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B 2580<br />
6/2011<br />
Juni<br />
<strong>Elektrische</strong><br />
B ahnen<br />
Elektrotechnik<br />
im Verkehrswesen<br />
Rail Power Supply Systems<br />
<strong>High</strong>-<strong>voltage</strong> <strong>DC</strong> <strong>power</strong> <strong>supply</strong> – Part 1:<br />
Basics and system design<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
DB Energie bezieht <strong>Bahnen</strong>ergie aus dem<br />
GuD-Kraftwerk Bremen<br />
Leistungsstärkste Bahnstromumrichteranlage<br />
in Datteln<br />
Fahrzeuge<br />
Trolleybusse in Mailand – völlig emissionsfrei<br />
durch die Stadt<br />
Journal<br />
TRAXX-AC-Güterzuglokomotiven mit<br />
Last-Mile-Dieselmotor<br />
Neue Trolleybusse für Schaffhausen<br />
Schutz gegen Schäden durch Lichtbögen an<br />
Oberleitungstrennstellen<br />
Schutzeinrichtung für 1-AC- und 2-AC-Oberleitungsanlagen<br />
/ Protection device 1 AC and<br />
2 AC contact line systems<br />
<strong>Bahnen</strong>, Energie und Umwelt, Personen,<br />
Produkte und Lösungen, Medien, Normen,<br />
Kommentare, Berichtigung, Historie, Termine<br />
Erste Fachzeitschrift für Elektrotechnik<br />
im öffentlichen Verkehr
WISSEN für die ZUKUNFT<br />
Mit vielen, bisher<br />
unveröffentlichten Bildern<br />
Wechselstrom-<br />
Zugbetri<strong>eb</strong><br />
in Deutschland<br />
Band 1: Durch das mitteldeutsche<br />
Braunkohlerevier – 1900 bis 1947<br />
Eine einzigartige, chronologische Beschreibung der<br />
Entwicklung der Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge, Bahnstromversorgungsund<br />
Fahrleitungsanlagen sowie des Werkstättenwesens<br />
dieser Zeit.<br />
Vor mehr als 100 Jahren legten weitsichtige Techniker wie<br />
Gustav Wittfeld den Grundstein für den Aufbau eines elektrischen<br />
Zugbetri<strong>eb</strong>s mit Einphasen-Wechselstrom in Preußen<br />
– es war der Beginn einer unvergleichlichen Erfolgsgeschichte.<br />
Der erste Band beschreibt die Pionierarbeit der frühen<br />
Jahre – von der Finanzierung bis zur Inbetri<strong>eb</strong>nahme erster<br />
Teststrecken, über die schwere Wiederinbetri<strong>eb</strong>nahme in den<br />
Zwanzigern und die kurze Blütezeit in den Dreißigerjahren, bis<br />
hin zur Phase des Wiederaufbaus und der Demontage nach<br />
dem zweiten Weltkrieg.<br />
Dieses Werk veranschaulicht ein Stück Zeitgeschichte und<br />
beschreibt die Zusammenhänge zwischen den technischen<br />
und wirtschaftlichen sowie den gesellschaftlichen und<br />
politischen Entwicklungen dieser Epoche.<br />
P. Glanert / T. Scherrans / T. Borbe / R. Lüderitz<br />
1. Aufl age 2010, 258 Seiten mit CD-ROM, Hardcover<br />
CD-ROM<br />
mit ausführlichem<br />
Zusatzmaterial<br />
Oldenbourg Industrieverlag<br />
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___ Ex. Wechselstrom-Zugbetri<strong>eb</strong> in Deutschland – Band 1<br />
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Die bequeme und sichere Bezahlung per Bankabbuchung wird<br />
mit einer Gutschrift von € 3,- auf die erste Rechnung belohnt.<br />
Antwort<br />
Vulkan-Verlag GmbH<br />
Versandbuchhandlung<br />
Postfach 10 39 62<br />
45039 Essen<br />
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Land, PLZ, Ort<br />
Telefon<br />
E-Mail<br />
Branche/Wirtschaftszweig<br />
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Bevorzugte Zahlungsweise Bankabbuchung Rechnung<br />
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WZD1<strong>eb</strong>2010<br />
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Oldenbourg Industrieverlag oder vom Vulkan-Verlag per Post, per Telefon, per Telefax, per E-Mail, nicht über interessante Fachang<strong>eb</strong>ote informiert und beworben werde. Diese Erklärung kann ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen.
Inhalt<br />
<strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 6/2011<br />
Elektrotechnik im Verkehrswesen<br />
Hauptbeiträge Seite Journal Seite<br />
Rail Power Supply Systems<br />
M. Lehmann<br />
<strong>High</strong>-<strong>voltage</strong> <strong>DC</strong> <strong>power</strong> <strong>supply</strong> − Part 1:<br />
Basics and system design 171<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung mit hohen Gleichspannungen<br />
– Teil 1: Grundlegende<br />
Zusammenhänge und Anlagenauslegung<br />
Alimentation en énergie de traction à courant<br />
continu haute tension – Partie 1: Fondamentaux<br />
et conception du système<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
R. Granzer<br />
DB Energie bezieht <strong>Bahnen</strong>ergie aus<br />
dem GuD-Kraftwerk Bremen 176<br />
DB Energy purchase traction energy from the<br />
gas and steam <strong>power</strong> plant in Bremen<br />
La DB Energie se fournit en énergie de traction<br />
auprès de la centrale gaz et charbon de Brême<br />
P. Maibach, N. Umbricht, H. Wrede<br />
Leistungsstärkste Bahnstromumrichteranlage<br />
in Datteln 182<br />
World‘s largest traction <strong>power</strong> converter station<br />
in Datteln<br />
Installation équipée du plus puissant convertisseur<br />
de traction au monde à Datteln<br />
Journal extra<br />
TRAXX-AC-Güterzuglokomotiven mit<br />
Last-Mile-Dieselmotor 200<br />
Neue Trolleybusse für Schaffhausen 202<br />
Schutz gegen Schäden durch Lichtbögen<br />
an Oberleitungstrennstellen 204<br />
Schutzeinrichtung für 1-AC- und 2-AC-<br />
Oberleitungsanlagen / Protection device<br />
1 AC and 2 AC contact line systems 206<br />
<strong>Bahnen</strong> · Railways · Chemins de fer 210<br />
Energie und Umwelt · Energy and environment ·<br />
Ènergie et environnement 214<br />
Personen · Persons · Personnes 215<br />
Produkte und Lösungen · Products and solutions ·<br />
Produits et solutions 215<br />
Medien · Media · Media 216<br />
Normen · Standards · Normes 217<br />
Kommentare · Comments · Commentaires 217<br />
Berichtigung · Correction · Retification 217<br />
Historie · History · Histoire 218<br />
Termine · Dates · Dates U 3<br />
Fahrzeuge<br />
M. Schmitz, M. Böhm<br />
Trolleybusse in Mailand – völlig<br />
emissionsfrei durch die Stadt 191<br />
Trolley buses in Milan – zero emission rides<br />
through the city<br />
Trolleybus de Milan – zero emission à travers la ville<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
169
Impressum<br />
<strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
Gegründet 1903 von Prof. Wilhelm Kübler, Königlich Sächsische Technische Hochschule<br />
zu Dresden.<br />
Herausg<strong>eb</strong>er:<br />
Dr. Klaus Baur, Vorsitzender der Geschäftsführung, Bombardier Transportation GmbH, Berlin<br />
Dr. Ansgar Brockmeyer, Leiter Business Segment Public Transit, Siemens Mobility, Erlangen<br />
Dipl.-Ing. Thomas Groh, Geschäftsführer, DB Energie GmbH, Frankfurt am Main (federführend)<br />
Dr.-Ing. Friedrich Kießling, Baiersdorf<br />
Prof. Dr.-Ing. Peter Mnich, Fachg<strong>eb</strong>iet Betri<strong>eb</strong>ssysteme elektrischer <strong>Bahnen</strong>, Technische<br />
Universität Berlin<br />
Dr.-Ing. Steffen Röhlig, ELBAS <strong>Elektrische</strong> Bahnsysteme Ingenieur-Gesellschaft mbH,<br />
Dresden<br />
Prof. Dr.-Ing. Andreas Steimel, Lehrstuhl für elektrische Energietechnik und Leistungselektronik,<br />
Ruhr-Universität, Bochum<br />
Beirat:<br />
Dipl.-Ing. Christian Courtois, Leiter des Geschäftsg<strong>eb</strong>ietes Traktionsenergie-Versorgungssysteme<br />
in der Direction de l‘ingéniere der SNCF<br />
Dr.-Ing. Thomas Dreßler, Experte für Energie, Schieneninfrastruktur-Dienstleistungsgesellschaft<br />
mbH, Abteilung Benannte Stelle, Wien<br />
Dr.-Ing. Gert Fregien, Leiter Fahrzeugtechnik, DB Fernverkehr, Frankfurt am Main<br />
Dr. Andreas Fuchs, Leiter Vorentwicklung Traktion, Siemens Mobility, Erlangen<br />
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtschaftsing. Wolfgang Harprecht, Senior Consultant, Marburg an der Lahn<br />
Dipl.-Ing. Alfred Hechenberger, Standortverantwortlicher München und Leiter<br />
Öffentlich keitsarbeit, DB Systemtechnik, München<br />
Dr. Dieter Klumpp, Geschäftsführer Alstom LHB GmbH, Salzgitter<br />
Dipl.-Ing. Manfred Lörtscher, Geschäftsführer, LOITS GmbH, Wettswil am Albis<br />
Prof. Dr.-Ing. Adolf Müller-Hellmann, Geschäftsführer VDV-Förderkreis e.V., Köln<br />
Dipl.-Ing. (FH) Peter Schließmann, Leiter Consulting Services Ausrüstungstechnik, DB International,<br />
Frankfurt am Main<br />
Dipl.-Ing. Udo Stahlberg, Fachbereichsleiter Nahverkehrs-Schienenfahrzeuge, elektrische<br />
Energieanlagen und Standseilbahnen, Verband Deutscher Verkehrsunternehmen<br />
(VDV), Köln<br />
Dipl.-Ing. (FH) Mike Walter, Leiter Kompetenzcenter Elektrotechnik, Balfour Beatty Rail<br />
GmbH, Offenbach am Main<br />
Dipl.-Wirtschaftsing. Michael Witt, Lahmeyer International GmbH, Bad Vilbel<br />
Redaktion:<br />
Eberhard Buhl, M.A. (verantwortlich), Fon: +49 711 33-7977, Fax: -3022,<br />
E-Mail: redaktion@<strong>eb</strong>-elektrische-bahnen.de, Postanschrift siehe Verlag.<br />
Dipl.-Ing. Dirk Behrends, Eisenbahn-Bundesamt, Bonn<br />
Dipl.-Ing. Martin Binswanger, Mering<br />
Dipl.-Ing. Erich Braun, Schwalbach<br />
Dipl.-Ing. (FH) Bodo Ehret, DB AG, Vorstandsressort Technik, Frankfurt am Main<br />
Dipl.-Ing. Roland Granzer, Dresden<br />
Dipl.-Ing. Walter Gunselmann, Siemens Mobility, Erlangen<br />
Dr.-Ing. Friedrich Kießling, Baiersdorf<br />
Dipl.-Ing. Wolfgang Kropp, Balfour Beatty Rail GmbH, Offenbach am Main<br />
Verlag:<br />
Oldenbourg Industrieverlag GmbH, Rosenheimer Straße 145,<br />
81671 München, Deutschland, Fon: +49 89 45051-0, Fax: -207<br />
Internet: http://www.oldenbourg.de<br />
Geschäftsführer:<br />
Carsten Augsburger, Jürgen Franke, Hans-Joachim Jauch<br />
Mediaberatung:<br />
Inge Matos Feliz, Fon: +49 89 45051-228, Fax: -207,<br />
E-Mail: matos.feliz@oiv.de, Anschrift siehe Verlag.<br />
Zurzeit gilt Anzeigenpreisliste Nr. 57.<br />
Redaktionsbüro:<br />
Ursula Grosch, Fon: +49 89 3105499<br />
E-Mail: ulla.grosch@seccon-group.de<br />
Abonnement/Einzelheftbestellungen:<br />
Leserservice <strong>eb</strong> − <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
Postfach 9161<br />
97091 Würzburg,<br />
Fon: +49 931 4170-1615, Fax: +49 931 4170-492,<br />
E-Mail: leserservice@oldenbourg.de<br />
Bezugsbedingungen:<br />
„<strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>“ erscheint 10 x jährlich (davon 2 Doppelhefte).<br />
Jahresinhaltsverzeichnis im Dezemberheft<br />
Jahresabonnement 289,00 € (inkl. MwSt.)<br />
Porto Inland 30,00 € (inkl. MwSt.) / Porto Ausland 35,00 €<br />
Einzelheft 33,00 € (inkl. MwSt.), Porto (Deutschland 3,00 € / Ausland 3,50 €)<br />
Einzelausgabe als ePaper 33,00 €<br />
Abo Plus (Print plus ePaper) 375,70 €<br />
Porto Inland 30,00 € (inkl. MwSt.) / Porto Ausland 35,00 €<br />
Die Preise enthalten bei Lieferung in EU-Staaten die Mehrwertsteuer, für das übrige<br />
Ausland sind sie Nettopreise.<br />
Studentenpreis: 50 % Ermäßigung gegen Nachweis.<br />
Bestellungen über jede Buchhandlung oder direkt an den Verlag.<br />
Abonnements-Kündigungen 8 Wochen zum Ende des Kalenderjahres.<br />
Jahresinhaltsverzeichnis im Dezemberheft. – Mikrofilmausgaben ab 44. Jahrgang, 1973,<br />
sind durch University Mikrofilms Ltd., St. John‘s Road Tylers Green <strong>High</strong> Wycombe, Buckinghamshire,<br />
England, HP 108 HR, zu beziehen.<br />
Diese Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urh<strong>eb</strong>errechtlich<br />
geschützt. Mit Ausnahme der gesetzlich zugelassenen Fälle ist eine Verwertung<br />
ohne Einwilligung des Verlages strafbar.<br />
ISSN 00 13-5437<br />
Gedruckt auf chlor- und säurefreiem Papier<br />
109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Rail Power Supply Systems<br />
<strong>High</strong>-<strong>voltage</strong> <strong>DC</strong> <strong>power</strong> <strong>supply</strong> –<br />
Part 1: Basics and system design<br />
Michael Lehmann, Erlangen<br />
Electric public mass transit systems and mainline railways can be operated more energy efficiently<br />
by using higher <strong>DC</strong> <strong>voltage</strong>s. The positive effects of raised <strong>voltage</strong>s regarding feeding<br />
lengths and transmission losses can be described in formulae taking into account the number<br />
of trains supplied. All recent studies show beneficial effects regarding energy consumption and<br />
reduction of traffic-borne emissions not only under simple conditions but in realistic operational<br />
scenarios.The corresponding system design needs to mitigate dependencies between contact<br />
line <strong>voltage</strong> drops, transmission losses and substation spacing. The technical and economic feasibility<br />
needs to consider as well the limits of the available components and technologies.<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung mit hohen Gleichspannungen – Teil 1: Grundlegende Zusammenhänge<br />
und Anlagenauslegung<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> des Nah- und Fernverkehrs können mit höherer Gleichspannung energieeffizienter<br />
betri<strong>eb</strong>en werden. Die positiven Auswirkungen erhöhter Spannungen hinsichtlich<br />
Speiselängen und Verluste können formelmäßig beschri<strong>eb</strong>en werden, wobei auch die Anzahl<br />
der gespeisten Züge eingeht. Neuere Studien zeigen die günstigen Auswirkungen hinsichtlich<br />
Energieverbrauch und Minderung der Emissionen nicht nur bei einfachen Vorgaben sondern<br />
auch bei realistischen Szenarien. Die Systemauslegung für höhere Spannungs<strong>eb</strong>enen muss die<br />
Abhängigkeiten zwischen Spannungsfällen, Verlusten und Unterwerksabständen sowie die<br />
technisch-wirtschaftliche Machbarkeit beachten, insbesondere wenn die verfügbaren Technologien<br />
und Komponenten an ihre Grenzen stoßen.<br />
Alimentation en énergie de traction à courant continu haute tension – Partie 1: Fondamentaux<br />
et conception du système<br />
Les systèmes de transport en commun électriques de proximités comme de grande lignes peuvent<br />
être exploités avec une efficacité énergétique accrue en utilisant des tensions à courant<br />
continu plus élevées. Les effets positifs de tensions plus élevées concernant les longueurs des<br />
secteurs alimentés et les pertes en ligne peuvent être décrites au moyen de formules prenant en<br />
compte le nombre de trains alimentés. Toutes les récentes études montrent les effets bénéfiques<br />
au regard de la consommation de l’énergie et la réduction des émissions pas seulement dans<br />
de simples conditions mais également dans des scenarii d’exploitation réalistes. Le système de<br />
conception correspondant nécessite de distinguer entre les chutes de tension en ligne, les pertes<br />
en ligne et l’espacement entre sous stations. La faisabilité technique et économique nécessite de<br />
considérer également les limites des composants disponibles et des technologies.<br />
1 Introduction<br />
Different paths led to the traction <strong>power</strong> <strong>supply</strong> systems<br />
that are used today on more than 260 000 km of electrified<br />
railways and in more than 140 metro and 90 light-rail<br />
systems worldwide [1; 2]. The nominal <strong>voltage</strong>s were often<br />
chosen according to the traction equipment available at<br />
the time when the first stage of a traction system started.<br />
Moreover, the <strong>voltage</strong> levels had to allow for the necessary<br />
integration of mass transit systems into densely populated<br />
urban areas. Due to the obvious, positive effects of higher<br />
system <strong>voltage</strong>s a number of studies and research projects<br />
were carried out in the last decades, with emphasis mainly<br />
laid on mainline applications [3; 4; 5; 6].<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
The investigation into high-<strong>voltage</strong> <strong>DC</strong> traction application<br />
is driven by two central aspects:<br />
• On the one hand many railway operators still use <strong>DC</strong><br />
<strong>power</strong> <strong>supply</strong> and will keep on using that type of <strong>supply</strong><br />
as the investment for conversion to AC systems is<br />
very often inacceptable and would not pay off.<br />
• On the other hand the exceedingly growing mobility<br />
demands of urban and sub-urban inhabitants call for<br />
expanding mass transit systems, which need to be more<br />
energy efficient to cope with limited energy sources and<br />
restrictions concerning the emission of greenhouse gases.<br />
Consequently methods and technologies to benefit<br />
from the positive effects of raised nominal <strong>DC</strong> <strong>voltage</strong>s at<br />
171
Rail Power Supply Systems<br />
reasonable investment are highly valuable for mass transit<br />
and interurban systems.<br />
This report aims to provide a systematic approach to<br />
evaluate the effects of high nominal <strong>voltage</strong>s on mass<br />
transit systems and mainline railways. The focus is laid<br />
on the technical basics and dependencies that need to be<br />
observed in the system design process.<br />
2 General effects of high <strong>voltage</strong>s on<br />
<strong>DC</strong> traction <strong>power</strong> <strong>supply</strong><br />
• higher <strong>DC</strong> <strong>voltage</strong> on existing mainline railways, as it<br />
has been discussed for Italian and Russian state railways<br />
[8; 9]<br />
• application of higher <strong>DC</strong> nominal <strong>voltage</strong>s for new railway<br />
lines [3], including high-speed lines<br />
The positive effects expected from a higher nominal<br />
<strong>voltage</strong> need to be as carefully studied as the technical<br />
changes and provisions for the raise of system <strong>voltage</strong>.<br />
The last item needs more attention when the chosen <strong>voltage</strong><br />
exceeds the standardised maximum of 3 kV nominal<br />
<strong>voltage</strong> for <strong>DC</strong> railways as substantial adaptions and further<br />
developments may be necessary.<br />
2.1 Benefits of application<br />
A closer look on the benefits of higher <strong>DC</strong> <strong>voltage</strong>s in<br />
traction applications reveals two main lines of argument.<br />
The first one concerns the investment:<br />
• higher <strong>voltage</strong>s lead to lower traction currents when<br />
presuming same traction <strong>power</strong><br />
• lower traction currents lead to lower <strong>voltage</strong> drops<br />
along the contact lines<br />
• lower <strong>voltage</strong> drops allow for longer feeding distances<br />
and hence fewer substations<br />
• lower traction currents also allow for reduced crosssections<br />
of the feeding conductors limited only by the<br />
mechanically needed minimum to bear the necessary<br />
tensile forces<br />
The other line of arguments lays emphasis on the operational<br />
costs and benefits:<br />
• higher <strong>voltage</strong>s lead to lower traction currents and<br />
lower <strong>voltage</strong> drops<br />
• lower traction currents lead to lower transmission<br />
losses of the contact line<br />
• lower transmission losses mean increasing efficiency<br />
and reduced energy consumption<br />
• reduced energy consumption saves costs and helps to<br />
reduce CO 2<br />
emissions<br />
Nevertheless, these mechanisms cannot be studied independently,<br />
as all effects will occur under certain general<br />
project conditions and in specific timetable and operational<br />
circumstances.<br />
2.2 Fields of application<br />
The application of higher <strong>DC</strong> <strong>voltage</strong>s is not limited to<br />
new projects and lines and can, therefore, be categorised<br />
as follows:<br />
• preparations to increase the nominal <strong>DC</strong> <strong>voltage</strong> in<br />
existing public mass transit systems like tramways, e. g.<br />
<strong>voltage</strong> shift of 600 V <strong>DC</strong> to 750 V <strong>DC</strong> in Dresden, Leipzig,<br />
Bochum, Mainz or Frankfurt/Main [7]<br />
• increasing use of higher system <strong>voltage</strong>s in new metro<br />
and light-rail projects that conventionally used <strong>DC</strong> 750,<br />
e. g. Metro Santo Domingo with <strong>DC</strong> 1500 V [7]<br />
3 Electrotechnical basics and mutual<br />
dependencies<br />
According to [10] the maximum <strong>voltage</strong> drop ΔU max<br />
caused<br />
by a locomotive with the traction current I trc<br />
depends on<br />
the feeding length L and the specific resistance R’ of the<br />
contact line:<br />
The transmission losses ΔP are based on the average<br />
v oltage drop [10]:<br />
These formulae can be set up for different nominal<br />
sys tem <strong>voltage</strong>s, e. g. U sys1<br />
for system 1 and U sys2<br />
for the<br />
second system. To compare <strong>power</strong> <strong>supply</strong> systems with different<br />
nominal <strong>voltage</strong>s the factor c U<br />
can be defined [11]:<br />
Assuming same traction <strong>power</strong> of the electric locomotive,<br />
the tra ction currents are:<br />
To consider the effects on feeding length and of different<br />
numb ers of trains in the feeding sections or of different contact<br />
line systems the factors c L<br />
for lengths, c n<br />
for number of<br />
trains and c R<br />
for contact line resistances can be defined [11]:<br />
(1)<br />
(2)<br />
(3)<br />
(4)<br />
(5)<br />
172 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Rail Power Supply Systems<br />
The corresponding formulae to calculate voltag e drops<br />
and transmission losses for different feeding arrangements,<br />
e. g. one-side or two-side feeding, and for more<br />
than one train in section are described in [10]. With the assumption<br />
of the same feeding arrangement and the same<br />
number of tracks two <strong>power</strong> supplies with different nominal<br />
<strong>voltage</strong>s can be compared regarding <strong>voltage</strong> drops<br />
and transmission losses with the factors shown in Table 1.<br />
As shown in Table 1 the transmission losses ΔP 2<br />
of a<br />
system with raised nominal <strong>voltage</strong> compared with the<br />
transmission losses ΔP 1<br />
of the reference system depend<br />
on the feeding lengths and the number of trains fed. To<br />
illustrate this dependency it is assumed, that several trains<br />
operate approximately equally spaced on the line. Hence<br />
the factor c L<br />
between the feeding lengths of both supplies<br />
is identical to the factor c n<br />
between the number of trains<br />
fed in both supplies and can be defined as factor a:<br />
Table 2 shows the effect of increased feeding lengths<br />
and number of trains fed on the transmission losses of a<br />
system with doubled nominal <strong>voltage</strong> (c U<br />
= 2):<br />
• When the feeding lengths are equal, the transmission<br />
losses at increased nominal <strong>voltage</strong> drop to 25 %.<br />
• If the feeding lengths doubled, the transmission losses<br />
would double as well.<br />
• Equal transmission losses appear,<br />
when the number of trains and<br />
the feeding length increase by the<br />
factor 1,6.<br />
For other relations between the<br />
nominal <strong>voltage</strong>s the achievable<br />
increase of feeding lengths and<br />
number of trains fed is given in Table<br />
3. These values are applicable<br />
under the assumption of same transmission<br />
losses in both systems.<br />
4 Comprehensive system<br />
design and energetic<br />
assessment<br />
(6)<br />
like the propagation of raised nominal <strong>voltage</strong>s need<br />
to be studied and presented starting in the early design<br />
phases. In general, the following phases and design steps<br />
can be distinguished:<br />
• provisional design and general system layout for acquisition<br />
and customer consultancy<br />
• detailed design for bid preparation and negotiation<br />
• final design for project realisation<br />
• as-built documentation and late design changes, e. g.<br />
during procurement or in warranty phases<br />
Obviously, an easy to scale and detail simulation model<br />
with a professional simulation suite for all design steps is<br />
advantageous compared with custom-made programs for<br />
each single step.<br />
Sitras ® Sidytrac developed by Siemens Industry Sector<br />
in the Engineering and Development department of the<br />
Mobility Division [7; 12] is such a well-proven and accepted<br />
tool with a long reference list including nearly all types<br />
of electric traction systems in all design phases and various<br />
optimisation tasks. An overview on the programme’s<br />
structure is given in Figure 1.<br />
As shown in Figure 1 the input data comprises alignment<br />
data, station positions, vehicle and timetable data<br />
and, of course, data of the electric network, e. g. conductor<br />
materials, positions and dimensions as well as all units<br />
for energy conversion, storage and distribution. Starting<br />
with reasonable assumptions for missing details these<br />
data can be detailed, checked and amended in iterative<br />
Table 1: Comparison factors for <strong>power</strong> <strong>supply</strong> with different nominal <strong>voltage</strong>s.<br />
Trains in section<br />
n = 1<br />
n = variable<br />
Considered effect<br />
Factor for feeding length<br />
c L<br />
Effect on transmission<br />
losses<br />
Factor for feeding length<br />
c L<br />
Effect on transmission<br />
losses<br />
No change of contact<br />
line<br />
R’ = const<br />
R’ specific resistance; ΔP transmission losses; n number of trains<br />
Change of contact<br />
line<br />
R 1<br />
’ ≠ R 2<br />
’<br />
4.1 Phase-oriented design<br />
process<br />
The design process for complex systems<br />
such as electric traction <strong>power</strong><br />
systems for railways and urban<br />
transit is usually carried out in a<br />
step-by-step manner with increasing<br />
precision and effort. Therefore,<br />
significant development approaches<br />
Table 2 : Transmission losses at doubled system <strong>voltage</strong> depending from factor a.<br />
a 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,59 1,7 1,8 1,9 2,0<br />
0,25 0,33 0,43 0,55 0,69 0,84 1,00 1,23 1,46 1,71 2,00<br />
Table 3: Increase of feeding length and number of trains fed by factor a depending on<br />
<strong>voltage</strong> increase c U<br />
and at constant losses.<br />
c U<br />
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0<br />
a 1,0 1,31 1,59 1,84 2,08 2,31 2,52<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
173
Rail Power Supply Systems<br />
circuits with the customer and stored for later design<br />
phases. The data structure allows for the definition of<br />
several input data sets necessary for variant comparisons<br />
and optimisation due to varying customer needs such as:<br />
• normal and extra-ordinary operational modes including<br />
sub-station failures or train delays<br />
• different feeding arrangements and <strong>power</strong> <strong>supply</strong> options<br />
• different nominal <strong>voltage</strong>s<br />
Figure 1: Programme structure of Sitras ® Sidytrac for the simulation of electrical traction<br />
<strong>power</strong> systems.<br />
Despite the graphical representation<br />
of the input data the output<br />
data can be split in two groups<br />
– direct and indirect simulation results.<br />
The direct results comprise<br />
numerous electric values: <strong>voltage</strong>,<br />
current, <strong>power</strong>, energy consumption<br />
for all electric equipment, conductors<br />
and <strong>power</strong> conversion units.<br />
They form the basis of feasibility<br />
studies in early and detailed component<br />
definitions in later design phases.<br />
The indirect simulation results<br />
serve as input data for specific consecutive<br />
studies, e. g. for earthing<br />
and bonding, investigations in <strong>power</strong><br />
quality or relay co-ordination.<br />
The fully or partly automated presentation<br />
of output data in graphs,<br />
tables and summarising charts like<br />
the total energy balance showing<br />
the whole simulation time is an important<br />
feature for the access to<br />
simulation results and for the definition<br />
of further optimisation steps.<br />
Table 4: Main conclusions of research projects regarding the effect of raised <strong>supply</strong> <strong>voltage</strong>s.<br />
Author, title, reference Scope of research Main conclusions<br />
Schneider, E.; Elschner, K.; Spielmann,<br />
A.: How to increase Energy Efficiency<br />
of <strong>DC</strong>-Traction Power Supplies? [13]<br />
Altmann, M.; Elschner, K.: Energy efficiency<br />
of traction <strong>power</strong> <strong>supply</strong> within<br />
the EU project Railenergy [9]<br />
Lehmann, M.: Grundlagen und Anforderungen<br />
an die Teilsysteme elektrischer<br />
<strong>Bahnen</strong> bei Nennspannungen<br />
über 3 kV <strong>DC</strong> und 25 kV AC [11]<br />
– define a baseline simulation scenario<br />
for a 20 km metro line with schedule<br />
operation<br />
– determine the influence of feeding<br />
and line data, vehicle characteristics,<br />
no-load <strong>voltage</strong>, inverters and wayside<br />
energy storage units<br />
– assessment of energy and CO 2<br />
reductions<br />
– complex, interdisciplinary research project<br />
to reduce specific energy consumption<br />
of electric railways by 6 % until<br />
2020 while overall transport volume<br />
doubles<br />
– identification and assessment of operational,<br />
infrastructural and rolling stock<br />
measures<br />
– AC and <strong>DC</strong> mainline railways<br />
– technical basics and interdependencies<br />
– component design for high-<strong>voltage</strong> <strong>DC</strong><br />
or AC electric railways including substations,<br />
contact lines and rolling stock<br />
– simulation of high-speed scenario<br />
(500 km, 10 stations)<br />
– for a given schedule doubling the system <strong>voltage</strong><br />
from 750 kWh/km to 1 500 kWh/km reduces energy<br />
consumption by up to 12 %<br />
– besides operational changes (higher time reserves,<br />
cruising) raised system <strong>voltage</strong>s belong to the<br />
most effective infrastructure measures to improve<br />
system characteristics<br />
– for a given scenario the introduction of 4 or 6 kV<br />
<strong>DC</strong> system <strong>voltage</strong> and regenerative braking<br />
results in specific energy consumption of 105 kWh/<br />
tkm compared to 3 kV <strong>DC</strong> baseline scenario at<br />
150 kWh/km<br />
– in AC systems doubled system <strong>voltage</strong>s or high<strong>voltage</strong><br />
autotransformer systems allow to reduce<br />
number of substations by 50 % while keeping<br />
sufficiently good energetic characteristics<br />
– high-speed <strong>DC</strong> railways may be only operated<br />
at significantly raised <strong>voltage</strong>s and therefore<br />
demand large efforts in component improvement<br />
and design changes<br />
– for the same operational task the system efficiency<br />
of a high-speed railway line may rise from 59 %<br />
(3 kV) to 63 % (24 kV) while the number of substations<br />
decreases from 51 (3 kV) to only 4 (24 kV)<br />
174 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Rail Power Supply Systems<br />
4.2 Energetic assessment of raised <strong>voltage</strong>s<br />
Using the simulation suite Sitras ® Sidytrac the effect of<br />
raised <strong>voltage</strong>s was studied in a number of research and<br />
customer projects. Table 4 shows the individual research<br />
tasks and main conclusions regarding the effects of higher<br />
<strong>voltage</strong>s including the literature references for further<br />
reading.<br />
Table 4 shows that in all relevant fields of application<br />
railway systems with increased nominal <strong>voltage</strong> can help<br />
to significantly reduce energy consumption, CO 2<br />
emissions<br />
and investment. At the same time it can be seen, how the<br />
complexity of restrictions and mutual dependencies in the<br />
given examples demand a simulation program that can be<br />
adopted for these characteristics.<br />
5 Results<br />
Based on the technical dependencies, given examples and<br />
fields of application the findings of this first part can be<br />
summarised as follows:<br />
• The positive effects of raised system <strong>voltage</strong>s regarding<br />
feeding lengths and transmission losses can be described<br />
in formulae taking into account factors to quantify<br />
the <strong>voltage</strong> raise and number of trains supplied.<br />
• A flexible to use simulation suite is necessary for comprehensive<br />
system studies under consideration of track,<br />
electric network, train and timetable characteristics.<br />
• All recent studies show beneficial effects regarding energy<br />
consumption and reduction of traffic-borne emissions<br />
not only under simple conditions but in realistic<br />
operational scenarios.<br />
The necessary changes in the main components for<br />
fixed installations and rolling stock highly depend on the<br />
<strong>voltage</strong> step envisaged. Whereas some equipment may<br />
be used or adapted to 4 kV nominal <strong>voltage</strong> a further<br />
increase will lead to significant changes in many components.<br />
The general system layout and the necessary<br />
changes will be presented in the second part of this paper<br />
to be published in one of the forthcoming issues.<br />
References + Links<br />
[1] Breitling, W.: Entwicklung der elektrischen Zugförderung weltweit.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 101 (2003), Vol. 6, pp. 249–254.<br />
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listing of Ligh t Rail, Light Railway, Tramway & Metro systems<br />
throughout the World. Online under: http://www.lrta.org/<br />
world/worldind.html#index<br />
[3] Mayer, L.: Valutazione della fattibilità di un sistema di trazione<br />
elettrica a 12 kV corrente continua. In: Ingegneria ferroviaria<br />
- rivista dei trasporti 43 (1988), Vol. 5, pp. 271–275.<br />
[4] Kurbasow, S.: Optimales System der Elektrotraktion. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 98 (2000), Vol. 10, pp. 390–393.<br />
[5] Kurbasow, S.: <strong>Elektrische</strong> Traktion – Hundert Jahre auf dem<br />
Weg zur Vollkommenheit. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 103 (2005),<br />
Vol. 11, pp. 499–504.<br />
[6] Wang, C.: Stromrichter-System für Traktion mit hoher Gleichspannung<br />
an der Fahrleitung. Technische Hochschule Darmstadt,<br />
Fachbereich 17 – <strong>Elektrische</strong> Energietechnik, Darmstadt,<br />
1995, Dissertation.<br />
[7] Siemens AG (Herausg<strong>eb</strong>er): System design with Sitras Sidytrac,<br />
Simulation of AC and <strong>DC</strong> traction <strong>power</strong> <strong>supply</strong>. Reference<br />
List. Siemens AG, Industry Sector, CT ED TP, Erlangen, 2010.<br />
[8] Kornienko, V., et al.: Elektrifikatsija Shelesnich Dorog, Mirovnie<br />
Tendentsii i Perspektivi - Analititscheskii Obsor. Transport<br />
Ukraini, 2004.<br />
[9] Altmann, M.; Elschner, K.: Energy efficiency in traction <strong>power</strong><br />
<strong>supply</strong> for main lines – European Project Rail Energy. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 107 (2009), Vol. 4-5, pp. 184–191.<br />
[10] Biesenack, H., et al.: Energieversorgung elektrischer <strong>Bahnen</strong>.<br />
B. G. Teubner Verlag, Wiesbaden, 2006.<br />
[11] Lehmann, M.: Grundlagen und Anforderungen an die Teilsysteme<br />
elektrischer <strong>Bahnen</strong> bei Nennspannungen über<br />
25 kV AC und 3 kV <strong>DC</strong>. Technische Universität Dresden, Fakultät<br />
Verkehrswissenschaften „Friedrich List“, Dissertation,<br />
2010. (Zugl.: Shaker Verlag, Aachen, 2010).<br />
[12] Altmann, M., et al.: System Design for the <strong>High</strong>-Speed Line<br />
HSL-Zuid with Sitras Sidytrac. Submittal for: IEE – Development<br />
into 21st Century Conference 2005.<br />
[13] Schneider, E.; Elschner, K.; Spielmann, A.: How to increase<br />
Energy Efficiency of <strong>DC</strong> Traction Power Supplies. Submittal<br />
for WUTC Conference, Singapore, 2010.<br />
Dr.-Ing. (PhD) Michael Lehmann, (30), studied<br />
Traffic and Transportation Engineering at Dresden<br />
University of Technology specialising in<br />
Planning and Operation of Electric Railways and<br />
Transit Systems. From 2006 to 2009 he was a<br />
Siemens AG doctorate stipendiate at Dresden<br />
University of Technology, Chair for Electric Railways,<br />
investigating high <strong>voltage</strong> railways. Since<br />
2009 he has been with Siemens AG, Industry<br />
Sector, Mobility, Complete Transportation as<br />
specialist for AC and <strong>DC</strong> electrification and research<br />
projects.<br />
Address: Siemens AG, I MO CT ED TP, Mozartstr.<br />
33b, 91052, Erlangen, Germany;<br />
phone: +49 9131 723617, fax: +49 9131 828 23617;<br />
e-mail: lehmann.michael@siemens.com<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
175
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
DB Energie bezieht <strong>Bahnen</strong>ergie aus<br />
dem GuD-Kraftwerk Bremen<br />
Roland Granzer, Dresden<br />
Deutsche Bahn und Stadtwerke Bremen (swb) arbeiten seit rund 50 Jahren in der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
zusammen. Im Wärmekraftwerk Bremen waren bis zu drei 16,7-Hz-Turbogeneratoren<br />
zur <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung in Betri<strong>eb</strong>. Gegenwärtig speisen ein 110-MW-Einphasengenerator und<br />
ein statischer 100-MW-Frequenzumrichter in das <strong>Bahnen</strong>ergienetz ein. Für die künftige Erzeugung<br />
von Elektroenergie bauen die swb in Bremen ein Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk, das 2013 in<br />
Betri<strong>eb</strong> genommen werden soll. Nach der zwischen swb und der DB Energie getroffenen Vereinbarung<br />
wird dann ausschließlich über Umrichter in das <strong>Bahnen</strong>ergienetz eingespeist werden.<br />
DB Energy purchase traction energy from the gas and steam <strong>power</strong> plant in Bremen.<br />
German Railways and Municipal Power Supply Company Bremen (swb) have cooperated in the<br />
traction <strong>power</strong> <strong>supply</strong> for fifty years. In the thermal <strong>power</strong> plant Bremen, three 16,7 Hz turbinegenerators<br />
were employed for production of traction <strong>power</strong> at the same time. At the moment,<br />
one 110 MW single phase generator and a 100 MW static frequency converter <strong>supply</strong> energy to<br />
railway traction network. Now, municipal <strong>power</strong> <strong>supply</strong> company Bremen (swb) are installing a<br />
gas and steam <strong>power</strong> plant for the production of electric energy, which will be commissioned<br />
in 2013. According to the agreement between swb and DB Energy traction energy will then be<br />
supplied to the DB network exclusively via static converters.<br />
La DB Energie se fournit en énergie de traction auprès de la centrale gaz et charbon de Brême<br />
La Deutsche Bahn Chemins de fer allemands et la Stadtwerke Bremen (swb) compagnie municipale<br />
d’alimentation en énergie de Brême ont coopérée dans la fourniture d’énergie de traction<br />
depuis une cinquantaine d’années environ. Dans la centrale thermique de Brême, jusque trois<br />
générateurs turbine à 16,7 Hz étaient utilisés simultanément pour la production de puissance<br />
de traction. Aujourd’hui, un générateur monophasé 110 MW et un convertisseur statique de fréquence<br />
de 100 MW fournissent l’énergie au réseau de traction. Pour la production future d’énergie<br />
électrique, la compagnie municipale d’alimentation en énergie de Brême (swb) installe une<br />
centrale gaz vapeur, qui sera mise en service en 2013. En application de l’accord entre swb et DB<br />
Energie, l’énergie de traction sera alors fournie au réseau de la DB par les convertisseurs statiques.<br />
1 Zusammenarbeit swb aus Bremen<br />
und Deutsche Bundesbahn mit langer<br />
Tradition<br />
Die Deutsche Bahn (DB) als Nachfolger der Deutschen<br />
Bundesbahn, die swb (ehemals Stadtwerke Bremen ) und<br />
ArcelorMittal Bremen als Nachfolger der Klöckner-Hütte<br />
Bremen arbeiten seit fast 50 Jahren bei der Erzeugung<br />
und Nutzung elektrischer Energie zusammen [1]. Zwischen<br />
ArcelorMittal und swb besteht seit dieser Zeit ein<br />
Abkommen zur Lieferung elektrischer Energie der swb<br />
an die Hütte und zur Verwertung der anfallenden Abfallenergien,<br />
insbesondere des Gichtgases aus den Hochöfen,<br />
durch swb. Die Streckenelektrifizierung der DB<br />
schritt im Wesentlichen von Süden nach Norden fort und<br />
erreichte um 1960 den norddeutschen Raum [2]. Die DB<br />
war interessiert, die 2-AC-110-kV-16,7-Hz-<strong>Bahnen</strong>ergie<br />
für die neu elektrifizierten Strecken in Norddeutschland<br />
aus einem Wärmekraftwerk, das als Grundlastkraftwerk<br />
betri<strong>eb</strong>en wird, zu beziehen. Eine alternative<br />
Möglichkeit dazu hätte darin bestanden, die benötigte<br />
<strong>Bahnen</strong>ergie über gleitende Netzkupplungsumformer<br />
aus 3-AC-50-Hz-Hochspannungsnetzen bereitzustellen.<br />
1962 schlossen die beteiligten Partner die Verträge über<br />
die Errichtung und den Betri<strong>eb</strong> eines Kraftwerkes (Kw)<br />
zur Erzeugung von <strong>Bahnen</strong>ergie mit zwei Blöcken mit<br />
100-MW-Gesamtleistung in Bremen-Mittelsbüren ab. Im<br />
Vorlauf zur Elektrifizierung des westlichen Teils der<br />
Nord-Süd-Strecke Bremerhaven – Bremen, Inbetri<strong>eb</strong>nahme<br />
Sommer 1966, und Bremen – Hannover – Frankfurt,<br />
Inbetri<strong>eb</strong>nahme bereits Dezember 1964, ging nach kurzer<br />
Bauzeit schon im Oktober 1964 ein 50-MW-Block<br />
einer Bahnmaschine im Kw Bremen-Mittelsbüren in Betri<strong>eb</strong>.<br />
Der zweite 50-MW-Block folgte dann im Oktober<br />
1965. Der Eigenbedarf für die beiden Blöcke wurde von<br />
einem vorhandenen externen 3-AC-30-kV-50-Hz-Netz<br />
bereitgestellt.<br />
176 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Bild 1: Maschinenhalle Kw Bremen, 50-MW-Turbogeneratoren<br />
Block 1 und 2 (Foto: Archiv swb).<br />
linker Maschinensatz Block 1; von links nach rechts: Einphasengenerator,<br />
Getri<strong>eb</strong>e, Kondensationsturbine<br />
2 Ausführung der Blöcke 1 und 2 des<br />
Kraftwerkes<br />
Das Kraftwerk sollte mit dem bei der Roheisenherstellung<br />
entstehenden Gichtgas betri<strong>eb</strong>en werden, das aus rund<br />
23 % CO, 2 % H 2<br />
, 52 % N 2<br />
und 22 % CO 2<br />
besteht. Der untere<br />
Heizwert von Gichtgas liegt weit unter dem von Erdgas<br />
und beträgt rund 900 kcal/m³. Aufgrund des niedrigen<br />
Energieinhaltes ist es zweckmäßig, Gichtgas in unmittelbarer<br />
Nähe seiner Erzeugung weiter zu verwenden. Das<br />
Kw Bremen-Mittelsbüren wurde deshalb auf dem Gelände<br />
des Stahlwerkes errichtet. Die Größe des Geländes<br />
für das Kraftwerk wurde so gewählt, dass n<strong>eb</strong>en den zunächst<br />
vereinbarten zwei Blöcken für die <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung<br />
noch weitere Blöcke zur Erzeugung elektrischer<br />
Energie sowohl mit 2 AC 16,7 Hz als<br />
auch mit 3 AC 50 Hz ergänzt werden<br />
konnten. Die Verfügbarkeit des<br />
Gichtgases ist von der Menge des<br />
produzierten Roheisens abhängig.<br />
Damit die <strong>Bahnen</strong>ergie unabhängig<br />
von dem in größeren Zeitabschnitten<br />
schwankenden Ang<strong>eb</strong>ot des<br />
Gichtgases erzeugt werden konnte,<br />
wurde eine Zusatzfeuerung mit<br />
schwerem Heizöl errichtet. Der untere<br />
Heizwert von schwerem Heizöl<br />
beträgt 9 600 kcal/kg. Die Anteile<br />
von Gichtgas und Heizöl können<br />
kontinuierlich jeweils zwischen 0<br />
und 100 % eingestellt werden. Nach<br />
den vertraglichen Regelungen wurde<br />
das Kraftwerk von swb errichtet<br />
und betri<strong>eb</strong>en. Wesentliche Hauptausrüstungen<br />
des Kraftwerkes wie<br />
Tabelle 1: Ausgewählte Daten der Blöcke 1 bis 3 des Kw Bremen.<br />
Block 1 Block 2 Block 3<br />
Inbetri<strong>eb</strong>nahme 10/1064 09/1965 01/1974<br />
Außerbetri<strong>eb</strong>nahme 2004 2005<br />
Dampfleistung 170 t/h 340 t/h<br />
Dampfdruck 185 bar 205 bar<br />
Dampftemperatur 535 °C 535 °C<br />
n Kessel<br />
92 %<br />
P Turbine<br />
50 MW 110 MW<br />
3 000 min<br />
n Turbine<br />
3 000 min -1<br />
-1 1 000 min -1<br />
P Getri<strong>eb</strong>e<br />
85 000 PS<br />
h Getri<strong>eb</strong>e bei Volllast<br />
98 %<br />
P elektrisch<br />
50 MW 110 MW<br />
S Generator<br />
62,5 MVA 138 MVA<br />
U Generator<br />
10,75 kV 10,75 kV<br />
n Generator<br />
1 000 min -1 1 000 min -1<br />
Kühlmittel Generator<br />
Luft Wasserstoff<br />
Turbinen, Getri<strong>eb</strong>e, Generatoren und Blocktransformatoren<br />
wurden jedoch von der DB beschafft und finanziert.<br />
Das Gichtgas wurde von der Hütte über die DB<br />
an das Kraftwerk geliefert. Die 50-MW-Blöcke 1 und<br />
2 (Bild 1) für die <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung wurden baugleich<br />
ausgeführt (Tabelle 1). Der Dampf wurde in einem<br />
Zwangsdurchlaufkessel erzeugt. Die Nenndrehzahl der<br />
Kondensationsturbine betrug 3 000 min -1 . Da die Synchrondrehzahl<br />
n S<br />
des zweipoligen 16,7-Hz-Einphasengenerators<br />
nach der Beziehung<br />
1 000 min-1 betrug, war zwischen Turbine und Generator<br />
ein einstufiges, schrägverzahntes Leistungsgetri<strong>eb</strong>e erforderlich.<br />
Um die Wirkung etwa auftretender Kurzschluss-<br />
Bild 2: Kw Bremen, Teilansicht 110-MW-Turbogenerator Block 3. (Foto: swb)<br />
von links nach rechts: Teil des Einphasengenerators, Getri<strong>eb</strong>e, Niederdruck-Turbine, Mitteldruckturbine.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
177
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Bild 3: Prinzipschaltbild der vollstatischen 100-MW-Frequenzkupplung Kw Bremen (Grafik: ABB).<br />
A 3-AC-110-kV-50-Hz-Netz der swb 7 33 1 / 3<br />
-Hz-Filter<br />
B 2-AC-110-kV-16,7Hz-Bahnnetz 8 Hochpassfilter<br />
1 Thyristorstromrichter 9 stromrichternahe Zwischenkreiskondensatoren<br />
2 Gleichspannungszwischenkreis 10 Spannungsbegrenzer<br />
3 GTO-Stromrichter 11 Zwischenkreisschienen<br />
4 Filter- und Kompensationsanlage 12 Summiertransformator 2 AC 110 kV 16,7 Hz<br />
5 Summenlöschkreis 13 Summiertransformator 3 AC 110 kV 50 Hz<br />
6 Glättungsdrossel<br />
momente des Generators auf das Getri<strong>eb</strong>e zu vermindern,<br />
waren sowohl das Ritzel als auch das Großrad auf Torsionswellen<br />
aufgeschrumpft. Der Generator war als luftgekühlte<br />
Synchronmaschine ausgeführt.<br />
Zur dynamischen Entkopplung von Generator und<br />
Fundament stand der Generatorständer auf vier Füßen,<br />
die aus Blattfedern bestanden, auf dem Fundament.<br />
Damit konnte das mit doppelter Netzfrequenz 33 1 / 3<br />
Hz<br />
pulsierende Moment des Generators nicht auf das Fundament<br />
übertragen werden.<br />
3 Erweiterung des Wärmkraftwerkes<br />
1974 um Block 3<br />
Die Roheisenproduktion der Hütte wurde durch den<br />
Neubau weiterer Hochöfen in den folgenden Jahren<br />
erhöht. Damit steigerte sich auch die Produktion des zu<br />
verwertenden Gichtgases. Das Kw Bremen wurde erweitert.<br />
Im Januar 1974 konnte der Block 3 (Bild 2) mit einem<br />
110-MW-Turbogenerator für Bahnstrom in Betri<strong>eb</strong><br />
Tabelle 2: ausgewählte Daten des 100-MW-Frequenzumrichters<br />
Bremen.<br />
Nenndauerleistung P 16,7 Hz<br />
100 MVA, cos = 1,0<br />
U 50 Hz<br />
112 kV ± 5 %<br />
f 50Hz<br />
50 Hz ± 0,5 %<br />
U n16,7 Hz<br />
121<br />
U B16,7 Hz<br />
97–123<br />
f 16,7Hz<br />
16,7 Hz ± 2 %<br />
n bei 90 MW, cos = 1,0 95,6 %<br />
genommen werden. Damit standen<br />
für die Einspeisung in das <strong>Bahnen</strong>ergienetz<br />
210 MW installierte Leistung<br />
zur Verfügung. Der Generator des<br />
Blockes 3 wurde mit Wasserstoff<br />
gekühlt. Die äußeren Generatormaße<br />
sind wegen dieser Kühltechnik<br />
etwa gleich denen der luftgekühlten<br />
50-MW-Generatoren der Blöcke<br />
1 und 2. Den Dampf erzeugte<br />
ein Zwangsdurchlaufkessel. Die dreigehäusige<br />
Turbine wird im Gleitdruckverfahren<br />
betri<strong>eb</strong>en. Zwischen<br />
der Hoch- mit 3 000 min -1 und der<br />
Mitteldruck-Turbine mit 1 000 min -1<br />
ist ein einstufiges Stirnradgetri<strong>eb</strong>e<br />
eing<strong>eb</strong>aut. Der zweipolige Einphasengenerator<br />
ist durch eine Torsionswelle<br />
mit der Niederdruck-Turbine<br />
verbunden. Der Standort Mittelsbühren<br />
entwickelte sich durch den<br />
Bau einer ölgefeuerten Schnellstart-<br />
Gasturbine mit 87 MW Leistung und<br />
im Jahr 1974 und durch den Bau<br />
von Block 4 mit einem 240-MW-<br />
Turbogenerator für die Erzeugung elektrischer Energie<br />
3 AC 50 Hz weiter [3; 4].<br />
4 Ergänzung Statischer<br />
Frequenzumrichter 1996<br />
Die Hütte erzeugt kontinuierlich Roheisen und damit auch<br />
Gichtgas über größere Zeiträume in gleicher Menge. Der<br />
<strong>Bahnen</strong>ergi<strong>eb</strong>edarf unterliegt, bezogen auf definierte Zeiträume,<br />
statistisch beschreibbaren Schwankungen. Die Belastung<br />
an den Wochenenden ist dabei niedriger als an<br />
Arbeitstagen. Die Frequenz-Leistungsbetri<strong>eb</strong>sweise der Turbogeneratoren<br />
und der elastischen Netzkupplungs-Umformer<br />
im <strong>Bahnen</strong>ergienetz muss dem jeweils erforderlichen<br />
Leistungsbedarf angepasst werden. Auch im Kw Bremen<br />
konnten die drei vorhandenen Blöcke zur <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung<br />
mit 210 MW Gesamtleistung an den Wochenenden<br />
nur mit verminderter Leistung betri<strong>eb</strong>en werden. Das<br />
anfallende Gichtgas, das nicht zur <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung<br />
genutzt werden konnte, musste abgefackelt werden.<br />
Im September 1996 wurde im Kw Bremen ein statischer<br />
100-MW-Frequenzumrichter 3 AC 110 kV 50 Hz/<br />
2 AC 110 V 16,7 Hz in Betri<strong>eb</strong> genommen [5; 6]. Der<br />
Umrichter kann elektrische Energie in beide Richtungen<br />
übertragen. Das zur Verfügung stehende Gichtgas<br />
wird in den Bahn-Turbogeneratoren kontinuierlich<br />
und vollständig zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt.<br />
Der Teil der elektrischen Energie, der aufgrund<br />
des niedrigen <strong>Bahnen</strong>ergi<strong>eb</strong>edarfs nicht in das <strong>Bahnen</strong>ergienetz<br />
eingespeist werden kann, wird dann über<br />
den Frequenzumrichter in das Bremer 3-AC-50-Hz-Netz<br />
eingespeist. Der Strom aus Gichtgas verdrängt somit<br />
Kohlestrom aus anderen Wärmekraftwerken der swb,<br />
178 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
die unter anderem an Wochenenden zurückgefahren<br />
werden können. Andererseits kann über den Frequenzumrichter<br />
aus dem 50-Hz-Netz in das <strong>Bahnen</strong>ergienetz<br />
eingespeist werden, wenn zum Beispiel das Aufkommen<br />
von Gichtgas reduziert ist. Die Inbetri<strong>eb</strong>nahme der<br />
Netzkupplung für die Energieübertragung vom 16,7-Hz-<br />
DB-Netz in das 50-Hz-swb-Netz und umgekehrt erhöhte<br />
somit die Versorgungszuverlässigkeit in beiden Netzen.<br />
Über die Netzkupplung können die <strong>Bahnen</strong>ergi<strong>eb</strong>löcke<br />
des Kw Bremen in die 3-AC-50-Hz-Erzeugung der swb<br />
einbezogen werden, umgekehrt kann das <strong>Bahnen</strong>ergienetz<br />
aus dem 3-AC-50-Hz-Netz kostengünstig versorgt<br />
werden, wenn weniger oder kein Gichtgas verfügbar ist<br />
oder aus anderen Gründen nicht die volle Kraftwerksleistung<br />
zur Verfügung steht. Damit ist sichergestellt, dass<br />
die Betri<strong>eb</strong>sweise des Kraftwerkes der jeweiligen Versorgungs-,<br />
Brennstoff- und Kostensituation angepasst<br />
werden kann. Die Lieferverpflichtungen gegenüber der<br />
DB hielten die swb jederzeit ein.<br />
Der 100-MW-Frequenzumrichter war 1996 die größte<br />
Leistungseinheit für eine elastische Netzkupplung mittels<br />
statischer Umrichter in Europa. Die technische Realisierung<br />
des Umrichters wurde durch den erreichten hohen Entwicklungsstand<br />
der GTO-Technologie möglich. Das Prinzipschaltbild<br />
ist in Bild 3 dargestellt, die Hauptdaten des Umrichters<br />
sind in Tabelle 2 aufgeführt. In Bild 4 ist der bauliche Teil der<br />
Umrichteranlage zu erkennen.<br />
Der 50-MW-Blöcke 1 und 2 wurden 2004 beziehungsweise<br />
2005 außer Betri<strong>eb</strong> genommen. Sie sind inzwischen<br />
zurückg<strong>eb</strong>aut. Mit dem Block 3 und dem statischen<br />
Umrichter stehen gegenwärtig im Kw Bremen 210 MW<br />
Leistung für die <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung zur Verfügung.<br />
Jährlich werden derzeit rund 900 GWh Elektroenergie an<br />
die DB geliefert.<br />
Bild 4: Kw Bremen, Bauteil der Frequenzumrichteranlage (Foto: swb).<br />
Vorn von links nach rechts: Kompensationsdrosselspulen, Wasser-<br />
Luft-Wärmetauscher; Einphasentransformatoren.<br />
Im Hintergrund: Schaltanlage 3 AC 110 kV 50 Hz des Kraftwerkes<br />
Tabelle 3: Gesellschafter Gemeinschaftskraftwerk<br />
Bremen (GKB).<br />
swb 57,4 %<br />
Mainova 25,1 %<br />
TOBI 15,5 %<br />
DB EN 2,0 %<br />
liegt vor. Generalunternehmer<br />
für den Bau der Anlage<br />
ist ein Konsortium aus GE<br />
Wind Energy und GE ENER-<br />
GY Products France. Beide<br />
Firmen sind Tochtergesellschaften<br />
der General Electric.<br />
Zu dem Konsortium<br />
gehört auch Cobra Instalaciones<br />
y Servicios, eine Tochtergesellschaft des spanischen<br />
Infrastrukturunternehmens ACS.<br />
Die geplante GuD-Anlage (Bild 5) wird über 58 %Wirkungsgrad<br />
erreichen. Das <strong>Bahnen</strong>ergie GuD-Kw Kirch-<br />
5 GuD-Gemein schaftskraftwerk<br />
Bremen (GKB)<br />
In Bremen bauen swb gemeinsam mit<br />
den Partnern DB Energie, Mainova<br />
Frankfurt und der TOBI Gaskraftwerksbeteiligungsgesellschaft<br />
gegenwärtig<br />
das Gemeinschaftskraftwerk<br />
Bremen (GKB), ein effizientes und<br />
flexibles Gas- und Dampfturbinen-<br />
Kraftwerk [7]. Die mit umweltfreundlichem<br />
Erdgas gefeuerte Anlage wird<br />
445 MW elektrische Leistung bereitstellen<br />
können. Das Investitionsbudget<br />
beträgt rund 450 Mio. EUR. Nach<br />
30 Monaten geplanter Bauzeit soll<br />
das Kraftwerk Ende 2013 den Betri<strong>eb</strong><br />
aufnehmen. Die gemeinsame Gesellschaft<br />
Gemeinschaftskraftwerk Bremen<br />
wird das Kraftwerk realisieren.<br />
Die Zustimmung des Bundeskartellamts<br />
zur Gründung der Gesellschaft<br />
Bild 5: Funktionsschema des Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerkes Bremen (Grafik: swb).<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
179
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
um den Leistungsbezug aus dem GuD-Kraftwerk in die<br />
Leistungsbilanz des <strong>Bahnen</strong>ergienetzes zu integrieren [9].<br />
Das GuD-Kraftwerk wird in Bremen auf dem Gelände<br />
der vorhandenen swb-Kraftwerke errichtet (Bild 6). Es sind<br />
durch die bereits vorhandenen Versorgungsleitungen für<br />
Erdgas und die Hochspannungsschaltanlagen und -leitungen<br />
günstige Voraussetzungen für den Bau und den Betri<strong>eb</strong><br />
des Kraftwerkes geg<strong>eb</strong>en. Die Genehmigung für die Errichtung<br />
des Kraftwerkes nach Bundesimmissionsschutz-Gesetz<br />
wurde bereits 2010 erteilt. Im Zuge der Öffentlichkeitsbeteiligung<br />
bei dem Genehmigungsverfahren für das GuD-<br />
Kraftwerk gab es keine Einwendungen aus der Bevölkerung.<br />
Nach der Inbetri<strong>eb</strong>nahme des GuD-Kraftwerkes wird<br />
der 110-MW-Block 3, der 2-AC-16,7-Hz-<strong>Bahnen</strong>ergie erzeugt,<br />
stillgesetzt werden. Die <strong>Bahnen</strong>ergie wird dann<br />
im Kw Bremen ausschließlich durch die neue GuD-Anlage<br />
über die zwei in 2013 vorhandenen Frequenzumrichter<br />
erzeugt. Mit dieser technischen Lösung werden jährlich<br />
150 000 t CO 2<br />
weniger für die <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung in<br />
Wärmekraftwerken ausgestoßen.<br />
Im F<strong>eb</strong>ruar 2011 schlossen swb und DB Energie einen<br />
langfristigen Vertrag über die Lieferung von 16,7-Hz-<strong>Bahnen</strong>ergie<br />
aus dem GKB. Der Vertrag beginnt mit der kommerziellen<br />
Inbetri<strong>eb</strong>nahme der GuD-Anlage in 2013.<br />
Bild 6: Kraftwerk Bremen, Erweiterung GuD-Kraftwerk<br />
(Fotomontage: swb).<br />
möser, das 160 MW installierte Leistung besitzt und 1994<br />
in Betri<strong>eb</strong> genommen wurde, wird mit 50 % mittlerem<br />
Wirkungsgrad betri<strong>eb</strong>en werden. Moderne Steinkohle-<br />
Kraftwerke erreichen rund 45 % Wirkungsgrad.<br />
Der Turbogenerator im GuD-Kraftwerk Bremen wird<br />
als Einwellen-Anlage errichtet. Der Leistungsanteil der<br />
Gasturbine beträgt 280 MW und der der Dampfturbine<br />
165 MW. In dem GuD-Kraftwerk wird nur 3-AC-50-Hz-<br />
Energie produziert. Für die <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung der<br />
DB werden165 MW Leis tungsanteil vorgehalten. Die <strong>Bahnen</strong>ergie<br />
2 AC 16,7 Hz wird dann über den bereits vorhandenen<br />
100-MW-Frequenzumrichter erzeugt. Ein weiterer<br />
statischer Frequenz umrichter wird im Rahmen des GKB-<br />
Projektes bis 2013 errichtet werden. Nach [8] beträgt der<br />
mittlere Wirkungsgrad von statischen Frequenzumrichtern,<br />
die in der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung der DB eingesetzt<br />
werden, 96 bis 98 %. Der mittlere Gesamtwirkungsgrad der<br />
GuD-Anlage einschließlich der Umrichteranlage Bremen<br />
wird somit rund 55 % betragen. Durch die den Turbogeneratoren<br />
nachgeschalteten statischen Frequenzumrichter<br />
wirken Belastungsänderungen im <strong>Bahnen</strong>ergienetz nicht<br />
unmittelbar auf die primäre Frequenz-Leistungs-Regelung<br />
des Turbinensatzes des GuD-Kraftwerkes. Es müssen deshalb<br />
sekundäre Regeleinrichtungen vorgesehen werden,<br />
Literatur + Links<br />
[1] Ludewig, H.: Das neue Kraftwerk Mittelsbüren. In: Werkzeitschrift<br />
swb 1963.<br />
[2] Schaefer, H. H.: Die Elektrifizierung der Deutschen Bundesbahn<br />
an der Unterweser. In: ETZ B 18 (1966), H. 18/19, S. 704-710.<br />
[3] N.N.: Umbau Block 4 Kraftwerk Mittelsbühren. In: Newsletter<br />
der swb Synor vom 06.09.2002.<br />
[4] swb: 25 Jahre Bahnstrom aus Bremen. In: Werkzeitschrift<br />
swb Oktober 1989.<br />
[5] Vogel, U.-B.; Boeck, R.; Zanini, P.; Werninger, J.; Jergas,<br />
E.: Vollstatischer 100-MW-Frequenzumrichter für die Bahnstromverorgung<br />
der Deutschen Bahn in Bremen. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 95 (1997), H. 1-2, S. 21-26<br />
[6] Boeck, R.; Gaupp, O. J.; Dähler, P.; Bärlocher, E.; Werninger, J.;<br />
Zanini, P.: Vollstatische 100-MW-Frequenzkupplung Bremen.<br />
In: ABB Technik 1996, H. 9-10, S. 4-17.<br />
[7] www.gk-bremen.de<br />
[8] Raithmayr, W.: Leistungselektronik im Bahnstromnetz der DB<br />
Energie – Erfahrungen und Zukunft. Vortrag acrps März 2009.<br />
[9] Sternberg, E.; Walther, T.: Netzleittechnik in der 16,7-Hz-<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung – Trends und Perspektiven. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 109 (2011), H. 4-5, S. 180-183.<br />
Dipl.-Ing. Roland Granzer (69), Studium an der<br />
Hochschule für Verkehrswesen Friedrich List Dresden,<br />
Tätigkeiten im Elektrotechnischen Dienst<br />
bei der DR, der DB und der DB AG, Institut für<br />
Bahntechnik, Niederlassung Dresden.<br />
Adresse: Institut für Bahntechnik, Niederlassung<br />
Dresden, Wiener Str. 114-116, 01219 Dresden,<br />
Deutschland;<br />
Fon: +49 351 8775961;<br />
E-Mail: rg@bahntechnik.de<br />
180 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Leistungsstärkste Bahnstromumrichteranlage<br />
in Datteln<br />
Philippe Maibach, Niklaus Umbricht, Turgi; Holger Wrede, Gelsenkirchen<br />
In Datteln entsteht auf dem Gelände des E.ON-Kohlekraftwerks die weltweit größte Bahnstromumrichteranlage,<br />
welche nach Inbetri<strong>eb</strong>nahme bis zu 413 MW erzeugte 50-Hz-Drehstromleistung<br />
umwandelt und in das 16,7-Hz-110-kV-Hochspannungsnetz der DB Energie einspeist. Die<br />
Bahnstromumrichteranlage besteht aus vier gleichen Umrichterblöcken und basiert auf bewährter<br />
IGCT-Technologie von ABB.<br />
World’s largest traction <strong>power</strong> converter station in Datteln<br />
The world’s biggest traction <strong>power</strong> converter is under construction on the compound of the<br />
E.ON coal-fired <strong>power</strong> plant in Datteln; once put into service, it will convert up to 413 MW of<br />
50 Hz three-phase <strong>power</strong> and feed it into the 16.7 Hz, 110 kV high-<strong>voltage</strong> grid of Deutsche<br />
Bahn. The traction <strong>power</strong> converter station comprises four identical converter blocks which are<br />
based on the tried and tested IGCT technology of ABB.<br />
Installation équipée du plus puissant convertisseur de traction au monde à Datteln<br />
Le convertisseur de traction le plus puissant au monde est en construction sur le site de la<br />
centrale au charbon E.ON à Datteln. Une fois mis en service, la conversion jusque 413 MW de<br />
triphasé 50Hz en 16,7 Hz sur le réseau 110 kV HT de la Deutsche Bahn sera effective. La station<br />
de conversion de puissance comprend quatre blocs convertisseurs identiques basés sur la technologie<br />
essayée et testée des IGCT de ABB.<br />
1 Einführung<br />
Das von E.ON betri<strong>eb</strong>ene Steinkohlekraftwerk Datteln,<br />
am Dortmund-Ems-Kanal in Nordrhein-Westfalen gelegen,<br />
stellt seit Mitte der 60er Jahre einen Schwerpunkt für<br />
die 16,7-Hz-<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung der Deutschen Bahn<br />
(DB) dar. Mit den insgesamt fünf Bahnstrom-Turbosätzen,<br />
nämlich zwei Einheiten mit je 55 MW/62,5 MVA (Baujahr<br />
1964/65), einer Einphasenmaschine 113 MW/138 MVA<br />
(1969) und zwei weiteren Einheiten mit je 40 MW/50 MVA<br />
(1992/93), also einer Gesamtleistung von 303 MW/363 MVA,<br />
sind dort etwa 10 % der im DB-Netz installierten Erzeugerleistung<br />
konzentriert [1]. Da sich Dampfturbinen nur in<br />
geringem Maß an plötzliche Laständerungen anpassen können,<br />
werden sie nach Möglichkeit über längere Zeitspannen<br />
weitgehend unabhängig von Frequenzschwankungen mit<br />
konstanter Leistung als Grundlasterzeuger betri<strong>eb</strong>en. Diese<br />
Maschinen haben jetzt das Ende ihrer wirtschaftlichen und<br />
technischen L<strong>eb</strong>ensdauer erreicht und müssen ersetzt werden.<br />
Da rotierende Maschinen dieser Größenordnung für<br />
16,7 Hz als Primärerzeuger und als Umformer nicht mehr<br />
g<strong>eb</strong>aut werden, kommen für die <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung<br />
nur noch Umrichter zum Einsatz. Dieser Trend zeigt sich<br />
deutlich beim Vergleich, wie sich die installierte Erzeugerleistung<br />
im deutschen 16,7-Hz-Bahnstromnetz aufteilt:<br />
Waren im Jahr 2000 noch 95,5 % der gesamten Erzeugerleistung<br />
von 3 200 MW als rotierende Einheiten<br />
installiert (Primärmaschinen: 57,5 %, Umformer 38 %),<br />
ging dieser Anteil 2009 bei 2 800 MW Gesamtleistung auf<br />
79 % (55/24 %) zurück [2]. Dementsprechend stieg der<br />
Anteil der installierten Umrichterleistung im DB-Netz von<br />
4,5 % auf 21 %. Auch der Anteil der erzeugten 16,7-Hz-<br />
<strong>Bahnen</strong>ergie veränderte sich im gleichen Zeitraum von<br />
etwa 97/3 % (rotierend/statisch) auf 82/18 %, bezogen auf<br />
die jeweils erzeugte Gesamtenergie von 11,3/10,6 TWh.<br />
Auf dieser Linie liegt damit auch die von E.ON mit der<br />
DB getroffene Entscheidung, in Datteln ein modernes<br />
Umrichterwerk (Urw) zu errichten. Es wird von dem am<br />
gleichen Ort neu g<strong>eb</strong>auten Steinkohle-Kraftwerk mit<br />
Drehstrom 50 Hz versorgt und speist in das zweipolig isolierte<br />
110-kV-16,7-Hz-Einphasennetz der DB ein.<br />
In nächster Zeit wird auch der 110-MW-Bahnstrom-Turbosatz<br />
im nahe gelegenen Kohlekraftwerk Lünen außer<br />
Betri<strong>eb</strong> genommen und muss <strong>eb</strong>enfalls ersetzt werden.<br />
Damit ergibt sich die Gesamtleistung von 413 MW für die<br />
2007 von E.ON bei ABB in Auftrag geg<strong>eb</strong>ene derzeit weltweit<br />
größte Umrichteranlage, die auf dem Kraftwerksgelände<br />
in Datteln errichtet wird. ABB ist für das gesamte<br />
Engineering des schlüsselfertig zu erstellenden Projekts<br />
verantwortlich. Damit umfasst der Auftragsumfang auch<br />
die Auslegung des Umrichtersystem s, die Spezifikation<br />
aller Komponenten und die Entwicklung der Software für<br />
Steuerung, Regelung und Schutz sowie Montage, Installation<br />
und Inbetri<strong>eb</strong>nahme.<br />
Der große Energi<strong>eb</strong>edarf für die Versorgung der zahlreichen<br />
Nah-, Regional-, Fern- und Transitverbindungen im<br />
182 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Ballungsraum Ruhrg<strong>eb</strong>iet erfordert eine hohe Verfügbarkeit<br />
der Gesamtanlage Urw Datteln, in der nach Fertigstellung<br />
etwa 25 % der benötigten Spitzenleistung des DB-Netzes installiert<br />
sein werden. Durch den Einsatz bewährter Elemente<br />
wird das Ausfallrisiko minimiert und durch die zweckmäßige<br />
Anlagenerstellung eine (n-1)-Redundanz erreicht.<br />
2 Neues Kraftwerk Datteln<br />
Auf der anderen Seite des Dortmund-Ems-Kanals, gegenüber<br />
dem bisherigen Kraftwerk, errichtet E.ON den derzeit weltweit<br />
größten Steinkohlemonoblock in Europa (Tabelle 1),<br />
E.ON-intern mit „Datteln IV“ bezeichnet. Der durch die<br />
600°-Kraftwerkstechnologie erreichte Nettowirkungsgrad<br />
>45 % setzt neue Maßstäbe im Hinblick auf Energieeffizienz<br />
und unterstreicht die Verantwortung des Errichters für den<br />
Klimaschutz. Wegen der geplanten Fernwärmeauskopplung<br />
mit bis zu 380 MW Wärmeleistung erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad<br />
des Kraftwerks auf über 50 %.<br />
Von den 1 100 MW Generatorleistung steht mit 413 MW<br />
ein gutes Drittel für die 16,7-Hz-<strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung<br />
zur Verfügung. Da, wie in Abschnitt 4 gezeigt, die Bahnstromumrichter<br />
nicht unmittelbar an die Generatorspannung<br />
27 kV angeschlossen werden, wird die gesamte<br />
elektrische Energie über zwei parallel geschaltete Maschinentransformatoren<br />
der Doppelsammelschiene in der neu<br />
g<strong>eb</strong>auten 400-kV-Drehstromschaltanlage zugeführt. Diese<br />
befindet sich auf dem gleichen Gelände direkt n<strong>eb</strong>en dem<br />
Urw und dient zur Einspeisung in die vier Bahnstromumrichterblöcke<br />
und über eine Doppelfreileitung zum Anschluss<br />
an den Amprion-Netzknoten Dortmund-Mengede.<br />
3 Umrichter-Technologien<br />
3.1 Rückblick: Direktumrichter<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
Tabelle 1: Technische Daten des Kohlekraftwerks.<br />
Generator<br />
Nenn wirkleistung (brutto/netto)<br />
1 100/1 050 MW<br />
Nennscheinleistung<br />
1 333 MVA<br />
Leistungsfaktor (übererregt) 0,825<br />
Nennspannung<br />
27 kV<br />
Nennfrequenz<br />
50 HZ<br />
Nennstrom<br />
28,5 kA<br />
Drehzahl 3 000 min -1<br />
Abmessungen<br />
Rotorlänge<br />
Rotordurchmesser<br />
Masse<br />
Blocktransformator<br />
Anzahl<br />
Nennübersetzung<br />
Nennleistung<br />
Schaltgruppe<br />
Nennstrom Oberspannung/<br />
Unterspannung<br />
Die statische Umrichtertechnik hat bei ABB und den Gründerfirmen<br />
ASEA und BBC eine lange Tradition. So wurde<br />
bereits 1937 in Pforzheim von BBC-Mannheim ein Versuchs-Umrichter<br />
für die Umwandlung von 3 AC 50 Hz in<br />
1 AC 16 2 / 3<br />
Hz mit einer Leistung von etwa 2,5 MW g<strong>eb</strong>aut,<br />
der über eine zweipolige Freileitung zum Kraftwerk Stuttgart-Münster<br />
ins 15-kV-Fahrleitungsnetz einspeiste. Mit<br />
einem Mehranoden-Quecksilberdampfgefäß wurden dabei<br />
durch zweckmäßiges Ansteuern der Anoden aus den<br />
Leiterspannungen des Drehstroms solche Teile herausgeschnitten<br />
und aneinandergereiht, dass als Mittelwert eine<br />
sinusähnliche Einphasenspannung 16 2 / 3<br />
Hz entsteht.<br />
ASEA hat dann in den 70er Jahren diese Umrichter<br />
modernisiert, anstelle der Entladungsgefäße wurden steuerbare<br />
Halbleiter eingesetzt. So konnten für die 16 2 / 3<br />
-Hz-<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung in Schweden außer den seit 1926<br />
vorhandenen Synchron-Synchron-Umformern statische<br />
Umrichter in Betri<strong>eb</strong> genommen werden. Problematisch<br />
waren die durch die direkte Kopplung der beiden Stromarten<br />
mit unterschiedlichen Frequenzen entstehenden Rückwirkungen<br />
auf das speisende Drehstromnetz. Durch den<br />
Einsatz von abgestimmten Filterkreisen wurden die Oberschwingungen<br />
mit den größten Amplituden weitgehend<br />
eliminiert. Ungünstig war auch, dass keine Lastwinkeleinstellung<br />
möglich war, sodass die Wirk- und Blindleistungsabgabe<br />
nicht gezielt gesteuert werden konnte. Zwar waren<br />
diese Umrichter, wie die Versuchsanlage in Pforzheim,<br />
für eine frequenzelastische Netzkupplung geeignet, diese<br />
Betri<strong>eb</strong>sweise wurde aber wegen der parallel arbeitenden<br />
frequenzstarren Umformer nicht realisiert.<br />
Die Bestimmungsgleichung für die Einphasenleistung<br />
zeigt, dass diese mit doppelter Netzfrequenz, im Bahnnetz<br />
also mit etwa 33,4 Hz über einem Konstantanteil pulsiert.<br />
Diese Leistungspulsation wirkt erh<strong>eb</strong>lich auf das speisende<br />
Drehstromnetz zurück und muss durch einen auf die Pulsationsfrequenz<br />
abgestimmten Resonanzkreis kompensiert<br />
werden. Bei seiner Auslegung sind die zulässigen Frequenzabweichungen<br />
im 16,7-Hz-Bahnnetz zu berücksichtigen.<br />
3.2 Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis<br />
18,06 m<br />
4,32 m<br />
618 t<br />
2 parallel<br />
27/415 kV +/– 11,5 kV<br />
700 MVA<br />
YNd 5<br />
1,0/15 kA<br />
Rel. Kurzschlussspannung 18,5 %<br />
Gesamtmasse<br />
496 t<br />
Kessel<br />
Dampfmenge<br />
2 950 t/h<br />
Nenndruck<br />
285 bar<br />
Nenntemperatur 600 °C<br />
Stückkohl<strong>eb</strong>edarf<br />
360 t/h<br />
Einen großen Schritt weiter brachte die Entwicklung der<br />
Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis, mit dem das<br />
Speise- vom Verbrauchernetz galvanisch durch Transformatoren<br />
und magnetisch entkoppelt wird. Abschaltfähige<br />
183
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Tabelle 2: Technische Daten der 15-MW- und 30-MW-Standardumrichter.<br />
Anlage<br />
15-MW-<br />
Standardumrichter<br />
30-MW-<br />
Standardumrichter<br />
(Beispiel Timelkam)<br />
Typ PCS 6000 Rail PCS 6000 Rail<br />
Aufstellung Freiluft Freiluft<br />
Umg<strong>eb</strong>ungsbedingungen –20 °C…+40 °C –30 °C…+40 °C<br />
Drehstromnetz 3AC 20 kV 50 Hz 3AC 110 kV 50 Hz<br />
Scheinleistung 17,7 MVA 30,9 MVA<br />
Wirkleistung 15,9 MW 30,9 MW<br />
cos 0,9 1<br />
Einphasennetz 2AC 110 kV 16,7 Hz 2AC 110 kV 16,7 Hz<br />
Scheinleistung 18,9 MVA 35,3 MVA<br />
Wirkleistung 15 MW 30 MW<br />
cos 16,7 Hz 0,8 0,85<br />
Wirkleistung bei anderer Bestückung<br />
22 MW<br />
<strong>DC</strong>-Zwischenkreise 1 1<br />
<strong>DC</strong>-Zwischenkreisspannung 2 x 2,5 kV 2 x 2,5 kV<br />
Kühlung Stromrichter Wasser-Glykol/Luft Wasser-Glykol/Luft<br />
Kühlung Transformator ONAN ONAN<br />
Aufstellung Freiluft Freiluft<br />
Flächenbedarf 19 m x 12 m = 228 m 2 22 m x 22 m = 484 m 2<br />
Container 1 2<br />
Halbleiterelemente, die zu Dreipunkt-Doppelphasenmodulen<br />
zusammengeschaltet sind, dienen zum Speisen von<br />
oder zum Energi<strong>eb</strong>ezug aus einem Gleichspannungskreis,<br />
der, wie beim Umformer die mechanische Welle, den Drehstromteil<br />
mit dem Einphasenteil energetisch verbindet. Die<br />
Frequenz des Verbrauchernetzes kann damit unabhängig<br />
von der des Speisenetzes in weiten Grenzen eingestellt<br />
werden. Ferner ist jederzeit das Anpassen des Lastwinkels<br />
an die augenblickliche Netzsituation und damit die<br />
Regelung der Übergabeleistung vom Speise- ins Verbrauchernetz,<br />
beispielsweise frequenzabhängig möglich. Auch<br />
die Blindleistungsabgabe wird in jedem Netz unabhängig<br />
voneinander nach vorgeg<strong>eb</strong>enen Kennlinien gesteuert.<br />
Die Maximalleistung der Umrichter wird sowohl von der<br />
Stromtragfähigkeit und der Sperrspannung der Halbleiter,<br />
aber auch von der gewählten Schaltungstopologie bestimmt.<br />
Daraus resultiert die Betri<strong>eb</strong>sspannung des Gleichspannungszwischenkreises.<br />
Bei geg<strong>eb</strong>enem zulässigem<br />
Strom erhöht sich durch die Verdoppelung der Zwischenkreisspannung,<br />
beispielsweise mittels Dreipunktschaltung,<br />
die mögliche Übertragungsleistung um den Faktor 2.<br />
Durch Optimieren des Schaltmusters bei den Stromrichtern<br />
lassen sich bestimmte niederfrequente Oberschwingungen<br />
eliminieren, sodass Netzfilter reduziert werden<br />
oder sogar ganz entfallen können. Dabei definieren<br />
die Pulszahl des Stromrichters und die Taktfrequenz der<br />
Halbleiter das entstehende Frequenzspektrum. Die Netzspannung<br />
wird von der gewählten Stromrichtertopologie/Transformatorschaltgruppe<br />
bestimmt. Die maximale<br />
Taktfrequenz wird durch die zulässige Schaltfrequenz der<br />
steuerbaren Halbleiter begrenzt. Je höher die Pulszahl und<br />
die Taktung ausgeführt werden, umso geringer wird der<br />
Oberwellengehalt der entstehenden Wechselspannung.<br />
Bei entsprechender Auslegung können damit die Anforderungen<br />
der Netzbetreiber hinsichtlich Netzqualität ohne<br />
zusätzliche Aufwendungen vollumfänglich erfüllt werden.<br />
Allerdings wird damit das Problem „pulsierende Einphasenleistung“<br />
nicht beseitigt. Hierfür wird ein auf 33,4 Hz<br />
abgestimmter Schwingkreis erforderlich, der an den Gleichspannungszwischenkreis<br />
angeschlossen wird. Das 33,4-Hz-<br />
Filter dient zur Kompensation der Leistungspulsationen aus<br />
dem Einphasen-Bahnnetz. Trotz schwacher Dämpfung, also<br />
einem hohen Gütefaktor, hat dieses Filter bei entsprechender<br />
Auslegung dank großer Kapazitätsleistung eine relativ<br />
breitbandige Charakteristik um die Abstimmfrequenz. Damit<br />
können die spezifizierten Bahnfrequenzabweichungen<br />
aufgefangen werden. Außerdem sind die Filterverluste<br />
relativ gering, weil generell die Kondensatoren wesentlich<br />
kleinere Verluste aufweisen als die Drosseln.<br />
Die Richtigkeit der vorgenannten Überlegungen wurde<br />
1994 durch die Inbetri<strong>eb</strong>nahme der beiden von ABB g<strong>eb</strong>auten<br />
Bahnstromumrichter mit je 25 MVA im Urw Giubiasco<br />
(Tessin/Schweiz) eindrücklich bestätigt. Basierend auf diesem<br />
erfolgreichen Projekt, in dem als steuerbare Halbleiter<br />
Gate Turn-off Thyristor (GTO) verwendet wurden, führte<br />
deren Weiterentwicklung zu einer wesentlichen Leistungserhöhung.<br />
So konnte bereits 1996 in Bremen ein 100-MVA-<br />
Umrichter für die DB dem Betri<strong>eb</strong> überg<strong>eb</strong>en werden [3].<br />
3.3 Entwicklung des Standard-Umrichters<br />
Die guten Betri<strong>eb</strong>serfahrungen mit den bis zur Jahrtausendwende<br />
errichteten Umrichtern führten bei der DB<br />
Energie zur Ausarbeitung eines Pflichtenheftes für 15-MW-<br />
Standardumrichter zur frequenzelastischen Netzkupplung<br />
von 3AC 50 Hz mit 1AC 16,7 Hz [4; 5; 6]. Diese sollten<br />
unabhängig von den jeweiligen Standortbedingungen<br />
eingesetzt werden, durch einmal definierte<br />
Rand- und Anschlussbedingungen<br />
die sonst bei jeder Anlage<br />
neu anfallenden Entwurfs-, Projektierungs-<br />
und Planungskosten wesentlich<br />
vermindern sowie Wartungs- und<br />
Reparaturarbeiten erleichtern. Sie<br />
sind als unbesetzte, selbstüberwachte,<br />
ferngesteuerte Anlagen konzipiert.<br />
Kennzeichnendes äußeres Merkmal<br />
dieser Standardumrichter ist der Verzicht<br />
auf G<strong>eb</strong>äude mit ihren hohen Planungs-,<br />
Installations- und Betri<strong>eb</strong>skosten.<br />
Anstelle von Hochbauten kommen<br />
fabrikgeprüfte, bahntransportfähige<br />
Container zum Einsatz, in die der Stromrichter<br />
mit <strong>DC</strong>-Zwischenkreis, Kühlaggregate<br />
sowie die Leittechnik mit integriertem<br />
Backup-Schutz eing<strong>eb</strong>aut sind.<br />
Diese Bauweise vereinfacht die Verkabelung/Verschienung<br />
und verkürzt die<br />
Montage- und Inbetri<strong>eb</strong>setzungsdauer.<br />
In den Standardumrichtern werden<br />
infolge der kontinuierlichen<br />
Weiterentwicklung der steuerbaren<br />
184 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Halbleiter anstelle der bisher eingesetzten GTO die mittlerweile<br />
auch in der Industrietechnik bewährten Integrated<br />
Gate Commutated Thyristor (IGCT) eingesetzt. Diese<br />
zeichnen sich durch eine einfachere Ansteuerbarkeit,<br />
schnellere Schaltvorgänge und somit durch niedrigere<br />
Verluste bei gleichzeitig erhöhter Schaltfrequenz aus.<br />
Der Erfolg dieses Konzepts wird durch die große Anzahl<br />
der seither gelieferten Standardumrichter bestätigt. Alleine<br />
von ABB sind mittlerweile 21 Einheiten bei verschiedenen<br />
Bahnnetzbetreibern in Betri<strong>eb</strong>. Diese Umrichtergeneration<br />
setzte bezüglich Performance, Platzbedarf und kurzen<br />
Montage- und Inbetri<strong>eb</strong>setzungszeiten neue Maßstäbe [7].<br />
3.4 Weiterentwicklung des<br />
Standardumrichters<br />
Aufbauend auf dem Erfolg der standardisierten 15-MW-<br />
Umrichterklasse wurde durch gezielte Weiterentwicklung<br />
die Nennleistung auf mehr als 30 MW erhöht [8; 9]. Hierfür<br />
wurde durch Parallelschaltung der Phasenbausteine die<br />
Stromtragfähigkeit verdoppelt (Tabelle 2). Die Kühlung<br />
und die Filterkreise mussten entsprechend der höheren<br />
Leistungen neu dimensioniert werden. Aufgrund der größeren<br />
Stromrichterleistung werden jetzt zwei Container je<br />
30-MW-Einheit benötigt. Hierbei stellt der Stromrichter-<br />
Bild 1: 30-MW-Stromrichter-Container.<br />
Container das Herzstück der Anlage dar (Bild 1). Im zweiten<br />
Container sind die Leittechnik und die Kühlanlage unterg<strong>eb</strong>racht.<br />
Durch diese Bauart ist ein einfacher Transport<br />
vom Lieferanten auf die Anlage und eine kurze Montageund<br />
Inbetri<strong>eb</strong>setzungszeit nach wie vor möglich.<br />
Seine erste Bewährungsprobe hat dieser Umrichtertyp<br />
im Urw Timelkam [10], dem ersten Umrichterwerk der Ös-<br />
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185
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
terreichischen Bundesbahnen (ÖBB) bestens bestanden,<br />
das bei Energi<strong>eb</strong>ezug aus dem 110-kV-50-Hz-Drehstromnetz<br />
ins Einphasennetz 2AC 110 kV 16,7 Hz einspeist. Diese<br />
Anlage in Timelkam, Bezirk Vöcklabruck/Oberösterreich,<br />
umfasst zwei voneinander unabhängige 30-MW-Umrichter.<br />
Sie verstärken die Energieversorgung der neu ausg<strong>eb</strong>auten<br />
Westbahn Linz – Salzburg ohne zusätzliche Übertragungsverluste,<br />
die sonst beim Energietransport von<br />
den entfernt liegenden Bahnstromerzeugern entstanden<br />
wären. Die beiden Anlagen sind seit Mitte 2009 mit der<br />
garantierten hohen Verfügbarkeit in Betri<strong>eb</strong>.<br />
4 Grundkonzeption des Umrichterwerks<br />
Datteln<br />
4.1 Netzanschluss<br />
Für den Drehstromanschluss der Umrichter bestehen in<br />
Datteln grundsätzlich zwei Möglichkeiten: Anschluss an<br />
die 27-kV-Generatorspannung des Kraftwerks oder an das<br />
400-kV-Hochspannungsnetz.<br />
Die erste Variante besticht mit dem großen Vorteil: Es<br />
werden keine teuren 400-kV-Transformatoren benötigt.<br />
Allerdings liegen die Umrichter damit im Bereich des<br />
Blockschutzes, der den Generator und die Maschinentransformatoren<br />
umfasst. Eine schnelle und selektive Abschaltung<br />
eines schadhaften Umrichters ist dann nicht<br />
möglich. Dies beeinflusst die Verfügbarkeit des gesamten<br />
Kraftwerks. Auch müssten die Anschlussverbindungen zu<br />
den einzelnen Umrichtern für den Generatorkurzschlussstrom<br />
ausgelegt sein, dessen Scheitelwert bei etwa 400 kA<br />
liegt. Beide Nachteile führten zum Ausschluss dieser Variante<br />
und erfordern den Anschluss der Umrichter an<br />
das 400-kV-Netz in der unmittelbar dan<strong>eb</strong>en liegenden<br />
Tabelle 3: Technische Daten des Umrichterwerks Datteln.<br />
Gesamtanlage 50 Hz 16,7 Hz<br />
Nennspannung 3 AC 400 kV 2 AC 110 kV<br />
Nennleistung 413 MW 404 MW<br />
Aufstellung<br />
Freiluft<br />
Umg<strong>eb</strong>ungsbedingungen –20 °C…+40 °C<br />
Umrichterblöcke 4<br />
Flächenbedarf 4 x 1 530 m 2 = 6 120 m 2<br />
Umrichterblock<br />
Nennleistung 103 MW 101 MW<br />
Überlast 138 MW 134 MW<br />
Netztransformatoren 1 2 in Reihe<br />
<strong>DC</strong>-Zwischenkreise 4<br />
<strong>DC</strong>-Zwischenkreisspannung<br />
2 x 2,5 kV<br />
Kühlung Stromrichter<br />
Wasser-Glykol<br />
Flächenbedarf 34 m x 45 m = 1 530 m 2<br />
Container gesamt 6<br />
Stromrichter 4<br />
Leittechnik 1<br />
Kühlung 1<br />
Schaltanlage. Dies bietet als weiteren Vorteil die Möglichkeit,<br />
bei Ausfall des Kraftwerks die Drehstromenergie aus<br />
dem Verbundnetz zu beziehen.<br />
Auf der 16,7-Hz-Seite wird die Energie über vier 800 m<br />
lange Freileitungen zu der neuen 110-kV-Schaltanlage in<br />
Datteln geführt. Von dort erfolgt die Weiterverteilung zu<br />
den nordwestdeutschen Verbraucherschwerpunkten in<br />
Dortmund, Duisburg, Gerresheim und Hagen und damit<br />
ins 110-kV-Bahnstromnetz.<br />
4.2 Umrichtervarianten<br />
Die in den Abschnitten 3.2 bis 3.4 beschri<strong>eb</strong>enen Ausführungsvarianten<br />
von bisher gelieferten und bewährten<br />
Umrichtertypen wurden auf ihren möglichen Einsatz in<br />
Datteln geprüft und bewertet.<br />
a) Naheliegend war der Gedanke, 100-MW-Umrichter<br />
der „Bremen“-Klasse einzusetzen. Allerdings ist dieser<br />
Umrichter in einem G<strong>eb</strong>äude eing<strong>eb</strong>aut. Die<br />
Größe des benötigten G<strong>eb</strong>äudes hätte die zur Verfügung<br />
stehende Baufläche überstiegen. Außerdem<br />
ist die 1994/95 eingesetzte Technik in Bremen weiterentwickelt<br />
worden. Folglich wäre ein 1:1-Nachbau<br />
mit hohen Aufwändungen verbunden gewesen.<br />
Deshalb war diese Variante nicht umsetzbar.<br />
b) Die nächste Variante: Einsatz von 15-MW-Standardumrichtern<br />
und direkte Anbindung jedes Umrichters<br />
an das 400-kV-Netz. Dies würde eine Vielzahl von<br />
Abgängen in der 400-kV-Schaltanlage erfordern.<br />
Dies war schon aufgrund der begrenzten räumlichen<br />
Geg<strong>eb</strong>enheiten nicht realisierbar.<br />
c) Geprüft wurde auch die auf b) aufbauende Variante<br />
mit 22-MW-Umrichtermodulen, welche durch<br />
Parallelschaltung von jeweils fünf Umrichtereinheiten<br />
zu 110-MW-Blöcken zusammengefasst werden. Die<br />
110-MW-Blöcke wären dann über einen gemeinsamen<br />
Transformator am 400-kV-Netz anzubinden. Dies<br />
erfordert aber eine aufwändige Mittelspannungsschaltanlage,<br />
da jedes Umrichtermodul einen eigenen<br />
Leistungsschalter und Trenner auf der Mittelspannungs<strong>eb</strong>ene<br />
benötigt. Der Platz hierfür war nicht<br />
vorhanden und diese Lösung somit nicht umsetzbar.<br />
Insbesondere auch nachdem zu diesem Zeitpunkt der<br />
Planungsphase die Bahnstromumrichterleistung von<br />
zunächst 303 MW (Ersatz von Datteln 1-3) um zusätzliche<br />
110 MW (zukünftige Ersatzleistung für die Bahnstromerzeugung<br />
im Kraftwerk Lünen) erhöht wurde.<br />
5 Anlagenkonzept<br />
5.1 Gewählte Lösung<br />
Die Weiterführung der erörterten Vorschläge ergab die<br />
jetzt für den Bau vorgesehene Variante: Die 413-MW-Gesamtleistung<br />
des Urw Datteln wird auf vier gleiche, voneinander<br />
unabhängige 103-MW-Umrichterblöcke aufgeteilt<br />
186 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
(Tabelle 3), von denen jeder aus vier 30-MW-Umrichtereinheiten<br />
(Abschnitt 3.4) aufg<strong>eb</strong>aut ist und entsprechend<br />
Tabelle 2 belastet werden kann. Somit kann auch die vertraglich<br />
vereinbarte Gesamtleistung von 413 MW mit nur<br />
drei Blöcken übertragen werden, wenn beispielsweise ein<br />
Umrichterblock nicht verfügbar ist.<br />
Jeder Umrichterblock ist drehstromseitig an die neue 3AC-<br />
400-kV-Schaltanlage des Kraftwerks Datteln (Abschnitt 2)<br />
und auf der Einphasenseite an die neue 2AC 110-kV-<br />
16,7-Hz-Schaltanlage Datteln (Abschnitt 4.1) angeschlossen.<br />
5.2 Umrichtertechnik im Detail<br />
betreiber bezüglich Rückwirkungen notwendig. In Bild 3<br />
ist der Verlauf der 16,7-Hz-seitigen Ausgangsspannung<br />
bei offenem bahnseitigen Leistungsschalter dargestellt.<br />
Dies belegt eindrücklich den netzfreundlichen Betri<strong>eb</strong>.<br />
Die Konstruktion der Transformatoren stellt eine große<br />
Herausforderung dar: Sowohl die Anordnung der Wicklungen,<br />
besonders bei 400 kV, aber auch die interne Leitungsführung<br />
und das Herausführen der vielen Sekundärspannungen<br />
ist konstruktiv nicht einfach zu lösen. So werden<br />
bei den insgesamt acht 55-kV-16,7-Hz-Transformatoren<br />
jeweils 16 Durchführungen, beim Drehstromtransformator<br />
sogar 24 Durchführungen auf der Sekundärseite benötigt.<br />
Wie dargelegt, sind die Umrichterblöcke<br />
im Urw Datteln aus bewährten<br />
Bausteinen der 50/16,7-Hz-Umrichteranlagen<br />
aufg<strong>eb</strong>aut.<br />
Bild 2 zeigt das Übersichtsschema<br />
eines 103-MW-Umrichterblocks,<br />
und zwar auf der Drehstromseite je<br />
Phase. Die vier einen Umrichterblock<br />
bildenden Umrichtereinheiten sind<br />
für den Netzanschluss sowohl drehstromseitig<br />
wie auch auf der Einphasenseite<br />
in Reihe geschaltet.<br />
Der 50-Hz-Transformator ist dementsprechend<br />
hochspannungsseitig<br />
in vier Reihenwicklungen unterteilt.<br />
Sekundärseitig erg<strong>eb</strong>en sich je Spannungsstufe<br />
drei Phasenspannungen,<br />
die als offene Wicklungen, also in<br />
Schaltgruppe i, herausgeführt sind.<br />
Sie speisen jeweils zwei Doppelphasenmodule.<br />
Durch diese Schaltungsart<br />
sind 17 verschiedene Spannungszustände<br />
möglich. Man spricht<br />
deshalb von einem 17-Punkt-Umrichter.<br />
Durch Fünffachtaktung der<br />
Stromrichter resultieren Netzrückwirkungen<br />
erst in den Seitenbändern<br />
der 80. Harmonischen.<br />
Ähnlich werden auf der 16,7-Hz-<br />
Ausgangsseite 16 Teilspannungen,<br />
also vier je Umrichtereinheit, zu<br />
110 kV summiert. Mit der gewählten<br />
Schaltungsanordnung können<br />
65 Spannungszustände erzeugt werden,<br />
man spricht hier deshalb von<br />
einem 65-Punkt-Stromrichter, der<br />
in Dreifachtaktung betri<strong>eb</strong>en wird.<br />
Daraus resultieren Netzrückwirkungen<br />
erst in den Seitenbändern der<br />
192. Harmonischen.<br />
Aufgrund dieses Multilevel-<br />
Designs sind weder auf der 50-Hz-<br />
Eingangsseite noch auch auf der<br />
16,7-Hz-Ausgangsseite Filter zur Erfüllung<br />
der Anforderungen der Netz-<br />
Bild 2: Übersichtsschaltschema eines Umrichterblocks.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
187
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Bild 3: Umrichterspannung auf der 16,7-Hz-Seite.<br />
Container unterg<strong>eb</strong>racht. Bild 4 zeigt die geplante Disposition<br />
eines Umrichterblocks:<br />
N<strong>eb</strong>en dem rechts oben dargestellten Drehstromumspanner<br />
sind der Steuer- und der Kühlanlagen-Container<br />
angeordnet, auf der anderen Transformatorseite die zugehörigen<br />
Wärmetauscher. Von den unterspannungsseitigen<br />
Transformatoranschlüssen führen teilweise abgedeckte<br />
Stromschienen zu den Durchführungen im Dach<br />
des zugeordneten Stromrichter-Containers. Darunter erkennt<br />
man die in Freiluftausführung g<strong>eb</strong>auten Drosseln<br />
für den 33,4-Hz-Kompensationskreis. Die zugehörigen<br />
Kondensatoren befinden sich wie die anderen Bauteile<br />
des <strong>DC</strong>-Zwischenkreises im Stromrichtercontainer. Auch<br />
die beiden links unten dargestellten 16,7-Hz-Transformatoren<br />
werden über Aluminiumrohre mit den Stromrichtern<br />
verbunden. Bild 5 zeigt die Gesamtdisposition des<br />
Urw Datteln mit den vier Umrichterblöcken.<br />
5.3 Disposition der Anlage<br />
Die vier in den elektrischen Daten gleich dimensionierten<br />
Umrichterblöcke sind auch mechanisch identisch<br />
aufg<strong>eb</strong>aut und n<strong>eb</strong>eneinander in einer Reihe zu einer<br />
Gesamtlänge 4 x 34 m = 136 m angeordnet. Entsprechend<br />
dem Energiefluss sind die 50-Hz- und die 16,7-Hz-Transformatoren<br />
jeweils an entgegengesetzten Seiten des 45 m<br />
breiten Geländes aufgestellt, dazwischen befinden sich<br />
alle anderen Komponenten.<br />
Wie im Urw Timelkam (Abschnitt 3.4) ist auch in Datteln<br />
für jeden der vier 30-MW-Umrichtereinheiten ein<br />
Container für die Stromrichter und den <strong>DC</strong>-Zwischenkreis<br />
erforderlich. Das „Gehirn“ des Umrichterblocks – die<br />
Regelungs- und Schutzeinrichtungen – sowie die Eigenbedarfsverteilung<br />
sind in einem weiteren Container eing<strong>eb</strong>aut.<br />
Die benötigte Kühlanlage wird in einem separaten<br />
Bild 4: Layout 103-MW-Umrichterblock Datteln.<br />
6 Steuerung, Regelung und Schutz<br />
Der Ei nsatzplan für das Kraftwerk Datteln IV wird vom<br />
Lastverteiler des Netzbetreibers Ruhr Energie AG vorgeg<strong>eb</strong>en<br />
nach den dort bekannten Leistungsanforderungen<br />
des Drehstromnetzes und dem jeweiligen Energi<strong>eb</strong>edarf<br />
für das Bahnnetz, angemeldet von der Hauptschaltleitung<br />
der DB Energie. Die daraus abgeleiteten beiden<br />
Sollwerte Blockleistung und Umrichterleistung werden<br />
in die Hauptleittechnik (HLT) des Kraftwerks übertragen,<br />
um dort die Energieeinspeisung sowohl in das 50-Hz- wie<br />
auch in das 16,7-Hz-Netz zu regeln.<br />
Die Sollwertvorgabe der Wirkleistung für die <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung<br />
wird dem redundant aufg<strong>eb</strong>auten<br />
Anlagenleitrechner ALR übermittelt. Dieser steuert und<br />
koordiniert den Einsatz der vier Umrichterblöcke über<br />
die in den jeweiligen Steuer-Containern installierte Blockregelung<br />
(Bild 6).<br />
Um den Urw-Betri<strong>eb</strong> auch bei<br />
einem Ausfall der Fernwirkverbindungen<br />
vom Lastverteiler oder der<br />
HLT zum ALR zu ermöglichen, kann<br />
dieser von einem Bildschirm-Arbeitsplatz<br />
in der Hauptleit<strong>eb</strong>ene bedient<br />
werden. Auch jeder Umrichterblock<br />
enthält in der Vorort-Leit<strong>eb</strong>ene, also<br />
im jeweiligen Leittechnik-Container<br />
eine entsprechende Bedienungsstation.<br />
Die Vorort-Leit<strong>eb</strong>ene des<br />
Umrichterblocks wird vor allem für<br />
die Inbetri<strong>eb</strong>setzungsphase und bei<br />
Wartungsarbeiten g<strong>eb</strong>raucht.<br />
Die für die Regelung erforderlichen<br />
momentanen Istwerte von<br />
Strom und Spannung werden hochspannungsseitig<br />
mittels Strom- und<br />
Spannungswandlern gemessen, im<br />
50-Hz-Teil direkt über Kupferkabel,<br />
im 16,7-Hz-Teil in digitalisierter<br />
188 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Bild 5: Layout 4 x<br />
103-MW-Bahnstromum<br />
richteranlage<br />
Datteln.<br />
Form über<br />
etwa 800 m mittels<br />
Lichtwellenleiter<br />
(LWL) zu den Steuer-<br />
Containern übertragen. Auf<br />
der Unterspannungsseite werden<br />
die Strom- und Spannungswerte direkt<br />
im Stromrichter erfasst, digitalisiert und der<br />
Regeleinrichtung zugeführt. Mit den gemessenen<br />
Strömen wird darüber hinaus ein selektiver Stromvergleichschutz<br />
(Differentialschutz) realisiert.<br />
Die bisher im DB-Netz eingesetzten Umrichter dienten<br />
vornehmlich zur Spitzenlastdeckung, ihre Wirkleistung<br />
P der 16,7-Hz-Seite wurde dementsprechend mit<br />
kleiner Statik frequenzabhängig geregelt. Bereits geringe,<br />
durch Lastschwankungen bedingte Änderungen<br />
der Netzfrequenz f führen zu starker Erhöhung oder<br />
Absenkung der augenblicklich erzeugten Umrichterleistung.<br />
Damit wird f annähernd unabhängig von der<br />
Netzbelastung konstant gehalten. Dieses Verfahren wird<br />
P/f-Regelung genannt.<br />
Da das Urw Datteln aber als Ersatz für die früheren<br />
Grundlasterzeuger vorgesehen ist, wird seine Wirkleistung<br />
auf konstanten vorgeg<strong>eb</strong>enen Sollwert geregelt.<br />
Im Kennlinienbild (Bild 7) wird dies<br />
durch den parallel zur Ordinate (f-Achse)<br />
verlaufenden Teil der Regelkennlinie<br />
angezeigt. Die Netzfrequenz<br />
muss durch andere Energieerzeuger<br />
geregelt werden.<br />
Verlässt die Frequenz durch<br />
Netzstörungen oder extreme<br />
Belastungen jedoch den<br />
konstanten senkrechten Teil der<br />
Kennlinie, passt ihr vorgeg<strong>eb</strong>ener jetzt<br />
wirksamer abgeknickter Verlauf, Statik genannt,<br />
die Wirkleistungsabgabe des Urw Datteln an die<br />
zur Stabilisierung des Bahnnetzes erforderliche Größe an.<br />
Die Blindleistung Q wird in jedem Netz unabhängig<br />
voneinander geregelt, im Drehstromnetz konstant auf<br />
Null, also auf cos = 1,0 gemessen an der 400-kV-Einspeisung.<br />
Auf der 16,7-Hz-Seite wird eine Q/U-Kennlinie zur<br />
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f [%]<br />
+2<br />
Pumin<br />
no<br />
f0o<br />
Pu<br />
0<br />
f0u<br />
-2<br />
Po<br />
nu<br />
P16 [MW]<br />
Pmin<br />
Pmax<br />
Bild 6: Leit<strong>eb</strong>enen der in die Kraftwerkshauptleittechnik integrierten<br />
Bahnstromumrichteranlage Datteln.<br />
Bild 7: 16,7-Hz-seitige parametrierbare f/P-Kennlinie.<br />
Spannungsregelung verwendet. Bei dieser Regelart wird<br />
das Netz durch Regelung der Blindleistungsabgabe abhängig<br />
von der gemessenen Spannung U gestützt.<br />
7 Eigenbedarfsversorgung<br />
Der Eigenbedarf des Kraftwerks wird redundant über zwei<br />
76-MVA-Dreiwicklungstransformatoren versorgt, welche<br />
an die 27-kV-Generatorableitung ang<strong>eb</strong>unden sind und jeweils<br />
vier parallele 10-kV-Schienen speisen. Die Hilfsbetri<strong>eb</strong>e<br />
der vier Umrichterblöcke werden damit aus zwei redundanten<br />
400-V-Schaltanlagen versorgt, welche jeweils über<br />
einen 2-MVA-Drehstromtransformator aus dem 10-kV-Eigenbedarfsnetz<br />
gespeist werden. Jeder Umrichterblock<br />
verfügt somit über zwei redundante 400-V-Zuleitungen,<br />
fällt davon die vorrangige aus, wird automatisch und ohne<br />
Störung des Übertragungsbetri<strong>eb</strong>es des Umrichterblocks<br />
auf das verfügbare 400-V-System umgeschaltet.<br />
Literatur<br />
[1] Be: Weltgrößte Frequenzumrichteranlage beim größten Steinkohl<strong>eb</strong>lock.<br />
– In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 105 (2007), H. 12, S. 676.<br />
[2] N.N.: <strong>Elektrische</strong>r Betri<strong>eb</strong> bei der Deutschen Bahn im Jahre<br />
2000. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 99 (2001), H. 1-2, S. 3–34.<br />
[3] Vogel, U.-B.; Boeck, R.; Zanini, P.; Werninger, J.; Jergas,<br />
E.: Vollstatischer 100-MW-Frequenzumrichter für die Bahnstromversorgung<br />
der Deutschen Bahn in Bremen. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 95 (1997), H. 1-2, S. 21–26.<br />
[4] Schmidt, R.: Bahnumrichterkonzept der DB Energie. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 98 (2000), Heft 10, S. 354–357.<br />
[5] Baumeler, H.: 15-MW-Standardumrichter für DB Energie. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 98 (2000), Heft 10, S. 358–363.<br />
[6] Dicks, H.; Janning, J.: Bahnumrichter Typ BAUM für DB Energie.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 98 (2000) Heft 10, S. 364–373.<br />
[7] N.N.: <strong>Elektrische</strong>r Betri<strong>eb</strong> bei der Deutschen Bahn im Jahre<br />
2008. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 107 (2009), H. 1-2 S. 3–47.<br />
[8] Linhofer, G.; Maibach, P.; Umbricht, N.: The railway connection.<br />
In: ABB Review 3/2008, S. 49–55.<br />
[9] Linhofer, G.; Maibach, P.; Umbricht, N.: Statische Umrichter,<br />
dynamische Leistung. In: ABB Review 2/2010, S. 42–47.<br />
[10] Baldauf, H.: Umrichterwerk Timelkam – Eine neue Bahnstromversorgungsanlage<br />
der ÖBB. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 108<br />
(2010), H. 7, S. 304–309.<br />
Dipl.-El.-Ing. Philippe Maibach (41), Eidg. Tech.<br />
Hochschule ETH Zürich; Leiter System Engineering<br />
Leistungselektronische Systeme.<br />
Adresse: ABB Schweiz AG, Austr., 5300 Turgi,<br />
Schweiz;<br />
Fon: +41 58 589-2069, Fax: -2090;<br />
E-Mail: philippe.maibach@ch.abb.com<br />
Dipl.-Ing. Niklaus Umbricht (44), Fachhochschule<br />
Brugg-Windisch; Projektleiter für das Urw Datteln.<br />
Adresse: wie oben;<br />
Fon: +41 58 589-3807, Fax: - 2090;<br />
E-Mail: niklaus.umbricht@ch.abb.com<br />
Dr.-Ing. Holger Wrede (39), Techn. Universität<br />
Braunschweig, Ruhr Universität Bochum. Technischer<br />
Losverantwortlicher Bahnstromumrichter<br />
Datteln.<br />
Adresse: E.ON New Build & Technology GmbH,<br />
Alexander-von-Humboldt-Str. 1, 45896 Gelsenkirchen,<br />
Deutschland;<br />
Fon: +49 209 601-3444, Fax: +-5045;<br />
E-Mail: holger.wrede@eon.com<br />
190 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Fahrzeuge<br />
Trolleybusse in Mailand – völlig<br />
emissions frei durch die Stadt<br />
Martin Schmitz und Martin Böhm, Düsseldorf<br />
Seit Juni 2009 sind in Mailand 30 neue Hybrid-Trolleybusse des Konsortiums Van Hool und Vossloh<br />
Kiepe im Einsatz. Im Mailänder Streckennetz durchgeführte Messfahrten belegen deutliche<br />
Energieeinsparungen dank des Energiespeichers aus Hochleistungskondensatoren. Das überzeugende<br />
Fahrzeugkonzept mit serieller Anordnung der Antri<strong>eb</strong>skomponenten führte jüngst zu<br />
weiteren Lieferaufträgen, und zwar über 15 Trolleybusse für Mailand und ferner neun für Parma.<br />
Trolley buses in Milan – zero emission rides through the city<br />
Since June 2009, 30 new hybrid trolley buses made by the Van Hool and Vossloh Kiepe consortium<br />
have been in service in Milan. Test rides in the Milan city network proved that much energy<br />
can be saved by using the energy-storing high-performance supercapacitors. The convincing<br />
vehicle con-cept, featuring a serial arrangement of the driving components, has recently made<br />
the city order 15 more trolley buses for Milan and another nine for Parma.<br />
Trolleybus de Milan – zero emission à travers la ville<br />
Depuis juin 2009, 30 nouveaux trolleybus hybrides fabriqués par le consortium Van Hool and<br />
Vos-sloh Kiepe ont été mis en service. Des tournées d’essai sur le réseau de la ville de Milan ont<br />
montré que des économies d’énergie notables sont réalisées en utilisant des super condensateurs<br />
haute performance de stockage d’énergie. Le concept de véhicule convaincant, basé sur<br />
une mise en série de composants de traction, a conduit récemment à commander 15 unités supplémentaires<br />
pour Milan et neuf pour la cité de Parme.<br />
1 Einführung<br />
Als Touristenmagnet l<strong>eb</strong>t Mailand unter anderem von seinen<br />
vielen tausend Besuchern, die Jahr um Jahr in die Metropole<br />
strömen. Doch wenn Gäste in die Stadt kommen,<br />
wollen sie sich dort für ihre Unternehmungen auch bewegen<br />
können, und zwar möglichst schnell und komfortabel.<br />
Hinzu kommen natürlich mit Berufspendlern und Anwohnern<br />
viele weitere Fahrgäste; für sie gilt dasselbe. Mit der<br />
beobachteten Zunahme der<br />
Fahrgastzahl wächst auch<br />
die Zahl der im Stadtverkehr<br />
benötigten Fahrzeuge.<br />
Zuletzt hatte Mailand<br />
mit erh<strong>eb</strong>lichen Umweltbelastungen<br />
zu kämpfen.<br />
Das Str<strong>eb</strong>en nach umweltfreundlichen<br />
und leisen<br />
Antri<strong>eb</strong>en zur Verbesserung<br />
der innerstädtischen<br />
Wohnqualität wird immer<br />
deutlicher. 2015 ist Mailand<br />
zudem Ausrichter der Weltausstellung<br />
Expo. Für die<br />
damit verbundene Aufmerksamkeit<br />
der Weltöffentlichkeit<br />
wünscht man sich in Italien<br />
ein modernes Erscheinungsbild. All dies sind Gründe für<br />
den Mailänder Verkehrsbetreiber ATM (Azienda Trasporti<br />
Milanesi), in die Umstellung auf moderne Nahverkehrskonzepte<br />
zu investieren und alte Fahrzeuge (Tabelle 1) zu<br />
ersetzen. Gefragt sind Konzepte, die den Weg hin zum so<br />
genannten Zero-Emission-Verkehr <strong>eb</strong>nen und der Stadt eine<br />
Vorreiterrolle in Sachen Umweltschutz und Nachhaltigkeit<br />
g<strong>eb</strong>en. Bei den seit 2009 verfügbaren neuen Trolleybussen<br />
war die Entscheidung auf den Typ AG 300T (Bild 1) gefallen.<br />
Tabelle 1: Übersicht über die Trolleybus-Flotte von ATM in Mailand mit Vergleich des Verbrauchs<br />
elektrischer Energie aus der Oberleitung in besetztem und leerem Zustand der Busse<br />
(Quelle: ATM Mailand).<br />
Trolleybus-Typbezeichnung<br />
Fahrzeug-<br />
Nummern<br />
Bus-<br />
Länge<br />
Anzahl<br />
Plätze<br />
Masse<br />
unbesetzt<br />
Verbrauch<br />
unbesetzt<br />
Verbrauch<br />
vollbesetzt<br />
Verbrauch<br />
je Platz<br />
m Stück kg kWh/km kWh/km Wh/km<br />
SOCIMI 8820 901-970 12 100 11 450 1,27 2,03 20<br />
SOCIMI 8843 100-132 18 156 17 950 3,17 5,04 32<br />
BREDABUS F04 200-232 18 152 18 968 3,19 4,93 32<br />
CAM Busotto 300-308 18 134 19 240 3,12 4,81 36<br />
Irisbus Cristalis 400-409 18 132 20 400 3,98 5,73 43<br />
Van Hool<br />
AG 300T<br />
700-729 18 152 19 700 2,64 4,02 26<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
191
Fahrzeuge<br />
2 Trolleybusse für Italiens Metropolen<br />
Elektromobilitätskonzepte auf Basis von aus der Oberleitung<br />
versorgten Fahrzeugen bieten eine bereits zuverlässige<br />
und erprobte Technologie für einen emissionsfreien<br />
Stadtverkehr. Hybrid-Trolleybusse fahren im<br />
Oberleitungsnetz abgasfrei und ermöglichen im Hybrid-Modus<br />
einen umsteigefrei erweiterten Einsatz auf<br />
darüber hinausreichenden Linien. Durch ihre geringe<br />
Geräuschentwicklung und den Zero-Emission-Betri<strong>eb</strong><br />
überzeugen sie hinsichtlich des ökologischen Mehrwerts<br />
Anwohner und Fahrgäste gleichermaßen. Somit bieten<br />
sie eine ideale Möglichkeit, innerstädtische Mobilität<br />
anwohnerfreundlich, geräuscharm und umweltfreundlich<br />
zu gestalten.<br />
Untersuchungen verschiedener Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e belegen<br />
außerdem einen erfreulichen N<strong>eb</strong>eneffekt: Trolleybuslinien<br />
erl<strong>eb</strong>en einen enormen Zuwachs an Fahrgästen<br />
von bis zu 20 % im Vergleich zu Dieselbusnetzen. Das<br />
verhältnismäßig spektakuläre Outfit der oberleitungsversorgten<br />
Busse verspricht, so scheint es, einen Mehrwert:<br />
Die Fahrt mit dem Oberleitungsbus (O-Bus) wird als Erl<strong>eb</strong>nis<br />
empfunden. Viele der Fahrgäste sind offenbar bereit,<br />
zugunsten des Trolleybusses ihr Privatauto unbenutzt<br />
stehen zu lassen.<br />
So verwundert nicht, dass n<strong>eb</strong>en Mailand auch mehrere<br />
weitere Metropolen Hybrid-Trolleybusse einsetzen.<br />
Das Mailänder Fahrzeug entspringt einer in Italien bereits<br />
bekannten Fahrzeugfamilie. Nach Genua, Lecce, Avellino,<br />
Bari und Rimini ist Mailand schon die sechste Stadt, die<br />
auf den AG 300T setzt. In Rimini werden die modernen<br />
Duo-Busse auf der touristisch hoch frequentierten<br />
Strecke nach Riccione eingesetzt, welche die beiden<br />
Küstenorte miteinander verbindet. Für die Hafenstadt<br />
Genua wurden 17 neue Trolleybusse <strong>eb</strong>enfalls dieses Typs<br />
beschafft. Die örtlichen Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e unterstreichen<br />
damit ihren Willen, innovative Verkehrskonzepte umzusetzen.<br />
Genua kann, eing<strong>eb</strong>ettet in steile Berghänge, die<br />
Vorteile eines Trolleybus-Systems hervorragend nutzen,<br />
da auch Anfahrten am Berg zügig, geräuschlos und absolut<br />
abgasfrei erfolgen.<br />
Bild 1: Hybrid-Trolleybus AG 300T auf eigener Spur im ATM-Netz in<br />
Mailand.<br />
Erst vor kurzem ergangene Lieferaufträge umfassen<br />
weitere 15 Busse für Mailand und neun für Parma.<br />
3 Hybrid-Trolleybus AG 300T<br />
3.1 Gesamtkonzeption<br />
Die Mailänder Städteplaner entschieden sich, wie auch die<br />
Verkehrsunternehmen der genannten anderen Städte, für<br />
eine moderne Trolleybus-Technik, als sie die zunächst<br />
30 Hybrid-Trolleybusse vom Typ AG 300T des Konsortiums<br />
Van Hool und Vossloh Kiepe bestellten.<br />
Als Niederflurfahrzeug konzipiert, bietet der 18 m lange<br />
Gelenk-Trolleybus (Bild 1) insgesamt Platz für rund<br />
150 Fahrgäste mit 30 Sitzplätzen und außerdem hinreichend<br />
viel Raum für Rollstühle und Kinderwagen. Das<br />
Niederflur-Chassis ermöglicht einen bequemen Einstieg<br />
an vier Zugangstüren und verfügt über eine Klapprampe<br />
für Rollstuhlfahrer. Das Fahrzeug ist voll klimatisiert.<br />
Die Antri<strong>eb</strong>sausrüstung des AG 300T gliedert sich in<br />
den elektrischen Hauptantri<strong>eb</strong> von den Stromabnehmern<br />
bis zum Drehstrom-Fahrmotor, der die mittlere der drei<br />
Busachsen antreibt, und in den zusätzlichen Dieselmotor<br />
mit Generator. Besondere Bedeutung hat ferner die<br />
zur Aufnahme von elektrodynamisch gewonnener Bremsenergie<br />
bestimmte Speichereinheit aus Hochleistungskondensatoren.<br />
3.2 Geräteanordnung und Elektrodach-<br />
Konzept<br />
Die Großkomponenten, insbesondere der elektrische<br />
Fahrmotor und der Dieselmotor mit Generator, sind im<br />
AG 300T erwartungsgemäß im Untergestell unterg<strong>eb</strong>racht.<br />
Der Drehstromasynchron-Traktionsmotor ist über<br />
Gummi- und Isolationselemente elastisch am Rahmen<br />
des Fahrzeuges aufgehängt. Er befindet sich, wie bei Van<br />
Hool im Übrigen auch für die Motoren der Diesel-Omnibusse<br />
üblich, seitlich im Vorderwagenunterteil.<br />
Um bei den Fahrzeugen ein innovatives Designkonzept<br />
realisieren zu können, wurde fast die gesamte übrige<br />
Elektroausrüstung auf einem Dachgeräteträger (DGT)<br />
montiert und auf dem Vorderwagen im Dach versenkt<br />
eing<strong>eb</strong>aut. Die Komponenten sind somit weniger sichtbar<br />
und verleihen dem Bus ein leichteres Aussehen. Außerdem<br />
macht dieses Elektrodach-Konzept die Niederflurausführung<br />
des Fahrzeuges überhaupt erst möglich.<br />
Der DGT ist in einem fahrzeugseitigen Dachgerätegehäuse<br />
montiert, das für einfache Wartungs- und Reparaturarbeiten<br />
von beiden Seiten des Fahrzeuges zugänglich<br />
ist. Auf ihm sind unter anderem die Komponenten für die<br />
Netzeinspeisung zusammengefasst. Hierzu gehört n<strong>eb</strong>en<br />
den Hauptschützen auch der Verpolungsschutz mit integrierter<br />
Rekuperationssteuerung. Der Verpolungsschutz<br />
schützt die 600-V-Anlage vor externen Kurzschlüssen und<br />
vor Polaritätswechseln, wie sie zum Beispiel beim Durch-<br />
192 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Fahrzeuge<br />
fahren von Kreuzungen und Weichen vorkommen können.<br />
Mithilfe der Rekuperationssteuerung kann die beim<br />
Bremsen erzeugte elektrische Energie in das Netz zurückgespeist<br />
werden.<br />
Sämtliche Komponenten sind auf modular aufg<strong>eb</strong>auten<br />
Tafeln montiert, die für Wartungs- und Reparaturarbeiten<br />
gut zugänglich integriert wurden. Der DGT enthält<br />
ferner den Antri<strong>eb</strong>swechselrichter, den Hoch-/Tiefsetzsteller<br />
(HTS), den Bordnetzumrichter (BNU) und die Ansteuerung<br />
der Hilfsbetri<strong>eb</strong>e.<br />
Der Stromabnehmer und das Energiespeichermodul<br />
(ESM) sind auf dem Dach des Nachläufers montiert.<br />
Um den Innenraum des Trolleybusses frei von Leistungsverkabelung<br />
zu halten, sind auch sämtliche Leistungskabel,<br />
nämlich die Netz- und Motorleitungen 600 V<br />
sowie die Drehstromleitungen 400 V, auf dem Fahrzeugdach<br />
verlegt und außerhalb des Fahrgastinnenraums in<br />
den Unterflurbereich geführt.<br />
3.3 Schaltungskombinationen in serieller<br />
Bauweise<br />
Wesentliches Kennzeichen des Schaltungskonzeptes des<br />
Mailänder Busses ist die serielle Bauweise (Bild 2). Sie<br />
verknüpft die für einen Hybrid-Trolleybus mit Energiespeicher<br />
typischen Elemente in Reihenschaltung elektrisch<br />
und ermöglicht die Kombination verschiedener<br />
Energiequellen wie Generatoraggregat, Energiespeicher<br />
und Speisenetz. Diese Bauweise erlaubt umfassend das<br />
komplexe Zusammenspiel der genannten Energiequellen<br />
mit dem elektrischen Antri<strong>eb</strong>smotor, wie es zum Beispiel<br />
für den Zero-Emission-Betri<strong>eb</strong> notwendig ist.<br />
Bei einer parallelen Hybrid-Bauweise dagegen liegen<br />
Diesel- und Elektromotor auf einer Achse. Dieses Design<br />
erleichtert zwar die Integration der Antri<strong>eb</strong>e und senkt<br />
die Entwicklungskosten. Allerdings lässt es in dieser Anordnung<br />
kaum Möglichkeiten, das Zusammenspiel der<br />
Antri<strong>eb</strong>skomponenten zu verändern und an den technischen<br />
Fortschritt anzupassen.<br />
Bei der seriellen Bauweise können alle Antri<strong>eb</strong>skomponenten,<br />
wie der Generator, die Energiespeicher und<br />
die Motoren, da sie ausschließlich elektrisch miteinander<br />
verbunden sind, unabhängig voneinander frei im Fahrzeug<br />
positioniert werden. Wenn in Zukunft neue oder<br />
weiterentwickelte Komponenten verfügbar sind, können<br />
sie in das bestehende System integriert werden, ohne dass<br />
in ein neues Fahrzeug investiert werden muss.<br />
Der serielle Hybrid-Antri<strong>eb</strong> gewährleistet n<strong>eb</strong>en den<br />
allgemeinen Vorteilen eines elektrischen Antri<strong>eb</strong>s insbesondere<br />
eine hohe Verfügbarkeit sowie die Skalierbarkeit<br />
der Energiequellen und Energiespeicher und ist<br />
dadurch in unterschiedlichen Fahrzeugklassen modular<br />
einsetzbar.<br />
Zukunftsweisende und individuelle Fahrzeugkonzepte<br />
lassen sich auf der Basis des seriellen elektrischen Antri<strong>eb</strong>es<br />
von Vossloh Kiepe entwickeln: Brennstoffzellen-,<br />
Plug-in-Hybrid-, Hybrid-Trolley- oder reine Batterieantri<strong>eb</strong>e<br />
sind darstellbar (Bild 3).<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
Bild 2: Blockschaltbild für die serielle Bauweise des AG 300T, die<br />
größtmögliche Freiheit in der räumlichen Anordnung der einzelnen<br />
Energiequellen und deren Komponenten erlaubt.<br />
Energie-Versorgungs-Module Stromabnehmer und Dieselmotor<br />
mit Generator<br />
Energie-Speicher-Modul Kondensator-ESM mit HTS<br />
Traktions-Modul<br />
3AC-Maschine mit DPU sowie Bremswiderstand<br />
mit Bremssteller (BS)<br />
Bordnetzversorgung<br />
Bordnetze 3 AC und <strong>DC</strong> mit BNU<br />
3.4 Auslegung für die verschiedenen<br />
Betri<strong>eb</strong>sarten<br />
3.4.1 Fahren und Energie-Rekuperation am<br />
Oberleitungsnetz<br />
Für ATM Mailand realisierte Vossloh Kiepe die Kombination<br />
von Trolley- und Hybrid-Technik. Die weitaus überwiegende<br />
Zeit sind die Trolleybusse naturgemäß im Oberleitungsbetri<strong>eb</strong>,<br />
also auf Fahrten im Bereich der Strecken<br />
mit Oberleitung unterwegs. Diese für Fahrten lokal völlig<br />
emissionsfreie Betri<strong>eb</strong>sart setzt sich bei jedem Bremsvorgang<br />
fort. Die elektrodynamisch rückgewonnene Bremsenergie<br />
wird über die Stromabnehmer einerseits ins Netz<br />
und andererseits, sogar vorrangig, in das Bordnetz und<br />
mit hohem Wirkungsgrad in einen On-Board-Energiespeicher<br />
eingespeist. Bei der jeweils folgenden Anfahrt<br />
wird Energie aus dem Speicher für die Beschleunigung<br />
Bild 3: Exemplarische<br />
Darstellung der in<br />
serieller Bauweise<br />
möglichen Vielfalt<br />
verschiedener Bussysteme<br />
mit elektrischem<br />
Antri<strong>eb</strong>.<br />
193
Fahrzeuge<br />
mit herangezogen, was das Speisenetz unter anderem<br />
hinsichtlich der Spannungshaltung entlastet.<br />
Der elektrische Traktionsmotor ist in Verbindung mit<br />
der Leistungselektronik in der Lage, das Fahrzeug ausschließlich<br />
elektrisch zu bremsen, und macht so die Umwandlung<br />
der kompletten kinetischen Energie des Fahrzeugs<br />
in elektrisch speicherfähige Energie möglich. Bei<br />
der Auslegung des Traktionssystems wurde darauf geachtet,<br />
dass diese Energie durch Einsatz von Komponenten<br />
hohen Wirkungsgrads und abgestimmter Dimensionierung<br />
möglichst vollständig weiter verfügbar bleibt.<br />
Der Fahrmotor ist ein fremdbelüfteter vierpoliger<br />
Drehstrom-Asynchronmotor mit 240 kW Dauerleistung.<br />
Zwischen Motor und der als Portalachse ausgeführten<br />
Antri<strong>eb</strong>sachse wird die Leistung mittels einer Isolationskupplung<br />
und einer Kardanwelle übertragen. Hiermit<br />
kann der Gelenk-Trolleybus eine Geschwindigkeit von bis<br />
zu 70 km/h erreichen.<br />
Als Antri<strong>eb</strong>swechselrichter wird ein autark arbeitender<br />
Direkt-Pulsumrichter (DPU) 451 in IGBT-Technik eingesetzt.<br />
Der DPU erzeugt aus der Fahrleitungsspannung von<br />
<strong>DC</strong> 600 V ein Drehstromsystem für den Traktionsmotor<br />
und zeichnet sich durch seine wartungsfreundliche Modulbauweise,<br />
seine kleinen Abmessungen und sein geringes<br />
Gewicht aus.<br />
3.4.2 Fahren mit Energie aus dem Energiespeicher<br />
Bild 4: Supercap-Energiespeicher auf dem Dach des Hybrid-Trolleybusses.<br />
Für einen bordeigenen Energiespeicher stehen für Fahrzeuge<br />
generell verschiedene Technologien zur Verfügung.<br />
Nach dem Stand der Technik hat der AG 300T ein<br />
Speichermodul ESM auf Basis mehrerer Kondensatorbatterien<br />
erhalten, die mit Hochleistungskondensatoren, so<br />
genannten Supercaps, bestückt sind (Bild 4).<br />
Da in einem Doppelschichtkondensator für die Speicherung<br />
der elektrischen Energie keine chemische Umwandlung<br />
stattfindet, bietet dieser den notwendigen<br />
Systemvorteil zur kurzfristigen Aufnahme und auch Abgabe<br />
großer Energiemengen. Die direkte Speicherung<br />
ohne chemische Umwandlung erhöht daher den Wirkungsgrad<br />
des Systems. Die im Bremsbetri<strong>eb</strong> vom Fahrmotor<br />
erzeugte Energie kann so vorrangig in das ESM<br />
eingespeist werden. Bei Anfahrvorgängen kann es die<br />
gespeicherte Energie dann wieder sehr effizient zur Verfügung<br />
stellen.<br />
Das ESM ist daher so leistungsfähig, dass die gespeicherte<br />
Energie nicht nur für Beschleunigungsvorgänge<br />
beigesteuert werden kann, sondern auch für kurze oberleitungsfreie<br />
Fahrten des Trolleybusses ausreicht. In Betracht<br />
kommen, im Übrigen <strong>eb</strong>enfalls emissionsfrei, Fahrten<br />
zum Umfahren von Baustellen, die eine Verbindung<br />
der Stromabnehmer mit dem Netz verhindern.<br />
3.4.3 Fahren ohne Oberleitung und Energiespeicher<br />
Der AG 300T ist auch ohne Oberleitungskontakt als Elektrobus<br />
einsetzbar. Hierbei können Leistungen von 100 kW<br />
oder 175 kW mit einem Diesel-/Generatoraggregat allein<br />
oder in Kombination mit dem Energiespeicher bereit gestellt<br />
werden.<br />
Um das Fahrzeug auch unabhängig von der Fahrleitung<br />
und dem ESM betreiben zu können, ist im Hybrid-<br />
Trolleybus Mailand ein Diesel-/Generatoraggregat mit<br />
100 kW Leistung eing<strong>eb</strong>aut. Es besteht aus einem IVECO-<br />
Dieselmotor und einem permanent erregten Synchrongenerator.<br />
Als Dieselmotor wird ein moderner 4-Zylinder-Kompakt-Dieselmotor<br />
mit Abgas-Turbolader und Ladeluftkühler<br />
eingesetzt, der die Abgasnorm Euro V erfüllt. Das<br />
kompakte Hilfsfahr-Aggregat ist auf einem Tragrahmen<br />
in Plug-in-Technik im Heck des Nachläufers des Fahrzeugs<br />
eing<strong>eb</strong>aut und kann für Reparaturzwecke mithilfe eines<br />
Gabelstaplers herausgezogen werden.<br />
Mit diesem Aggregat kann das Fahrzeug in spannungslosen<br />
Abschnitten oder Lücken des Fahrleitungssystems<br />
den Linienbetri<strong>eb</strong> fortsetzen und längere Abschnitte mit<br />
Baustellen befahren; es erreicht dabei in der Ebene Geschwindigkeiten<br />
von bis zu 60 km/h. Auch das Anfahren<br />
an Steigungsstrecken kann auf Grund des hohen Drehmomentes<br />
des Asynchron-Traktionsmotors im Diesel-/Generatorbetri<strong>eb</strong><br />
erfolgen. Zwischen den beiden Betri<strong>eb</strong>sarten<br />
Elektro- und Dieselbetri<strong>eb</strong> kann der Fahrer mithilfe eines<br />
Betri<strong>eb</strong>sarten-Wechselschalters am Fahrerpult wählen.<br />
Schaltet der Fahrer auf Dieselbetri<strong>eb</strong>, wird das Generatoraggregat<br />
automatisch gestartet und die Systemumschaltung<br />
vollzogen. Das Fahrzeug fährt im Dieselbetri<strong>eb</strong><br />
ähnlich wie im Elektrobetri<strong>eb</strong>, jedoch mit entsprechend<br />
reduzierter Leistung.<br />
Ergänzt wird das Generatoraggregat im Hybrid-Trolleybus-Traktionssystem<br />
von Vossloh Kiepe durch das ESM als<br />
Energiespeicher.<br />
Bei oberleitungsfreien Fahrten werden die Diesel-/<br />
Generatoreinheit und der Energiespeicher im Hybrid-Betri<strong>eb</strong><br />
kombiniert gesteuert. Der Hybrid-Trolleybus kann<br />
im Oberleitungs- und im oberleitungsfreien Modus im<br />
innerstädtischen Betri<strong>eb</strong> wie ein vergleichbarer Dieselbus<br />
gefahren werden. Hierbei liefern das Diesel-/Generatoraggregat<br />
100 kW und der Energiespeicher bis zu<br />
75 kW Leistung.<br />
194 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Fahrzeuge<br />
3.5 Besondere Leittechnikfunktionen<br />
Bei aktiviertem ESM wird beim Beschleunigen ein erh<strong>eb</strong>licher<br />
Teil der benötigten Energie vom ESM bereitgestellt.<br />
Die Infrastruktur, Oberleitung und Unterwerke, werden<br />
dadurch deutlich entlastet. Dies führt zu geringerem Verschleiß,<br />
einer Senkung des Primärenergieverbrauchs und<br />
der Möglichkeit einer höheren Streckenbelegung mit weiteren<br />
Fahrzeugen, ohne dass es einer Modifikation der<br />
Unterwerke bedarf. Beim Bremsen wird ein Teil der Bremsenergie<br />
für die Speisung der N<strong>eb</strong>enverbraucher verwendet.<br />
Der größere Teil jedoch fließt in den Energiespeicher.<br />
Ist das ESM hingegen deaktiviert, so wird beim Beschleunigen<br />
die gesamte benötigte Energie dem Oberleitungsnetz<br />
entnommen; beim Bremsen kann die Brems energie in<br />
die Oberleitung zurück gespeist werden, das Bordnetz mit<br />
Klimaanlage, Heizung und Beleuchtung versorgen oder,<br />
wenn dieses kein ausreichendes Abnahmepotenzial bietet,<br />
im Bremswiderstand in Wärme umgewandelt werden.<br />
Über Anpassungen der im AG 300T verwendeten Leistungsmanagement-Software<br />
können darüber hinaus die<br />
unterschiedlichsten Kundenanforderungen umgesetzt<br />
werden. Dies sind unter anderem:<br />
• Maximierung der Energieeinsparung<br />
• Reduzierung von Spitzlastfällen, der Anfahrspitzen, und<br />
damit weitere Entlastung der Oberleitung und Unterwerke<br />
• Komfortsteigerung dadurch, dass Oberleitungstrenner<br />
mit aktivierten N<strong>eb</strong>enverbrauchern, beispielsweise der<br />
Klimaanlage, befahren werden können, und gleichzeitig<br />
Erhöhung der L<strong>eb</strong>ensdauer der Verdichter<br />
3.6 Hilfsbetri<strong>eb</strong>eausrüstung<br />
Die Bordnetzversorgung des Mailänder Hybrid-Trolleybusses<br />
übernimmt der IGBT-Bordnetzumrichter BNU 525,<br />
der sich auf dem DGT befindet. Er erzeugt aus der Fahrleitungsspannung<br />
<strong>DC</strong> 600 V beziehungsweise aus der Generatorspannung<br />
des Ersatzfahraggregats die Bordnetze<br />
<strong>DC</strong> 24 V und 3 AC 400 V und übernimmt die Ladung der<br />
Batterien. Der Klimakompressor der Dachklimaanlagen<br />
auf dem Vorderwagen und dem Nachläufer werden vom<br />
BNU variabel mit bis zu 400 V versorgt. Die neu entwickel-<br />
Bild 5: Stromabnehmerpaar<br />
OSA 500 unmittelbar<br />
hinter dem<br />
Energiespeicher auf<br />
dem Bus-Nachläufer.<br />
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195
Fahrzeuge<br />
te Traktionsausrüstung ist konsequent doppelt isoliert<br />
aufg<strong>eb</strong>aut. Die Überwachung übernimmt ein neuer Isolationswächter.<br />
3.7 Strom ab nehmer system der neuesten<br />
Generation<br />
Bild 6: Bei aktiviertem ESM aufgenommene und abgeg<strong>eb</strong>ene Leistungen<br />
sowie Geschwindigkeitsverlauf während eines Fahrspiels des AG 300T.<br />
P TRAK<br />
Leistung 3AC-Maschine am DPU<br />
P HTS<br />
Leistung Energiespeicher am HTS<br />
P OL<br />
Leistung über Oberleitung<br />
P BS<br />
Leistung Bremswiderstand am BS<br />
v Fahrgeschwindigkeit<br />
In die Mailänder Fahrzeuge wurde für die Verbindung<br />
zwischen dem 600-V-Fahrleitungsnetz und der elektrischen<br />
Ausrüstung des Fahrzeugs der vollautomatische<br />
Stromabnehmer OSA 501 (Bild 5) integriert.<br />
Das von Vossloh Kiepe entwickelte Stromabnehmersystem<br />
der neuesten Generation bietet verschiedene Funktionalitäten:<br />
Per Knopfdruck können die Stromabnehmer<br />
vom Fahrerarbeitsplatz aus pneumatisch abgesenkt, mittelzentriert<br />
und mechanisch auf dem Dach verriegelt werden.<br />
Ein vollautomatisches Anlegen der Stromabnehmer<br />
an die Oberleitung ist <strong>eb</strong>enfalls möglich.<br />
Der OSA ist für die Vorwärtsfahrt ausgelegt, begrenzt auch<br />
für die Rückwärtsfahrt. Das Stromabnehmerteil ist so gelagert,<br />
dass die Stromabnehmerstangen einen Betri<strong>eb</strong> von bis<br />
zu vier Metern variabel zur Fahrleitung ermöglichen, sodass<br />
Hindernisse auf der Fahrbahn umfahren werden können.<br />
4 Energieeinsparungen durch die<br />
AG 300T in Mailand<br />
4.1 Energi<strong>eb</strong>edarf der Trolleybus-Typen<br />
der ATM-Flotte<br />
Bild 7: Leistungs- und Geschwindigkeitsverläufe entsprechend Bild 6,<br />
jedoch bei deaktiviertem ESM.<br />
Die Trolleybus-Flotte von ATM Mailand umfasst sechs<br />
verschiedene Fahrzeugtypen, die mit einigen ihrer Hauptdaten<br />
in Tabelle 1 aufgelistet sind. Die meisten sind Gelenkbusse<br />
wie der AG 300T. Ebenfalls ausgewiesen ist der<br />
jeweilige Energi<strong>eb</strong>edarf pro km für den leeren und für den<br />
maximal „besetzten“ Bus, für letzteren zusätzlich auch<br />
pro Fahrgastplatz. Hiernach ist der Energi<strong>eb</strong>edarf je Platz<br />
beim AG 300T dank seines Energiespeichers mindestens<br />
etwa 20 % kleiner als bei allen anderen Gelenkbussen.<br />
4.2 Messfahrten zum Nachweis der<br />
Energieeinsparungen durch<br />
Energiespeicher<br />
Bild 8: Energieumsatz während eines Fahrspiels des AG 300T bei<br />
aktiviertem ESM.<br />
E TRAK<br />
Energieumsatz 3AC-Maschine am DPU<br />
E HTS<br />
Energieumsatz Energiespeicher am HTS<br />
Energieumsatz über Oberleitung<br />
E OL<br />
Der Einfluss des Energiespeichers beim AG 300T auf die der<br />
Oberleitung entnommene Leistung und vor allem Energie<br />
war bereits bei Inbetri<strong>eb</strong>nahme der ersten Serie von 30 Fahrzeugen<br />
vertraglich, technisch und wirtschaftlich von großem<br />
Interesse. Im Besonderen ging es um den Vergleich mit dem<br />
Energieverbrauch ohne verfügbaren Energiespeicher.<br />
Im Sommer 2009 hat daher der Hersteller gemeinsam<br />
mit dem Betreiber bei Messfahrten im Mailänder Streckennetz<br />
den Energieverbrauch des AG 300T ermittelt.<br />
196 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Fahrzeuge<br />
Dazu wurde eines der Serienfahrzeuge zahlreichen laborähnlichen<br />
Messreihen über jeweils ein Fahrspiel unterzogen.<br />
Mit Ballast auf maximale Last entsprechend einer<br />
Gesamtmasse von 28,5 t beladen und mit eingeschalteter<br />
Klimaanlage bei hochsommerlichen Temperaturen befuhr<br />
es zu diesem Zweck eine vordefinierte Strecke in der Ebene.<br />
Über eine Wegstrecke von im Schnitt etwa 250 m ließ<br />
man den Trolleybus jeweils mit maximalem Fahrmoment<br />
auf 50 km/h beschleunigen; im Anschluss daran erfolgte die<br />
Verzögerung mit maximalem elektrischem Bremsmoment<br />
bis zum Stillstand ohne Einsatz der mechanischen Bremse.<br />
4.3 Messerg<strong>eb</strong>nisse der Vergleichstests<br />
Entsprechend der Aufgabenstellung, die durch Einsatz<br />
des Energiespeichers mögliche Einsparung von aus dem<br />
Netz entnommener Energie nachzuweisen, fanden die<br />
Messfahrten zum Vergleich mit ein- und <strong>eb</strong>enso mit ausgeschaltetem<br />
ESM statt. Während der Fahrten wurden die<br />
für die Leistungsbeiträge und den Energieumsatz im System<br />
maßg<strong>eb</strong>lichen Größen fortlaufend erfasst, und zwar<br />
• am Direkt-Pulsumrichter (DPU) der Asynchronmaschine,<br />
• am Hoch-/Tiefsetzsteller (HTS) des Energiespeichers und<br />
Bild 9: Energieumsatz entsprechend Bild 8, jedoch bei deaktiviertem ESM.<br />
• an der Schnittstelle zur Oberleitung<br />
beim Fahren und Bremsen sowie beim Bremsen zusätzlich<br />
• am Bremssteller (BS) für die Widerstandsleistung.<br />
Die hieraus ermittelten Erg<strong>eb</strong>nisse werden beispielhaft<br />
in den Bildern 6 und 7 für die Leistungsverteilung<br />
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drei Milliarden Euro im Jahr und rund 3.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ist die DB ProjektBau der größte Projektmanagement-<br />
Dienstleister Europas.<br />
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<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
197
Fahrzeuge<br />
Tabelle 2: Einzel- und Durchschnittswerte für Energi<strong>eb</strong>edarf aus<br />
dem Netz ohne und mit Einsatz des Energiespeichers.<br />
Energi<strong>eb</strong>edarf ohne ESM Energi<strong>eb</strong>edarf mit ESM<br />
Wh/t · km % Wh/t · km %<br />
172 109<br />
155 120<br />
167 115<br />
167 124<br />
171 126<br />
Ø 166 100 119 71,7<br />
sowie in den Bildern 8 und 9 für den Energieumsatz<br />
gezeigt. Die im Wesentlichen von der Klimaanlage bestimmte<br />
nahezu konstante Bordnetzleistung des BNU ist<br />
nicht eigens dargestellt.<br />
In Bild 6 ist klar zu erkennen: Bezogen auf die Gesamt-<br />
Traktionsleistung bei der Anfahrt profitiert die Höhe der aus<br />
der Oberleitung entnommenen Leistung von dem aus dem<br />
ESM beigesteuerten Leistungsanteil. Beim Bremsen nimmt<br />
das ESM umgekehrt von der insgesamt rückgewonnenen<br />
elektrischen Bremsleistung einen Großteil auf und speichert<br />
ihn für den nächsten Beschleunigungsvorgang. Nur der<br />
überschüssige Teil wird im Bremswiderstand umgesetzt.<br />
Bei der Anfahrt mit deaktiviertem ESM nach Bild 7<br />
dagegen müssen die Traktions- und auch die nicht dargestellte<br />
BNU-Leistung in voller Höhe dem Oberleitungsnetz<br />
entnommen werden.<br />
Zum Energieumsatz zeigt Bild 8, dass bei aktiviertem<br />
ESM aus dem Netz für die Anfahrt rund ein Viertel weniger<br />
Energie entnommen werden muss, weil dieser Anteil beim<br />
vorausgegangenen Bremsvorgang in das ESM gespeichert<br />
worden war und je Fahrspiel für die anschließende Beschleunigungsphase<br />
unterstützend zur Verfügung steht.<br />
Bild 9 belegt im Gegensatz dazu für den Fall des ausgeschalteten<br />
ESM, dass wegen des Fehlens von Speicher energie die gesamte<br />
Traktionsenergie aus der Oberleitung entnommen wird.<br />
In Tabelle 2 sind zu je fünf Fahrspielen die auf Masse<br />
und Entfernung bezogenen Zahlenwerte für die über die<br />
Oberleitung zugeführte Energie aufgeführt. Sie zeigen,<br />
dass bei den durchgeführten Messungen bei Einsatz des<br />
Energiespeichers rund 28 % Energie gespart worden sind.<br />
5 Trolley-Busse in Mai land − für einen<br />
umwelt freundlichen Per sonen verkehr<br />
In Mailand werden die Hybrid-Trolleybusse auf langen<br />
Strecken auf eigener Busspur (Bild 1) eingesetzt, wo sie<br />
eine hohe Durchschnittsgeschwindigkeit realisieren können.<br />
Fahrgäste kommen so schnellstmöglich und sicher an<br />
ihr Ziel. Die neuen Mailänder Trolleybusse fahren unter der<br />
Oberleitung sowie in einem Aktionsradius von etwa 500 m<br />
beim Umfahren von Hindernissen oder bei Rangierfahrten<br />
im Depot mithilfe des ESM im Zero-Emission-Betri<strong>eb</strong>.<br />
Auf Grund der geringen Fertigungszahl sind Zero-<br />
Emission-Elektrofahrzeuge in der Regel teurer als aktuelle<br />
Dieselfahrzeuge. Durch die höhere Effizienz des Elektrobetri<strong>eb</strong>es<br />
im Vergleich zu Antri<strong>eb</strong>en mit Verbrennungsmotoren<br />
und durch den vergleichsweise günstigeren Strompreis<br />
haben die elektrisch betri<strong>eb</strong>enen Fahrzeuge jedoch<br />
einen wirtschaftlichen Vorsprung. Nicht zuletzt wird durch<br />
die Oberleitung eine Vorreiterrolle beim Klimaschutz<br />
nachhaltig demonstriert.<br />
Das Gesamtkonzept des AG 300T bietet folgende Vorteile:<br />
• Gewichts- und Platzeinsparungen durch kompakte,<br />
räumlich zusammengefasste Aggregate unter Einsatz<br />
modernster Halbleiterelemente<br />
• geringer Verkabelungsaufwand im Fahrzeug und am<br />
Gelenk durch Anwendung eines hierarchisch übergeordneten<br />
elektrischen Datenbusses.<br />
• einfache Wartung und Instandsetzung wegen leichter<br />
Zugänglichkeit der Geräte<br />
• wartungsarme Drehstrom-Traktionsausrüstung<br />
• geringe Schadstoff-, Geruchs- und Geräuschemissionen<br />
Mit diesen Vorteilen tragen Hybrid-Trolleybus-Systeme<br />
maßg<strong>eb</strong>lich zu einem umweltfreundlichen innerstädtischen<br />
Personennahverkehr bei, senken die Energiekosten<br />
und bieten zudem höchste Zuverlässigkeit. Ein gesamtes<br />
System lässt sich leicht an zukünftige betri<strong>eb</strong>liche Anforderungen<br />
und unterschiedliche Fahrgastaufkommen anpassen.<br />
Es kann samt Bus, Oberleitung und Unterwerken<br />
ohne größere Beeinträchtigungen der Interessen der Fahrgäste<br />
und Anrainer in rund drei Jahren realisiert werden.<br />
Die Hybrid-Traktionssysteme von Vossloh Kiepe sind für<br />
eine lange Fahrzeugl<strong>eb</strong>ensdauer konzipiert. N<strong>eb</strong>en der<br />
Auswahl hochwertiger Materialien und Komponenten<br />
aus der Bahnbranche steht der Hersteller seinen Kunden<br />
während der gesamten Einsatzdauer der Fahrzeuge als<br />
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werden Beratung, Projektmanagement, Systemprojektierung,<br />
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bei Wartungsarbeiten g<strong>eb</strong>oten.<br />
Dipl.-Ing. Martin Schmitz (39), Studium Allgemeine<br />
Elektrotechnik, Energietechnik, an der TU in Darmstadt<br />
und an der École Nationale de L‘Aviation Civile<br />
in Toulouse; ab 1998 bei Vossloh Kiepe als Leiter<br />
internationaler Projekte in der Akquisition<br />
tätig, seit 2007 Leiter des Geschäftsfeldes Bussysteme<br />
und Prokurist der Vossloh Kiepe GmbH.<br />
Adresse: Vossloh Kiepe GmbH, Kiepe-Platz 1,<br />
40599 Düsseldorf, Deutschland;<br />
Fon: +49 211 74 97-266, Fax: -300;<br />
E-Mail: m.schmitz@vkd.vossloh.com<br />
Dipl.-Ing. Martin Böhm (42), Studium <strong>Elektrische</strong><br />
Energietechnik an der FH in Köln, seit 1993 bei<br />
Vossloh Kiepe tätig, seit 1998 als Projektleiter der<br />
Hybrid-Tolleybusse Mailand.<br />
Adresse: wie oben;<br />
Fon: +49 211 74 97-518, Fax: -1518;<br />
E-Mail: m.boehm@vkd.vossloh.com<br />
198 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
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Postfach 91 61<br />
97091 Würzburg<br />
Land, PLZ, Ort<br />
Telefon<br />
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Branche/Wirtschaftszweig<br />
Widerrufsrecht: Sie können Ihre Vertragserklärung innerhalb von 14 Tagen ohne Angabe von Gründen in Textform (Brief, Fax, E-Mail) oder durch<br />
Rücksendung der Sache widerrufen. Die Frist beginnt nach Erhalt dieser Belehrung in Textform. Zur Wahrung der Widerrufsfrist genügt die rechtzeitige Datum, Unterschrift<br />
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Nutzung personenbezogener Daten: Für die Auftragsabwicklung und zur Pfl ege der laufenden Kommunikation werden personenbezogene Daten erfasst, gespeichert und verarbeitet. Mit dieser Anforderung erkläre ich mich damit einverstanden, dass ich vom<br />
Oldenbourg Industrieverlag oder vom Vulkan-Verlag per Post, per Telefon, per Telefax, per E-Mail, nicht über interessante Fachang<strong>eb</strong>ote informiert und beworben werde. Diese Erklärung kann ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen.<br />
<br />
Telefax
Journal Extra<br />
TRAXX-AC-Güterzuglokomotiven mit<br />
Last-Mile-Dieselmotor<br />
Im Rahmen der Messe Transport Logistic 2011 in München<br />
stellte Bombardier die Lokomotive TRAXX AC mit<br />
Last Mile und damit eine beachtenswerte Neuheit vor<br />
(Bild 1). Mit dieser Lokomotive wird deutlich, dass die<br />
moderne Hybrid- oder Zweikraft-Technologie nunmehr<br />
auch das Einsatzfeld des schweren Güterverkehrs in<br />
Kontinentaleuropa erreicht hat. Die Bezeichnung Last<br />
Mile steht für die Funktion, dass die Lokomotive unter<br />
anderem im Quell- und Zielbereich des Bahntransportes<br />
„bis auf den letzten Meter“ auch Abschnitte ohne<br />
Oberleitung, wie sie in Terminals, Häfen, Systemwechselbahnhöfen<br />
und als Anschlussgleise auf Werksgelände<br />
vielfältig vorkommen, befahren kann. Dank des<br />
dafür installierten Last-Mile-Dieselmotors brauchen an<br />
solchen Stellen keine eigens zu disponierenden Diesellokomotiven<br />
mehr zum Rangieren einzuspringen, um<br />
die Logistikkette zu schließen.<br />
Vor diesem Hintergrund hat die Leasing-Gesellschaft<br />
Railpool GmbH Ende letzten Jahres fünf dieser Lokomo-<br />
Bild 1: Lokomotive TRAXX F140 AC auf der Transport Logistic 2011<br />
(Foto: M. Binswanger).<br />
Bild 2: Lokomotive TRAXX F140 AC mit Logo des künftigen Betreibers<br />
auf dem Messestand (Foto: M. Binswanger).<br />
tiven, als Baureihe (BR) 187 bezeichnet, bestellt (Bild 2).<br />
Drei davon wird die Schweizer BLS Cargo AG einsetzen.<br />
Die vorgestellte Lokomotive TRAXX F140 AC mit Last<br />
Mile ist der jüngste Spross der weiterentwickelten TRAXX-<br />
Plattform. Zusätzlich zu der bekannten Traktionsausrüstung<br />
mit 5,6 MW für AC-Netze 15 kV und 25 kV und den<br />
Einrichtungen der länderspezifischen konventionellen<br />
Zugsicherungssysteme sowie des ETCS hatte sie das Dieselaggregat<br />
mit zugehöriger Geräte-Umg<strong>eb</strong>ung aufzunehmen.<br />
Dies war, obwohl allein schon der Kraftstofftank<br />
ein Volumen von 400 l in Anspruch nimmt, innerhalb der<br />
mit 18,9 m üblichen TRAXX-Fahrzeuglänge möglich. Die<br />
Dienstmasse stieg allerdings auf rund 87 t.<br />
Gegenüber der schweren Zweikraft-Lokomotive ALP-<br />
45DP für den nordamerikanischen Markt [1] hat die<br />
BR 187 einen Dieselmotor sehr bescheidener Leistung.<br />
Der 230-kW-Deutz-Motor, ein in großer Stückzahl hergestellter<br />
und nur geringfügig modifizierter Standard-<br />
Industriemotor, leistet am Rad zwar nur bis zu 140 kW<br />
und zusammen mit einem Batterie-Booster bis zu 180 kW;<br />
entscheidend für den bestimmungsgemäßen Einsatz sind<br />
jedoch die Werte der Anfahrzugkraft, und diese sind beachtlich.<br />
Wie Bild 3 ausweist, kann die Lokomotive im unmittelbaren<br />
Anfahrpunkt im Dieselbetri<strong>eb</strong> einschließlich<br />
Booster mit der gleich hohen Zugkraft von 300 kN aufwarten<br />
wie beim Betri<strong>eb</strong> im AC-Netz. Sie ist damit in der Lage,<br />
für das AC-Netz bemessene hohe Anhängelasten auch<br />
außerhalb des AC-Netzes zu befördern; der Zug muss<br />
hierzu weder getrennt noch mit einer Diesellokomotive<br />
rangiert werden. Naturgemäß fällt unter den geg<strong>eb</strong>enen<br />
Bedingungen die Zugkraft mit zunehmender Geschwindigkeit<br />
sehr steil ab und erreicht bei 20 km/h nur noch ein<br />
Zehntel ihres Maximalwertes. Daher ist für Dieselbetri<strong>eb</strong><br />
die Höchstgeschwindigkeit auf 40 km/h begrenzt.<br />
Die vier Fahrmotoren, Drehstrom-Asynchronmaschinen<br />
mit Tatzlager, sind gleichermaßen im AC- und Dieselbetri<strong>eb</strong><br />
eingesetzt.<br />
Der als Booster genutzte Batteri<strong>eb</strong>lock wird während<br />
des elektrischen Betri<strong>eb</strong>es und generell beim Bremsen<br />
aufgeladen. An der Anfahrzugkraft im Dieselbetri<strong>eb</strong> beteiligt<br />
er sich nach Bild 3 mit immerhin rund 15 %. Damit<br />
wird die hohe Leistungsfähigkeit der Lokomotive mit<br />
möglichst kleinem Dieselmotor erreicht. Durch die Nutzung<br />
von Energie, die bei jedem Bremsvorgang elektrodynamisch<br />
rückgewonnen und im Batteri<strong>eb</strong>lock gespeichert<br />
wird, werden zudem der Kraftstoffverbrauch minimiert<br />
und die Umweltbelastung reduziert.<br />
Erste Untersuchungen und Entwicklungsansätze für eine<br />
Ausrüstung von Lokomotiven mit ergänzendem Dieselmotor<br />
reichen in das Jahr 2006 zurück. Von dem bei der<br />
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Bild 3: Diagramm für Zugkraft/Geschwindigkeit der Lokomotive<br />
einerseits am AC-Netz (1) und andererseits im Dieselbetri<strong>eb</strong> mit (2) und<br />
ohne (3) Batterie-Booster bei 1 600 t Anhängelast (Quelle: Bombardier).<br />
4 Fahrwiderstand in der Ebene<br />
5 Fahrwiderstand bei Steigung von 12 ‰<br />
TRAXX F140 AC realisierten Konzept erwarten Betreiber<br />
unter anderem, dass neue Bahntransportmärkte in der<br />
Nische des Gleisanschlussverkehrs erschlossen werden können.<br />
Dem trägt das Bombardier-Projekt der Lokomotive<br />
TRAXX F140 <strong>DC</strong> mit Last-Mile-Diesel Rechnung, bei der auf<br />
Basis der Traktionsausrüstung für <strong>DC</strong>-Netze wie bei BR 187<br />
<strong>eb</strong>enfalls ein Dieselmotor mit Batterie-Booster Betri<strong>eb</strong> auf<br />
nicht elektrifizierten Gleisabschnitten ermöglicht.<br />
Bi<br />
Literatur<br />
[1] Zur Bonsen, G.; Schneider, Th.; Zimmermann, T.; Koch, F.:<br />
Zweikraft-Lokomotiven für Nordamerika. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
107 (2009), H. 11, S. 471–477.<br />
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<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
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<strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> erscheint in der Oldenbourg Industrieverlag GmbH, Rosenheimerstr. 145, 81671 München
Journal Extra<br />
Neue Trolleybusse für Schaffhausen<br />
Die Schweizer setzen beim ÖPNV vermehrt auf elektrifizierte<br />
Strecken. Umweltschutz und L<strong>eb</strong>ensqualität haben<br />
in der Schweiz einen hohen Stellenwert, Landschaft, Natur-<br />
und Kulturdenkmäler stehen rechtlich unter besonderer<br />
Obhut. In Schaffhausen überwindet der Hochrhein<br />
ein durch Gestein verengtes Flussbett mit dem Rheinfall,<br />
Europas größtem Wasserfall. Wer vom Bahnhof aus mit<br />
dem ÖPNV dorthin fahren möchte, nimmt die Linie 1.<br />
Auch sie ist eine Attraktion für sich, denn sie wird mit<br />
Trolleybussen bedient.<br />
Die Linie 1 ist die einzige elektrisch betri<strong>eb</strong>ene Linie<br />
der Stadt (Bild 1). Doch die aus dem Jahr 1991 stammenden<br />
Fahrzeuge der Linie müssen nun ersetzt werden.<br />
Si<strong>eb</strong>en so genannte Swisstrolley III wurden deshalb beim<br />
Konsortium von Hess und Vossloh Kiepe bestellt (Bild 2).<br />
Die Auslieferung ist ab Juni 2011 geplant, bis 2012 soll der<br />
Generationswechsel abgeschlossen sein.<br />
Komfortable Niederflurfahrzeuge<br />
Der Swisstrolley III wird aus einem geschraubten Rahmen<br />
aus Aluminiumprofilen gefertigt. Dieses Prinzip ist Reparaturen<br />
zugänglich und unterstützt<br />
die Leichtbauweise des Fahrzeuges.<br />
Der 18,7 m lange Gelenk-Trolleybus<br />
punktet außerdem mit großzügigem<br />
Fahr-, Sitz- und Einstiegskomfort.<br />
Dank des zu 100 % niederflurigen<br />
Chassis wird ein stufenloser<br />
Eingangsbereich möglich. Der Fahrgastraum<br />
bietet unter anderem<br />
38 Sitzplätze und einen Stellplatz für<br />
Rollstühle. Der Fahrerarbeitsplatz ist<br />
klimatisiert; er lehnt sich gestalterisch<br />
an den vom Verband Deutscher<br />
Verkehrsunternehmen (VDV) standardisierten<br />
Fahrerplatz an.<br />
Fahrzeug und Innenausstattung<br />
stammen vom Schweizer Hersteller<br />
Hess. Vossloh Kiepe ist als Systemlieferant<br />
verantwortlich für die Projektierung,<br />
Lieferung und Inbetri<strong>eb</strong>nahme<br />
der elektrischen Ausrüstung. Das<br />
Unternehmen liefert den kompletten<br />
Antri<strong>eb</strong>sstrang, die Bordnetzversorgung<br />
für Heizung und Fahrerarbeitsplatz-Klimatisierung<br />
sowie das integrierte<br />
Fahrzeug-Datenmanagement.<br />
Vorteil bei Schnee und auf<br />
Bergstrecken − Zwei-Achs-<br />
Antri<strong>eb</strong><br />
Bild 1: Netzplan der Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e Schaffhausen; die Linie 1 (grün) wird als einzige Linie<br />
elektrisch betri<strong>eb</strong>en (Quelle: VBSH).<br />
Der Swisstrolley III weist in seiner<br />
Traktionsausrüstung eine wichtige<br />
Besonderheit auf: Je ein Drehstrom-<br />
Asynchron-Motor treibt die zweite<br />
und die dritte Achse des Fahrzeugs<br />
an. Dank dieser von Vossloh Kiepe<br />
entwickelten Antri<strong>eb</strong>stechnologie<br />
einschließlich intelligenter Steuerung<br />
202 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Journal Extra<br />
besticht der Trolley auch bei winterlichen und topographisch<br />
schwierigen Bedingungen durch Spurtreue. Der<br />
Antri<strong>eb</strong> über vier Räder führt ferner zu einer besseren Beschleunigung,<br />
was das Einfädeln in den Verkehr erleichtert.<br />
Die Elektromotoren werden getrennt durch zwei<br />
Direkt-Pulsumrichter gespeist. Hierzu ist das Fahrzeug<br />
mit zwei direkt an der Netzspannung betri<strong>eb</strong>enen IGBT-<br />
Traktionsumrichtern ausgestattet. Diese leistungs- und<br />
gewichtsoptimierten Umrichter speisen je einen Traktionsmotor<br />
mit 160 kW Leistung. Die für die beiden Traktionsmotoren<br />
separate Regelung ermöglicht eine gezielte<br />
Einstellung der Traktions- und Bremsmomente der beiden<br />
Antri<strong>eb</strong>sachsen. So kann mit Hilfe der ABS/ASR-Regelung<br />
der elektrische Antri<strong>eb</strong> schneller als das mechanische<br />
ABS reagieren und das Fahrzeug in Grenzsituationen<br />
stabilisieren. Da zwei Achsen angetri<strong>eb</strong>en werden, kann<br />
die elektrische Bremse vermehrt genutzt und damit der<br />
Energie-Rückspeisegrad erhöht werden, was den Energieverbrauch<br />
des Fahrzeuges weiter senkt.<br />
N<strong>eb</strong>en den beiden Traktionsumrichtern befindet sich<br />
in einem Dachcontainer ein IGBT-Bordnetzumrichter. Dieser<br />
versorgt aus der businternen Ebene <strong>DC</strong> 600 V das<br />
galvanisch von der Oberleitung getrennte<br />
400-V-Drehstromnetz sowie<br />
das 24-V-Gleichstromnetz und übernimmt<br />
die Ladung der Batterien.<br />
elektronischen Steuergeräte die komplette Diagnose des<br />
Antri<strong>eb</strong>es, die Betri<strong>eb</strong>sdatenerfassung und die Berechnung<br />
des Energieverbrauchs. Die bei Trolleybussen vorgeschri<strong>eb</strong>ene<br />
doppelte Isolation wird im Swisstrolley III<br />
konsequent umgesetzt.<br />
Hybrid-Antri<strong>eb</strong>stechnik<br />
Für den abgasfreien Betri<strong>eb</strong> an der Oberleitung sind die<br />
Busse mit einem Stromabnehmersystem ausgerüstet, das<br />
die Schnellabsenkung im Gefahrenfall und eine Mittenzentrierung<br />
der Stangen über dem Fahrzeugdach ermöglicht.<br />
Gegenüber schieneng<strong>eb</strong>undenen Fahrzeugen kann<br />
der Trolleybus bis zu vier Meter seitlich versetzt zur Oberleitung<br />
fahren. Um aber das Fahrzeug bei Bedarf auch<br />
unabhängig von der Oberleitung betreiben zu können,<br />
wurde es mit einem modernen Dieselmotor ausgerüstet.<br />
Mit Hilfe des Aggregates mit 50 kW kann das Fahrzeug<br />
den Linienbetri<strong>eb</strong> fortsetzen und in der Ebene bis zu<br />
25 km/h erreichen.<br />
Leittechnik mit CANopen-<br />
Datenbus<br />
Für den Datenaustausch im Fahrzeug<br />
sind alle Hauptkomponenten an einen<br />
CAN-Datenbus angeschlossen<br />
(Bild 3). Das Diagnose-System bietet<br />
n<strong>eb</strong>en Statistiken über die Nutzungshäufigkeit<br />
und Nutzungsdauer der<br />
Komponenten frei einstellbare Werkzeuge<br />
zur Darstellung der geräteinternen<br />
Abläufe. Eine Verbindung des<br />
Fahrerdisplays zum Datenbus erlaubt<br />
die Visualisierung aktueller Informationen<br />
für den Fahrer. Mit Hilfe eines<br />
optionalen Datenübertragungssystems<br />
können die Fahrzeugdaten im<br />
Depot zentral angezeigt werden.<br />
Für die Steuerung und Regelung<br />
der Antri<strong>eb</strong>sanlage werden mehrere<br />
modular aufg<strong>eb</strong>aute Steuergeräte<br />
mit Mikroprozessortechnik<br />
eingesetzt. Hierbei übernimmt ein<br />
zentrales Leitgerät die Steuerung<br />
des Gesamtsystems, während jeder<br />
Antri<strong>eb</strong>sumrichter durch ein separates<br />
Umrichtersteuermodul mit digitalem<br />
Signalprozessor angesteuert<br />
wird. N<strong>eb</strong>en den Steuer- und<br />
Regelfunktionen übernehmen die<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
Bild 2: Ein Swisstrolley III im Design der Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e Schaffhausen; über die endgültige<br />
Farbg<strong>eb</strong>ung der Fahrzeuge ist noch zu entscheiden (Foto: VBSH).<br />
Bild 3: Struktur der Leittechnik mit Anschluss aller Hauptkomponenten an einen CAN-Wagenbus<br />
für umfassenden Datenaustausch im Fahrzeug.<br />
203
Journal Extra<br />
Trolleybusse – attraktiv, flexibel und<br />
umweltfreundlich<br />
Der Trolleybus stellt eine nicht mehr wegzudenkende<br />
Stütze im umweltfreundlichen ÖPNV dar, nicht nur in der<br />
Schweiz. Seine Attraktivität für die Fahrgäste, verbunden<br />
mit der Flexibilität eines Straßenfahrzeuges, ist das Plus<br />
des Trolleybusses. Neue Technologien ermöglichen den<br />
geräuscharmen und emissionsfreien Einsatz unter der<br />
Oberleitung und einen Betri<strong>eb</strong> außerhalb von elektrifizierten<br />
Strecken. Immer mehr Städte setzen deshalb auf<br />
dieses umweltfreundliche Verkehrsmittel.<br />
Dipl.-Ing. Martin Schmitz, Geschäftsleiter Vossloh Kiepe<br />
Bussysteme, Düsseldorf<br />
Schutz gegen Schäden durch Lichtbögen<br />
an Oberleitungstrennstellen<br />
Wenn an elektrischen Trennstellen im Oberleitungsnetz die<br />
Signale zum Ausschalten der Tri<strong>eb</strong>fahrzeugleistung nicht<br />
beachtet werden, hat das lästige elektrotechnische, bahnbetri<strong>eb</strong>liche<br />
und wirtschaftliche Folgen [1]. Besonders hart<br />
trifft dieses Phänomen alle 1AC-<strong>Bahnen</strong>, die abschnittsweise<br />
über Direktumspanner aus verschiedenen Phasen des<br />
Landesnetzes 3 AC 50 oder 60 Hz versorgt werden und deshalb<br />
nur einseitig gespeiste Oberleitungsabschnitte haben<br />
dürfen. Für die Tri<strong>eb</strong>fahrzeugführer (Tf) dort folgen solche<br />
Stellen je nach Geschwindigkeit fast im Minu tentakt, womit<br />
das Risiko von Fehlhandlungen steigt. Auch aktuelle<br />
Projekte bauen auf diesem System auf [2]. Einer der mit<br />
Umrichtern anstelle Direktumspannern erzielbaren Hauptvorteile<br />
ist das Durchschalten des Oberleitungsnetzes [3],<br />
womit dieses betri<strong>eb</strong>liche Problem ganz entfällt.<br />
Die gleiche Situation besteht überall dort, wo beiderseits<br />
einer Landesgrenze verschiedene Fahrleitungsspannungen<br />
anstehen. Eine solche Trennstelle war 1960 am<br />
Ende der 5 km langen zweigleisigen DB-Strecke 3231 entstanden,<br />
die von Saarbrücken zur damals SNCF nach Forbach<br />
– Metz weiterführt. Sie war nach DB-Regel zeichnung<br />
aufwändig mit vier Streckentrennungen je Gleis, also zum<br />
Befahren mit gehobenen Stromabnehmern bei voller<br />
Geschwindigkeit ausgeführt (Bild 1). Der mittlere Mastabstand<br />
beträgt rund 50 m. Die Trasse steigt in Richtung<br />
Frankreich leicht an, die Streckengeschwindigkeit war<br />
110 km/h und es fuh ren in großem Umfang auch schwere<br />
Züge mit Montangütern. Die Traktion oblag der DB, die<br />
hier ab 1960 Zweifrequenzlokomotiven mit Gleichrichtern<br />
und ab 1967 solche mit Stromrichtern einsetzte.<br />
Anders als bei netzinternen Phasentrennstellen müssen<br />
an solchen Netzgrenzen meist auch die Stromabnehmer<br />
gesenkt und welche mit anderen Kenndaten gehoben<br />
werden, im vorliegenden Falle DB-seitig mit 1 950 mm und<br />
SNCF-seitig mit 1 450 mm Wippenbreite. Außerdem waren<br />
bei den DB-Lokomotiven die Vorwahl der Stromabnehmer<br />
und die Aktivierung der korrespondierenden Zugsicherungen<br />
miteinander gekoppelt. Dabei bot in den ersten<br />
Jahren ein Leuchtmelder insoweit technische Assistenz,<br />
als er eine Nichtkompatibilität von gehobenem Stromabnehmer<br />
und gemessener Fahrleitungsspannung lediglich<br />
anzeigte. Ein Bedienungsfehler hätte die Weiterfahrt mit<br />
falschem Stromabnehmer sowie ohne wirksame Zugsicherung<br />
erlaubt und damit zweifache Betri<strong>eb</strong>sgefahr bedeutet.<br />
Spätere fahrzeug- und streckenseitige Änderungen<br />
interessieren hier nicht weiter.<br />
Bild 1: Schema alte Trennstelle Landesgrenze Deutschland – Frankreich zwischen Saarbrücken und Forbach (Basiszeichnung: Paul Gröwer, auch Bild 3).<br />
Signalfolge: Ankündigung Stromabnehmer nieder – Ende bisherige Spannung und späteste Ausführung Stromabnehmer nieder – Anfang<br />
folgende Spannung und Stromabnehmer auf erlaubt; Abstände zwischen den vier Signaltafelstandorten jeweils 250 m<br />
204 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Journal Extra<br />
Das unkomplizierte Verfahren<br />
funktionierte bei einem begrenzten<br />
Kreis orts- und fahrzeugkundiger<br />
Tf mit Wissen um diese Besonderheiten<br />
ohne viele technische oder<br />
sicherheitsrelevante Störungen. Jedoch<br />
kam nicht gerade selten ein<br />
Zug unter den insgesamt 250 m langen<br />
spannungslosen Oberleitungen<br />
(Bild 1) zum Halten, meist wegen Güterzuggrenzlast<br />
Richtung Frankreich,<br />
aber auch wegen mangelnder Zuverlässigkeit<br />
der ersten Zweifrequenzlokomotiven<br />
E 320, später 182. Befreiung<br />
mit eigener Kraft war dann nur<br />
aus dem in Regelfahrtrichtung liegenden Neutralabschnitt<br />
möglich (Bild 1). Sonst war eine nichtelektrische Hilfslokomotive<br />
fällig, was sowohl für deren Sperrfahrt wie für die<br />
damals so genannten Falsch fahrten auf dem Nachbargleis<br />
trotz zweisprachig vorgedruckter schriftlicher Befehle<br />
höchst umständliche Prozeduren bedeutete. Peinlicher<br />
Extremfall war der nächtliche Halt eines voll besetzten<br />
Pilgersonderzuges nach Lourdes für mehrere Stunden, ein<br />
damals ungewöhnliches Ereignis in Westeuropa.<br />
Als Abhilfe wurde 1973/74 die Anlage in beiden Gleisen<br />
auf 12 m zwischen zwei Streckentrennern verkürzt, was<br />
bei vorgeschri<strong>eb</strong>ener Fahrt mit gesenkten Strombnehmern<br />
mechanisch unkritisch war. Gegen die Folgen verschleppter<br />
Lichtbögen, besonders durch die Stromrichterlokomotiven<br />
mit ihrem niedrigen Leistungsfaktor (Bild 2), schützte in<br />
einfachster Form ein Erdungsbügel ähnlich den damals noch<br />
üblichen Weichenstellkontakten bei Straßenbahnoberleitungen<br />
(Bilder 3 bis 5). Ein Lichtbogen würde so für das rückliegende<br />
Oberleitungsnetz nach 3 m einen Kurzschschluss<br />
verursachen, bei 100 km/h also nach schaltermäßigen 100 ms.<br />
Bild 3: Schema neue Trennstelle.<br />
Bild 2: Geschleppter Lichtbogen bei Fahrt von 15 kV 16 2 / 3<br />
Hz führender Oberleitung in<br />
Neutralabschnitt, ang<strong>eb</strong>remste Stromrichterlokomotive 181.2 mit mittlerer Anfahrleistung,<br />
Zeitabstand der Fotos etwa 0,5 s.<br />
Diese brutale<br />
Methode entbehrt<br />
natürlich jeg licher<br />
Eleganz im Vergleich<br />
zu den in [1]<br />
beschrie benen. Sie<br />
ist aber <strong>eb</strong>enso-<br />
wenig anrüchig wie alle automatischen Zugsicherungssysteme,<br />
die beim Nichtbeachten von Signalen in der Endstufe<br />
zur Schnellbremsung führen. Sie hat sogar noch einen<br />
großen Vorteil: Während anfänglich verschleppte und dann<br />
doch von selbst erlöschende Lichtbögen nur anonyme Spuren<br />
hinterlassen und sich zu späteren Spontanschäden kumulieren<br />
[1], wird ein Kurzschluss in der elek tro technischen<br />
Leitstelle online registriert und lokalisiert, sodass der Verursacher<br />
zweifelsfrei zu ermitteln ist.<br />
Die Sache bewährte sich von Anfang an so, dass die<br />
Bundesbahndirektion Saarbrücken schon 1974 beim Elektrifizieren<br />
der Anschlussstrecken aus dem Knoten Trier die<br />
Trennstellen vor Wasserbillig (Ende Strecke 3140 zur CFL)<br />
und in der Ausfahrt ihres Bahnhofs Perl nach Apach (Ende<br />
Strecke 3010 zur SNCF) in gleicher Form baute. Die Anlagen<br />
stehen an allen drei Stellen noch heute unverändert<br />
und erfüllen ihren Zweck.<br />
Be<br />
[1] Bastian, A.; Courtois, Ch.; Machet, A.: Phase separation sections<br />
– passing with minimum constraints. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
109 (2011), H. 4-5, S. 197–203.<br />
[2] Schmedes, R. W.: Traction Electrification Planning for the<br />
California <strong>High</strong> Speed Train Project. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 109<br />
(2011), H. 4-5, S. 193–196.<br />
[3] Behmann, U.; Rieckhoff, K.: Umrichterwerke bei 50-Hz-<strong>Bahnen</strong><br />
– Vorteile am Beispiel der Chinese Railways. Converter<br />
Stations in 50 Hz Traction – Advantages un Case of Chinese<br />
Railways. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 109 (2011), H. 1-2, S. 63–73.<br />
Bild 4: Neue Trennstelle Landesgrenze Deutschland – Frankreich<br />
zwischen Saarbrücken und Forbach.<br />
Bild 5: Details Lichtbogenfangvorrichtung, Konstruktion Fahrleitungsmeisterei<br />
Saarbrücken 1973/1974.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
205
Journal Extra<br />
Schutzeinrichtung für 1-AC- und<br />
2-AC-Oberleitungsanlagen<br />
Protection device 1 AC and 2 AC<br />
contact line systems<br />
Die Oberleitungsschutzeinrichtung MiCOM P438 der Schneider<br />
Electric Energy GmbH ist für den schnellen und selektiven<br />
Kurzschluss- und Überlastschutz in 1-AC- und 2-AC-Anlagen<br />
mit den Netzfrequenzen 25, 50 oder 60 Hz vorgesehen.<br />
Die Schutzeinrichtung ist modular aufg<strong>eb</strong>aut und flexibel an<br />
die jeweiligen Anforderungen anpassbar (Bild 1). Der Einsatz<br />
in großen Stückzahlen zeigt, dass viele internationale<br />
Bahnverwaltungen von diesem Schutzgerät überzeugt sind.<br />
Die im Gerät implementierten Schutzfunktionalitäten<br />
können an unterschiedlichste Betri<strong>eb</strong>s- und Netzführungszustände<br />
angepasst werden. Hierzu stehen n<strong>eb</strong>en den Parametersätzen<br />
des Gerätes dynamisch verwendbare Steuer- und<br />
Blockadefunktionen zur Verfügung. Eine leistungsfähige,<br />
frei konfigurierbare Logikfunktion erlaubt Sonderapplikationen,<br />
die durch die Gerätesoftware nicht abgedeckt werden.<br />
Tabelle 1 zeigt den aktuellen Funktionsumfang des<br />
MiCOM P438. Aufgrund vielfältiger Anforderungen wurde<br />
die Distanzschutzfunktion in vielen Teilen erweitert<br />
und bildet nunmehr eine noch flexiblere Lösung für die<br />
Schnell ausschaltung von Oberleitungsabschnitten. Adaptive<br />
Oberwellenanpassungen und Erweiterungen der<br />
Sektoren für die Lastausblendung ermöglichen einen erweiterten<br />
und universelleren Einsatz.<br />
Bild 1: Schutzgerät MiCOM P438 in 40T-Gehäuse mit abgesetztem<br />
Bedienteil.<br />
Figure 1: MiCOM P438 in case 40T with detached control board.<br />
The contact line protection device MiCOM P438 of Schneider<br />
Electric Energy Ltd. is used for selective short-circuit and<br />
overload protection of 1 AC and 2 AC systems with nominal<br />
frequencies of 25, 50 or 60 Hz. This multi-functional protection<br />
device enables the user to cover a wide range of applications<br />
(Figure 1). The device is in widespread use today,<br />
with much positive feedback received from international<br />
railway operators in countries around the world.<br />
The comprehensive protection functionality and flexibility<br />
to adapt operation to specific application requirements<br />
has been successfully proven over many years. A<br />
modular hardware design allows the device to be freely<br />
adapted to the project requirements. For application to<br />
various substation and network requirements four parameter<br />
groups and dynamic control and blocking functions<br />
are available in the device. With <strong>power</strong>ful, freely configurable<br />
logic custom applications in addition to the built-in<br />
routines are accommodated.<br />
Table 1 shows the protection functions provided in the<br />
MiCOM P438. Due to varied requirements the main distance<br />
protection function was expanded in a number of ways.<br />
The distance protection now provides an even more flexible<br />
solution for fast clearance and adaptive harmonic thresholds<br />
for load blinders allow a universal usage in all applications.<br />
A significant new protection feature is provided as the<br />
second main function. This new function is intended to detect<br />
high resistance earth faults with minimum time delay.<br />
As a basis for the new functionality, an expanded harmonic<br />
supervision algorithm was implemented. The new main<br />
protection function has been successfully introduced in a<br />
number of AC railway systems with very positive feedback.<br />
The communication interface allows integration of the<br />
MiCOM P438 into the substation or network control system.<br />
This interface is provided as either a serial port for<br />
serial communication protocols or an Ethernet communication<br />
interface for IEC 61850. Serial or IP-based communications<br />
are required in many countries and today form the<br />
basis of modern substation and network control systems.<br />
To meet the needs of increasing market requirements for<br />
IEC 61850 compliant solutions, the device provides optional<br />
Ethernet redundancy for mission-critical applications.<br />
AC traction load conditions are distinctly different to industrial<br />
medium-<strong>voltage</strong> applications. Due to the structure<br />
of contact lines, the traffic situation and environment, a<br />
rapid and frequent variation in load and the occasional<br />
206 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Journal Extra<br />
Tabelle 1: MiCOM P438 Funktionsübersicht. Table 1: Functionality of MiCOM P438.<br />
Funktion<br />
Function<br />
Distanzschutz<br />
Vier Zonen, Vorwärts- und Rückwärtsrichtung getrennt einstellbar<br />
Anfahrstufen für zweite, dritte und vierte Zone<br />
Einstellbare Übergreifstufe<br />
Einstellbare Oberwellenanpassung<br />
Fehlphasenkupplungsschutz<br />
Stabilisierter Hochimpedanzschutz (ΔI-Funktion)<br />
Distance protection<br />
Four zones with settable forward and backward parameters<br />
Train start detection for second, third and fourth zone<br />
Settable zone extension<br />
Settable harmonic adaption<br />
Wrong phase coupling protection<br />
Biased high-impedance protection (ΔI functionality)<br />
Schutz bei Zuschalten auf Kurzschluss<br />
Unabhängiger Überstromzeitschutz, zweistufig<br />
Kurzschlussrichtungserfassung, je Stufe<br />
Unterspannungsfreigabe, je Stufe<br />
Hochstromstufe<br />
Abhängiger Überstromzeitschutz, einstufig<br />
Kurzschlussrichtungserfassung<br />
Unterspannungsfreigabe<br />
Automatische Wiedereinschaltung<br />
Thermischer Überlastschutz<br />
Spannungszeitschutz<br />
Messkreisüberwachung Spannung<br />
Not-Überstromzeitschutz, zwei Stufen<br />
Enteisungsschutz<br />
Leistungsschalterversagerschutz<br />
Leistungsschalter-Zustandsüberwachung<br />
Grenzwertüberwachung<br />
Programmierbare Logik<br />
Analoge Messwertein/-ausgaben<br />
Switch on to fault protection<br />
Definite time overcurrent protection, two stages<br />
Short circuit detection determination, per stage<br />
Under<strong>voltage</strong> clearance, per stage<br />
<strong>High</strong> current stage with instantaneous tripping<br />
Inverse time overcurrent protection, single stage<br />
Short circuit detection determination<br />
Under<strong>voltage</strong> clearance<br />
Auto reclosing control<br />
Thermal overload protection<br />
Over-/Under<strong>voltage</strong> protection<br />
Measuring circuit supervision <strong>voltage</strong><br />
Backup definite time overcurrent protection, two stages<br />
Defrost protection<br />
Circuit failure failure protection<br />
Circuit breaker monitoring<br />
Limit value monitoring<br />
Programmable logic<br />
Analog inputs and outputs<br />
Eine wichtige Funktionserweiterung stellt die Erkennung<br />
von Fehlern mit hohen Übergangswiderständen dar.<br />
Hierbei wird wiederum auf eine erweiterte Überwachung<br />
von Oberwellen zurückgegriffen. Die neue Funktion wurde<br />
mittlerweile in verschiedenen Ländern erfolgreich eingeführt,<br />
und erste positive Erfahrungen liegen vor. Im vorliegenden<br />
Artikel wird auf die neue Funktion eingegangen.<br />
Über die Kommunikationsschnittstellen IEC 60870-5,<br />
Modbus und DNP kann die Schutzeinrichtung in die<br />
Schaltanlagenleit- oder Fernwirktechnik eing<strong>eb</strong>unden<br />
werden. Weiterhin kann MiCOM P438 mit einer Ethernet-<br />
Schnittstelle zu IEC 61850 geliefert werden. Sowohl serielle<br />
als auch IP-basierte Kommunikation ist in vielen Ländern<br />
erprobt und stellt heute eine wichtige Grundlage für<br />
moderne Stationsleit- und Netzführungstechnik dar. Eine<br />
Ausführung von MiCOM P438 steht auch für redundante<br />
Ethernet-Anwendungen zur Verfügung.<br />
Die Lastsituationen in AC-Oberleitungsanlagen unterscheiden<br />
sich deutlich von anderen Mittelspannungsanwendungen.<br />
Bedingt durch die Struktur der Anlagen,<br />
die Zugdichte und auch die Umg<strong>eb</strong>ung treten Hoch- und<br />
Schwachlasten in kurzer Folge auf. Für den Anlagenschutz<br />
sind die Fehlersituationen näher zu betrachten. Kurzschlussströme<br />
mit 40 % bis 100 % des Kurzschlussvermögens<br />
der einspeisenden Schaltanlagen sind keine Seltenheit. Der<br />
Anlagenschutz muss diese Fehler schnell abschalten. Bei<br />
Fehlern mit hohem Übergangswiderstand, hervorgerufen<br />
overload condition must be taken into account. In addition<br />
to the varying load conditions, fault scenarios must<br />
also be accurately detected. While the magnitude of fault<br />
current may vary from 40 % to 100 % of the short circuit<br />
capacity, the frequency of fault inception coupled with the<br />
high tension in the contact wire makes fast fault clearance<br />
the ultimate requirement for the protection device.<br />
At times the short-circuit scenarios may not be fulfilled,<br />
especially in the case of high-impedance faults caused by<br />
wildlife, vegetation or bond-open earth faults causing<br />
low return current. The resultant fault current magnitudes<br />
can be similar to expected operating loads in such<br />
cases. In these circumstances, distance protection devices<br />
have difficulty detecting such faults.<br />
Tabelle 2: Durchschnittlicher Oberwellenanteil, generiert durch<br />
elektrische Lokomotiven.<br />
Table 2: Mean harmonic content, generated by engines.<br />
Oberwelle<br />
Harmonics<br />
3. Oberwelle<br />
third harmonics<br />
5. Oberwelle<br />
fifth harmonics<br />
Frequenz<br />
Frequency<br />
150 Hz ~ 20%<br />
250 Hz ~ 10 %<br />
Andere/other - ~ 8 %<br />
Durchschnittlicher Anteil<br />
Percetage<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
207
Journal Extra<br />
Bild 2: Grundfunktion ΔI.<br />
Figure 2: Basic function criterion ΔI.<br />
Bild 3: Grundfunktion ΔI mit zusätzlichem Stabilisierungskriterium Δφ.<br />
Figure 3: Basic function ΔI with additional stabilization Δφ.<br />
durch Tiere oder Pflanzen oder durch ungünstige Rückstrombedingungen,<br />
liegen die Kurzschlussströme in der<br />
Höhe der normalen Lastströme. Herkömmlicher Distanzschutz<br />
kann solche Fehler in der Regel nicht erkennen.<br />
Die Fahrmotoren in Lokomotiven für den Schwerlastund<br />
Hochgeschwindigkeitsverkehr werden heute in der<br />
Regel als Drehstrommaschinen ausgeführt. Die Anpassung<br />
der Spannung geschieht häufig mit statischen Umrichtern.<br />
Jede Umrichtung generiert dabei Harmonische.<br />
Typische prozentuale Oberwellenanteile, ermittelt in<br />
50-Hz-Oberleitungsanlagen, sind in Tabelle 2 angeg<strong>eb</strong>en.<br />
Dargestellt ist ein wesentlicher Anteil an dritter und fünfter<br />
Harmonischer, welche durch die Umrichter der Lokomotiven<br />
bei AC-Betri<strong>eb</strong> generiert werden. Auch das Einschalten<br />
von Transformatoren in Lokomotiven oder von Autotransformatoren<br />
und Weichenheizungen entlang der Strecke und<br />
das Passieren von Systemtrennstellen generierten Harmonische.<br />
Lastströme in Oberleitungsanlagen sind also durch einen<br />
deutlich messbaren Anteil an Oberwellen gekennzeichnet.<br />
Kurzschlussströme sind jedoch meist sinusförmig und<br />
weisen einen geringen Oberwellenanteil auf. Oberwellenanteile<br />
können als Kriterium für die Unterscheidung zwischen<br />
Last- und Fehlerzuständen herangezogen werden.<br />
Eine schnelle Stromänderung ohne signifikanten Oberwellenanteil<br />
der dritten Harmonischen kennzeichnet Fehler<br />
mit hohem Übergangswiderstand. Diese einfache Unterscheidungsfunktion<br />
ist seit vielen Jahren bekannt und<br />
wird angewendet.<br />
Die folgenden Merkmale lassen einen Fehler erkennen:<br />
• Minimalstromfreigabe erfüllt<br />
• Stromsprungkriterium erkannt<br />
• keine Blockade durch die Einschaltstabilisierung<br />
• Oberwellenüberwachung der dritten Harmonischen<br />
nicht angesprochen<br />
Die Überwachung der dritten Harmonischen kann als<br />
Blockade- oder Stabilisierungsfunktion verwendet werden.<br />
Mit Auswahl der Stabilisierungsfunktion wird die<br />
Stromsprungüberwachung dynamisch mit einem einstellbaren<br />
Faktor erweitert, wenn Lastströme mit Oberwellenanteilen<br />
gemessen werden.<br />
Modern electrified locomotives for heavy load and<br />
high-speed passenger trains are provided with threephase<br />
technologies for the traction motors which make<br />
use of static converters for onboard drives. This energy<br />
conversion produces a significant proportion of harmonics,<br />
particularly odd numbered harmonics. Typical percentage<br />
levels of harmonics, evaluated in 50 Hz contact lines,<br />
are provided in Table 2.<br />
As indicated, the majority of the rolling stock loads introduce<br />
significant third or fifth harmonic levels into the<br />
AC <strong>power</strong> system, generated by the locomotive converters.<br />
AC traction systems experience inrush current when<br />
inductive loads such as autotransformers or track switch<br />
heating or the electrical rolling stock themselves are energized.<br />
These inrush currents, high in second harmonic<br />
components, are also present when electric locomotives<br />
pass through neutral sections.<br />
Load currents in contact lines are characterized by a<br />
substantial amount of measurable harmonic content.<br />
In contrast, short circuit fault currents are mostly sinewave<br />
current at fundamental frequency and contain little<br />
harmonic content. Harmonic levels are an important<br />
characteristic of the current profile that can be utilized to<br />
distinguish between load and fault conditions.<br />
Detection of high-impedance faults is based on the fact<br />
that fast current changes, or jumps, without a significant<br />
harmonic content, e. g. third harmonic, are indicative of<br />
fault conditions. This fact is well known and has been<br />
used in protection applications for many years.<br />
For fault detection, the following elements must be<br />
securely fulfilled:<br />
• minimum base current available<br />
• current jump detected<br />
• vo inrush blocking<br />
• harmonic supervision of third harmonic not started<br />
Supervision of the third harmonic level can be used for<br />
both blocking and stabilization functionality. When the<br />
stabilization function is activated, a multiplying factor is<br />
used to dynamically increase the current jump threshold if<br />
harmonics due to load are detected in the system.<br />
208 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Journal Extra<br />
Die Funktion der Grundanwendung ist in Bild 2 dargestellt.<br />
Ein Fehler wird erkannt, wenn eine Minimalstrombedingung<br />
erfüllt ist und ein Stromsprung ΔI erkannt wird.<br />
Das gleichzeitige Ansprechen der Einschaltstabilisierung, das<br />
heißt die Überwachung der zweiten Harmonischen, blockiert<br />
die Funktion für die Dauer des Einschaltvorganges. Abhängig<br />
von der eingestellten Betri<strong>eb</strong>sart der Oberwellenüberwachung<br />
wird mit Erkennen eines hohen Anteils der dritten<br />
Harmonischen im Vergleich zum eingestellten Schwellwert<br />
die Funktion wahlweise blockiert oder stabilisiert.<br />
Zusätzlich zur beschri<strong>eb</strong>enen Grundfunktion sind im<br />
MiCOM P438 verschiedene Erweiterungen vorgesehen,<br />
die zusätzliche Zuverlässigkeit oder genauere Unterscheidung<br />
zwischen Last- und Fehlerbedingungen erg<strong>eb</strong>en.<br />
Die folgenden Funktionen müssen zusätzlich für eine<br />
Fehlererkennung erfüllt sein:<br />
• Winkelsprungkriterium erkannt<br />
• Reaktanzbegrenzungen eingehalten<br />
• erweiterte Oberwellenüberwachung der fünften Harmonischen<br />
nicht angesprochen<br />
• keine Funktionsblockade durch das Einschalten des<br />
Leistungsschalters<br />
Die Anwendung des Winkelsprungkriteriums oder der<br />
Reaktanzbegrenzung erfordert die zusätzliche Bewertung<br />
der Messspannung und kann für eine bessere Stabilisierung<br />
genutzt werden. Eine Winkeländerung bestätigt<br />
die Stromänderung durch einen Fehler. Die Reaktanzbegrenzung<br />
kann genutzt werden, um Fehler oder Lasten<br />
innerhalb des eigenen Schutzbereiches zu bewerten<br />
und die Selektivität des Schutzes zu gewährleisten. Im<br />
Rahmen der Messkreisüberwachung der Spannung kann<br />
die Gesamtfunktion blockiert oder in der Grundfunktion<br />
weiterbetri<strong>eb</strong>en werden. Zusätzlich kann die fünfte<br />
Harmonische überwacht werden. Dies ermöglicht eine erweiterte<br />
Stabilisierung, wenn kleinere Oberwellenanteile<br />
eingestellt werden müssen.<br />
Bild 3 zeigt die Funktion der erweiterten Anwendungen.<br />
Ein Fehler wird erkannt, wenn eine Minimalstrombedingung<br />
erfüllt ist und n<strong>eb</strong>en einem Stromsprung ΔI auch<br />
ein Winkelsprung Δφ erkannt wird. Abhängig von der eingestellten<br />
Betri<strong>eb</strong>sart der Oberwellenüberwachung wird<br />
mit Erkennen eines hohen Oberwellenanteiles der dritten<br />
oder fünften Harmonischen die Funktion wahlweise blockiert<br />
oder stabilisiert. Die Funktion der Einschaltstabilisierung<br />
arbeitet unverändert.<br />
Die Fehlererkennung bei hohen Übergangswiderständen<br />
ist für viele Anwender wichtig für den Schutz und<br />
die Überwachung der AC-Oberleitungsanlagen. In der<br />
Vergangenheit wurden n<strong>eb</strong>en den bekannten Haupt- und<br />
Reserveschutzeinrichtungen mit Distanz- und Überstromschutz<br />
eigene Geräte für die Erkennung von Fehlern<br />
mit hohen Übergangswiderständen verwendet. Mit der<br />
Integration aller Funktionen und der Kombination mit<br />
weiteren Schutz-, Steuer- und Überwachungsfunktionen<br />
bietet das MiCOM P438 einen umfassenden Schutz für<br />
AC-Oberleitungsanlagen.<br />
Jens Eilart, Frankfurt am Main<br />
Gregory Finlayson, Macquarie Park (AUS)<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
The application may be viewed graphically as shown<br />
in Figure 2. A fault condition is detected by a current<br />
jump ΔI when a minimum current level is exceeded<br />
at the same time. Inrush conditions, due to second<br />
harmonic detection, will block the complete function<br />
during the inrush event. Depending on the operating<br />
mode for the harmonic supervision, the ΔI criteria will<br />
be blocked or stabilized with a detected high third harmonic<br />
content.<br />
In addition to the elements described for the basic<br />
application, enhanced applications make use of one or<br />
more additional elements to provide added reliability<br />
and enhanced discrimination between load and fault<br />
conditions.<br />
The following additional elements must be fulfilled<br />
securely, if enabled:<br />
• current angle change detected<br />
• reactance supervision criteria<br />
• enhanced harmonic supervision of third and fifth harmonic<br />
not started<br />
• no functional blocking by the auxiliary contact of the<br />
circuit breaker<br />
The current angle change and reactance supervision<br />
elements make use of <strong>voltage</strong> signals to provide added<br />
stability and discrimination. A minimum angle change<br />
criterion ensures the current change is due to the onset<br />
of a fault, rather than load, while reactance supervision<br />
may be enabled to restrict the zone of operation to the<br />
immediate line section and avoid the need to time grade<br />
with downstream devices. Should failure of the <strong>voltage</strong><br />
transformer circuits occur, the function can revert to the<br />
basic application or it may be blocked, if stability is no<br />
longer maintained.<br />
Harmonic supervision may be expanded to include the<br />
fifth harmonic as well. This allows further flexibility to<br />
provide expanded stabilization for the use of lower harmonic<br />
values for fault discrimination.<br />
The application may be viewed graphically as shown in<br />
Figure 3. A fault condition is detected by a ΔI value, stabilized<br />
by a current angle change, when a minimum current<br />
level is exceeded at the same time. Depending on the<br />
operating mode for harmonic supervision the Δφ criteria<br />
will be blocked or stabilized with a detected high third or<br />
fifth harmonic component. The inrush detection function<br />
works as described in the basic application.<br />
The implementation for high-impedance fault detection<br />
performs a significant additional function in the protection<br />
of AC railway contact lines for many rail network<br />
operators. In addition to the main distance and backup<br />
over-current protection devices, a third device for high<br />
impedance fault detection was used in the past in many<br />
countries. By integrating all three protection elements<br />
and combining these with additional automation, supervision<br />
and self-monitoring, the MiCOM P438 provides<br />
a comprehensive protection and control device for all<br />
AC railway contact line installations.<br />
Jens Eilart, Frankfurt am Main<br />
Gregory Finlayson, Macquarie Park (AUS)<br />
209
Journal <strong>Bahnen</strong><br />
Vertrag zur Beschaffung neuer Fernverkehrszüge<br />
ICx unterzeichnet<br />
Die Deutsche Bahn (DB) und<br />
Siemens (SIM) haben am<br />
9. Mai 2011 den Auftrag zum<br />
Bau von bis zu 300 Fernverkehrszügen<br />
ICx unterzeichnet<br />
[1]. Das Vertragswerk ist sehr<br />
umfangreich. Aus dem Rahmenvertrag<br />
mit einer Laufzeit<br />
bis 2030 ruft die DB sofort<br />
130 Züge ab. Die Bestellung<br />
weiterer 90 Züge ist geplant.<br />
Das Auftragsvolumen für die<br />
gesamt 220 Züge beträgt rund<br />
6 Mrd. EUR. Mit der Beschaffung<br />
der Fernverkehrszüge ICx<br />
sollen neue Maßstäbe bei der<br />
Zuverlässigkeit des Eisenbahnbetri<strong>eb</strong>es,<br />
in der Umweltfreundlichkeit<br />
von Verkehrssystemen<br />
und beim Reisekomfort<br />
für die Fahrgäste<br />
geschaffen werden. Grundlagen,<br />
diese Ziele zu erreichen,<br />
bilden Plattform- und Modulkonzepte<br />
sowohl für die einzelnen<br />
Fahrzeuge und deren<br />
Komponenten als auch für den<br />
gesamten Zug [2; 3]. Bewährte<br />
Komponenten anderer Fahrzeugserien<br />
werden bei der<br />
Konstruktion der Züge berücksichtigt.<br />
Die Züge besitzen<br />
nicht angetri<strong>eb</strong>ene Wagen<br />
und angetri<strong>eb</strong>ene Wagen, so<br />
genannte Powercars, in denen<br />
alle Komponenten einer Antri<strong>eb</strong>seinheit<br />
konzentriert sind.<br />
Ein Powercar verfügt über<br />
eine Antri<strong>eb</strong>sleistung von<br />
1,65 MW. Der ICx wird als<br />
si<strong>eb</strong>enteiliger Tri<strong>eb</strong>zug mit<br />
drei Powercars und als zehnteiliger<br />
Tri<strong>eb</strong>zug mit fünf<br />
Powercars g<strong>eb</strong>aut. Der si<strong>eb</strong>enteilige<br />
Zug soll vorwiegend die<br />
noch verkehrenden lokomotivbespannten<br />
IC/EC-Züge ersetzen<br />
und wird eine Höchstgeschwindigkeit<br />
von 230 km/h<br />
erreichen. Der zehnteilige ICx<br />
wird die Tri<strong>eb</strong>züge ICE 1 und 2<br />
ersetzen. Seine Höchstgeschwindigkeit<br />
wird 249 km/h<br />
betragen. Der Zug entspricht<br />
damit der TSI-Klasse 2 [4].<br />
Entsprechend der unterschiedlichen<br />
Höchstgeschwindigkeiten<br />
erhalten die Radsatzgetri<strong>eb</strong>e<br />
unterschiedliche<br />
Übersetzungen. Die dynamischen<br />
Laufeigenschaften der<br />
Drehgestelle sind bei allen<br />
Zügen gleich und entsprechen<br />
der Geschwindigkeit von<br />
249 km/h. Der Energi<strong>eb</strong>edarf<br />
pro Fahrgast und Reiseentfernung<br />
soll gegenüber vergleichbaren<br />
Bestandszügen niedriger<br />
sein. Durch die aerodynamische<br />
Form des ICx ist der<br />
Fahrwiderstand gegenüber<br />
den bisher eingesetzten ICE-<br />
Zügen geringer. Die Fahrzeuge<br />
besitzen ein Tonnendach,<br />
damit eine möglichst durchgehende<br />
Dachkontur entsteht.<br />
Ein abgeflachtes Dach an den<br />
Endwagen dient <strong>eb</strong>enfalls der<br />
Verbesserung der Aerodynamik.<br />
An den Endwagen sind<br />
die Drehgestelle teilweise<br />
verkleidet. Bei der Kopfform<br />
der Züge wurden aerodynamische<br />
Kriterien und Anforderungen<br />
aus Crash-Situationen<br />
berücksichtigt.<br />
Ebenfalls im Mai 2011 haben<br />
SIM und Bombardier<br />
Transportation (BT) einen Rahmenvertrag<br />
über die Entwicklung<br />
und Lieferung wesentlicher<br />
Komponenten für die<br />
Fernverkehrszüge ICx abgeschlossen.<br />
SIM hat mit BT das<br />
flexible Fahrzeugkonzept entwickelt.<br />
Die Wagenkästen in<br />
Stahlbauweise werden in Hennigsdorf<br />
konstruiert und in<br />
Görlitz gefertigt. Die für den<br />
ICx vorgesehenen Laufdrehgestelle<br />
sollen dazu beitragen,<br />
Fahrzeuggewicht, Energieverbrauch<br />
und Lärmemission des<br />
Zuges zu reduzieren. Durch<br />
eine konsequent angewendete<br />
Leichtbauweise kann das Gewicht<br />
bei einem 200 m langen<br />
Zug gegenüber vergleichbaren<br />
Bestandszügen um rund 20 t<br />
reduziert werden. Die Vertragsparteien<br />
haben darauf<br />
hingewiesen, dass die ICx-Züge<br />
vom Rohbau bis zur Endmontage<br />
in Deutschland gefertigt<br />
werden. Bei der Ausgestaltung<br />
des Vertrages wurde ein<br />
Schwerpunkt auf die Festschreibung,<br />
den Nachweis und<br />
die Kontrolle von Qualitätsmerkmalen<br />
gelegt. SIM und<br />
die DB werden gemeinsame<br />
Meilensteine in den Konstruktions-<br />
und Fertigungsphase<br />
festlegen, die einstimmig abgenommen<br />
werden müssen.<br />
Vor Aufnahme der Serienfertigung<br />
sollen zwei ICx-Züge<br />
14 Monate lang im Prob<strong>eb</strong>etri<strong>eb</strong>,<br />
davon 12 Monate im<br />
Fahrgastbetri<strong>eb</strong> gefahren werden,<br />
um mögliches Verbesserungspotenzial<br />
frühzeitig zu<br />
erkennen. Ab Betri<strong>eb</strong>saufnahme<br />
der Züge ist über si<strong>eb</strong>en<br />
Jahre eine Monitoringphase<br />
vereinbart, in der Daten aus<br />
dem Betri<strong>eb</strong> der Züge direkt<br />
an SIM überg<strong>eb</strong>en werden.<br />
Die ersten ICx-Züge sollen<br />
2016 linienbezogen bei der DB<br />
im Personenfernverkehr zunächst<br />
vorrangig in Deutschland<br />
eingesetzt werden. Alle<br />
Züge werden mit elektrotechnischen<br />
Einrichtungen für die<br />
Fahrleitungsspannung 1 AC<br />
15 kV 16,7 Hz ausgerüstet. Sie<br />
können damit in Deutschland,<br />
Österreich und in der Schweiz<br />
eingesetzt werden. Die Wippenbreite<br />
der Stromabnehmer<br />
beträgt für den Betri<strong>eb</strong> der<br />
Züge in Deutschland und Österreich<br />
1 950 mm, für in der<br />
Schweiz verkehrende Züge<br />
1 450mm. Zwölf si<strong>eb</strong>enteilige<br />
Züge erhalten zusätzlich elektrotechnische<br />
Ausrüstungen für<br />
Tabelle: Ausgewählte betri<strong>eb</strong>liche und technische Daten des Fernverkehrszuges<br />
ICx für die DB.<br />
7-teiliger Tri<strong>eb</strong>zug 10-teiliger Tri<strong>eb</strong>zug<br />
Anzahl der Powercars 3 5<br />
Maximale Geschwindigkeit 230 km/h 249 km/h<br />
Maximale Beschleunigung 0,55 m/s² 0,53 m/s²<br />
Zuglänge 202 m 288 m<br />
Zugsicherungssysteme<br />
ETCS, LZB, PZB<br />
Wagenkastenlänge Endwagen<br />
28 600 mm<br />
Wagenkastenlänge Mittelwagen<br />
27 900 mm<br />
Breite des Wagenkastens 2 852 mm<br />
Radsatzlast<br />
18 t<br />
Traktionsleistung 4 950 kW 8 250 kW<br />
Maximale Steigung 35 ‰<br />
Zulässige Umg<strong>eb</strong>ungstemperatur -25 °C bis +45 °C<br />
Bremssysteme<br />
Druckluftbremse<br />
Nutzbremse<br />
Magnetschienenbremse<br />
Spurweite 1 435 mm<br />
Fernverkehrstri<strong>eb</strong>zug ICx (Designstudie: Siemens).<br />
210 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong> Journal<br />
die Fahrleitungsspannungen<br />
1 AC 25 kV 50 Hz sowie<br />
<strong>DC</strong> 1,5 kV und <strong>DC</strong> 3,0 kV. Sie<br />
können damit für den Verkehr<br />
in den Niederlanden zugelassen<br />
werden.<br />
Gr<br />
[1] N. N.: DB bestellt 300 elektrische<br />
Tri<strong>eb</strong>züge für den Personenfernverkehr<br />
ICx bei Siemens.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
109 (2011), H. 4-5, S. 263.<br />
[2] Broschüre: Siemens/DB: Der ICx<br />
– Eine neue Ära im Intercity-Verkehr<br />
der Deutschen Bahn (2011).<br />
[3] Datenblatt: Siemens/DB: Der<br />
ICx – Eine neue Ära im Intercity-Verkehr<br />
der Deutschen<br />
Bahn (2011).<br />
[4] TSI, HS, RST; 2008/232/ EG.<br />
Nochmals verkürzte Prüfintervalle bei<br />
ICE 1 und ICE 2<br />
Seit F<strong>eb</strong>ruar 2011 prüft die DB<br />
die Radsatzwellen der 103<br />
Tri<strong>eb</strong>züge ICE 1 und ICE 2<br />
doppelt so oft mit Ultraschall<br />
(US) wie seit Juli 2010 schon in<br />
verkürzten Intervallen, und<br />
zwar je nach Radsatzbauart<br />
alle 144 000, 200 000 oder<br />
288 000 km. Das verknappt<br />
deren Betri<strong>eb</strong>sreserve um vier<br />
Züge; bei den 130 Zügen ICE 3<br />
und ICE T fehlen durch die seit<br />
2008 stark verkürzten Untersuchungsintervalle<br />
sogar bis zu<br />
14 Züge im Regelbetri<strong>eb</strong>. Die<br />
Radsatzwellen der ICE 1 und<br />
ICE 2 hatten zwar seit deren<br />
Inbetri<strong>eb</strong>nahmen 1991 und<br />
1996 keine gefährlichen Befunde<br />
gezeigt. Die jetzige<br />
Maßnahme soll aber jedes<br />
auch theoretische Risiko ausschließen,<br />
bis es eine anerkannte<br />
Berechnungsmethode<br />
für die Intervalle der US-Prüfungen<br />
gibt.<br />
Sicherheitsbescheinigung für Eisenbahnverkehrsunternehmen<br />
Die EU-Verordnung 1158/2010<br />
fordert für Eisenbahnverkehrsunternehmen<br />
des öffentlichen<br />
Verkehrs Sicherheitsbescheinigungen<br />
und legt die Kriterien<br />
für das Sicherheitsmanagementsystem<br />
fest, zum Beispiel<br />
für das Führen der Nachweise.<br />
In Deutschland haben über 300<br />
Unternehmen diese Bescheinigung<br />
beantragt. Das Eisenbahn-<br />
Bundesamt (EBA) berät sie.<br />
ICE-Zulassung im Kanaltunnel rückt näher<br />
DB Regio bestellt dieselelektrische<br />
TRAXX-Lokomotiven<br />
Bombardier Transportation<br />
(BT) und DB Regio haben einen<br />
Rahmenvertrag mit einem<br />
Wert von etwa 600 Mio. EUR<br />
über die Lieferung von 200<br />
Diesellokomotiven<br />
TRAXX F140 DE Multi-Engine<br />
geschlossen. Der Vertrag hat<br />
eine Laufzeit von neun Jahren.<br />
Die DB Regio hat zunächst 20<br />
Lokomotiven bestellt. Sie sollen<br />
ab 2013 ausgeliefert werden.<br />
Der Auftrag besitzt einen<br />
Wertumfang von etwa<br />
62 Mio. EUR. Die TRAXX-Lokomotiven<br />
wurden von BT neu<br />
Tabelle: Ausgewählte technische Daten der dieselelektrischen Lokomotive<br />
TRAXX F140 DE ME.<br />
Spurweite<br />
1 435 mm<br />
Umgrenzungsprofil UIC 505-1<br />
Länge über Puffer<br />
18 900 mm<br />
Maximale Breite des Lokomotivkastens<br />
2 977 mm<br />
Höhe über Schalldämpfer<br />
4 264 mm<br />
Virtueller Drehgestellmittenabstand<br />
10 440 mm<br />
Radsatzabstand im Drehgestell<br />
2 600 mm<br />
Raddurchmesser neu/abgenutzt<br />
1 250 mm/1 170 mm<br />
Dienstgewicht mit 1/3 Betri<strong>eb</strong>sstoffe<br />
83 t<br />
Radsatzfolge<br />
Bo’Bo‘<br />
Dieselmotore<br />
4 x Caterpillar C18<br />
Leistung der Dieselmotoren<br />
2 256 kW<br />
Stromrichter<br />
IGBT/Mitrac TC 3320 DE<br />
Anzahl der Fahrmotoren 4<br />
Antri<strong>eb</strong>ssystem<br />
Tatzlager<br />
Maximale Anfahrzugkraft<br />
300 kN<br />
Maximale elektrische Bremskraft<br />
150 kN<br />
Dynamische Bremse<br />
1 600 kW<br />
Höchstgeschwindigkeit<br />
140 km/h<br />
Zugsammelschiene<br />
Optional<br />
Automatische Feuerlöschanlage<br />
Optional<br />
Fahrgastinformationssystem<br />
Optional<br />
Die European Railway Agency<br />
hat im März 2011 im Wesentlichen<br />
die Änderungen der<br />
Sicherheitsvorschriften im<br />
Kanaltunnel akzeptiert, welche<br />
die Intergovernmental<br />
Commission (ICG) im März<br />
2010 vorgeschlagen hatte.<br />
Danach gibt es keine Einwände<br />
mehr gegen den Einsatz<br />
der ICE-Züge mit verteilten<br />
Antri<strong>eb</strong>en und gegen das<br />
Fahren kurzer und gekuppelter<br />
Züge. Bisher galten die<br />
Eurostar-Züge mit Tri<strong>eb</strong>köpfen<br />
und 400 m lange lokomotivbespannte<br />
Wagenzüge mit<br />
Durchgang als Standard [1].<br />
Ein Evakuierungstest im 55 km<br />
langen Kanaltunnel mit zwei<br />
gekuppelten ICE-Zügen im<br />
Oktober 2010 war erfolgreich<br />
gewesen. Weitere umfangreiche<br />
Zulassungsschritte wie<br />
Nachweise der sicherheitskonformen<br />
Eigenschaften von<br />
200 m langen Zügen in Einzelund<br />
in Doppeltraktion sind in<br />
Arbeit. Darüber hinaus entsteht<br />
derzeit eine Sicherheitsstudie<br />
bei einem schweizerischen<br />
Ingenieurbüro, das auch<br />
schon die Sicherheit im 57 km<br />
langen Gotthard-Basistunnel<br />
bewertet hat. Die DB hofft auf<br />
grundsätzliche Freigabe für<br />
ihre ICE-Züge durch die IGC<br />
noch im Sommer 2011 und<br />
str<strong>eb</strong>t dann Hochgeschwindigkeits-Direktverbindungen<br />
zwischen Festlandstädten und<br />
London ab 2013 an.<br />
[1] Treacy, R.: Lokomotive „Le<br />
Shuttle“ für den Eurotunnel. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 92 (1994),<br />
H. 5, S. 131–141.<br />
Dieselelektrische Lokomotive der TRAXX F140 DE ME (Foto: Bombardier).<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
211
Journal <strong>Bahnen</strong><br />
konzipiert. Sie besitzen vier<br />
Dieselmotore, die die EU-Abgasnormen<br />
der Stufe IIIB erfüllen.<br />
Die Lokomotiven können<br />
entsprechend der Betri<strong>eb</strong>ssituation<br />
mit einem bis vier Dieselmotoren<br />
betri<strong>eb</strong>en werden.<br />
Diese Betri<strong>eb</strong>sweise reduziert<br />
den Kraftstoffverbrauch und<br />
damit die Menge der Abgase.<br />
Es wird weniger CO 2<br />
erzeugt.<br />
Foto: Ralf Roman Rossberg.<br />
Die Entwicklung der Lokomotiven<br />
erfolgt in einer Arbeitsteilung<br />
zwischen den Werken<br />
Kassel und Zürich. Die Wagenkästen<br />
werden in Wroclaw, die<br />
Drehgestelle in Siegen hergestellt.<br />
Die Antri<strong>eb</strong>s- und Steuerungssysteme<br />
liefert Mannheim<br />
und Hennigsdorf zu. Die<br />
Endmontage der Lokomotiven<br />
erfolgt in Kassel.<br />
E 464-Lokomotiven für Trenitalia<br />
Die italienische Staatsbahn<br />
Trenitalia hat im April 2011<br />
bei Bombardier (BT) weitere<br />
50 Elektrolokomotiven E 464<br />
bestellt. Die Order basiert auf<br />
einer Option aus einem Vertrag<br />
von 2009 über die Lieferung<br />
von 100 Lokomotiven<br />
dieses Typs [1]. Der neue<br />
Auftrag hat einen Wert von<br />
ca. 128 Mio. EUR. Insgesamt<br />
hat Trenitalia bereits 688<br />
Lokomotiven E 464 bestellt.<br />
Davon sind bereits 570 Lokomotiven<br />
im Betri<strong>eb</strong>seinsatz.<br />
Die Auslieferung der Lokomotiven<br />
soll 2012 und 2013 erfolgen.<br />
[1] N. N.: Lokomotiven E 464 für<br />
den Regionalverkehr der Trenitalia.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
107 (2009), H. 12, S. 554.<br />
SBB-Testzug mit Wankkompensation<br />
Um die wichtigen Strecken<br />
St. Gallen – Winterthur und<br />
Bern – Lausanne in weniger als<br />
einer Stunde zu durchfahren<br />
und damit für den Stundentakt<br />
Vollknoten zu schaffen, müssen<br />
die Fahrzeiten dort kürzer<br />
werden. Die SBB hat deshalb<br />
als Erprobungsträger für bogenschnelleres<br />
Fahren einen<br />
Doppelstockwagen Typ Intercity<br />
2000 mit Prototyp-Drehgestellen<br />
mit der von Bombardier<br />
neu entwickelten Wankkompensation<br />
(Wako, eingetragener<br />
Markenname von Bombardier)<br />
ausrüsten lassen. Diese<br />
Technik gleicht bei 10 bis 15 %<br />
höherer Geschwindigkeit in<br />
Gleisbögen die höhere Seitenbeschleunigung<br />
in den Fahrgasträumen<br />
voll aus. Dabei<br />
führt der über dem Schwerpunkt<br />
liegende virtuelle Drehpunkt<br />
zu so ge ringem Ausschlag<br />
im oberen Bereich, dass<br />
auch Doppelstockwagen die<br />
Fahrzeugumgrenzungslinie<br />
einhalten. Von Januar bis Anfang<br />
Mai 2011 hat der Versuchszug<br />
auf SBB-Hauptstrecken<br />
über 10 000 km<br />
störungsfrei zurückgelegt. In<br />
dieser Zeit bewerteten 450<br />
Versuchspersonen den Fahrkomfort<br />
im oberen wie im<br />
Brenner-Basistunnel<br />
Am 18. April 2011 hat die<br />
österreichische Bundesregierung<br />
mit den ÖBB einen Finanzierungsvertrag<br />
zum Bau<br />
des Brenner-Basistunnels (BBT)<br />
geschlossen und den endgültigen<br />
Bauauftrag erteilt. Der<br />
Tunnel gilt als Kernstück der<br />
TEN-Magistrale 1 Berlin –<br />
München – Verona – Rom –<br />
Palermo. Die EU trägt bisher<br />
50 % der Planungskosten und<br />
27 % der Investitonen bis<br />
2013, danach muss neu verhandelt<br />
werden. Von der EU<br />
nicht finanzierte Anteile übernehmen<br />
Österreich und Italien<br />
hälftig, obwohl der österreichische<br />
Abschnitt etwas länger<br />
ist. Die seit 2004 bestehende<br />
Planungs- und Baugesellschaft<br />
Brenner-Basistunnel Societas<br />
Europaea (BBT SE) verlegt<br />
ihren Sitz von Innsbruck nach<br />
Bozen. Sie gehört jetzt zu<br />
Liberalisierungsindex Bahn 2011<br />
Der Liberalisierungsindex<br />
(LIB-Index) kennzeichnet den<br />
Stand der relativen Marktöffnung<br />
der Schienenverkehrsmärkte<br />
der Europäischen<br />
Union sowie Norwegens und<br />
der Schweiz. Er ergibt sich,<br />
indem eine Studie die gesetzlichen<br />
und faktischen Marktzugangsbarrieren<br />
aus der<br />
Sicht eines Eisenbahnverkehrsunternehmens<br />
(EVU)<br />
untersucht, das in den Markt<br />
eintreten möchte. Die verschiedenen<br />
Kriterien werden<br />
im Erg<strong>eb</strong>nis für jedes Land in<br />
einem Indexwert g<strong>eb</strong>ündelt,<br />
unteren Deck durchweg positiv;<br />
die in den Neigezügen ICN oft<br />
beklagte Übelkeit bleibt aus.<br />
Das jetzige Versuchsprogramm<br />
läuft noch bis August<br />
2011. Ab Ende 2012 sollen<br />
zwei der im Vorjahr bestellten<br />
neuen Fernverkehrs-Doppelstockzüge<br />
mit Wako eine rund<br />
einjährige Typenprüfung beginnen<br />
und ab Ende 2013 zwei<br />
Jahre lang im fahrplanmäßigen<br />
Einsatz ihre Betri<strong>eb</strong>stauglichkeit<br />
beweisen, allerdings<br />
noch ohne höhere Bogengeschwindigkeit.<br />
Ein Entscheid<br />
über Wako soll voraussichtlich<br />
Mitte 2016 fallen. Ob alle 59<br />
im vorigen Jahr bestellten<br />
Züge für knapp 100 Mio. CHF<br />
damit ausgerüstet werden,<br />
hängt auch davon ab, ob eine<br />
Gesamtfinanzierung gelingt.<br />
Zwar lassen sich die Infrastrukturmaßnahmen<br />
für die kürzeren<br />
Fahrzeiten mit Wako-Zügen<br />
etwa halbieren, sie werden<br />
aber immer noch<br />
1,2 Mrd. CHF erfordern.<br />
rrr<br />
50 % den ÖBB, zu 42 % der FS<br />
und im Übrigen den Provinzen<br />
Bozen, Trient und Verona.<br />
Der Haupttunnel wird zwischen<br />
den Portalen Innsbruck<br />
und Franzensfeste (Fortezza)<br />
rund 55 km lang, mit der 1994<br />
eröffneten Umfahrung Innsbruck<br />
sind es knapp 64 km. Ein<br />
rund 200 m langes zweigleisiges<br />
Stück des BBT war schon<br />
damals mitg<strong>eb</strong>aut worden<br />
und erfordert nach heutigen<br />
europäischen Richtlinien noch<br />
einen parallelen Rettungsstollen.<br />
Der Vortri<strong>eb</strong> der beiden<br />
eingleisigen Röhren soll 2016<br />
von der Mitte aus beginnen,<br />
wofür südlich von Steinach am<br />
Brenner kürzlich bei Wolf der<br />
Zugangsstollen in Angriff genommen<br />
wurde. Das gesamte<br />
Tunnelsystem soll 2025 fertig<br />
sein und 8 Mrd. EUR kosten.<br />
rrr<br />
nach dem sich dessen Zuordnung<br />
in eine Gruppe ergibt.<br />
Die Studien werden von IBM<br />
Global Business Services zusammen<br />
mit der Humboldt-<br />
Universität Berlin durchgeführt.<br />
Nach 2002, 2004 und<br />
2007 liegt nun seit Januar<br />
2011 die vierte Studie vor. Zur<br />
Gruppe Fortgeschrittene<br />
Marktöffnung gehören in<br />
LIB-Indexfolge Schweden,<br />
Großbritannien, Deutschland,<br />
Dänemark, Niederlande und<br />
Österreich, die Gruppe Marktöffnung<br />
im Zeitplan umfasst<br />
15 Länder und die Gruppe<br />
212 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong> Journal<br />
Verzögerte Marktöffnung<br />
wiederum sechs Länder mit<br />
Schlusslicht Irland. Frankreich<br />
rangiert nur knapp über der<br />
letzten Gruppe. Insgesamt<br />
hat sich das Bild verbessert,<br />
jedoch beträgt die Spanne<br />
der Indexwerte zwischen<br />
bestem und schlechtesten<br />
Land noch fast 2 : 1.<br />
Güterwagengeschäft im Umbruch<br />
Der Weltmarkt für Güterwagen<br />
ist stark in Bewegung –<br />
so die Analyse der SCI Verkehr<br />
in der Studie Güterwagen –<br />
weltweite Marktentwicklungen<br />
vom Mai 2011. Das<br />
aktuelle weltweite Marktvolumen<br />
für Güterwagen liegt<br />
bei rund 8,7 Mrd. EUR p.a. im<br />
Neugeschäft und bei rund<br />
8,3 Mrd. EUR p.a. im After-Sales-Bereich.<br />
Damit liegt das<br />
Neugeschäft nach dem Einbruch<br />
2009 wieder bei gut<br />
zwei Dritteln des Spitzenjahres<br />
2008. Im Prognosezeitraum bis<br />
2015 wird der Neumarkt ein<br />
jährliches Wachstum von über<br />
10 % erreichen und den Wert<br />
von 2008 zum Ende der Periode<br />
deutlich übertreffen. Der<br />
After-Sales-Markt weist mit<br />
fast 5 % <strong>eb</strong>enfalls ein hohes<br />
jährliches Wachstum auf,<br />
getragen vor allem von den<br />
kontinuierlichen Flottenerweiterungen<br />
in Asien.<br />
Haupttreiber des Wachstums<br />
ist der GUS-Markt, dessen<br />
Umsatz erstmals sowohl<br />
den asiatischen Markt als auch<br />
den bisherigen Spitzenreiter<br />
Nordamerika übertrifft. Damit<br />
verschi<strong>eb</strong>en sich die regionalen<br />
Gewichte im weltweiten<br />
Güterwagenmarkt dramatisch.<br />
Erst nach 2015 wird der nordamerikanische<br />
Markt den ersten<br />
Platz zurückerobern. Auch<br />
in Europa zeichnen sich auf<br />
der Herstellerseite deutliche<br />
Veränderungen ab. Vor dem<br />
Analyse und Prognose des weltweiten Marktvolumens<br />
für Neufahrzeuge (Quelle: SCI Verkehr).<br />
rot Russland magenta Deutschland<br />
blau USA braun Brasilien<br />
gelb China grau Sonstige<br />
grün Indien<br />
Hintergrund einer Nachfrag<strong>eb</strong>el<strong>eb</strong>ung<br />
hat die Insolvenz<br />
des europäischen Marktführers<br />
International Railway Systems<br />
SA (IRS), Luxemburg, zu<br />
großer Verunsicherung geführt.<br />
Die verbli<strong>eb</strong>enen Anbieter<br />
kämpfen um Marktanteile<br />
und bemühen sich auch mit<br />
Blick auf den bevorstehenden<br />
Markteintritt des chinesischpolnischen<br />
Joint Ventures<br />
CNR Cargo um eine gute Ausgangsposition.<br />
Alle Marktregionen wurden<br />
durch die Krise in Mitleidenschaft<br />
gezogen, die tatsächlichen<br />
Auswirkungen auf<br />
die Marktentwicklung sind in<br />
den einzelnen Regionen sehr<br />
unterschiedlich. Der europäische<br />
Güterwagenmarkt reagierte<br />
aufgrund bestehender<br />
Lieferverträge relativ langsam<br />
auf den Rückgang der Transportnachfrage,<br />
die beginnende<br />
Erholung ist deshalb weniger<br />
prägnant als in anderen<br />
Regionen. Mittelfristig wird<br />
die Nachfrage nach Güterwagen<br />
in Europa jedoch signifikant<br />
ansteigen. Die Hersteller<br />
müssen sich für den kommenden<br />
Aufschwung jetzt in Position<br />
bringen. Der bisherige europäische<br />
Marktführer IRS hatte<br />
im Zeitraum 2006 bis 2010<br />
einen Marktanteil von knapp<br />
20 %, fast doppelt soviel wie<br />
der größte Wettbewerber Tatravagonka.<br />
IRS geriet 2010 im<br />
Zuge der Krise durch Stornierungen<br />
wichtiger<br />
Aufträge bei bereits<br />
zuvor bestehenden<br />
Überkapazitäten in<br />
wirtschaftliche<br />
Schieflage. Nordamerika<br />
kämpft<br />
nach dem dramatischen<br />
Markteinbruch<br />
2009 noch<br />
mit den Folgen der<br />
Transportmarktkrise,<br />
die Erholung gewinnt<br />
jedoch mo-<br />
mentan deutlich an Fahrt. In<br />
Asien sorgen die Wachstumsnationen<br />
China und Indien für<br />
kontinuierlich steigende<br />
Marktvolumina, nachdem die<br />
Krise lediglich eine vorübergehende<br />
Verlangsamung der<br />
Entwicklung bewirkt hat. Die<br />
erstaunlichste Entwicklung<br />
zeigt jedoch der russische Güterwagenmarkt,<br />
der nach einem<br />
besonders scharfen Rückgang<br />
Anfang 2009 praktisch<br />
noch im gleichen Jahr auf den<br />
vorherigen steilen Wachstumskurs<br />
zurückkehrte. Der GUS-<br />
Markt erl<strong>eb</strong>t damit eine nachhaltige<br />
Renaissance.<br />
Neue Stadtbahnzüge S70 für Houston<br />
Die Betreibergesellschaft<br />
Houston Metro, Texas, will den<br />
Fahrzeugpark für die Stadtbahn<br />
erweitern und hat Siemens<br />
(SIM) im April 2011 mit<br />
der Lieferung von 19 Stadtbahnzügen<br />
S70 im Wert von<br />
83 Mio. USD beauftragt. Houston<br />
Metro besitzt bereits 18<br />
dieser Stadtbahnfahrzeuge,<br />
die von der Plattform Avanto<br />
abgeleitet sind und zum Beispiel<br />
mit einer leistungsstarken<br />
Klimaanlage und einem hydraulisch<br />
verstellbaren Einstiegsbereich<br />
an die Einsatzbedingungen<br />
in Houston<br />
angepasst wurden. S70-Stadtbahnzüge<br />
sind sechsachsige<br />
Zweirichtungsfahrzeuge mit<br />
Drehstromantri<strong>eb</strong> und modernem<br />
Fahrgastinformationssystem,<br />
die im kalifornischen<br />
Werk Sacramento gefertigt<br />
und ab Oktober 2012 ausgeliefert<br />
werden sollen.<br />
Das Stadtbahnsystem Houston<br />
mit 12 km Streckenlänge<br />
und 16 Stationen ist seit Januar<br />
2004 in Betri<strong>eb</strong>. Täglich werden<br />
rund 35 000 Fahrgäste befördert.<br />
Im Rahmen eines Turn-<br />
Tabelle: Ausgewählte technische Daten der Stadtbahnfahrzeuge<br />
S70 Houston.<br />
Spurweite<br />
1 435 mm<br />
Länge über Kupplung<br />
29 370 mm<br />
Breite des Wagenkastens<br />
2 650 mm<br />
Höhe, Stromabnehmer gesenkt<br />
3 870 mm<br />
Fahrzeugmasse leer<br />
44 679 kg<br />
Fahrleitungsspannung<br />
<strong>DC</strong> 750 V<br />
Motorleistung<br />
4 x 130 kW<br />
Maximale Betri<strong>eb</strong>s geschwindigkeit<br />
66 mph/106 km/h<br />
maximale Beschleunigung<br />
1,34 m/s²<br />
maximale Verzögerung<br />
2,20 m/s²<br />
maximale Steigung 7 %<br />
Fahrgastkapazität 241<br />
davon Sitzplätze 72<br />
davon Rollstuhlplätze 4<br />
Stadtbahnzug S70 Houston. (Foto: Siemens).<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
213
Journal <strong>Bahnen</strong><br />
key-Projektes hat SIM die Infrastruktur<br />
des Stadtbahnsystems<br />
verantwortlich errichtet. Dazu<br />
gehörten auch die Anlagen der<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung, die<br />
Oberleitungsanlagen und die<br />
Einrichtungen der Signal- und<br />
Kommunikationstechnik.<br />
Weiter Holzsitze bei der Zürcher Straßenbahn<br />
In Umfragen einer Zürcher<br />
Zeitung und der Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e,<br />
an denen sich rund<br />
7 000 und 2 600 Personen<br />
beteiligten, votierten 87 %<br />
und 81 % der Befragten für<br />
Holzsitze in einer kommenden<br />
Trambahnserie, und<br />
zwar vor allem aus hygienischen<br />
Gründen. Der Betreiber<br />
wird entsprechend ausschreiben.<br />
Gotthard-Basistunnel ganz durchschlagen<br />
Rund fünf Monate nach der<br />
Oströhre ist seit 23. März 2011<br />
gegen Mittag auch die Weströhre<br />
des Gotthard-Basistunnels<br />
ganz durchschlagen. Nun<br />
folgt überall der Einbau der<br />
Bahntechnik, auch in den<br />
beiden offenen Streckenabschnitten<br />
zum Anschluss an<br />
die Stammstrecke. Im Teilabschnitt<br />
Bodio Weströhre sind<br />
seit Ende März feste Fahrbahn<br />
und Kabel fertig verlegt. Für<br />
das mit allen Stollen und<br />
Schächten 152 km lange Tunnelsystem<br />
wurden 28 Mio. t<br />
Gestein ausg<strong>eb</strong>rochen, davon<br />
über die Hälfte mit Tunnelbohrmaschinen.<br />
Der betri<strong>eb</strong>sbereite<br />
Tunnel soll im<br />
Mai 2016 der SBB überg<strong>eb</strong>en<br />
werden. Im Ceneri-Basistunnel<br />
ist rund ein Drittel des Tunnelsystems<br />
ausg<strong>eb</strong>rochen.<br />
Energie und Umwelt<br />
Prüfanlage für 90-m-Rotorblätter<br />
Nach der 2009 eröffneten<br />
Prüfhalle für bis zu 70 m lange<br />
Rotorblätter von Windkraftanlagen<br />
nimmt das<br />
Fraunhofer-Institut für Windenergie<br />
und Energiesystemtechnik<br />
IWES in Bremerhaven<br />
im Frühsommer eine weitere,<br />
fast 30 m hohe Prüfhalle für<br />
Blätter bis 90 m Länge in<br />
Betri<strong>eb</strong>. Herzstück ist ein<br />
knapp 1 000 t schwerer, hydraulisch<br />
zu kippender Stahlbetonblock.<br />
Dieser kann den<br />
am Flasch verschraubten<br />
Prüfling an der Blattspitze bis<br />
25 m durchbiegen, wobei auf<br />
dem Hallenboden montierte<br />
Hydraulikzylinder die Kräfte<br />
kontrollieren. Rund vier Monate<br />
dauert eine Prüfung mit<br />
allen Extrembelastungs- und<br />
Langzeittests, welche die<br />
20-jährige Betri<strong>eb</strong>sdauer<br />
simulieren. Laut Betreiber der<br />
Anlage gibt es in keinem<br />
anderen rotierenden technischen<br />
System so viele Lastwechsel<br />
mit derart hohen<br />
Materialbelastungen.<br />
die drei vorhandenen Kernkraftwerke<br />
überprüft. Auch<br />
sind die Rahmenbewilligungsverfahren<br />
für zwei Nachfolgewerke<br />
angehalten [1], bis die<br />
dafür zu Grunde zu legenden<br />
Sicherheitsstandards überprüft<br />
und angepasst worden sind.<br />
Quelle: Bulletin SEV/VSE<br />
101 (2011), Nr. 4, S. 25.<br />
[1] N. N.: Wasserkraft und Kernkraft<br />
in den Alpenländern.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 107<br />
(2009), H. 3, S.160.<br />
Vergrößerung Nant de Drance genehmigt<br />
Das Eidgenössische Departement<br />
für Umwelt, Verkehr,<br />
Energie und Kommunikation<br />
(Uvek) hat im April 2011 bewilligt,<br />
das Pumpspeicherwerk<br />
Nant de Drance mit sechs statt<br />
vier 150-MW-Maschi nengruppen<br />
zu bauen. Zugleich<br />
genehmigte es, die 45 m hohe<br />
Staumauer des Oberbeckens<br />
Vieux-Emosson um 21,5 m zu<br />
erhöhen und damit die bisher<br />
14 Mio. m 3 Stauraum zu verdoppeln<br />
(Bild 3 in [1]). Drei Gemeinden<br />
hatten ihre Einwendungen<br />
zurückgezogen, wofür<br />
die Bauherrin Nant de Drance<br />
SA sich zu weiteren Umweltkompensationsmaßnahmen<br />
für<br />
rund 10 Mio. CHF verpflichtete.<br />
An der Gesellschaft haben<br />
Alpiq 54 %, SBB 36 % und<br />
Kanton Wallis 10 % Anteile. Die<br />
Leistungssteigerung ist vornehmlich<br />
für die SBB bestimmt,<br />
deren dichtere Taktfahrpläne<br />
und modernere Züge bis 2030<br />
rund 40 % mehr Traktionsleistung<br />
erfordern. An der schrittweisen<br />
Inbetri<strong>eb</strong>nahme ab<br />
2016 soll sich nichts ändern, die<br />
Verteuerung von bisher<br />
990 Mio. CHF soll erst nach<br />
formellem Unternehmensbeschluss<br />
genannt werden.<br />
[1] Pfander, J.-P.: SBB-<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
und Pumpspeicherwerk<br />
Nant de Drance.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 106<br />
(2008), H. 11, S. 508–513; 107<br />
(2009), H. 1-2, S. 104.<br />
Foto: Fraunhofer-Gesellschaft.<br />
Kernkraftwerke in der Schweiz<br />
Nach den Ereignissen im japanischen<br />
Kernkraftwerk Fukushima<br />
werden in der Schweiz<br />
Bahnstromnetz für Windenergietransport?<br />
In den vergangenen Wochen<br />
kursierten Medienmeldungen<br />
über Vorschläge, das knapp<br />
8 000 km lange 110-kV-Bahnstromleitungsnetz<br />
der DB<br />
Energie in die Erweiterungsplanungen<br />
für die öffentlichen<br />
Übertragungsnetze in<br />
Deutschland einzubeziehen.<br />
Dazu stellte der Präsident der<br />
Bundesnetzagentur, Matthias<br />
Kurth, in der – inhaltlich sehr<br />
sachlichen – Sendung Forum<br />
Wirtschaft des TV-Senders<br />
Phönix am 22. Mai 2011 klar,<br />
die dazu angelaufenen Unter-<br />
214 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Energie und Umwelt Journal<br />
suchungen zielten nicht auf<br />
eine technische Mitbenutzung<br />
der Bahnstromleitungen. Vielmehr<br />
werde geprüft, ob und<br />
Fotovoltaik in der Schweiz<br />
Die Prättigauer Gemeinde<br />
St. Antönien (1 459 m ü.M.,<br />
360 Bewohner) will bis 2013<br />
für 20 Mio. CHF die erste<br />
schweizerische Fotovoltaikanlage<br />
an Lawinenverbauungen<br />
bauen, die sich 12 km über<br />
dem Dorf erstrecken. Beteiligt<br />
an dem Projekt sind die Bündner<br />
Re<strong>power</strong> und die BKW-<br />
inwieweit die Trassen dieser<br />
Leitungen geeignet sind, zusätzliche<br />
Hochspannungsleitungen<br />
aufzunehmen.<br />
Tochter Sol-E Suisse. Mit vorerst<br />
0,3 Mio. CHF soll ab<br />
Sommer 2012 an einer Testinstallation<br />
geklärt werden, wie<br />
sich die Module bei eisiger<br />
Kälte und Verwehungen<br />
verhalten. Eine kleine Testanlage<br />
auf dem Jungfraujoch<br />
hat bestätigt, dass durch<br />
Kälte und Sonnenreflexion<br />
des Schnees gerade im Winter<br />
deutlich höhere Erträge entstehen<br />
als sonst, während der<br />
Schnee auf den Panels rasch<br />
schmilzt oder abrutscht. Anlagen<br />
in alpiner Höhe haben<br />
dadurch nur etwa 10 % weniger<br />
Jahresertrag als vergleichbare<br />
in Mittelmeerländern.<br />
Raumplanerisch sind die Auswirkungen<br />
auf Grundwasser<br />
und Vegetation oder die<br />
Blend wirkung der Panels auf<br />
Wildtiere abzuklären.<br />
Die Planer rechnen mit<br />
≈360 MWh/a pro 1 km Lawinenverbau<br />
und schätzen, dass<br />
zwischen 5 und 25 % der total<br />
600 km vorhandener Längen<br />
genutzt werden können. Das<br />
realisierbare Gesamtpotenzial<br />
der Fotovoltaik in der Schweiz<br />
wird für 2050 auf 8 bis<br />
12 TWh/a geschätzt, was 14<br />
bis 21 % des heutigen Strombedarfs<br />
oder ein Drittel bis<br />
die Hälfte der heutigen Menge<br />
aus Kernkraft bedeutet.<br />
Für den oberen Wert würden<br />
rund 100 km 2 Paneelfläche benötigt.<br />
Quelle: NZZ vom 2. April 2011.<br />
Personen<br />
Neue Arbeitsdirektorin bei Bombardier Transportation Deutschland<br />
Der Aufsichtsrat Bombardier<br />
Transportation (BT) hat Dr. Susanne<br />
Kortendick zum Mitglied<br />
der Geschäftsführung<br />
von BT Deutschland ernannt.<br />
Sie übernimmt innerhalb der<br />
Geschäftsführung die Position<br />
der Arbeitsdirektorin und<br />
bleibt weiterhin Personalleiterin<br />
der Division Locomotives<br />
and Equipment. Kortendick<br />
verfügt über rund 25 Jahre<br />
Berufspraxis in Leitungsfunktionen<br />
der beruflichen Aus- und<br />
Weiterbildung, der Führungskräfteentwicklung<br />
und des<br />
Personalmanagement, war<br />
unter anderem für die Deutsche<br />
Bahn tätig und ist seit<br />
2007 bei BT beschäftigt.<br />
Der bisherige Arbeitsdirektor<br />
Stefan Schönholz verlässt<br />
das Unternehmen, um sich<br />
selbstständig zu machen.<br />
Schönholz war seit 1990 für BT<br />
und Vorgängerunternehmen in<br />
leitenden Funktionen im Personalwesen<br />
tätig, zuletzt als Arbeitsdirektor<br />
und Mitglied der<br />
Geschäftsführung, seit 2006<br />
zusätzlich als Personalleiter der<br />
Division Passengers.<br />
Produkte und Lösungen<br />
Sensornetzwerk für Freileitungen<br />
Das Übertragungsvermögen<br />
von Freileitungen ist an kalten<br />
und windigen Tagen höher als<br />
bei Windflaute und hohen<br />
Temperaturen; diese Reserve<br />
kann 20 % und mehr betragen.<br />
Um sie zu nutzen, testen zwei<br />
deutsche Übertragungsnetzbetreiber<br />
derzeit ein neuartiges<br />
Foto: Fraunhofer-Gesellschaft.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
energieautarkes Sensornetzwerk<br />
zur Überwachung ihrer<br />
110-kV- und 380-kV-Leitungen.<br />
Es wird im Projekt ASTROSE<br />
gemeinsam mit den Fraunhofer-Instituten<br />
für Zuverlässigkeit<br />
und Mikrointegration IZM,<br />
Berlin, und für Elektronische<br />
Nanosysteme ENAS, Chemnitz,<br />
sowie weiteren Forschungsund<br />
Industriepartnern entwickelt.<br />
Dabei umschließt alle<br />
500 m ein zylindrischer Sensorknoten<br />
eGrain aus zwei aufgesteckten<br />
und verklemmten<br />
Halbschalen das Leiterseil. Die<br />
Energie für ihren Betri<strong>eb</strong> ziehen<br />
die Geräte aus dem elektrischen<br />
Feld. Sie messen unter<br />
anderem Neigungswinkel des<br />
Seils, womit auch gefährliche<br />
Leitungsdurchhänge infolge<br />
Eislast erfasst werden, und<br />
Stromstärke, Temperaturen<br />
sowie Windbewegungen. Die<br />
Messwerte werden an das<br />
nächste Umspannwerk gefunkt<br />
und dort in das zentrale Netzüberwachungs-<br />
und -Steuerungssystem<br />
eingespielt.<br />
Info: www.izm.fhg.de<br />
SMS-Messenger für drahtlose Fernwartung<br />
Als komfortable und leicht<br />
nachrüstbare Lösung im Bereich<br />
Fernwartung und Fernwirkung<br />
bietet Wireless Netcontrol<br />
aus Hohen Neuendorf<br />
bei Berlin das Meldegerät<br />
SMS-Messenger an. Das Gerät<br />
übermittelt Informationen<br />
einer dezentralen Anlage<br />
mittels einer programmierbaren<br />
Look-up-Tabelle als SMS<br />
an die Leitstelle, die vorhandene<br />
Anlagentechnik wird<br />
weiter verwendet. Der Betri<strong>eb</strong>singenieur<br />
empfängt die<br />
Nachricht entweder im SMS-<br />
Gateway seines PC oder direkt<br />
auf dem Mobiltelefon. Ebenso<br />
215
Journal Produkte und Lösungen<br />
können Meldungen durch die<br />
gleiche Look-up-Tabelle wieder<br />
in die Anlagen-Syntax<br />
zurückgewandelt werden.<br />
SMS-Meldegeräte sind intelligente<br />
Geräte zur Fernüberwachung<br />
oder Fernschaltung<br />
über Mobilfunk. Technische<br />
Anlagen und Sensoren werden<br />
über serielle Schnittstellen,<br />
potenzialfreie Kontakte<br />
oder analoge Ein- und Ausgänge<br />
angeschlossen. Im<br />
integrierten Steuerungspro-<br />
zessor werden die eintreffenden<br />
Werte als Melde-Ereignisse<br />
interpretiert und über ein<br />
Mobilfunk-Modem als SMS<br />
verschickt.<br />
Info: www.wireless-netcontrol.de<br />
Foto: Wireless Netcontrol.<br />
Medien<br />
Bücher<br />
Bundesministerium für Verkehr,<br />
Bau und Stadtentwicklung<br />
(Hrsg.): Verkehr in Zahlen<br />
2010/2011<br />
Hamburg: DVV Media Group,<br />
2011; 364 Seiten; 14 x 18 cm,<br />
Softcover, mit CD-ROM, € 49,80;<br />
ISBN 978-3-87514-438-3.<br />
Die neue Ausgabe des jährlichen<br />
Statistik-Handbuchs<br />
„Verkehr in Zahlen“ ist verfügbar.<br />
Das Standardwerk informiert<br />
über nahezu alle Aspekte<br />
des Verkehrs einschließlich<br />
seiner volkswirtschaftlichen<br />
Bedeutung und verschafft dem<br />
Leser als aktuelle Informationsquelle<br />
eine zuverlässige<br />
Übersicht zu allen wichtigen<br />
Daten und Fakten der Mobilität<br />
und Verkehrswirtschaft.<br />
Die CD enthält umfangreiches<br />
Datenmaterial, das sich direkt<br />
oder als Grafik leicht weiterverarbeiten<br />
lässt.<br />
Zeitschriften<br />
E-Mobilität<br />
Schwerpunktheft Bulletin SEV/<br />
VSE 101 (2011) Nr. 2<br />
Inhalt: Essor de la voiture<br />
électrique en Suisse, Impacts,<br />
forces et faiblesse de<br />
l’èlectromobilité (Elektroautos<br />
sind in der Schweiz im Trend,<br />
Auswirkungen, Stärken und<br />
Schwächen der Elektromobilität)<br />
– Elektromobilität im Tessin,<br />
Bahnbrechende Projekte<br />
sollen Wahrnehmung verändern<br />
– Bewegung innerhalb<br />
und außerhalb der Strombranche,<br />
2010 wurden verschiedene<br />
neue E-Mobi lity-Projekte<br />
gestartet – Die Mobilität von<br />
morgen, Überblick über das<br />
Potenzial von Antri<strong>eb</strong>ssystemen<br />
– Agrotreibstoffe versus<br />
Solarstrom, Ein Vergleich der<br />
Ökobilanzen alternativer<br />
Treibstoffe – Wie man heute<br />
mit der Sonne in 80 Tagen um<br />
die Welt reist, Im „Zero Emission<br />
Race“ kämpft ein Schweizer<br />
Fahrzeug mit um den Sieg –<br />
Mit der Sonne die Erde umrunden,<br />
Technische Besonderheiten<br />
des Solarflugzeugs Solar<br />
Impuls – Le concept BoostBus,<br />
Des supercapacités pour des<br />
bus électriquenes urbains effifaces<br />
(Das Konzept BoostBus,<br />
Superkapazitäten für effiziente<br />
Elektro-Stadtbusse) – Berührungslose<br />
Batterieladesysteme<br />
für Elektrofahrzeuge, Stand<br />
der Technik sowie Anforderungen<br />
bezüglich der elektromagnetischen<br />
Verträglichkeit –<br />
Kernpunkte der Elektromobilität<br />
aus Sicht der Strombranche,<br />
Eine Analyse der<br />
Ausgangslage, Ziele und Maßnahmen.<br />
Erneuerbare Energien<br />
Schwerpunktheft Bulletin SEV/<br />
VSE 101 (2011) Nr. 3<br />
Inhalt: Soziale Akzeptanz<br />
von Windenergie, Erfolgsfaktoren<br />
und Good-Practice-Beispiele<br />
aus einer Arbeitsgruppe<br />
der Internationalen Energieagentur<br />
IEA – Cellules solaires<br />
en silicium à haut rendement,<br />
L’ImT de Neuchâtel figure par-<br />
mi les leaders mondiaux en<br />
matière de recherche et de<br />
développement du photovoltaïque<br />
(Hochleistungs-Solarzellen<br />
aus Silizium, Das IMT<br />
als Spitzenreiter in Forschung<br />
und Entwicklung) – Veränderungen<br />
im europäischen Produktionspark<br />
und ihre Auswirkungen,<br />
Interpretation der<br />
neuesten Zahlen der European<br />
Wind Energy Association<br />
– Dünnschichtfotovoltaik auf<br />
der Probe, Trends bei organischen<br />
und anorganischen<br />
Halbleiter-Solarzellen – Cellules<br />
solaires en silicium réalisées<br />
en technologie „couche<br />
mince“, Développement de<br />
panneaux photovoltaïques de<br />
grand taille (Dünnschicht-Silizium-Solarzellen,<br />
Entwicklung<br />
von großflächigen Solarmodulen)<br />
– Optimierung von Regelund<br />
Fahrplanenergie, Analyse<br />
und Entscheidungsprozesse<br />
für Wasserkraftwerke – Übersicht<br />
über ein praktisch unerschöpfliches<br />
Wärmepotenzial,<br />
Technologien und Projekte<br />
zur Erschließung der Geothermie<br />
– Unterwasser-Motorpumpen<br />
in PM-Synchron technik,<br />
Vorteile von permanenterregtem<br />
Synchronmotoren.<br />
216 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Normen Journal<br />
Aktuelle Normen im Überblick<br />
Eine aktuelle Übersicht ausgewählter<br />
Normen steht ab sofort<br />
auf der W<strong>eb</strong>seite der <strong>eb</strong><br />
unter „Fachliteratur“ zum<br />
Download bereit. Die Liste<br />
enthält die Nummern und<br />
Bezeichnungen deutscher Ausgaben<br />
von Normen und Normentwürfen<br />
(Rosadrucken) zum<br />
Thema „Bahnanwendungen“,<br />
die auf europäischen oder<br />
internationalen Normen und<br />
Normentwürfen des CENELEC/<br />
TC 9X „<strong>Elektrische</strong> und Elektronische<br />
Ausrüstungen von <strong>Bahnen</strong>“,<br />
des IEC/TC 9 „<strong>Elektrische</strong><br />
Ausrüstungen von <strong>Bahnen</strong>“<br />
oder anderer Normungsgremien<br />
basieren und zusätzlich als<br />
VDE-Bestimmungen veröffentlicht<br />
wurden. Veränderungen<br />
seit Anfang 2011 sind besonders<br />
gekennzeichnet,<br />
Informationsstand ist der<br />
11. Mai 2011. Zu beziehen sind<br />
die in der Übersicht gelisteten<br />
Normen über den VDE-Verlag in<br />
Berlin.<br />
Download der Übersicht:<br />
www.<strong>eb</strong>-elektrische-bahnen.de<br />
Weitere Info: www.vde-verlag.de<br />
Kommentare<br />
zu <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> im Jahre 1936 – Teil 1<br />
In <strong>eb</strong> Heft 3/2011 sind einige<br />
der Angaben auf Seite 166 über<br />
die ersten 3-kV-Einheitslokomotiven<br />
der Italienischen Staatsbahnen<br />
in italienischer Fachliteratur<br />
aus den Jahren 1975 bis<br />
2010 anders dargestellt:<br />
• Die Lokomotive E 626 war<br />
nicht für 90 km/h Höchstgeschwindigkeit<br />
zugelassen,<br />
sondern von Anfang an für<br />
95 km/h.<br />
• Auf den Bau der zunächst<br />
vorgesehene E 424 wurde<br />
damals verzichtet; diese<br />
Nummer erhielt eine völlig<br />
anders konstruierte, in den<br />
Jahren 1943 bis 1951 abgelieferte<br />
Serie.<br />
• Die E 326 und E 428 waren<br />
zwar für 150 km/h Höchstgeschwindigkeit<br />
konstruiert,<br />
sind aber wegen schlechter<br />
Laufeigenschaften bei<br />
hohen Geschwindigkeiten<br />
und damit verbundener<br />
hoher Oberbaubeanspruchung<br />
nie im Regelverkehr<br />
damit gefahren. Das Verkehrsministerium<br />
hatte 1934<br />
die E 326 noch für 130 km/h<br />
zugelassen, die FS jedoch<br />
sogleich nur für 120 km/h,<br />
dann ab 1936 für 105 km/h<br />
und 1963 nur noch für<br />
90 km/h.<br />
• Die Radsatzlast war nicht<br />
einheitlich 16,0 t, sondern<br />
bei der E 626 real 15,0 bis<br />
15,5 t, und die Messung bei<br />
einer E 326 ergab für die<br />
Laufradsätze zwischen 13<br />
und 14 t und für die<br />
Treibradsätze 20,2 t.<br />
• Die Fahrmotoren für E 326<br />
und E 626 sind nur elektrotechnisch<br />
gleich, haben<br />
jedoch als Gestell- und als<br />
Tatzlagermotor unterschiedliche<br />
Gehäuse.<br />
• Die E 626 hatte nicht die<br />
Radsatzfolge Bo‘Bo‘Bo‘,<br />
sondern Bo‘Bo Bo‘.<br />
Georg Schwach,<br />
Villingen-Schwenningen<br />
Anmerkung der Redaktion:<br />
Die Rezensenten zur <strong>eb</strong>-Kolumne<br />
Historie werten die<br />
Originalbeiträge in den <strong>eb</strong>-<br />
Jahrgängen vor 100, 75, 50<br />
und 25 Jahren aus und kommentieren<br />
diese. Sie ergänzen<br />
oder korrigieren dabei aber<br />
nur ausnahmsweise, denn<br />
systematische Sachprüfung ist<br />
natürlich ausgeschlossen.<br />
Kommentare sind deshalb<br />
stets willkommen, deren Verfasser<br />
müssen aber ihrerseits<br />
sehr quellenkritisch sein.<br />
Berichtigung<br />
Bei der Bearbeitung des Aufsatzes<br />
der Autoren Reichmann<br />
und Raubold in Heft 4-5 ist der<br />
Redaktion ein Fehler unterlaufen:<br />
In den Bildunterschriften<br />
der Bilder 5 und 6 muss es<br />
richtig lauten:<br />
„Stromabnehmerabstand“<br />
anstatt „Stützpunktabstand“.<br />
Die Redaktion bittet die Autoren<br />
und die Leser diesen Fehler<br />
zu entschuldigen.<br />
Blindleistung<br />
Einschlägige Sprache<br />
„Aufgrund des Eilbedürfnisses<br />
zur Sicherstellung des einschränkungsfreien<br />
Eisenbahnbestri<strong>eb</strong>es<br />
bei Wetterbedingungen,<br />
die niedriege Reibwerte<br />
verursachen, wird ein<br />
Beschleunigtes Verhandlungsverfahren<br />
zur Erhöhung der<br />
Fahrzeugverfügbarkeit, der<br />
Reduzierung von Schäden und<br />
der Sicherstellung des Verkehrsauftrages<br />
eingeschlagen.“<br />
(Aus Ausschreibungstext<br />
im EU-Amtsblatt,<br />
buchstabengetreu).<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
217
Journal Historie<br />
Bei diesem Jahrgang fällt die<br />
mit 26 sehr geringe Zahl der<br />
Haupttitel auf, und zwar bei<br />
praktisch gleicher Seitenzahl<br />
wie in den fünf Jahren davor.<br />
Dort hatte es aber im Jahr<br />
durchschnittlich 33 und in den<br />
ersten sechs Jahren des Wiedererscheinens<br />
ab 1950 sogar<br />
im Mittel 50 Haupttitel geg<strong>eb</strong>en.<br />
Grund dafür war, dass<br />
1961 elf Arbeiten, also fast die<br />
Hälfte, mit 11 bis 24 Seiten<br />
ungewöhnlich lang waren, was<br />
fallweise kommentiert wird.<br />
Der Leitbeitrag [1] meldete<br />
die Umstellung der Höllentalund<br />
Dreiseenbahn von 20 kV<br />
50 Hz auf 15 kV 16 2 / 3<br />
Hz. Unter<br />
den knapp 320 km neu elektrifizierter<br />
Strecken war der Insel<strong>eb</strong><br />
– <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> im Jahre 1961 – Teil 1<br />
Bild 1: Spannungstrennstelle Bahnhof<br />
Überherrn 1960 (Bild 8 in [1]).<br />
Abschnitte zwischen vier Streckentrennern<br />
neutral – bahngeerdet<br />
– neutral, dahinter Ankündigung<br />
Anfang 16 2 / 3<br />
Hz und Signal Hauptschalter<br />
ein erlaubt<br />
Bild 2: Auslegermontage anno<br />
1960, Bezirk Frankfurt (Main)<br />
(Bild 15 in [1]).<br />
betri<strong>eb</strong> im Saarland, der über<br />
die 128 km lange 110-kV-Bahnstromleitung<br />
vom Unterwerk<br />
(Uw) Bingen im Stich versorgt<br />
wurde und an zwei Stellen an<br />
das 25-kV-Fahrleitung snetz der<br />
SNCF grenzte. Anders als die<br />
Trennstelle auf der freien Strecke<br />
Saarbrücken – Forbach<br />
durften diejenigen im Grenzbahnhof<br />
Überherrn mit nur<br />
ausgeschaltetem Hauptschalter<br />
befahren werden (Bild 1), weil<br />
die DB-Zweifrequenzlokomotiven<br />
sich im ganzen Bahnhof<br />
mit gehobenem DB-Stromabnehmer<br />
bewegten.<br />
Im Gange waren Elektrifizierungsarbeiten<br />
auf der rechten<br />
Rheinstrecke, auf weiteren<br />
Strecken zwischen Köln und<br />
Hamm, von Hagen nach Siegen<br />
und von Hanau nach B<strong>eb</strong>ra<br />
(Bild 2), vorbereitet wurden<br />
die Verlängerungen über Hannover<br />
nach Bremerhaven und<br />
Hamburg. Vom linksrheinischen<br />
Uw Bingen war eine<br />
15-kV-Kabelkreuzung im Rhein<br />
zur rechtsrheinischen Strecke<br />
entstanden. Mit 77 gelieferten<br />
Serienlokomotiven war deren<br />
Bestand auf 450 von 966 bestellten<br />
gewachsen. Bemerkenswert<br />
ist angesichts der<br />
heutigen Entwicklungen, dass<br />
die DB 39 neue Akkumulatortri<strong>eb</strong>wagen<br />
(ETA) für 36 ausgemusterte<br />
bekommen und<br />
noch 27 weitere bestellt hatte.<br />
Dazu war eine gleisfahrbare<br />
Ladestation für Anschluss an<br />
15 kV 16 2 / 3<br />
Hz gekommen.<br />
Mit [2] wurde die Beschreibung<br />
des Dampfkraftwerkes<br />
Düsseldorf-Lausward aus 1960<br />
fortgesetzt und abgeschlossen.<br />
Schwerpunkte waren jetzt die<br />
Sicherheitseinrichtungen sowie<br />
der 16 2 / 3<br />
-Hz-Teil und dabei besonders<br />
der zweite Bahnstromgenerator<br />
mit von 25 auf<br />
34 MW gesteigerter Leistung.<br />
Der 20 Seiten lange Beitrag<br />
[3] war de facto ein komprimiertes<br />
Fachbuch zum Thema,<br />
das von den Anfängen bis zum<br />
aktuellen Stand alle wichtigen<br />
Aspekte des Aufbaus und der<br />
Physik der Objekte anschaulich<br />
darstellte und auch bewertete.<br />
Der thematisch passend folgende<br />
Bericht [6] verglich die<br />
Bild 3: Weichenheizleistungen (Bild 10 aus [5]).<br />
in Frage gekommenen Bauarten<br />
von „Höchstspannungskabeln“,<br />
erklärte die Entscheidung<br />
für den gewählten Typ<br />
und beschri<strong>eb</strong> dessen Aufbau<br />
und Eigenschaften sowie Verlegung,<br />
Montage und Prüfungen<br />
im Anwendungsfall.<br />
Mit der fortschreitenden<br />
Streckenelektrifizierung konnten<br />
auch elektrische Weichenheizungen<br />
wirtschaftlich aus<br />
dem Fahrleitungsnetz versorgt<br />
werden; ihr Anschluss an die<br />
öffentliche Versorgung war<br />
und ist wegen der im Jahresverlauf<br />
extrem geringen Nutzung<br />
nur in Ausnahmefällen<br />
vertretbar. N<strong>eb</strong>en der Technik<br />
zeigte [5] auch Leistungsdaten<br />
(Bild 3), die gerade<br />
im vergangenen<br />
Winter Gesprächsstoff<br />
boten.<br />
Als epochal galt<br />
seinerzeit der Bericht<br />
[9], dessen Themen<br />
den Umfang<br />
rechtfertigten. Auslöser<br />
waren ein<br />
Wunsch des ORE, die<br />
Kraftmessmethoden<br />
verschiedener europäischer<br />
<strong>Bahnen</strong> direkt<br />
zu vergleichen,<br />
und die kommende<br />
Bo’Bo‘-Lokomotivserie<br />
Re 4/4 II, die trotz<br />
20 t Radsatzlast<br />
möglichst hohe Geschwindigkeit<br />
in den vielen 300-m-Bögen<br />
besonders auf der Gotthardbahn<br />
erlauben sollte. Die gezeigten,<br />
leider hier nicht gut<br />
reproduzierbaren Erg<strong>eb</strong>nisse<br />
zeigten deutlich den Einfluss<br />
verschiedener Radsatzlagerungen<br />
und der Drehgestellkupplung,<br />
besonders aber auch der<br />
Gleislagequalität.<br />
Schweizerisch knapp und<br />
präzise war die Vorstellung<br />
neuer Fahrzeuge für die 9 km<br />
lange, mit 70 ‰ „steilste normalspurige<br />
Adhäsionsbahn Europas“<br />
in Zürich [4]. Sie benutzt<br />
auf 1 km Länge die mit<br />
15 kV 16 2 / 3<br />
Hz betri<strong>eb</strong>ene Sihltalbahn<br />
mit (Bild 4). Die<br />
Bild 4: Tri<strong>eb</strong>wagen Be 4/4 Uetlibergbahn für<br />
<strong>DC</strong> 1 200 V mit außermittigem Stromabnehmer<br />
(Bild 7 in [4]).<br />
218 109 (2011) Heft 6 <strong>eb</strong>
Historie Journal<br />
Bild 5: Niederspannungsstufensteuerung<br />
EEC-Lokomotive für British<br />
Rail (Bild 8 in [10]).<br />
Tabellenspalten von links:<br />
Fahrstufen von 0 bis 40 – Stellung<br />
langsame Schaltwerk-Hilfswelle<br />
Stufe 0 bis 31 und dann 0 bis 22<br />
– Stellung schnel le Hilfswelle mehrfach<br />
0 bis 7 oder 6;<br />
von rechts: Feldschwächschütze für<br />
Fahrstufen 0 bis 38 und für 39 und<br />
40 – Gruppenschalter für feste und<br />
für Stufenwicklungen Hauptumspanner<br />
sekundär<br />
elektrotechnischen Besonderheiten<br />
der Fahrleitungsanlagen<br />
und der Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge hierfür<br />
sind gerade wieder aktuell.<br />
Im Kontrast dazu stand der<br />
Konferenzbericht [10], mit 24<br />
Seiten der umfangreichste Beitrag<br />
des Jahres. Die persönlichen<br />
Kontakte unter den<br />
Obermaschinen ingenieuren<br />
der europäischen <strong>Bahnen</strong> waren<br />
damals sehr eng und verpflichteten<br />
somit. Ferner war<br />
Großbritannien das zweite<br />
Land nach Frankreich, das sich<br />
1956 bei seinen weiteren Streckenelektrifizierungen<br />
für<br />
1 AC 50 Hz entschieden hatte;<br />
vermutlich galt also das Treffen<br />
als ähnlich wichtig wie<br />
1956 die Tagung in Lille. Der<br />
Bericht stellte die Konzepte<br />
fünf neuer Bo’Bo‘-Lokomotivbaureihen<br />
für 25 kV / 6,25 kV<br />
50 Hz vor mit ausführlicher<br />
Kenndatentabelle, großformatigen<br />
Hauptstromschaltbildern<br />
und Zugkraft-Geschwindigkeit-Diagrammen<br />
sowie natür-<br />
lich Texten. Zur Umwandlung<br />
dienten überwiegend noch<br />
mehranodige oder einanodige<br />
Hg-Gleichrichter (Bild 5). Das<br />
Funktionsschema eines zugehörigen<br />
Niederspannungs-Nockenschaltwerks<br />
vermittelt<br />
eine Ahnung vom damaligen<br />
Aufwand bei den elektromechanischen<br />
Stufensteuerungen<br />
(Bild 6). Nur eine der Serien<br />
sollte Halbleitergleichrichter<br />
bekommenn – wobei noch offen<br />
war ob Ge- oder Si-Zellen<br />
– und nur diese eine elektrische<br />
Widerstandsbremse. Hintergedanke<br />
der <strong>eb</strong>-Herausg<strong>eb</strong>er<br />
mag aber auch der Unterschied<br />
zu aktuellen deutschen<br />
Lokomotiven gewesen sein,<br />
die schon durchweg Si-Gleichrichter<br />
und Widerstandsbremse<br />
hatten. Eine solche Beschreibung<br />
in den Heften 4<br />
und 5 wird im Teil 2 zusammen<br />
mit gleichartigen Beiträgen<br />
referiert [7].<br />
Die Si-Gleichrichter drangen<br />
auch in den Unterwerken<br />
von <strong>DC</strong>-<strong>Bahnen</strong> vor (Bild 7) [8].<br />
Über die neue Zugspitz-<br />
Seilbahn erfuhr man in [11] etwas<br />
zur Vorgeschichte sowie<br />
einige Hauptdaten (Bild 8,<br />
Tabelle 1).<br />
Das recht ausführliche Referat<br />
zum Geschäftsjahr 1960<br />
bei der DB [12] meldete wichtige<br />
Betri<strong>eb</strong>s- und Finanzdaten,<br />
darunter um 13 % gegen<br />
Vorjahr auf 6,2 Mrd. DEM gestiegene<br />
Fremdverbindlichkeiten<br />
als Folge der riesigen, zum<br />
erh<strong>eb</strong>lichen Teil selbst zu finanzierenden<br />
Modernisierungsinvestitionen.<br />
Als Details<br />
las man, dass „zur Vertiefung<br />
der betri<strong>eb</strong>swirtschaftlichen<br />
Arbeiten ... fünf Betri<strong>eb</strong>swirtschaftler<br />
eingestellt und den<br />
Bundesbahndirektionen zugewiesen“<br />
wurden, dass 17 Stellen<br />
im Lochkartenverfahren<br />
67 Anwendungsg<strong>eb</strong>iete bearbeiteten<br />
und dass Mitte 1961<br />
eine elektronische Großrechenanlage<br />
in Betri<strong>eb</strong> gehen<br />
sollte.<br />
In den Rubiken Kurznachrichten<br />
und Mitteilungen standen<br />
viele interessante Meldungen,<br />
deren genaue Fundstellen<br />
hier ausgespart bleiben sollen.<br />
Im Heft 2 wurde<br />
auf vier Seiten über<br />
die 6. Tagung „Moderne<br />
Schienenfahrzeuge“<br />
in Graz berichtet.<br />
Die auf der<br />
Höllentalbahn entbehrlich<br />
gewordene<br />
50-Hz-Lokomotive<br />
E 244.22 der AEG<br />
sollte umg<strong>eb</strong>aut<br />
werden zur Zweifrequenzlokomotive<br />
für den Einsatz im<br />
Raum Saarbrücken.<br />
Die LEW „Hans<br />
Beimler“ in Hennigsdorf<br />
bauten<br />
zwei Co’Co‘-Versuchslokomotiven,<br />
kurzfristig von Hgauf<br />
Si-Gleich richter<br />
umprojektiert, für<br />
25 kV 50 Hz in der<br />
Hoffnung auf Exportgeschäfte,<br />
kamen<br />
damit aber<br />
später nur auf der<br />
Bild 6: Schema einanodiger Hg-Gleichrichter<br />
Rübelandbahn zum Excitron (Bild 9 in [10]).<br />
Erfolg. Die IEC-Publikation<br />
Regeln für B Vakuumverschluss H Kathode<br />
A Anodenanschluss G Quecksilber<br />
C Hauptanode J Entionisierungsgitter<br />
Bahnmotoren erschien<br />
als 4. Ausga-<br />
E Zündstrahl<br />
L Kathodenanschluss<br />
D Zündanode<br />
K Kühlschlangen<br />
be; Assistenz bei der F Zündmagnetspule M Zündanodenanschluss<br />
nationalen Anpassung<br />
der VDE 0535<br />
war 1963/64 eine der Anfängertaten<br />
des heutigen Berich-<br />
und kostete 34,00 DEM.<br />
Müller; es war 138 Seiten stark<br />
ters. Im Heft 4 warb der Verlag Zeitgeschichtlich berührt im<br />
Oldenbourg nun auch für das Heft 5 ein Kurzbericht über<br />
„vor kurzem“ erschienene broschierte<br />
Sonderheft <strong>Elektrische</strong> VDE-Hauses in Frankfurt<br />
die Einweihung des neuen<br />
Fahrzeugantri<strong>eb</strong>e – Grundzüge<br />
der Theorie und Berechlee,<br />
zusammen mit <strong>eb</strong>enfalls<br />
(Main) an der Stresemannalnung<br />
von Prof. Dr.-Ing. Paul neuem Sitz von VDEW und<br />
ZVEI. Zwölf Jahre nach Grün-<br />
Bild 7: Umformer, Hg-Gleichrichter und Si-Gleichrichter im Unterwerk<br />
Hallesches Tor U-Bahn Berlin (Bild 1 in [8]).<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 6<br />
219
Journal Historie<br />
Tabelle 1: Hauptdaten Seilbahn Eibsee –<br />
Zugspitze [11].<br />
Höhen über Meer<br />
Talstation<br />
Bergstation<br />
Zwischenstützen<br />
Zahl<br />
Masthöhen<br />
Längen<br />
oberste Spannweite<br />
gesamt<br />
Seildurchmesser<br />
Tragseile<br />
Zugseil<br />
m<br />
m<br />
m<br />
m<br />
m<br />
mm<br />
mm<br />
1 005<br />
2 943<br />
2<br />
64 und 85<br />
2 700<br />
≈ 4 500<br />
2 x 46<br />
28<br />
Kabinen<br />
Personenzahl 2 x 44<br />
Bild 8: Seilbahntrasse Eibsee – Zugspitze (Bild 1 in [11]).<br />
Leistungs fähigkeit<br />
Fahrge schwindigkeit<br />
Antri<strong>eb</strong>sleistung<br />
m/s<br />
kW<br />
≤10<br />
≤565<br />
dung der Bundesrepublik war<br />
der hoch angesehene Autor<br />
(64) überzeugt, dass „auch die<br />
Spitzenverbände der Elektrotechnik<br />
... zurückgehen werden,<br />
wenn Berlin eines Tages<br />
wieder Zentrale des Reiches<br />
werden wird.“<br />
Weiterer Stoff dazu waren<br />
Elektrifizierungen, Streckennetzpläne<br />
stets vom Verlag einheitlich<br />
gezeichnet, sowie Fahrzeugbeschaffungen<br />
in und für<br />
Brasilien, Portugal, Belgien, Indien,<br />
Raum London, Norwegen,<br />
Italien, Frankreich, Ungarn und<br />
Luxemburg. Besonderheit bei<br />
den Nahverkehrsprojekten war<br />
eine Tunnelstandseilbahn in<br />
Haifa.<br />
Uwe Behmann<br />
Hauptbeiträge Jahrgang 32<br />
(1961) Hefte 1 bis 6<br />
[1] Klüsche, Wilhelm: Der elektrische<br />
Zugbetri<strong>eb</strong> der Deutschen<br />
Bundesbahn im Jahre 1960. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 32 (1961,<br />
H. 1, S. 1–12.<br />
[2] von Weihe, Alfred; Riedlinger,<br />
Rudolf; Christ, Walter: Das<br />
Dampfkraftwerk Düsseldorf-<br />
Lausward und seine Einbeziehung<br />
in die Energieversorgung<br />
der Deutschen Bundesbahn. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 32 (1961),<br />
H. 1, S. 12–23 (Fortsetzung und<br />
Schluss zu Heft 12/1960).<br />
[3] Mertlich, Karl: Neuere Entwicklungen<br />
auf dem G<strong>eb</strong>iet der Kabel<br />
und Leitungen. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 32 (1961), H. 2,<br />
S. 25–34; H. 3, S. 50–59.<br />
[4] Egli, Fred: Der neue Pendelzug<br />
der Uetlibergbahn. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 32 (1961), H. 2,<br />
S. 35–38.<br />
[5] Matthäi, Ernst: <strong>Elektrische</strong> Weichenbeheizung.<br />
In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 32 (1961), H. 3, S. 45–50.<br />
[6] Schmidt, Bruno: Das 110-kV-<br />
Gasinnendruckkabel im Unterwerk<br />
Haltingen der Deutschen<br />
Bundesbahn nach zweijährigem<br />
Betri<strong>eb</strong>. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
32 (1961), H. 3, S. 60–64.<br />
[7] Marten, Fritz: Die elektrische<br />
Ausrüstung der Mehrsystemlokomotive<br />
E 320.21 der Deutschen<br />
Bundesbahn. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 32 (1961), H. 4,<br />
S. 69–76; H. 5, S. 110–119.<br />
[8] Janetschke, Erwin: Silizium-<br />
Gleichrichter in Schnellbahnunterwerken.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
32 (1961), H. 4, S. 77–84.<br />
[9] W<strong>eb</strong>er, Hans Heinrich: Zur<br />
direkten Messung der Kräfte<br />
zwischen Rad und Schiene. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 32 (1961),<br />
H. 5, S. 93–110; Berichtigung<br />
in H. 7, S. 168.<br />
[10] Peters, Albert; Kiepfer, Hans-<br />
Helmut: Die Elektrisierungskonferenz<br />
der Britischen Eisenbahn.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
32 (1961), H. 6, S. 121–133;<br />
H. 8, S. 181–191.<br />
[11] N. N.: Eine neue Seilbahn<br />
zur Zugspitze. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 32 (1961), H. 6,<br />
S. 134–135.<br />
[12] N. N.: Auszug aus dem vorläufigen<br />
Geschäftsbericht der<br />
Deutschen Bundesbahn – Geschäftsjahr<br />
1960. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 32 (1961), H. 6,<br />
S. 135–141.<br />
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Termine<br />
Messen, Tagungen, Fachausstellungen<br />
Zukunftsfrage Verkehr (ÖPNV-Forum)<br />
Nordic Rail<br />
22.06.2011 PBV Planungsbüro für Verkehr<br />
Berlin (DE) Fon: +49 30 29668060,<br />
E-Mail: w.brohm@pbv-berlin.de,<br />
Internet: www1.messe-berlin.de<br />
04.–06.10.2010 Elmia<br />
Jönköping (SE) Fon: +46 36 152230, Fax: +46 36 164692,<br />
E-Mail: jorgen.nystrom@elmia.se,<br />
Internet: www.elmia.se/nordicrail<br />
DMG-Fachsymposium −<br />
„Lokomotiven und grüne Technologien“<br />
23.08.2011 Deutsche Maschinentechnische Gesellschaft e.V.<br />
Chemnitz (DE) Bezirksgruppe Ost<br />
Fon: +49 371 50348-282, Fax: -280,<br />
E-Mail: sabine.felgnervoith.com,<br />
Internet: www.dmg-berlin.info<br />
6. Internationaler Eisenbahnkongress<br />
05.–06.10.2011 VDV Akademie<br />
Frankfurt/M. (DE) Fon: +49 221 57979-173, Fax: -8171,<br />
E-Mail: akademie@vdv.de,<br />
Internet: www.akademie-vdv.de/<br />
DMG-Forum für Innovative Bahnsysteme<br />
suissetraffic 2011<br />
06.–09.09.2011 BEA bern expo AG<br />
Bern (CH) Fon: +41 31 34011-49, Fax: -44,<br />
E-Mail: info@beaexpo.ch,<br />
Internet: www.suissetraffic.ch<br />
13.-15.10.2011 Deutsche Maschinentechnische Gesellschaft E.V.<br />
Freiburg (DE) Bezirksgruppe Mitte<br />
Fon: + 49 6101-43956,<br />
E-Mail: bernd.rockenfelt@gmx.de,<br />
Internet: www.dmg-berlin<br />
40. Tagung Moderne Schienenfahrzeuge<br />
11.-14.09.2011 Technische Universtität Graz<br />
Graz (AT) Fon: +43 316 8736216, Fax: 816896,<br />
E-Mail: peter.veit@TUGraz.at,<br />
Internet: www.schienenfahrzeugtagung.at<br />
11. Signal+Draht-Kongress<br />
03.–04.11.2011 DVV Media Group GmbH<br />
Fulda (DE) c/o punktgenau GmbH<br />
Fon: +49 40 23714-470, Fax: -471,<br />
E-Mail: eurailpress-events@dvvmedia.com<br />
ÖVG-Fahrwegtagung<br />
STUVA-Tagung‘11<br />
27.–29.09.2011 Österreichische Verkehrswissenschaftliche<br />
Salzburg (AU) Gesellschaft (ÖVG)<br />
Fon: +43 1 5879727, Fax: +43 1 5853615,<br />
E-Mail: office@oevg.at,<br />
Internet: www.oevg.at<br />
06.–08.12.2011 Studiengesellschaft für<br />
Berlin (DE) unterirdische Verkehrsanlagen e.V.<br />
Fon: +49 221 5979-50, Fax: -550,<br />
E-Mail: info@stuva.de,<br />
Internet: www.stuva.de
Termine<br />
Messen, Tagungen, Fachausstellungen<br />
Zukunftsfrage Verkehr (ÖPNV-Forum)<br />
Nordic Rail<br />
22.06.2011 PBV Planungsbüro für Verkehr<br />
Berlin (DE) Fon: +49 30 29668060,<br />
E-Mail: w.brohm@pbv-berlin.de,<br />
Internet: www1.messe-berlin.de<br />
04.–06.10.2010 Elmia<br />
Jönköping (SE) Fon: +46 36 152230, Fax: +46 36 164692,<br />
E-Mail: jorgen.nystrom@elmia.se,<br />
Internet: www.elmia.se/nordicrail<br />
DMG-Fachsymposium −<br />
„Lokomotiven und grüne Technologien“<br />
23.08.2011 Deutsche Maschinentechnische Gesellschaft e.V.<br />
Chemnitz (DE) Bezirksgruppe Ost<br />
Fon: +49 371 50348-282, Fax: -280,<br />
E-Mail: sabine.felgnervoith.com,<br />
Internet: www.dmg-berlin.info<br />
6. Internationaler Eisenbahnkongress<br />
05.–06.10.2011 VDV Akademie<br />
Frankfurt/M. (DE) Fon: +49 221 57979-173, Fax: -8171,<br />
E-Mail: akademie@vdv.de,<br />
Internet: www.akademie-vdv.de/<br />
DMG-Forum für Innovative Bahnsysteme<br />
suissetraffic 2011<br />
06.–09.09.2011 BEA bern expo AG<br />
Bern (CH) Fon: +41 31 34011-49, Fax: -44,<br />
E-Mail: info@beaexpo.ch,<br />
Internet: www.suissetraffic.ch<br />
13.-15.10.2011 Deutsche Maschinentechnische Gesellschaft E.V.<br />
Freiburg (DE) Bezirksgruppe Mitte<br />
Fon: + 49 6101-43956,<br />
E-Mail: bernd.rockenfelt@gmx.de,<br />
Internet: www.dmg-berlin<br />
40. Tagung Moderne Schienenfahrzeuge<br />
11.-14.09.2011 Technische Universtität Graz<br />
Graz (AT) Fon: +43 316 8736216, Fax: 816896,<br />
E-Mail: peter.veit@TUGraz.at,<br />
Internet: www.schienenfahrzeugtagung.at<br />
11. Signal+Draht-Kongress<br />
03.–04.11.2011 DVV Media Group GmbH<br />
Fulda (DE) c/o punktgenau GmbH<br />
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ÖVG-Fahrwegtagung<br />
STUVA-Tagung‘11<br />
27.–29.09.2011 Österreichische Verkehrswissenschaftliche<br />
Salzburg (AU) Gesellschaft (ÖVG)<br />
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E-Mail: office@oevg.at,<br />
Internet: www.oevg.at<br />
06.–08.12.2011 Studiengesellschaft für<br />
Berlin (DE) unterirdische Verkehrsanlagen e.V.<br />
Fon: +49 221 5979-50, Fax: -550,<br />
E-Mail: info@stuva.de,<br />
Internet: www.stuva.de