right|350px|thumb|Höghastighetsbanor i Europa Höghastighetsbana är en järnväg (= banunderbyggnad, banöverbyggnad, strömmatning samt signalsystem) som är byggd för höghastighetståg. I svensk dagspress används begreppet vanligen endast om sträckor som är byggda för betydligt högre hastigheter än 250 km/h. Enligt EU:s terminologi finns det även höghastighetsbanor kategori II respektive kategori III med minst 190 km/h som största tillåtna hastighet (till exempel Malmö-Stockholm-Sundsvall). TSD Höghastighet Trafikverket Teknisk systemstandard för höghastighetsbanor, TDOK 2014:0159, Trafikverket 2014-03-26
Kännetecken för höghastighetsbanor Begreppet höghastighetsbana används många gånger på ett mycket generellt sätt. Det är inte alltid helt klart vad som egentligen menas. Många gånger är det endast en del av den så kallade "höghastighetssträckan" som verkligen tillåter höga hastigheter. Men det finns ändå några genomgående kännetecken för nybyggda höghastighetsbanor (max hastighet 250–330 km/h).
Generellt
Karaktäristiskt för en höghastighetsbana är följande:
miniatyr|LGV vid Avignon i Frankrike. Oftast dubbelspår Inga plankorsningar med vägar (säkerhet) Stora kurvradier (Trafikverket rekommenderar minst 6000 meter vid 320 km/h).Trafikverket TDOK 2014:0159, Teknisk systemstandard för höghastighetsbanor,2014-03-26 Dessutom mycket större vertikalradie, alltså förändringar av lutningar, såsom övergång mellan uppför och nedför. Dessa två faktorer tillsammans medför att en höghastighetsbana kategori 1 i kuperad terräng till stor delar måste bestå av långa broar, skärningar eller tunnlar. Nya höghastighetsbanor dras sällan genom tät bebyggelse (för att undvika buller och vibrationer), endast genom städer där tåg ska stanna. Betydligt kraftigare effektmatning än många gamla banor och hårdare spänd kontaktledning (mindre svängningar vilket minskar risken för ljusbåge) Flera andra detaljerade tekniska krav som inte gäller banor för högst 250 km/h.
Trafik
Den centrala frågan inom området höghastighetståg är, som namnet antyder, hastigheten. Det finns emellertid flera hastighetsnivåer, främst topphastighet och medelhastighet (resehastighet). I Japan började snabbtåg att köra i topphastigheter kring 200 km/h redan under 1960-talet och samtidigt pågick viss trafik i dessa hastigheter även i USA, Västtyskland och Frankrike. Under början av 1980-talet började fransmännen att köra i topphastigheter uppemot 260 km/h och under slutet av samma decennium började Tyskland att köra reguljärt i farter uppemot 280 km/h.
Inom Europeiska unionen finns ett regelverk inom järnvägsområdet. En ny EU-järnväg kan byggas enligt kategori II, vilket bland annat innebär en högsta hastighet om 249 km/h.
Det pågår i Sverige en debatt om den så kallade Ostlänken (sträckan Stockholm-Nyköping-Norrköping-Linköping) och den planerade banan mellan Göteborg och Borås planeras att byggas för 250 km/h eller för ännu högre hastigheter. Banverket (numera Trafikverket) angav 2008 att hastighetsgränsen skall vara 320 km/h för Götalandsbanan och 250 km/h för "andra nybyggen". Ett EU-direktiv krävde att banor för minst 250 km/h måste följa ett speciellt direktiv för höghastighetsbanor. Council Directive 96/48/EC. Interoperability of the trans-European high-speed rail system . Detta direktiv har ersatts av ett annat direktiv Direktiv 2008/57/EG om driftskompatibilitet , åtminstone längs det Transeuropeiska nätet (TEN).
Ostlänken (= sträckan Järna- Nyköping- Norrköping- Linköping; 15 mil) projekteras för 250 km/t.
I praktiken är det svårt att klara regelverket för höghastighetsbanor kategori 1 om dessutom godståg skall kunna trafikera banan. Intensiv trafik med godståg kan eventuellt förändra spårens läge mer än det som är tillåtet och godstågen måste dessutom kunna köras i minst 160 km/h.. På den föreslagna Götalandsbanan och Ostlänken innebär Trafikverkets huvudförslag att det skall finnas begränsade delsträckor med upp till 35 promille i lutning, något som absolut inte passar för tunga godståg.Järnvägsutredning Ostlänken Gemensam del Järna – Linköping, Slutrapport, sid 34, september 2009
På äldre järnvägar med godstrafik är delsträckor med 10-15 promille som lutning inte ovanligt, till och med drygt 20 promille förekommer. Botniabanan är byggd som en konventionell järnväg (höghastighetsbana kategori II enligt EU) för att tågoperatörerna skall kunna köra tunga godståg. Botniabanan har maximalt 10 promille som lutning. Trafikverket: Järnvägsnätsbeskrivning 2012 del 1, bilaga 3.6 – Lutningar per stråk, Utgåva 2011-10-18
Regional persontrafik är ovanlig på höghastighetsbanor. Viss regionaltrafik fanns dock med i utredningarna om Götalandsbanan och Ostlänken. Regionaltrafik fungerar tillsammans med höghastighetstrafik vid glesare trafik, men man måste då ha glesare stopp för regionaltågen. Lutningsbara vagnskorgar (som på X2000) används idag inte på någon höghastighetsbana kategori 1.
Byggsystem spår miniatyr|Sanyo Shinkansen går till stora delar i tunnel och på viadukter, här på betongplattespår.
En av de viktigaste delarna hos en höghastighetsbana är spåret. Redan under 1960-talet bedrevs höghastighetstrafik i 200 km/h i såväl Frankrike som Västtyskland och i viss mån även USA på skarvspår med träslipers, men redan vid en mycket måttlig trafikintensitet slits spåren snabbt. I Japan användes dock redan under 1960-talet högkvalitativa spår för höghastighetstrafik. Dessa spår hade tjock makadam-ballast, tunga betongslipers, fjädrande rälsbefästning och helsvetsade räler.
, och förekommer även på höghastighetsbanor i Tyskland, Frankrike, Nederländerna samt i Kanaltunneln. Betongplattespår ger ett mycket stabilt spårläge men är en bullrig och dyr konstruktion. Vidare är den komplicerad att reparera vid eventuell urspårning och betongen vittrar. Höjden för den totala bädden blir dock lägre med betongplattor och därmed billigare för tunnlar då dessa kan göras lägre. Större höjd/bredd på tunnlar behövs för att motverka tryckvåg när tågen passerar (100 kvadratmeter tvärsnitt är önskvärt för dubbelspår i Västeuropa). Man slipper också problemet att stenar kan flyga iväg och skada tågen, något som förekommer med makadam och tåg runt 300 km/h. right|350px|thumb|Höghastighetsbanor i Asien
I Nordamerika, Europa och Asien tillkommer också kravet på att banan måste göras "tjälsäker" så att spåret inte börjar röra sig på grund av tjälskott. Utan markisolering (cellplast) kan tjälen nå en meters djup i södra Sverige och ner till 2,5 meters djup i norra Sverige. Banvallen är dessutom, ur driftsynpunkt, betydligt känsligare än en väg genom de stränga krav som föreligger med avseende på rörelser i spåret.Trafikverket:Tjällossning på järnvägen, 2011-03-30
Ramböll, en byggkonsult med huvudkontor i Danmark, har publicerat en utredning där de föreslår att en höghastighetsbana med stålhjul på stålspår till största delen bör byggas utan en konventionell järnvägsbank (denna rapport innehåller dock en rad frågetecken). I stället föreslår Ramböll en konventionell betongplatta som bärs upp av betongpelare (investeringskostnad cirka 2 miljarder kr per mil). Höghastighetsbanor Oslo-Köpenhamn (70 mil) och Stockholm-Göteborg (45 mil) skulle med den metoden enligt utredningen kosta 225 miljarder (motsvarande 1,96 miljarder kr per mil); enligt Ramböll blir kostnaden med konventionell järnvägsbank/-skärning samt få broar cirka 0,45–1,0 miljarder kr per mil. Det bör noteras att de siffror som Ramböll presenterat ligger betydligt högre än de siffror som presenterades för några år sedan av ett antal organisationer som drivit kampanjer för att få de här banorna byggda. Nytt projekt med höghastighetståg på betongpelare mellan Oslo och Köpenhamn presenteras i morgon, Öresundskommittén 2013
Spårgeometri
Till höghastighetsbanor behövs större kurvradier än på konventionella järnvägar, runt 4000 meter vid 320 km/h. Större lutningar kan tillåtas av kostnadsskäl tack vare att tågen har hög effekt, nästan samma lutningar som motorvägar och tunnelbanor (upp till 40 promille, Banverket 35 promillehttp://www.banverket.se/pages/14911/Gemensamma%20riktlinjer%20Gotalandsbanan.pdf Gemensamma riktlinjer för Götalandsbanan). Däremot krävs mjukare övergångar mellan olika lutningar, vertikalradie. Banverket anger minst 23 000 m och rekommenderar 44 000 m. 44 000 m innebär cirka 25 promille ändring av lutningen per km. Avstånden mellan spåren behöver vara större än för banor med långsammare tåg för att motverka besvärande tryckvåg vid tågmöten (minst 4,2 m (Japan), 4,5 m (Sverige) till 4,7 m (Tyskland) och 5,0 m (Italien)).
Ovanstående är en starkt förenklad och förkortad version av de krav som gäller enligt Trafikverket styrande dokument för spårgeometri. Se vidare Trafikverkets standard BVS 1586.41 BVS 1586.41 Banöverbyggnad - Spårgeometri. Trafikverket 2012-03-01 Ytterst är det i Sverige Transportstyrelsen som godkänner kraven med stöd av flera EU-direktiv.TSD Höghastighet, Transportstyrelsen
Den bakomliggande orsaken till de extremt stora spårradierna är att kurvkraften ökar med kvadraten på hastigheten givet att förutsättningarna i övrigt är de samma. Man brukar planera nya banor utifrån att tågen inte använder korglutning eftersom det gör tågen kraftigt dyrare.
Kraftmatning Den elektriska kraftmatningen till tågen innehåller inga principiella skillnader jämfört med kraftmatningssystem för banor med lägre topphastigheter. Skillnaden består av det faktum att högre hastigheter kräver högre effekt och högre energimängder. Ett annat problem är att en strömavtagare vid högre farter sätter kontaktledningen i svängning, vilket gör att strömmatningen bryts med jämna intervall vilket orsaker ljusbågar med följande kraftigt slitage. Därför måste kontaktledningen spännas in både hårdare (högre dragkraft) och med mjukare upphängningar.
Några globala utvecklingstendenser för elektrifierade höghastighetsbanor är följande:
Elektrifiering med hög kontaktledningsspänning (ofta 15–25 kV AC) för att minska transmissionsförlusterna och kontaktledningens tvärsnittsyta. Det finns dock höghastighetstrafik med låg spänning (till exempel 1,5 kV likström i Frankrike), dock sker den trafiken inte med lika höga topphastigheter. I Tyskland klarar kontaktledningen (15 kV) 600 Ampere vid "ombyggnadsbanor", 800 Ampere vid "utbyggnadsbanor" och 1 000 Ampere vid nybyggnadsbanor. Det motsvarar en effekt uppemot 15 000 * 1 000 = 15 Megawatt.
En vanlig kontaktledningsspänning är 25 kV och den används för höghastighetstrafik i Frankrike, Storbritannien, Japan, Sydkorea, USA, Italien och Spanien.
Kontaktledning extra hårt inspänd samt utrustad med svängningsdämpande "kedjeverk" mellan bärlina och kontaktledning (minskar ljusbåge). Kortare avstånd mellan kontaktledningsstolpar (Tyskland max 60 m avstånd vid 300 km/h, 80 m vid 200 km/h). Högre toppeffekter per mil bana (mätt i Megavoltampere (MVA) per matarstation). Oftast elektriskt drivna tåg, från 3 MW effekt för korta snabbtåg (svenska X2000), upp till 18 MW för de snabbaste längsta tågen (Shinkansen typ 500, Japan). Se elektrifierad järnväg. I Storbritannien används dock delvis dieseldrift för hastigheten 201 km/h (125 mph), och i Tyskland för 200 km/h.
Tekniken medger sedan flera decennier kontaktledningsspänningen 50 kV (används dock främst för godstrafik i USA, Sydafrika och Brasilien. Har även använts i Kanada). 50 kV för järnvägar finns däremot inte i Europa.
Tidigare drevs snabbtåg (Kanaltåget) i England via en strömskena, men ej vid full effekt (= reducerad topphastighet, ingen höghastighetsbana).
Kontaktledningsspänningen 15 kV (används i Sverige, Österrike, Norge, Schweiz och Tyskland) har den idag den udda frekvensen 16 2/3 Hz. Då stam-elnätet i hela världen (förutom Nordamerika och västra Japan) har frekvensen 50 Hz, måste spänningen omformas. Detta sker numera med hjälp av så kallade statiska växelriktare.