10. Raitiotien tekniset järjestelmät

10.1 Raitiotien sähköistysjärjestelmä

Tampereen raitiotiellä on käytössä nimellisjännitteeltään 750 V tasasähköjärjestelmä. Raitiovaunulle virta syötetään sähkönsyöttöasemalta ajojohtimen kautta vaunun virroittimeen. Teräspyöriensä kautta vaunu on yhteydessä paluuvirtatienä toimiviin kiskoihin. Kiskojen nimellisjännite on 0 V.

Sähkönsyöttöjärjestelmää voidaan ohjata kaukokäyttöjärjestelmällä. Järjestelmän avulla ratajohdon tilaa voidaan valvoa reaaliaikaisesta ja sen kytkentöjä muuttaa toimilaitteiden avulla. Tampereen raitiotien sähköjärjestelmän kaukokäyttöjärjestelmän käyttöliittymä sijaitsee Hervannan varikolla.

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.

Varikkoalueiden sähköistys- ja maadoitusratkaisut suunnitellaan tapauskohtaisesti.

Tähän ohjeeseen on kerätty vain Tampereen raitiotiejärjestelmän sähkönsyötön ja sähköturvallisuuden periaatteet ja tärkeimpiä mitoitusarvoja.  Raitiotien sähköistysratkaisuja ohjaavat standardit EN50122, EN50163 ja SFS-EN 50119 sekä VDV-ohjekokoelma, joita tarkentavat erilliset Tampereen raitiotien maadoitus- ja sähköturvallisuusohjeet.

10.1.1 Sähkönsyöttöasemat

Syöttöasemalla paikallisesta sähköverkosta saatava 20 kV vaihtovirta muutetaan raitiotien sähkönsyöttöverkon 750 V tasasähköksi. Syöttöasemilla sijoitetaan myös rataverkon suoja- ja valvontalaitteita sekä muita teknisten järjestelmien laitteistoja.

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 yhden aseman vikaantuminen ei aiheuta merkittävää muutosta aikataulun mukaiseen liikennöintiin. Syöttöaseman sijaintipaikan valinnassa ja rakennuksen sijoittamisessa sille varatulle tontille otetaan huomioon myös sähkönsyöttöasemasta aiheutuva melu.  Syöttöasemarakennukset suunnitellaan ympäristöön sopiviksi.

10.1.2 Ajojohdin

Tampereen raitiotiellä käytetään lämpötilakompensoitua ajojohdinratkaisua, jossa ajojohdin kiristetään kiristyslaitteiden avulla. Pääsääntöisesti ajojohdin ripustetaan pylväisiin kiinnitetyistä kääntöorsista. Ajojohdin voidaan kiinnittää myös köysiportaaliin, pylväiden välille ripustettuun teräsköyteen. Kannatusrakennetyyppejä on esitetty kuvassa 10.1.2. Tarvittaessa ratajohtorakenteita voidaan kiinnittää rakennuksiin.

Kuva 10.1.2 a) Eräitä Tampereen raitiotiellä käytettyjä ratajohdon kannatusrakennetyyppejä.

Erityiskohteissa, kuten siltarakenteen alla, voidaan käyttää kiintoajojohdinta. Siirryttäessä kiristetystä ajojohtimesta kiintoajojohtimeen on kiinnitettävä erityistä huomiota siirtymäkohdan jatkuvuuteen ja kiintoajojohtimen pystygeometriaan, jotta virrottimen kontakti ajolankaan säilyy kaikissa tilanteissa. Lisäksi täytyy kiinnittää huomiota siihen, ettei virroittimeen kohdistu iskuja. Kiintoajojohtimen rakenteilla ei saa olla vaikutusta suunniteltuun ajonopeuteen.

Ajojohtimen suunnittelussa on huomioitava pelastus- ja erikoiskuljetusreitit. Viisi metriä korkea kuorma voidaan ajaa ajolangan ali ilman toimenpiteitä, mutta sitä suuremmat kuormat vaativat jännitekatkon. Erikoiskuljetusreiteillä 6 metriä korkeat kuormat voidaan viedä langan ali rakenteita purkamatta nostamalla jännitteetöntä ajolankaa. Erikoiskuljetusreittien tilatarve huomioidaan ratajohtopylväiden ja orsirakenteiden sekä kuljetuksien suunnittelussa. Ajolangan nimelliskorkeus on 5500 mm ja vaihteluväli 4200 – 6000 mm.

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.

Kuva 10.1.2 b) Minimietäisyydet raitiotiejärjestelmän jännitteisiin osiin, ilman kosketussuojausta

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.

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.

10.1.4 Ratajohtopylväät

Kääntöorsilla varustetut ratajohtopylväät sijoitetaan radan reunoille tai raiteiden väliin. Köysiportaalin pylväiden paikat voidaan valita vapaammin. Pylväiden asettelussa tulee ottaa huomioon eri liikennemuotojen tarvitsemat näkemät (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 sähkönsyöttöpylväillä.

Pylväille ja niiden perustuksille tulee varata riittävästi tilaa. Raitiotien suoralla osuudella ripustusvälin maksimi on noin 60 m. 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. Perustuksen pulttien avaaminen ja pylvään vaihto pitää mahdollistaa myös talvella.

10.2. Maadoitus

Raitiotielle suunnitellaan ja rakennetaan oma maadoitusjärjestelmä. Raitiotien maadoitusjärjestelmän tarkoitus on varmistaa, että järjestelmä ei aiheuta vaaraa ihmisille tai ympäristölle sekä ehkäistä järjestelmän aiheuttamia häiriötä.

Maadoituksen suunnittelussa ja rakentamisessa pitää huomioida kaikki raitiotien läheisyydessä olevat sähköjärjestelmät, verkkoyhtiön laajamaadoitusverkko, rautatien sähköjärjestelmä sekä kaikki sähköä johtavat rakenteet.  Maadoitustarpeiden tarkastelu ja maadoituksen suunnittelu täytyy tehdä kohdekohtaisesti perusperiaatteita soveltaen. Erityisesti tulee huomioida teräsbetonirakenteet, kuten sillat ja tukimuurit, sekä portaali- ja pysäkkirakenteet.

10.2.1 VATU-alue

Raitiotien vaaraulottuma on raiteen poikkileikkausalue, jonka sisäpuolella olevat sähköä johtavat rakenteet voivat ratajohdon tai virroittimen vauriotilanteissa muuttua jännitteisiksi. Vaaraulottuman sisään jäävää osaa raitiotien ympäristöstä kutsutaan VATU-alueeksi. Yksiraiteisen rataosan VATU alue on esitetty kuvassa 10.2.1 a) ja kaksiraiteisen rataosan VATU-alue on esitetty kuvassa 10.2.1 b).

Vaaran poistamiseksi ja vaurion havaitsemiseksi VATU-alueen sisäpuolella olevat sähköä johtavat rakenteet suojamaadoitetaan VLD–F laitteen kautta tai rakenne eristetään niin, ettei rakenne voi muuttua jännitteiseksi ratajohdon tai virroittimen rikkoontuessa. Kuitenkaan pieniä sähköä johtavia rakenteita ei tarvitse suojamaadoittaa tai eristää, jos kaikki seuraavat ehdot täyttyvät:

  • Kappaleen koko
    • Rakenteen kokonaispituus < 15 m
    • Pituus radansuuntaisesti < 15 m
    • Pituus radan poikkisuuntaisesti < 2 m
  • Henkilö pystyy näkemään koko rakenteen matkan ja havaitsemaan, jos siihen on takertunut katkennut johdin
  • Rakenne on erotettu muista johtavista rakenteista
  • Rakenteessa ei ole kaksoiseristämättömiä sähköjärjestelmiä tai johtavia putkistoja
  • Rakenne ei sijaitse maadoitusohjeen mukaisella laiturialueella

Pienillä kappaleilla tarkoitetaan ensisijaisesti aitoja, liikennemerkkejä, yksittäisiä pylväitä tai näihin rinnastettavia rakenteita.

Suojamaadoitetun aitarakenteen kaikkien osien sähköinen yhtenäisyys pitää varmistaa. Pulttiliitoksien, saranoiden ja vastaavien rakenteiden sähköinen yhteys pitää varmistaa ylikytkennällä, tähtiprikalla tai vastaavalla tavalla.

Jos aidan käsijohde sijaitsee raitiotien vaaraulottuman sisäpuolella ja aita vaatii suojamaadoituksen, ei käsijohdetta saa pinnoittaa tai maalata. Käsijohde pitää olla sinkitettyä tai ruostumatonta terästä ja käsijohde pitää suojamaadoittaa joko suoraan tai esimerkiksi tukimuurin suojamaadoituksen kautta. Jos aitarakenteen käsijohde sijaitsee raitiotien VATU-alueen ulkopuolella, riittää, että käsijohteen potentiaalin tasaus muuhun aitarakenteeseen varmistetaan.

Vaaraulottuman rajan ylittävät aidat tai kaiteet pitää sähköisesti katkaista vaaraulottuman rajalla. Aita tai kaide pitää sähköisesti katkaista jollakin seuraavista tavoista:

  • Yhdellä yli 2,5 m pitkällä ilmavälillä  
  • Kahdella vähintään 50 mm ilmavälillä, jotka on sijoitettu yli 2,5 m etäisyydelle toisistaan tai kahdella eristepalalla, jotka on sijoitettu yli 2,5 m etäisyydelle toisistaan.

Raitiotien yläpuolelle asennettavat vaijerit pitää toteuttaa ensisijaisesti sähköä johtamattomalla materiaalilla. Jos tämä ei ole mahdollista, pitää rakenne toteuttaa kokonaisuudessaan kaksoiseristettynä rakenteena.

Katuvalaistus- ja liikennevalorakenteiden sijoittamista vaaraulottumaan pitää välttää. Katuvalaistus- ja liikennevalorakenteet, jotka ovat kokonaan tai osittain vaaraulottuman sisäpuolelle suunnitellaan ja rakennetaan kaksoiseristettynä rakenteena. Olemassa olevat rakenteet muutetaan kaksoiseristetyiksi. Katuvalaistuksen PEN-johtimen potentiaalin tasaukset pitää lähtökohtaisesti sijoittaa pylväisiin, jotka eivät sijaitse vaaraulottumassa. Jos potentiaalintasaus pitää toteuttaa vaaraulottumassa sijaitsevassa pylväässä, pitää se toteuttaa erillisen suunnitelman mukaan. Jos katu- tai liikennevalojärjestelmän keskus joudutaan sijoittamaan VATU-alueelle, pitää kyseisen keskuksen vaikutusalueeseen kuuluvien rakenteiden sähköturvallisuus tarkastella aina erikseen.

Katu- ja liikennevalojärjestelmien potentiaalintasausjohtimet pitää ensisijaisesti sijoittaa raitiotien VATU-alueen ulkopuolelle. VATU-alueen sisäpuolelle sijoitettavien potentiaalintasausjohtimien suunnittelussa ja rakentamisessa pitää varmistaa, ettei ratajohdon vaarajännite kulkeudu ulkopuolisiin sähköjärjestelmiin.

Pääsääntöisesti raitiotien vaaraulottuman sisäpuolelle ei saa sijoittaa raitiotiejärjestelmään kuulumattomia laitekaappeja tai laitekaappeja, joiden sähkönsyöttö tuodaan raitiotiealueen ulkopuolelta. Jos laitekaappi joudutaan sijoittamaan kokonaan tai osittain raitiotien vaaraulottuman sisäpuolelle, pitää ratajohdon vaara poistaa laitekaapin eristämisellä tai muulla vastaavalla rakenteella. Jos laitekaappia ei voida suojata, pitää laitekaappi toteuttaa kaksoiseristettynä rakenteena ja suojamaadoittaa laitekaapin runko VLD–F-laitteen kautta paluuvirtapiiriin.

Yksittäisiä vaaraulottuman sisäpuolella osittain tai kokonaan olevia pylväitä, jotka täyttävät pienen johtavan rakenteen määritelmän ei tarvitse suojamaadoittaa. Kuitenkin, jos pylväässä on maadoitettuja tai kaksoiseristämättömiä sähkölaitteita, pitää ne suojamaadoittaa ja selvittää, että mahdollinen vaarajännite ei aiheuta laite- tai henkilövahinkoja.

Kaikki raitiotien sähköjärjestelmään kuulumattomat sähköverkot ja niiden maadoitukset tulisi sijoittaa raitiotien vaaraulottuman ulkopuolelle.  Raitiotien sähköjärjestelmän ulkopuoliset järjestelmät, jotka täytyy sijoittaa raitiotien vaaraulottuman sisäpuolelle, toteutetaan lähtökohtaisesti kaksoiseristettynä rakenteena. Jos kaksoiseristäminen ei ole mahdollista, pitää järjestelmä suunnitella ja rakentaa SFS – EN 50122 standardin periaatteiden mukaan. Ensisijaisena suojaustapana käytetään erotusmuuntajaa.

10.3 Teknisten järjestelmien laitteiden sijoitus

Ratajohtopylväiden yhteiskäyttöä pyritään suosimaan siellä, missä se vähentää pylväiden kokonaismäärää katutilassa. Pylväiden sijoittelussa on huomioitava ATU:n lisäksi pylväiden aiheuttama haitta muun liikenteen näkymään sekä risteysalueiden läheisyydessä pylväiden aiheuttama puristumisvaara. Pylväiden paikat pyritään valitsemaan siten, että ne eivät aiheuta haittaa talvikunnossapidolle. Pylväiden ja perustusten kiertokulma tulee esittää suunnitelmissa yksiselitteisesti ja kiertokulma tulee sovittaa yhteen kadun linjojen, valaistuksen ja ratajohdon kuormituksen mukaisesti. Sähköratapylväiden perustusten pinta pyritään sijoittamaan 100 mm ympäröivän pinnan yläpuolelle. Sähkönsyöttöpylväät pyritään sijoittamaan mahdollisimman lähelle syöttöasemaa ja muiden kuin ratajohtoon liittyvien laitteiden sijoittamista samoihin pylväisiin tulee välttää.

Raitiotieliikenteen kannalta kriittiset sähkökaapit, kuten liikennevalojen ohjauskaapit ja vaihteenlämmityskeskukset sijoitetaan yli 1 m päähän aurattavasta väylästä. Jos katutilassa ei ole tilaa 1 m suojaetäisyydelle, niin kaapit suojataan metallisilla pollareilla. Pollarit sijoitetaan sähkökaapin kapeasta päädystä 0,5 m päähän ja pollareissa käytetään heijastinta. Muille sähkökaapeille riittää 0,5 m suojaetäisyys kunnossapidettävästä väylästä. Kaappien ovien tulee aueta niin, että niistä ei ole haittaa liikenteelle.