Ajojohdin

laite, jolla välitetään sähköä junille, raitiovaunuille tai johdinautoille

Ajojohdin välittää sähköenergian raitiovaunuille, johdinautoille ja junille. Sitä kutsutaan myös:

  • ratajohdoksi, joka viittaa koko rakennelmaan kannatusrakenteineen kaikkineen
  • ajolangaksi, joka tarkoittaa virallisesti ainoastaan sitä johdinta, josta virroitin ottaa virtansa, mutta sitä voidaan puhekielessä käyttää laajemminkin.[1]

Artikkelissa käytetään käsitettä ajojohdin, joka tarkoittaa Suomen rautateillä kannattimen ja ajolangan muodostamaa kokonaisuutta.[1]

Ratajohdossa (tai johdinautojen ajojohtimissa) on yksi tai kaksi ajolankaa, jotka sijaitsevat raiteen yläpuolella ja ovat suurjännitteisiä. Jännite saadaan syöttömuuntajista, joita on säännöllisin välein. Syöttömuuntaja-asemilla käytetään tavallisesti suurjännitteistä sähkönjakelua.

KuviaMuokkaa

YleiskatsausMuokkaa

Sähköjunat ottavat virran ajojohtimesta käyttäen virroitinta, esimerkiksi saksi-, lyyra- tai tankovirroitinta. Se painuu vasten alinta ajojohdinta eli ajolankaa. Virroittimet johtavat sähköä, ja virta pääsee kulkemaan junan tai raitiovaunun kautta takaisin syöttöasemalle teräspyörien ja -kiskojen kautta. Muut kuin sähköveturit, kuten dieselveturit, voivat kulkea tällaisilla raiteilla koskematta ajojohtimeen, tosin ajolangan turvavälissä voi olla ongelmia. Junien vaihtoehtoisia virroitustapoja ovat tavallinen virtakisko, maahan upotettu virtakisko, akut ja sähkömagneettinen induktio.

RakenneMuokkaa

 
Radan kunnossapidon sähkömiehiä korjaamassa ratajohtoa Puolassa.
 
Ajojohdinten risteys Torontossa: kaksi saksivirroittimia varten käytettävää palkkia, joiden välistä tankovirroittimet kulkevat.

Jotta suurnopeusjunien hyvä virroitus olisi mahdollista, ajolangan on tärkeä olla tietyissä geometrisissä rajoissa. Tämä tehdään yleensä tukemalla ajolankaa toisella langalla, jota kutsutaan kannatinlangaksi eli kannattimeksi. Kannatin on ripustettu luonnollisesti kahden pisteen välille, ja se on kiinnitetty ajolankaan säännöllisin välein olevilla pystysuorilla langoilla, joita kutsutaan ripustimiksi. Kannatinta tuetaan erilaisilla rakenteilla kuten taljoilla, siteillä tai puristimilla. Tällöin koko järjestelmä altistuu mekaaniselle jännitykselle.

Kun ajolanka muodostaa kytkennän saksivirroittimen kanssa, virroittimen yläosassa olevat hiilet kuluvat. Suoralla radalla ajolanka kulkee siksak-muodossa vasemmalle ja oikealle virroittimen keskikohtaan nähden, jotta virroitin kuluu tasaisesti eikä lovia pääse muodostumaan virroittimeen. Kaarteissa ripustinten väliset ajolangan osat ovat suoria eivätkä radan tavoin kaarevia, jolloin muodostuu samanlainen siksak-liike kuin suorallakin. Ajolangan liikettä saksivirroittimen hiilissä kutsutaan lakaisemiseksi.

Ajojohtimen siksak-rakennetta ei tarvita tankovirroittimia käytettäessä.

Varikkoalueilla on usein ainoastaan yksi johdin (ajolanka ilman kannatinta). Kun ensimmäiset ratajohtojärjestelmät rakennettiin, hyvä virroitus onnistui ainoastaan pienissä nopeuksissa pelkkää ajolankaa käyttäen. Suurempia nopeuksia varten kehitettiin kaksi erilaista ajojohdinjärjestelmää:

  • Ensimmäisessä järjestelmässä jokaisessa tukirakenteessa on ylimääräinen johdin, joka päättyy kannattimen molemmille puolille.
  • Yhdistetyssä järjestelmässä käytetään toista tukevaa lankaa kannattimen ja ajolangan välissä. Kyseinen lanka on kiinnitetty kannattimeen ripustimilla, ja ajolanka on puolestaan kiinnitetty tähän lankaan toisilla ripustimilla. Välilanka voi olla paremmin sähköä johtavaa, mutta huonommin kulumista kestävää metallia, mikä parantaa virransyötön hyötysuhdetta.

Vanhanmalliset ripustimet ainoastaan tukivat ajolankaa mekaanisesti eivätkä muodostaneet sähkökytkentää ajolangan kanssa. Nykyaikaiset ripustimet johtavat sähköä, jolloin ei tarvita erillisiä johtimia.

Nykyisin käytettävä sähköistysjärjestelmä on peräisin noin sadan vuoden takaa. Pirelli Construction Company ehdotti 1970-luvulla yksinkertaisempaa järjestelmää, jossa oli yksittäinen johdin, joka oli upotettu koko pituudeltaan 2,5 metrin välein alumiiniorteen ajolangan kosketuspinnan ollessa paljaana. Taipuisaa ajolankaa esijännitettiin hieman ennen orteen kiinnittämistä, jolloin voitiin ajaa 400 km/h käyttäen paineilmatoimista servosaksivirroitinta 3 G:n kiihtyvyydellä.  

Raitioteillä käytetään yleensä pelkkää ajolankaa kannattimetta.

Kahden ajojohtimen käyttöMuokkaa

 
Rinnakkaisten ajojohdinten ajolankavaihde
 
Johdinautojen ajolankavaihde

Virtapiirissä on oltava vähintään kaksi johdetta. Raitio- ja rautateillä käytetään ajojohdinta virtapiirin toisena napana ja teräsraiteita toisena. Johdinautot kulkevat kumipyörillä tietä pitkin eivätkä raiteilla, joten paluuvirtaa ei voi johtaa kiskoihin. Johdinautolinjoilla käytetään toista ajolangan vieressä olevaa johdinta paluujohtimena ja kahta tankovirroitinta: yhtä kummallekin johtimelle. Saksivirroittimet ovat yleensä yhteen sopimattomia kahden johtimen järjestelmien kanssa. Virtapiireissä käytetään molempia johtimia. Myös rautateillä käytetään joskus harvoin kahta vierekkäistä ajojohdinta kolmivaiheisen vaihtovirtasähköistysjärjestelmän kanssa.

Ajojohdinten tyypitMuokkaa

Neuvostoliitossa käytettiin seuraavan tyyppisiä johtimia.[2] Ajolanka oli kylmävedettyä kuparijohdinta, jolla saavutettiin hyvä sähkönjohtavuus. Johdin ei ole pyöreä, mutta sen sivuissa on uurteet, jotta ripustimet voivat tarttua siihen. Ajolangan pinta-alat olivat vaihdealueilla 85, 100 tai 150 mm2. Johtimen vahventamiseksi voidaan lisätä 0,04% tinaa. Ajojohtimen on kestettävä valokaarten muodostama lämpö, joten niissä ei tulisi koskaan käyttää lämpöliitoksia.

Kannattimen tulee olla sekä vahva että sähkönjohtavuudeltaan hyvä. Niissä käytettiin monisäikeisiä johtimia, joissa oli 19 säiettä johdinta kohden. Säikeet oli tehty kuparista, alumiinista ja/tai teräksestä. Kaikki säikeet voivat olla samaa metallia tai osa säikeistä terästä vahvuuden parantamiseksi ja loput alumiinia tai kuparia sähkönjohtavuuden parantamiseksi.[3] Toisessa tyypissä käytettiin kuparijohtimia, mutta niiden sisällä oli teräsytimet johdinten vahventamiseksi. Teräsytimet oli galvanoitu, mutta jotta niiden korroosionkesto olisi parempi, ne saatettiin pinnoittaa korroosiolta suojaavalla aineella.

KiristysMuokkaa

 
Ratajohdon kiristyspyörästö Saksassa

Ajojohtimet pidetään mekaanisessa jännityksessä, koska saksivirroitin aiheuttaa ajojohtimeen mekaanista värähtelyä ja aallon tulee kulkea junaa nopeammin, jotta ei synny seisovia aaltoja, jotka voisivat hajottaa johtimen. Ajojohdinten esijännittäminen saa aallot kulkemaan nopeammin.

Keskinopeiden junien ja nuolijunien käyttämät ajojohtimet jännitetään yleensä painojen avulla tai toisinaan hydraulisilla jännittimillä. Molempia menetelmiä kutsutaan vakiokiristämiseksi eli -kiristykseksi, ja menetelmillä taataan näennäisesti, että jännityksen suuruus ei riipu lämpötilasta. Kiristyksessä käytetään yleensä 9-20 kN:n voimaa johdinta kohden. Käytettäessä kiristyspainoja, painot liikkuvat ylös ja alas pylvääseen kiinnitetyssä tangossa tai putkessa, mikä vähentää niiden huojumista.

Käytettäessä alhaisia nopeuksia sekä tunneleissa, joiden lämpötila on vakio, voidaan käyttää kiinteitä kiinnityksiä, jolloin ajojohtimet on kiristetty ja kiinnitetty suoraan ratajohdon rakenteisiin. Jännityksen suuruus on yleensä noin 10 kN. Tällainen laitteisto taipuu kuumina päivinä ja kiristyy kylminä päivinä.

Vakiokiristystä käytettäessä painojen aseman muutos lämpötilan mukaan rajoittaa ajojohdinten yhtenäisen osan pituutta, koska ajojohtimet laajenevat ja supistuvat. Painojen siirtymä on verrannollinen kiristettävän ajojohtimen pituuteen eli ankkurointien väliseen etäisyyteen. Kiristettävän johtimen pituudella on yläraja; esimerkiksi Yhdistyneen Kuningaskunnan 25 kV OHL-järjestelmän yläraja on 1970 m.[4]

Vakiokiristystä käytettäessä toisena ongelmana on se, että jos kiristyspainot on kiinnitetty ajojohtimen molempiin päihin, kiristetty johdin pääsee liikkumaan raiteen yllä koko pituudeltaan. Tämän välttämiseksi ajojohdin kiinnitetään myös kiristettävän osan keskeltä keskiankkuroinnilla, mikä rajoittaa kannattimen liikettä. Ajolanka ja ripustimet liikkuvat vain silloin, kun keskiankkurointi ei rajoita niiden liikettä.  Matalissa silloissa on joskus kiinteä keskiankkurointi, mutta muuten ankkuroinnissa käytetään pystysuoria ratajohtopylväitä tai portaaleja sekä kääntöorsia. Kiristysväli tarkoittaa keskiankkuroinnin ja pääteankkurointien välisiä ajojohdinosuuksia, joiden molemmat puolikkaat pitenevät ja lyhenevät lämpötilan mukaan.

Useimpiin järjestelmiin kuuluu laite, joka pysäyttää ajojohdinten putoamisen, jos johdin katkeaa tai jännitys menetetään. Saksalaisissa ratajohdoissa on yleensä yksittäinen iso kiristysväkipyörä, jossa hyödynnetään räikkämekanismia. Väkipyörän reuna on hammastettu, ja siihen on upotettu varsi, joka on saranoitu pylvääseen. Tavallisesti painojen alaspäin kohdistuva voima ja kiristetyn ajojohtimen ylöspäin kohdistuva vastavoima vetävät siten, että hampaat ovat kaukana pysäytyskohdasta. Pyörä pääsee pyörimään vapaasti, kun painot laskevat ja nousevat lämpölaajenevan ajojohtimen mukana. Jos jännitys katoaa, väkipyörä putoaa pylvästä vasten ja joku hampaista painuu räikän kieltä vasten. Tällöin liike pysähtyy, vahingot vähenevät ja ajojohtimen vahingoittumattomat osat pysyvät ehyenä korjaukseen asti. Muissa järjestelmissä käytetään erilaisia jarrukoneistoja, joissa on yleensä useasta pienemmästä pyörästä koostuva kiristyspyörästö taljan muodossa.

ErotusjaksotMuokkaa

Ajojohtimet jaetaan erotusjaksoihin, jotta sähkökatkoksen vaikutusaluetta saadaan rajattua ja huolto mahdollistettua.

ErotusjaksoMuokkaa

 
Erotin Amtrakin 12 kV:n ajojohtimen erotusjaksossa

Jotta ratajohtoa voidaan huoltaa ilman, että koko järjestelmästä pitää katkaista jännite, ajojohdin jaetaan sähköisesti osuuksiin, joita kutsutaan erotusjaksoiksi. Erotusjaksot vastaavat usein kiristysosuuksien pituuksia. Siirtymää erotusjaksolta toiselle kutsutaan erotusjaksoalueeksi, ja se on toteutettu siten, että kulkuneuvon virroitin on jatkuvasti kytkeytyneenä ajolankaan.

Erotusjaksoalue on toteutettu lyyra- ja saksivirroittimia varten siten, että siinä on kaksi rinnakkaista ajolankaa kahden tai neljä ripustimen matkalla. Uusi ajolanka laskee alas ja vanha nousee ylös, jolloin virroitin pääsee pehmeästi siirtymään käyttämään toista ajolankaa. Ajolangat eivät koske toisiinsa (vaikka lyyra- tai saksivirroitin koskee lyhyesti molempiin lankoihin). Tavallisesti erotusjaksot on sähköisesti yhdistetty, mutta järjestelmästä riippuen voidaan käyttää myös jaksoerotinta, kiinteää kytkentää tai tehostinmuuntajaa. Jaksoerotin mahdollistaa erotusjakson virransyötön keskeyttämisen huoltoa varten.

Tankovirroittimille suunniteltujen ajojohdinten erotusjaksoissa on erotusjaksoalue johdinten välillä, ja siihen tarvitaan jaksoerotin. Raitiovaunun tai johdinauton kuljettajan täytyy katkaista virta tankovirroittimen kulkiessa erotusjaksoalueen läpi, jotta valokaari ei vahingoittaisi erotinta.

Saksivirroitinta käyttävien vetureiden ei tule ajaa erotusjaksoalueen läpi silloin, kun toinen puoli on jännitteettömänä. Veturi olisi voinut jäädä jumiin, mutta kun se kulkee erotusjaksoalueen läpi, virroitin oikosulkee hetkeksi kaksi ajojohdinta. Jos vastakkainen ajojohdin on jännitteetön, hetkellinen jännite voisi rikkoa pääkatkaisijan. Jos ajojohdinta huolletaan, yhtäkkinen ajojohtimen tuleminen jännitteelliseksi voisi aiheuttaa loukkaantumisen. Vaikka ajojohdin olisi maadoitettu oikein, virroittimen yli kulkeva valokaari voi vahingoittaa virroitinta, ajojohtimen eristintä tai molempia.

ErotuskenttäMuokkaa

 
Erotuskentän kilpi, jota käytetään Yhdistyneen Kuningaskunnan rautateillä. Ajojohdinten risteyksissä tarvittaisiin kuusi tällaista kilpeä.

Joskus suurilla rautateillä, raitioteillä tai johdinautojärjestelmissä voi olla tarpeen pitää eri alueet eri sähköverkoissa, joiden vaiheita ei ole tahdistettu keskenään. Pitkä ratajohto voi olla yhdistetty valtakunnalliseen sähköverkkoon eri kohdista, joilla on eri vaiheet. Joskus eri osuuksilla käytetään myös eri jännitteitä tai taajuuksia. Sähköverkot voidaan tahdistaa perustaajuuteen, mutta tahdistus voi keskeytyä. Tämä ei ole ongelma tasavirtajärjestelmille. Vaihtovirtajärjestelmillä on erityinen turvallisuusvaikutus siinä mielessä, että muuten rautatien sähköjärjestelmä toimisi ”takaporttina” sähköverkon eri osien välillä, mikä johtaisi muun muassa siihen, että huoltotöiden vuoksi jännitteettömäksi tehty osuus voisi tulla uudelleen jännitteelliseksi, mistä aiheutuisi vaaraa.

Näistä syistä ratajohdon osuuksien välillä on erotuskenttiä, jolloin osuudet voivat olla kytkettynä eri kohtiin valtakunnallista sähköverkkoa, eri vaiheissa tai tahdistamattomissa verkoissa. Eri sähköverkkojen yhdistäminen on todella epätoivottua. Yksinkertainen erotusjakso ei riitä tämän estämiseen, sillä virroitin koskee hetkellisesti kahta osuutta samanaikaisesti.

Tietyissä maissa kuten Ranskassa, Etelä-Afrikassa ja Yhdistyneessä Kuningaskunnassa käytetään kahta kestomagneettia erotuskentän raiteiden molemmilla puolilla, ja ne ohjaavat junan teliin upotettua muunninta, joka saa pääkatkaisijan avautumaan ja sulkeutumaan silloin, kun veturi tai muu virroittimellinen kulkuneuvo kulkee erotuskentän läpi.[5] Yhdistyneessä Kuningaskunnassa käytetään maan kulunvalvontajärjestelmän tapaista laitteistoa, mutta kestomagneetit on sijoitettu raiteiden ulkopuolelle, (kun taas kulunvalvontajärjestelmässä ne ovat raiteiden keskellä). Radanvarren kilvillä voidaan varoittaa kuljettajaa erotuskentästä, jolloin kuljettaja katkaisee moottoreiden virransyötön ja rullaa erotuskentän yli.

Erotuskenttä koostuu kahdesta vastakkain olevasta erottimesta ja niiden välissä olevasta lyhyestä jaksosta, joka ei kuulu kumpaankaan sähköverkkoon. Joissakin järjestelmissä turvallisuutta lisätään maadoittamalla erotuskentän keskikohta. Keskellä oleva maadoitettu osa takaa sen, että mikäli muunninohjattu laite menee epäkuntoon eikä kuljettajakaan katkaise virtaa, virroittimen aikaansaaman valokaaren erotuskenttään johtama sähkövirta johtuu maahan. Tämä siirtää pääkatkaisijan ala-asemaan sen sijaan, että valokaari silloittaisi erottimet siten, että virta pääsisi huollon vuoksi jännitteettömäksi tehtyyn jaksoon, eri vaiheessa olevaan jaksoon, tai että sähkövirralle syntyisi kytkentä valtakunnallisen sähköverkon eri osien välille.

 
25kV:n vaihtovirta-ajojohtimen erotuskenttä Romaniassa

Pennsylvanian rautatiellä käytettiin erotuskentän vaiheen ilmaisevia valomerkkejä. Ne ilmaisivat kaikki kahdeksan eri vaihetta linsseillä ilman keskellä olevaa valoa. Jos erotuskenttä oli aktiivisena ja (ajojohtimen osuudet eri vaiheissa), kaikki valot paloivat. Pennsylvanian rautatieyhtiö keksi alun perin käyttää valomerkkejä tilan ilmaisemiseen, ja myös Amtrak jatkoi sen käyttöä, ja Metro North otti sen käyttöönsä. Kääntöorsiin ripustettiin metallikilpiä, joihin porattiin reikiä siten, että muodostui kuvio, jossa luki ”PB”.

Jännitteetön jaksoMuokkaa

Yhdysvalloissa kehitettiin erikoismallinen erotuskenttä, jota käytettiin etenkin Pennsylvanian rautatiellä. Sen virransyöttö oli keskitetty, ja se oli ainoastaan jaettu osuuksiin epätavallisten olosuhteiden varalta, joten tavallisia erotuskenttiä ei käytetty. Niitä erotuskenttiä, jotka olivat aina käytössä, kutsuttiin ”kuolleiksi jaksoiksi” eli jännitteettömiksi jaksoiksi. Niitä käytettiin usein sähköistysjärjestelmien erottamiseen (esimerkiksi Hell’s Gaten sillalla Amtrakin ja Metro Nothin sähköistysjärjestelmien välillä), kun sähköistysjärjestelmät olivat eri vaiheissa. Koska jännitteettömät jaksot olivat aina jännitteettömiä, niissä ei käytetty erityisiä varoitusmerkkejä kuljettajien varoittamiseen, vaan kääntöorsissa oli metallikilvet, joihin oli porattu reikiä sitten, että muodostui lyhenne ”DS”.

RaotMuokkaa

 
Kääntösilta Meppelin lähellä Alankomaissa. Sillalla ei ole ratajohtoa, vaan juna rullaa sillan yli virroitin ylhäällä.

Ajojohtimissa voi olla rakoja silloin, kun vaihdetaan jännitteestä toiseen tai mahdollistetaan laivojen alittaa liikkuva silta halvempana vaihtoehtona liikutettaville ratajohdoille. Tällöin sähköjuna rullaa raon ali. Valokaarten välttämiseksi virta tulee katkaista ennen rakoa. Yleensä myös virroitin tulee laskea alas.

KiintoajojohtimetMuokkaa

 
B&O:n kiintoajojohdin Guilford Avenuella, Baltimoressa vuonna 1901 osana Baltimore Beltin rataa. Radan monet tunnelit määrittivät kiintoajojohdinten paikan: ∩:n muotoiset kiintoajojohtimet sijaitsivat katon korkeimmassa kohdassa, jolloin turvaväli oli mahdollisimman iso.

Jotta varoetäisyyksiä saadaan pienennettyä mm. tunneleissa, ajojohdin voidaan korvata kiintoajojohtimella. Yksi vanhimmista kiintoajojohtimista oli Baltimore Belt Linen tunnelissa, jossa käytettiin puupalkkia, johon oli upotettu kolme suikaletta rautaa, jossa oli uurteen sisällä liikkuva messinkiliitin.[6] Kun Simplonin tunnelin ajojohdinta korotettiin, jotta korkeammalla kalustolla liikennöinti mahdollistui, ja myös silloin käytettiin kiintoajojohdinta. Kiintoajojohdinta voidaan käyttää myös paikoissa, joissa ajojohtimen kiristäminen on epäkäytännöllistä, esimerkiksi liikkuvilla silloilla. Suomessa kiintoajojohdinta käytetään Kehäradan tunneleissa.[7]

Kiintoajojohdinten kunnossapitoa Shaw’s Coven ratasillalla Connecticutissa.

Kiintoajojohdinta käyttävillä liikkuvilla silloilla on tarpeen siirtyä ajolangasta ja kannattimesta kiintoajojohtimeen viimeisen siltaa edeltävän ratajohtopylvään kohdalla. Virransyöttö voidaan toteuttaa esimerkiksi perinteisen ajojohtimen läpi lähellä kääntösiltaa. Ajojohdin koostuu yleensä kannattimesta ja ajolangasta, johon virroitin koskee. Kannatin loppuu kyseiseen ratajohtopylvääseen, mutta ajolanka kiertää kiintoajojohtimen kautta pylvääseen. Siirtymäjakson kiintoajojohtimen ja kääntösillan ylittävän kiintoajojohtimen välissä on rako. Se on tarpeen, jotta kääntösilta voidaan avata ja sulkea. Jotta kiintoajojohtimet saadaan kytkettyä sillan ollessa suljettu, järjestelmään kuuluu pätkä moottorilla varustettua kiintoajojohdinta. Kun silta on kokonaan kiinni, moottori kääntää sen kaltevasta asennosta vaakasuoraan asentoon, jolloin se yhdistää siirtymäosuuden kiintoajojohtimen sillan johtimeen, mikä mahdollistaa virransyötön.[8]

Raitiovaunupysäkeille on asennettu kiintoajojohtimia Combino Supra -raitiovaunuja varten. [9]

Ajojohdinten risteyksetMuokkaa

 
Raitiotien ajolanka (lävistäjä) risteää johdinautojen ajolankojen (vaakasuorassa) kanssa. Kuva on otettu Bahnhofplatzilla, Bernissä, Sveitsissä
 
Vasemmalla olevan kuvan huomautettu versio, joka korostaa komponentteja
  raitiotien ajolanka
  johdinautojen ajolangat
  eristimet

Raitiovaunut ottavat virtansa yksittäisestä ajolangasta, jonka jännite on 500-750 V. Johdinautojen virroitukseen tarvitaan kaksi ajolankaa, jotka ovat jännitteeltään raitioteiden ajolankojen suuruisia, ja ainakin toinen johdinautojen ajolangoista on eristettävä raitiotien ajolangoista. Tämä toteutetaan yleensä siten, että johdinautojen ajojohtimet kulkevat suoraan risteysalueen läpi ja raitiotien johtimet ovat muutaman senttimetrin alempana. Raitotien johdinten suunta muuttuu noin puolta metriä ennen ajolankojen risteystä. Johdinautojen johdinten väliin on ripustettu palkki, joka on kytketty raitiotien ajolankaan. Raitiovaunun saksivirroitin silloittaa johdinten välisen raon, joten raitiovaunun virranotto ei keskeydy.

Kun raitiotien ajolanka risteää johdinautojohdinten kanssa, jälkimmäiset suojataan eristävällä aineella, joka on 20-30 mm alempana.

Vuoteen 1946 asti Tukholman tasoristeyksissä yhdistyivät Tukholman päärautatieasemalta etelään lähtevä rautatie ja raitiotie. Raitiovaunun käyttöjännite oli 600-700 V, ja rautatiellä käytettiin 15 kV:n vaihtovirtaa. Sveitsiläisessä Oberentfeldenin kylässä 750 Voltin jännitteellä liikennöivä WSB-raitiotie risteää SBB-linjan 15 kV:n vaihtovirtaratajohdon kanssa. WSB:n ja SBB:n välillä käytettiin samanlaisia ajojohdinten risteyksiä kuin Suhrissa, mutta se korvattiin alikululla vuonna 2010. Saksassa on yhä olemassa joitakin raitiotien tai pikaraitiotien ja rautatien ajojohdinristeyksiä. Zürichissä, Sveitsissä, Zürichin liikennelaitoksen johdinautolinjalla 32 on tasoristeys 1200 V:n tasavirtaa käyttävän Uetlibergin rautatien kanssa, ja johdinautojen ajojohtimet risteävät raitiovaunujen ajolankojen kanssa monissa paikoissa. Joissakin kaupungeissa johdinautoilla ja raitiovaunuilla on yhteinen +-ajojohdin. Tällöin johdinautojen ajojohtimet voidaan toteuttaa tavalliseen tapaan.

Ajojohdinten risteyksissä voidaan vaihtoehtoisesti käyttää erotusjaksoja siten, että risteykset ovat jännitteettömiä.

AustraliaMuokkaa

Monissa kaupungeissa käytettiin ennen tankovirroittimia sekä raitiovaunuissa että johdinautoissa. Niissä käytettiin eristettyjä risteyksiä, ja raitiovaununkuljettajien täytyi katkaista ajovirta ja rullata läpi. Johdinautonkuljettajien tuli joko nostaa jalka kaasupolkimelta tai siirtyä käyttämään apuvirtaa.

Melbournessa raitiovaununkuljettajat käänsivät ajokytkimen perusasentoon ja rullasivat eristetyn risteyksen yli. Risteykset oli merkitty eristemerkinnöillä raiteiden väliin.

Melbournessa on kolme tasoristeystä sähköistettyjen kaupunkiratojen ja raitiolinjojen välillä. Niissä oli mekaaniset vaihtokytkimet, jotka vaihtoivat jännitettä rautatien 1500 Voltin tasavirran ja raitiotien 650 Voltin tasavirran välillä, ja sitä kutsuttiin nimellä ”Tram Square”.[10] On ehdotettu myös risteyskohtien porrastamista ja raitiolinjojen siirtoa muualle.

KreikkaMuokkaa

Ateenassa on kaksi risteystä raitiovaunujen ja johdinautojen ajojohdinten välillä Vas. Amalias Avenuella, Vas. Olgas Avenuella, Ardittou Streetillä ja Athanasiou Diakou Streetillä.  Niissäkin käytettiin yllä mainittua ratkaisua.

ItaliaMuokkaa

Roomassa viale Regina Margheritan ja via Nomentanan risteyksessä raitiotien ja johdinautolinjojen ajojohtimet risteävät: raitiotie kulkee viale Regina Margheritalla ja johdinautot via Nomentanalla. Risteys on suorakulmainen eikä siinä voi käyttää tavallista ajojohdinristeystä.

Milanossa suurin osa raitiovaunulinjoista risteää ympyränmuotoisen johdinautolinjan kanssa vähintään kerran. Johdinautojen ja raitiovaunujen ajolangan kulkevat rinnakkain monilla kaduilla kuten viale Stelviolla ja viale Tibaldilla.

Monijohtimiset ratajohdotMuokkaa

 
Kaksi kiintoajojohdinta samalla raiteella. Vasemmassa on 1200 Voltin tasavirta Uetlibergin rautatietä varten (virroitin on asennettu epäsymmetrisesti siten, että se ottaa virtansa tästä kiintoajojohtimesta). Oikeanpuoleisessa kulkee 15 kV:n vaihtovirta Sihltalin rautatietä varten.

Joillakin rautateillä käytettiin kahta tai kolmea rinnakkaista ajojohdinta yleensä kolmivaiheisen virran käyttöä varten. Järjestelmä on edelleen käytössä Gornergrat-rautatiellä ja Jungfraubahnilla Sveitsissä, Petit train de la Rhunella Ranskassa ja Corcovado Rackin rautatiellä Brasiliassa. Järjestelmää käytettiin laajasti Italiassa vuoteen 1976 saakka. Näillä rautateillä kahta ajojohdinta käytettiin kolmivaiheisen vaihtovirran kahta vaihetta varten, ja kolmas vaihe kulki kiskossa. Nollajohdinta ei käytetty.

Osalla kolmivaiheista vaihtovirtaa käyttävissä rautateistä käytettiin kolmea ajojohdinta. Näitä olivat Siemensin koerata Berliinistä Lichtenbergiin vuonna 1898 (pituus 1,8 km), Marienfelden ja Zossenin välinen sotilasrautatie vuodesta 1901 vuoteen 1904 (pituus 23,4 km) ja 800 metrin pituinen osuus Kölnin lähellä sijainnutta hiilirautatietä vuosien 1940 ja 1949 välillä.

Tasavirtaratajohdoissa käytettiin toisinaan kaksinapaista ajojohdinta rautatien lähellä olevien metalliosien galvaanisen korroosion välttämiseksi. Näin tehtiin esimerkiksi Chemin de fer de la Muressa.

Kaikissa monijohtimisissa ratajohdoissa on oikosulun riski vaihteissa, joten ne ovat epäkäytännöllisiä etenkin silloin, kun käytetään korkeita jännitteitä tai junat ajavat risteyskohtien läpi suurella nopeudella.

Sihltal Zürich Uetliberg -radalla on kaksi linjaa, joiden sähköistys on erilainen. Jotta eri sähköistysjärjestelmien käyttö yhteisellä radalla olisi mahdollista, Sihltalin linjan ajojohdin on suoraan junan yläpuolella, kun taas Uetlibergin linjan ajojohdin on sen toisella puolella.

Kannattimellinen ajojohdinMuokkaa

 
Ylemmän kuvan kannattimellinen ajojohdin sopii kovempaa kulkeville raidekulkuneuvoille. Alemman kuvan kannattimettomat ajojohtimet sopivat hitaammille raitiovaunuille ja pikaraitiovaunuille.
 
Kiintoajojohdin RER C -linjan kaivannoissa ja tunneleissa Pariisin keskustassa
 
JR Nishi-Nihonin yhdistetty kannattimellinen ajojohdin
 
Vanha rautatiesilta, johon on jälkiasennettu ajojohtimet, Berwick-upon-Tweedissä.

Kannattimellinen ajojohdin on ajojohdinjärjestelmä, jota käytetään saksivirroitinta käyttävien vetureiden, raitiovaunujen ja pikaraitiovaunujen virroitukseen.

 
Portaaliorsi, jossa on sekä vanhoja että uusia kääntöorsia Gravitan rautatieasemalla Bukarestissa

Toisin kuin yksinkertaisissa ajojohtimissa, joissa eristämätön ajolanka on kiinnitetty kiinnikkeillä ristikkäisiin johtimiin, joita tuetaan pylväillä, kannattimellisessa ajojohtimessa on vähintään kaksi lankaa. Kannatin (kannatinlanka) riippuu ratajohtopylväiden välillä kiristettynä, ja ajolankaa pidetään kiristettynä kannattimen avulla. Kannatin on kiinnitetty kääntöorsiin säännöllisin välein, ja ajolanka on ripustettu kannattimeen pystysuorilla langoilla, joita kutsutaan ripustimiksi. Ajolanka on suora ja radansuuntainen, ja ripustettu raiteen päälle myös silloin, kun rata kulkee vesistön yli riippusiltaa pitkin.

Kannattimelliset ajojohdinjärjestelmät sopivat suurnopeusliikennöintiin, kun taas kannattimetonta ajolankaa käyttävät ratajohdot, jotka on halvempi rakentaa ja ylläpitää, ovat yleisiä raitio- ja pikaraitioteillä, varsinkin kaupunkien kaduilla. Kulkuneuvoissa voi olla joka saksi- tai tankovirroittimet.

Notheast Corridor -rautatiellä Yhdysvalloissa on yli 90 km:n pituinen kannattimellinen ajojohdin Bostonin, Massachusettsin ja Washington DC:n välillä Amtrakin InterCity-junia varten. Kaupunkiradoilla kuten MARC:n, SEPTA:n, NJ Transitin ja Metro-Nothin rautateillä käytetään kannattimellisia ajojohtimia paikallisliikennettä varten. Suomen kaikilla sähkörautateillä käytetään kannattimellista ajojohdinta.

Ohion Clevelandissa pikaraitioteillä ja rautateillä käytetään yhteisiä ajojohtimia johtuen kaupungin määräyksestä, jonka tarkoituksena oli rajoittaa ilman saastumista Clevelandin läpi itärannikon ja Chicagon välillä kulkeneiden höyryjunien suuresta määrästä huolimatta. Junat vaihtoivat höyryveturit sähkövetureihin Collinwoodin ratapihalla noin 16 kilometrin päässä kantakaupungista ja lännessä Linndalessa. Kun Clevelandin kaupunki rakennutti metrolinjan lentoaseman, kantakaupungin ja kaupungin toisen puolen välille, sillä käytettiin samaa kannattimellista ajojohdinta, joka jäi jäljelle, kun rautatiellä siirryttiin höyryvetureista dieselvetureihin. Pikaraitiotiellä ja metrolinjalla käytetään yhteistä rataa noin 4,8 km:n matkalla Cleveland Hopkinsin kansainvälisen lentoaseman punaisella metrolinjalla, sinisellä ja vihreällä pikaraitiolinjalla Cleveland Unionin terminaalin ja East 55th Streetin aseman, jossa linjat erkanevat, välillä.

Osa Bostonin ja Massachusettsin sinisestä linjasta koillisissa lähiöissä käyttää ajojohtimia kuten vihreä linjakin.

KorkeusMuokkaa

Ajolangan korkeus voi aiheuttaa vaaraa tasoristeyksissä, sillä ajoneuvot voivat osua siihen. Tasoristeysten läheisyyteen voidaan laittaa varoituskilpiä varoittamaan kuljettajia ajoneuvon korkeimmasta turvallisesta korkeudesta.

Monien maiden ajolangat ovat liian alhaalla, jotta tavaravaunuissa voitaisiin kuljettaa kahta konttia päällekkäin. Kanaalin tunnelissa ajolanka on tavallista korkeammalla, jotta kaksikerroksiset auto- ja rekkavaunut voivat kulkea sen alta. Intia ehdottaa tavaraliikenteelle tarkoitettujen rautateiden sähköistämistä siten, että ajojohtimet ja virroittimet ovat tavallista korkeammalla.

Ajojohdinten ongelmiaMuokkaa

Ratajohdot voivat altistua silloilla koville tuulille, jotka saavat ajojohtimet heilumaan.[11] Ajojohtimeen iskevät salamat voivat johtaa virtansa ajojohtimeen, jolloin junat ja muut virroittimelliset kulkuneuvot pysähtyvät jännitepiikin seurauksena.[12]

Kylmällä ja jäisellä säällä jäätä voi kertyä ajojohdinten pintaan. Tämä huonontaa virroittimen ja ajolangan välistä kytkentää, mikä aiheuttaa valokaaren ja jännitepiikkejä.[13]

Ratajohdon asennus saattaa edellyttää siltojen rakentamista uudelleen, jotta riittävä turvaväli saadaan taattua.[14]

Ratajohdot, kuten muutkin sähköistetyt järjestelmät, tarvitsevat suuremman sijoituksen verrattuna sähköistämättömien järjestelmien rakentamiseen. Perinteistä rataa varten tarvitaan vain ratapohja, sepeli, ratapölkyt ja kiskot, mutta sähkörataa varten tarvitaan myös monimutkaiset tukirakenteet, ajojohtimet, eristimet, tehonsäätöjärjestelmät ja voimalinjat, jotka kaikki vaativat huoltoa. Tämä tekee sähköistämättömistä radoista houkuttelevampia lyhyellä aikavälillä, mutta sähköradat maksavat itsensä takaisin aikanaan. Kilometrikohtaiset rakentamis- ja ylläpitokustannukset tekevät ajojohtimellisista radoista vähemmän houkuttelevia pitkän matkan rautateillä esimerkiksi Pohjois-Amerikassa, jossa kaupunkien väliset etäisyydet ovat tavallisesti paljon suurempia. Tällaiset radat vaativat valtavan sijoituksen ratajohtoon, ja pitkien ajojohdinten virransyötössä on ongelmia etenkin alueilla, joilla sähkön kysyntä ylittää jo valmiiksi tarjonnan.

Jotkut ihmiset pitävät ratajohtoja visuaalisena saasteena, koska niissä on monia tukirakenteita ja paljon johtimia ja köysiä, jotka täyttävät ilman. Tämän takia maanpäällisiä sähkö- ja puhelinjohtoja on siirretty maan alle mahdollisuuksien mukaan. Ongelma tuli tunnetuksi Yhdistyneessä Kuningaskunnassa Great Western -pääradan sähköistykseen liittyen varsinkin, kun rautatie kulkee Goring Gapin läpi. Aiheesta on perustettu protestiryhmä ja siihen liittyvä verkkosivu.[15]

HistoriaMuokkaa

Werner von Siemens esitteli ensimmäisen raitiotien ratajohdon Pariisin kansainvälisessä sähkönäyttelyssä vuonna 1881, mutta asennetut ajojohtimet purettiin näyttelyn jälkeen. Lokakuussa 1883 rakennettiin ensimmäinen pysyvä ajojohtimellinen raitiotie, joka oli Mödlingin ja Hinterbrühlin raitiotie Itävallassa. Raitiotiellä oli kaksinkertaiset ajojohtimet, jotka koostuivat kahdesta U-putkesta, joiden sisällä sukkulamaiset virroittimet liikkuivat. Huhtikuusta kesäkuuhun vuonna 1882 Siemens kokeili vastaavaa järjestelmää Electromotelle, varhaiselle johdinauton edeltäjälle.

Paljon yksinkertaisempi ja toimivampi ratkaisu oli ajojohdin yhdistettynä kulkuneuvon virroittimeen siten, että paluuvirta johdettiin kiskoihin. Frank J. Sprague keksi tämän järjestelmän vuonna 1888 raideliikennettä varten, ja siinä käytettiin yksinapaista ajojohdinta. Vuonna 1889 sitä käytettiin Richmond Unionin raitiotiellä Richmondissa, Virginiassa, Yhdysvalloissa. Rata oli Yhdysvalloissa sähkövetovoiman uranuurtaja.

Katso myösMuokkaa

LähteetMuokkaa

  1. a b Väylävirasto: Ratatekniset ohjeet: Termit ja määritelmät julkaisut.vayla.fi. 10.4.2019. Viitattu 30.11.2019.
  2. Исаев, И. П.; Фрайфельд, А. В.; "Беседы об электрической железной дороге" (Discussions about the electric railway) Москва, "Транспорт", 1989. sivut 186-7
  3. See previous reference and Ботц Ю. В., Чекулаев, В. Е., Контактная сеть. Москва "Транспорт" 1976 s. 54
  4. OHLE Modelling eprints.whiterose.ac.uk.
  5. Vortok Automatic Power Control Magnet vortok.com. Viitattu 25.7.2018.
  6. A ninety-six ton electric locomotive. Scientific American, 10.8.1895.
  7. Liikennevirasto: Kehärata - tunneliturvallisuus vayla.fi. 4.2.2016. Viitattu 30.11.2019.
  8. Electrification of swing and bascule bridges with overhead conductor rails, s. 3-4. Northend Electrification Project, 2000.
  9. Press press.siemens.com. Viitattu 3.12.2019. (englanniksi)
  10. TMSV: Tramway level crossings in Victoria web.archive.org. 8.12.2007. Viitattu 3.12.2019.
  11. Kamerasystem skal advare lokoførere mod svingende køreledninger på Storebælt ing.dk. 5 November 2013. Viitattu 25 June 2016. Danish
  12. Garry Keenor – Overhead Line Electrification for Railways ocs4rail.com. Viitattu 5.2.2019. englanniksi
  13. Matangi trains 'more susceptible' to frost Stuff. Viitattu 30.11.2019. (englanniksi)
  14. Railway Electrification, s. 6. Keenor Garry, 2014. ISBN 9781849199803.
  15. Save the Goring Gap Save the Goring Gap. Viitattu 5.2.2019. (englanniksi)

KirjallisuuttaMuokkaa

Aiheesta muuallaMuokkaa

Tämä artikkeli tai sen osa on käännetty tai siihen on haettu tietoja muunkielisen Wikipedian artikkelista.
Alkuperäinen artikkeli: en:Overhead line