Balises are transponders installed in railways. These devices are nowadays powered by means of a radiofrequency signal emitted by each running train that passes above them. It is only during this moment that the health state of the balises is checked. Hence, there is currently no way to check whether the balises are properly working before the train passes by them. With the aim of executing regular health checks to the balises, an additional source of energy to monitor the balises should be contemplated. Energy harvesting is observed as a suitable solution for this issue. However, a lack of suitability studies is contemplated which englobes the available energy harvesting solutions in railway environments. Therefore, this thesis presents an exploratory work that uses the health monitoring of the balises as a test case for the study of the compatibility of different energy harvesters in diverse railway environments. Hazardous and remote areas are identified as locations of interest for the implementation of the technology, as cabling in those areas is costly and health checks to balises that are not constantly active are of outmost interest. Thus, the addition of wireless communication networks is also studied, due to the need of sending the information obtained in the health checks to monitoring control units. After an initial research study is performed, requirements in railway environments are defined, and three railway scenarios are selected for a suitability study. Then, the investigated energy harvesters and wireless communication networks are compared analytically, and possible technologies for the storage of the harvested energy are presented. It is found that no energy harvester exists that suits all the environments and shows a sufficient power output to make constant checks in remote areas. Nonetheless, piezoelectric and wind harvesters are proposed, because of the commercial availability of the former and the potential of the latter. In terms of wireless communication networks, LoRaWAN shows a low power consumption, while it offers a wide communication range and global coverage. It is, therefore, proposed as the best framework for the wireless communication networks. / Baliser är transpondrar installerade i järnvägar. Dessa enheter drivs numera med hjälp av en radiofrekvenssignal som sänds ut av varje tåg som passerar ovanför baliserna. Det är först i detta ögonblick som balises hälsotillstånd kontrolleras. Därför finns det för närvarande inget sätt att kontrollera om baliserna fungerar korrekt innan tåget passerar dem. I syfte att utföra regelbundna hälsokontroller på baliserna bör en ytterligare kraftkälla för att övervaka baliserna övervägas. Energy harvesting observeras som en lämplig lösning för denna fråga. Det råder dock brist på lämplighetsstudier som förenar de tillgängliga energy harvesting lösningarna i järnvägsmiljöer. Därför presenterar denna avhandling ett undersökande arbete som använder hälsoövervakningen av baliserna som ett testfall för att studera kompatibiliteten hos olika energiskördare i olika järnvägsmiljöer. Farliga och avlägsna områden identifieras som platser av intresse för genomförandet av tekniken, eftersom kablar i dessa områden är kostsamma och hälsokontroller till baliser som inte ständigt är aktiva är av yttersta intresse. Således studeras också tillägget av trådlösa kommunikationsnätverk på grund av behovet av att skicka den information som erhållits vid hälsokontrollerna till övervakningskontrollområdena. Efter att en inledande forskningsstudie genomförts definieras krav i järnvägsmiljöer och tre järnvägsscenarier väljs ut för en lämplighetsstudie. Sedan jämförs de undersökta energiskördarna och trådlösa kommunikationsnätverk analytiskt, och eventuell teknik för lagring av den skördade energin presenteras. Det konstateras att det inte finns någon energiskördare som passar alla miljöer och visar en tillräckligt effekt för att göra konstanta kontroller i avlägsna områden. Ändå föreslås piezoelektriska och vindskördare på grund av den förstnämnda kommersiella tillgänglighet och den senare potentialen. När det gäller trådlösa kommunikationsnätverk visar LoRaWAN en låg strömförbrukning, medan det erbjuder ett brett kommunikationssortiment och global täckning. Det föreslås därför som den bästa ramen för de trådlösa kommunikationsnäten.

Railway signaling is of paramount importance to ensure traffic management andsafety on the rail network. The main lines are divided into sections called ‘blocks’,which are governed by a fixed signal installation. To prevent trains from colliding,each block allows one train at once. In France (and most European countries),train detection is performed by an electrical device called track circuit that consistsof a transmitter and a receiver installed at the track-side, and connected via therails. In the absence of a train, an electrical signal flows from the transmitter tothe receiver through the rails. As a train enters a track circuit, its axles shuntthe rails, provoking a short circuit (also called ‘shunt’): the signal transmitted tothe receiver drops. The detection of that signal drop results in the detection of atrain. This method rarely fails throughout the network, but there can be criticalcases where it may be inefficient. In this Master’s Thesis, new detection criteriaproposed in previous studies have been tested on signals measured in poor shuntingconditions. Three approaches have been tested: one in the time domain and two inthe frequency domain. The time approach compares the short-term and long-termstatistics of the received signals. The observation of a change in the spectra of thereceived signals around the 3rd order harmonic (3OH) has led to the implementationof two frequency criteria: the estimation of the band power around the 3OH andthe detection of the 3OH peaks. The obtained results show that better detection isachieved when the new criteria and the existing one are combined. / Tågsignalsystem är väsentliga för att garantera trafikstyrning och säkerhet i tågnätet.Spåren är indelade i sektioner, s.k. block, som övervakas med fasta signalinstallationer.För att hindra tåg från att krocka, tillåts bara ett tåg i taget per block. IFrankrike (och de flesta andra europeiska länder), detekteras tågen med en elektriskspårkrets som består av en sändare och en mottagare som är installerad bredvidspåret och ansluten till rälsen. När inget tåg finns på spåret, flyter en elektrisk signalfrån sändaren till mottagaren via spåret. När ett tåg anländer, kortsluts kretsenav hjulaxeln och signalen försvinner från mottagaren. Minskningen i signalstyrkaanvänds för att detektera tåget. Denna metod sällan misslyckas i tågnätet, men iovanliga fall kan det uppstå farliga situationer. I detta examensarbete utvärderasnya detektionsmetoder, som har föreslagits i tidigare studier, på signaler som haruppmätts under förhållanden med dålig kontakt mellan hjul och spår. Tre olika metoderhar testats, en i tidsdomänen och två i frekvensdomänen. Tidsdomänsmetodenjämför kortvarig och långvarig statistik för den mottagna signalen. I spektrum förden mottagna signalen, har man observerat en förändring runt den tredje övertonen,samt detektering av frekvenstoppar vid tredje övertonen. De erhållna resultatenvisar på förbättrad detektering när de nya och existerande kriterierna kombineras.

Spårledningar används inom tunnelbanan för att visa tågets position samt bestämma tågets hastighet genom att bryta spänningsamplituden i signalen vid olika frekvenser. Frekvensen till spårledningen fås från en roterande frekvensomformare. I dagens anläggning används roterande frekvensomformare med borstar. Dessa avger i relärum mycket värme och ger miljöproblem i form av koldamm från borstarna. Det befintliga systemet är gammal och har funnits i drift över 30 år, därför håller reservdelar på att ta slut samt service till systemet svårtillgängligt. Detta examensarbete har undersökt möjligheten att uppgradera till nyare system som bygger på en lösning med roterande borstlös frekvensomformare där reservdelarna och service är tillgängliga i minst 25 år. Undersökningen jämför olika roterande borstlösa frekvensomformare från olika leverantörer för att hitta en frekvensomformare där kraven från Trafikförvaltningen uppfylls. Studien har haft fokus på problemområdet med borstade frekvensomformaren som producerar skadliga ämnen såsom koldamm och värmen i relärum. Diskussioner med tillverkningsföretag av roterande borstlös frekvensomformaren har skett under denna studies gång där möjliga alternativ för vidare utveckling av systemet i relärum analyseras. I projektet har även diskuterat möjligheten att använda det nya systemet av frekvensomformare med borstlösa motor och generator istället för den nuvarande borstade frekvensomformaren som finns i anläggningen. Resultatet har även visat att den roterande borstlösa frekvensomformaren kan omvandla frekvensen till 75 Hz. Det nya systemet uppfyller kraven från Trafikförvaltningen samt att systemet håller i minst 25 år till. Att systemet håller minst i 25 år till var ett stort krav av Trafikförvaltningen som uppfylldes under denna studie. / Track lines are used in subway stations to show the train locations and determine the speed of the train by chopping the frequency. The frequency of the track lines is obtained from a rotary frequency converter. In today's stations, rotary frequency converters with brushes are commonly used. These emit a great deal of heat in some relays and produce environmental problems in the form of carbon dust from the brushes. The existing systems have been used for over 30 years and obtaining spare parts and conducting maintenance on the systems can be difficult. This degree project examines the possibility of newer systems being built on a rotating brushless frequency converter, where the spare parts and servicing would be available for at least the next 25 years. The project surveys and compares different rotating brushless frequency converters from different suppliers to find an identical frequency converter to meet the requirements of the Traffic Administration. The result of this study has had a lot of focus on the problem area with the brushed frequency converter that produces harmful substances such as carbon dust and the heat in the relay room. Discussions with manufacturing companies of rotating brushless frequency converters have been made during this study where possible options were discussed for further development of the system in relay rooms. The result has also discussed the possibilities of using the new system of frequency converters with brushless motor and generator instead of the current brushed frequency converter available in the facility. The result has also shown that the rotating brushless frequency converter can convert the frequency to 75 Hz. The new system meets RAMS requirements of the Trafikförvaltning, and the system lasts for at least 25 years. This was a major requirement of the Trafikförvaltning, which was fulfilled during this study.