. Dvs. man har valgt et anlæg godkendt for højere hastigheder end nødvendigt af hensyn til det nødvendige antal strømaftagere. 6. REFERENCER 1. Køreledningsanlæg - Systemvurdering, FLN514-002, udgave 1, 23.04.2010. 2. Kapacitetsudvidelse København-Ringsted, Projektforslag. By bane Vigerslev-Kværkeby. Baneteknik. 10. december 2009 med bilag 1-7 af 1. november 2009. 3. Typecertikat 2003/TCZ F160St/version 01/revision 02 af 09.09.2008. 4. Typecertikat 2003/TCZ F200St/version 01/revision 01 af 09.09.2008. 5. Notat om fritrumsprofil forhold for køreledning strækningen København-Køge-Ringsted, revision 0.04, 27.05.08.