Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Problems concerning pantograph collection of current during winter for high speed trains
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2010 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Problematiken kring strömavtagning vintertid för höghastighetståg (Swedish)
Abstract [en]

The idea of making this report was to try and shed light on the many problems of pantograph

collection of current during winter time for high speed trains. The greatest difference between

Sweden and other countries who already have built high speed rails is our yearly severe winter

conditions. The problem about pantograph collection during winter is that the contact between

the pantograph and the contact wire gets worse if ice isolates in between those two. That creates

electric arcs that can harm both the pantograph and the overhead contact wire. For a high speed

track the problems are expected to be even greater. It’s important that the Swedish Transport

Administration, at an early stage, learns what causes the delays and the unwanted stops. My

work started by doing a thorough literature study, where I tried to summon the overhead contact

line theory from a winter perspective. After this a number of attempts have been made to

illustrate different solutions on how to avoid that ice stays on the overhead contact line or the

pantograph.

In the first attempt I examined the thickness the ice would get on the contact wire if the air

temperature suddenly fell from

0 C till  5 C and super cooled rain would fall for an entire

24-hour period. In my second attempt I tried the possibility to use a heated pantograph combined

with an ice scraper. I used an American ice scraper as basic idea, but modified the contact strip

part and made its shape cylindrical and hollow. The idea was that the scraper would reduce the

ice on the wire and that the heated brass contact strip would melt the rest.

In attempt three I looked into other materials that would be more suited for winter climate. As

suspected the already existing materials, are not good enough and the futuristic ones are too

expensive at the present time.

Attempt number four was all about heating the contact wire with a magnetron that was going to

be assembled on the pantograph. Unfortunately this result was not a success as it turned out that

ice does not heat very well from microwaves. In the fifth attempt I focused on ice scrapers by

studying tribology. Using an ice scraper may work, but probably best in combination with some

of the other methods. Testing how this would be done in the best way will take some time. In the

sixth attempt I looked into the possibility of heating the contact wire by adding extra current to

the system. This is the way of handling the problem that I believe to be the most promising. In

addition to these approaches, a simulation was made to show a phase change in the computer

program Comsol.

Abstract [sv]

Syftet med examensarbetet är att belysa problematiken kring strömavtagning vintertid för hög-hastighetståg. De största skillnaderna mellan Sverige och många andra länder som redan byggt höghastighetsbanor är, att vi årligen drabbas av kraftig vinter och de länder som har vinter oftast har annan kraftförsörjning. Problemet med strömavtagning vintertid är att kontakten mellan strömavtagare och kontaktledning försämras om det ligger is emellan. Då skapas överslag i form av ljusbågar som då sliter hårt på både strömavtagare och kontaktledning. För en höghastig-hetsbana förväntas problemen öka ytterligare. En stor del av poängen med att bygga en sådan är att vinna tid, så om banan drabbas av frekventa störningar under vinterhalvåret är vitsen borta. Det är viktigt att Trafikverket redan i ett tidigt skede får klart för sig orsaken.

Arbetet började med en grundlig litteraturstudie där jag försökte sammanställa kontaktlednings-teorin med utgångspunkten vinter med fokus på åtgärder. Jag använde därefter sex olika ansatser, på olika sätt att förhindra isbildning på kontakttråd och slitskena. I den första undersökningen tog jag reda på vilken istjocklek det skulle bli på kontaktledningen om lufttemperaturen sjönk momentant från till och det kontinuerligt skulle regna underkylt under 1

dygn. C 0 C  5

I den andra undersökningen utredde jag möjligheten att använda en varm strömavtagare kombin-erad med isskrapa. Jag använde en amerikansk grundidé men modifierade mässingslitdelen samt gjorde den cylindrisk och ihålig. Tanken var sedan att skrapan skulle reducera isen till max 3

mm på tråden och att det uppvärmda mässingsröret skulle klara att smälta resten.

I undersökning tre tittade jag på möjligheten att välja bättre material ur vintersynpunkt. Som jag misstänkte har de alternativa, redan befintliga materialen idag stora nackdelar och de framtida en tid kvar innan de blir prisvärda.

Fjärde undersökningen gick ut på att värma kontakttråden med en magnetron monterad på slitskenan. Detta försök var inte helt lyckat, eftersom is inte värms speciellt bra av mikrovågor.

I undersökning fem fokuserade jag på isskrapor och för detta krävdes en fördjupning inom ämnet tribologi. En isskrapa skulle kunna användas, men då troligen i kombination till någon av de övriga metoderna. Att testa ut hur detta skulle göras på bästa sätt kommer att ta lång tid.

Den sjätte ansatsen behandlade uppvärmning av kontaktledningen med hjälp av krypström. Denna lösning är nog den jag personligen tror mest på.

Dessutom modellerade jag en fasomvandling och förutspådde dess påverkan på värmeöver-föringsförmågan genom att göra en simulering i dataprogrammet Comsol.

Place, publisher, year, edition, pages
2010.
Series
MMK 2010:51 MKN 029
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-99339OAI: oai:DiVA.org:kth-99339DiVA: diva2:541959
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-07-26 Created: 2012-07-26 Last updated: 2012-07-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Maria Haag(2831 kB)1000 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2831 kBChecksum SHA-512
9c8c12dc66eeb7d0ec93bb14bdfb275cd3765b896336865f04e5cebb2a96172cd6dbc583499685117ff93f2651b0591a73e193a71ab7caa9a3bb5794850a0e33
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1000 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 183 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf