Svartälvs Järnväg - förslag till elektrifiering med enfas 50 Hz

Svartälvs järnväg (SEJ) var en 38 km lång normalspårsbana som trafikerades mellan 1889 och 1936. SEJ utgjorde en förbindelse mellan Bergslagsbanan och Nora Bergslags Järnväg.

SEJ hade dålig ekonomi i synnerhet i början på 1900-talet. Problemen orsakades främst av bruksdöd i området. Järnvägen befarade även att trafik skulle avledas till den nya normalspåriga förbindelsen Striberg - Bredsjö och genom flottning på Svartälven.  

Elektrifiering sågs som en möjlig väg att förbilliga driften. 1906 skrev järnvägsbolaget till kungen (regeringen) med förslag till nedskrivning av låneskulden till staten så att banan bland annat kunde finansiera en elektrifiering. Bolaget påpekade att eldrift av banan skulle ge viktiga erfarenheter inför den omfattande järnvägselektrifiering som man ansåg snart kunde förväntas i Sverige. Visserligen hade SJ redan inlett försöksdrift med växelström i Stockholmsområdet, men två försöksbanor är bättre än en tyckte SEJ. Dessutom gick Svartälfs järnväg genom skogsmark där "stora snömassor" förekom under längre tid av året än i Stockholmstrakten.

Nu blev det ju ingen elektrifiering, däremot tog staten 1910 över banan eftersom den tidigare ägaren gått i konkurs.

Systemval

Av de bevarade dokument framgår inte om järnvägen uttryckligen begärt att frekvensen 50 Hz skulle användas vid elektrifieringen eller om anbudsgivarna var fria att välja periodtal. Dock var den kraftstation som skulle mata banan redan utrustad för 50 Hz, vilket kanske avgjorde saken. 1904, när första anbuden på elektrifiering togs in, hade man i USA nyss utvecklat ett system för enfas järnvägsdrift med frekvensen 25 Hz. Högre frekvens var inte lämplig eftersom det medförde kraftig gnistbildning på kollektorn ("strömsamlaren" som överför ström till motorns roterande del). Försök med 25 Hz järnvägsdrift inleddes 1903 även vid Spindlersfeld utanför Berlin. Reguljär enfasdrift med låg frekvens började i USA 1905, samma år startade svenska SJ sina försök. 1905 inleddes försök med enfasdrift även i Schweiz och också här användes låg frekvens. Ganska snart kom man fram till att 15 Hz eller däromkring var optimalt. 25 Hz hade fördelen att vara generellt användbar, även för flimmerfri belysning, och den frekvensen var ett tag mycket vanlig i bland annat Sverige. Den enda svenska järnvägen som matades med 25 Hz från ett generellt kraftnät var dock Nordmark - Klarälvens Järnvägar. Från 1920-talet började elproducenterna allmänt gå över till 50 Hz.

Det fanns banor som elektrifierades med högre frekvens än 25 Hz, bland annat Stubaitalbahn i Österrike. Man startade 1904 med 40 Hz (enligt en uppgift 42,5 Hz). 1905 inleddes trafik på ett belgiskt smalspårssystem som matades med 40 Hz. I båda fallen var 40 Hz standardfrekvens på elnäten i området, något som var fallet även på vissa håll i Sverige. Stubaitalbahn hade stora problem med att få sina traktionsmotorer att arbeta effektivt, och detta berodde nog delvis på att frekvensen var så hög. Drifterfarenheterna från den belgiska banan är inte kända; 1920 ställde de om till likström för att anpassa sig till andra smalspårsbanor i området. Stubaitalbahn körde vidare med enfas växelström och från 1920-talet var frekvensen 50 Hz. 1983 gick man över till likströmsdrift i samband med att banan integrerades i Innsbrucks spårvägssystem.

Anbud

1904 fick SEJ in två anbud på elektrifiering inkl ett dragfordon:

Den stora prisskillnaden förklaras delvis av olika dimensioner på kontaktledningen (Magnet tänkte sig något högre spänning och därmed tunnare ledning) och att Magnets anbud förutsatte att en av järnvägens godsvagnar skulle byggas om till elmotorvagn, ASEA tänkte sig ett helt nybyggt ellok.  ASEAs förslag verkar mer genomarbetat än Magnets

Trots det jämförelsevis höga priset påpekade ASEA i sitt anbud att priset var "ytterligt lågt räknat" [anbud den 19 febr 1904]

Inget av anbuden omfattade komplettering av kraftstationen, men i ASEAs anbud ingick en ca 150 meter lång matarledning från kraftverket till järnvägen.  

AB Magnet presenterade 1906 ett nytt anbud som slutade på 105 tusen kronor. Exakt pris skulle dock delvis styras av aktuell London-notering för koppar. Mot tillägg kunde man nu leverera en "återgångsledning" (vilket blev mer vanligt först på 1920-talet och då i kombination med sugtransformatorer). Även luftbroms på loket kunde fås mot tillägg.

Det framgår inte av arkivhandlingarna om även ASEA lämnade något nytt anbud, men man ville i varje fall inte göra detta förrän ytterligare utredning gjorts och det blivit bestämt om banan faktiskt skulle elektrifieras.

Kraftstation

Det var Elfvestorps AB nya kraftstation som skulle mata banan. Denna station hade tre turbiner av Finshyttans tillverkning, vardera på cirka 295 hästkrafter. Till varje turbin fanns en direkt kopplad trefasgenerator dimensionerad för 220 kVA. Generatorerna lämnade 500 V, som via tre transformatorer upptransformerades till cirka 19 500 V. Belastningen var vanligen 280 - 290 kW, men det hade uppmätts 340 kW [Brev från AB Magnet till Rob. Dahlander, K Järnvägsstyrelsen, den 2 jan 1906] 


Planritning bifogad ovan nämnt brev till Dahlander.

ASEA lämnade ett särskilt kostnadsförslag på matningsutrustning för bandriften. Det fanns två alternativ, generator för normalt 160 hkr, tillräckligt för att driva ett lok, eller för 260 hkr som skulle medge samtidigt körning med två ellok. I båda fallen var generatorns spänning 5 kV, effektfaktorn 0,8 och möjlig överbelastning 35 % under en halvtimme.  

Som reserv tänkte man sig i det första alternativet använda ett av trefasaggregaten. Genom minskad magnetisering och omkoppling av transformatorn skulle kunna leverera 5 kV. Om järnvägen valde alternativet med kraftfullare enfasgenerator behövdes dock en särskild transformator. Reservmatningen skulle i båda fallen ske genom att använda två av faserna på trefasgeneratorn. Trefasbelastningen bedömdes väl inte vara så hög att detta störde alltför mycket. Övergång till reservdrift skulle kunna göras "helt enkelt genom omkoppling af en switch" skrev ASEA i sitt huvudanbud och lovade att det inte skulle behöva uppstå några driftstörningar.   

Nedan syns ASEAs förslag till enfasgenerator:



Av AB Magnets anbud framgår inte hur man tänkte sig att kraftverksutrustningen skulle utformas, spänningen i kontaktledningen angavs emellertid till 6 kV, alltså något högre än i ASEAs anbud. Syftet var väl att spara in på kontaktledningsarean.


Kontaktledning

ASEA

 
Ovan syns ASEAs förslag.Kontakttråden skulle vara av koppar och med 7 mm diameter, bärtråden 6 mm galvaniserad ståltråd. Bärtråden skulle förankras med ungefär 500 meters mellanrum. Det framgår inte av anbudet hur man tänkte sig hålla ledningen på konstant höjd över spåret oberoende av temperaturvariationer.  Återgångsströmmen skulle förstås gå genom rälerna, och rälsskarvarna skulle förses med skenförbindningar, både för att reducera "voltfallet" och minska skadlig påverkan på svagströmsledningar.  

Stolparna skulle vara av trä och uppsatta med ca 40 meters mellanrum (tätare i kurvor). Konsolen eller uteliggaren (sic!) kunde tillverkas av trä eller järn. På utliggaren placerades en "högtensionsisolator" på vilken bärlinan var monterad. Däremot tänkte man sig inte någon utliggare för att hålla kontakttråden på plats (detta fanns inledningsvis inte heller på SJ försöksanläggning). Istället för konsol kunde tvärslåar användas - mellan två stolpar på vardera sidan av spåret för man förmoda; kanske var detta tänkt för bangårdar med flera elektrifierade spår. Stolparna avsågs jordförbindas så att strömmen bröts om ledningen ramlade ner, dessutom skulle enligt ASEA ledningen aldrig kunna falla längre ner än ca 2,5 meter över marken. Åskledare skulle finnas med ungefär två km mellanrum.    

Alla spår skulle få kontaktledning, detta för att kunna växla med elloket. Vid stationerna skulle alla spår normalt vara spänningslösa, och strömmen leddes via en förbigångsledning upplagd på kontaktledningsstolparna. När ett tåg behövde ström på stationen kopplades respektive spårs kontaktledning in med en "stationsswitch". Arrangemanget exemplifierades med en ritning över bangården vid Flosjöhyttan. Att kontaktledningen av säkerhetsskäl normalt var spänningslös förekom vid denna tid även på järnvägar i exempelvis Italien. Snart visade det sig dock att "switcharna" i sig innebar en risk för personalen som skulle koppla i och ur sektionerna, och när växelströmselektrifiering kom i gång på allvar i Sverige var det självklart att ledningarna normalt skulle vara under spänning. .

Vid vägkorsningar tänkte man sig ett arrangemang enligt ritningen nedan:

 
Just över korsningen skulle kontaktledningen bestå av en isolerad och spänningslös sektion och tågen rulla över utan strömtillförsel. Kontinuiteten i ledningen skulle säkerställas genom en extra ledning placerad på högre nivå. Vid SJ försökselektrifiering hade i varje fall en plankorsning inledningsvis en normalt spänningslös sektion, men efter ett tag kopplades "dödsektionen" in permanent sedan det visat sig att olycksrisken var obetydlig.


Elektriska AB Magnet

 
 

AB Magnet föreslog att bärlinan skulle fästas vid en ståltråd spänd mellan isolatorer placerade på stolpar på vardera sidan av banan. Ritningen till vänster (delförstoring ovan) som bär AB Magnets emblem visar dock en sidoplacerad stolpe mycket lik den i ASEAs anbud, så kanske modifierade man förslaget? Ursprungligen beräknades dock åtgå 2000 stolpar, vilket om stolpavståndet är ungefär samma som i ASEAs förslag indikerar dubbla stolpar.

Diametern på kontaktledningen av koppar skulle vara 6 mm och på stålbärlinan 5 mm. Det förutsattes att man kunde klara sig utan skenförbindningar. I det nya anbudet 1906 nämns dock att järnvägen måste tänka på att se över och dra åt skarvarna, Magnet kunde även tänka sig att som en option leverera "återgångsledning" som skulle förbindas med rälerna vid var tredje stolpe.    

Någon spänningslös sträcka vid vägkorsningar tänkte sig Magnet inte, däremot skulle fästpunkterna mellan bärlina och kontakttråd vid sådana platser reduceras till två meter för att undvika att kontakttråden om den föll ner skulle kunna hamna farligt nära marken.
Ovan syns hur matarledningen från kraftstationen skulle anslutas till kontaktledningen


Dragkraft

Magnet

AB Magnet föreslog att banan skulle bygga om en av sina godsvagnar till lok (eller snarare motorvagn). Vagnen på ritningen nedan liknar mycket  SEJ vagn CF 12 som finns på ritning i [Sundström 1985 sid 53]. CF 11 hade identiskt utseende. Det är oklart varför vagnarna som ju ser ut att vara rena godsvagnar hade littera CF som borde betyda kombinerad tredjeklass- och resgodsvagn; kanske kunde passagerare tas med i konduktörskupén?


 
Ovan syns AB Magnets förslag till dragfordon.

Att bygga om en tvåaxlig resgodsvagn till lok/motorvagn var en okonventionell lösning (ASEA byggde dock om en tvåaxlig personvagn till motorvagn för SJ försöksdrift) men syftet var förstås att hålla nere kostnaderna. Strömavtagarna verkar vara en sorts smala saxbyglar

Motorn skulle vara på 75 hästkrafter och av samma typ som utprovats i Spindlersfeld. Antagligen tänkte man sig två motorer; det ser i varje fall så ut på ritningen.


ASEA

ASEA föreslog ett specialbyggt "elektromotiv" [en vid denna tid vanlig term, kanske ansåg man att "lokomotiv" förde tankarna till ånglok?]. Elektromotivet på ASEAs ritning var inte helt olikt de likströmslok som levererades till HRRJ ungefär samtidigt:


 
Strömavtagarna tycktes vara släpbyglar av liknande typ som vid denna tid var vanligt på spårvagnar, dock var det två byglar till skillnad från spårvagnar som vanligen hade en enda.  HRRJ-loken hade emellertid dubbla släpbyglar.
 
Delförstoring:
Elektromotivet skulle ha två motorer ā 60 hkr, regleringstransformator, skruvbroms, signalklocka och sandströapparat. Något tryckluftssystem förutsågs uppenbarligen inte, det var väl därför det inte fanns någon vissla. Totalvikt ca 18 ton.


Dahlander kommer in

Robert Dahlander var vid den här tiden anställd vid Statens Järnvägar och ledde försöken med eldrift i Tomteboda-trakten. Senast 1905 blev Dahlander aktiv även i Svartälvs-projektet, och redogjorde den 30 december i ett brev till disponent Nordenfalk i Elfvestorp för sina kontakter med Magnet och med Edström på ASEA. Det framkom att ASEA enligt Edström kunde lämna ett "mycket fördelaktigt" anbud, men först ville man ha klart besked att det faktiskt skulle bli en elektrifiering. Dahlander tänkte därför avvakta Magnets anbud och sedan ordentligt utreda frågan om elektrifiering.   

I början av 1906 fick Dahlander via Magnet besked från Westinghouse om specifikationerna för den elektriska utrustningen för dragfordonet. Det var uppenbarligen tänkt att det mesta skulle levereras av Westinghouse. Dahlander var även i kontakt med SEJ angående vilken tidtabell man tänkt sig, och om det skulle vara möjligt att öka banans största tillåtna hastighet. Diverse korrespondens 1906  

Westinghouse räknade med att ett elektrolok med Westinghousemotorer skulle väga ungefär sju ton inklusive luftbromsutrustning. I en odaterad anteckning från elektrifieringsprojektet nämns en lokvikt på tolv ton.

Nedan syns en tänkt tidtabell:


En bit av Svartälvsbanan blev 1934 försedd med kontaktledning, detta i syfte att studera vad som hände när en elektrifierad järnväg besköts med artilleri.

Andra tidiga svenska planer på elektrifiering med växelström

Redan 1901 hade Stora erbjudit sig att på försök elektrifiera en bit av sträckan Falun - Björbo med 14 kV 16 Hz. Skövde - Axvalls Järnväg hade också elektrifieringsplaner, dock lite oklart om man tänkte sig växelström. 

 

Källor

Handlingar hos Sveriges Järnvägsmuseum. Samtliga ritningsutdrag och återgivna dokument kommer från muséets arkiv.

[Sundström 1985]   Sundström, Erik: "Svartälvsbanan" 1985


Startsidan

Sidan uppdaterad den 30 juli 2024