Bovenleiding

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Reparatie van bovenleiding.
Doorsnede van de rijdraad in Nederland.

De bovenleiding of rijdraad wordt gebruikt voor de elektrische voeding van krachtvoertuigen, waarbij de rails meestal als retourleiding voor de stroom worden gebruikt. De elektrificatie heeft een zeer grote invloed gehad op de ontwikkeling van het openbaar vervoer.

Elektrificatie met bovenleiding heeft als voordeel ten opzichte van de derde rail dat het elektrocutiegevaar klein is, want de draden zijn hoog boven het spoor of de weg gespannen. Het andere voordeel, dat van groot belang is bij spoorwegen, is dat er een hoge voedingsspanning mogelijk is door de grote afstand tussen de draad en de grond. De hoogst voorkomende spanning voor derde rail is 1200 V, bij bovenleiding zijn veel hogere spanningen (tot 25 kV, zelfs 50 kV in delen van Zuid-Afrika en Rusland) mogelijk. Een nadeel van bovenleiding is de storingsgevoeligheid die veroorzaakt wordt door weersinvloeden zoals storm en ijzel en aanrijdingsgevaar met te hoge vrachtwagens. Ook wordt de bovenleiding gemakkelijk stuk getrokken door een defecte stroomafnemer. Verder vinden sommigen de bovenleiding ontsierend en is deze door de vele palen kostbaar in aanleg.

Toepassing[bewerken]

Trein[bewerken]

Bovenleiding bij een tunnel in Rijswijk.
De kenmerkende betonnen bovenleidingportalen tussen Utrecht en Hilversum.
Een 400 kV eenfasige spoorwegtransformator om het net van een Franse hogesnelheidstrein te voeden.
Waarschuwingsbord: "Aanraken draden levensgevaarlijk".
Stroomrail bij S-tog te Kopenhagen.

De bovenleiding bestaat uit een of twee rijdraden of soms een stroomrail waar de stroomafnemer of pantograaf de stroom aan onttrekt.

Bij lage bovenleidingspanningen zoals in België, Nederland en de op 1500 V-geëlektrificeerde lijnen in Frankrijk, is er sprake van een grote elektrische stroom en gebruikt men meestal twee rijdraden naast elkaar om de elektrische weerstand te beperken. Bij hoge spanningen volstaat een enkele rijdraad.

Met gewichten aan begin en aan het eind van een bovenleidingssectie wordt het uitzetten van de koperen rijdraden opgevangen, zodat de bovenleiding altijd strak gespannen is. Dit is echter niet voldoende: de draad zal altijd een beetje doorzakken. Er wordt daarom gebruikgemaakt van kettingophanging: de draad wordt met verticale hangdraden opgehangen aan een draagkabel die in bogen tussen de portalen hangt. Door deze kettingophanging hangt de rijdraad vrijwel recht horizontaal en is ook bij hoge snelheden een goed contact tussen stroomafnemer en rijdraad mogelijk. Op baanvakken waar sneller dan 140 km/h mag worden gereden, is het noodzakelijk dat ook de draagkabel met gewichten beweegbaar wordt afgespannen. In Nederland is een bovenleidingssectie - afstand tussen de gewichten - maximaal 1600 meter lang. De draagkabel bestaat uit een aantal lagen koperdraad die beurtelings links- en rechtsom zijn gevlochten.

Bij de Belgische spoorwegen en bij de 1500 volt-bovenleiding in Frankrijk wordt vaak gebruikgemaakt van een extra draagkabel vlak boven de koperen rijdraden, de zogenaamde compound-bovenleiding.

De portalen zijn van staal of beton en staan op afstanden van ongeveer 70 meter.

Om de stroomafnemer gelijkmatig te laten afslijten, wordt de rijdraad met een lichte zigzag boven het spoor gespannen. Boven een recht stuk spoor in Nederland is die afwijking telkens 33 centimeter uit het midden naar links of naar rechts. In de jaren twintig van de 20e eeuw heeft de NS bij wijze van proef tussen Leiden en Haarlem de twee rijdraden afzonderlijk laten zigzaggen (naar elkaar toe, van elkaar af) in plaats van de beide rijdraden tegelijkertijd te laten zigzaggen, zoals nu gedaan wordt. Dit systeem bleek echter te bewerkelijk te zijn door de vele verschillende afstandhouders.

Bij bovenleidingen voor 25 kV wisselspanning is er ook vaak een negative feeder-kabel aanwezig die in tegenfase staat met de bovenleiding om de EMC-straling, die elektronische apparatuur stoort, te beperken. Ook is hier veelal een equipotentiaalleiding toegepast. In Nederland loopt op de meeste baanvakken boven de draagkabel nog een extra kabel (versterkingsleiding) om de elektrische weerstand te verkleinen.

In Nederland is de totale koperdoorsnede van de vier doorgaande leidingen 500 mm²: de twee rijdraden zijn ieder 100 mm² koper. De draagkabel is 150mm2 en de versterkingsleiding is 150 mm² koper. Op sommige plaatsen ontbreekt de versterkingsleiding of wordt een dunnere draagkabel toegepast van 70 mm² brons. De doorsnede van de rijdraad kent twee overlangse inkepingen in de bovenste helft, deze bieden grip voor de koperen klemmen die de hangdraden met de rijdraad verbinden (zie foto).

In Nederland hangt de bovenleiding van de trein meestal op 5,50 meter hoogte. De minimale hoogte is 5,10 meter. De Zoetermeer Stadslijn vormde een uitzondering met een bovenleidinghoogte van 4,65 meter.

Op enkele plaatsen is de bovenleiding onderbroken boven een beweegbare brug (bijvoorbeeld bij de spoorbrug over de Drentsche Hoofdvaart bij Meppel of de draaibrug bij Alphen aan den Rijn). Elektrische treinen kunnen met de pantograaf omhoog doorrijden, omdat de bovenleiding er geleidelijk aan omhoog loopt en aan de andere zijde weer omlaag, waarbij de stroomafnemer eerst in de uiterste stand omhoog komt en vervolgens weer tot de normale hoogte wordt ingedrukt. Wel moet in dat geval vaak de tractiestroom worden uitgeschakeld om de vorming van een vlamboog te voorkomen, die de bovenleiding kan beschadigen.[1] Bij andere bruggen is een deel van de bovenleiding vast aan de brug bevestigd en gaat dit deel mee open. Ook voor trams wordt dit wel toegepast. Het met de pantograaf omhoog rijden over een stuk spoor zonder bovenleiding wordt alleen in Nederland toegepast. Daarom moeten de pantografen van buitenlands materieel dat op het Nederlandse net rijdt, zoals de Beneluxtreinen en de Thalys, voorzien worden van een nok die voorkomt dat de pantograaf op de stukken zonder bovenleiding te ver uitklapt. In het eigen land moet deze voorziening weer uitgezet worden, omdat het in strijd is met de voorschriften voor het Belgische spoor.

In België wordt de bovenleiding op mobiele bruggen niet onderbroken, maar mogen treinen ze slechts gebruiken bij snelheden onder 60 km/h. Als een trein sneller rijdt, moet hij zijn pantograaf laten zakken. Dit is trouwens geen probleem voor een elektrische trein: accu's blijven verlichting (soms slechts gedeeltelijk), omroepsysteem e.d. van stroom voorzien. Deze accu's worden opgeladen tijdens het rijden.

Bovenleidingssystemen in Nederland[bewerken]

In Nederland onderscheidt men 9 bovenleidingsystemen:

  • Systeem B1: het conventionele bovenleidingsysteem voor 1,5 kV met vast afgespannen draagkabel. De maximumsnelheid is 140 km/h.
  • Systeem B2: het bovenleidingsysteem voor 1,5 kV maar voorbereid voor 25 kV en met vast afgespannen draagkabel. Is onder andere toegepast op de Utrechtboog.
  • Systeem B3: een beweegbaar systeem, ook wel bekend als DAB of BAB geschikt voor 1,5 kV en 160 km/h. Is onder andere toegepast op het baanvak Boxtel - Eindhoven.
  • Systeem B4: een bovenleidingsysteem dat geschikt is voor 1,5 kV en voor 25 kV is voorbereid; wordt onder andere gebruikt op het baanvak Woerden - Harmelen en Utrecht - Amsterdam Bijlmer. Ook op andere plekken, waar de bovenleiding wordt vernieuwd, zal het B4 systeem toegepast worden. Bij 1,5 kV wordt een extra kabel, die over de koppen van de bovenleidingmasten gaat, gebruikt als versterkingsleiding. Bij ombouw naar 25 kV wisselspanning staat deze kabel in tegenfase met de bovenleiding en dient hij om de elektromagnetische compatibiliteit (EMC) van het 25 kV-systeem te verbeteren. Het systeem heeft een maximumsnelheid van 180 km/h bij 1,5 kV en 200 km/h bij 25 kV.
  • Systeem B5: dit is alleen geschikt voor 25 kV en heeft een beweegbaar afgespannen draagkabel. Het wordt op de Betuweroute toegepast.
  • Systeem B6: dit is alleen geschikt voor 25 kV en heeft ook een beweegbaar afgespannen draagkabel. Dit zogeheten Prorail HSL-systeem wordt nog niet toegepast.
  • Systeem B7: dit is een B4-systeem dat is omgebouwd naar 25 kV.
  • Systeem B8: dit is alleen geschikt voor 25 kV, heeft een vast afgespannen draagkabel en wordt op de emplacementen van de Betuweroute toegepast. Doordat de kabel vast gespannen is, heeft dit systeem een maximumsnelheid van 100 km/h.
  • Systeem HSL ZUID een bovenleidingsysteem ontworpen door Siemens en toegepast op de HSL Zuid. Het heeft een maximumsnelheid van 300 km/h.

Tram (sleepbeugel en pantograaf)[bewerken]

Muurrozet van de vroegere buurtspoorwegen in Brussel

Bij trams worden de rijdraden vaak direct met spandraden naar masten aan de kant van de straat, tussen de sporen of aan muurrozetten in gevels van de gebouwen afgespannen. Doordat de bovenleiding niet met gewichten afgespannen kan worden, hangen de bovenleidingen van trams tijdens warme zomers slap en neemt de kans op een kapotgetrokken bovenleiding toe. Dit probleem bestaat echter nauwelijks meer want er wordt nu veel gewerkt met beweegbare wielafspanningen die door middel van gewichten worden belast.

In bijvoorbeeld Den Haag wordt al sinds de jaren vijftig over grote delen van het net met kettingophanging gewerkt, met genoemde gewichtsafspanning over "kettingwielen", zoals bij alle Spoorwegen. Verder zijn er de veerafspaningen die op de lengte van de sectie berekend worden. Meestal worden deze veerafspanningen gebruikt bij korte secties zoals een wisseldraad. Ze zijn er ook voor de spandraden, zodat onderhoud van bijvoorbeeld slap komende spandraden door de kracht op de mast de mast voorover trekt en de spandraad slap wordt. Door daar een spanveer met een bepaalde trekkracht in te bouwen voorkom je zo dat de spandraad slap wordt. Kettingophanging komt ook veel voor in Nederland bij sneltrams, de Haagse tram en in Amsterdam en Rotterdam op uitlopers van het net buiten het centrum. Ook bij vroegere interlokale tramlijnen kwam dit vaak voor.

In België komt kettingophanging alleen bij de overblijfselen van het streektramnet aan de Vlaamse kust en rondom Charleroi voor. Doordat een tram minder stroom nodig heeft, volstaat één rijdraad. Recent werd in Gent de gehele trambovenleiding vernieuwd, waarbij op sommige secties voor het eerst kettingophanging werd toegepast. Alleen de sneltram Utrecht - Nieuwegein/IJsselstein heeft twee rijdraden, dit is een overblijfsel van de oorspronkelijke plannen om een Sprinter op deze lijn te laten rijden. Ook in Amsterdam had men sinds de komst van de gelede wagens een dubbele rijdraad maar deze werd later vervangen door een extra draad tussen de beide rijdraden in.

Bijzonder in onder meer Amsterdam waren vroeger bovenleidingloze bruggen waarbij de tram een flinke sprint moest nemen om de brug over te komen om te voorkomen dat de tram stroomloos tot stilstand kwam. Tegenwoordig zijn alle beweegbare bruggen voorzien van bovenleiding waarbij als de brug wordt geopend door een speciale constructie wordt voorkomen dat de bovenleiding slap naar beneden komt te hangen en men deze achter de slagbomen zou kunnen aanraken.

Gecompliceerd is de bovenleiding bij een Grand Union waarbij een constructie aanwezig is van 8 bogen en 16 aansluitingen met de doorgaande rijdraad in 2 richtingen. Als een tram dit kruispunt passeert beweegt de constructie mee.

Trolleybovenleiding (trolleybus en tram)[bewerken]

Trolleybovenleiding van het type Kummler+Matter in de Arnhemse wijk Presikhaaf

Trolleybovenleiding is tweepolige bovenleiding, nodig bij de trolleybus omdat er geen rails zijn om een circuit te sluiten. Tweepolige bovenleiding wordt ook bij sommige trambedrijven toegepast zoals in Napels waar de trams trolleystangen hebben. In Brussel hangt ook trolleybovenleiding, ondanks de overstap van trolleystang naar pantograaf enkele decennia geleden.

Trolleybovenleiding wordt net als de bovenleiding van trams met spandraden naar masten en rozetten in gevels afgespannen. De bevestiging aan de spandraden is anders omdat het sleepcontact van de trolleystang om de draad moet kunnen grijpen. De meeste trolleybovenleidingen zijn van het type Kummler+Matter. Dit type bovenleiding wordt toegepast in Arnhem bij de trolleybus en in Brussel nog steeds bij de tram.

Er wordt een bijzondere constructie gebruikt op plaatsen waar de tweedradige trolleybovenleiding een enkeldradige trambovenleiding kruist. De trolleybusbovenleiding is ononderbroken en bevindt zich iets boven de trambovenleiding die onderbroken wordt. De kruising is nooit loodrecht waardoor de pantograaf (of beugel) altijd elektrisch contact heeft met de metalen geleidingsstukken. De onderbreking is echter groot genoeg zodat de trolleystang er doorheen kan. De beide bovenleidingsystemen hebben op die manier nooit elektrisch contact met elkaar. (zie voorbeeld: kruising in Athene)

Trambovenleidingen voor trolleystangen hebben vaak op enkelsporig baanvakken twee draden naast elkaar, een per rijrichting. Hiermee wordt vermeden dat bij de overgang naar dubbelspoor er wisselinstallaties nodig zijn in de bovenleiding. Dit lijkt dan op een trolleybusbovenleiding maar is het niet.

Zie ook: Trolleystang

Mijnsporen[bewerken]

De treintjes die in kolenmijnen worden gebruikt worden meestal ook door bovenleiding gevoed. De mijngangen zijn meestal laag, zodat de bovenleiding op een hoogte van ongeveer twee meter komt te hangen. Om het elektrocutiegevaar te verminderen wordt de bovenleiding uitgeschakeld als er geen treinen rijden. Bovendien dragen de mijnwerkers kunststof helmen en weten ze dat ze de draad niet mogen aanraken. Een derde rail - die bij metro's wordt gebruikt omdat de tunnel te laag is voor bovenleiding - is in een mijn natuurlijk veel gevaarlijker.

Botsauto's[bewerken]

Een bijzondere vorm van bovenleiding komt men tegen bij botsauto's op de kermis. Hier is boven de rijvloer een metalen net gespannen (een soort kippengaas) dat op de rijspanning van meestal 100 V. wordt aangesloten. De wagentjes nemen door middel van een rechtopstaande stang met een sleepcontact in de vorm van een halve cirkel de stroom af en voeren deze via de metalen vloer weer af. Zo kunnen de botsauto's het gehele lokaal berijden.

Driefasige bovenleiding[bewerken]

Dubbele bovenleiding en pantograaf van de Rhune-bergspoorlijn
Uiteinde van de draagkabel in Nederland

Het komt op bepaalde plaatsen nog voor dat men een draaistroom direct van de bovenleiding betrekt. Op die manier kan men de tractievoordelen van draaistroom gebruiken zónder een uitgebreide installatie aan boord, waardoor draaistroomtractie mogelijk werd toen de vermogenselektronica nog niet zover gevorderd was dat uit gelijkstroom zonder grote verliezen een driefasige wisselstroom gemaakt kon worden. In dit geval is een gecompliceerder systeem nodig met een dubbele bovenleiding en een dubbele pantograaf: de fasen 1 en 2 zijn in de bovenleiding en fase 3 is in de rails. Een voorbeeld is de bergspoorlijn van La Rhune. In Noord-Italië werd het systeem tot 1976 op vrij grote schaal gebruikt en ook in Zwitserland zijn er nog twee lijnen (Jungfraulijn en Gornergratlijn) die van 3 fasen gebruikmaken.

Alternatieve stroomvoorzieningen[bewerken]

Naast de derde rail voor treinen, worden voor trams in Bordeaux het APS-systeem toegepast en in sommige steden worden trajecten zonder bovenleiding gereden met behulp van batterijen. De spoorwegconstructeur Bombardier heeft het contactloze systeem "Primove" geïntroduceerd, waarbij de stroom via een installatie tussen de sporen door middel van inductie aan het voertuig geleverd wordt.[2]

Zie ook[bewerken]

Noten[bewerken]

  1. Seinenboek (Inspectie Verkeer en Waterstaat), hoofdstuk 8: Seinen voor E-tractie.
  2. Todays Railways, Maart 2009, Bombardier reveals catenary-free tram

Externe links[bewerken]