De meeste elektrische treinen in Nederland zijn geschikt voor een bovenleidingspanning van 1.500 Volt DC en verbruiken maximaal 6 MW. Om sneller te kunnen rijden, zijn grotere vermogens nodig. Door van een hogere bovenleidingspanning gebruik te maken, kunnen die vermogens worden geleverd. In internationaal verband is afgesproken 25 kV AC (50 Hz) te gebruiken en een vermogen van maximaal 25 MW.

De HSL-Zuid en Betuweroute hebben beide een bovenleidingspanning van 25kV. De HSL-zuid wordt zo aangesloten op het Europese netwerk van hogesnelheidslijnen. Voor de Betuweroute is ook de keuze gemaakt om een 25kV syteem te bouwen omdat:

• Het deel uitmaakt van het Europese railtransportnetwerk
• Er zware tot zeer ware goederentreinen zullen gaan rijden met een redelijk hoge frequentieEen 1500V DC systeem zou niet aan de energievraag kunnen voldoen.

Treinen die gebruik maken van 1.500V DC èn 25kV AC, moeten tussen de twee systemen kunnen omschakelen (bicourant of multicourant materieel).

Varianten 25 kV tractie-energievoorzieningssysteem

Er worden in Nederland drie verschillende varianten van het 25 kV-tractie-energievoorzieningssysteem toegepast:

1. ST-systeem
2. RT-systeem
3. AT-systeem

ST-systeem 

De meest eenvoudige variant van het 25 kV-tractie-energievoorzieningssysteem is het zogenaamde standaard systeem (ST-systeem). De bovenleiding van dit systeem omvat in langsrichting enkel een rijdraad en een draagkabel.

De bovenleidingpalen zijn iedere 600 m (ongeveer, kleiner komt ook voor) met de lineaire aardkabel verbonden. Het retoursysteem omvat twee spoorstaven en een lineaire aardkabel. Een lineaire aardkabel is een blanke koperen geleider die parallel aan de spoorbaan in de grond is gelegd en op regelmatige afstanden met de spoorstaven is verbonden. De lineaire aardkabel functioneert als aardelektrode en transporteert tevens een deel van de retourstroom.

Een nadeel van deze systeemvariant is dat er relatief veel retourstroom door de spoorstaven en de grond terug gaat naar het onderstation.

Door de grote retourstroom kunnen tussen niet-geaarde objecten langs het spoor en de spoorstaven grote spanningsverschillen optreden. Er zijn dan hoge stap- en aanraakspanningen. Indien de afstand tussen een geaard object en de spoorstaven overbrugbaar is door mens of dier, dan kan er mogelijk een gevaarlijke situatie optreden. Een ander nadelig gevolg van de grote retourstroom is dat er relatief veel stroom door de mantels van parallel gelegen kabels gaat. Doordat de spoorstaven geaard zijn, zal de retourstroom ook zijn weg vinden in kabelmantels van parallel gelegen secundaire kabels (indien deze tweezijdig geaard zijn). Wanneer de stroom door de kabelmantels te groot wordt, kunnen deze thermisch overbelast raken. Tevens is het mogelijk dat apparatuur verstoord of defect raakt. Gezien de hiervoor genoemde nadelen past ProRail dit ST-systeem alleen toe op de binnenste sporen van emplacementen tesamen met minimaal een RT systeem voor de buitenste sporen.

RT-systeem 

De bovenleiding van het RT-systeem kent naast een rijdraad en een draagkabel nog een extra bovenleidinggeleider, te weten de ‘equipotentiaalgeleider’. Deze geleider wordt ter hoogte van de bovenleiding meegevoerd en is galvanisch verbonden met iedere bovenleidingpaal. Omdat de bovenleiding palen op regelmatige afstanden zijn verbonden met het retour- en aardingssysteem van het baanvak (spoorstaven en lineaire aardkabel), functioneert de equipotentiaalgeleider als extra retourgeleider, die een deel van de retourstroom zal gaan voeren. Door de aanwezigheid van de equipotentiaalgeleider zal er minder retourstroom door de spoorstaven en de bodem gaan, waarmee de stap- en aanraakspanningen alsmede de kabelmantelstromen gereduceerd worden.

Een stroom door een geleider wekt een magnetisch veld op. Doordat de stroom door de equipotentiaalgeleider tegengesteld is aan de stroom door de combinatie van rijdraad en draagkabel, zullen de magneetvelden van enerzijds de equipotentiaalgeleider en anderzijds de combinatie van draagkabel en rijdraad elkaar gedeeltelijk opheffen. Er bestaat een magnetische koppeling tussen equipotentiaalgeleider en de rijdraad/draagkabel, Door deze koppeling zal de equipotentiaalgeleider meer retourstroom voeren dan op basis van de Ohmse-weerstand verwacht zou mogen worden. Dit is een gunstig effect omdat hiermee de stroom door de bodem wordt verkleind.

Het RT-systeem wordt toegepast bij een spanningssluis en het buitenste spoor van een emplacement. Omdat op emplacementen veelal sprake is van portalen is via de equipotentiaalgeleider langs de buitenzijde tevens de gehele draagconstructie verbonden met de lineaire aardgeleider.

AT-systeem 

Voor grotere voedingsafstanden (van 25 km tot en met 50 km) en/of grote af te nemen vermogens (tot 25 MW) biedt het autotransformatorsysteem (AT-systeem) voordelen. Deze systeemvariant dankt zijn naam aan het gebruik van autotransformatoren voor het medevoeden van de bovenleiding. Deze autotransformatoren zijn opgesteld in zogenaamde AT-stations. Een baanvak omvat zodoende een onderstation en een aantal AT-stations (om de 5 à  15 km). Bij het AT-systeem wordt ter hoogte van de bovenleiding een extra geleider meegevoerd, ten behoeve van het vermogenstransport. Deze zogenaamde ‘negatieve’ feeder heeft ook een spanning van 25 kV, die echter in tegenfase is (180 graden in fase verschoven) met de spanning van de bovenleiding (ook wel ‘positieve’ feeder genoemd). Hierdoor bedraagt de spanning tussen de positieve en negatieve feeder 50 kV. Het vermogenstransport in de richting van de belasting (de trein) vindt derhalve plaats op een spanningsniveau van 50 kV.De voeding van de trein vindt plaats op 25 kV niveau en is beschikbaar tussen de positieve feeder en de spoorstaven. De belasting door een trein zal in de bovenleiding een spanningsval veroorzaken. Door de magnetische koppeling tussen beide wikkelingen van de autotransformator zal deze spanningsval op de bovenleiding (de positieve feeder) door de autotransformator zoveel mogelijk worden gecompenseerd. Om op de beschreven wijze de trein te kunnen voeden, is de autotransformator aangesloten op zowel de combinatie rijdraad/draagkabel als op de negatieve feeder. De middenaansluiting van de autotransformator is verbonden met het retour- en aardingssysteem van het baanvak. Een schematisch overzicht van het vermogenstransport in het autotransformatorsysteem is gegeven in de figuur. In deze configuratie dwingen de autotransformatoren de stroom uit de spoorstaven terug naar de positieve feeder en de negatieve feeder. In het meest ideale geval zal alleen de spoorstaaf tussen de autotransformatorstations waartussen de trein rijdt een stroom voeren.

Door de configuratie van de geleiders (positieve en negatieve feeders dicht naast elkaar) en door de regulerende functie die het AT systeem heeft in de stroomverdeling in het baanvak bijde passage van een trein, beperkt het AT systeem de uitstraling van storende elektromagnetische velden vanuit het 25 kV-AC voedingsysteem naar andere installaties. Hiermee wordt aan de Electromagnetische Compatibiliteit (EMC) bepalingen voldaan. Naast de grotere voedingslengte en de hogere maximale vermogensafname heeft het autotransformatorsysteem nog als voordeel dat de retourstroom door het retourleiding- en aardingssysteem (spoorstaven, equipotentiaalgeleider en lineaire aardkabel) afneemt. Een ander voordeel is dat het magneetveld van de negatieve feeder het magneetveld van de rijdraad-draagkabelcombinatie gedeeltelijk compenseert. Deze voordelen heeft het RT-syteem een beetje en het ST-systeem niet.

Voor het 25 kV-energievoorzieningssysteem van de HSL-zuid en de Betuweroute wordt het AT-systeem toegepast.

(sub)Systemen van het 25 kV / 50 Hz-tractie-energiesysteem

Bij het 25 kV / 50 Hz tractie-energiesysteem zijn de volgende subsystemen te onderscheiden:

• 150 kV installatie
• tractietransformator 150 kV / 25 kV / 25 kV
• 25 kV verdeelinrichting van een onderstation, waarin te onderscheiden:
  • inkomend veld
  • koppelveld
  • railsysteem
  • afgaande velden
• voedingssecties, waarin te onderscheiden
  • bovenleidingschakelaars (voedend, koppelend en aardend)
  • bovenleiding
• 25 kV verdeelinrichting van een autotransformatorstation (AT-station), waarin te onderscheiden:
  • inkomend veld
  • koppelveld
  • railsysteem
  • afgaande velden
• autotransformator 2×25 kV
• laagspanningsinstallatie
• systemen voor bedrijfsvoering, signalering, beveiliging en bediening

Met behulp van de beveiligingen wordt in het geval van overbelasting of kortsluiting hetbetreffende subsysteem of component gescheiden van de rest van de installatie.

150 kV installatie

De voedingsspanning van het tractie energievoorzieningssysteem bedraagt 150 kV. Het is aangesloten op een 150 kV station van de netbeheerder, die aansluit op de 150 kV installatie van het tractie-onderstation. De 150 kV installatie in het onderstation omvat een vermogensschakelaar waarmee de 150 kV voeding van het onderstation kan worden geschakeld. Verder omvat de 150 kV installatie een scheider, om een zichtbare elektrische scheiding tussen componenten aan te kunnen brengen en twee aardingsschakelaars: één om de 150 kV-kabel aan de zijde van het onderstation te kunnen aarden en één om de primaire zijde van de tractietransformator te kunnen aarden. In de 150 kV-installatie van de netbeheerder is een (kabeldifferentiaal)beveiliging aanwezig voor de 150 kV kabel naar het tractie-onderstation, terwijl tevens een back-up (overstroom)beveiliging aanwezig is. Deze back-up beveiliging schakelt de 150 kV-kabel uit, in het geval dat een fout in de kabel of in het tractie-onderstation niet selectief door de betreffende beveiliging wordt afgeschakeld.

Tractietransformator 150 kV / 25 kV

Om het 25 kV tractiesysteem vanuit de 150 kV installatie te kunnen voeden, is in het onderstation een transformator opgesteld. Deze tractietransformator transformeert de 150 kV spanning naar twee 25 kV spanningen die met elkaar in tegenfase zijn, doordat de middenaftakking van de secundaire zijde is geaard. De tractietransformator is uitgerust met een regelschakelaar, waarmee gecompenseerd kan worden bij spanningsvariaties in het 150 kV net. Deze regelschakelaar kan door een spanningsregelfunctie worden gestuurd, maar kan ook handmatig worden bediend en zo in een andere trapstand worden gezet. In de installatie zijn voor de tractietransformator de volgende beveiligingen opgenomen:

• Transformatordifferentiaalbeveiliging: schakelt de tractietransformator af indien in de verhouding tussen ingaande en uitgaande stroom onjuist is
• Buchholzbeveiliging: schakelt de tractietransformator uit indien een heftige internegasontwikkeling optreedt of het oliepeil onder het minimumniveau komt
• Gestelsluitbeveiliging (alleen op de Havenspoorlijn van de Betuweroute): schakelt de tractietransformator uit indien in de tank een aardfout optreedt
• Topolie temperatuurbeveiliging: schakelt de tractietransformator uit wanneer de temperatuur van de olie te hoog wordt
• Winding temperatuurbeveiliging: schakelt de tractietransformator uit wanneer de temperatuur van de wikkeling te hoog wordt
• Maximum stroombeveiligingen: deze functioneren als back-up beveiligingen en geven een tripcommando aan de vermogenschakelaars van zowel de primaire als de secundaire zijde. Daarnaast is voor de transformator een thermische overbelastingbewaking aanwezig die op basis van de gemeten stroom en aan de hand van een thermisch model van de transformatoreen alarm genereert indien een ingestelde waarde wordt overschreden.

Aan de primaire zijde van de tractietransformator is in alle onderstations een overspanningafleider geplaatst. Hiermee wordt voorkomen dat te hoge spanningspieken de tractietransformator kunnen beschadigen. In een aantal onderstations is ook aan de secundaire zijde van de tractietransformator een overspanningafleider aanwezig. Overspanningafleiders geven geen meldingen en zijn ook niet bedienbaar. Voor de regelschakelaar zijn de volgende beveiligingen aanwezig:

• meting begin- en eindstand van de regelschakelaar
• drukrelais regelschakelaar
• minimum en maximum olieniveaubeveiliging regelschakelaar
• looptijdbeveiliging regelschakelaar
• overstroombeveiliging regelschakelaar

25 kV verdeelinrichting van een onderstation

De 25 kV-verdeelinrichting van een onderstation distribueert de door de tractietransformator geleverde energie naar de bovenleiding (positieve feeder) en de negatieve feeder van de voedingssecties. Daartoe omvat de 25 kV verdeelinrichting de volgende te bedienen objecten:

• Vermogensschakelaars – kunnen belasting schakelen en kortsluitstromenonderbreken
• Scheiders – kunnen een deel van de installatie scheiden van de rest. Scheiders kunnen geen stromen schakelen
• Aarders – kunnen een deel van de installatie kortsluitvast aarden.

De 25 kV verdeelinrichting bestaat uit een inkomend 25 kV veld (aangesloten op de secundaire zijde van de 150/25/25 kV transformator) die het 25 kV-railsysteem voedt waarop de 25 kV afgaande velden zijn aangesloten (voeding van de verschillende voedingssecties). De 25 kV afgaande velden zijn met kabels verbonden met de voedende bovenleidingschakelaars welke de positieve en negatieve 25 kV aan respectievelijk de positieve en negatieve feeder koppelen. In de 25 kV-verdeelinrichting zijn de volgende beveiligingen opgenomen:

• stationsbeveiliging: schakelt een kortsluiting in de 25 kV installatie af
• distantiebeveiliging: schakelt een kortsluiting op de vrije baan af
• maximum-stroom-tijd beveiliging: schakelt het voedende 25 kV veld uit bij te grote stroom
• overspanningbeveiliging: beveiligt de verdeelinrichting tegen te hoge spanning (30 kV gedurende 1 minuut)
• onderspanningbeveiliging: beveiligt het tractiesysteem tegen te lage spanning (19 kV)
• maximumstroom beveiliging: schakelt een kortsluiting af (toegepast bij voeding van een emplacement)
• gestelsluitbeveiliging: schakelt het complete onderstation af van zowel aan de 150kV als aan de 25kV bovenleidingzijde.
• temperatuurbeveiliging: geeft een alarm indien de temperatuur van de bovenleiding te hoog wordt
• schakelaarreservebeveiliging: deze beveiliging schakelt fout gevoede velden af, indien de betreffende vermogenschakelaar dat niet al doet.

De distantiebeveiligingen zijn uitgerust met een zogenaamde Automatische Weder Inschakeling (AWI). Omdat kortsluitingen op de bovenleiding in het algemeen kortdurend en van voorbijgaande aard zijn, wordt na een uitschakeling op een kortsluiting na een zekere wachttijd (ingesteld op ongeveer 8 sec.) automatisch een IN-commando gegeven door de distantiebeveiliging. Indien de fout niet meer aanwezig dan is hiermee de voeding hersteld. Indien de fout nog wel aanwezig is dan wordt weer een UIT-commando gegeven en wordt gedurende een bepaalde tijd (0 tot 15 minuten) de AWI geblokkeerd. Bij de aansluiting van de 25 kV voedingskabels op de baan zijn overspanningafleiders aangebracht. Hiermee wordt voorkomen dat te hoge spanningspieken de kabel kunnen beschadigen en/of op de 25 kV-verdeelinstallatie kunnen komen. Overspanningafleiders geven geen meldingen en zijn ook niet bedienbaar.

Voedingssecties

De voedingssecties transporteren het door het onderstation geleverde elektrische vermogen via de positieve feeder (bovenleiding) en de negatieve feeder naar de treinen op het baanvak. In feite is een voedingssectie hierdoor een verzameling elektrisch gekoppelde bovenleidinggroepen die gevoed worden door dezelfde vermogenschakelaar. De voedingssecties worden begrensd door een spanningssluis (scheiding met 1500 Vsysteem) of een fasescheiding (scheiding met een andere 25 kV voedingssectie). In een voedingsectie bij een AT-systeem zijn een of meerder AT-stations aangesloten en zijn bovendien de voedingssecties van twee of meer sporen dwarsgekoppeld (Op de Betuweroute en de HSL 2 sporen omdat er niet meer hoofdsporen zijn).

Een voedingssectie is in groepen ingedeeld die door open spaninrichtingen en leidingonderbrekers worden gescheiden. Door middel van bovenleidingschakelaars kunnen de bovenleidinggroepen elektrisch met elkaar worden gekoppeld. Daarnaast worden er bovenleidingschakelaars gebruikt als scheider tussen de voedingsinstallatie (het afgaande veld) en de voedingssectie.

Een bovenleiding bestaat uit de volgende onderdelen:

• draagconstructie
• rijdraad
• draagkabel
• hangdraad
• negatieve feeder
• equipotentiaalleiding
• isolatoren
• overspanningafleiders
• open en gesloten spaninrichtingen
• leidingonderbrekers.

In de voedende velden van een voedingssectie is een beveiliging opgenomen. Bij overbelasting of kortsluiting op een voedingssectie zal de beveiliging van het voedende veld een tripcommando aan de vermogenschakelaar geven en daarmee de betreffende voedingssectie uitschakelen. Emplacementen worden bij normaal bedrijf vanuit één zijde gevoed en zijn beveiligd met een maximum-stroombeveiliging. Hierbij vindt geen automatische wederinschakeling plaats. De voedingssecties van de vrije baan zijn beveiligd met een distantiebeveiliging. Met uitzondering van de voedingssecties die eindigen in een spanningssluis, wordt op de vrije baan ook een AWI toegepast.

Voedingssecties van de vrije baan zijn tijdens normaal bedrijf parallel geschakeld door de dwarskoppelingen in de AT-stations. Bij een kortsluiting dient de locatie van een kortsluiting zo snel mogelijk te worden vastgesteld zodat de gestoorde bovenleidinggroep kan worden geïsoleerd en de bedrijfsvoering van de betroffen voedingssectie zo min mogelijk wordt gehinderd. Daarom worden direct na het openen van de vermogenschakelaars de beide voedingssecties van elkaar gescheiden door het openen van de aanwezige dwarskoppelingen. Teneinde het openen van de dwarskoppeling automatisch te laten plaatsvinden en ook weer automatisch te sluiten wanneer beide voedingssecties weer spanningvoerend zijn, is in een autotransformatorstation een zogenaamde ‘dwarskoppelfunctie’ aanwezig. Deze dwarskoppelfunctie bestaat uit twee delen: een subfunctie waarin de scheiding van beide voedingssecties plaatsvindt en een subfunctie waarin bepaald wordt of wanneer de dwarskoppeling weer mag sluiten.

25 kV autotransformatorstation

Door gebruik te maken van 25 kV autotransformatorstations (ATS) wordt de belastingtroom van een of meerder treine door de verschillende geleiders geregeld. Door middel van de positieve en negatieve feeder waarop het autotransformatorstation is aangesloten, waarbij de spanning tussen deze feeders 50 kV bedraagt, wordt vanuit het onderstation het benodigde vermogen geleverd. Een autotransformatorstation is uitgerust met een 25 kV verdeelinrichting en één of twee autotransformatoren. De 25 kV verdeelinrichting verzorgt de verdeling en de distributie van elektrische energie van de in dienst zijnde autotransformator naar de voedingssectie en vice versa. De 25 kV afgaande velden zijn meestal met kabels verbonden met de voedende bovenleidingschakelaars, welke de positieve en negatieve 25 kV aan respectievelijk de positieve en negatieve feeder koppelen.

De autotransformator is een transformator met één wikkeling (er is dus geen secundaire spoel) aangesloten tussen de positieve en de negatieve feeder, met een geaarde middenaftakking. Door de magnetische koppeling tussen beide helften van de wikkeling zal de autotransformator het potentiaalverschil tussen de positieve feeder en aarde en tussen de negatieve feeder en aarde zoveel mogelijk gelijk houden. Het resultaat hiervan is dat de belasting van de positieve feeder worden verdeeld over de positieve en de negatieve feeder. Door de constructie van de autotransformator vloeit de retourstroom van een treinbelasting (idealiter) naar de twee dichtstbijzijnde autotransformatorstations. De autotransformatoren trekken de stroom uit de spoorstaven naar de negatieve en positieve feeder. Dit betekent dat tussen twee autotransformatorstations waar geen trein rijdt, in de spoorstaven belangrijk minder retourstroom loopt. Hierdoor wordt de invloed van zwerfstromen op de omgeving beperkt terwijl tevens de elektromagnetische velden naar de omgeving worden beperkt. In het autotransformatorstation zijn ten behoeve van de autotransformator de volgende beveiligingen aanwezig:

• Buchholz beveiliging: schakelt de autotransformator uit indien een heftige interne gasontwikkeling optreedt of het oliepeil beneden een minimum niveau komt
• Wikkeling temperatuurbeveiliging AT: schakelt de autotransformator af wanneer de temperatuur van de wikkeling te hoog wordt (niet op Havenspoorlijn)
• Topolie temperatuurbeveiliging AT: schakelt de autotransformator af wanneer de temperatuur van de olie te hoog wordt (niet op Havenspoorlijn)
• Gestelsluitbeveiliging autotransformator: deze beveiliging schakelt de autotransformator af indien in de tank een aardfout optreedt.

In de 25 kV-verdeelinrichting van het AT-station zijn in het algemeen geen beveiligingen opgenomen voor het afschakelen van kortsluitstromen in het ATS. Een eventuele kortsluiting in het Ats zal door het voedende onderstation worden gedetecteerd en afgeschakeld. Dit geldt overigens niet voor ATS Maasvlakte en ATS Aveling, aangezien deze AT-stations zijn gerealiseerd als gesloten schakelinstallatie.

Waar vanuit het autotransformatorstation een emplacement wordt gevoed, zijn deze voedende velden voorzien van een maximum stroombeveiliging, zodat er afgeschakeld wordt bij een kortsluiting.

Laagspanningsinstallatie

De laagspanningsinstallatie voorziet de diverse installaties van:

• 230 VAC
• 60 VDC
• 110 VDC (toegepast op een deel van de Havenspoorlijn)
• 400 VAC (drie-fasen) naar infra huizen (IH) en de wisselverwarming (Betuweroute)

De laagspanningsinstallaties van de stations op de Havenspoorlijn worden gevoed via een stationstransformator welke gevoed wordt vanuit het 25 kV tractiesysteem. Als back-up is een aansluiting naar het openbare net aanwezig (voor ATS Loswal naar het 3 kV-net van Prorail). Omschakelen van de stationstransformator naar voeding uit het openbare net kan automatisch plaatsvinden.

De laagspanningsinstallatie’s voor de HSL worden gevoed vanuit het openbare net. Indien er een storing optreedt in dit net zullen de LS installatie’s (voor wat betreft Tractievoeding) worden gevoed uit stationstransformatoren welke zijn opgesteld in de onderstations en AT-stations. Omschakeling gebeurt volautomatisch door de besturing.

De laagspanningsinstallatie van de stations op het A15-tracé wordt gevoed vanuit het Integraal Voeding Systeem (IVS). Het IVS bestaat uit een zestal 10/13 kV strengen waarbij iedere streng tijdens normaal bedrijf vanuit één zijde gevoed wordt. Indien deze voeding vanuit het openbare net wegvalt wordt automatisch overgeschakeld naar voeding vanuit de andere zijde, die gevoed wordt vanuit een ander verzorgingsgebied. Het IVS voedt op een spanning van 400 V de eigen bedrijfsinstallaties van de onderstations, AT-stations en infrahuizen langs het A15-tracé. In het IVS is tevens de aansturing en voeding van de elektrische wisselverwarming ondergebracht. Voeding van tunneltechnische installaties vindt tijdens normaal bedrijf ook plaats vanuit het IVS. Bij gestoord bedrijf kunnen tunneltechnische installaties ook worden gevoed via een noodstroom aggregaat.

Bediening en bewaking

Bediening en bewaking van de tractie-energievoorziening is mogelijk met behulp van het bedrijfsvoeringsysteem (ook wel SCADA-systeem genoemd: Supervisory Control and Data Acquisition). Het bestaat uit een centraal deel (CBDV, Centraal BeDrijfsVoeringssysteem), opgesteld in het SMC te Rotterdam, en een lokaal deel (LBDV, Lokaal BeDrijfsvoeringssysteem) dat in ieder onder- en AT-station aanwezig is. Het betreft hier twee aparte bedieningssysteem (SCADA), een voor de Betuweroute en een voor HSL. Het centrale deel en de lokale delen communiceren met elkaar via een glasvezelnetwerk. Tussen de onder- en At stations vindt onderling geen communicatie plaats. Tussen invoedende IVS-stations aan weerszijden van een streng vindt onderling wel communicatie plaats. Het LBDV verzorgt de aankoppeling van het bedrijfsvoeringsysteem naar de lokale objecten. Bediening en bewaking van de tractie-energievoorziening vindt in principe op afstand plaats via het CBDV (in het SMC) maar kan in een aantal stations ook lokaal plaatsvinden. Het LBDV ontvangt commando-instructies (van de lokale MMI of van het CBDV) en is in staat om objecten in de tractievoedingsinstallaties te besturen. Toestands- en alarmmeldingen van componenten worden doorgegeven aan het CBDV en het lokale MMI, indien aanwezig. De volgende systemen ten behoeve van bediening en bewaking zijn lokaal aanwezig:

• Het LBDV waarin onderstaande functies zijn ondergebracht:
  • lokale schakelfoutvergrendelingen
  • lokale automatisering functies
  • communicatieverbinding naar het CBDV
  • koppeling naar de objecten van de tractie-installaties
  • lokale presentatie van meldingen en status informatie
  • lokale bediening van objecten.
• Het toegangsbewakingssysteem. Dit systeem detecteert of iemand zich toegangverschaft tot een Os of Ats en geeft via het LBDV een melding aan het CBDV.
• Het brandmeldingsysteem. Dit systeem is in staat om een brand te detecteren en geeft via het LBDV een melding aan het CBDV.

In alle onderstations is een lokale presentatie en bedieningsmogelijkheid aanwezig. Op de Havenspoorlijn is, met uitzondering van ATS Loswal, ook in alle AT-stations een lokale presentatie en bedieningsmogelijkheid aanwezig. Op het A15-tracé zijn de AT-stations niet uitgerust met een lokale presentatie en bedieningsmogelijkheid. In ieder OS en ATS is een bedienplaatskeuzeschakelaar aanwezig, ook als geen lokaal MMI aanwezig is. Met de bedienplaatskeuzeschakelaar kan de bedienmode van het station worden gekozen. Bediening van objecten is alleen mogelijk vanuit één locatie tegelijkertijd. Met de bedienplaatskeuzeschakelaar kan worden bepaald vanuit welke locatie bediend wordt. De bedienplaatskeuzeschakelaar heeft de volgende standen:

• Afstand: bediening alleen mogelijk vanaf het CBDV. Lokaal MMI is uit.
• Lokaal informeren: bediening mogelijk vanaf het CBDV; lokaal kan echter per veld de bediening op lokaal worden gezet
• Lokaal: geen bediening mogelijk vanaf het CBDV; alleen bediening mogelijk vanaf de lokale MMI

Alle 150 kV en 25 kV objecten zijn voorzien van een werkschakelaar. In de stand ‘werkzaamheden’ kan het betreffende object niet worden aangestuurd. Voor de 150 kV-velden geldt dat bediening van alle objecten in het 150 kV-veld is geblokkeerd indien van één of meer objecten in dit veld de werkschakelaar op ‘werkzaamheden’ staat. De presentatie van informatie op het SCADA-systeem wordt niet beïnvloed door de stand van de bedienplaatskeuzeschakelaar. Het mobiel deel van het bedrijfsvoeringsysteem (MBDV) biedt de mogelijkheid om op iedere locatie langs de baan informatie uit het CBDV te presenteren. De bedieningsmogelijkheden op het MBDV zijn beperkt tot het aanbrengen en wegnemen van blokkeringen op bovenleidingschakelaars. Blokkeringen kunnen slechts worden weggenomen indien ze ook door het MBDV zijn aangebracht.

Spanningssluis

Om het 25 kV-energievoorzieningssysteem te kunnen scheiden van het 1500 V-TEV-systeem zijn zogenaamde spanningssluizen aanwezig. Daarin zijn de bovenleidingen en spoorstaven van beide systemen van elkaar gescheiden en is tussen beide bovenleidingen een geaard en een geminusd deel bovenleiding aanwezig. De spanningssluizen dienen met neergelaten pantograaf bereden te worden om kortsluiting te voorkomen. Spanningssluizen dienen zowel de bovenleiding als de retourgeleider van de betreffende circuits betrouwbaar te kunnen scheiden.In de figuur is de globale opbouw van een spanningssluis weergegeven

Globale opbouw spanningsluis.JPG

Elektrische scheiding in de bovenleiding

De bovenleiding wordt gescheiden door twee bovenleidingdelen (totale lengte is 30 m à186 m) die van elkaar en van het resterende deel van de bovenleiding zijn gescheiden. één deel behoort tot het 25 kV gebied, het andere tot het 1500 V gebied. Wanneer een locomotief met de pantograaf op dit gebied binnenrijdt zal óf aan de 25 kVzijde óf aan de 1500 V-zijde kortsluiting worden gemaakt, die door een vermogenschakelaar of snelschakelaar wordt afgeschakeld. Bij een sluiting in het ene deel zal via een meeneemsignaal ook de schakelaar in het andere deel openen. De schakelaars moeten daarna handmatig (op afstand) weer gesloten worden.

Scheiding van de retourcircuits (spoorstaven en lineaire aardkabel)

De scheiding van de spoorstaven als retourcircuit bestaat uit twee scheidingslassen in de spoorstaven van de spanningssluis. De lineaire aardkabel is door middel van condensatoren gescheiden van de spoorstaven, waardoor er geen gelijkstroom in het AC-systeem terecht kan komen. De lineaire aardkabel eindigt bij de CL-las.De galvanische scheiding van de retourcircuits voorkomt dat gelijkstroom in het retourcircuit van het AC-systeem kan lopen en vice versa.

Procedure bij berijden van de spanningssluis

Aan de zijde van de TEV-bedrijfsvoering zijn geen procedures noodzakelijk ten aanzien van de normale bedrijfsvoering van de spanningssluizen. Aan de zijde van de trein dient onderstaande procedure te worden gevolgd.

De machinist dient bij het naderen van de spanningssluis de pantograaf te laten zakken zodat de trein door middel van de snelheid door de elektrische scheiding rijdt. Na het passeren van de elektrische scheiding dient de pantograaf voor het andere tractiesysteem omhoog gebracht te worden, zodat weer tractievermogen afgenomen kan worden. De machinist dient te voorkomen dat de trein stil komt te staan in het gebied van de elektrische scheiding. Erzijn bij de Betuweroute geen voorzieningen in het TEV-systeem om een trein die in hetspanningsloze deel stil staat, weer van spanning te voorzien.

Kortsluiting in de spanningssluis

Een kortsluiting in de spanningssluis wordt lokaal door een kortsluitdetectiesysteem vastgesteld. Door deze lokale detectie kan deze kortsluiting worden onderscheiden van een kortsluiting op de vrije baan.Bij een kortsluiting in de spanningssluis, onafhankelijk of die aan de 25 kV-zijde of aan 1500V-zijde optreedt, wordt altijd de betreffende spanningssluis geheel spanningsloos geschakeld. Aan de 25 kV-zijde wordt dit gerealiseerd door het openen van de betreffende vermogenschakelaar.In de bogen bevindt deze zich in de boog. Bij de doorgaande spanningssluizen bevindt deze zich in het voedende onderstation.Voor de bogen O4 en O10 geldt dat aan de 1500 V-zijde de snelschakelaars van de invoedende onderstations worden geopend. Gelijktijdig wordt de 1500 V bovenleidingschakelaar van de spanningssluis geopend.Voor de doorgaande spanningssluizen schakelt de snelschakelaar in het voedende veld in het betreffende 1500 V voedingstation uit. Een kortsluiting in de spanningssluis zal zeer waarschijnlijk niet van voorbijgaande aard zijn. Een automatische wederinschakeling na een kortsluiting (zoals bij de vrije baan) is daarom niet toegestaan.

Voor de onderstations die de doorgaande spanningssluizen voeden (zoals onderstation Graafstroom en onderstation Zevenaar-West), wordt de AWI door de kortsluitdetectie geblokkeerd.Indien deze spanningssluizen worden gevoed vanuit een ander veld dan het gebruikelijke (dusbij een verstoorde bedrijfsvoering) dan dient in deze velden de AWI te worden geblokkeerd.

De vermogenschakelaars bij de spanningssluizen in de bogen bij Geldermalsen en Elst zijn niet voorzien van een AWI-mogelijkheid. In de 1500 V invoedende stations bij de bogen wordt de AWI van de betreffende snelschakelaars verlengd teneinde de bovenleidingschakelaar in de boog voldoende tijd te geven te openen. Hierdoor blijft het 1500 V deel van de spanningssluis spanningsloos terwijl de bovenleidingspanning op de vrije baan weer terug komt.

In de 1500 V invoedende stations bij doorgaande spanningssluizen wordt de AWI van debetreffende snelschakelaars geblokkeerd. Na kortsluiting in de spanningssluis dient eerst lokaal te worden vastgesteld wat de oorzaak was.Ter plaatse dient, alvorens mag worden ingeschakeld, te worden vastgesteld dat de kortsluiting niet meer aanwezig is. Voor de spanningssluis geldt dat na een kortsluiting in de spanningssluis het lokaal aanwezige beveiligingsysteem dient te worden gereset, vanuit zowel de 1500 V-zijde als de25 kV-zijde.Pas na een reset van het kortsluitdetectiesysteem kan de spanningssluis weer in bedrijf worden genomen. De uitgeschakelde objecten zijn pas na de reset weer bedienbaar.Deze reset kan vanuit het SMC via het CBDV worden gegeven.

Fasescheiding

Een fasescheiding realiseert de scheiding tussen twee 25 kV voedingssecties. Omdat het 25kV tractievoedingsysteem op de vrije baan altijd in AT-bedrijf moet worden bedreven, dient aan het eind van een voedingssectie altijd een onderstation of een AT-station te zijn aangesloten (uitgezonderd zijn de groepen naar de spanningssluizen). Om deze reden kaneen fasescheiding slechts op de volgende locaties worden gerealiseerd:

• vóór een onderstation dat beide kanten op voedt (2 maal een begin van een sectie)
• ná een dubbel AT-station (2 maal een eind van een sectie).

Een fasescheiding kan worden overbrugd via de 25 kV verdeelinrichting van het onderstation

of, wanneer deze niet beschikbaar is, door het sluiten van de langskoppelbovenleidingschakelaars vóór het station.

Opbouw van de tractie- energievoorziening van de Betuweroute

Het 25 kV-energievoorzieningssysteem wordt toegepast voor de Betuweroute. Het tracé van de Betuweroute bestaat uit twee delen; de Havenspoorlijn met een lengte van 48 km (vanaf Maasvlakte tot Kijfhoek) en het 112 km lange spoor langs de rijksweg A15 (vanaf Kijfhoek tot Zevenaar).

In de figuur is een schematisch overzicht van de elektrische voeding van de Betuweoute gegeven. Het bovenste overzicht toont de volgorde van de AT,- en onderstations van de Havenspoorlijn. Het onderste toont de volgorde van de AT,- en onderstations van het A15-tracé. Tussen de twee 25kV-delen ligt ook een deel bestaand spoor met 1.500V DC tractievoeding, waar onder andere emplacement Kijfhoek deel van uit maakt. De schakelaars die in de tekening te zien zijn, geven weer welke voedingssecties er tijdens normale bedrijfsvoering zijn en vanuit welk onderstation de secties gevoed worden

De Betuweroute bestaat uit de delen ‘Havenspoorlijn’ (vanaf spanningssluis Vaanplein tot emplacement Maasvlakte) en het A15-tracé (vanaf spanningssluis Sophiatunnel tot spanningssluis Zevenaar). 25 kV tractie-energievoorziening systemen zijn door middel van spanningssluizen elektrisch gescheiden van het 1500 V DC tractie-energiesysteem Door middel van fasescheidingen worden in totaal 5 verschillende voedingssecties verkregen:

1. Van de spanningssluis bij Vaanplein tot emplacement Maasvlakte (Havenspoorlijn)
2. Van de spanningssluis in de Sophia-tunnel tot de fasescheiding in Ats Lingewaal.
3. Van de fasescheiding in Ats Lingewaal tot de fasescheiding in Os Tiel Oost.
4. Van de fasescheiding in Os Tiel Oost tot de fasescheiding in Ats Valburg.
5. Van de fasescheiding in Ats Valburg tot de spanningssluis bij Zevenaar.

Voor zowel de Havenspoorlijn als het A15-tracé geldt dat de aanwezige subsystemen van de tractie-energievoorziening grotendeels gelijk zijn en slechts op een aantal details van elkaar verschillen. Waar dit het geval is, zal dat bij de beschrijving van het betreffende subsysteem als zodanig worden aangegeven.De verschillen in de tractie-energievoorziening tussen de Havenspoorlijn en het A15-tracé zit vooral in de AT-stations en de voeding van de eigen stationsinstallaties. Ieder AT-station van de Havenspoorlijn is uitgerust met twee autotransformatoren, waarvan er steeds één in bedrijf dient te zijn.

Ieder Os van de Havenspoorlijn is uitgerust met één tractietransformator.Voor de voeding van de eigen stationsinstallaties zijn de stations van de Havenspoorlijnuitgerust met een aparte stationstransformator, die vanuit het 25 kV tractiesysteem wordtgevoed. Hierbij bestaat echter de mogelijkheid tot (automatisch) omschakelen naar voedingvanuit het openbare net (of het 3 kV net van Prorail bij Ats Loswal) indien geen 25 kV beschikbaar is. De stationsinstallaties van de stations van het A15-tracé worden gevoed vanuit het integraal voedingsysteem (IVS) dat weer gevoed wordt vanuit een 10 kV of 13 kV aansluiting van de betreffende netbeheerder.

Opbouw van de tractie- energievoorziening van de HSL-Zuid

Voor de HSL-zuid bevinden de spanningssluizen zich nabij de stations Hoofddorp, Rotterdam-Noord, Barendrecht, Breda Zevenbergschen Hoek en Breda-West. Het zijn de plaatsen waar de HSL-Zuid aansluit op bestaand spoor.

Op twee plaatsen langs het HSL-Zuid tracé, Zevenbergschen Hoek en Bleiswijk/Zoetermeer, zijn de onderstations gebouwd.

Tussen Amsterdam en Rotterdam staan drie en tussen Rotterdam en de Belgische grens vier AT-stations.

Bronnen

o.a.:

Bedrijfsvoeringhandboek Energievoorziening Betuweroute. 25kV-TEV op Havenspoorlijn en A15-tracé. Algemene systeembeschrijving. IM Productbeheer. 15-8-2006, versie 2.2. HDB00008-1.