Omformning i berget

Längs med huvudlinjen Göteborg – Gävle byggdes omformarstationen skyddad av berget där elkraften skulle omvandlas och anpassas till järnvägsnätet. De två långa tunnlarna in i berget inhyste tidigare ett antal vagnar med mobil utrustning som vid behov kunde flyttas till en annan liknande plats. Efter anläggningen togs ur bruk har skicket gradvis försämrats innan den slutligen plomberades och ingångarna täcktes med enorma mängder fyllnadsmassa.

1. Den mindre staden som tidigare blomstrade har under senare år visat ett större förfall. Staden kretsade kring den gruva som en gång var hjärtat i samhället. I och med gruvans nedläggning försvann arbetstillfällen och därigenom också människorna. Samhället blev allt glesare befolkat och bostadshus ekade tomma. Vid vårat första besök i samhället stärktes intrycket av de rykten vi tidigare hört om andelen övergivna hyreshuskomplex och villakvarter.

Strax utanför staden finns berget beläget där anläggningen tidigare fanns. Spår av den gamla rälsen syns i vegetationen och leder in mot skogspartiet framför berget. Vi rör oss ett femtiotal meter närmare anläggningen och inslagen med de stora portarna uppenbaras. Växtligheten har tagit över och inslagen ligger dolda av träd och buskar bakom staketet som omsluter anläggningen. Vi tar oss mot den andra maskinhallen och märker av en tydlig temperaturskillnad desto närmare porten vi kommer. Lukten av fuktigt berg gör sig påtaglig och blandar sig med lukt från organiska material i tunnelmynningen.

Vi öppnar den lilla plåtdörren och tar ett kliv in i en annan miljö. Solljuset sipprar in genom gallret i den stora porten och rälsen syns försvinna iväg i mörkret. Med ficklampans hjälp kan vi lättare orientera oss på platsen och upptäcker ganska direkt att takhöjden på anläggningen är påtaglig. Längs med bergväggen ligger flera rullar med maskeringsnät, troligtvis i syfte att maskera inslagen från luften. Efter ungefär tjugo meter når vi den första stenfilterporten som skulle skjutas för tunneln och skydda mot luftstötvågen från explosioner. Porten är upphängd i en skena och är formad som en stor bur fylld med stenar, där stålet på vissa håll börjat rosta. Den tjocka betongen omsluter porten och inger en form av trygghet. Efter ytterligare ett tiotal meter finns nästa stenfilterport och tillsammans bildar dessa en sluss.

Innanför slussen blir utrymmet något vidare och marken har övergått från grusbädd till betong. Nedrivna elledningar och skräp ligger slängt varstans. Ett plåttak finns monterat i syfte att leda bort vatten mot väggarna. Detta utrymme övergår efter ett ytterligare tjugotal meter till ett annat och separeras via ett stort plastskynke som är fläckigt och missfärgat efter alla dessa år. Innanför skynket når vi den innersta delen av maskinhallen där rälsen slutar och en betongbyggnad tar vid. I taket vid rälsens slut syns stora ventilationskanaler till anläggningens fläktar. En kortare trappa leder upp till en högre nivå och ansluter till betonghuset och dess olika utrymmen. Plåtdörrarna har till stora delar rostat sönder och plundrare har sett värdet i kablarna som fanns installarade. Ställverket är till stor del rensat och sönderslaget av tidigare besökare.

Via en förbindelsegång sammanbinder de två långa maskinhallarna. Här finns flera rum placerade efter varandra innehållande bland annat batterirum, verkstad och tele- och fjärrstyrning. Något som är intressant är att vid förbindelsegångens mitt är en stötvågsgräns installerad, vilket avskärmar de två maskinhallarna från varandra. Innanför gränsen nås det tidigare brandhärjade kontrollrummet, som sedan dess är totalförstört. Vid ett utrymme längre in fanns förrådet innehållande reservdelar, samt en nödutgång upp till bergets hjässa.

Innan den första maskinhallen nås måste vi passera genom ett ytterligare ställverk. De stora plåtkonstruktionerna längs väggarna som tidigare innehöll brytare och annan utrustning är vandaliserade och många komponenter fattas. Denna maskinhall är utformad som en lång tunnel och skiljer sig från den vi gick in genom. Även denna hall har ett plåttak som är monterad längs med hela tunnelns längd. Längs golvet löper öppna kabelkanaler som kan innebära fara om man inte är uppmärksam. Vid tunnelns mynning finns en gigantisk betongport som skydd, vilket skiljer sig mot den andra tunneln med sina stenfilterportar.

2. Omformning av elkraften

Elkraften som används i järnvägsnätet skiljer sig från det regionala elnätet och måste därför genomgå en omvandling för att vara användbar. Huvudsyftet med en omformarstation är att konvertera elkraften från det regionala nätet. För närvarande är det Trafikverket som förvärvar den elkraft som sedan används inom järnvägsnätet. De regionala näten använder 3-fas högspänning med en frekvens på 50 Hz, medan järnvägen kräver 1-fas med en frekvens på 16,7 Hz. Utöver dessa skillnader finns också betydande variationer i kilovolt (kV) som levereras via ledningarna. Tågen drivs för närvarande med 15 kV, medan det regionala nätet levererar mellan 40-130 kV. Av denna anledning är omformarstationen en essentiell komponent för att omvandla elkraften och möjliggöra drift av elektriska lok och andra fordon som använder elkraft (Trafikverket, 2014).

Dessa omformarstationer konstrueras längs järnvägsnätet i olika storlekar och utformning. I den omformarstation som beskrivs i artikeln var placeringen inrymd i ett bergrum och innehöll roterande omformare. Dessa roterande omformare monterades på vagnar, vilket gör dem enkla att flytta mellan olika platser. Tekniken bygger på att den inkommande elkraften driver en elektrisk motor, som i sin tur driver en generator på samma axel. Den elektriska motorn har tolv magnetpoler, medan generatorn har fyra magnetpoler. Detta resulterar i att generatorn levererar den korrekta frekvensen på 16,7 Hz. Förutom dessa roterande omformare finns även statiska omriktare med kraftelektronik (Trafikverket, 2014).

Läs även: Omformarstation O1

Historiskt sett har järnvägens avvikande nätfrekvens från det vanliga elnätet ett tydligt motiv. Vid utvecklingen av elektrifiering inom järnvägen var det mer praktiskt att tillverka lokmotorer med en lägre frekvens. Även om dagens teknologi möjliggör tillverkning av motorer med en högre frekvens, exempelvis 50 Hz, och teoretiskt sett skulle kunna ersätta de nuvarande motorerna på tågen, är det i praktiken ekonomiskt ogenomförbart. Det beror dels på det stora antalet motorer som skulle behöva bytas ut och dels på en omfattande uppgradering av Trafikverkets elanläggningar för driften. Det är värt att notera att vissa länder, såsom Danmark, Finland och Frankrike, använder en frekvens på 50 Hz (Trafikverket, 2020).

Från 1920-talet och framåt har omformarstationer successivt byggts i takt med att stambanorna elektrifierades. Under en femtonårsperiod uppfördes cirka tjugo omformarstationer av “typ I-III”, där typ I och II var innehöll stationära omformare och typ III bestod av mobila enheter. Övergången från fasta till mobila enheter motiverades av flera faktorer. Det möjliggjorde enklare lösningar för underhåll och reparation av enheterna. Dessutom ökade flexibiliteten avsevärt när det gällde att omplacera enheterna till andra omformarstationer om behovet av effekt var högre på andra platser (Biedermann, 2002).

Det var först under 1940-talet som dessa stationer började placeras i fortifikatoriskt skyddade utrymmen, ofta i bergrum. Det säkerhetspolitiska läget under andra världskriget var den avgörande faktorn för valet av att placera utrustningen i skyddade bergrum. Som ett alternativ till de konventionella omformarstationerna byggdes även upplagsplatser med målet att kunna ta över omvandlingen av elkraften. Många av dessa upplagsplatser utformades som berganläggningar, där utrustningen tillfördes genom räls som gick in i berget (Eklund, u.å). När elkraften har genomgått omvandlingen distribueras den från omformarstationen till kontaktledningen (Biedermann, 2002).

Både SJ (Statens Järnvägar) och TGOJ (Trafikaktiebolaget Grängesberg-Oxelösunds Järnvägar) hade skyddade omformarstationer och upplagsplatser i landet, både över och under marknivå (Eklund, u.å). Ett exempel på en berganläggning ägd av TGOJ är omformarstationen i Grängesberg, även om den för närvarande är förseglad. Numera ägs de kvarvarande anläggningar av olika parter, inklusive Trafikverket.

3. Omformarstationen i Grängesberg

Omformarstationen kom troligtvis att uppföras under 1940-talet som den sista av sex omformarstationer längs med sträckan Göteborg – Gävle. Anläggningen i Grängesberg var den sista länken som sammanknöt kontaktledningssystemen från söder och norr. En utredning om byggnation av en reservuppställningsplats  på sträckan blev aktuell, men  ekonomiska uträkningar visade på stora kostnader. Istället väcktes idén om att placera den sjätte och sista omformarstationen insprängd i berget, vilket skulle medföra att reservuppställningsplatsen var överflödig. Rekognosering genomfördes och ett bergmassiv i Grängesberg lämpade sig väl för ändamålet, som sedermera blev den slutgiltiga platsen för placering av omformarstationen (Nyströmer, 1947).

Till anläggningen drogs ett nytt spår framdraget med en längd av 1100 meter. Det fanns vid projekteringsarbetet av omformarstationen inte någon liknande referens att luta sig mot, vilket gjorde att en del frågetecken behövde ett svar. De frågor som uppkom var dels kopplat till konstruktion och skydd, men även värme- och fuktisolering av betongbyggnaden i berget. Anläggningen skulle komma att bli fullträffsäker där den minsta bergtäckningen var sju meter och som mest uppe emot 14 meter  Kostnaden för konstruktion av denna del av anläggningen skulle uppgå till 550 000 kronor i dåtidens penningvärde. Sprängnings- och byggnadsarbete uppgick till omkring 330 000 kronor, där merparten av de 6000 kubikmeter bergmassor placerats i tjärnen intill (Nyströmer, 1947)..

Omformarstationen fick efter några år en utbyggnad. De ursprungliga ritningarna visar endast en tunnel in i berget (maskinhall I) där det via nyare dokument syns förslag till utsprängning av en ytterligare tunnel. Denna del skulle komma att bli maskinhall II och placeras väster om den ursprungliga tunneln. Den nya maskinhallen kom att utformas där det tidigare fanns ett utsprängt skyddsrum. Tidigare planer visar på att ett stickspår löpte in till en enskild transformator i ett separat bergutrymme, något som skrotades i och med den nya maskinhallen (Ekeving, u.åD).

Resultatet blev två järnvägsspår som löper genom separata bergtunnlar, där varje tunnel skyddades av portar som kunde skjutas för inslagen och fungerade som skydd. Omformarstationen i Grängesberg fick två olika typer av skyddsportar, där maskinhall I fick en betongport med en vikt av 25 ton. Maskinhall II mottog stenfilterportar i två sektioner. Dessa stenfilterportar konstruerades som stora gallerburar och fyllda med stenar. Frisk luft kunde genom stenfiltren sippra genom och fortsätta in i tunnlarna och ut genom det vertikala tunnelschakten i tunnelns ände.

Respektive tunnel (maskinhall) fick varsitt vertikalt ventilationsschakt som sträckte sig upp till bergets hjässa. Några meter upp i schakten fanns kraftiga fläktar som avlägsnade den varma luften som genererades av utrustningen i maskinhallarna. Vid bergets hjässa skyddas tunnelschakten av robusta betongkonstruktioner som i normala fall är utrustade med stenfilter, liknande de vid inslagsportarna.

3.1 Maskinhallarna

Bakom stenfilterportarna fanns vagnar som kollektivt omvandlade elkraften för att passa järnvägsnätet. När dessa omformarstationer i bergrum byggdes, hade tekniken redan övergått till mobila enheter. Det innebar att en betydande del av utrustningen var monterad på vagnar, vilket gjorde det möjligt att enkelt flytta dem från den aktuella anläggningen för underhåll.

Här följer en beskrivning av maskinhall ett i den före detta omformarstationen i Grängesberg, baserat på en plan- och sektionsritning. Tunneln i maskinhallen hade en bredd och höjd på åtta meter under de första 18 metrarna, varefter den smalnade av något till sex meter i bredd och höjd. Längs ena sidan av tunneln byggdes en lastkaj. Högspänningen matades in i anläggningen genom kraftledningar anslutna till betongen ovanför stenfilterportarna och kopplades till en transformatorvagn kallad Q26 med kapacitet för 130 kV. Denna högspänning omvandlades sedan till den lämpliga spänningen för omformaren. Därefter placerades omformarvagnen Q38 och apparatvagnen Q39, som tillsammans benämndes Q38/Q39. Längst in på rälsen stod ytterligare en Q38/Q39. Varje ekipage (Q38/Q39) mätte ungefär 18 meter i längd (Ekeving, u.åA).

Efter placeringen av det innersta ekipaget fanns ett gjutet betonghus i tunneln som sträckte sig över cirka 27 meter och var uppdelat i flera sektioner. Den första sektionen rymde ett ställverk med två stativ för 16 kV och 6 kV längs med betongväggarna. Nästa sektion nåddes via en liten trappa och innehöll kontrollrummet. Längst in fanns ytterligare två utrymmen som användes som förråd. Den totala längden på den sprängda tunneln, mätt från stenfilterporten till änden av betonghuset, uppgick till cirka 80 meter (Ekeving, u.åA). Golvet i betonghuset var belagda med så kallade höganäsplattor i gul kulör. Väggarna putsades och målades därefter med en ljus färgton (Nyströmer, 1947).

I en omformarstation ansvarar ställverket för att koppla samman inkommande och utgående ledningar samt innehåller brytare och frånskiljare för dessa. Matningen övervakades tidigare av personal på plats från det intilliggande kontrollrummet. Idag fjärrstyrs dessa omformarstationer från en eldriftcentral, vilken har som uppgift att övervaka stationer inom ett specifikt geografiskt område (Biedermann, 2002).

Jämförelse mellan maskinhallarna

I samband med byggnationen av maskinhall II syns det via ritningar olika förslag till utökning av ställverk och tillhörande utrymmen i anläggningen. Det lades fram tre alternativ på utformning, där en gångtunnel mellan maskinhallarna var gemensamt på alla dessa. Vid jämförelse av dessa alternativ och vid besök i anläggningen kan det fastställas att inget av dessa tre alternativ genomfördes, utan ett fjärde alternativ fanns.

Den nyare tunneln, maskinhall II, byggdes några år senare vilket syns på några håll i anläggningen. Plåttaken som skyddar vagnekipagen är i den nya hallen kupolformat och det syns betongförstärkningar längs med väggarna i en större utsträckning. Slussfunktionen mellan stenfilterportarna gör att skyddet var bättre i den nyare hallen. Skyddet var även avsevärt bättre i kylluftsschakten (ventilationen) mot bergets hjässa. Det konstruerades ett omfattande stenfilter i schaktet vilket saknades i den ursprungliga tunneln. Betongkupolen vid hjässan var även lägre, robustare och gav ett bättre skydd mot luftstötvågor.

Trots att den nya tunnelns totala längd var längre visar dokument att endast en omformar- och apparatvagn skulle placeras i maskinhallen. Till detta fanns plats för en transformatorvagn och 50kV brytare. Dessa placerades innanför gränsen för stenfilterportarna och därför i skydd från en fiende.

Mobila vagnekipage

Genom åren har olika typer och modeller av mobila omformarekipage utvecklats för användning i omformarstationer över hela landet. Vi använder termen “ekipage” på grund av sammankopplingen av omformarvagn och apparatvagn till ett gemensamt ekipage. Dessa grundläggande typer uppgår till tre till antalet, där den producerade effekten är av central betydelse.

Omformarvagnen är sammansatt av en trefas synkronmotor och enfas synkrongenerator som är monterade på samma axel. Fältströmmar genereras på den genomgående axeln av omformaren och överförs till synkronaggregaten via likströmsmaskiner (Biedermann, 2002).

Bild tagen från skynket ut mot stenfilterportarna. En mäktig hall att befinna sig i då känslan i berget är så rå.

Den minsta varianten av omformarvagnen är Q24 med en uteffekt på 3,1 MVA. Den åtföljs av apparatvagnen Q25, och tillsammans sträcker sig ekipaget över en längd av 15,7 meter och har en totalvikt på 121,8 ton. Det högsta axeltrycket uppgår till 17,9 ton. Totalt har 66 ekipage av typen Q24/Q25 tillverkats, varav många inte längre är i bruk. Dessa ekipage producerades under perioden 1934-1944 (Biedermann, 2002).

År 1948 startade tillverkningen av den större varianten av ekipage. Benämningen på omformarvagnen blev Q38 och den har en uteffekt på 5,6 MVA. Den åtföljs av apparatvagnen Q39. Ekipagets längd sträcker sig till 18 meter och har en totalvikt på 144,4 ton, med det högsta axeltrycket på 20,4 ton. Totalt tillverkades 48 ekipage av denna typ fram till 1959 (Biedermann, 2002).

Under tiden då tillverkningen av Q38/39 närmade sig sitt slut, påbörjades planeringen och senare tillverkningen av en ännu större variant. Omformarvagn Q48 och apparatvagn Q49 har en samlad vikt på 197 ton, med det högsta axeltrycket på 23 ton. Dess längd sträcker sig till 20 meter, vilket är nästan fyra meter längre än det första ekipaget (Q24/Q25). Uteffekten är 10 MVA, vilket är ungefär tre gånger så mycket som Q24/Q25 (Biedermann, 2002).

Utöver omformar- och apparatvagnar fanns ställverksvagnar. Den mobila ställverksvagnen fick beteckningen Q31/Q41 och användes främst på upplagsplatser där ett permanent ställverk inte fanns tillgängligt. I vagnen fanns brytare, frånskiljare och reläskydd. Genom ställverksvagnen kunde elektricitet matas in i flera linjer. Ställverksvagnen används inte längre; istället finns nu fasta, installerade ställverk i omformarstationerna (Digitalmuseum, 2022).

En mobil transformatorvagn tillverkades också, först som modell Q26 och sedan som Q27. Den första modellen tillverkades i olika varianter med varierande effekt och storlek, med en vikt som spände från 45 till 86,3 ton (Ekeving, u.åB). Modellen Q27 med tillverkningsnummer 13 har fabrikatet Siemens typ KLUM 1575/120 och är utrustad med sex axlar. Jämfört med tillverkningsnummer ett till tolv är den mindre i storlek och har lägre effekt (Ekeving, u.åC).

Efter nedläggningen

Sedan verksamheten flyttade ut ur anläggningen i Grängesberg har förfallet sakta men säkert tagit plats. Genom åren har olika typer av människor hittat hit, bland annat koppartjuvar och vandaler. Ett av utrymmena i betongbyggnaden brandhärjades och totalförstördes, vilket kan ses på bilden strax ovanför denna text. För några år sedan kom beslutet att stänga anläggningen för gått, vilket nu genomförts. Gigantiska mängder jord och sten lades framför inslagsportarna för att tillslut utgöra en brant backe som med tiden kommer smälta in i övriga omgivningen. Hur eller om en miljösanering av insidan är genomförd låter vi vara osagt, men det är att anta att det genomfördes.

Uppdaterad 2023-11

Referenslista:

Biedermann, N. (2002). Järnvägens elmatning. http://www.nth.se/nb/jvg_el.pdf

Digitalmuseum. (2022). Omformarvagn.  https://digitaltmuseum.se/021028870484/omformarvagn

Ekeving, G. (u.åA). Grängesbergs omformarstation (berganläggning) Sektion och plan 1950 -. Ekeving. https://www.ekeving.se/r/MATN/OMF/Ebr_30982.jpg

Ekeving, G. (u.åB). Transportabel transformator LITT. Q26 nr. 10-12,18. https://www.ekeving.se/r/MATN/OMF/Ebr_41025.jpg

Ekeving, G. (u.åC). Transportabel transformator LITT. Q27 nr. 13. https://www.ekeving.se/r/MATN/OMF/Ebr_41037.jpg

Ekeving, G. (u.åD). Ritningar elmatning för järnväg. https://www.ekeving.se/r/elmatningR.htm

Eklund, J. (u.å). Tillberga omformarstation. Elmuseum.
http://www.elmuseum.se/?/tillberga_omformarstation.htm

Nyströmer, P. O. (1947). GDG omformarstation i Grängesberg. xxxx

Trafikverket. (2014). Järnvägens elanläggningar.  http://trafikverket.diva-portal.org/smash/get/diva2:1389626/FULLTEXT01.pdf

Trafikverket. (2020). Elkraftsystemet. https://bransch.trafikverket.se/for-dig-i-branschen/teknik/anlaggningsteknik/Elkraftsystemet/