Fritt fram för frossa: Svenska ellok!

Skriven av

Bokrecension: En bok du bara kommer att älska – teknisk sträckläsning till långt in på natten! Teknikhistoria som gjort svensk industri stor i världen.

Det är inte varje dag en tekniker hittar en bok som han bara måste älska från första till sista sidan, men den här slog an direkt: “Svenska Ellok (en bok om det svenska ellokets historia)”, utgiven av Svenska järnvägsklubben 1998. Glöm deckare och Tolkien, här är det transformatorer, boggier och snedskurna kugghjul som gäller. Boken är en odyssé genom svenska industriframgångar i järnvägens spår. ASEA – ABB – Adtranz – Bombardier tas till exempel upp, och vilken betydelse halvledarna har haft för utvecklingen.

Jonas Wenström (1855 – 1893), en av medgrundarna till ASEA, var ansvarig för att bygga det första elektriska loket i Sverige, med strömavtagare enligt trolley-metoden. Loket tillverkades givetvis av ASEA och togs i drift i slutet av år 1891. Loket var inte så lyckat eftersom det stegrade sig på spåret vid höga laster då det vägde för lite. Boken är sanningsenlig och medger också att det inte alls var sagde Wenström som var ensamt ansvarig för utvecklingen av trefasen, utan att både serber, amerikaner och tyskar var framme med samma idéer.

Boken är full med detaljerade ritningar och schemor, drivlinor, elschemor såväl som schemor på styr- och mätelektronik samt mekaniska ritningar. Här är Oc-loket, ett koppelstångslok från 1919.

Om strömmen

Principerna för elmatning av en järnvägsbana gås igenom i stor detalj, samt hur järnvägen utvecklades från central matning med egna specialiserade generatorer, till distribuerad matning från det svenska kraftnätet. Du får veta alla hemligheter om varför det just blev 15 kilovolt och 16 2/3 hertz i Sverige.

Det är intressant att notera att man hade en utveckling på gång mot 50-Hz-motorer i Sverige, men den gick i stöpet på grund av tyristorernas intåg, då man kunde börja köra likströmsmotorer direkt, vilka var mycket effektivare per viktsenhet. Detta skulle komma att kastas omkull av switchaggregaten och asynkronmotorerna, men det inträffade långt enare.

Några textstycken förklarar behovet av sugtransformatorer för att hålla nere störnivåerna i telefoniledningarna längs banan, samtidigt som man minskar resistansen i återmatningen genom att köra returströmmen i en luftledning istället för genom rälsen (som ju är av järn).

Elkraften – en avklädd rotoromformare. 12 poler till höger (motorn) och 4 poler till vänster (generatorn), du vet 50 hertz in och en tredjedel, 16 2/3 hertz ut. Det är en Q48 på 10 MVA.

Man får också veta hur och varför Banverket skaffade sig sitt 130-kilovoltsnät, hur man placerade ut omformarstationer, varför man efter en tid övergick från fasta omformare till mobila enheter, och hur tekniken sedan utvecklades till de tyristorstyrda switchaggregat som vi har idag och vad det fick för följder i verkningsgrad.

Det är intressant att läsa om hur många olika matningsspänningar som har använts på järnvägar genom tiderna 550, 650, 1500, 3000 volt, 10 kV, 15 kV, 16 kV, 25 kV och 50 kV och allt detta med likström eller 16 2/3 hertz, eller 15 Hertz eller 50 Hertz. För att nu inte tala om de fantastiska experimenten i Tyskland med trefasmatning med trefaldiga strömavtagare. Boken förmäler den lite udda historien om hur en siemenstekniker bad om att få bli fastbunden på taket till ett lok försett med trefas strömavtagare för att kunna detaljstudera hur de bar sig åt i 200 km i timmen.

Trefasmatning slog aldrig riktigt på järnvägen, mest för att strömavtagarna blev för komplicerade. Här är ett lok från Siemens i Tyskland som uppnådde 210 kilometer i timmen redan 1903. Det skulle dröja ända till 1955 innan någon slog det rekordet. I Sverige tog det som bekant ytterligare 30 år. Huvudspänningen för den tyska trefasjärnvägen var på 10 kV 50 hertz.

Roslagsbanan kan ta åt sig äran av att ha varit den första elektrifierade banan för kommersiell persontågstrafik i världen. Sverige tycks en gång i tiden ha haft världens längsta elektrifierade järnvägsnät på 2202 kilometer, ända tills rekordet slogs någon gång på 1970-talet av Transsibiriska järnvägen.

Men varför?

Varför började Sverige med ellok egentligen, när nu ångloken fungerade så bra?

Vi hade ett problem med Malmbanan, som stod för en stor del av Sveriges export av järnmalm. Malmvagnarna drogs med koleldade lok och kolet var man tvungen att importera. Alltså kom järnpriset till del att styras av kolpriset. Men å andra sidan fanns det massor av gratis vattenkraft, som man kunde utnyttja för att förbättra exportsituationen för järnmalmen. Detta blev än viktigare under andra världskriget när Sverige blev avstängt från världsmarkanden för kol. Under en tid stod ändå Malmbanan, trots sin eldrift, still på grund av brist på kol till borstkol i motorerna.

Starka lok och analoga datorer

Rapidloket (Ra) är en annan av bokens höjdpunkter. Man började för första gången att använda analogmaskiner (analoga datorer) för att beräkna fjädrings- och driftparametrar, nämligen en “dator” som ASEA normalt använde till kärntekniska beräkningar, eftersom de började bygga kärnkraftverk på 1960-talet. Detta var utan tvekan ett mycket stort framsteg inom järnvägsutvecklingen. Kanske till och med större än vad författarna antyder i texten.

Analogmaskinen vid ASEA som normalt användes till att beräkna kärnprocesser i företagets kärnkraftverksprodukter, fick göra tjänst vid utvärderingen av löpverk och boggier, då man för första gången kunde prova fjädrings- och dämpegenskaper utan att först bygga loken och prova praktiskt.

Till skillnad från andra “lättare” teknikböcker där elschemor mest är en intressant men meningslös illustration, är alla elschemor i denna bok klart och tydligt beskrivna. Alla siffror i schemorna är förklarade och det går mycket väl att förstå hur alla lok fungerar.

Koppelstängernas död

Boken förklarar också övergången från koppelstångslok till boggilok i Sverige. Koppelstängerna fanns för att hålla samman hjulen så att ett av dem inte kunde släppa taget och spinna loss om det skulle slira. I så fall skulle lokets dragkraft minska plötsligt och det får inte ske. Beklagligtvis kräver koppelstängerna mycket underhåll. Med en motor på varje axel och inga koppelstänger måste man använda andra metoder för att begränsa slirningen. Man måste istället “hålla ihop” motorerna elektriskt.

Den oinitierade kan förledas att tro att det först var i och med Rc-loket med dess elektroniska styrning som man kunde fördela och avväga dragkraften, men det skede mycket tidigare med betydligt klumpigare metoder, med slirningstransformatorer och ombalanseringsanordningar, såväl mekaniska som elektriska. Adhesionsutnyttjande och slirningskontroll är ett långt och mycket detaljerat och för en tekniker synnerligen nöjsamt kapitel.

Rc-loket, en världsprodukt

Så här ser översiktsschemat ut på ett Rc-lok. Som du ser är det tämligen enkelt. Jag har utelämnat de förklarande texterna för att bilden ska bli tydlig, men var så säker på att allting finns med i boken. Observera att Rc-loket alltså körs med fyra likströmsmotorer, som före switchaggregatens tid var det effektivaste per kilo.

Huvudspänningen på 15 kV transformeras ned till sisådär 1000 volt i fyra sekundärlindningar som får mata två likriktarbryggor och därmed en motor var. Två av dioderna i bryggan är tyristorer som kan fasstyras. Den nedre sekundärlindningen matar ett antal andra likriktarbryggor som fasstyr strömmen genom motorernas fältlindningar.

Det var inte förrän med nästa steg i utvecklingen, X2-loket (X2000) från 1986, som man helt övergav borstmatade likströmsmotorer och satsade på trefas asynkronmotorer matade med trefasström, switchad från ett mellansteg med likström, som i sin tur likriktats från huvudspänningen. Det schemat är så enkelt så det tar jag inte med här.

Det är också intressant att läsa om de dråpliga situationer som kunde uppstå under utvecklingen som ledde fram till Rc. För experimenten fick ASEA låna ett växellok av SJ. Man plockade bort ackumulatorerna som normalt sitter i dessa lok och monterade in likriktare istället. Vid denna tid hade ASEA inte riktigt fått kläm på tillverkning av dioder för höga spänningar utan fick genom ett samarbetsavtal tag i dioder från General Electric. Det gick ganska bra, men dioderna började gå sönder efter att tag. Det kom till en utredning och General Electric skyllde ifrån sig på ditt och datt, bland så annat var dioderna inte dimensionerade för den högre kosmiska strålningen i Sverige. Jag vet inte vad ASEA hade gjort åt den kosmiska strålningen, men när detta inträffade hade ASEA kommit tillräckligt långt själva och kunde byta GE-dioderna mot sina egna och efteråt hade man aldrig mera problem med utbrända dioder.

Författarnas lov

På senare tid har media tagit problemen med Gripenexporten som någon sorts tecken på att det är svårt för svensk teknik att hävda sig i världen, men så är det inte. Bokens näst sista kapitel tar upp Rc-loket och de många varianter som såldes till hela världen, länder som Sovjet, Indien, Australien, USA, Iran och Sydafrika! Med Rb- och Rc-loken visade ASEA att svensk teknik är mycket slagkraftig och väl genomtänkt och för det mesta levererar mer än vad som står i specifikationerna. ASEA – ABB – Adtranz var först med likriktarlok, alltså ellok med likriktarbryggor som kunde mata likströmsmotorer med likström direkt från huvudtransformatorn. I och med tyristorernas intåg förenklades kopplingen oerhört och sliregenskaperna blev astronomiskt mycket bättre än vad någon konkurrent kunde prestera. Rb och Rc blev mycket stora exportframgångar. Efter detta kapitel inser man att Gripen inte har problem av teknisk, utan av politisk art.

I sammanfattning kan man bara sjunga författarnas lov och medge att detta är en fantastisk kunskapsodyssé genom den svenska järnvägens utveckling, en kunskapsfontän för den som vill veta allt om elektriska lok och elektrifiering av järnvägen i Sverige från 1891 och fram till X2000-tågen, med ingående förklaringar av de gamla klånk- och bånk-loken till dagens tysta, effektiva halvledare, och alla tillverkare som varit inblandade.

Dessutom finns en omfattande referenslista för den som vill läsa vidare. Boken slutar med en studie av hur elloken kan komma att utvecklas i framtiden, med en del teori om switchaggregat och pulsbreddsmodulering. Men för det har Svenska Järnvägsklubbens Förlag ytterligare skrifter: http://www.sjk.se/65/butik.html

Efter att ha läst boken förstår man varför det small och blixtrade så hemtrevligt innanför fönstren till maskinrummet när Rapidloket startade. Effekten reglerades genom att man flyttade en omkopplare mellan olika mittuttag på huvudtransformatorns högspänningssida. Pang-poff, induktanser och ljusbågar, alltså!

Svenska ellok

Tore Nordin, Lennart Wretman och Ove Grundstedt
Svenska Järnvägsklubbens skriftserie nr 67
Utgivningsår 1998
ISBN 91-85098-84-1

Rikt illustrerad med bilder, skisser och ritningar. 320 sidor, inbunden med skyddsomslag.

Boken har utgått ur trycket, men finns i begränsad upplaga hos Amazon. Den finns dock på biblioteket. Annars kan du efterlysa den på Postvagnen, Svenska Järnvägsklubbens diskussionsforum: http://www.postvagnen.com/forum/

Allt om Rc-loket: https://www.teknikaliteter.se/2017/10/26/rc-loket-en-elektroteknisk-bedrift/

Märken på artiklar:
Artikelkategorier:
Elkraft · Järnväg · Recension · Teknikhistoria

Lämna en kommentar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *