10.1 Raitiotien sähköistysjärjestelmä
Tähän ohjeeseen on kerätty vain Tampereen raitiotiejärjestelmän sähkönsyötön ja sähköturvallisuuden periaatteet ja tärkeimpiä mitoitusarvoja.
Raitiotien sähköistysratkaisuja ohjaavat standardit SFS-EN 50122-1:2022, SFS-EN 50163, SFS-EN 50388-1:2022, SFS-EN 50149 IEC 60850:2014 ja SFS-EN 50119:2020 sekä VDV-ohjekokoelma, joita tarkentavat erilliset Tampereen raitiotien maadoitus- ja sähköturvallisuusohjeet. Lisäksi noudatetaan soveltuvin osin vuoden 2023 Tukes S10-julkaisun mukaisten standardien määrityksiä.
Sähköturvallisuusasioissa noudatetaan soveltuvin osin Tukes S10 vuonna 2023 julkaisun mukaisten standardien määrityksiä. Standardeista poikkeavista kohdista laaditaan erilliset ohjeet. Varoitusmerkintöjen, esimerkiksi hengenvaara -kilpien osalta sovelletaan SFS 6001 -standardia.
Tampereen raitiotiellä on käytössä nimellisjännitteeltään 750 VDC tasasähköjärjestelmä. Raitiovaunulle virta syötetään sähkönsyöttöasemalta ajojohtimen kautta vaunun virroittimeen. Vaunu on kiskopyöriensä kautta yhteydessä osana paluuvirtatietä toimiviin raitiotiekiskoihin. Kiskojen nimellisjännite on neutraali.
Sähkönsyöttöjärjestelmää voidaan ohjata kaukokäyttöjärjestelmällä. Järjestelmän avulla ratajohdon tilaa voidaan valvoa reaaliaikaisesti ja sen kytkentöjä muuttaa toimilaitteiden avulla. Kaikki syöttöasemien ja ratajohdon päävirtapiirin ohjattavat ja valvottavat toimilaitteet liitetään ratajohdon kaukokäyttöjärjestelmään. Kaikissa ratajohdon kytkinlaitteissa on myös käsikäyttömahdollisuus.
Kaukokäyttöjärjestelmään liitetään syöttöasemien palo-, murtoilmaisu- ja LVIA-laitteet.
Hervannan varikon paikallisautomaation tilatiedot on liitetty kaukokäyttöjärjestelmään. Paikallisohjausjärjestelmän tulee taata turvallinen poiskytkentä ja estää luotettavasti jännitteen kytkentä, jos ratajohdon läheisyydessä työskennellään. Paikallisohjausjärjestelmän tiedot ovat nähtävissä sähkönsyötön valvontajärjestelmässä.
Raitiotien hajavirtojen hallinta ja maadoitusjärjestelmä sekä ratajohdon sähköturvallisuus pitää huomioida ja yhteensovittaa suunnittelun kaikissa vaiheissa. Suunnittelussa tulee ottaa huomioon järjestelmän elinkaari ja tunnistaa sähkönsyöttö- ja maadoitusjärjestelmien vaatimukset raitiotien lähelle tuleville rakenteille.
Ulkopuoliset sähköverkot ja -laitteet pitää suojata niin, että raitiotien sähköverkon jännite ei aiheuta vaaraa tai vaurioita ulkopuoliselle sähköverkolle tai -laitteelle. Tarkastelussa pitää huomioida raitiotien sähköradan käyttö- ja vauriotilanteet. Suojausvaatimus koskee kaikkia sähköjärjestelmiä ja -laitteita, vaikka ne olisivat pienoisjännitteisiä, myös tietoliikennejärjestelmiä.
Raitiotien ratasähkönsyöttöjärjestelmä esitetään kokonaisuudessaan ryhmityskaaviossa.
10.1.1 Sähkönsyöttöasemat ja raitiotien syöttöjärjestelmä
Sähkönsyöttöasemat liitetään paikallisen sähköverkkoyhtiön keskijänniteverkkoon. Syöttöasemalla paikallisesta sähköverkosta saatava 20 kV vaihtovirta muutetaan raitiotien sähkönsyöttöverkon käyttämäksi 750 VDC tasasähköksi standardin SFS-EN 50163 taulukon 1 mukaisella vaihteluvälillä. Vaunun ja ratasähköverkon sovituksessa sovelletaan standardia SFS-EN 50388-1:2022 ja IEC 60850:2014.
Asemat varustetaan ensisijaisesti pien- ja keskijänniteliittymällä, mutta mikäli tämä ei ole mahdollista, sijoitetaan asemalle omakäyttömuuntaja.
Syöttöasemien rakennuksiin varataan tilaa radan muiden järjestelmien tekniikalle, joten asemille on tehtävä tilavaraus myös niihin sijoitettavien rataverkon suoja- ja valvontalaitteille sekä muille teknisten järjestelmien laitteistoille. Sähkönsyöttöasemien sijoittamiseen radan varrelle vaikuttavat oleellisesti järjestelmälle asetetut luotettavuuskriteerit sekä virrantarve, jota määrittää liikennöivä kalusto ja rataosuuden liikennöinnille suunniteltu vuoroväli.
Asemien määrä mitoitetaan liikenteen tarvitseman sähkönsyötön simuloinnilla siten, että järjestelmä toimii yhden syöttöaseman vian tai huollon aikana eikä aiheuta merkittävää muutosta aikataulun mukaiseen liikennöintiin. Mitoituksessa käytettävät lähtötiedot ja raja-arvot (mm. rata, kalusto, radan pysty- ja vaakageometria, liikennöintimäärä, liikennevalojen aiheuttamat hidastukset, seisonta-ajat) määritetään hankkeen sisällön määrityksessä.
Varikon syöttöasemaa ei kahdenneta, mutta varikon syöttöasema on mahdollista korvata poikkeustilanteessa linjan varasyötöllä, joka mahdollistaa varikon rajoitetun toiminnan.
Syöttöasemarakennukset suunnitellaan ympäristöön sopiviksi. Syöttöaseman sijaintipaikan valinnassa ja rakennuksen sijoittamisessa sille varatulle tontille otetaan huomioon myös sähkönsyöttöasemasta aiheutuva melu.
Syöttöasemien sijoittelu ja eri komponenttien mitoitus ja optimointi tehdään rataverkon simulointien tai laskennan perusteella. Laukaisusiirtojärjestelmä tulee toteuttaa omana järjestelmänään ja sen toiminta pitää olla riippumaton ratajohdon kaukokäytöstä tai syöttöaseman paikallisautomaatiosta. Hajavirroille tulee olla seurantajärjestelmä. Seurantajärjestelmä liitetään kaukokäyttöjärjestelmään.
Sähköenergia, joka käytetään sähköisen raideliikenteen välittömässä käytössä, mitataan erikseen. Tasasuunninmuuntajan kautta kulkeva sähköenergia mitataan keskijänniteverkosta.
Raitiotien sähkönsyöttöasemat ja sähköverkon muuntamot rakennetaan fyysisesti erilleen. Vähimmäisetäisyys määritetään tapauskohtaisesti huomioiden VATU-alueet, laitteistojen aiheuttamat fyysiset etäisyysrajoitteet sekä palo- ja pelastusturvallisuus.
10.1.2 Ratajohto
Ratajohto on ajojohtimen ja mahdollisen paluujohtimen tai vastajohtimen sekä kannatusrakenteiden ja varusteiden muodostama johto, johon vaunu kytkeytyy virroittimen ja telien kautta. Ratajohtoon kuuluvat kaikki radalla olevat raitiotien sähköistyksen rakenteet: sähköistyksen pylväsperustukset, pylväät, orret, sähköinen tukijohdin, kannatin, ripustinköydet, ajojohdin ja paluuvirtapiiri. Ratajohto rajoittuu syöttöpistekoteloon ja paluuvirtakaappiin.
Ajojohdin on ajolangan ja kannattimen tai vain ajolangan muodostama johdin.
Ajolanka on ajojohtimen alempi osajohdin, josta virroitin ottaa tehoa.
Kosketusjännitevaatimukset, suojarakenteiden vaatimukset ja rakenteiden suojaetäisyydet perustuvat SFS-EN 50122-1:2022 vaatimuksiin ja niitä tarkennetaan Tampereen raitiotien sähköjärjestelmäkuvauksessa ja maadoitusohjeessa.
Kaikki raiteet sähköistetään. Ratasähköistyksessä tulee huomioida rajapinta Tampereen Raitiotie Oy:n kaluston kanssa.
Suunnitteluvaiheessa pelastuslaitokselle on annettava riittävät tiedot sähkönsyöttöjärjestelmästä. Suunnitteluvaiheessa tarvittavien viranomaisten kanssa pidetään yhteinen suunnitelmakatselmus, jonka osana myös sähkönsyöttö ja ratajohtoon liittyvät asiat käsitellään kuten pelastuslaitoksen hyökkäysreitit ja pelastusalueelle pääsy.
Tampereen raitiotiellä käytetään lämpötilakompensoitua ajojohdinratkaisua tai kiintoajojohdinta, jossa ajojohdin kiristetään kiristyslaitteiden avulla. Normaali ajolangan kiristysvoima on 8 kN. Ajolangan mitoituksessa käytettävä maksilämpenemä on +10 K.
Ajolangan maksimipoikkeama on raiteen keskiviivasta (tuulikuormitus huomioiden) 50 cm. Ajolangan kiinnityspisteiden kohdalla ajolangan suunniteltu poikkeama raiteen keskiviivasta (ns. siksak) on normaalisti ± 35 cm tai itseisarvoltaan pienempi. Kaarteissa siksakille sallittu arvo on ± 40 cm. Suunnittelussa huomioitu ajolangan asennustoleranssi kiinnityspisteessä on ± 5 cm, kuitenkin enintään ± 50 cm. Ohjaimen pituus tulee valita siten, että ohjaimen perä on vähintään 1,15 m päässä keskiviivasta, jottei virroitin osu ohjaimen perään. Siksak -vaihtelu tulee olla 10 cm / 10 m. Kaarrepaikat tarkastellaan erikseen. Siksakilla tarkoitetaan ajolangan vaakasuoraa poikkeamaa raiteen keskiviivasta (kallistetussa raiteessa kallistetusta keskiviivasta) ajojohtimen kannatuskohdassa. Paljaat jännitteiset rakenteet tai johtimet eivät saa alittaa ajojohtimen korkeusvaatimuksia.
Ratajohdon mitoituksessa käytettävät kuormitustilanteet huomioidaan standardin SFS-EN 50119:2020 mukaisesti. Ratajohdon mitoituksessa käytettävä jääkuorma on 5 N/m. Ratajohdon staattisen aseman suunnittelussa käytettävä keskituulennopeus 26 m/s (10 min keskiarvo). Ratajohdon mitoituksessa käytettävä ympäristölämpötila on – 40 ͒C … + 40 ͒C. Ratajohdon lämpölaajenemiskertoimeksi oletetaan 0,000017 1/K.
Ajolangan tyyppi on SFS-EN 50149 mukainen poikkipinnaltaan 120 mm2 hopeakuparijohdin (CuAg0.1) tai sähköjohtavuudeltaan ja kulutuskestävyydeltään vähintään vastaava johdin. Tukijohtimena ja kannattimena käytetään 70mm2 kupariköyttä tai sähkönjohtavuudeltaan vähintään vastaavaa johdinta. Rinnakkaisten raiteiden ajolangat, tukijohtimet ja kannatinlangat yhdistetään toisiinsa 150 neliömillimetrin kuparijohtimilla vähintään 250 metrin välein sekä ajolankojen päätekohdissa. Lisäksi yhdistykset tehdään pysäkkialueiden ja risteyksien molemmin puolin. Yhdistysten paikat tulee esittää erillisessä taulukossa, jos niitä ei pystytä esittämään ryhmityskaaviossa. Liityntöjen paikat tulee valita siten, ettei liitoksia tule virroittimen kielletylle alueelle, jossa sivusta tuleva ajolanka kohtaa virroittimen.
Pääsääntöisesti ajojohdin ripustetaan pylväisiin kiinnitettyihin kääntöorsiin tai sivuunvetoköysiin. Ajojohdin voidaan kiinnittää myös köysiportaaliin tai sivuunvetoköyteen. Köysiportaalien suunnittelussa on huomioitava pelastuslaitoksen tarpeet vaijerien katkaisusta pelastustehtävien aikana.
Ratajohtorakenne on suunniteltava niin, että yhden vaijerin katkeaminen/katkaisu ei romahduta koko köysiportaalia. Tällöin ajolangan ei tarvitse enää olla ajettava.
Sähkönsyöttöjärjestelmän ajojohtimen kannatusrakenteet tulee kaksoiseristää.
Kannatusrakennetyyppejä on esitetty kuvassa 10.1.2. Tarvittaessa ratajohtorakenteita voidaan kiinnittää rakennuksiin.
Ratajohdon suunniteltava minimikorkeus kaikissa kuormatiloissa on kisko- tai katutasosta 4,9 metriä. Mikäli minimikorkeus alitetaan, niistä tehdään tapauskohtainen riskianalyysi, jossa määritetään matalan ajolangan riskit.
Erityistilanteissa, kuten vanhan siltarakenteen alla tai sähköturvallisuussyistä, voidaan käyttää kiintoajojohdinta. Siirryttäessä kiristetystä ajojohtimesta kiintoajojohtimeen on kiinnitettävä erityistä huomiota siirtymäkohdan jatkuvuuteen ja kiintoajojohtimen pystygeometriaan, jotta virroittimen kontakti ajolankaan säilyy kaikissa tilanteissa. Virroittimeen ei saa kohdistua iskuja. Kiintoajojohtimen rakenteet tulee suunnitella niin, että ne mahdollistavat ratageometrian mukaisen ajonopeuden.
Ajojohtimen suunnittelussa on huomioitava pelastus- ja erikoiskuljetusreitit. Viisi metriä korkea kuljetus voidaan ajaa ajolangan ali ilman toimenpiteitä, mutta sitä suuremmat kuljetukset vaativat jännitekatkon. Erikoiskuljetusreiteillä 6 metriä korkeat kuljetukset voidaan viedä langan ali rakenteita purkamatta nostamalla jännitteetöntä ajolankaa. Erikoiskuljetusreittien tilatarve huomioidaan ratajohtopylväiden ja orsirakenteiden sekä kuljetuksien suunnittelussa. Ajojohtimen suunniteltava nimelliskorkeus on 5500 mm kiskon selästä mitattuna ja sallittu vaihteluväli 4900 – 6000 mm. Ajojohtimen asema saa poiketa vaatimuksista tilanteessa, joissa köysiportaali on katkaistu.
Henkilöturvallisuuden takaamiseksi ajojohdosta, linjalla kulkevan vaunun virroittimesta ja muista ajojohtoon liittyvistä eristämättömistä osista tulee olla riittävä etäisyys tilaan, jossa voi kulkea ihmisiä. Mikäli kuvassa 10.1.2 b) esitetyt etäisyydet jännitteisistä osista eivät täyty, tulee jännitteisen osan ja kulkutilan välissä olla suojaava rakenne. Kaiteisiin kiinnitettäviä kosketussuojia käsitellään kohdassa 9.5.
10.1.2.1 Ratajohdon ryhmittely
Ratajohto ryhmitellään sähköisiin jaksoihin. Ratajohdon jaksot ja jaksonerottimien sijoitus suunnitellaan yhteistyössä liikennesuunnittelun ja radan kunnossapidon kanssa. Varikon ratajohdon jaksot suunnitellaan varikon toimintojen perusteella.
Syöttöjaksojen välillä jaksonerottimena voidaan käyttää joko katkollista tai katkotonta tyyppiä. Jaksonerotin voidaan toteuttaa nopeilla osuuksilla myös yhdistävällä erotuskentällä.
Ajojohdossa voi olla katkollinen jaksonerotin, joka katkaisee kaluston tehon saannin. Jaksonerottimen katkollisen alueen pituuden ohjearvo on enintään 500 mm. Jaksoerottimen sijoittelu on tehtävä siten, että sen sijainti aiheuttaa mahdollisimman vähän haittaa raitiovaunuliikenteelle. Riittävä etäisyys risteyksiin ja pysäkkeihin pyrittävä huomioimaan.
Ratajohdon jaksonumerointi tehdään yksilöllisesti niin, että rataosuudella ei ole saman numerosta jaksoa. Jaksonumerointi tulee merkitä tarvittaviin paikkoihin.
Ratajohdon sähköisistä jaksoista laaditaan erillinen kaavioesitys. Kaaviossa pitää esittää ratajohdon normaali kytkentätilanne. Suunnitellut poikkeustilanteen kytkennät esitetään erillisellä korvauskytkentäsuunnitelmalla.
10.1.2.2 Ratajohdon kaukokäyttö
Normaalissa käyttötilanteessa tarvittavat kytkinlaitteet varustetaan moottoriohjaimella. Huoltotöissä tarvittavat kytkinlaitteet voivat olla käsikäyttöisiä. Vikatilanteen ohituksessa tarvittavat kytkinlaitteet voidaan korvata kiskosta pulteilla irrotettavalla kytkentäkiskolla. Yhden vian irrotus/ohitus tulee olla mahdollinen alle 15 minuutin työllä.
Kaikki syöttöasemien ja ratajohdon päävirtapiirin ohjattavat ja valvottavat toimilaitteet liitetään ratajohdon kaukokäyttöjärjestelmään. Kaikissa ratajohdon kytkinlaitteissa pitää olla käsikäyttömahdollisuus. Syöttöaseman automaatiovian ohitusta ei saa tehdä kaukokäyttöisesti, ellei syöttöasemalla ole kameravalvontaa ja luotettavaa tietoa syöttöaseman tilasta. Suoraan ala-asemaan kytkettyjen tilatietojen ja ohjauksien tulee toimia syöttöaseman laitteiden ollessa vikaantuneita tai huollossa.
Varikon paikallisautomaation tilatiedot liitetään kaukokäyttöön.
Kaukokäytön tietoliikenne palvelimilta keskusjärjestelmään ei saa katketa yhdestä viasta. Kaukokäyttöjärjestelmän keskusjärjestelmän käytettävyyden tulee olla vähintään 99,5%.
Suojausjärjestelmien ja paikallisautomaation tulee olla riippumattomia kaukokäyttöjärjestelmästä. Tietoliikennejärjestelmä voi olla yhteinen, jos se on kahdennettu ja valvottu. Kaukokäyttöjärjestelmän tarkemmat vaatimusmäärittelyt esitetään kyseisen järjestelmän dokumentoinnissa.
10.1.3 Kiskot
Linjaraiteilla kiskojen sähköinen jatkuvuus pitää varmistaa kaikissa tilanteissa. Lähtökohtaisesti kaikki kiskot tulee hitsata jatkuviksi ja niiden välinen yhteys varmistetaan riittävillä poikittaisyhdistyksillä. Jos kiskon hitsaaminen ei ole mahdollista, pitää kiskoliitoksen sähkönjohtavuus varmistaa vähintään kiskon sähköistä johtavuutta vastaavalla kytkennällä. Sidekiskojatkoksia voidaan käyttää vain perustellusti ja niiden kohdalla tulee varmistaa sähköinen jatkuvuus.
Linjaraideosuudella raitiotien paluuvirtapiiri on perustilanteessa erotettu täysin maasta ja ympäröivistä maadoitusjärjestelmistä. VLD-F -laitteet valvovat kiskon ja perusmaan tai laitteen kautta suojamaadoitettujen rakenteiden välistä potentiaalieroa. Laite ei ole sähköteknisesti johtava normaaleissa käyttöolosuhteissa. Mikäli laitteeseen kytketyn rakenteen tai perusmaan ja kiskon välinen potentiaaliero kasvaa riittävän suureksi, laite yhdistää jännitteiseksi muuttuneen rakenteen paluuvirtatienä toimivaan kiskoon.
Yhdensuuntaisesti raitiotien kanssa kulkevan maakaapeloidun 110 kV reitin suositusetäisyys raiteesta on minimissään 10 metriä. Alle 10 metrin etäisyydet yhdensuuntaisen reitin ja raiteen välillä tai niiden risteämät vaativat erillisiä tarkasteluja tapauskohtaisesti.
10.1.4 Ratajohtopylväät
Kääntöorsilla varustetut ratajohtopylväät sijoitetaan raiteiden väliin tai radan reunoille. Köysiportaalin pylväiden paikat voidaan valita vapaammin. Pylväiden asettelussa tulee ottaa huomioon eri liikennemuotojen tarvitsemat näkemät, LVM:n asetus näkemäalueista 65/2011 (luku 5.5) sekä kiilautumisriski (luku 5.1.6).
Ratajohtopylväitä voidaan käyttää myös valaistus- ja liikenteenohjauslaitteiden yhteiskäyttöpylväinä. Pylväs- ja ratajohtorakenne sekä yhteiskäyttö määritellään tapauskohtaisesti. Uudentyyppisiä pylväitä suunniteltaessa, tulee ottaa huomioon rakenteen korvattavuus yllättävissä vauriotilanteissa. Yhteiskäyttöä valaistus- ja liikenteenohjauslaitteiden kanssa tulee välttää sähköturvallisuuden vuoksi sähkönsyöttöpylväillä.
Pylväille ja niiden perustuksille tulee varata riittävästi tilaa. Pylväsvälin määrittää ajolangalla laskettava ripustusväli. Ripustusväli lasketaan SFS-EN 50119 mukaisesti, käyttäen keskituulennopeutena (10 min keskiarvo) arvoa 26 m/s. Ehdoton maksimi ripustusvälille on 60 m, jolloin jänneväli ajolangalle kaventaa siksakia +-35 senttimetriin.
Kaarteissa ripustusväli lyhenee kaarteen jyrkkyyden kasvaessa.
Pylväiden perustuksen tyyppi ja koko määräytyy pylvästyypin, perustuksen kuormituksen ja maaperän perusteella. Perustuksien suunnittelussa on huomioitava mahdolliset kaapelien läpiviennit. Pylväät kiinnitetään pylväsperustukseen pulttikiinnityksellä. Kiintoraideosuuksilla pylväsperustukset voidaan kiinnittää kiintoraidelaattaan toteutettaviin ulokkeisiin. Perustuksen pulttien avaaminen ja pylvään vaihto pitää mahdollistaa myös talvella.
Pylvään suurin sallittu taipuma on 3.0 %, mutta poikkeustapauksissa sallitaan 4.5 % taipuma.
Pylväät, jotka sijoitetaan ajoneuvoliikenteen liittymäalueille tai muuhun ajoneuvojen törmäysriskikohteeseen ja todetaan olevan riskissä vaurioitua mahdollisen törmäyksen voimasta, tulisi suojata niin, että vaurioituminen onnettomuustapauksissa olisi riittävän pieni. Pylväiden suojaamisessa tulee huomioida myös ajoneuvon kuljettajan törmäysturvallisuus, esim. joustavalla rakenteella.
Raitiotien ylittävien siltojen läheisyydessä ensimmäinen ratajohtopylväs tulee suunnitella 10–15 m etäisyydelle sillan molemmin puolin. Ajolangan absoluuttinen korkeus tulee olla vakio molemmin puolin olevien ensimmäisten pylväiden välillä. Myös radan tasaus tulee suunnitella mahdollistamaan riittävä ajolangan korkeus 10-15 m matkalla sillan molemmin puolin.
Muokattu viimeksi:
Muutoshistoria:
10.1.1 Sähkönsyöttöasemat ja raitiotien syöttöjärjestelmä
15.02.2023 Lisätty kappale sähkönsyöttöaseman ja sähköverkon muuntamon välisestä etäisyyssuosituksesta.
10.1.2 Ratajohto
17.06.2022 Lisätty maininta ajojohtimen kannatusrakenteiden kaksoiseristyksestä.
12.02.2024 Tarkennettu ajojohtimen korkeusvaatimuksia
10.1.3 Kiskot
15.02.2023 Lisätty 110 kV maakaapelin suositusetäisyys raiteesta.
10.1.4 Ratajohtopylväät
12.02.2024 Tarkennettu pylväsperustusten suunnitteluohjeistusta