eb - Elektrische Bahnen Obeleitungsanlagen (Vorschau)
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B 2580<br />
4-5/2011<br />
April/Mai<br />
<strong>Elektrische</strong><br />
B ahnen<br />
Elektrotechnik<br />
im Verkehrswesen<br />
acrps 2011<br />
a. c. rail power supply<br />
Planen, Einrichten und Betreiben von<br />
AC-<strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsanlagen<br />
Beiträge der Fachtagung am 10. und<br />
11. März 2011 in Leipzig zu den Themen<br />
Energie<br />
International Projects<br />
<strong>Obeleitungsanlagen</strong><br />
Zulassung und Normen<br />
Elektrotechnische Anlagen und Systeme<br />
Historie<br />
Journal<br />
Umrichter in der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung –<br />
Chancen weltweit<br />
Mauerwerkschornsteine des Bahnkraftwerks<br />
Muldenstein gesprengt<br />
<strong>Bahnen</strong>, Unternehmen, Personen, Produkte<br />
und Lösungen, Medien, Kommentare,<br />
Termine<br />
Erste Fachzeitschrift für Elektrotechnik<br />
im öffentlichen Verkehr
2<br />
Ausgaben<br />
gratis<br />
Die Fachzeitschrift<br />
für Elektrotechnik<br />
im Verkehrswesen<br />
Die führende Publikation für Entwicklung, Bau,<br />
Betri<strong>eb</strong> und Instandhaltung elektrischer <strong>Bahnen</strong><br />
und Verkehrssysteme.<br />
Mit detaillierten Fachberichten über Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge,<br />
Fahrzeugausrüstung, Infrastruktur<br />
und Energieversorgung.<br />
<strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> erscheint in der Oldenbourg Industrieverlag GmbH, Rosenheimerstr. 145, 81671 München<br />
Oldenbourg-Industrieverlag<br />
www.<strong>eb</strong>-info.eu<br />
Vorteilsanforderung per Fax: +49 (0) 931 / 4170 - 492 oder im Fensterumschlag einsenden<br />
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Nur wenn ich überzeugt bin und nicht innerhalb von 14 Tagen nach Erhalt des zweiten Hefts schriftlich<br />
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Für Schüler und Studenten (gegen Nachweis) zum Vorzugspreis<br />
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pro Jahr.<br />
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97091 Würzburg<br />
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PAEBAH0211<br />
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<br />
Telefax
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 />
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mit ausführlichem<br />
Zusatzmaterial<br />
Oldenbourg Industrieverlag<br />
www.<strong>eb</strong>-info.eu<br />
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___ Ex. Wechselstrom-Zugbetri<strong>eb</strong> in Deutschland – Band 1<br />
1. Aufl age 2010, ISBN: 978-3-8356-3217-2<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 />
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Vulkan-Verlag GmbH<br />
Versandbuchhandlung<br />
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45039 Essen<br />
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HOCHLEISTUNG I PRÄZISION I ZUVERLÄSSIGKEIT<br />
Fahrleitungsbau auf höchstem Niveau.<br />
Fahrleitungsumbaumaschinen von Plasser & Theurer haben den Vorteil, dass Fahrdraht und Tragseil<br />
gleichzeitig, mit der endgültigen Zugspannung und im korrekten Zick-Zack-Verlauf verlegt werden.<br />
Nur diese Technologie gewährleistet die sofortige Befahrbarkeit ohne Nacharbeiten mit der zulässigen<br />
Streckenhöchstgeschwindigkeit nach Arbeitsende. Geringer Personalbedarf und die vollständige<br />
Bearbeitung einer Sektion innerhalb weniger Stunden sorgen für einen wirtschaftlichen Um- und<br />
Neubau von Fahrleitungen.<br />
Plasser & Theurer I Export von Bahnbaumaschinen Gesellschaft m.b.H. I A-1010 Wien I Johannesgasse 3 I Tel. (+43) 1 515 72 - 0 I export@plassertheurer.com<br />
Plasser & Theurer and Plasser sind international eingetragene Marken
Inhalt<br />
<strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 4-5/2011<br />
Elektrotechnik im Verkehrswesen<br />
Hauptbeiträge Seite Hauptbeiträge Seite<br />
Editorial<br />
Ein wesentliches Ziel des DB-Technikressorts:<br />
Verbessern der Qualitätsprozesse<br />
für das System Bahn 171<br />
Energie<br />
U. Halfmann, W. Recker<br />
Modularer Multilevel-Bahnumrichter 174<br />
Modular multilevel converter for railway<br />
applications<br />
Convertisseurs modulaire multiniveaux pour les<br />
chemins de fer<br />
E. Sternberg, Th. Walther<br />
Netzleittechnik in der 16,7 Hz-<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
– Trends und Perspektiven 180<br />
News in substation control and control centre<br />
technology for 16.7 Hz railway power supply<br />
Tendances et perspectives des systèmes de contrôle du<br />
réseau d’alimentation électrique en 16,7 Hz<br />
H. Voegeli<br />
Unkonventionelle Verbesserung der<br />
Bahnstromversorgung Visp – Zermatt<br />
der Matterhorn Gotthard Bahn 184<br />
Unconventional improvement of the power supply<br />
between Visp and Zermatt of the Matterhorn<br />
Gotthard Railway<br />
Renforcement non conventionnel de l‘approvisionnement<br />
en énergie de traction de la ligne Visp – Zermatt<br />
du Matterhorn Gotthard Bahn<br />
International Projects<br />
R. Schmedes<br />
Traction electrification system planning<br />
for California high-speed train project 193<br />
Planung der Bahnstromversorgung für das<br />
kalifornische Hochgeschwindigkeitsbahn-Projekt<br />
Le système d’alimentation électrique pour le<br />
projet de LGV en Californie<br />
A. Bastian, Ch. Courtois, A. Machet<br />
Phase separation sections – passing<br />
with minimum constraits 197<br />
Phasentrennstellen – Befahrung mit kleinsten<br />
Einschränkungen<br />
Sections de séparation de phase – comment les<br />
franchir avec un minimum de contraintes?<br />
D. Pfeffermann<br />
AC 25 kV traction power supply for<br />
Airport Rail Link Bangkok 204<br />
AC-25-kV-Stromversorgung für die neue<br />
Bahnstrecke zum Flughafen Bangkok<br />
Alimentation de la traction en 25 kV pour<br />
la ligne de l’aéroport de Bangkok<br />
Oberleitungsanlagen<br />
W. Krötz, U. Resch<br />
Oberleitungen und Stromabnehmer –<br />
Entwicklungen bei der Deutschen Bahn 211<br />
Development of overhead contact lines and<br />
pantograph components at Deutsche Bahn<br />
Développements techniques aux caténaires et aux<br />
composants de pantographes à la Deutsche Bahn<br />
R. Furrer, U. Wili<br />
Reduktion der Bauteile-Vielfalt in<br />
Oberleitungsanlagen 216<br />
Reducing the diversity of overhead contact line<br />
components<br />
Réduction de la diversité des composants d’une<br />
caténaire<br />
Zulassung und Normen<br />
K. Schnadhorst, H. Tessun<br />
Oberleitungsanlagen nach TSI Energie –<br />
Planung und Abnahme 220<br />
Overhead contact lines according to TSI Energy,<br />
installation design and technical acceptance<br />
Installations caténaires en conformité avec TSI Energie,<br />
conception et réception<br />
Th. Reichmann, J. Raubold<br />
Tri<strong>eb</strong>fahrzeugzulassung mithilfe der<br />
Simulation Fahrdraht/Stromabnehmer 225<br />
Approval of multiple unit trains by means of the<br />
simulation of contact wire/pantograph<br />
Homologation de trains en unités multiples au<br />
moyen de simulation fil de contact/pantographe<br />
Ch. Budde, G. Hofmann, J. Thiemig,<br />
L. Westphal<br />
Konformität der DB-Richtlinie 997.02<br />
mit EN 50122-1 231<br />
Conformity of DB Guideline 997.02 with EN 50122-1<br />
Conformité de la directive DB 997.02 avec<br />
la norme EN 50122-1<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
169
Inhalt<br />
Impressum<br />
Hauptbeiträge<br />
Elektrotechnische Anlagen und Systeme<br />
K. Leithner<br />
Messungen an Teilen geringer Abmessung<br />
hinsichtlich Spannungsverschleppung 236<br />
Parasitic voltage formation measurements on<br />
components of small dimensions<br />
Mesures du reste de tension sur les pièces de<br />
petite dimension<br />
A. Zynovchenko<br />
Verfahren zur Verbesserung der Span -<br />
nungshaltung bei Wechselstrombahnen 242<br />
Technology to improve catenary voltage stability<br />
for a.c. railways<br />
Technologie pour améliorer la stabilité de tension<br />
pour les chemins de fer électrifiés en c. a.<br />
Historie<br />
P. Glanert, S. Graßmann, Th. Scherrans<br />
100 Jahre Fernbahnelektrifizierung<br />
in Deutschland 247<br />
Centenary of long distance railway electrification<br />
in Germany<br />
Un siècle d’électrification de lignes à grand<br />
parcours en Allemagne<br />
Journal<br />
Journal extra<br />
Seite<br />
Umrichter in der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung –<br />
Chancen weltweit 254<br />
Mauerwerkschornsteine des Bahnkraftwerks<br />
Muldenstein gesprengt 258<br />
<strong>Bahnen</strong> ∙ Railways ∙ Chemins de fer 260<br />
Unternehmen ∙ Companies ∙ Sociétés 265<br />
Personen ∙ Persons ∙ Personnes 265<br />
Produkte und Lösungen ∙ Products and solutions ∙<br />
Produits et solutions 266<br />
Medien ∙Media ∙ Media 267<br />
Kommentare ∙ Comments ∙ Commentaires 267<br />
Termine ∙ Dates ∙ Dates 268<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 />
Dr. Dipl.-Ing. Alfred Zimmermann, Vorstandsdirektor Infrastruktur, Österreichische Bundes -<br />
bahnen, Wien<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 High 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 />
170 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Editorial<br />
Ein wesentliches Ziel des DB-Technikressorts:<br />
Verbessern der Qualitätsprozesse<br />
für das System Bahn<br />
Gerne habe ich die diesjährige<br />
Schirmherrschaft<br />
für die 5. acrps-Fachtagung<br />
in Leipzig übernommen.<br />
Der Internationale Kongress<br />
der Wechselstrom- und Bahnstromversorgung<br />
fällt 2011 in ein besonderes<br />
Jubiläumsjahr. Vor 100 Jahren<br />
– am 1. April 1911 – wurde zwischen<br />
Bitterfeld und Dessau der erste<br />
26 km lange zweigleisige elektrifizierte<br />
Fernbahnabschnitt in Betri<strong>eb</strong><br />
genommen. Damals entschied man<br />
sich für ein System mit Einphasenwechselstrom<br />
mit einer Spannung<br />
von 15 000 V und einer Frequenz<br />
von 16 2 / 3 Hz. Dieses System ist noch<br />
heute in Deutschland im Einsatz.<br />
Die Elektrifizierung hat dem System Bahn ökologische<br />
und ökonomische Vorteile gegenüber anderen<br />
Verkehrsträgern verschafft. Sie ist zugleich<br />
auch ein wesentlicher Treiber für die Renaissance<br />
der Schiene, und dieser Erfolg ist nachhaltig. Das<br />
zeigt die Bilanz des DB-Konzerns für das Geschäftsjahr<br />
2010. Die Bahn hat die weltweite Wirtschaftskrise<br />
gut überwunden und ihre Geschäfte haben<br />
sich über alle Felder hinweg positiv entwickelt.<br />
Die DB hat seit rund 15 Monaten ein Technikressort<br />
in ihre Konzernstruktur implementiert und<br />
diesen Bereich auf Basis von umfassenden Analysen<br />
neu ausgerichtet. Notwendig wurde die Neuausrichtung<br />
im Wesentlichen aus den bekannten Technikund<br />
Qualitätsproblemen heraus.<br />
Bei Lieferverträgen verankern wir jetzt Qualitätsmeilensteine<br />
bezüglich Prüfungsnachweisen und<br />
Vollständigkeit von Unterlagen.<br />
Dieser Prozess ist mit eindeutigen<br />
Eskalationsmechanismen hinterlegt.<br />
Ziel ist – zum Beispiel bei der<br />
Fertigung neuer Fahrzeuge – Komponenten<br />
erst dann einzubauen,<br />
wenn der Erstmusterprozess durchlaufen<br />
ist. Rollkuren noch während<br />
der laufenden Fertigung, die der<br />
DB in der Vergangenheit qualitativ<br />
massive Probleme bereitet haben,<br />
sollen somit beseitigt werden. Auch<br />
unsere Zahlungsmodalitäten werden<br />
so ausgerichtet, dass wir beim<br />
Thema Qualität eine Risikominimierung<br />
betreiben.<br />
Die DB setzt auf eine partnerschaftliche<br />
Zusammenarbeit mit der Industrie. Daher<br />
richten wir unser Augenmerk auf die Weiterentwicklung<br />
unseres Lieferantenmanagements. Um<br />
unser Leistungsversprechen gegenüber täglich rund<br />
si<strong>eb</strong>en Millionen Kunden zu erfüllen, brauchen wir<br />
engagierte und qualifizierte Partner. Gemeinsam<br />
gilt es, Sicherheit, Qualität und Effizienz des Rad-<br />
Schiene-Systems zu gewährleisten.<br />
Dr. Volker Kefer<br />
Vorstand Technik, Systemverbund und Dienstleistungen<br />
der Deutschen Bahn AG und DB Mobility Logistics AG<br />
Vorstand Infrastruktur der Deutschen Bahn AG<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
171
acrps 2011 – Branchentreff<br />
der Wechselstrom-<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Die Nachfrage für die fünfte acrps-Fachtagung war überwältigend:<br />
Bereits im November 2010 war die Tagung, die am 10. und 11. März 2011<br />
in Leipzig stattfand, ausg<strong>eb</strong>ucht. In diesem Jahr kamen fast 500 Fachleute<br />
aus Japan, China und den Vereinigten Staaten sowie aus den europäischen<br />
Staaten Dänemark, den Niederlanden, Frankreich, Großbritannien,<br />
Österreich, Polen, Schweden, der Schweiz, aus der Slowakei und natürlich<br />
aus Deutschland. Die Teilnehmer vertraten Bahnunternehmen, die Bahnindustrie,<br />
Behörden, Hochschulen sowie Beratungs- und Planungsfirmen.<br />
Die Idee für diese Tagung ist ziemlich genau zehn Jahre alt. Es war ein<br />
Wunsch der Veranstalter, eine Tagungsreihe ins L<strong>eb</strong>en zu rufen, die mit<br />
aktuellen Themen besetzt ist, ein Forum für Gedankenaustausch bietet<br />
und für die Teilnehmer bezahlbar ist. Was die Organisatoren damals<br />
nicht ahnten, ist die gewaltige Resonanz und die Akzeptanz, die diese<br />
Veranstaltung mittlerweile bekommen hat. Mehr als drei Viertel der Teil-<br />
109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011<br />
nehmer besuchten mindestens schon eine der Vorgängerveranstaltungen.<br />
Und so dient dieses Treffen nicht nur der<br />
Wissensvermittlung, sondern ist mittlerweile auch wichtiger<br />
Branchentreffpunkt. Man kann mit Bestimmtheit sagen: Es<br />
ist der Treffpunkt der Wechselstrom-Bahningenieure.<br />
Der Erfolg dieses Treffens ist dem Engagement der<br />
beteiligten Unternehmen zu verdanken. Die Einnahmen<br />
dieser Tagung decken deren Organisationskosten. Alle<br />
Referenten treten ohne Honorar auf. Die im Foyer ausstellenden<br />
Firmen tragen außerdem mit ihrem Beitrag zum<br />
Gelingen der Tagung bei.<br />
Schirmherr der diesjährigen Tagung war Dr. Volker<br />
Kefer, Vorstand Infrastruktur der Deutschen Bahn AG. In<br />
seinem einleitenden Vortrag skizzierte er die Neuausrichtung<br />
der Technik bei der Bahn und erläuterte die künftige<br />
Zusammenarbeit mit externen Partnern.<br />
N<strong>eb</strong>en dem Eröffnungsblock wurden fünf Tagungsblöcke<br />
behandelt, welche die Themen<br />
• Energie,<br />
• Internationale Projekte,<br />
• Oberleitungsanlagen,<br />
• Normen und Zulassung sowie<br />
• Elektrotechnische Ausrüstung<br />
behandelten. Ergänzt wurde dieses Programm erstmalig<br />
durch eine Podiumsdiskussion zum Thema „Funktionale<br />
Sicherheit in der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung“; ein in den<br />
letzten Jahren heiß und kontrovers diskutiertes Thema.<br />
Die acrps 2011 war ein voller Erfolg. So ist es folgerichtig,<br />
dass bereits die sechste Ausgabe geplant wird:<br />
Am 8. und 9. März 2013 wird sich die Wechselstrombahn-<br />
Fachwelt erneut in Leipzig treffen.<br />
In dieser Ausgabe der Zeitschrift <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
ist ein Großteil der in Leipzig gehaltenen Vorträge<br />
wiedergeg<strong>eb</strong>en. Den Referenten ist hoch anzurechnen,<br />
dass sie zusätzlich zur Vorbereitung der Vorträge die<br />
Zeit aufbrachten und die Beiträge schriftlich verfasst<br />
haben, um diese so einem breiten Leserkreis zugänglich<br />
zu machen.<br />
Dr. Steffen Röhlig<br />
Weitere Fotos der acrps 2011 sowie Hinweise für die nächste<br />
Konferenz 2013 finden sich unter www.acrps.info.<br />
(Fotos: Erwin Weilbächer, Marcel Quietzsch)<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
173
Energie – acrps 2011<br />
Modularer Multilevel-Bahnumrichter<br />
Ulrich Halfmann, Wolfgang Recker, Erlangen<br />
Eine innovative Bauart für Statische Bahnumrichter sind Modulare Multilevel-Direktumrichter<br />
(MMD). Sie zeichnen sich durch einfachen und modularen Aufbau sowie Netzfreundlichkeit aus<br />
und können flexibel an die geforderte Versorgungsleistung angepasst werden. Die Bauweise<br />
eignet sich besonders für hohe Leistungen. Gegenüber bisherigen Lösungen sind Lärmemission<br />
und Platzbedarf geringer. Zurzeit werden Umrichter dieser neuen Generation an Standorten in<br />
Deutschland und Schweden errichtet.<br />
Modular Multilevel Converter for railway applications<br />
Modular Multilevel Direct Converters are an innovative type of static frequency converters for<br />
traction power supply. They are characterized by their simple and modular design as well as<br />
by their system friendliness. They can be easily adjusted to the required power of supply. This<br />
technology is especially suited for high power. Compared to existing designs noise emission and<br />
required space are reduced. Static frequency converters of this new generation are actually under<br />
construction at locations in Germany and Sweden.<br />
Convertisseurs modulaire multiniveaux pour les chemins de fer<br />
Les convertisseurs directs modulaires multiniveaux sont un type innovant de convertisseurs statiques<br />
utilisés pour les chemins de fer. Ils se caractérisent par une structure simple et modulaire<br />
ainsi que par leur compatibilité avec le réseau et peuvent être facilement adaptés à la puissance<br />
d’alimentation requise. Leur conception se prête particulièrement aux puissances élevées. Ils sont<br />
moins bruyants et moins encombrants que les solutions proposées jusqu’à présent. Les convertisseurs<br />
de cette nouvelle génération sont actuellement implantés en Allemagne et en Suède.<br />
1 Einführung<br />
1.1 <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung mit<br />
Sonderfrequenzen<br />
Einphasen-Wechselstrombahnen werden aufgrund der<br />
historischen Entwicklung in den einzelnen Ländern und<br />
der verfügbaren Technologien unterschiedlich gespeist.<br />
Bild 1: Einspeisealternativen für 16,7-Hz-<strong>Bahnen</strong>.<br />
In einigen Ländern Europas sowie Teilen der USA werden<br />
die Bahnnetze mit Sonderfrequenzen wie 16 2 / 3<br />
Hz, 16,7 Hz<br />
und 25 Hz betri<strong>eb</strong>en.<br />
Die Energie für die Bahnnetze wird entweder aus Kraftwerken<br />
oder aus Drehstromnetzen bezogen. Bei Bahnnetzen<br />
mit vom Drehstromnetz abweichender Frequenz sind<br />
Umformeinrichtungen erforderlich, die die Umformung<br />
in Bezug auf Frequenz, Spannung und Phasenzahl durchführen<br />
(Bild 1). Bereits seit knapp<br />
40 Jahren sind hierzu statische Frequenzumrichter<br />
sowohl für die direkte<br />
Speisung der Fahrleitung als<br />
auch zur Speisung von bahneigenen<br />
Hochspannungsnetzen der zentralen<br />
Bahnstromversorgung im Einsatz<br />
[1]. Abgesehen von Neuinvestitionen<br />
ersetzen sie in den letzten Jahren<br />
vermehrt rotierende Umformer, da<br />
diese am Ende ihrer L<strong>eb</strong>ensdauer angelangt<br />
sind und oft einen hohen<br />
Instandhaltungsaufwand erfordern.<br />
Zudem ist der Wirkungsgrad statischer<br />
Bahnumrichter mit typisch 96<br />
bis 98 % deutlich höher als der der<br />
rotierenden Umformer mit typisch<br />
90 bis 92 %. Modulare Multilevel-Direktumrichter<br />
sind die neueste Entwicklungsstufe<br />
statischer Umrichter.<br />
174 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Energie<br />
1.2 Netzgeführte Direktumrichter<br />
Die ersten statischen Umrichter mit Leistungshalbleitern waren<br />
netzgeführte Direktumrichter mit schaltungstechnisch<br />
einfachem Aufbau und mit robuster Thyristortechnik (Bild 2).<br />
Bild 3 zeigt die 16,7-Hz-Ausgangsspannung und den 16,7-Hz-<br />
Ausgangsstrom dieser Umrichterbauart. Allerdings konnten<br />
diese Direktumrichter die mit doppelter Netzfrequenz<br />
pulsierende Leistung nicht speichern, die bei Einphasen-<br />
Wechselstrombahnen physikalisch geg<strong>eb</strong>en ist. Analog zu<br />
einer Anbindung von Einphasenlasten an das Drehstromnetz<br />
wie sie bei 50-Hz-<strong>Bahnen</strong> üblich ist, führt der Einsatz dieser<br />
Direktumrichter <strong>eb</strong>enfalls zu pulsierenden Belastungen der<br />
Drehstromnetze. Weiterhin werden Oberschwingungen aus<br />
dem Bahnnetz in das Drehstromnetz eingekoppelt.<br />
Trotz dieser Nachteile behaupteten sich netzgeführte<br />
Direktumrichter wegen ihrer hohen Zuverlässigkeit und<br />
ihres guten Wirkungsgrades bis in die 90er Jahre am<br />
Markt. Der letzte Direktumrichter wurde 1992 in Baltimore,<br />
USA, in Betri<strong>eb</strong> genommen [1].<br />
Bild 2: Netzgeführter Direktumrichter als Netzkupplungsumformer.<br />
1.3 Gleichspannungs-<br />
Zwischenkreisumrichter<br />
Statische Umrichter mit Gleichspannungs-Zwischenkreis<br />
wurden in den 80er und 90er Jahren entwickelt und sind bis<br />
heute, bestückt mit verschiedensten Leistungshalbleitern,<br />
Stand der Technik. In Bild 4 ist das Prinzipschaltbild des statischen<br />
Netzkupplungsumrichters im Umformerwerk (Ufw)<br />
Nürnberg-G<strong>eb</strong>ersdorf gezeigt [2]. Der Umrichter wurde im<br />
September 1994 im Kraftwerk (Kw) Muldenstein in Betri<strong>eb</strong><br />
genommen und 1996 nach Nürnberg-G<strong>eb</strong>ersdorf umgesetzt,<br />
wo er 1997 wieder seinen Betri<strong>eb</strong> aufnahm.<br />
Diese Umrichter formen die Energie in zwei Schritten um:<br />
• Im ersten Schritt wird die drehstromseitige Wechselspannung<br />
in eine Gleichspannung umgewandelt, entweder<br />
durch netzgeführte Gleichrichter oder, wie in<br />
Bild 4 gezeigt, über Pulswechselrichter, die eine Energieübertragung<br />
vom Drehstromnetz ins Bahnnetz und<br />
umgekehrt zulassen.<br />
• Im zweiten Schritt wird die Gleichspannung über Vierquadrantensteller<br />
wieder in eine einphasige Wechselspannung<br />
umgewandelt.<br />
Bild 3: 16,7-Hz-Spannung (grün) und 16,7-Hz-Strom (rot) eines netzgeführten<br />
Direktrichters.<br />
Im Vergleich mit den Direktumrichtern bedingt der<br />
Aufbau eines Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichters<br />
den Einsatz verschiedener Hardwarekomponenten, wie<br />
Saugkreise, Filterkreise sowie Bremssteller und Kurzschließereinheiten<br />
als Schutzorgane.<br />
2 Modulare Multilevel-Direktumrichter<br />
2.1 Hintergrund<br />
Für selbstgeführte Umrichter im Bereich hoher Leistungen<br />
wie statische Frequenzumrichter, selbstgeführte Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen<br />
und selbstgeführte<br />
Blindleistungskompensatoren verwendet Siemens eine<br />
neue Stromrichtertechnik, die Modulare Multilevel-Converter-Technologie<br />
(MMCD) [4]. Diese Umrichterbauart ist<br />
für Leistungen zwischen 10 MVA und 1 GVA geeignet.<br />
Dabei entkoppelt der Gleichspannungszwischenkreis<br />
mit seinen<br />
Kondensatoren und Saugkreisen<br />
die beiden Netze. Die Sinusform der<br />
Ausgangsspannung wird durch mehrere<br />
Vierquadrantensteller-Spannungen<br />
erzielt, die über einen Summiertransformator<br />
addiert werden. Je<br />
nach Stufenzahl und Schaltfrequenz<br />
sind Netzfilter notwendig, um die<br />
gewünschte Spannungsqualität zu<br />
erreichen [3]. Bild 5 zeigt die Sekundärspannung<br />
eines Gleichspannungs-Zwischenkreisumformers.<br />
Bild 4: Prinzipschaltbild eines Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichters in Dreipunkttechnik.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
175
Energie – acrps 2011<br />
Bild 5: Sekundärspannung eines Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichters<br />
in Dreipunkttechnik.<br />
1<br />
2<br />
n<br />
1<br />
2<br />
n<br />
Bild 6: Prinzipschaltbild eines Umrichters in MMDC-Technologie.<br />
a) b)<br />
Bild 7: Submodul mit Kondensator.<br />
a) Schaltbild mit Kondensator, b) Ausführung<br />
1<br />
2<br />
n<br />
1<br />
2<br />
n<br />
1<br />
2<br />
n<br />
1<br />
2<br />
n<br />
Auf dieser Basis wurde für statische Bahnumrichter<br />
ein selbstgeführter Direktumrichter entwickelt, der die<br />
Energie in nur einem Schritt umwandelt. Der 3AC-Wechselstrom<br />
wird direkt in einen bahnseitigen 1AC-Wechselstrom<br />
umgeformt. Im Gegensatz zu den bisherigen fremdgeführten<br />
Direktumrichtern formen diese neuen selbstgeführten<br />
Direktumrichter (Modular Multilevel Direct Converter,<br />
MMDC) die Energie nahezu ohne Netzrückwirkungen um.<br />
2.2 Aufbau<br />
Als Innovation werden bei den selbstgeführten Direktumrichtern<br />
für die <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung mehrere Stromrichtermodule,<br />
die jeweils als schaltbare Spannungsquelle<br />
aufgefasst werden können, direkt in Reihe geschaltet.<br />
Bild 6 zeigt das Prinzipschaltbild. Die Stromrichter-Struktur<br />
entspricht der bekannten B6-Brückenschaltung. Sie<br />
besteht aus drei Stromrichterphasen mit je einem oberen<br />
und unteren Zweig. Jeder Zweig enthält eine bestimmte<br />
Anzahl Submodule, die unabhängig voneinander geschaltet<br />
werden können und ihre Kondensatorspannung je<br />
nach Schaltzustand an den Anschlussklemmen abbilden.<br />
Das Niveau der Bahn- und der Drehspannung wird im<br />
Wesentlichen durch die Anzahl der in Reihe geschalteten<br />
Submodule bestimmt. Dadurch können Anschlussspannungen<br />
im Mittel- und sogar im Hochspannungsbereich<br />
realisiert werden. Diese im Vergleich zur Sperrspannung<br />
der einzelnen Halbleiter hohen Spannungen lassen auch<br />
bei relativ niedrigen Strömen im Bereich zwischen 1 und<br />
2 kA große Umrichterleistungen zu.<br />
Die Submodule (Bild 7) sind als Vollbrückenmodule ausgeführt.<br />
Sie bestehen aus IGBT-Leistungshalbleitern (Insulated<br />
Gate Bipolar Transistor) mit integrierten Freilaufdioden,<br />
dem Submodulkondensator und der Ansteuer- und Überwachungselektronik<br />
als eigenständige Einheit. Hieraus ergibt<br />
sich ein weiterer Vorteil dieser MMD-Stromrichtertopologie:<br />
Die im Umrichter gespeicherte Energie ist auf viele Submodule<br />
verteilt. Damit ist die Energie eines Submoduls verglichen<br />
mit der in einem gemeinsamen Zwischenkreis gespeicherten<br />
Energie gering, sodass bei einem Stromrichterfehler<br />
die Auswirkungen auf das Submodul begrenzt und gut beherrschbar<br />
bleiben. Bei einem Halbleiterschaden ist ein Betri<strong>eb</strong><br />
ohne Unterbrechung möglich, indem das Modul über<br />
einen Schalter an den Leistungsanschlüssen kurzgeschlossen<br />
wird. Wenn gewünscht, kann Redundanz im Stromrichter<br />
durch zusätzliche Submodule geschaffen werden.<br />
Durch die direkte Reihenschaltung der Submodule erübrigt<br />
sich eine Summierung einzelner Stromrichterspannungen<br />
über Transformatoren und es können einfache<br />
Trafoschaltungen verwendet werden. Auf der 50-Hz-Seite<br />
wird zum Beispiel ein Transformator mit der Schaltgruppe<br />
Yy0 eingesetzt, der zur Anpassung an die jeweilige<br />
Netzspannung und zur galvanischen Trennung der Netze<br />
verwendet wird. Zur direkten Speisung in die Oberleitung<br />
kann bei geeigneter Leistungswahl der Umrichter auch<br />
auf den bahnseitigen Transformator verzichtet werden,<br />
ansonsten werden Bahntransformatoren mit der Schaltgruppe<br />
Ii0 eingesetzt, um die Stromrichterausgangsspannung<br />
an die Bahnnetzspannung anzupassen. Diese auch<br />
in Verteilnetzen eingesetzten Trafovarianten ermöglichen<br />
die Anwendung klassischer Schutzkonzepte wie den Transformatordifferentialschutz.<br />
Diese Schutzkonzepte sind bereits<br />
seit langem bei den Netzbetreibern etabliert. Die in<br />
176 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Energie<br />
den Zweigen eingesetzten Kreisstromdrosseln verbessern<br />
die Regelfähigkeit der Anlagen und sorgen für die Kurzschlussfestigkeit<br />
des Stromrichters bei internen Fehlern.<br />
2.3 Spannungserzeugung<br />
Die sechs Zweigspannungen können als steuerbare Spannungsquellen<br />
angesehen werden, die durch die in Reihe<br />
geschalteten Submodule erzeugt werden. Die sechs<br />
Zweigspannungsquellen erzeugen gleichzeitig die Spannungen<br />
für die 3AC-Seite und 1AC-Bahnspannungsseite.<br />
Resultierend erhält man die in Bild 8 dargestellten Zeitverläufe<br />
der Zweigspannungen, wobei die Spannungen<br />
einer Stromrichterphase im Bild die gleiche Farbe haben.<br />
Es ergibt sich dann zwischen den Sternpunkten der oberen<br />
und unteren Stromrichterbrücke die 1AC-Bahnspannung,<br />
hier in schwarz dargestellt.<br />
Jede Zweigspannungsquelle wird gleichzeitig anteilig<br />
von Drehstrom und von Bahnstrom durchflossen. Daraus<br />
resultiert, dass der Kurzschlussstrom, den der Umrichter auf<br />
der Bahnseite führen kann, prinzipbedingt – und im Gegensatz<br />
zu Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichtern – deutlich<br />
größer sein kann als sein Nennstrom. Bei Kurzschlüssen<br />
auf der Bahnseite überwiegt meistens der induktive<br />
gegenüber dem resistiven Stromanteil. Dies bedeutet, dass<br />
dem 50-Hz-Netz während der Kurzschlussdauer weniger<br />
Wirkleistung als bei Nennbetri<strong>eb</strong> entnommen wird. Damit<br />
ist der 50-Hz-Strom im Stromrichter kleiner und bei gleicher<br />
Stromrichterbelastung kann ein größerer Bahnstrom<br />
geführt werden. Bei direkter Speisung in die Fahrleitung,<br />
also bei schwachen Netzen, werden das Erkennen von Fehlerströmen<br />
und damit der Fahrleitungsschutz vereinfacht. Ist<br />
ein hoher Kurzschlussstrom nicht gewünscht, begrenzt die<br />
Umrichterregelung den Ausgangsstrom auf zulässige Werte.<br />
Da Modulare Multilevel-Direktumrichter keine komplementären<br />
Energiespeicher, also keine Saugkreise, enthalten,<br />
können Netzfehler einfacher beherrscht werden<br />
als mit konventionellen Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichtern.<br />
Die Energie wird nur in Kondensatoren gespeichert<br />
und kann über den Stromrichter direkt geregelt<br />
werden. Das unkontrollierte Schwingen von Saugkreisen<br />
bei transienten Übergangsvorgängen verursacht durch<br />
schnelle Leistungsänderungen bei Netzfehlern oder bei<br />
Lastabwurf tritt nicht auf. Im Dauerbetri<strong>eb</strong> werden die mit<br />
doppelter Frequenz pulsierenden Leistungen der Grundund<br />
Oberschwingungen von den Submodulkondensatoren<br />
aufgenommen. Auf diese Weise können beide Netze<br />
auch bei der MMDC-Technologie entkoppelt werden.<br />
Bild 8: Verlauf der Zweigspannungen eines MMDC-Umrichters.<br />
Mit der Errichtung des MMD in Nürnberg wird die Tradition<br />
eines wichtigen Einspeiseknotens der Deutschen Bahn<br />
fortgesetzt. Im Jahr 1938 wurde am Standort Nürnberg-G<strong>eb</strong>ersdorf<br />
das erste Umformerwerk Bayerns mit rotierenden<br />
Maschinen, geliefert von Siemens-Schuckert, in Betri<strong>eb</strong> genommen.<br />
Die Anlage wurde in den 90er Jahren mit einem<br />
Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichter erweitert. Dieser<br />
erste von Siemens g<strong>eb</strong>aute statische Netzkupplungsumformer<br />
mit Gate-Turn-Off-Thyristoren (GTO) wurde zuerst<br />
in Muldenstein ans Bahnnetz geschaltet und später nach<br />
Nürnberg-G<strong>eb</strong>ersdorf umgesetzt [2]. Der Bau des ersten<br />
Modularen Multilevel-Direktumrichters für die zentrale<br />
Einspeisung in das 110-kV-Netz der DB Energie GmbH ist<br />
ein weiterer zukunftsweisender Schritt zur Energieversorgung<br />
der DB.<br />
3.2 Projekthintergrund<br />
Im Januar 2009 beauftragte E.ON die Firma Siemens mit<br />
dem Bau des ersten Modularen Multilevel-Direktumrichters<br />
für die Einspeisung in das 110-kV-Netz der DB aus<br />
3 Umrichter Nürnberg<br />
3.1 Standort<br />
Bild 9: Umrichteranlage mit zwei 37,5-MVA-Umrichterblöcken im<br />
Urw Nürnberg.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
177
Energie – acrps 2011<br />
dem Kraftwerk Franken in Nürnberg-G<strong>eb</strong>ersdorf. N<strong>eb</strong>en<br />
dem Umrichterwerk (Urw) wird zeitgleich durch die DB<br />
Energie ein neues Unterwerk (Uw) mit einer 110-kV-Freiluft-Schaltanlage<br />
errichtet, an die die zwei Umrichterblöcke<br />
mit je 37,5 MVA Nennleistung angeschlossen werden.<br />
Der Drehstrom wird über eine 800 m lange 110-kV-Kabelstrecke<br />
von einer bestehenden Schaltanlage auf dem<br />
Kraftwerksgelände der E.ON zugeführt.<br />
3.3 Anlagen-Layout<br />
Die Umrichteranlage besteht aus den 50-Hz- und<br />
16,7-Hz-Transformatoren, den Kreisstromdrosseln und<br />
Containern für Stromrichter, Regelung und Eigenbedarf<br />
sowie Leittechnik.<br />
Die Container sind in U-Form angeordnet (Bild 9), um die<br />
Wohng<strong>eb</strong>iete in der nahen Umg<strong>eb</strong>ung vor Geräuschen zu<br />
schützen. Sowohl die Rückkühler der Stromrichterkühlanlage<br />
als lauteste Komponenten als auch die Kreisstromdrosseln<br />
wurden im Innenbereich platziert. Durch diese Anordnung<br />
kann trotz hoher Anforderung an die Schallemission auf<br />
weitergehende Schallschutzmaßnahmen verzichtet werden.<br />
Da dieser Umrichter im Mittelspannungsbereich arbeitet<br />
und im Vergleich zu Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichtern<br />
die Anzahl an Leistungsverbindungen stark<br />
reduziert wurde, konnte in Nürnberg ein kompakter<br />
Aufbau auf 34 m mal 27 m Fläche erreicht werden, rund 30<br />
bis 40 % weniger als bei Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichtern<br />
nötig wären.<br />
3.4 Stromrichter<br />
Der Stromrichter (Bild 10) wurde teilausg<strong>eb</strong>aut in zwei<br />
Transporteinheiten auf die Anlage g<strong>eb</strong>racht. Hierdurch<br />
waren die Montagezeiten ver gleichsweise kurz. Die Verschaltung<br />
der Submodule findet sich auch im physikalischen<br />
Aufbau des Stromrichters wieder. Gemäß der<br />
Bild 10: Blick in den Stromrichtercontainer im Urw Nürnberg.<br />
B6-Brückenstruktur (Bild 6) sind die<br />
Submodule der drei Stromrichterphasen<br />
jeweils übereinander angeordnet.<br />
Die beiden Bahnpotenziale<br />
befinden sich an den jeweiligen Enden<br />
des Stromrichters.<br />
Die autarken Submodule führten<br />
zu einem übersichtlichen Aufbau des<br />
Stromrichters. Nach außen weisen sie<br />
n<strong>eb</strong>en den zwei Leistungsanschlüssen<br />
Bild 11: Schaltbild beim stoßfreien Zuschalten des Umrichters über Kabel.<br />
und der Kühlwasserversorgung nur<br />
eine Lichtwellenleiterverbindung auf, über die die Module<br />
mit dem Regelungssystem kommunizieren. Eine externe<br />
Energieversorgung wird nicht benötigt, was die Modularität<br />
des Umrichters und den kompakten Aufbau möglich macht.<br />
3.5 Stoßfreies Zuschalten<br />
Bild 12: 110-kV-seitiger Spannungsverlauf beim Zuschalten des<br />
50-Hz-Netzes eines MMDC-Umrichters.<br />
Da die Umrichterspannung aus vergleichsweise vielen<br />
kleinen Spannungsstufen g<strong>eb</strong>ildet wird, kann bei dem<br />
Modularen Multilevel-Umrichter nicht nur auf Netzfilter<br />
verzichtet, sondern auch ein stoßfreies Zuschalten beider<br />
Netze erreicht werden. Dazu erzeugt der Umrichter bei<br />
noch bei offenem Leistungsschalter die entsprechende<br />
Netzspannung. Die lange Kabelstrecke zwischen Umrichter<br />
und Drehstromschaltanlage stellt für konventionelle<br />
Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichter eine besondere<br />
Herausforderung dar, weil sich zusammen mit der Streuinduktivität<br />
des Transformators ein Schwingkreis bildet, der<br />
178 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Energie<br />
durch die Taktung des Umrichters angeregt wird. Bild 11<br />
zeigt das Prinzipschaltbild vor dem Zuschalten des Kabels.<br />
Mit dem Modularen Multilevel-Umrichter ist das Synchronisieren<br />
auf der Drehstromseite trotz der langen Kabelstrecke<br />
ohne besondere Maßnahmen möglich. Bild 12<br />
zeigt den 110-kV-seitigen Spannungsverlauf beim Zuschalten<br />
des 50-Hz-Netzes. Vor dem Einschalten des<br />
Leistungsschalters zeigen die oberen Kurven die Spannungen<br />
am offenen Kabelende an, nach dem Schließen<br />
entsprechen sie den Sammelschienenspannungen. Hierbei<br />
ist zu erkennen, dass vor dem Schließen des Schalters<br />
die ungedämpfte Resonanzstelle kaum angeregt wird.<br />
Literatur<br />
[1] Lönhard, D.; Northe, J.; Wensky, D.: Statische Bahnstromumrichter<br />
– Systemübersicht ausgeführter Anlagen. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 93 (1995), H. 6, S. 179–190.<br />
[2] Schneider, E.; Schuster, R.: Zwischenkreisumrichter, Energieversorgung<br />
von Wechselstrom-Bahnnetzen aus dem Landesnetz.<br />
In: Eisenbahningenieur 45 (1994) 2, S. 106–112.<br />
[3] Schneider, E.; Schuster, R.; Weschta, A.: Statische Umrichter für die<br />
15 kV Bahnstromversorgung – Anlagenkonzept und Betri<strong>eb</strong>serfahrungen.<br />
In: ETG-Fachbericht 54, VDE-Verlag (1994), S. 87–100.<br />
[4] Claus, M.; Retzmann, D., Uecker, K.; Zenkner, A.: Mehr Spannungsqualität<br />
im Netz: Innovatives Blindleistungskompensationssystem<br />
mit Modularer Multilevel Stromrichtertechnik auf VSC-Basis für<br />
Windparknetzanbindungen. In: ETG-Kongress 2009, Paper 2.21.<br />
Dipl.-Ing. Ulrich Halfmann (40), Studium der Elektrotechnik<br />
an der Ruhr-Universität Bochum, seit<br />
1996 bei der Siemens AG, zunächst im Bereich<br />
Energieübertragung und -verteilung, seit 2002<br />
im Bereich Bahnstromversorgung<br />
Adresse: Siemens AG, I MO CT ED CCA, Wernervon-Siemens-Str.<br />
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Fon: +49 9131 7-26867, Fax: +49 9131 828-26867;<br />
E-Mail: ulrich.halfmann@siemens.com<br />
Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Recker (42), Studium der<br />
Elektrotechnik an der Fachhochschule Osnabrück,<br />
seit 1994 bei der Siemens AG im Bereich<br />
Bahnelektrifizierung, Projektleiter für verschiedene<br />
Bahnstromversorgungsprojekte weltweit.<br />
Adresse: Siemens AG, I MO CT EL S-2,<br />
Werner-von-Siemens-Str. 67, 91052, Erlangen,<br />
Deutschland; Fon: +49 9131 7-46719,<br />
Fax: +49 9131 828-46719;<br />
E-Mail: wolfgang.recker@siemens.com<br />
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21.04.2009 13:05:13 Uhr<br />
179
Energie – acrps 2011<br />
Netzleittechnik in der 16,7 Hz-<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
– Trends und<br />
Perspektiven<br />
Eberhard Sternberg, Thomas Walther, Frankfurt/Main<br />
DB Energie erneuert seit 2001 die Netzleitsysteme zur Überwachung und Steuerung der Hochund<br />
Mittelspannungsnetze zur <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung. Dieser Prozess basiert auf der Ausrüstung<br />
aller Unterstationen mit digitaler Stationsleittechnik, der Prozessdatenkommunikation mit<br />
IEC 60870-5-104 sowie der flächendeckenden Nutzung von TCP/IP als Übertragungsprotokoll.<br />
News in substation control and control centre technology for 16.7 Hz railway power supply<br />
Since 2001 DB Energie has renewed SCADA systems and control centres for the 16.7 Hz high and<br />
middle voltage grids supplying the German railways. This renewal based on digital substation<br />
automation, standardized data communication (IEC 60870-5-104) and the protocol TCP/IP.<br />
Tendances et perspectives des systèmes de contrôle du réseau d’alimentation électrique<br />
en 16,7 Hz<br />
DB Energie renouvelle depuis 2001 les systèmes de contrôle et de commande des réseaux<br />
d’alimentation électrique haute et moyenne tension. Ce processus repose sur l’équipement<br />
de toutes les sous-stations en technologie numérique de contrôle, sur la communication des<br />
données de processus par IEC 60870-5-104 ainsi que l’utilisation généralisée du protocole de<br />
transmission TCP/IP.<br />
1 Einleitung<br />
Bild 1: Standorte der Netzleitstellen von DB Energie.<br />
Seit 14 Jahren verantwortet die DB Energie die Energieversorgung<br />
für die Deutsche Bahn: DB Energie versorgt<br />
Eisenbahnverkehrsunternehmen mit 16,7 Hz-<strong>Bahnen</strong>ergie,<br />
Gleichstrom und Dieselkraftstoff, betreibt aber<br />
auch 50 Hz-Mittelspannungsnetze zur Versorgung von<br />
Eisenbahn-Betri<strong>eb</strong>sanlagen sowie Handel und Gewerbe<br />
in Bahnhöfen. Ein wesentliches Standbein von DB<br />
Energie ist das Energi<strong>eb</strong>eschaffungs- und Risikomanagement.<br />
Dazu verfügt das Unternehmen, das 2009 mit<br />
rund 1 600 Mitarbeitern einen Umsatz von 2,3 Mrd. EUR<br />
erzielte, über Werkzeuge für die strukturierte Energi<strong>eb</strong>eschaffung<br />
und das Liefermanagement. Das <strong>Bahnen</strong>ergienetz<br />
der DB Energie hat eine Trassenlänge von<br />
7 754 km, die an diesem Netz installierte Leistung beträgt<br />
2 962 MW. Sie wird durch Kraft-, Umformer- und Umrichterwerke<br />
bereitgestellt. Zum Anlagenbestand gehören<br />
ferner 181 Unterwerke, 170 Mittelspannungsnetze und<br />
200 Tankstellen [4].<br />
Die Überwachung und Steuerung aller Anlagen erfolgt<br />
im Normalfall ausschließlich aus den eigenen Netzleitstellen.<br />
Auch die unternehmenseigenen Kraft-, Umformer-<br />
und Umrichterwerke werden unbesetzt betri<strong>eb</strong>en.<br />
Die Konzentration der Betri<strong>eb</strong>sführung und die damit<br />
verbundene Optimierung haben sich bewährt, die Verfügbarkeit<br />
der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung lag auch im Jahr 2010<br />
bei mehr als 99 %.<br />
180 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Energie<br />
2 Netzleittechnik<br />
Für die Netzführung im 110-kV-<strong>Bahnen</strong>ergienetz sowie in<br />
den insgesamt si<strong>eb</strong>en 15-kV-Oberleitungsnetzen betreibt<br />
DB Energie acht Netzleitstellen. Eine neunte Leitstelle,<br />
auf die dieser Beitrag nicht eingeht, ist in Hamburg für<br />
die Betri<strong>eb</strong>sführung in den <strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsanlagen<br />
der S-Bahn verantwortlich (Bild 1).<br />
2.1 Hauptschaltleitung (HSL)<br />
Das 110-kV-<strong>Bahnen</strong>ergienetz erstreckt sich über die gesamte<br />
Bundesrepublik. Es ist galvanisch mit dem 110-kV-<br />
Netz der ÖBB und induktiv über Kuppelumspanner mit<br />
dem 132-kV-Netz der SBB verbunden. Das gesamte Netz<br />
einschließlich der Kuppelumspanner zur SBB wird aus der<br />
HSL geführt.<br />
Bild 2: Planungsstufen in der <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung.<br />
2.1.1 Funktionsumfang<br />
110-kV-Netzführung<br />
Das Leitsystem stellt dem Bediener alle Funktionen zur<br />
Überwachung und Steuerung des <strong>Bahnen</strong>ergienetzes<br />
zur Verfügung. Dazu gehören n<strong>eb</strong>en der Meldungs-,<br />
Befehls- und Messwertverarbeitung weiterführende<br />
Funktionen, beispielsweise eine topologische Netzeinfärbung<br />
oder eine automatische Erdschlusssuche. Die<br />
Erstellung von Schaltfolgen für komplexe Netzschaltungen<br />
ist <strong>eb</strong>enso möglich wie deren Test im Studienmodus.<br />
Für wiederkehrende Schaltungen wie beispielsweise das<br />
Ausschalten und Erden einer Freileitung stehen Schaltprogramme<br />
zur Verfügung. Generell kann vor jeder erforderlichen<br />
Schaltung eine Netzsicherheitsrechnung gestartet<br />
werden, um immer eine maximale Verfügbarkeit<br />
des Netzes zu wahren. Außergewöhnliche Netz- und Anlagenzustände<br />
lösen Alarme aus. Der Simulations- und<br />
der Trainingsmodus basieren auf Netzberechnungen, die<br />
mit Onlinedaten durchgeführt werden. Selbstverständlich<br />
wird der gesamte Betri<strong>eb</strong>sablauf manipulationssicher<br />
dokumentiert und archiviert [5].<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
Energiemanagement<br />
In der HSL werden n<strong>eb</strong>en der Netzführung auch die<br />
Aufgaben der klassischen Lastverteilung sowie der physikalische<br />
Anteil des Energiehandels wahrgenommen. Die<br />
Lastverteilung folgt dem Optimierungsziel minimierter<br />
Betri<strong>eb</strong>skosten. Dafür stellt das Leitsystem einen großen<br />
Funktionsumfang zur Verfügung. Die <strong>Bahnen</strong>ergieerzeugung<br />
wird mit verschiedenen Zeithorizonten prognostiziert<br />
und optimiert (Bild 2) [1].<br />
Für die sekundäre Frequenz-Leistungs-Regelung im<br />
<strong>Bahnen</strong>ergienetz werden hauptsächlich Umformer- und<br />
Umrichterwerke eingesetzt. Ein aufwändiges Optimierungstool<br />
steuert den wirtschaftlichen Einsatz der Regelwerke.<br />
Es ermittelt im 15-min-Zyklus die Energi<strong>eb</strong>ezugspreise<br />
der verfügbaren Regelwerke, errechnet nutzbare<br />
Leistungs- sowie Arbeitsmengen und übergibt diese Informationen<br />
an den Netzregler. Der Netzregler setzt die<br />
Regelwerke gemäß den Vorgaben des Netzleitsystems<br />
ein, um die Regelgröße Netzfrequenz bei schwankender<br />
<strong>Bahnen</strong>ergi<strong>eb</strong>elastung möglichst konstant zu halten.<br />
Im störungsfreien Betri<strong>eb</strong> kann das <strong>Bahnen</strong>ergienetz in<br />
jedem 15-min-Abschnitt mit den jeweils minimalen Betri<strong>eb</strong>skosten<br />
gefahren werden.<br />
2.1.2 Systemtechnik<br />
Gegenwärtig läuft bei DB Energie ein Projekt zur Erneuerung<br />
des Netzleitsystems. N<strong>eb</strong>en dem Netzleitsystem<br />
wird im Rahmen des Projektes auch der Netzregler<br />
erneuert. Die Endabnahme des Gesamtsystems soll im<br />
September 2013 stattfinden. Die Erneuerung umfasst ein<br />
System-Upgrade des vorhandenen SINAUT Spectrum auf<br />
die aktuelle Systemversion 4.6. Funktional wird das neue<br />
System <strong>eb</strong>enfalls erweitert. So wird künftig auch ein umfangreiches<br />
Tool zur Auswertung und Dokumentation<br />
von Störungen zur Verfügung stehen, die Netzreglerfunktionen<br />
werden erweitert und umfangreiche Schnittstellen<br />
sowie Reportingfunktionen kommen hinzu. In<br />
den Systemverbund integriert wird eine Demilitarisierte<br />
Zone (DMZ) mit einer Austauschdatenbank, über die der<br />
Datenaustausch mit der Büro-IT sowie mit anderen IT-Anwendungen<br />
(Energiehandel, Fahrplanmanagement, ...)<br />
realisiert wird. Durch diese Öffnung des Netzleitsystems<br />
für breiten Datenaustausch rücken Fragen der IT-Sicherheit<br />
stark in den Vordergrund. Eine Lastenheftforderung<br />
ist deshalb die Umsetzung des bdew-Whitepaper Anforderungen<br />
an sichere Steuerungs- und Telekommunikationssysteme<br />
(Bild 3) [3].<br />
Das Leitsystem [2] wird auf zwei Standorte verteilt<br />
und ist komplett redundant aufg<strong>eb</strong>aut. Beide Standorte<br />
verfügen über eine Prozessankopplung und sind somit<br />
völlig unabhängig. Anders als beim Vorgängersystem gibt<br />
es nur eine einzige Datenbank, sodass keine Kopplung erforderlich<br />
ist und an beiden Standorten zu jeder Zeit das<br />
aktuelle Datenmodell zur Verfügung steht.<br />
181
Energie – acrps 2011<br />
2.2 Zentralschaltstellen (Zes)<br />
Die si<strong>eb</strong>en 15-kV-Oberleitungsnetze erstrecken sich jeweils<br />
über einen definierten Bereich des elektrifizierten Streckennetzes<br />
der DB Netz. Die Führung der Netze erfolgt im<br />
Auftrag von DB Netz aus jeweils einer Zentralschaltstelle.<br />
2.2.1 Funktionsumfang<br />
Die Zes müssen die ständige Verfügbarkeit der elektrotechnischen<br />
Anlagen des jeweiligen Versorgungsbereiches<br />
gewährleisten. Schwerpunkte der Betri<strong>eb</strong>sführungsfunktionen<br />
einer Zes sind das schnelle Wiedereinschalten<br />
ausgelöster Oberleitungsleistungsschalter zum Beispiel in<br />
Bild 3: Konfigurator des neuen Netzleitsystems der HSL [2].<br />
den Unterwerken beziehungsweise die Ersatzversorgung<br />
von Oberleitungsabschnitten nach Kurzschlussauslösungen<br />
und das Schalten im Oberleitungsnetz für Instandhaltungsarbeiten<br />
in der Oberleitung. Darüber hinaus sind<br />
die Zes für die Betri<strong>eb</strong>sführung von 3 AC 50 Hz-Mittel- und<br />
Niederspannungsanlagen und -netzen verantwortlich [6].<br />
Bild 4 zeigt das Übersichtsschaltbild eines Unterwerkes<br />
mittlerer Leistung im Stichanschluss.<br />
2.2.2 Systemtechnik<br />
Alle si<strong>eb</strong>en Zentralschaltstellen wurden als Konvoi geplant<br />
und verg<strong>eb</strong>en. Es entstanden si<strong>eb</strong>en baugleiche<br />
Netzleitsysteme PSIcontrol-EE der Firma PSI. Es handelt<br />
sich um hochverfügbare Systeme<br />
auf UNIX-Basis, besonders geeignet<br />
für große Datenmengen und<br />
schnelle grafische Darstellung von<br />
großen Versorgungsnetzen. Dabei<br />
sind die Zeiten für Bildaufbau, Netzberechnungen<br />
und Suchfunktionen<br />
äußerst kurz.<br />
Den Aufbau und das Systemkonzept<br />
einer Zes zeigt Bild 5. Die Leitplatzrechner,<br />
Koppelrechner und Datenbankrechner<br />
sind Workstations<br />
von der Firma SUN Microsystems. Alle<br />
Rechner haben redundante Standard-Ethernet-LAN-Verbindungen.<br />
Die Betri<strong>eb</strong>sführung mit der Leitstelle<br />
ist möglich, wenn mindestens ein<br />
Rechner jeder Verarbeitungs<strong>eb</strong>ene<br />
und eine LAN-Verbindung vorhanden<br />
sind. Die ersten drei Leitplatzrechner<br />
können ihre Bilder auf einer<br />
Rückprojektionswand darstellen [6].<br />
2.3 Zentrales<br />
Datenbanksystem<br />
Bild 4: Detailbild Uw Neudietendorf.<br />
Am Standort der HSL entstand 2010<br />
ein zentrales Datenbanksystem, das<br />
online zunächst nur mit den Zes kommuniziert.<br />
In diesem PSIcommand<br />
Datenbanksystem werden alle Betri<strong>eb</strong>sjournale<br />
der Zentralschaltstellen<br />
abgelegt, <strong>eb</strong>enso für das externe Berichtswesen<br />
relevante Daten. Es hält<br />
außerdem Telefon- und Bereitschaftslisten<br />
zentral vor. Die Hauptfunktion<br />
dieses Systems ist die zentrale Kopplung<br />
zum Instandhaltungs- und Planungssystem<br />
(SAP PM) der DB Energie.<br />
In den Netzleitsystemen auflaufende<br />
Störungsinformationen werden zur<br />
Anlage von Störungsmeldungen an<br />
SAP PM überg<strong>eb</strong>en. Das System wird<br />
derzeit in Betri<strong>eb</strong> genommen.<br />
182 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Energie<br />
3 Prozessdatenübertragung<br />
Die gesamte Prozessdatenübertragung zwischen den<br />
Unterstationen und Netzleitsystemen wird mit dem<br />
Fernwirkprotokoll IEC 60870-5-104 realisiert. Als Übertragungsprotokoll<br />
wird Telecontrol Protocol/Internet<br />
Protocol (TCP/ IP) in einem DB-eigenen Wide Area Network<br />
(WAN) eingesetzt. Für dieses Virtual Private Network<br />
(VPN) wurde zwischen dem bahninternen Provider<br />
und dem Anwender ein speziell auf die Anforderungen<br />
der Prozessdatenübertragung abgestimmtes IP-Adresskonzept<br />
entwickelt. N<strong>eb</strong>en der Prozessdatenübertragung<br />
wird über das VPN unter Berücksichtigung von<br />
Aspekten der IT-Security auch Fernwartung an den<br />
Netzleitsystemen und an den Stationsleittechnik-Anlagen<br />
durchgeführt.<br />
Der unter Abschnitt 2.1.1. genannte Netzregler verfügt<br />
mit dem Ziel maximaler Verfügbarkeit über eine<br />
eigene Infrastruktur zur Datenübertragung. Es handelt<br />
sich dabei um dezidierte Ende-zu-Ende-Verbindungen,<br />
über die mit dem Fernwirkprotokoll IEC 60870-5-101<br />
kommuniziert wird.<br />
Um bei Netzausfällen im Datenübertragungsnetz weiterhin<br />
handlungsfähig zu bleiben, betreibt DB Energie<br />
seit 2007 ein Funk-VPN, über das die Unterstationen<br />
zunächst nur mit den Zes verbunden werden können. In<br />
der vorhandenen HSL wird die Funkkommunikation nicht<br />
nachgerüstet, da die Zes im Bedarfsfall als Notsteuerstellen<br />
für die 110-kV-Spannungs<strong>eb</strong>ene des <strong>Bahnen</strong>ergienetzes<br />
fungieren können.<br />
4 Ausblick<br />
Mit dem neuen Netzleitsystem der HSL wird ein zusätzliches<br />
VPN für den Netzregler als separate Datenübertragungsmöglichkeit<br />
eingeführt. Dieses Netz wird<br />
von ausgewählten Unterstationen als Ersatzweg zur Prozessdatenübertragung<br />
genutzt. Die neue HSL wird auch<br />
online mit dem zentralen Datenbanksystem (siehe Abschnitt<br />
2.3) verbunden sein, um dort wichtige Prozessinformationen<br />
zu archivieren beziehungsweise Störungsmeldungen<br />
an SAP PM zu überg<strong>eb</strong>en.<br />
Das zentrale Datenbanksystem ist nach aktuellen<br />
strategischen Überlegungen der konzeptionelle Grundstein<br />
für die nächste Generation der Netzleittechnik bei<br />
DB Energie. Ziel der Konzeptarbeit ist ein auf mehrere<br />
Standorte verteiltes Leitsystem mit einem gemeinsamen<br />
Datenmodell für alle zu führenden Netze und Prozesse.<br />
Das VPN der DB Energie wird künftig durch Beschränkung<br />
der möglichen Routen und durch zusätzliche<br />
Verschlüsselung der übertragenen Daten noch besser<br />
gegen unbefugtes Eindringen sowie missbräuchliche<br />
Nutzung geschützt.<br />
In der Unterstationstechnik geht der Trend zu fabrikfertig<br />
lieferbaren 15-kV-Abzweigmodulen mit bereits<br />
integrierten Feldmodulen der Stationsleittechnik und<br />
Schutzgeräten. Mit dem Standard IEC 61850 soll künftig<br />
Bild 5: Konfigurator der Zentralschaltstelle Berlin (Quelle: PSI).<br />
die gesamte Kommunikation auf der Stations<strong>eb</strong>ene einschließlich<br />
der Schaltgeräte und Wandler möglich sein.<br />
Gegenwärtig wird ein Konzept erarbeitet, auch Störund<br />
Diagnosedaten sowie Messwerte und andere Prozessdaten<br />
zentral zu archivieren und einem breiten Anwenderkreis<br />
zur Verfügung zu stellen.<br />
Literatur<br />
[1] Lastenheft für die Erneuerung der Hauptschaltleitung der<br />
DB Energie, Frankfurt am Main, 2008.<br />
[2] Pflichtenheft für die Erneuerung der Hauptschaltleitung der<br />
DB Energie, Frankfurt am Main, 2010.<br />
[3] bdew-Whitepaper Anforderungen an sichere Steuerungsund<br />
Telekommunikationssysteme, Berlin 2008.<br />
[4] Weiland, K.; Falkenhagen, T.: Die Bahnstromversorgung der<br />
Deutschen Bahn – aktuelle Entwicklungen In: Eisenbahntechnische<br />
Rundschau, 10/2007.<br />
[5] Schaarschmidt, J.; Sternberg, E.: Hauptschaltleitung der DB<br />
Energie. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 99 (2001), H. 6-7, S. 247–254.<br />
[6] Lange, U., Walther, J. T.: New power supply control centres<br />
of Deutsche Bahn. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 104 (2006), H. 5,<br />
S. 209–216.<br />
Dipl.-Ing. Eberhard Sternberg (52), Studium an der Hochschule für<br />
Verkehrswesen „Friedrich List“ Dresden; Arbeitsg<strong>eb</strong>ietsleiter Netzleittechnik<br />
und Netzregelung bei der DB Energie GmbH.<br />
Adresse: DB Energie GmbH, Abteilung Energieverteilungssysteme<br />
und Netzleittechnik, Pfarrer-Perabo-Platz 2, 60326, Frankfurt,<br />
Deutschland;<br />
Fon: +49 69 265-23365, Fax: -23368;<br />
E-Mail: <strong>eb</strong>erhard.sternberg@deutsch<strong>eb</strong>ahn.com<br />
Dipl.-Ing. Jan-Thomas Walther (45), Studium an der Hochschule für<br />
Verkehrswesen „Friedrich List“ Dresden; Arbeitsg<strong>eb</strong>ietsleiter Energieverteilungssysteme<br />
bei der DB Energie GmbH.<br />
Adresse: wie oben;<br />
Fon: +49 69 265-23362, Fax: -23368;<br />
E-Mail: jan-thomas.walther@deutsch<strong>eb</strong>ahn.com<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
183
Energie – acrps 2011<br />
Unkonventionelle Verbesserung der<br />
Bahnstromversorgung Visp – Zermatt<br />
der Matterhorn Gotthard Bahn<br />
Heinz Voegeli, Thun<br />
Wegen ansteigenden Verkehrsleistungen musste die Energieversorgung der Strecke Brig – Zermatt<br />
durch eine Spannungserhöhung der Anspeisung des Unterwerks Herbriggen auf 66 kV verbessert<br />
werden. Besondere Rahmenbedingungen führten zu einer unkonventionellen Lösung, deren Planung<br />
und Umsetzung mit großen aber auch interessanten Herausforderungen verbunden war.<br />
Unconventional improvement of the power supply between Visp and Zermatt of the Matterhorn<br />
Gotthard Railway<br />
Due to rising train traffic on the route Brig – Zermatt a voltage increase of the supply of the substation<br />
Herbriggen on 66 kV had to be implemented. Special conditions resulted in an unconventional<br />
solution; its planning and implementation were a big but also interesting challenge.<br />
Renforcement non conventionnel de l’approvisionnement en énergie de traction de la ligne<br />
Visp – Zermatt du Matterhorn Gotthard Bahn<br />
En raison de l’augmentation du trafic, l’approvisionnement en énergie électrique de la ligne<br />
Brig – Zermatt a du être améliorée par l’augmentation à 66 kV de la tension d’alimentation de la<br />
sous-station d’Herbriggen. Les conditions liées au projet ont conduit à une solution particulière,<br />
dont le développement fut complexe mais hautement intéressant.<br />
1 Einführung<br />
Die 140 km lange Matterhorn Gotthard Bahn (MGB) ist<br />
eine Meterspurbahn, sie führt von Zermatt über Visp, Brig<br />
und Andermatt nach Disentis (Bild 1). Hier ist die MGB<br />
Bild 1: Strecke der MGB Zermatt – Disentis mit den bisherigen Einspeisepunkten der Energieversorgung,<br />
blau markiert sind die Zahnstangenabschnitte.<br />
mit der Rhätischen Bahn (RhB) verbunden, die die gleiche<br />
Spurweite und mit 1 AC 11 kV 16,7 Hz die gleiche Fahrleitungsspannung<br />
aufweist. International bekannt sind die<br />
Direktverbindungen des Glacier Express von Zermatt nach<br />
St. Moritz und Davos, die auf dieser Strecke verkehren.<br />
Zwischen Visp und Zermatt überwindet<br />
die MGB auf einer Strecke<br />
von 35 km 950 Höhenmeter. Davon<br />
sind fünf Streckenabschnitte mit<br />
Zahnstange vorhanden. Die maximale<br />
Steigung beträgt auf den Zahnstangenabschnitten<br />
125 ‰, auf Adhäsionsabschnitten<br />
28 ‰. N<strong>eb</strong>en den<br />
täglich bis zu vier Zugpaaren des Glacier<br />
Express werden planmäßig Regionalzüge<br />
geführt, für welche in den<br />
nächsten Jahren sukzessive ein 30-Minutentakt<br />
eingeführt wird. Im oberen<br />
Streckenteil zwischen Täsch und<br />
Zermatt wird überdies im 20-Minutentakt<br />
ein Shuttledienst ang<strong>eb</strong>oten.<br />
Die Glacier Express-Züge bestehen<br />
aus einer Lokomotive des Typs<br />
HGe 4 / 4<br />
II<br />
mit Anschnittsteuerung und<br />
sechs relativ schweren Panoramawagen.<br />
Die Zugmasse einer solchen<br />
Komposition beträgt 200 t, die Maximalleistung<br />
der Lok 2,9 MW/3,6 MVA.<br />
184 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
Energie – acrps 2011<br />
Bild 2: Erg<strong>eb</strong>nisse der Simulationen mit FABEL, minimal auftretende Oberleitungsspannung zwischen Brig und Zermatt.<br />
oben künftiger Betri<strong>eb</strong> mit bestehender Energieversorgung<br />
unten künftiger Betri<strong>eb</strong> mit 66-kV-Anspeisung des UW Herbriggen<br />
Die Regionalzüge können eine ähnliche Masse erreichen,<br />
oder sie bestehen aus bis zu zwei Einheiten des Typs Komet<br />
mit einer gesamten Traktionsleistung von 2 x 1,3 MW. Der<br />
Shuttledienst wird von Tri<strong>eb</strong>zügen der Baureihe BDSeh 4 / 8<br />
gefahren, deren Antri<strong>eb</strong>sleistung <strong>eb</strong>enfalls 1,3 MW beträgt.<br />
Außerdem kommt eine beträchtliche Leistung für<br />
die Klimatisierung der Züge dazu.<br />
Zwischen Visp und Brig verläuft die Strecke ohne große<br />
Steigung. Ab Brig führen auch die Normalspurstrecken<br />
der SBB ins Rhônetal und durch den Simplontunnel, ferner<br />
die BLS-Strecke via Lötschberg nach Thun und Bern. Die<br />
MGB steigt von Brig bis nach Oberwald wieder stetig an.<br />
Auf 41 km werden 700 Höhenmeter überwunden, was<br />
drei Zahnstangenabschnitte erfordert. Zwischen Visp und<br />
Fiesch wird ab 2014 <strong>eb</strong>enfalls ein 30-Minutentakt mit Regionalzügen<br />
ang<strong>eb</strong>oten. Zwischen Oberwald und Realp befindet<br />
sich der Furka-Basistunnel, durch welchen zusätzlich<br />
zum Reiseverkehr Autozüge im Halbstundentakt geführt<br />
werden. Der Furka-Basistunnel ist einspurig und hat zwei<br />
Kreuzungsstellen, er ist 15,8 km lang und hat eine Steigung<br />
von 16,5 und 3 ‰. Ab Realp bis Andermatt fällt die Strecke<br />
geringfügig. In Andermatt zweigt die Schöllenenbahn<br />
Richtung Norden ab; sie führt über ein maximales Gefälle<br />
von 179 ‰ nach Göschenen am Nordportal des heutigen<br />
Gotthardtunnels. Die Glacier Express-Strecke steigt in Andermatt<br />
weiter Richtung Osten über den Oberalppass von<br />
1 436 m.ü.M. auf 2 033 m.ü.M. Der größte Teil der Steigung<br />
wird mittels Zahnstange überwunden. Mehrere Zahnstangenabschnitte<br />
befinden sich auch auf der anderen Seite<br />
des Oberalppasses bis nach Disentis, Höhendifferenz 900 m<br />
auf eine Streckenlänge von 19,3 km. N<strong>eb</strong>en den Glacier Express<br />
verkehren auf den Strecken Fiesch – Andermatt und<br />
Andermatt – Disentis Regionalzüge im Stundentakt wie<br />
auch zwischen Andermatt und Göschenen. Dazu kommen<br />
im Winter zwischen Andermatt und Nätschen am Oberalppass<br />
zusätzliche Züge für den Wintersport.<br />
2 Ausgangslage für die<br />
Energieversorgung<br />
Drei Unterwerke in Massaboden (Brig), Herbriggen und<br />
Andermatt speisen das MGB-Fahrleitungsnetz mit 1 AC<br />
11 kV 16,7 Hz. Die Energie wird von den Schweizerischen<br />
Bundesbahnen (SBB) bezogen: in Massaboden ab der<br />
15-kV-Sammelschiene zur Speisung der Oberleitungen von<br />
SBB und BLS und über drei parallele Autotransformatoren<br />
15/11 kV sowie in Andermatt ab einer 2 AC 66 kV Übertragungsleitung<br />
von Göschenen her. Die Anspeisung des<br />
186 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Energie<br />
Bild 3: Erg<strong>eb</strong>nisse der Simulationen mit FABEL, Zugfahrt eines Glacier Express von Brig nach Zermatt.<br />
oben Spannungen am Stromabnehmer, schwarz bei durchgehender 66-kV-Anspeisung des UW Herbriggen, blau mit der heute umgesetzten<br />
Übergangslösung (gemischte 15- und 66-kV-Anspeisung)<br />
unten Geschwindigkeitsdiagramm des Zuges<br />
Unterwerks Herbriggen war bislang etwas speziell – sie<br />
erfolgte über eine separate Übertragungsleitung von Massaboden<br />
her, die jedoch nur mit 15 kV betri<strong>eb</strong>en wurde. In<br />
Herbriggen wurde die Spannung über zwei parallele Autotransformatoren<br />
auf 11 kV reduziert. In Massaboden steht<br />
eine SBB-Anlage, bestehend aus Kraftwerk, Frequenzumformerwerk<br />
und Unterwerk (UW), verbunden mit zwei<br />
Übertragungsleitungen 2 AC 132 kV. Die Oberleitung der<br />
MGB besteht aus einem Kettenwerk mit einem Fahrdraht<br />
107 mm 2 Cu und einem Tragseil 50 mm 2 StCu. Parallel dazu<br />
verläuft ein abschaltbarer Hilfsleiter, womit die Leitungsimpedanz<br />
reduziert wird und temporär ausgeschaltete<br />
Oberleitungsabschnitte überbrückt werden können.<br />
Die Anlage Massaboden liegt östlich von Naters-Brig,<br />
die Streckenspeisungen SBB, BLS und MGB befinden sich<br />
aber westlich davon. Dies bedeutet, dass insgesamt vier<br />
Speiseleitungen und die Übertragungsleitung nach Herbriggen<br />
durch heute dicht besiedeltes G<strong>eb</strong>iet führen. Die<br />
Leitungen bestehen schon seit Jahrzehnten und es wurde<br />
im Laufe der Zeit immer näher an sie herang<strong>eb</strong>aut. Am<br />
01.02.2000 ist in der Schweiz die Verordnung über den<br />
Schutz vor nichtionisierender Strahlung (NISV) in Kraft<br />
getreten. Damit ist zu befürchten, dass eine Änderung<br />
dieser Leitungen nicht mehr bewilligt würde und neue<br />
Leitungstrassen gefunden werden müssten.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
3 Netzberechnungen<br />
Bereits im Jahre 2001 wurden, damals noch für die BVZ<br />
Zermatt-Bahn, mit dem Simulationsprogramm FABEL<br />
Netzuntersuchungen für den Streckenabschnitt Brig – Visp<br />
– Zermatt im Hinblick auf dichtere Zugfolgen, schwerere<br />
Zugkompositionen und neuem Rollmaterial durchgeführt.<br />
Insbesondere stand auch eine Erhöhung der Transportleistung<br />
zwischen Täsch und Zermatt im Fokus. Als besondere<br />
Herausforderung entpuppte sich dabei die Bestimmung<br />
der Impedanzwerte für das Netzmodell, im Speziellen für<br />
die auf zwei parallelen Trassen durchs G<strong>eb</strong>irge verlaufende<br />
15-kV-Übertragungsleitung mit der Stromrückleitung<br />
über die Fahrschienen und das Erdreich. Wegen ihrer<br />
zentralen Bedeutung wurden die rechnerisch bestimmten<br />
Schleifenimpedanzen noch mit Messungen validiert.<br />
Die Erg<strong>eb</strong>nisse der Netzsimulationen zeigten, dass sich<br />
die bereits unbefriedigende Spannungsstabilität mit zunehmendem<br />
Betri<strong>eb</strong> derart verschlechtern wird, dass mit<br />
Fahrzeitverlängerungen und Hauptschalterauslösungen<br />
auf den Tri<strong>eb</strong>fahrzeugen wegen Unterspannung gerechnet<br />
werden muss (Bild 2). Ein wesentlicher Grund für<br />
diese Situation liegt in der weichen Einspeisung im UW<br />
Herbriggen. Es wurde aufgezeigt, dass mit einer harten<br />
Einspeisung durch eine 66-kV-Übertragungsleitung nach<br />
187
Energie – acrps 2011<br />
zu realisieren. Es musste nach Sofortmaßnahmen<br />
und Zwischenlösungen<br />
gesucht werden. Solche wurden<br />
<strong>eb</strong>enfalls mittels Netzsimulationen<br />
hinsichtlich ihrer Wirksamkeit untersucht<br />
(Bild 3). Das Computermodell<br />
wurde schließlich noch auf die ganze<br />
MGB erweitert, und es wurden damit<br />
mögliche Netzverstärkungen im Hinblick<br />
auf Betri<strong>eb</strong>sentwicklungen bis<br />
ins Jahr 2030 untersucht.<br />
Bild 4: Heute realisierte Übergangslösung für die Netzspeisung der Strecke Brig – Zermatt.<br />
Bild 5: Übersichtsschaltbild der Anspeisung des Unterwerks Herbriggen.<br />
Herbriggen die Oberleitungsspannung deutlich stabilisiert<br />
wird. Die Stromtragfähigkeit aller bestehenden elektrischen<br />
Anlagen erwies sich in den Simulationen auch für<br />
einen künftigen Betri<strong>eb</strong> als unkritisch.<br />
Es folgten Diskussionen mit den SBB über mögliche Lösungen,<br />
Finanzierung und Zuständigkeiten, Standort abklärungen<br />
für ein neues UW zwischen Brig und Visp sowie die Beurteilung<br />
der Machbarkeit verschiedener Leitungstrassen.<br />
Gleichzeitig mit der Regelung der Verantwortlichkeiten<br />
wurden auch die Vorstellungen über den künftigen<br />
Betri<strong>eb</strong> revidiert. Im Hinblick auf die Eröffnung des<br />
Lötschberg-Basistunnels im Dezember 2007 war ein stark<br />
erweitertes Zugang<strong>eb</strong>ot geplant, es wurden neue Züge<br />
eingesetzt und weitere Beschaffungen vorbereitet. Die<br />
Netzberechnungen mussten daher aktualisiert und dem<br />
Fahrplan 2007/2008 angepasst werden. Die Rahmenbedingungen<br />
erlaubten es jedoch nicht, innert nützlicher<br />
Frist eine durchgängige 66-kV-Anspeisung für Herbriggen<br />
4 Risiken und<br />
Verfügbarkeit<br />
Die MGB ist eine G<strong>eb</strong>irgsbahn und<br />
das Bahntrassee ist dementsprechend<br />
durch Lawinen, Erdrutsche,<br />
Steinschlag und Überschwemmungen<br />
gefährdet. Damit sind aber auc h<br />
die elektrischen Leitungen einem<br />
Risiko ausgesetzt. Der Fremdenverkehrsort<br />
Zermatt am Ende der Strecke<br />
ist autofrei und kann ab Täsch<br />
nur über die Bahn erreicht werden.<br />
Deshalb muss die Verfügbarkeit dieser<br />
Bahnverbindung sehr hoch sein.<br />
Da diese Strecke im Stich gespeist<br />
wird, kann bereits ein einziger Unterbruch<br />
der Energieversorgung zu<br />
einer Betri<strong>eb</strong>sunterbrechung führen.<br />
Auf dem besonders gefährdeten Abschnitt<br />
Stalden – Mattsand wurde<br />
deshalb die Übertragungsleitung<br />
einerseits entlang dem Bahntrassee<br />
und andererseits auf einem parallelen<br />
Leitungstrassee über den Berg<br />
auf der gegenüberliegenden Talseite<br />
geführt. Diese zweite Leitung war<br />
allerdings eine alte, zweckentfremdete dreiphasige Leitung,<br />
deren drei Leiter parallel geschaltet wurden, der<br />
Rückstrom floss über das Gleis und das Erdreich. Diese<br />
Leitung konnte für eine zweipolige 66-kV-Anspeisung<br />
nicht verwendet werden. Nun wurde, <strong>eb</strong>enfalls auf der<br />
gegenüberliegenden Talseite, auf dem heiklen Abschnitt<br />
ein 2,3 km langer, neuer Straßentunnel g<strong>eb</strong>aut, Stägjitschuggentunnel<br />
genannt. Durch den dazu parallelen<br />
Dienst- und Rettungsstollen, sowie im offenen Bereich<br />
entlang der Straße, konnte eine insgesamt rund 8 km lange<br />
66-kV-Kabelverbindung errichtet werden, welche die<br />
alte Dreiphasenleitung über den Berg ersetzte.<br />
Im UW Herbriggen sind die Autotransformatoren und<br />
auch die Leistungsschalter redundant vorhanden. Trotz<br />
der neuen 66-kV-Anspeisung sollte die 15-kV-Anspeisemöglichkeit<br />
mittels Umschaltungen als sofort aktivierbare<br />
Rückfall<strong>eb</strong>ene erhalten bleiben, beispielsweise bei einem<br />
Transformatordefekt.<br />
188 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Energie<br />
Zukunft bewegen.<br />
5 Realisierung<br />
5.1 Konzept<br />
Die vorgängig beschri<strong>eb</strong>enen Rahmenbedingungen machten für die Anspeisung<br />
des Unterwerks Herbriggen eine Übergangslösung notwendig.<br />
Diese besteht darin, dass die Leitung ab Massaboden bis westlich von<br />
Brig weiterhin mit 15 kV betri<strong>eb</strong>en wird und in Gamsen, zwischen Brig<br />
und Visp, die Spannung über ein fahrbares Unterwerk (fUW) der SBB auf<br />
66 kV hochtransformiert wird. Ab fUW Gamsen erfolgt die Übertragung<br />
mit 66 kV über die in Abschnitt 4 beschri<strong>eb</strong>enen definitiven Übertragungsleitungen<br />
(Bilder 4 und 5).<br />
5.2 Fahrbares Unterwerk Gamsen<br />
Die SBB besitzen insgesamt 18 fUW, die über das gesamte Netz verteilt zum<br />
Teil langfristig und zum Teil nur kurzzeitig, beispielsweise bei Umbauarbeiten<br />
zur Überbrückung von Außerbetri<strong>eb</strong>nahmen, eingesetzt werden. Das fUW<br />
Gamsen steht direkt an der Strecke Brig – Visp auf der hierfür erforderlichen<br />
Betonplatte mit Gleis und Ölwanne (Bild 6).<br />
Ein fUW der SBB besteht aus zwei Eisenbahnwagen. Auf dem einen<br />
stehen ein Transformator 132-66/15 kV mit einer Leistung von 21,8 MVA<br />
sowie die Hochspannungsschalter und Wandler. Im anderen Wagen, einem<br />
umg<strong>eb</strong>auten Personenwagen, sind die gesamte Leittechnik und die Eigenbedarfsversorgung<br />
unterg<strong>eb</strong>racht.<br />
Das Spezielle ist nun, dass das fUW Gamsen „rückwärts“ betri<strong>eb</strong>en wird,<br />
die von Massaboden kommenden 15 kV werden auf 66 kV transformiert.<br />
Schutz- und steuerungstechnisch erforderte dies einige Anpassungen<br />
innerhalb des fUW.<br />
5.3 Unterwerk Herbriggen<br />
Das ursprüngliche UW Herbriggen bestand aus zwei Autotransformatoren<br />
15/11 kV von je 4 MVA Leistung, zwei 11-kV-Speisepunktschaltern<br />
und einem 15-kV-Leistungsschalter. Diese Anlagen sind als Rückfall<strong>eb</strong>ene<br />
weiterhin betri<strong>eb</strong>sbereit. Der 11-kV-Teil bli<strong>eb</strong> beim Umbau unverändert.<br />
Zusätzlich wurde ein 10-MVA-Transformator 66/11 kV mit einem<br />
66-kV-Eingangsfeld aufgestellt. Der Transformator konnte von der RhB<br />
übernommen werden, er wurde vor der Überfuhr nach Herbriggen einer<br />
Totalrevision unterzogen. Wegen der Masse und den Abmessungen konnte<br />
der Transformator nicht per Bahn, sondern er musste auf der Straße transportiert<br />
werden. Dabei kam sehr zu Hilfe, dass der kurz vor der Eröffnung<br />
stehende Stägjitschuggentunnel genutzt werden konnte. Dafür waren<br />
dann das Abladen und die Platzierung des Transformators im UW eine große<br />
Herausforderung. Der Transformator hat eine manuell zu betätigende<br />
Stufenschaltung und der Mittelpunkt ist geerdet. Im fUW Gamsen gibt es<br />
keine Mittelpunkterdung, was spezielle Anforderungen an den Leitungsschutz<br />
hinsichtlich Erkennung von Erdschlüssen stellte, und die Leitung<br />
musste für 66 kV, nicht nur 33 kV, gegen Erde isoliert und die Überspannungsableiter<br />
entsprechend dimensioniert werden.<br />
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5.4 Übertragungsleitungen<br />
Beim Start der Projektierungsarbeiten entpuppten sich die zur Verfügung<br />
stehenden Übertragungsleitungen zwischen Massaboden und Herbriggen<br />
als Flickwerk. Sie wurden nur mit 15 kV betri<strong>eb</strong>en und Anpassungen<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
MadAngels
Energie – acrps 2011<br />
Bild 6: Fahrbares Unterwerk Gamsen (links), Unterwerk Herbriggen (rechts).<br />
wurden dann nur noch für das 15-kV-Niveau ausgeführt.<br />
So mussten als Erstes alle Leitungen, Mast für Mast, auf<br />
deren Zustand und Spannungsfestigkeit überprüft werden.<br />
Damit wurde folgende Situation angetroffen und<br />
nachstehende Maßnahmen festgelegt:<br />
• Leitung Massaboden – Brig (Eigentum SBB): sehr alte<br />
Leitung, Masten teilweise in schlechtem Zustand und<br />
nur für 15 kV isoliert, führt direkt an Häusern vorbei.<br />
Ein Umbau war undenkbar, die NISV hätte nicht eingehalten<br />
werden können und mit Opposition der Anwohner<br />
musste gerechnet werden, langwieriges Genehmigungsverfahren<br />
mit höchst ungewissem Ausgang.<br />
• Leitung Brig – Gamsen (Eigentum SBB): ehemalige<br />
66-kV-Leitung der SBB, die Leitung verläuft entlang<br />
dem SBB Bahntrassee, diverse Straßenüberführungen<br />
wurden neu g<strong>eb</strong>aut und die dafür notwendigen Kabelunterquerungen<br />
wurden teilweise nur für 15 kV<br />
ausgeführt, <strong>eb</strong>enso die Überspannungsableiter. Zum<br />
Bild 7: Glacier Express mit Lok HGe 4 / 4<br />
II<br />
und 6 Panoramawagen. Die<br />
Übertragungsleitung ist das obere Leiterpaar. Im Hintergrund ist<br />
zu sehen, wie nahe die Leitung zum Teil an Häusern vorbei führt<br />
(Streckenabschnitt oberhalb St. Niklaus).<br />
Einschlaufen des fUW Gamsen musste die Leitungsführung<br />
angepasst werden.<br />
• Leitung Gamsen – Stalden: Die Leitung verläuft entlang<br />
dem Bahntrassee und wurde ursprünglich für 66 kV<br />
projektiert, viele Isolatoren und Kabelabschnitte waren<br />
jedoch nur für 15 kV ausgelegt, <strong>eb</strong>enso die Überspannungsableiter.<br />
Die Abstände der Leiterseile waren bei<br />
diversen Masten für 66 kV zu gering.<br />
• Für die Verzweigung auf die Kabelleitung durch den<br />
Straßentunnel (Stägjitschuggenleitung) und die Übertragungsleitung<br />
entlang dem Bahntrassee musste in<br />
Merje (Stalden) und Mattsand (bei Herbriggen) ein<br />
66-kV-Schaltposten (Sp) g<strong>eb</strong>aut werden.<br />
• Die 66-kV-Stägjitschuggenleitung wurde neu g<strong>eb</strong>aut,<br />
2,3 km als Kabel durch den Stägjitschuggentunnel,<br />
5,7 km als Kabel entlang der Hauptstraße und querfeldein<br />
bis zum <strong>eb</strong>enfalls neu zu bauenden Kabelendmast<br />
als Verbindung zur bestehenden Freileitung (4 km).<br />
• Leitung Stalden – Herbriggen entlang dem Bahntrassee:<br />
Die Leitung war ursprünglich für 66 kV projektiert,<br />
auch hier waren aber viele Isolatoren, Leiter- und Kabelabschnitte<br />
nur für 15 kV ausgeführt. Über den oberhalb<br />
Stalden gelegenen Bahnhof St. Niklaus hinweg<br />
wurde die Leitung größtenteils neu g<strong>eb</strong>aut.<br />
Nachdem der Handlungsbedarf festgestellt war, konnte<br />
ein Projekt erarbeitet und das Plangenehmigungsverfahren<br />
(PGV) eingeleitet werden. Dazu gehörte der<br />
Nachweis, dass die NISV eingehalten wird. Dies erforderte<br />
einerseits die Bestimmung der resultierenden nichtionisierenden<br />
Strahlung mittels Computerberechnungen mit<br />
den Programmen SIMNET und EMFCALC. Andererseits<br />
mussten entlang der gesamten Leitung die möglichen so<br />
genannten Orte mit empfindlicher Nutzung (OMEN), also<br />
G<strong>eb</strong>äude, in denen sich Menschen regelmäßig während<br />
längerer Zeit aufhalten und die noch nicht überbauten<br />
Grundstücke der Bauzonen, aufgenommen werden.<br />
Schließlich wurde geprüft, ob bei den OMEN die NISV<br />
eingehalten wird. Dies war insofern aufwändig, weil<br />
das Bahntrassee an manchen Stellen entlang von steilen<br />
Hängen verläuft und die 1-μT-Kurve in Relation zur G<strong>eb</strong>äudekontur<br />
zu setzen war (Bild 7). Dies machte die genaue<br />
Vermessung jedes einzelnen G<strong>eb</strong>äudes entlang dem<br />
Bahntrassee erforderlich. Die Nachweisführung zeigte,<br />
190 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Energie<br />
Bild 8: Messungen während des Betri<strong>eb</strong>s, Aufzeichnungen im UW Herbriggen. Der Spannungseinbruch um 09.07 Uhr stammt von der Überlagerung<br />
einer niedrigen Sammelschienenspannung im KW Massaboden mit einem hohen Strombezug in Herbriggen.<br />
I 1001 Strom Richtung Stalden<br />
I 1002 Strom Richtung Zermatt<br />
I 4010 Strom 66-kV-Übertragungsleitung (gemessen 11-kV-seitig)<br />
U SS11 Spannung Sammelschiene 11 kV<br />
U 6010 Spannung 66 kV<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
dass an einzelnen Stellen die Lage der bestehenden Übertragungsleitung<br />
geändert werden musste.<br />
Der Bau der Stägjitschuggenleitung war ein eigenständiges<br />
Projekt, und eine Abstimmung mit dem Bahnbetri<strong>eb</strong><br />
war deshalb nicht notwendig. Die Leitung wurde jedoch<br />
zusammen mit weiteren 50-Hz- und Telecom-Leitungen auf<br />
demselben Trassee realisiert, was zu einem größeren Koordinationsbedarf,<br />
auch mit dem Straßenbau, führte. Nachdem<br />
die Leitung fertig gestellt und die Spannungsprüfung<br />
erfolgreich durchgeführt war, wurde die Straße zusammen<br />
mit dem Leitungstrassee bei Unwettern weggespült. Dadurch<br />
wurden zusätzlich noch aufwändige und zeitraubende<br />
Reparaturarbeiten nötig. Insbesondere nahm die Nachlieferung<br />
der Hochspannungskabel einige Zeit in Anspruch.<br />
Der zeitlichen Planung des gesamten Projektablaufs<br />
kam eine wesentliche Bedeutung zu. Gewisse Zeitfenster<br />
durften unter keinen Umständen verpasst werden. Die<br />
für die Spannungserhöhung notwendigen Umbauten an<br />
der Freileitung konnten nur nachts in den Betri<strong>eb</strong>spausen<br />
durchgeführt werden. Selbst da gab es aber Einschränkungen,<br />
weil die Anspeisung des UW Herbriggen wegen<br />
des Fahrbetri<strong>eb</strong>s zwischen Täsch und Zermatt in den Nächten<br />
Donnerstag bis Sonntag und der in Zermatt abgestellten<br />
Züge in Betri<strong>eb</strong> bleiben musste. Ein weiteres Problem<br />
bei der Umsetzung war die Witterung. So konnten<br />
Betonierarbeiten nicht während der langen Winterzeit<br />
ausgeführt werden, die Montagearbeiten wurden durch<br />
große Schneemengen behindert. Diese Erschwernisse galten<br />
<strong>eb</strong>enso beim Bau der Unterwerkserweiterung und<br />
beim Transport des Transformators.<br />
5.5 Netzstabilität<br />
Mit der Stägjitschuggenleitung wurde eine bedeutende<br />
zusätzliche Kabelkapazität ins Übertragungsleitungsnetz<br />
eing<strong>eb</strong>racht. Im Wallis sind mit den 132-kV-Kabeln durch<br />
den Simplontunnel und durch den Lötschberg-Basistunnel,<br />
sowie dem 15-kV-Kabel im Lötschberg-Basistunnel<br />
bereits ansehnliche Längen von Hochspannungskabeln<br />
vorhanden. Es musste deshalb mit Netzmodellrechnungen<br />
sichergestellt werden, dass mit dem Stägjitschuggenkabel<br />
und der Spannungserhöhung nicht instabile Netzzustände<br />
eintreten können [1].<br />
Die beiden MGB-Fahrzeugtypen Shuttle und KOMET<br />
sind in Umrichtertechnik ausgeführt. Um die zu erwarten-<br />
191
Energie – acrps 2011<br />
de Netzstabilität abschließend beurteilen zu können, mussten<br />
der Frequenzgang und das Eingangsadmittanzverhalten<br />
dieser Fahrzeuge mit Messungen ermittelt werden.<br />
6 Messungen und Nachweisführung<br />
Im Rahmen der Inbetri<strong>eb</strong>setzung wurden während zweier<br />
Nächte im Juni 2009 Versuche und Messungen mit dem<br />
Gesamtsystem durchgeführt, unter anderem mit den folgenden<br />
Zielen:<br />
• Messung der Impedanzen der Übertragungsleitungen<br />
ab UW Herbriggen für die Einstellung des Leitungsund<br />
Anlagenschutzes<br />
• Inbetri<strong>eb</strong>nahme der Anlagen schrittweise bis zur Nominalspannung<br />
von 66 kV<br />
• Messung der Stromverteilung auf die Übertragungsleitung<br />
entlang dem Bahntrassee und auf die Stägjitschuggenleitung<br />
(Abschnitt Merje (Stalden) – Mattsand)<br />
• Messung der Rückstromverteilung<br />
• Messung der Schleifenimpedanzen der Oberleitung ab UW<br />
Herbriggen für die Einstellung des Oberleitungsschutzes<br />
• Betri<strong>eb</strong>sversuche unter Last<br />
• Testen der Umschaltungen zwischen 66-kV- und 15-kV-<br />
Betri<strong>eb</strong> gemäß Checkliste für das Personal der MGB-<br />
Betri<strong>eb</strong>sleitzentrale.<br />
Die NISV konnte an einigen Stellen nur sehr knapp<br />
eingehalten werden, weshalb der Stromaufteilung bei<br />
der Übertragungsleitung auf jene entlang des Bahntrassees<br />
und auf die Stägjitschuggenleitung eine wesentliche<br />
Bedeutung zukam. Eine Auflage des Bundesamts für Verkehr<br />
(BAV) forderte eine Validierung dieser Aufteilung<br />
mittels Messungen. Diese wurden am Schaltposten Merje<br />
vorgenommen, wobei auch die Rückstromverteilungen<br />
für die verschiedenen Speisearten (66/15/11 kV) umfassend<br />
ermittelt wurden. Die für die Plangenehmigung berechneten<br />
Stromverteilungen wurden mit den Messungen<br />
präzis bestätigt.<br />
Im März 2010 wurden an fünf Tagen (Donnerstag –<br />
Montag) durchgehend Messungen während des Betri<strong>eb</strong>s<br />
durchgeführt. Dabei wurden sämtliche Ströme und Spannungen<br />
im UW Herbriggen, im fUW Gamsen und im KW/<br />
UW Massaboden zeitsynchron aufgezeichnet (Bild 8). Die<br />
Messungen bezweckten<br />
• die Verifikation des Nutzens durch die 66-kV-Einspeisung<br />
mittels Spannungsmessungen,<br />
• die Verifikation der Stromverteilung auf die beiden<br />
Übertragungsleitungen, punktuell mit einem Bezug<br />
zur Betri<strong>eb</strong>slage,<br />
• die Verifikation der Größenordnungen bei den Extremwerten<br />
von Strom und Spannung,<br />
• die Ermittlung der Ursachen von Spannungsschwankungen<br />
(SBB, BLS, MGB) und<br />
• das Identifizieren allfälliger eigenartiger Phänomene.<br />
Es zeigte sich, dass hohe Belastungen im KW Massaboden<br />
durch die Simplon- und Lötschberglinie sich merklich auf die<br />
Sammelschienenspannung im UW Herbriggen auswirken.<br />
7 Ausblick<br />
Die realisierte gemischte 15-kV- und 66-kV-Anspeisung<br />
des UW Herbriggen mit dem dazwischen liegenden fahrbaren<br />
Unterwerk ist nur eine Übergangslösung, weil die<br />
Rahmenbedingungen noch keine definitive durchgehende<br />
66-kV-Anspeisung erlauben (Bild 5). Eine solche muss<br />
nun bis 2016 realisiert werden, weil dann eine Korrektion<br />
des Flusses Rotten erfolgt, die den Standort des fUW Gamsen<br />
tangiert. Die Variantenevaluation ist derzeit im Gange,<br />
welche die gesamte Bahnstromversorgung im Raum<br />
Brig – Visp inklusive der Anspeisung der Simplon- und<br />
Lötschberglinie umfasst.<br />
Bei der Bahnstromversorgung der MGB bestehen aber<br />
noch weitere Schwachpunkte, die in den kommenden<br />
Jahren behoben werden müssen. So ist im oberen Goms<br />
zwischen Fiesch und Oberwald der Bau eines Unterwerks<br />
132/11 kV vorgesehen, das an eine neue SBB-Übertragungsleitung<br />
zwischen dem Tessin und dem Wallis angeschlossen<br />
werden soll. Eine weitere Schwachstelle besteht östlich des<br />
Oberalppasses in der Surselva. Mögliche Netzverstärkungen<br />
befinden sich derzeit in der Evaluationsphase.<br />
Literatur<br />
[1] A<strong>eb</strong>erhard, M.; Duron, J.; Lörtscher, M.; Meyer, M.: Stabilitätsuntersuchungen<br />
im 132-kV-Netz der SBB. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 107 (2009), H. 6, S. 267–273.<br />
Dipl. El.-Ing. ETHZ Heinz Voegeli (55), Studium<br />
Elektrotechnik an der Eidgenössischen Technischen<br />
Hochschule (ETH) Zürich bis 1981; 1987<br />
Gründung und seither Geschäftsleitung ENO-<br />
TRAC AG, Engineering – Organisation – Traction.<br />
Adresse: ENOTRAC AG, Seefeldstr. 8, 3600 Thun,<br />
Schweiz;<br />
Fon +41 33 34 66-611, Fax: -612;<br />
E-Mail: heinz.voegeli@enotrac.com<br />
192 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – International Projects<br />
Traction electrification system planning<br />
for California high-speed train project<br />
Richard Schmedes, San Fancisco<br />
The California High-Speed Train Project will be a $ 43 Billion dedicated 1 300 km (800 miles) system<br />
and will connect California’s major metropolitan centers with completely new dedicated tracks<br />
and infrastructure which will support train operations at up to 400 km/h (250 mph). It will be electrified<br />
with a 2 AC 25 kV autotransformer configuration with 50 km (30 miles) spacing between<br />
utility connections. The planning of 115 kV and 230 kV connections involves coordination with<br />
four utility companies and completion of five-year permitting and planning processes by 2016.<br />
Planung der Bahnstromversorgung für das kalifornische Hochgeschwindigkeitsbahnprojekt<br />
Das kalifornische Hochgeschwindigkeitsbahnprojekt ist eine rd. 32,5 Mrd. EUR teure, 1 300 km<br />
lange, vollständig neue Bahnstrecke, welche die Metropolregionen in Kalifornien mit Geschwindigkeiten<br />
bis zu 400 km/h miteinander verbindet. Die Strecke wird mit einem 2 AC 25 kV Autotransformatorsystem<br />
mit 50 km Unterwerksabständen elektrifiziert. Die Planung der 115- kVund<br />
230- kV-Anbindungen erfordert die Koordination mit vier Versorgungsunternehmen und<br />
den Abschluss des Genehmigungs- und Planungsverfahrens innerhalb von fünf Jahren bis 2016.<br />
Le système d’alimentation électrique pour le projet de LGV en Californie<br />
Le projet de LGV en Californie se chiffre à quelque 32,5 Mrd. EUR. Cette ligne entièrement nouvelle<br />
longue de 1 300 km reliera les métropoles californiennes avec des vitesses jusqu’à 400 km/h.<br />
Elle sera électrifiée avec un système autotransformateur 2 AC 25 kV avec des sous-stations distantes<br />
de 50 km. La planification des connections aux lignes 115 kV et 230 kV nécessite la coordination<br />
avec quatre compagnies électriques et la conclusion de la procédure d’autorisation et de<br />
planification dans les cinq années à venir jusqu’en 2016.<br />
1 Introduction<br />
The California High-Speed Rail Authority (CHSRA) is<br />
designing and building the California High-Speed Train<br />
Project (CHSTP) to meet the State of California’s growing<br />
public transportation needs. This project encompasses<br />
the planning, environmental approval, design<br />
and construction of a 1 300 km (800 miles) long highspeed<br />
rail system that will connect California’s major<br />
metropolitan centers with completely new dedicated<br />
tracks and infrastructure which will support train operations<br />
at up to 400 km/h (250 mph). The CHSTP is the<br />
largest infrastructure project in the history of California<br />
with an estimated cost of $ 43 Billion ($ 32,5 Billion<br />
EUR), and is the leading program for the United<br />
States Department of Transportation’s and the Federal<br />
Railroad Administration’s initiatives to develop worldclass,<br />
safe and reliable high-speed rail transportation in<br />
the United States.<br />
An important component of the CHSTP high-speed<br />
rail network is the traction electrification system (TES).<br />
Its planning and development are fundamental steps<br />
to the successful implementation and operation of<br />
high-speed rail in California. Although they present significant<br />
challenges to the Project Management Team,<br />
the engineering, environmental, and utility interface<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
aspects of the TES design process are being planned<br />
concurrently throughout the route. With the successful<br />
Figure 1: California high-speed train project route map – phases I<br />
and II and its regional delivery structure. white dots planned stations<br />
193
International Projects – acrps 2011<br />
management of these elements, the Engineering Team<br />
will ensure the detailed design, permitting and construction<br />
of the TES will result in a robust, reliable and<br />
secure system to support the first modern high-speed<br />
rail operation in the U.S.<br />
2 Project overview<br />
The CHSTP’s initial phase includes the 800 km (500 miles)<br />
long segment from San Francisco to Anaheim/Los Angeles.<br />
As it can be seen in Figure 1, the route connects<br />
smaller cities in the Central Valley by crossing two mountainous<br />
regions in the northern and southern portions<br />
of the State. Phase l is scheduled to begin construction<br />
in 2012 and will support train service of up to 350 km/h<br />
(220 mph) with a journey time from Los Angeles to San<br />
Francisco in less than 2 hours and 40 minutes by the<br />
year 2020. Phase II will follow, stretching north to Sacramento<br />
and south to San Diego for a total of 1 300 km<br />
(800 miles), and provide service of twelve trains per hour<br />
in each direction by the year 2035.<br />
3 Regional delivery organization<br />
In order to deliver a project of this scale, the Program<br />
Management Team (PMT) has split the project into<br />
Regions of lengths from 80 to 240 km (50 to 150 miles),<br />
as shown in Figure 1. Each region has an individual<br />
Consultant Manage ment Team with its own schedule<br />
of preliminary engineering and planning milestones.<br />
These regional teams receive guidance documents in<br />
the form of Technical Memorandum from the PMT’s<br />
Engineering Team to instruct them on the project criteria<br />
and the application of the engineering standards to<br />
their sections.<br />
The individual regional contractors then have the<br />
responsibility to apply the guidelines and standards in<br />
their territories. They will select the route alignments<br />
and facility sites and produce 15 % and 30 % infrastructure<br />
designs as well as supporting Environmental Impact<br />
Reports (EIR) for approval of the high-speed rail system<br />
through the State and Federal environmental processes.<br />
4 Traction electrification system<br />
description<br />
The planning of the TES for the project is being done<br />
centrally by the Program Management Team to ensure a<br />
cohesive system results across the Regional Boundaries.<br />
Consistent with the regional approach, the TES system<br />
parameters are then transferred to the consultant teams<br />
for local applications, site specific design, and environmental<br />
analysis.<br />
During the conceptual planning of the project, a 2 AC<br />
25 kV traction power system configuration was selected<br />
to supply power to the high-speed trains. The 2 AC<br />
25 kV configuration of railway electrification is well established<br />
around the world as the modern standard for<br />
regional and high-speed rail lines. It allows for greater<br />
spacing be-tween utility connection points, and has the<br />
added benefit of minimizing the electromagnetic field<br />
along the rail line with the negative feeder wire running<br />
parallel to the overhead contact system (OCS). Initial<br />
load flow analysis studies indicate a 50 km (30 miles)<br />
spac ing of supply substations was appropriate for the<br />
CHSTP’s operational load. In Figure 2 a typical design<br />
of a supply section between two substations is shown.<br />
Since the type of high-speed train has not been determined,<br />
the traction power load flow analysis was performed<br />
using a representative electro motive unit (EMU)<br />
of approximately 10 MW for an eight-car, 200 m long<br />
configuration and 20 MW for a sixteen-car, 400 m long<br />
trainset. The operational loads of three 200 m trains and<br />
nine 400 m trains per hour per direction were applied.<br />
Further analysis yielded results that showed redundant<br />
60 MVA main transformers in the substations (SS) and<br />
20 MVA transformers in the parallel ing stations (PS) and<br />
switching stations (SWS) at eight km (five miles) intervals<br />
were appropriate for the loads.<br />
It was also determined that redundant 115 kV or<br />
220/230 kV transmission line connections would be required<br />
at each interconnection point to ensure the capacity<br />
and reliability of the network could support the operational<br />
demands of the high-speed rail system. This is due to<br />
the highly fluctuating power demand generated by the<br />
fast moving trains, the two-phase unbalanced connection<br />
to the utility, and the contingency criteria which dictate<br />
full service operations under the loss of a single transformer<br />
or incoming supply.<br />
Figure 2: Typical CHSTP traction power supply section. Station intervals in miles.<br />
194 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – International Projects<br />
5 Utility company interfaces<br />
The results of the traction power system simulations are<br />
also important data inputs into the utility interface process.<br />
The first step toward finding suitable power sources at<br />
approximately 50 km (30 miles) spacing was to investigate<br />
the state-wide transmission network. California is primarily<br />
served by the extensive transmission networks of Pacific Gas<br />
and Electric (PG&E) in the northern part of the state and<br />
Southern California Edison (SCE) in the south. These two<br />
companies are investor owned utilities (IOUs) and are regulated<br />
by the California Public Utilities Commission (CPUC).<br />
However, the utility power grid in California is divided<br />
into territories, and Phase I of the CHSTP passes through<br />
the territories of four utility companies with the appropriate<br />
115 kV or 230 kV transmission networks. The two other<br />
utilities with which the project intersects are smaller municipal<br />
agencies with the right and/or obligation to supply<br />
power to customers in their coverage areas if they have<br />
the necessary capability. Los Angeles Department of Water<br />
and Power (LADWP) serves greater Los Angeles County,<br />
and Anaheim Public Utilities (Anaheim) serves customers<br />
within its city boundary. Both of these municipal agencies<br />
have 115 kV networks sufficient to supply the project’s<br />
needs, and neither is subject to CPUC regulations.<br />
Therefore, the TES planning for the 800 km (500 miles) of<br />
phase I of the CHSTP requires coordination with all four utilities.<br />
Based on the 50 km (30 miles) spacing, there will be a<br />
total of 18 traction power substations (Figure 3), and based<br />
on the eight-km (five-miles) paralleling station spacing there<br />
will be approximately 82 smaller facilities. To determine<br />
the starting locations where the utility interface coordination<br />
should commence, the Engineering Team overlaid<br />
the track alignment onto the transmission network and<br />
indentified possible connection points in the vicinity of<br />
the future tracks. The breakdown by utility territory of the<br />
number of proposed interface points is as follows:<br />
• Pacific Gas and Electric twelve substation interconnections<br />
• Southern California Edison three substation interconnections<br />
• Los Angeles Department of Water and Power two substation<br />
interconnections and<br />
• Anaheim one substation interconnection<br />
Each of the locations was mapped and the coordinates<br />
were given to the Regional Teams for site investigation.<br />
6 Electrical facility site planning and<br />
simulations<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
As the regional teams undertook field work to identify properties<br />
for facility sites at eight-km (five-mile) intervals, the<br />
physical constraints of the alignment geography became<br />
evident. Due to track alignment passing through challenging<br />
terrain, the regional teams were in certain areas forced<br />
to design the track with gradients up to 3,5 %, viaduct approaches<br />
to the mountains and tunnels over 10 km (six miles)<br />
long. In other<br />
sections, wetlands,<br />
parks and<br />
densely populated<br />
areas presented<br />
difficulties to<br />
finding suitable<br />
properties for<br />
electrical facilities.<br />
The track<br />
alignment was<br />
also continually<br />
being re-engineered<br />
due to<br />
public pressure,<br />
environmental<br />
constraints, and<br />
political wills.<br />
Further traction<br />
Figure 3: CHSTP utility interface locations,<br />
power simulations<br />
were, there-<br />
red PG&E, blue LADWP,<br />
phase I.<br />
fore, performed green SCE, purple City of Anaheim<br />
to determine if<br />
there were fatal flaws with the rail alignments or electrical<br />
facility locations being proposed by the regional teams.<br />
Particular focus was placed on finding the limits of electrical<br />
section length and the possible effect of extreme grades<br />
on the sub station load ing. Several what if scenarios were<br />
simulated to determine the maximum fa cility spacing without<br />
compromis ing the voltage drop criteria or load rating<br />
of the trans formers, even under contingency conditions.<br />
Furthermore, in order to avoid underground facilities or<br />
phase breaks near tunnels, gradients, and switching points,<br />
additional scenarios were simulated to provide guidance on<br />
where the limits to electrical section lengths existed.<br />
The resulting data from these what-if simulations indicated<br />
that the length of an electrical section could be<br />
stretched to 29 km (18 miles) with the addition of another<br />
paralleling station. Also, the distance between paralleling<br />
stations could be increased to ten km (six miles) without<br />
violating any of the traction power system requirements or<br />
criteria. This information was transmitted to the regional<br />
consultants, and they were subsequently given some additional<br />
leeway in their site planning. As they perform property<br />
identification, they are able to accommodate the infrastructure<br />
and geographic constraints with a flexible and compliant<br />
TES design. This assists the project’s engineering and<br />
environmental efforts in several ways. In order to minimize<br />
biological, historical or other impacts, and to minimize the<br />
mitigation required for electrical facility construction in an<br />
area, several alternative sites are being carried in the preliminary<br />
engineering and environmental documents.<br />
7 Utility study coordination process<br />
Concurrent with the site work to determine appropriate<br />
locations for the facilities, the coordination with the<br />
utility companies is ongoing. The broad identification<br />
195
International Projects – acrps 2011<br />
of potential high-voltage interconnection points along<br />
the alignment at approximately 50-km (30-mile) intervals<br />
has now been followed by more detailed discussions on<br />
a location by location basis. The first formal step to be<br />
taken with each of the four companies was the execution<br />
of a Non-Disclosure or Confidentiality Agreement. This<br />
standard agreement provides the framework under which<br />
detailed transmission network and facility information<br />
can be shared by the utility. Thereafter, a Feasibility Study<br />
Agreement must be put in place as a formal request<br />
for the utility to perform an analysis on each connection<br />
point of their network to determine the effect of the proposed<br />
high-speed rail traction power load. In some cases,<br />
the utility may require special software tools or outside<br />
expertise to perform the analysis on their network, since<br />
the unbalanced and highly fluctuating load of 60 MVA is<br />
unique to the electrified rail industry.<br />
In California, railroads electrified with AC 25 kV do not<br />
currently exist, so it is difficult to determine if the utility<br />
networks may require strengthening or modifying in<br />
some way. This possibility will be determined in the final<br />
stage of the studies – the Impact Analysis. In this study, a<br />
radius of 8 to 16 km (5 to10 miles) around the intended<br />
interconnection point is analyzed for potential harmful<br />
effects on the network or other customers by the future<br />
railway load. If any significant impacts are determined,<br />
the mitigations will be included in the interconnection designs<br />
and carried in the CHSTP environmental documents.<br />
The costs of both the feasibility studies and the impact<br />
analyses performed by the utilities on their own networks<br />
will be borne by the project.<br />
8 Utility permit process<br />
The interconnection requirements determined by the impact<br />
analyses may often involve transmission line extensions,<br />
substation modifications, line strengthening, or even<br />
new line construction. It is important to include the environmental<br />
impacts of these utility interconnections in the<br />
project level EIR documents as it can substantially compress<br />
the time schedule for obtaining utility interconnection permits.<br />
As discussed, the IOUs are under the regulatory jurisdiction<br />
of the CPUC, and must therefore file for permits to<br />
modify the transmission network. These companies are also<br />
required to follow the regulations of the local counties and<br />
cities where their transmission network is located. While<br />
less restrictive to modification, the municipal utilities must<br />
also follow these local planning and permitting practices<br />
to accommodate the CHSTP interconnections. Typically, for<br />
new construction to the supply of power to the CHSTP, two<br />
types of permits may be required by the IOUs<br />
• a Permit to Construct (PTC) applies to electric power lines<br />
at voltages 50 kV to 200 kV; approximate timeframe<br />
9 to 12 months and<br />
• a Certificate of Public Convenience and Necessity<br />
(CPCN) applies to transmission lines above 200 kV;<br />
approximate timeframe 12 to 18 months<br />
Beyond these durations, the utility also has to schedule<br />
the interconnection facility work into its capital program<br />
and perform the construction. All together, the lead time for<br />
utility modification to supply power to the CHSTP may require<br />
five years of planning, engineering and construction.<br />
In an effort to minimize the duration for utility interconnection<br />
and facilitate the design and construction of<br />
the Traction Electrification System to the aggressive CHSTP<br />
schedule, close coordination of the interconnection design<br />
and environmental processes is required. Also, significant<br />
effort will be made to minimize new transmission line<br />
construction by siting CHSTP substations close to existing<br />
high-voltage sources or providing flexible arrangements in<br />
difficult areas. As the designs are progressed to the 30 %<br />
level, identified transmission line extensions and other<br />
modifications will be captured in the CHSTP project EIR<br />
and engineering drawings to streamline the permitting<br />
requirements and provide a coordinated design.<br />
9 Planning results<br />
The planning of the traction electrification system is a fundamental<br />
element to the preliminary engineering and environmental<br />
phase of the California High-Speed Train Project.<br />
The size of the project, the number of utilities with which to<br />
coordinate, and the lengthy permitting processes for new<br />
electrical facilities make diligent planning of the interconnection<br />
to the 115 kV or 230 kV network vitally important. To<br />
ensure the traction electrification system is constructed and<br />
connected to secure, redundant sources of power at 50 km<br />
(30 miles) spacing along the 800 km (500 miles) of phase I of<br />
the project, coordination of engineering studies, regional<br />
consultant field investigations, and utility impact analyses<br />
must be handled concurrently. These planning and coordination<br />
elements all present significant challenges to the CHSTP<br />
Program Management Engineering Team. The proper execution<br />
of them will result in an efficient design, cost savings<br />
and the timely construction of 100 railway electrical facilities<br />
and the interconnection of 18 high-voltage utility lines to<br />
support system energizing and testing in the year 2016, and<br />
high speed operations at 350 km/h (220 mph) by 2020.<br />
BSc. (Eng.), MBA Richard Schmedes (45), received<br />
a Bachelor of Science Degree in Electrical Engineering<br />
from Virginia (USA) Polytechnic University<br />
in 1988 and a Masters of Business Administration<br />
in International Business from the University<br />
of Connecticut in 1995. Since 2000 he has been<br />
with Parsons Brinckerhoff Inc., five years in London<br />
with PB International, five years in California<br />
with PB Americas, as Assistant Vice President and<br />
Senior Engineering Manager.<br />
Address: Parsons Brinckerhoff, Inc., Transit and<br />
Rail Division, 303 Second Street, 94107,<br />
San Francisco, USA;<br />
phone: +1 415 243-4621, fax: -679;<br />
e-mail: SchmedesR@pbworld.com<br />
196 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – International Projects<br />
Phase separation sections – passing<br />
with minimum constraints<br />
Arnaud Bastian, Christian Courtois, Alexandre Machet, La Plaine Saint Denis<br />
Phase separation sections in AC 50 Hz electrified railway networks are critical. As a matter of<br />
fact, a lack of respect by the engine driver with regard to the signalling could lead to damage<br />
the infrastructure integrity. The regularity of the traffic could be strongly impacted in such a<br />
case. Therefore, SNCF Fixed Installation for Electric Traction has worked for years to improve the<br />
reliability of these specific equipments with many solutions based on infrastructure and/or rolling<br />
stock equipment. Some of these solutions are presented.<br />
Phasentrennstellen – Befahrung mit kleinsten Einschränkungen<br />
Die Phasentrennstellen in mit AC 50 Hz elektrifizierten Netzen können Schwierigkeiten bereiten.<br />
In der Tat kann das Nichtbeachten der Signalg<strong>eb</strong>ung durch den Tri<strong>eb</strong>zugführer zu Schäden<br />
der Infrastruktur führen. Der Betri<strong>eb</strong>sablauf kann in einem solchen Fall erh<strong>eb</strong>lich gestört werden.<br />
Daher hat sich der Bereich Feste Anlagen der <strong>Elektrische</strong>n Traktion der SNCF seit Jahren mit<br />
der Verbesserung der Zuverlässigkeit dieser Einrichtungen befasst und viele Lösungen sowohl<br />
auf der Seite der Infrastruktur als auch auf der Fahrzeugseite entwickelt. Einige dieser Lösungen<br />
werden beschri<strong>eb</strong>en.<br />
Sections de séparation de phase – comment les franchir avec un minimum de contraintes<br />
Les sections de séparation de phase sur les réseaux ferroviaires électrifiés en courant alternatif<br />
50 Hz constituent des points critiques. En effet, un manque de respect de la signalisation ferroviaire<br />
par le conducteur pourrait conduire à endommager l’intégrité des Installations Fixes<br />
de Traction Électrique. Dans un tel cas, la régularité du trafic pourrait être fortement impactée.<br />
Ainsi, le département des Installations Fixes de Traction Électrique de l’Ingénierie SNCF travaille<br />
depuis des années sur l’augmentation de la fiabilité de ces «points singuliers», en mettant<br />
en œuvre des solutions tant au niveau de l’infrastructure que du matériel roulant. Certaines<br />
d’entre elles sont présentées dans cet article.<br />
1 Introduction<br />
In France, the energy for electrified railway lines is mainly<br />
fed under two main voltage systems: DC 1 500 V and<br />
AC 25 kV 50 Hz. As DC supplies are concerned, there is no<br />
matter on this subject because all substations feed the<br />
Overhead Contact Lines (OCL) in parallel. As AC supplies<br />
are concerned, a specific phase separation needs to be<br />
installed between two feeding points for preventing<br />
electrical interconnection between the two substation<br />
supply sections. This is needed because of the phase displacement<br />
between the two voltage systems. The phase<br />
displacement could be from 30 to 180°. To pass the transition<br />
between two different supply sections, a phase separation<br />
section, without bridging, is required. For reliability<br />
reasons, the different sections need to be separated by a<br />
neutral section which in Europe shall conform to the TSI<br />
requirements – for high speed lines as well as for conventional<br />
lines – and European Standards EN 50119, EN 50367<br />
and EN 50388. The separation sections form critical points<br />
in a railway network, implying that careful attention is<br />
paid for insuring both availability and reliability.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
First, the origin and the consequences will be presented.<br />
Current solutions will be described and then new solutions<br />
operated in the French network will be presented.<br />
Finally, in a conclusion, all solutions will be summed up in<br />
a global synthesis.<br />
2 Origin of the problem<br />
Phase separation sections traversed by electric traction traffic<br />
form the origin of numerous contact line incidents when all<br />
signaling rules of traversing are not properly respected. These<br />
separation sections are announced by an appropriate switchoff-power<br />
execution signal which imposes the driver to open<br />
one or several circuit breakers. The phase separation section<br />
can then safely be traversed with the pantograph uplifted.<br />
In spite of the adapted signal and the awareness-raising<br />
activities made with drivers, several lack of respect of switchoff-power<br />
execution signals still occur, with all risks and incidents<br />
they engender. Indeed, any failure in this procedure<br />
generates, in the majority of the cases, an arcing between the<br />
197
International Projects – acrps 2011<br />
pantograph and<br />
the contact line<br />
(Figure 1). The<br />
main danger results<br />
in the electric<br />
arc generated by<br />
the passage of a<br />
Figure 1: Arcing under a section insulator.<br />
raised pantograph<br />
(Photo: Arthur Flury AG).<br />
when it crosses<br />
the section insulator, separating the live and the neutral<br />
section. This arc can damage the messenger wire, and finally<br />
lead to its break and the falling of the contact line. It entails<br />
heavy damage on the infrastructure with very important consequences<br />
on the regularity and the engendered costs.<br />
For example in 2004, an incident lead to a total of more<br />
than 4 400 lost minutes. The lost minutes are the sum of<br />
the total duration of the train delays caused by the incident.<br />
About 400 m of overhead contact line had to be<br />
completely r<strong>eb</strong>uild, including the separation section, for a<br />
global cost for the infrastructure of 35 k€.<br />
Today, the number to lacks of respect of the switchoff-power<br />
execution signal amounts to about 400 per<br />
year. Every lack of respect does not cause systematically<br />
an incident. Indeed, it is the repetition of these incidents<br />
which damages the installation in an irremediable way<br />
and which leads, at the end, to an incident on the infrastructure.<br />
Therefore, on the 400 lacks of respect, approximately<br />
only ten of them actually end up with an incident,<br />
resulting in 2 000 to 4 000 lost minutes.<br />
The experience feedback allows to conclude that these<br />
abnormalities are generally connected with:<br />
• the setting-up of the separation sections<br />
• the length of these separation sections<br />
• the voltage of the contact line<br />
• the geometry of the line<br />
• the geometry of the contact line<br />
• the mechanical tensile load of the contact line<br />
• the climatic conditions such as temperature and ice accretion<br />
• the quality of the pantograph – contact line interaction<br />
• the setting-up of the electrical traction signals<br />
• the lack of respect of the signals by the drivers<br />
From this report, the Fixed Installations for Electric<br />
Traction Department of SNCF’s Engineering Headquarters<br />
came up with different solutions for increasing the reliability<br />
of this component with minimum constraints and<br />
implemented them.<br />
3 Solutions<br />
3.1 Current solutions<br />
3.1.1 Currently adopted operating modes<br />
The French National Railway Network (RFN) is equipped<br />
with about 300 phase separation sections on AC 25 kV<br />
lines half of them being on the high-speed network. Their<br />
constitutions are heterogeneous. The origin takes place<br />
in numerous material configurations and the network<br />
regional history. Their lengths are adapted to the speed<br />
limit and the composition of the rolling stock: multiple<br />
units, new material etc. They are implemented by using<br />
several insulated overlaps or by using section insulators.<br />
Section separation with section insulators are mainly concerned<br />
by these problems, but not solely.<br />
All the ways to prevent an incident when passing<br />
through a phase separation section consist either in an<br />
infrastructure based solution, or a rolling stock based solution,<br />
or also a solution involving both the infrastructure<br />
and the rolling stock.<br />
Currently, three operating modes are in function on<br />
the French National Railway Network:<br />
• Completely manual management by the engine driver<br />
The driver is completely responsible of the driving operation<br />
on its rolling stock. Any negligence in the signal<br />
respect could provoke an irreparable incident. This is<br />
the case of the majority of phase separation sections on<br />
the French National Railway Network.<br />
• Manual management by the engine driver with backup<br />
The backup automatically performs any needed switchoff-power<br />
emergency operation in case of a driver’s<br />
failure. The return into the nominal situation after traversing<br />
the neutral section has to be made by the driver<br />
who is informed about his error.<br />
• Full automation<br />
The procedure called wave crossing is a full automation<br />
of the actions that could have been performed by the<br />
driver. No intervention of the driver is necessary.<br />
Among the solutions presented here after, some of<br />
them are dedicated to the French network, some can be<br />
found in other European countries, and others are even<br />
shared outside Europe.<br />
3.1.2 TVM-based system<br />
In a high-speed line, signals are repeated in the engine<br />
driver’s cab using the Track-to-Train Transmission (TVM)<br />
system. This transmission is made by beacons located on<br />
the track and information is given to the train. For the<br />
oldest high-speed lines South East and Atlantic, TVM 300<br />
is operated. The only information given to the engine<br />
driver is that he will soon pass through a phase separation<br />
section. Thus he has to manually decrease the traction<br />
power and switch-off the power of the train. If, after a<br />
specified time, the engine driver hasn’t reacted, a backup<br />
loop will automatically switch it off. For the latest highspeed<br />
lines, TVM 430 is associated with new automatisms<br />
that enable the system to work in a full automation<br />
mode. During the traversing of a phase separation section,<br />
the train will automatically reduce its power then<br />
switches off its circuit breakers. And then finally it will<br />
resume its power consumption as soon as it has left the<br />
neutral section. The engine driver only has to check if the<br />
operations are normally made.<br />
198 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – International Projects<br />
These technologies have been<br />
completely mastered in operation<br />
for thirty years. The main advantage<br />
of the TVM based solutions is<br />
that infrastructure equipments are<br />
minimal. Although some drawbacks<br />
should be pointed out: rolling stock’s<br />
equipment is very important; The<br />
engine driver may have to deal with<br />
two different operation modes on a<br />
single journey on high-speed lines.<br />
3.1.3 Elementary section of<br />
detection<br />
The principle of Elementary Section of Detection (ESD)<br />
consists in creating a supervised zone carried out by an<br />
elementary section of the overhead contact line. This ESD<br />
is located downstream the neutral section and supervised<br />
by a current transformer associated with a protection<br />
relay installed a few meters after the switch-off-power execution<br />
signal (Figure 2). This protective solution works as<br />
a backup loop which takes over the lack of respect of the<br />
switch-off-power execution signal by the engine driver.<br />
When the system is set on and an engine enters the<br />
supervised zone, the protection relay detects a higher<br />
Figure 2: Elementary section of detection (ESD) layout.<br />
CT current transformer, VT voltage transformer<br />
current, then sends an opening order to a switchgear located<br />
downstream, thus leading to the opening of the on<br />
board cir cuit-breaker of the engine by lack of voltage. It is<br />
the responsibility of the en gine driver to switch it back on<br />
after the neutral section has been passed by. The Remote<br />
Control Centre turns on and off the local system.<br />
By such a system arcing will be prevented when entering<br />
the neutral section. Moreover, the same high level of availability<br />
will be kept on the rest of the line, since the same<br />
system makes it totally transparent for the substation.<br />
The automatic reclosing control equipment of the<br />
switchgear after a few seconds limits the overall impact<br />
on the traffic.<br />
Anzeige
International Projects – acrps 2011<br />
Table 1: Number of releases of the EDS<br />
system in the East Paris region during the<br />
past four years.<br />
Year<br />
Number<br />
2007 67<br />
2008 78<br />
2009 69<br />
2010 61<br />
The first systems<br />
were set into service<br />
in 1998. The<br />
return of experience<br />
shows that<br />
the system is reliable<br />
and mastered.<br />
Table 1 shows that<br />
the operational<br />
system works well<br />
and prevents every year the consequences of an engine<br />
traversing the elementary section with circuit-breaker still<br />
on. This system is implemented on three regions of the<br />
French National Railway Network in North of France.<br />
Figure 3: Scheme of an automatically switched bidirectional phase<br />
separation.<br />
1 neutral section, 2 section insulator, 3 section insulator with additional<br />
information rod<br />
Figure 4: Installation of an automatically switched phase separation.<br />
Figure 5: Section insulator.<br />
Figure 6: Section insulator with additional information rod.<br />
3.2 Innovative and new solutions<br />
3.2.1 Automatic switched phase separation section<br />
including coil and vacuum tube<br />
This development was made by a close collaboration between<br />
SNCF and the Swiss Arthur Flury AG company. It<br />
represents a curative solution of the source of an incident.<br />
The testing phase separation section is located on the<br />
railway line from Moret sur Loing to Clermont-Ferrand. This<br />
phase separation section lies between the substations of<br />
Garchizy and Billy. Initially, it was constituted with only two<br />
section insulators.<br />
The Clermont Ferrand region required an increase of<br />
the reliability of this phase separation section. An opportunity<br />
appeared when it was decided to increase the line<br />
speed up to 200 km/h. A new solution had to be found,<br />
because the initial installation did not fit with this newly<br />
required speed; the current section insulators were not<br />
suited for this speed.<br />
The new design is an automatically switched and bidirectional<br />
phase separation. It consists of four sections insulators<br />
(Figure 3). Figure 4 shows the installation. The neutral section<br />
is constituted by two section insulators<br />
(Figure 5) of about 7,5 m length in glass<br />
fiber covered by PTFE. The characteristic<br />
of the automatic phase separation<br />
of Arthur Flury AG is that the neighboring<br />
insulators have a conductive part<br />
between the insulating synthetic rods<br />
(Figure 6). This conductive part is connected<br />
to a magnetic coil linked to<br />
a switch in a vacuum chamber. This<br />
device avoids arcing by preventing potential<br />
differences, thus preventing any<br />
current flowing between the adjacent<br />
circuits if the driver does not respect<br />
the switch-off-power signal. Figure 7a)<br />
to d) describes how the system works:<br />
In Figure 7a), normal condition<br />
is shown, there is no current flowing<br />
in the magnetic coil and the<br />
vacuum switch stays in the open<br />
position. The parts in black connected<br />
to the switch are neutral zones<br />
without supply.<br />
In Figure 7b) the pantograph passes<br />
from phase 1 to the first section<br />
insulator and a current circulates<br />
through magnetic coil (red) and the<br />
vacuum switch closes automatically<br />
within 15 ms producing an equipotential<br />
of the neutral section.<br />
In Figure 7c) the pantograph<br />
moved to the neutral section without<br />
arcing. When the pantograph<br />
left the preceding section insulator<br />
with all its conductive parts no current<br />
flows anymore in the magnetic<br />
200 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – International Projects<br />
coil (red) and the vacuum switch reopened automatically<br />
after 15 ms (Figure 7d)). So, the neutral part is disconnected<br />
from phase 1 feeding again. The circuit breaker<br />
onboard will then consecutively open and the train will<br />
cruise through the phase separation section.<br />
The working range of the electromagnetic coil is between<br />
20 A and 1 000 A.<br />
The automatically switched phase separation is a completely<br />
passive system; it does not require additional<br />
power supply for its activation. There is no need to modify<br />
the rolling stock. The adopted materials and technology<br />
make the whole system light and flexible. At the same<br />
time it proved to be extremely resistant to the trains passing,<br />
even at high speed.<br />
The provisional maintenance and monitoring of the<br />
system consist of:<br />
• Section insulators<br />
After pantographs passed more than 300 000 times, it is<br />
necessary to check the wear of runners. If the maximum<br />
permissible wear of only 1 to 2 mm is reached, the runners<br />
need to be replaced. The insulator rods are checked<br />
at the same time. If the wear exceeded 2 mm, then the<br />
rod would be rotated by one fifth of a complete turn.<br />
After five rotations, the rod needs to be replaced.<br />
• Vacuum circuit breaker<br />
After pantographs passed more than 300 000 times, the<br />
number of switchings should be checked on the device.<br />
An analogical meter is installed inside the vacuum<br />
circuit breaker which records each time the switch<br />
automatically closes. The life cycle of the vacuum circuit<br />
breaker is about 200 000 operations. Beyond this<br />
number, the switch has to be replaced.<br />
In order to validate this installation, several test runs<br />
using freight convoys as well as commercial trains were<br />
performed. During these experiments the drivers were<br />
asked not to respect the switch-off-power signal and so<br />
enter the phase separation section by maintaining a traction<br />
current. The results of the mechanical and electric<br />
tests were very satisfactory. Neither pendulum‘s swing<br />
of section insulators nor pantograph mechanical shocks<br />
were observed. A little arcing could, however, be seen<br />
when the pantograph leaves the live part, but it remained<br />
really insignificant compared with the situation without<br />
backup device. The system of<br />
detection worked correctly and the<br />
arc was switched-off in the vacuum<br />
chamber.<br />
After a two years experience<br />
return, with circulations up to<br />
200 km/h, no incident was registered<br />
on this new installation.<br />
Obviously, a special equipment<br />
has to be installed in the overhead<br />
contact line, but this system proposes<br />
a key advantage: no arcing<br />
between the different phases of<br />
power supply is the best guarantee<br />
of safety and efficiency. Besides, the<br />
Figure 7: Functioning<br />
of an automatically<br />
switched phase<br />
separation section.<br />
a) normal condition,<br />
vacuum switch<br />
open,<br />
b) vacuum switch<br />
closed after<br />
pantograph has<br />
passed,<br />
c) neutral section<br />
is fed,<br />
d) vacuum switch is<br />
open again, train<br />
can cruise without<br />
arcing<br />
necessary minimal maintenance and the high strength<br />
materials make this device representing an optimal solution.<br />
It implies a considerable reduction of Life Cycle<br />
Costs (LCC) with regard to the traditional solutions.<br />
3.2.2 Elementary changeover section<br />
In order to enable traversing of sectioning posts for phases<br />
separation without switching-off the engine circuit<br />
breakers, SNCF and ALSTOM Transport SA developed<br />
together an Elementary Changeover Section (ECS) device,<br />
partly on behalf of Réseau Ferré de France (RFF), with<br />
Figure 8: Elementary changeover section (ECS) layout.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
201
International Projects – acrps 2011<br />
Figure 9: Overhead contact line section insulator, current transformer<br />
and vacuum high-speed circuit breaker.<br />
respect to a global partnership protocol. There are many<br />
interests in such a project:<br />
• to improve the trains dynamic efficiency of several<br />
minutes on conventional and high-speed lines even for<br />
traffic grid at three minutes apart<br />
• to respect the theoretical grids of traffic on railway<br />
lines with heavy traffic: Example: Line C of Regional<br />
Express, Underground, EOLE<br />
• to make automatic sectioning posts transparent from a<br />
rolling stock point of view<br />
• to develop an innovative system which has an impact<br />
on the regularity of traffic<br />
• to develop a device that doesn’t imply any modification<br />
on the engines and that has no side effects on the<br />
infrastructure<br />
• to enable the installation of the ECS at station exit, or<br />
at any stop downstream or on a steep slope<br />
Figure 10: Dynamic testing of ECS.<br />
The initial idea of this project was to realize an elementary<br />
section which can be fed automatically by one source<br />
to the other according to the direction of traffic of rolling<br />
stock, through a pair of high speed vacuum circuit breakers<br />
(see Figure 8).<br />
The principle is the following:<br />
• when there is no train downstream the elementary section,<br />
the circuit breakers are open<br />
• when the train passes through the incoming beacon B,<br />
the circuit breaker A switches-on<br />
• when the first pantograph of the train enters the elementary<br />
section, the first current transformer in series<br />
detects it and the circuit breaker A remains closed<br />
during a specified period. At the end of the specified<br />
period, the circuit-breaker A opens again<br />
• as soon as the circuit-breaker A is open and no current<br />
is measured in the elementary section, the circuit breaker<br />
B switches on<br />
• when the train passed through the exit beacon, the<br />
sequence is then reset<br />
The beginning of the project was devoted to a benchmark<br />
and the definition of technical principles. The analysis<br />
has led to plan tests to clarify and confirm some conclusions.<br />
Working in tight links with ALSTOM Transport SA enables to<br />
get a good understanding of phenomena likely to occur on<br />
the engines during the tests and to eventually find solutions.<br />
The aim of these tests was double. On the one hand,<br />
their aim was to identify and analyse the real behaviour<br />
of the power electronics equipment on board the engine<br />
at the time of fast variations of voltage or phase<br />
created by the commutation of the switchgears. On<br />
the other hand, it was necessary to validate the different<br />
possibilities of current picking-up and information<br />
transmissions required for the ground equipment to<br />
work properly.<br />
During the first stage, five years ago, static tests have<br />
been performed in the SNCF Laboratory of Vitry. Phase<br />
displacements from 10 ° to 160 ° were simulated on BB<br />
27 000 engines in simple unit and<br />
multiple unit configurations. The<br />
analysis of the results permitted to<br />
conclude positively with regard to<br />
the behaviour of this type of traction<br />
unit using Pulse With Modulation<br />
(PWM).<br />
During the second stage, dynamic<br />
tests were performed on site in Ribécourt<br />
where an elementary changeover<br />
section layout with vacuum circuit<br />
breakers had been installed (see<br />
Figure 9 and Figure 10). The tests<br />
lasted three years. Each type of traction<br />
unit was tested: PWM, mixed<br />
bridge connection, diode bridge<br />
connection, complete bridge connection.<br />
This solution is then totally<br />
transparent with regard to rolling<br />
stocks architecture. All the tests were<br />
202 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – International Projects<br />
Table 2: Criteria for the characterization of solutions.<br />
Operation mode<br />
for the engine<br />
driver<br />
Impact<br />
Costs<br />
TVM 300 based TVM 430 based ESD<br />
Solution of protection<br />
Automaticially<br />
switched with VCB<br />
Backup loop included included included included included<br />
Fully transparent<br />
not<br />
included<br />
included<br />
not<br />
included<br />
not<br />
included<br />
ECS<br />
included<br />
with no traction power<br />
interruption<br />
Infrastructure <br />
Rolling stock <br />
<br />
initial investment<br />
<br />
initial investment<br />
Feasibility of technology mastered mastered mastered<br />
<br />
<br />
2 years experience<br />
return<br />
<br />
(LCC)<br />
5 years experience<br />
return but alternative<br />
technology possible to<br />
reduce LCC<br />
performed in one direction of traffic, at various speeds, in<br />
simple unit and double unit configurations.<br />
These first stages revealed that there was no constraint<br />
in the electrotechnical point of view, the system worked<br />
fine and reliable. The development was thought to impact<br />
neither the engines nor the power supply infrastructure.<br />
However, as the circuit breakers have to work for each passing<br />
train, it is important to point out that a very close maintenance<br />
is needed, all the more on lines with heavy traffic.<br />
Thus, this equipment would have to be changed after a<br />
few years, or even a few months on lines with heavy traffic.<br />
The overall cost of the system is clearly to be considered<br />
on a life cycle cost approach rather than only on an investment<br />
approach. Currently SNCF is investigating an alternative<br />
type of switch which would enable to lower these<br />
constraints on maintenance while maintaining regularity<br />
and preventing accelerated ageing. The lifetime expected<br />
for this new device should be 30 years.<br />
4 Conclusion<br />
This article presents the state of the art of design of phase<br />
separation sections used or in way of use to improve<br />
the reliability and the availability of the French Railway<br />
Network. Many solutions exist nowadays in the French<br />
Railway Network. Every new solution needs to be validated<br />
considering electrical and mechanical characteristics,<br />
pantograph – contact line dynamic behaviour, standards<br />
and TSI conformity. In this paper a functional level is emphasized<br />
without getting into technical details. Table 2<br />
provides a global synthesis of the presentation. Among<br />
the solutions displayed, those whose cost is important,<br />
being LCC or initial investment, would ensure the best<br />
compromise between reliability and regularity. Obviously<br />
these questions of optimization need to be solved at the<br />
level of the French Railway Infrastructure Manager (RFF).<br />
Acknowledgements<br />
The authors would like to thank the following colleagues<br />
for their collaboration:<br />
• Lionel Cadio, Hervé Caron, Jean Chabas, Gérard Josse<br />
and Alexandre Mendeiros from SNCF Infra Engineering,<br />
• Christian Laurencin, Frédéric Bruder and Didier Frugier<br />
from SNCF Rolling Stock Engineering Centre,<br />
• Daniel Binzegger and Karl Kofmel from Arthur Flury<br />
AG Company,<br />
• Marc D<strong>eb</strong>ruyne and Daniel Cornic from ALSTOM Transport<br />
SA.<br />
Dipl.-Ing. Arnaud Bastian (28), Engineer graduate<br />
Master’s Degree from ENSIEG of INPG (National<br />
Polytechnic Institute of Grenoble) in Power Transmission<br />
and Distribution of Electricity. Since 2006,<br />
Traction Power Engineer in the Power Supply Division<br />
within SNCF Fixed Installations for Electric<br />
Traction Department.<br />
Address: SNCF, Direction de l’Ingénierie,<br />
Département des Installations Fixes de Traction<br />
Electrique, 6 Avenue François Mitterrand, 93574<br />
La Plaine Saint Denis, France;<br />
phone +33 1 4162-0688, fax: -4891;<br />
e-mail: arnaud.bastian@sncf.fr<br />
Dipl.-Ing. Christian Courtois (52), studied electrical<br />
engineering at Ecole Spéciale de Mécanique et<br />
d’Electricité in Paris. Since 1984 in Power Supply<br />
Division of SNCF. Since 2011, head of the SNCF Fixed<br />
Installations for Electric Traction Department.<br />
Address: SNCF, Direction de l’Ingénierie,<br />
Département des Installations Fixes de Traction<br />
Electrique, 6 Avenue François Mitterrand, 93574<br />
La Plaine Saint Denis, France;<br />
phone +33 1 4162-0659, fax: -4893;<br />
e-mail: christian.courtois@sncf.fr<br />
Dr. Alexandre Machet (36), Materials and metallurgy<br />
PhD, Pierre et Marie Curie University of Paris<br />
(Paris VI). Since 2006, R&D Engineer in charge of<br />
technical developments in Overhead Contact<br />
Line components and systems in the OCL design<br />
office within SNCF Fixed Installation for Electrical<br />
Traction Department.<br />
Address: SNCF, Direction de l’Ingénierie,<br />
Département des Installations Fixes de Traction<br />
Electrique, 6 Avenue François Mitterrand, 93574<br />
La Plaine Saint Denis, France;<br />
phone +33 1 4162-0578, fax: -4895;<br />
e-mail: alexandre.machet@sncf.fr<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
203
International Projects – acrps 2011<br />
AC 25 kV traction power supply for<br />
Airport Rail Link Bangkok<br />
Detlef Pfeffermann, Erlangen<br />
In order to cope with the rapidly increasing number of passengers, the government of Thailand<br />
erected a new airport hub for South-East Asia. This new Suvarnabhumi Airport is situated approximately<br />
30 km east from the centre of Bangkok. The Airport Rail Link Bangkok (ARL Bangkok)<br />
connects the airport with downtown Bangkok. By the new express service it takes only<br />
fifteen minutes to the City Air Terminal. The railway line is electrified with 1 AC 25 kV power<br />
supply and overhead contact lines.<br />
AC-25-kV-Stromversorgung für die neue Bahnstrecke zum Flughafen Bangkok<br />
Um den sprunghaft steigenden Passagierzahlen gerecht zu werden, errichtete die thailändische<br />
Regierung den Flughafen Suvarnabhumi 30 km östlich vom Stadtzentrum als Flughafendrehkreuz<br />
für den südöstlichen asiatischen Raum. Die Bahn Airport Rail Link Bangkok (ARL Bangkok)<br />
verbindet den Flughafen mit dem Stadtzentrum in nur fünfzehn Minuten Fahrzeit. Die Bahnlinie<br />
wird mit 1 AC 25 kV über Oberleitungen gespeist.<br />
Alimentation de la traction en 25 kV pour la ligne de l’aéroport de Bangkok<br />
Dans le but de répondre à une croissance toujours plus forte du nombre de voyageurs, le gouvernement<br />
thaïlandais a construit un nouvel aéroport hub pour le sud est asiatique. Ce nouvel<br />
aéroport nommé Suvarnabhumi est localisé approximativement à 30 km à l’est du centre<br />
de Bangkok. La liaison rail aéroport de Bangkok (ARL Bangkok) relie l’aéroport avec le centre<br />
ville en seulement quinze minutes. La ligne est électrifiée en 25 kV simple par caténaire<br />
1 Project environment<br />
1.1 Rail transport systems<br />
in Bangkok<br />
Figure 1: Mass transit systems in operation in Bangkok (2010).<br />
The mass transit systems now in<br />
operation in Bangkok are shown<br />
in Figure 1. Details of the Airport<br />
Rail Link are given in Figure 2.<br />
The Suvarnabhumi Airport Express<br />
connects the airport nonstop with<br />
the City Airport Terminal Makkasan<br />
in just fifteen minutes. On<br />
the same tracks the Suvarnabhumi<br />
Airport City Line serves as a mass<br />
transit system with eight passenger<br />
stations. Some are transfer<br />
stations to the already existing<br />
mass transit systems in Bangkok.<br />
At Makkasan station passengers<br />
are able to change to the subway<br />
MRTA (Mass Rapid Transit Authority<br />
of Thailand) and at Phaya Thai<br />
station they can change to the skytrain<br />
Bangkok Mass Transit System<br />
(BTS) [1; 2]).<br />
204 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – International Projects<br />
1.2 History<br />
The airport link contract was signed<br />
in January 2005 and construction began<br />
in July 2005. The line was built<br />
by a consortium of B. Grimm, STE-<br />
CON and Siemens AG and is owned<br />
and operated by the State Railway<br />
of Thailand (SRT). The line runs on<br />
a viaduct along the same alignment<br />
as the failed Bangkok Elevated Road<br />
and Train System (BERTS) project,<br />
stopped in 1997 during the Asian financial crisis.<br />
While originally scheduled to be completed by 2006, an<br />
extended bidding process and a series of legal challenges<br />
by property owners who had encroached on SRT’s land,<br />
repeatedly delayed the project. Initial test runs were conducted<br />
in October 2009, with a free limited trial service<br />
open to the public running from April 2010 and full commercial<br />
service launched on August 23, 2010.<br />
1.3 Turnkey project and scope of supply<br />
Figure 2: Schematic track layout of the Airport Rail Link.<br />
The B. Grimm Group with its long lasting good relationships<br />
within Thai economy took over the consortium lead<br />
mainly responsible for project management and financial<br />
services. The complete E&M-part of the project was under<br />
Siemens responsibility, wher<strong>eb</strong>y Siemens Ltd. Thailand<br />
worked closely together with Siemens AG in Germany.<br />
For the complete civil work part Sino Thai Engineering<br />
and Construction Public Company Ltd. (STECON) were<br />
responsible. In order to consult SRT in technical aspects<br />
Construction Supervision Consultant (CSC), consisting of<br />
seven different companies, was in charge.<br />
Within the Airport Rail Link project Siemens AG was the<br />
leader of the E&M-Consortium. The project scope covered<br />
the railway electrification consisting of traction power<br />
supply and overhead contact line system including the<br />
three-phase power supply for the eight passenger stations.<br />
Uninterrupted power supply equipment and Diesel<br />
generators were supplied to serve as backup power<br />
supply in case of failures. Moreover, the Siemens contract<br />
included the trains, signalling- and telecommunication<br />
systems, the SCADA system, automatic fare collection,<br />
track work, depot- and maintenance equipment, baggage<br />
and check-in systems and platform screen doors.<br />
1.4 Operation schedule<br />
Prior to the detailed engineering stage of the project, the<br />
operation schedule, which was a part of the scope, was<br />
calculated based on the contractual requirements.<br />
The requirements were to link the Airport Terminal<br />
with the City Air Terminal by an express service in less than<br />
fifteen minutes with a fifteen minute interval and with an<br />
operation period from 05:00 a.m. to 01:00 a.m. The City<br />
Line service should be a mass transit route with stops at<br />
all eight stations and with transfer stations at Makkasan<br />
to MRTA and at Phaya Thai to BTS with a journey time less<br />
than 30 minutes, also run at fifteen minute peak intervals,<br />
but operated 24 hours.<br />
1.6 Line configuration<br />
According to Figure 2, the line consists of two tracks<br />
start ing at kilometric point 0.0 near Phaya Thai and<br />
ending in the tunnel under the Suvarnabhumi Airport<br />
at kilometric point 28.8. The terminal stations of the<br />
express trains in Makkasan (Figure 3) and Suvarnabhumi<br />
as well as at Hua Mak have two siding tracks each. The<br />
route is mainly elevated (Figure 4). At Phaya Thai the<br />
viaduct crosses even over BTS-Phaya Thai station at a<br />
height of approximately 20 m. Approaching the airport,<br />
the route goes down at grade for 900 m and finally ends<br />
in a 900 m long tunnel section under the airport building.<br />
Due to the fact, that almost all tracks of the system<br />
were electrified, the length of the electrified tracks is<br />
66 km. Only some tracks in the maintenance buildings<br />
are not electrified.<br />
1.5 Project organisation<br />
Owner and operator of the complete system is the State<br />
Railway of Thailand (SRT), which is the governmental<br />
own ed Thai railway company.<br />
Figure 3: Entrance to Makkasan Station.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
205
International Projects – acrps 2011<br />
2 Railway electrification design<br />
2.1 System overview<br />
Siemens AG as the consortium leader of the E&M-part<br />
of the project was responsible for the system design of<br />
the project including internal and external interfaces.<br />
The coupling point to the local Power Supply Authority<br />
was determined to be at Bangkapi, approximately at kilometric<br />
point 8 (Figure 5). The power supply is provided<br />
from diverse grid sources of the Metropolitan Electricity<br />
Authority (MEA) to ensure an availability of 99, 98 %. The<br />
traction substation includes two traction transformers,<br />
each capable of supporting the full load. Traction power<br />
is provided to the trains as single phase AC 25 kV 50 Hz<br />
via the Overhead Contact Line (OCL). A 24 kV three-phase<br />
electric power supply is provided by MEA from local substations<br />
to each above ground station and in the depot,<br />
located approximately at kilometric point 6.<br />
2.2 System design<br />
Figure 4: Contact line of a viaduct section.<br />
Figure 5: Schematic traction power supply.<br />
A prerequisite of the correct rating of the Traction Power<br />
Supply (TPS) was the simulation of the operation and<br />
calculating the capacities, ratings and numbers of the<br />
TPS equipment with Sitras ® Sidytrac of Siemens Complete<br />
Transportation in Erlangen. The main components were<br />
sized to operate the ARL system under normal and congested<br />
situations for the forecast ridership in the year 2022.<br />
The traction substation is designed completely redundant.<br />
The full operation is ensured also in case of an outage of<br />
one MEA AC feeding point.<br />
As a result of the different studies it was determined,<br />
that the complete route could be supplied with one 25 kV<br />
traction substation only. This substation is equipped with<br />
two power transformers and is fed by two incoming<br />
feeders from two independent sources of the 69 kV MEA<br />
grid. The two single-phase power transformers 69/25 kV<br />
in the substation are connected to different phases of the<br />
three-phase network. Moreover, it was verified that the<br />
minimum contact line voltage is clearly beyond 19 kV, as<br />
required in IEC 60850.<br />
Besides of this traction power study different other<br />
studies were conducted:<br />
• Harmonic study at point of common coupling: individual<br />
harmonic voltages as well as the total harmonic<br />
voltage distortion are below the specified<br />
limits of engineering recommendation<br />
G 5/4.<br />
• Relay coordination study: Results<br />
of calculation of the different cases<br />
were compared and integrated<br />
to the relay setting parameters.<br />
• Voltage fluctuations (flicker) at<br />
point of common coupling: Values<br />
are well within the range given by<br />
IEC 61000-4-15.<br />
• Three-phase unbalance: Calculations<br />
showed that the permissible<br />
voltage unbalance admitted by<br />
MEA will be complied with under<br />
all conditions.<br />
Moreover, the dynamic interaction<br />
between the pantographs and the<br />
206 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – International Projects<br />
OCL was simulated by means the program Sicat ® Dynamic [3].<br />
The simulation confirmed that no stitch wires are necessary.<br />
3 Traction power supply system<br />
The traction power supply system was designed in order<br />
to be supplied by MEA at the 69 kV level, and to convert<br />
the power supply to the single-phase 25 kV voltage used<br />
for the electric traction of the trains. The power supply<br />
extends between the point of coupling with the MEA<br />
network to the feeding point of the OCL disconnector at<br />
the OCL pole and the point of connection of the traction<br />
return current cables at the running rails in the vicinity of<br />
the OCL feeding points.<br />
Coordination meetings with MEA were held. Based on<br />
the MEA’s recommendation, the TPS system is designed to<br />
rely on one primary source, with one back-up source as<br />
follows: During normal operation, one incoming MEA line<br />
supplies power to both transformers in the substation. In<br />
case of outage of this MEA line, the supply of the transformers<br />
is automatically changed over to the other stand-by<br />
69 kV transmission line.<br />
In case of outage of one of the two transformers or<br />
one of the circuit breakers on the transformers’ primary<br />
and secondary sides, the remaining transformer feeds all<br />
sections in parallel. Each transformer is sized to take the<br />
full traction load of the system. Thus, the failure of one of<br />
the two transformers does not affect the normal railway<br />
operations, not even during peak hours. The technical<br />
feasibility of the traction power supply for the railway<br />
with 1 AC 25 kV 50 Hz had been investigated by means of<br />
an electrical network analysis with train operation simulation<br />
with Sitras ® Sidytrac.<br />
Using a time step procedure, Sitras ® Sidytrac determines<br />
the speed profile of the trains. In each time step, all voltages<br />
and currents in the network are calculated. By means<br />
of this calculation procedure, the speed profile and the<br />
power intake of the trains are determined, taking into<br />
account all effects from and on the traction network. TPS<br />
equipment is designed to satisfy the power demand until<br />
the year 2022 as requested by the contract. The substation<br />
is placed underneath the viaduct (Figure 6).<br />
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<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
207
International Projects – acrps 2011<br />
Figure 6: Traction<br />
power substation<br />
underneath the<br />
viaduct.<br />
Table 1: System characteristics of the<br />
OCL system.<br />
Nominal contact wire height<br />
4,90 m<br />
System height<br />
1,60 m<br />
Maximum span<br />
67 m<br />
Maximum tensioning length<br />
1,500 m<br />
Stagger<br />
± 0,35 m<br />
4 Overhead contact line<br />
4.1 System engineering and simulations<br />
4.1.1 Current carrying capacity of the OCL<br />
The OCL system within the project scope is first Thailand.<br />
Figure 4 shows the line running on a viaduct section. According<br />
to the performed electrical calculations the current<br />
carrying capacity of the OCL fulfils the criteria to supply<br />
the trains with the required currents for the scenarios with<br />
respect of line service of SA City Line and SA Express Line,<br />
headways and train configurations. The requirements are<br />
given for normal operation, outage of one traction transformer<br />
and maximum speed of 160 km/h. Moreover, the<br />
OCL is capable of carrying the short circuit currents.<br />
The ambient conditions and the permissible maximum<br />
temperature of the conductors determine the long-term<br />
electrical load during continuous operation, assuming a wind<br />
velocity of not less than 1 m/s. Wear and tear has to be expected<br />
during operation thus reducing the cross-section available<br />
for conducting of the current. A reduction in cross-section of<br />
20 % was assumed when determining the long-term electrical<br />
capacity. The OCL is capable for 650 A under continuous operation.<br />
The voltage of the OCL-System will fulfil the requirements<br />
stipulated in IEC 60850 and EN 50163 standards.<br />
4.1.2 Dynamic mechanical simulation<br />
A detailed simulation of the OCL/pantograph interface<br />
was undertaken by the contractor to determine the OCL<br />
wire sizes and tensions using Sicat ® Dynamic. As a result of<br />
this simulation the following configuration showed excellent<br />
dynamic properties and suits to the requirements for<br />
this application:<br />
• Contact wire Cu AC-107 according to EN 50149<br />
• Messenger wire 70 mm 2 bronze 0,5<br />
• Droppers 10 mm 2 bronze 0,5<br />
It was verified, that the use of an additional supporting<br />
wire at the cantilevers, a stitch wire, is not necessary.<br />
Stitch wires are used e. g. at German Railway’s Re 160 OCL<br />
for the same speed requirements. Contact wire and messenger<br />
wire are auto-tensioned.<br />
4.1.3 System character istics<br />
As a result of the above mentioned simulations and calculations<br />
and in accordance with various reference systems<br />
already in operation the main system characteristics of the<br />
OCL were determined as shown in Table 1. The minimum<br />
dropper length at the mid-span normally amounts to<br />
500 mm. The maximum permissible contact wire sag of the<br />
single trolley wire in the depot area amounts to 150 mm.<br />
4.2 OCL types<br />
The equipment for each track was designed to be mechanically<br />
independent from that of the parallel track such<br />
that trains may continue to run on one track even though<br />
the OCL system is switched off or damaged on the other<br />
track. Hence, the poles were generally placed at both<br />
outer sides of the viaduct. In general, the poles consist of<br />
steel H-beams and cantilevers made of Aluminium and<br />
insulators made of Silicone. The contact line consists of a<br />
contact wire Cu AC-107 and a messenger wire bronze 0,5<br />
70 mm 2 . Additionally, a return conductor per track is installed<br />
along the total line. Figure 7 shows a typical cross<br />
section of the OCL on the viaduct.<br />
In the Klongton depot area a trolley-type OCL was installed.<br />
This system is suitable for the maximum allowed<br />
speed of 25 km/h. It is designed without a messenger wire<br />
and a return conductor. However, the test track within<br />
the depot area was equipped with the OCL of the main<br />
line due to the required maximum train speed of up to<br />
80 km/h. Ramps connecting the viaduct with the at-grade<br />
depot area are shown in Figure 8. A section insulator<br />
within the depot is shown in Figure 9. Due to consideration<br />
of future extensions, the OCL was tensioned with<br />
standard tensioning equipment located at the outer side<br />
of the viaduct respectively at the tunnel wall.<br />
208 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – International Projects<br />
4.3 Supply and control of<br />
the OCL network<br />
4.3.1 Feeding<br />
The overhead contact line is fed by<br />
the circuit breakers located in the<br />
traction substation. It is subdivided<br />
into a west and an east section separated<br />
by the neutral zone. The total<br />
network is subdivided into electrical<br />
sections for maintenance purposes.<br />
4.3.2 Sectioning<br />
The electrical sectioning is arranged<br />
such that the overhead contact line<br />
can be isolated on any track, leaving<br />
an adjacent track energized and in<br />
full operation. Additionally, longitudinal<br />
sectioning at the main line<br />
allows selectively de-energized line<br />
sections. The longitudinal isolation is<br />
achieved either by section insulators<br />
or by insulated overlaps.<br />
Section insulators in the overhead<br />
contact line were strategically placed<br />
in side tracks, e. g. at crossovers<br />
to ensure a selective de-energization of the sectioning<br />
groups, i. e. permitting single line operation in the event<br />
of a fault on one of the overhead contact line sections.<br />
The special design of these section insulators minimizes<br />
the dynamic impact on the pantograph-contact line interaction.<br />
The section insulators were used at locations<br />
where the restricted space available prevents the use of<br />
insulated overlaps.<br />
In comparison to section insulators the insulating overlaps<br />
in the OCL are designed to provide a smooth transition<br />
between tensioning sections and are optimized in<br />
respect of the current collection criteria. The proposed<br />
Figure 7: Cross section of the overhead contact line on a standard viaduct segment.<br />
1 messenger wire, 2 contact wire, 3 return conductor, 4 stagger, 5 system height, 6 contact<br />
wire height, 7 track center line, 8 distance between center line and face of pole, 9 distance<br />
between cantilever brackets<br />
overlaps guarantee a smooth transition between the adjacent<br />
line sections obeying the specifications for contact<br />
forces as proven in similar applications.<br />
By the cross connections of the OCLs of both mainline<br />
tracks the current distribution is improved and selectivity<br />
is achieved, e. g. for maintenance activities.<br />
4.3.3 Neutral zone<br />
The two feeding sections of the traction power substation<br />
in the area of kilometric point 8.0 are fed from different<br />
Figure 8: Ramps connecting the viaduct with the depot area.<br />
Figure 9: Section insulator in the depot area.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
209
International Projects – acrps 2011<br />
phases of the MEA three-phase public network. Therefore,<br />
they are operated with different phase angles and had<br />
to be electrically separated from each other under all operational<br />
conditions including passing of trains and under<br />
fault conditions by a neutral zone near kilometric point<br />
9.340. The location was chosen considering rolling stock<br />
requirements regarding acceleration and deceleration. In<br />
case of transformer or cable outages, bridging of the neutral<br />
zone is possible for feeding both sections from one<br />
substation transformer. Figure 5 shows the power supply<br />
system schematically.<br />
The neutral zone is being passed by trains with main<br />
circuit breaker off and pantograph up at operation speed<br />
of the line. This operation philosophy reduces maintenance<br />
requirements to a minimum and forms a considerable<br />
contribution for a reliable operation. Malfunction,<br />
e. g. by passing with main circuit breaker on, will not lead<br />
to damage the equipment.<br />
The two feeding sections besides the neutral zone<br />
are separated by an intermediate contact line section of<br />
about 10 m in length. Separation is achieved by pairs of<br />
section insulators Sicat 8WL5545-4D. The intermediate<br />
section is earthed. This installation is called shortened<br />
neutral section.<br />
When a train stops within the neutral zone one of the<br />
switches of one track can be activated, depending on<br />
running direction and position of the stopped train. The<br />
OCL design ensures that energizing of this section can be<br />
carried out for running in normal or opposite direction.<br />
An interlocking mechanism avoids activation of both switches<br />
at one track at the same time.<br />
4.3.4 SCADA interface<br />
Remote control for the OCL disconnectors from and to<br />
the Airport Rail Link Operation Control Centre is provided<br />
via SCADA. As a part of the E&M system it was carried out<br />
under the responsibility of Siemens. All disconnectors for<br />
OCL operation are remote controlled except those feeding<br />
the tracks equipped with a movable conductor rail in<br />
the workshop area. They are operated manually only for<br />
safety reasons.<br />
5 Auxiliary power supply<br />
Beside the traction power and OCL supply the railway<br />
electrification contract covered the auxiliary power supply<br />
for the passenger stations as well as for the depot.<br />
Each at-grade station and the depot receive a 24 kV threephase<br />
connection from MEA via cables or overhead lines. The<br />
Suvarnabhumi station is fed by two power circuits from the<br />
independent New Bangkok International Airport Authority<br />
(NBIA) at 24 kV. The 24 kV medium voltage is transformed to<br />
three-phase 400 V to provide power for essential systems, e.<br />
g. train control, security systems, emergency lighting and nonessential<br />
loads e. g. elevators, depot workshop equipment,<br />
baggage handling system, under normal operation conditions.<br />
Equipment for safety-functions and essential operation<br />
is additionally supported by an Uninterruptible Power Supply<br />
(UPS), which is equipped with a battery support for four hours<br />
operation at full load such that any loss of normal power will<br />
be covered. To supply long-lasting interruptions of normal power,<br />
Diesel generator sets are installed to back-up operation<br />
on the essential equipment. They start automatically and take<br />
over the full load within 30 seconds. The largest generator at<br />
Makkasan station has a rated power of 1 200 kW.<br />
References<br />
[1] Weitlaner, E.; Schneider, E.: Bahnstromversorgung für die<br />
Stadtbahn BTS Bangkok. In: Glasers Annalen, 123 (1999)<br />
Vol. 6, pp. 253–260.<br />
[2] Weitlaner, E.: Bahnstromversorgung für das Bangkok Mass Transit<br />
System. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>, 97 (1999) Vol. 6, pp. 187–194.<br />
[3] Reichmann, T.: Simulation des Systems Oberleitungskettenwerk<br />
und Stromabnehmer mit der Finite-Elemente-Methode.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 103 (2005), Vol. 1-2, pp. 69–75.<br />
Dipl.-Ing. Detlef Pfeffermann (46), studies of<br />
electrical engineering at Friedrich-Alexander<br />
Universität Erlangen; at Siemens AG in the area of<br />
railway electrification since 1994, Project manager<br />
for various railway electrification projects<br />
worldwide; Senior Project Manager IPMA.<br />
Address: Siemens AG, IMO CT EL S-2,<br />
Mozartstr. 33b, 91052, Erlangen, Germany;<br />
phone: +49 9131 7-25979, fax: 828-25979;<br />
e-mail: detlef.pfeffermann@siemens.com<br />
210 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Oberleitungsanlagen<br />
Oberleitungen und Stromabnehmer –<br />
Entwicklungen bei der Deutschen Bahn<br />
Werner Krötz, Uwe Resch, Frankfurt<br />
Oberleitungen und Stromabnehmer bei der DB werden seit vielen Jahrzehnten in Zusammenarbeit<br />
mit der Industrie kontinuierlich weiterentwickelt und so an betri<strong>eb</strong>liche Anforderungen<br />
und gesetzliche Rahmenbedingungen angepasst. Für Mehrsystemfahrzeuge im DC-Betri<strong>eb</strong> mit<br />
den Niederlanden wurden Schleifstücke für Betri<strong>eb</strong> bei Raureif neu gestaltet. Die Zuverlässigkeit<br />
und Montagefreundlichkeit der Armaturen für Rohrschwenkausleger wurden verbessert.<br />
Die TSI-Zertifizierung einer seit 40 Jahren verwendeten seitenhalterlosen Oberleitung wurde<br />
vorbereitet. Zur Lokalisierung von Kurzschlüssen im Oberleitungsnetz wurde eine alternative<br />
Lösung mit Komponenten aus der 50-Hz-Energieversorgung entwickelt.<br />
Development of overhead contact lines and pantograph components at Deutsche Bahn<br />
For many decades overhead contact lines and pantographs have been steadily developed and<br />
adjusted to the needs of operation and legal provisions by DB Engineering in cooperation with<br />
the industry. For multi-system vehicles operated at DC to the Netherlands contact strips were<br />
designed which are suited to operation with ice accretion at the contact wire. The reliability<br />
and installation friendliness of fittings for cantilevers were improved. The TSI certification of a<br />
contact line design without steady arms which has been utilized for forty years was initiated. To<br />
localize short circuits in overhead contact lines an alternative procedure adopting components<br />
from 50 Hz engineering was developed.<br />
Développements techniques aux caténaires et aux composants de pantographes à la Deutsche Bahn<br />
Depuis des dizaines d’années, la DB développe de manière continue ses caténaires et ses pantographes<br />
en collaboration avec l’industrie, afin de les adapter aux exigences de l’exploitation<br />
et aux dispositions légales. Pour les véhicules polycourants qui sont exploités en courant DC sur<br />
les relations avec les Pays-Bas, des frotteurs ont été développés pour fonctionner sur des caténaires<br />
givrés. La fiabilité et la facilité de montage des raccords des consoles articulées ont été<br />
améliorées. La certification TSI d’une caténaire sans bras de rappel utilisée depuis 40 ans a été<br />
préparée. Une solution alternative avec des composants de l’alimentation en 50 Hz a été mise<br />
au point pour localiser les courts-circuits sur le réseau caténaires.<br />
1 Einführung<br />
Oberleitungen und Stromabnehmer bei der Deutschen<br />
Bahn (DB) werden seit vielen Jahrzehnten kontinuierlich<br />
weiterentwickelt und so an betri<strong>eb</strong>liche Anforderungen<br />
und gesetzliche Rahmenbedingungen angepasst. In diesem<br />
Artikel werden aktuelle Entwicklungen der letzten<br />
Jahre anhand der Schleifstücke für den DC-Betri<strong>eb</strong>, des<br />
Ersatzes von Gewinden durch kraftschlüssige Verbindungen,<br />
einer seitenhalterlosen Oberleitung und der Kurzschlussanzeige<br />
dargestellt.<br />
2 Schleifstücke für den DC-Betri<strong>eb</strong><br />
Im ICE-Verkehr mit den Niederlanden kam es auf dem<br />
Abschnitt Arnheim – Emmerich in den letzten Jahren<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
während der Wintermonate durch Raureif immer wieder<br />
zu erh<strong>eb</strong>lichen Schäden an den DC-Schleifstücken der<br />
Stromabnehmer. Die Folge war auf diesem Abschnitt bei<br />
diesen Bedingungen eine nicht akzeptable Häufung von<br />
Zugausfällen, so 26 Tri<strong>eb</strong>züge im Winter 2008/2009. Liegen<br />
g<strong>eb</strong>li<strong>eb</strong>ene Züge mussten auf der Strecke evakuiert<br />
und abgeschleppt werden.<br />
Ursache der Raureifbildung ist die durch die zahlreichen<br />
Gewässer in diesem G<strong>eb</strong>iet bedingte hohe Luftfeuchtigkeit,<br />
die bei Temperaturen um den Gefrierpunkt<br />
und insbesondere bei wenig Betri<strong>eb</strong> zu starkem Raureif<br />
an den Oberleitungsanlagen führt. Verstärkt wird dieser<br />
Effekt dadurch, dass auf diesem Streckenabschnitt nur der<br />
ICE3 elektrisch verkehrt. Die Folge wiederum ist starke<br />
Lichtbogenbildung zwischen Schleifstück und Oberleitung,<br />
die aerodynamisch bedingt vorzugsweise an der<br />
ablaufenden Seite des nachlaufenden Schleifstücks auftritt.<br />
Dabei entstehen im Schleifstück – beschleunigt durch<br />
211
Oberleitungsanlagen – acrps 2011<br />
Bild 1: Schnitt durch<br />
ein zerstörtes Schleifstück<br />
(Foto: Hoffmann<br />
Elektrokohle).<br />
die hohen Ströme im DC-Betri<strong>eb</strong> – Temperaturen über<br />
2 000 °C (Bild 1). Dadurch löst sich die Kl<strong>eb</strong>ung zwischen<br />
der Schleifleiste aus Hartkohle und dem Trägerstück des<br />
Strom abnehmers, das Schleifstück bricht und der Träger<br />
aus Aluminium schmilz laut Hersteller im Intervall zwischen<br />
620 und 650 °C. In Bild 2 ist das Erg<strong>eb</strong>nis zu sehen.<br />
Die ablaufseitige äußere Trägerkammer ist geschmolzen<br />
und vom Kl<strong>eb</strong>er finden sich ablaufseitig nur noch verbrannte<br />
Reste. Die galvanische Kupferschicht ist einerseits<br />
teilweise mit dem Aluminiumträger verschmolzen und<br />
hat sich andrerseits teilweise vom Kohlematerial gelöst.<br />
Die Abdichtung des Sensorkanals im Schleifstück, der Teil<br />
der automatischen Senkeinrichtung AS aller Stromabnehmer<br />
des ICE3 ist, ist damit zerstört und es tritt Luft aus.<br />
Dadurch senkt sich der Stromabnehmer, um Schäden an<br />
der Oberleitung zu vermeiden, und der Stromabnehmer<br />
ist nicht mehr funktionstüchtig.<br />
Wegen der Vielzahl der Zugausfälle wurde DB Systemtechnik<br />
von DB Fernverkehr beauftragt, hier eine Lösung zu<br />
entwickeln. In enger Abstimmung mit der Niederländischen<br />
Bahn und dem Schleifstückhersteller wurden verschiedene<br />
Lösungsvarianten untersucht und bewertet. Wegen der<br />
Bild 2: Durch Lichtbögen zerstörtes Schleifstück nach der Öffnung<br />
beim Hersteller (Foto: Hoffmann Elektrokohle).<br />
Bild 3: Vergleich bisherige (links) und neue Ausführung (rechts).<br />
1 Hartkohle, 2 Aluminiumträger, 3 Beplankung aus rostfreiem Stahl<br />
deutlich höheren Ströme und der generell erh<strong>eb</strong>lich geringeren<br />
Laufleistungen von Schleifstücken im DC-Betri<strong>eb</strong> waren<br />
hierbei gänzlich andere Randbedingungen verglichen<br />
mit Raureifproblemen im Wechselstrombetri<strong>eb</strong> zu betrachten.<br />
Hinzu kam die Vorgabe der Niederländischen Bahn,<br />
grundsätzlich Oberleitungen bei Raureif nicht zu beheizen,<br />
sondern eine Lösung zu suchen, die universell im gesamten<br />
DC-Netz zum Tragen kommt und keine zusätzlichen<br />
Infrastrukturmaßnahmen erfordert. Zusätzlich wurde gefordert,<br />
die TSI-Vorgaben hinsichtlich einer erforderlichen<br />
Schnellabsenkung bei Bruch des Schleifstücks einzuhalten.<br />
Außerdem bestand der Niederländische Infrastrukturbetreiber<br />
darauf, dass zusätzlich zur Kl<strong>eb</strong>ung das Schleifstück<br />
geklemmt wird, da bei Raureif die hohen Temperaturen im<br />
Schleifstück auch auf der vergleichsweise kurzen Strecke<br />
zwischen Arnheim und Emmerich in jedem Fall zur Zerstörung<br />
der Kl<strong>eb</strong>ung in der Mitte des Schleifstücks führen würden.<br />
Wegen der generell deutlich geringeren Laufleistung<br />
im DC-Betri<strong>eb</strong> wurde dies <strong>eb</strong>enso wie regelmäßige Inspektionen<br />
der Schleifstücke nach Fahrten bei Raureif in Kauf<br />
genommen. Die Modifikationen am Schleifstück sollten nur<br />
sicher stellen, dass Fahrten des ICE3 im DC-Bereich ohne<br />
Totalausfall zu Ende geführt werden konnten.<br />
Aufgrund dieser Vorgaben konzentrierten sich die<br />
Modifikationen auf ein Verstärken des Schleifstücks insbesondere<br />
zum Schutz des Aluminiumträgers und der<br />
Verbindung Schleifstück – Träger.<br />
Bild 3 zeigt die bisherige und die neue Ausführung. In<br />
Bild 4 ist in der neuen Ausführung der komplett aus der Kohle<br />
in den Aluminiumträger verlegte Luftkanal der automatischen<br />
Senkeinrichtung zu erkennen. Zusätzlich zur Kl<strong>eb</strong>ung<br />
wird das Schleifstück auf dem Träger geklemmt. Dadurch<br />
war aber die im AC-Betri<strong>eb</strong> mittlerweile erfolgreiche Ausführung,<br />
den Träger auf drei Seiten mit Kohle zu umschließen<br />
und damit Schäden durch Einwirken der Lichtbögen direkt<br />
auf den Aluminiumträger zu vermeiden, nicht mehr möglich.<br />
Deshalb wurde hier abweichend eine Beplankung des<br />
Trägers mit Blechen aus nichtrostendem Stahl, die geg<strong>eb</strong>enenfalls<br />
zusätzlich mit Aluminiumoxid als Schutz gegen die<br />
Lichtbögen beschichtet werden können, gewählt. In der Praxis<br />
zeigte sich, dass diese Stahlbleche bei den entstehenden<br />
Temperaturen und der langen Einwirkdauer im DC-Betri<strong>eb</strong><br />
durch die Lichtbögen <strong>eb</strong>enfalls zerstört werden. Durch das<br />
höhere Gewicht der DC-Schleifstücke infolge der Stahlbeplankung<br />
verschlechtert sich das dynamische Verhalten des<br />
Stromabnehmers. Wegen der vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeiten<br />
auf den betroffenen DC-Strecken wirkt sich<br />
dies allerdings nur gering aus. Das deutlich reduzierte Ansprechverhalten<br />
der automatischen Senkeinrichtung wurde<br />
vom Niederländischen Infrastrukturbetreiber in Kauf genommen.<br />
Anders als beim bisherigen Schleifstück löst diese<br />
Ausführung der Senkeinrichtung nicht bereits bei Bruch oder<br />
Verlust der Kohle, sondern erst bei Bruch des Trägers oder<br />
Durchschleifen des Luftkanals nach Verlust der Kohle aus.<br />
Insgesamt ist diese Lösung an die Besonderheiten des<br />
DC-Betri<strong>eb</strong>s mit hohen Strömen im Lichtbogen, vergleichsweise<br />
kurzer Standzeit im Normalbetri<strong>eb</strong> und Anforderungen<br />
des Infrastrukturbetreibers angepasst. Bei Betri<strong>eb</strong><br />
unter Raureifbedingungen sind aber auch an den neuen<br />
212 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Oberleitungsanlagen<br />
Schleifstücken die Schäden erh<strong>eb</strong>lich (Bild 5). Das Ziel,<br />
die Standzeit bei Raureif für den Verkehr auf der Strecke<br />
Arnheim – Emmerich so weit zu verlängern, dass die Züge<br />
nicht bereits bei einer Fahrt ausfallen, wurde erreicht.<br />
Bild 4: Geändertes<br />
Schleifstück für<br />
DC-Anwendungen<br />
(Foto: Hoffmann<br />
Elektrokohle).<br />
3 Anwendung von<br />
Gewindeersatzarmaturen<br />
Bei der Entwicklung der Rohrschwenkausleger aus Aluminium<br />
wurden für die Befestigung der Armaturen an<br />
den Rohren die Gewindeverbindungen der bisherigen<br />
Stahlausleger beibehalten. Bei dieser konstruktiven Ausführung<br />
wird ein Zoll-Gewinde auf ein metrisches Rohr<br />
geschnitten. Durch den erforderlichen Kerndurchmesser<br />
des Gewindes entsteht eine Schwächung des Rohres. Um<br />
diese Schwächung zu begrenzen, muss die nicht genutzte<br />
Gewindelänge minimiert werden. Bei der Herstellung<br />
muss zudem der Auslauf des Gewindes sorgfältig ausgeführt<br />
werden, da sich sonst an dieser Stelle Risse bilden<br />
können. Die Herstellung und die Montage dieser Verbindung<br />
sind dadurch zeitintensiv und aufwändig.<br />
Zur Verbesserung dieser Konstruktion kann die formschlüssige<br />
Verbindung durch eine kraftschlüssige Verbindung<br />
ersetzt werden. Die Bilder 6 und 7 zeigen verschiedene<br />
konstruktive Lösungen. Bei der Montage muss<br />
das Rohr nur auf die entsprechende Länge geschnitten<br />
werden und kann direkt an der Armatur befestigt werden.<br />
Die Herstellung des Gewindes entfällt, wodurch ein<br />
Arbeitsgang eingespart wird. Bei der Beh<strong>eb</strong>ung von Störungen<br />
ergibt sich dadurch ein kleiner Zeitgewinn.<br />
Bei der Verwendung einer kraftschlüssigen Verbindung<br />
ist zu beachten, dass die Spannkraft sich nicht verringern<br />
darf und die Verbindung sich dadurch lockert. Für die<br />
vorgestellten Lösungen wurden daher Schwingungs- und<br />
Rutschprüfungen durchgeführt. Dabei wurde geprüft, ob<br />
sich die Schraubverbindungen lockern und bei welcher<br />
Kraft das Rohr aus der Armatur heraus rutscht.<br />
Nach erfolgreicher Entwicklung wurde auf verschiedenen<br />
Strecken die Betri<strong>eb</strong>serprobung durchgeführt. Die regelmäßige<br />
Prüfung ergab keine Lockerung der Klemmverbindungen,<br />
sodass die technische Freigabe ausgesprochen<br />
wurde. Die Strecke Lauf (Pegnitz) – Hartmannsdorf wurde<br />
mit den neuen Bauteilen ausgerüstet.<br />
Bild 5: Geändertes Schleifstück nach Fahrt bei Raureif<br />
(Foto: Hoffmann Elektrokohle).<br />
Bei der Elektrifizierung der Strecke<br />
Frankfurt – Fulda wurde im<br />
Schlüchterner Tunnel eine seitenhalterlose<br />
Oberleitung errichtet.<br />
Mit dieser speziellen Konstruktion<br />
konnte im vorhandenen Tunnelprofil<br />
eine Oberleitung angeordnet werden. Der alte<br />
Schlüchterner Tunnel steht zur Sanierung an. Dazu wurde<br />
eine zweite neue Tunnelröhre errichtet. Der alte Tunnel<br />
wird im Rahmen der Sanierung in einen eingleisigen<br />
Tunnel umg<strong>eb</strong>aut.<br />
Im bisherigen Schlüchterner Tunnel war auch nach<br />
mehr als 40 Jahren Betri<strong>eb</strong> kein Fahrdrahtwechsel erforderlich.<br />
Die Stützpunkte der seitenhalterlosen Oberleitung<br />
sind einfach aufg<strong>eb</strong>aut und können direkt an der<br />
Tunneldecke befestigt werden. Es sind keine Hängesäulen<br />
erforderlich, wodurch die Anzahl der Bauteile stark<br />
reduziert wird. Durch die guten Betri<strong>eb</strong>serfahrungen und<br />
die einfache Bauweise soll im alten Tunnel wieder eine<br />
seitenhalterlose Oberleitung errichtet werden. Durch<br />
den Verzicht auf Seitenhalter kann die Oberleitung nur<br />
auf der geraden Strecke ausgeführt werden. Dieser Nachteil<br />
ist aber im geraden bisherigen Schlüchterner Tunnel<br />
nicht von Bedeutung.<br />
4 TSI-Zertifizierung<br />
der seitenhalterlosen<br />
Oberleitung<br />
Bild 6: Gewindeersatzarmatur mit Bügelschraube.<br />
Bild 7: Gewindeersatzarmatur mit Klemmdeckel.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
213
Oberleitungsanlagen – acrps 2011<br />
Tabelle 1: Aufbau der seitenhalterlosen Oberleitung.<br />
zwei Fahrdrähte Cu AC-100, Spannkraft je 10 kN<br />
Tragseil BzII 50, Spannkraft 10 kN<br />
maximale Fahrgeschwindigkeit 160 km/h<br />
Fahrdrahtspreize im Stützpunktbereich<br />
kleinste Systemhöhe 680 mm<br />
Stützpunktabstand 28 m bis 40 m<br />
Bild 8: Aufbau der seitenhalterlosen Oberleitung.<br />
Kein Radius<br />
Die wesentlichen Parameter der Oberleitung sind<br />
in Tabelle 1 zusammengefasst. Die beiden Fahrdrähte<br />
werden an einem Tragseil mit Hängern befestigt. Um<br />
einen Zick-Zack des Fahrdrahtes zu erreichen, wird im<br />
Bereich des Stützpunktes eine Spreize zwischen den<br />
beiden Fahrdrähten eing<strong>eb</strong>aut. Bild 8 zeigt den grundsätzlichen<br />
Aufbau.<br />
Der alte Schlüchterner Tunnel liegt auf einer TSI-ENE-<br />
HGV-Strecke der Kategorie III, sodass eine TSI-Zertifizierung<br />
der Oberleitung erforderlich ist. Zur Zertifizie-<br />
Bild 9: Lokalisierung von Kurzschlüssen mit Kurzschlussmeldewandlern.<br />
rung wurde die spezielle Anordnung der Oberleitung<br />
nachg<strong>eb</strong>ildet und Simulationsrechnungen mit zwei verschiedenen<br />
Stromabnehmertypen und 160 km/h Fahrgeschwindigkeit<br />
durchgeführt. Weiterhin wurden an der<br />
bestehenden Oberleitung Messfahrten durchgeführt und<br />
die Erg<strong>eb</strong>nisse der Simulationsrechnung grundsätzlich<br />
bestätigt. Die Kriterien gemäß TSI ENE HGV, Abschnitt<br />
4.2.16.1, für die Kontaktkräfte werden eingehalten.<br />
Der Raum für den Anhub des Seitenhalters (TSI ENE HGV,<br />
Abschnitt 4.2.16.1) und die maximale Bewegung der Kontaktpunkte<br />
(TSI ENE HGV, Abschnitt 4.2.17) kann anhand<br />
der statischen Eigenschaften der Oberleitung geprüft werden.<br />
Die maximale Elastizität der seitenhalterlosen Oberleitung<br />
beträgt beim maximalen Stützpunktabstand in<br />
Feldmitte 0,33 mm/N. Bei 95 N mittlerer Andruckkraft des<br />
Stromabnehmers ergibt sich maximal 31 mm Anhub. Im<br />
Stützpunktbereich ist durch die höhere Steifigkeit ein kleinerer<br />
Anhub zu erwarten. Für die Konformitätsbewertung<br />
kann der ungünstige Wert 31 mm verwendet werden.<br />
An den Stützpunkten der seitenhalterlosen Oberleitung<br />
ist kein Seitenhalter vorhanden, sodass die Forderungen<br />
der TSI immer erfüllt werden. Es muss jedoch ein<br />
ausreichender Raum für den Durchgang des Stromabnehmers<br />
vorhanden sein. Die Systemhöhe der seitenhalterlosen<br />
Oberleitung beträgt mindestens 680 mm. Für<br />
die Aufhängung des Tragseils mit einer Rolle ist 290 mm<br />
Raumbedarf erforderlich, sodass mit mindestens 390 mm<br />
ausreichend Raum zum Durchgang des Stromabnehmers<br />
zu Verfügung steht.<br />
Die vertikale Bewegung des Kontaktpunktes darf bei<br />
Strecken der Kategorie III nicht mehr als 80 mm betragen.<br />
Der Anhub in Feldmitte beträgt rund 31 mm und ist am<br />
Stützpunkt geringer. Die zulässige vertikale Bewegung<br />
wird nicht einmal zu 50 % ausgenutzt, sodass die Kriterien<br />
nach TSI ENE HGV, Abschnitt 4.2.17, erfüllt werden.<br />
5 Lokalisierung von Kurzschlüssen im<br />
Oberleitungsnetz<br />
Bild 10: Anwendung von Kurzschlussanzeigern bei Oberleitungsanlagen.<br />
1 Oberleitungsmast, 2 Schalterantri<strong>eb</strong>, 3 Masttrennschalter, 4 Wandler,<br />
5 Kurzschlussanzeiger, 6 Radio-GSM-Reporter<br />
Im Oberleitungsnetz der DB treten durch Blitzeinschläge,<br />
umherfliegende Teile oder durch Tiere rund 15 000 Kurzschlusswischer<br />
je Jahr auf. Beschädigungen durch den<br />
Lichtbogen können an Isolatoren oder anderen Bauteilen<br />
214 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
nicht ausgeschlossen werden, sodass eine Begehung der<br />
Strecke zur Lokalisierung des Kurzschlussortes und Prüfung<br />
der Anlage erforderlich ist.<br />
Zur Reduzierung des Aufwandes für die Begehung der<br />
Strecke werden im Oberleitungsnetz Wandler eingesetzt<br />
(Bild 9). Diese Wandler können an den Querkupplungen<br />
der beiden Richtungsgleise eing<strong>eb</strong>aut werden.<br />
Zur Reduzierung des Aufwandes für die Begehung der<br />
Strecke könnten die Wandler verdichtet angeordnet werden,<br />
Diese Verdichtung kann nur dort vorgenommen werden,<br />
wo die zur Übertragung der Meldung erforderlichen<br />
Kabel vorhanden sind. Weiterhin ist eine Traverse zur Befestigung<br />
des Wandlers am Oberleitungsmast notwendig.<br />
In der 50-Hz-Energieversorgung werden zur Lokalisierung<br />
von Kurzschlüssen kleine Kurzschlussanzeiger<br />
verwendet. Die Geräte werden einfach auf das Leiterseil<br />
geklemmt. Meldungen werden drahtlos zu einer Sendeund<br />
Empfangseinheit übertragen. Diese Einheit sendet<br />
bei einem Ereignis die Meldung über GSM zur Leitstelle,<br />
sodass keine Verlegung zusätzlicher Kabel erforderlich<br />
ist. Bild 10 zeigt die bisherige Ausführung und die<br />
vorgesehene Anwendung der Kurzschlussanzeiger bei<br />
Oberleitungsanlagen.<br />
Nachteil dieser Art der Übertragung ist die Energieversorgung<br />
durch Batterie. Für die Batterien werden mehr<br />
als fünf Jahre L<strong>eb</strong>ensdauer angeg<strong>eb</strong>en. Ein Wechsel der<br />
Batterien kann im Rahmen der normalen Fristen durchgeführt<br />
werden. Eine zusätzliche Inspektion ist dadurch<br />
nicht erforderlich.<br />
Für den Einsatz der Kurzschlussanzeiger im Oberleitungsnetz<br />
müssen die spezifischen Ansprechwerte festgelegt<br />
und die Betri<strong>eb</strong>stauglichkeit nachgewiesen werden.<br />
Die Ansprechwerte und Einstellungen wurden mit dem<br />
Hersteller abgestimmt, sodass als nächster Schritt die Betri<strong>eb</strong>serprobung<br />
an auffälligen Stellen im Oberleitungsnetz<br />
durchgeführt werden kann.<br />
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Oberleitungsanlagen – acrps 2011<br />
Reduktion der Bauteile-Vielfalt<br />
in Oberleitungsanlagen<br />
Rico Furrer, Urs Wili, Bern<br />
Eine Verringerung der Bauteile-Vielfalt bei Oberleitungsanlagen kann Vorteile bringen, wobei<br />
dennoch auch mit der kleineren Zahl von Bauteilen die meisten Anwendungsfälle abgedeckt und<br />
auch neue Anforderungen erfüllt werden können. Bauteile-Lieferanten, Infrastruktur-Ersteller<br />
und Infrastruktur-Betreiber haben dabei ganz unterschiedliche Ziele und Anforderungen. Bis<br />
auf wenige Ausnahmen fehlt eine Vereinheitlichung der Schnittstellen der Oberleitungsbauteile.<br />
Reducing the diversity of overhead contact line components<br />
Reducing the number and the diversity of components in an overhead contact line system can be<br />
beneficial, and even with a reduced number of parts a variety of applications can be covered. Aims<br />
and objectives of suppliers, sponsors and maintainers may be different. With some exceptions a<br />
harmonisation of interfaces between the modules of an overhead contact line is still missing.<br />
Réduction de la diversité des composants d’une caténaire<br />
Une réduction du nombre et de la diversité des composants d’une caténaire peut être utile tout<br />
en sauvegardant la possibilité de couvrir un vaste champ d’applications. Les exigences et les objectifs<br />
des fournisseurs du matériel, des réalisateurs des installations ainsi que des services d’entretien<br />
peuvent être divergents. À certaines exceptions près, une harmonisation de différentes<br />
interfaces entre les modules d’une caténaire fait encore défaut.<br />
1 Einführung<br />
Technische Systeme kennen bestimmte L<strong>eb</strong>ensphasen, die in<br />
ähnlicher Form und Abfolge immer wieder einmal vorkommen:<br />
Ein neues System wird technisch machbar, wie zum<br />
Beispiel die elektrische Zugförderung vor 130 Jahren [1],<br />
es wird an Prototypanlagen ausprobiert (Beispiel Siemens,<br />
1879), es erreicht eine gewisse Betri<strong>eb</strong>stauglichkeit (Beispiel<br />
Versuche Marienfelde – Zossen), wird verfeinert und verbessert,<br />
bis es einen Stand der technischen Reife erlangt, in<br />
dem weitere Verbesserungen schwierig oder teuer werden<br />
(Beispiel Einheitsfahrleitung 1930). Dann wird das System<br />
nur noch betri<strong>eb</strong>en, wobei versucht wird, den Aufwand für<br />
Betri<strong>eb</strong> und Erhaltung auf ein Minimum zu reduzieren.<br />
In den ersten L<strong>eb</strong>ensphasen wird die Zahl der Bauteile,<br />
aus denen das System aufg<strong>eb</strong>aut ist, ständig zunehmen,<br />
weil die Anforderungen noch unzureichend erfüllt sind<br />
oder weil neue Forderungen auftauchen, die man auch<br />
noch abdecken möchte.<br />
Sobald das System einigermaßen komplett und betri<strong>eb</strong>ssicher<br />
ist, wird man versuchen, die L<strong>eb</strong>ensdauer seiner<br />
Komponenten zu erhöhen und die Zahl verschiedener<br />
Komponenten zu verringern, um die<br />
Lagerbestände zu reduzieren und<br />
schneller umzuschlagen sowie die Störungsintervention<br />
zu vereinfachen.<br />
Neue, gesteigerte Anforderungen<br />
rufen nach neuen Systemen und damit<br />
meist anderen Bauteilen.<br />
2 L<strong>eb</strong>ensphasen bei<br />
Oberleitungen<br />
Bild 1: Objekt-Bauteile und deren Einzelteile am Beispiel eines Fahrleitungs-Schwenkaus legers.<br />
Die technischen L<strong>eb</strong>ensphasen bei<br />
Oberleitungen folgen durchaus<br />
<strong>eb</strong>enfalls den genannten Grundsätzen:<br />
Höhere Fahrgeschwindigkeiten<br />
verlangen voll-nachgespannte<br />
Kettenwerke, und diese neuen Sys-<br />
216 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Oberleitungsanlagen<br />
teme verwenden neue Bauteile wie die Re 160 mit<br />
ihren Rohr-Schwenk-Auslegern. Das „stabil“ gehaltene<br />
Bauteilsortiment der Re 75 muss erweitert werden um<br />
die neuen Bauteile der Re 160, der Re 200, der Re 250,<br />
der Re 330 und so weiter. Damit sind die Entwicklungsabteilungen<br />
angesprochen.<br />
Der Infrastruktur-Betreiber hat möglicherweise eine<br />
andere Sicht der Dinge: Er möchte ein Minimum verschiedener<br />
Bauteile am Lager halten; und den beschränkten<br />
Platz auf dem Störungsinterventions-Fahrzeug möchte er<br />
mit Komponenten belegen, mit denen er möglichst jeden<br />
Fall abdecken kann.<br />
Ganz andere Ziele hat der Hersteller und Lieferant<br />
von Bauteilen. Je größer sein Sortiment ist, desto mehr<br />
Umsatz kann er machen, weil er mehr Kundenwünsche<br />
zu erfüllen in der Lage ist. Immerhin hat auch er ein Interesse,<br />
nur gängige Artikel am Lager zu halten und den<br />
Lagervorrat rasch umzuschlagen.<br />
Daraus sind also folgende, zum Teil widersprüchliche<br />
Ziele für neue oder zu modifizierende technische Systeme<br />
zu erkennen:<br />
• möglichst wenige, dafür universell einsetzbare Bauteile<br />
mit dem Ziel kleinerer Lager und einfacherer Störungsintervention<br />
• möglichst gut an den Verwendungszweck angepasste<br />
Bauteile für Zuverlässigkeit und lange L<strong>eb</strong>ensdauer<br />
zum Preis einer Vielzahl von Bauteilen<br />
• ein großes Sortiment, um viele Kundenwünsche abzudecken<br />
Alle diese Forderungen sind „berechtigt“, aber wie<br />
bringt man sie unter einen Hut?<br />
3 Was ist Bauteile-Vielfalt überhaupt?<br />
Für die folgenden Betrachtungen lässt sich die Oberleitung<br />
darstellen als ein G<strong>eb</strong>ilde, das zusammengesetzt ist<br />
aus verschiedenen Baugruppen oder Komponenten, aus<br />
Fundamenten, Masten, Auslegern und Querträgern sowie<br />
Kettenwerken und Leitungen.<br />
Diese Objekte bestehen aus mehreren Bauteilen. Bei<br />
dem Beispiel eines Auslegers (Bild 1) sind dies Auslegerrohr,<br />
Stützrohr, Str<strong>eb</strong>enrohr, Seitenhaltertragrohr, Rohrverbindungen,<br />
Drehgelenk Ausleger, Isolator, Tragseilbock,<br />
Abzugarm, Seitenhalter.<br />
Auch diese Bauteile können wieder aus verschiedenen<br />
Einzelteilen bestehen, wie am Beispiel der Tragseilklemme<br />
dargestellt.<br />
Bauteile oder Einzelteile können in einer Baugruppe<br />
mehrfach, an verschiedenen Stellen und in verschiedener<br />
Funktion vorkommen. Die Zahl der Bauteil-Typen kann<br />
dann kleiner sein als die Zahl der Bauteile in einer Baugruppe.<br />
So kommt zum Beispiel im Schwenkausleger nach<br />
Bild 1 der Isolator zweimal vor, wobei er einmal auf Druck<br />
und das andere Mal auf Biegung und Zug beansprucht ist.<br />
An Bauteile werden mehrere Anforderungen gestellt,<br />
nämlich<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
• physikalische Anforderungen, wie mechanische, thermische,<br />
elektrische Eigenschaften,<br />
• Marktanforderungen nach L<strong>eb</strong>ensdauer, Sicherheit,<br />
Zuverlässigkeit, Ästhetik, Kosten,<br />
• Funktionsanforderungen, wie Modularität, Größe,<br />
Stückzahl, und<br />
• Forderungen nach Qualität, Servicefreundlichkeit, Rezyklierbarkeit.<br />
Die Gestaltung der Bauteile versucht, diesen Forderungen<br />
gerecht zu werden. Dabei werden die verschiedensten<br />
Werkstoffe und Bearbeitungs- und Verbindungsmethoden<br />
angewendet.<br />
4 Reduktion der Bauteile-Vielfalt – wozu?<br />
Das Beherrschen der Produktkomplexität ist ein anerkanntes<br />
Mittel zur Kostensenkung. So beschäftigt sich zum Beispiel<br />
bei BMW ein Vollzeit-Ingenieur mit der Aufgabe, die<br />
1,3 Mio. verschiedenen Schraubverbindungen in Produkten<br />
des Konzerns auf 2 500 zu reduzieren [2]. Und der bedeutende<br />
Schraubenhersteller Bossard bietet auf dem Internet<br />
eine W<strong>eb</strong>-Applikation, welche die möglichen Einsparungen<br />
durch eine Verringerung der Schraubentypen errechnet [3].<br />
Der Komplexitätsgrad eines Systems bemisst sich einerseits<br />
nach seiner Veränderlichkeit und Vieldeutigkeit, anderseits<br />
nach der Vielzahl und Vielfalt seiner Elemente [4].<br />
Im Vergleich zu den Produkten der Automobil-Industrie<br />
oder zu den Eisenbahn-Sicherungsanlagen haben Oberleitungsanlagen<br />
einen geringeren Komplexitätsgrad und,<br />
in Bild 2 durch die Größe der Ellipsen angedeutet, als Produkt<br />
eine geringere wirtschaftliche Bedeutung.<br />
Dennoch muss die Verringerung der Komplexität auch<br />
bei Oberleitungen ein Thema sein! Im DB-Zeichnungswerk<br />
umfasst jede der Regelbauarten zwischen 2 000 und 3 000<br />
Zeichnungen; selbst in einer Firma der KMU-Kategorie<br />
(kleine und mittlere Unternehmen) entstehen jedes Jahr<br />
zwischen 500 und 800 neue Zeichnungen (Bild 3), und die<br />
Zahl der in der Lagerdatei gespeicherten Artikel ist inzwischen<br />
auf über 15 000 gewachsen.<br />
Bild 2: Beispielhafte Darstellung des Komplexitätsgrads von Systemen.<br />
F Fahrleitungen<br />
S Eisenbahn-Sicherungsanlagen<br />
„Autos“ Kraftfahrzeuge<br />
217
Oberleitungsanlagen – acrps 2011<br />
durch den technischen Fortschritt, zum<br />
Beispiel durch neuartige Werkstoffe<br />
oder neue Bearbeitungsmethoden.<br />
Eher selbst gemachte Treiber sind:<br />
• Anwendung verschiedener Werkstoffe<br />
– Cu/Al Verdoppelung der Klemmensortimente<br />
– Stahl/Beton/Holz bei Masten<br />
Ver vielfachung der Befestigungselemente<br />
• Unterschiedliche Bauformen für<br />
gleichartige Bauteile<br />
– je Rohrdurchmesser andere Klemmen<br />
– jede Jochbauart mit anderen Befestigungsteilen<br />
Bild 3: Zunahme der Anzahl der Oberleitungs-Bauteile, gemessen an der Zahl der jährlich<br />
erstellten Zeichnungen einer auf Oberleitungen spezialisierten KMU im Vergleich zur Anzahl<br />
Oberleitungs-Zeichnungen in Deutschland 1947 [5].<br />
6 Verringerung der<br />
Vielfalt – wie?<br />
Dabei ist der Begriff „Zeichnung“ noch etwas näher zu<br />
betrachten:<br />
Häufig wird in einer einzigen Zeichnung eine ganze<br />
Reihe von gleichartigen Bauteilen verschiedener Größe<br />
zusammen mit dazu gehörigen Anschlussteilen zusammengefasst.<br />
Früher ergaben sich so großformatige Blätter<br />
der Größe A2 bis A0, heute umfasst eine Zeichnungsnummer<br />
mehrere Seiten, meist vom Format A3 oder A4.<br />
5 Treiber der Vielfalt<br />
Treiber dieser Vielfalt sind einerseits echte Notwendigkeiten,<br />
anderseits sind sie von den Fachleuten des Oberleitungsbaus<br />
aus verschiedenen Gründen selbst gemacht.<br />
Zu den ersteren zählen veränderte Anforderungen an die<br />
Oberleitungen und ihre Funktion durch die Vielzahl der Stromsysteme,<br />
unterschiedliche Wippenbreiten der Stromabnehmer,<br />
eine Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit, Zahl und Abstand<br />
der Stromabnehmer und so weiter sowie neue Möglich keiten<br />
Tabelle 1: Wege zur Senkung der Bauteile-Vielfalt und deren<br />
Umsetzung.<br />
Wege nach [6]<br />
Umsetzung bei Oberleitungen<br />
Modularisierung der Produkte Module könnten etwa sein:<br />
tragen, halten, isolieren, spannen,<br />
leiten<br />
Aufbau eines Baukasten systems<br />
Erhöhung des Anteils der<br />
Gleichteile und Mehrfach-Verwendungsteile<br />
Verschi<strong>eb</strong>ung des Freeze Points<br />
an das Ende der Wertschöpfungskette<br />
Entwicklung von Plattformstrategien<br />
Sortimente von Fundamenten,<br />
Masten, Querträgern etc.<br />
einheitliche Schraubengrößen,<br />
im Übrigen noch Optimierungspotenzial<br />
Oberleitungssysteme l<strong>eb</strong>en<br />
Jahrzehnte wird Freeze Point<br />
je erreicht?<br />
nach Speisesystem AC, DC;<br />
nach Spannung, nach Fahrgeschwindigkeit<br />
Wege zur Reduktion der Vielfalt sind in der Literatur zu<br />
finden. Tabelle 1 zeigt eine Auswahl solcher Wege nach<br />
[6] und Möglichkeiten zur Umsetzung.<br />
Als Lösungsvarianten bieten sich bei Oberleitungen an:<br />
• „Einfrieren“ einer technischen Lösung über längere Zeit<br />
und dann Einführung einer neuen Lösung mit „Quantensprung“;<br />
Beispiel SNCF, die „französische Lösung“<br />
• verstellbare, anpassbare Bauteile, die ganze Anwendungsbereiche<br />
abdecken; Beispiel SBB, verstellbare Spurhalter<br />
• modulartiger Aufbau der Systeme, sodass eine Anlage<br />
aus den am besten geeigneten Modulen zusammengesetzt<br />
werden kann; Beispiel SBB, Rohrausleger mit<br />
Rohrdurchmesser 70 mm für Bauart mit festem (N-Fl)<br />
und Bauarten mit nachgespanntem (R-Fl) Tragseil<br />
• einheitliche Schnittstellen zwischen den Komponenten;<br />
Beispiel Fahrdraht nach EN 50149; aber „Sündenfall“:<br />
Typen A und B<br />
Für die Lieferanten gilt eine andere Fragestellung:<br />
• Welches ist das kleinste Sortiment, das die größte Zahl<br />
der Kundenwünsche abdeckt? (Beispiel: Hänger)<br />
• Für welche Normteile, also Teile, die beim betreffenden<br />
Kunden Norm sind, ist der Kunde bereit, Alternativen<br />
einzusetzen? (Beispiele: Ausleger, Kunststoff-Isolatoren)<br />
• Welche Neuerungen sind Erfolg versprechend? Ist ihr Nutzen<br />
so offensichtlich, dass der Kunde sofort zugreift oder<br />
sind zuerst Versuche nötig? Welcher Kunde ist zu welchen<br />
Bedingungen bereit, solche Versuche durchzuführen?<br />
(Beispiel: Stromschiene für hohe Geschwindigkeiten)<br />
Einheitliche Schnittstellen zwischen den Modulen fördern<br />
die Verwendung von Gleichteilen. Im Bereich der<br />
Normung sind bereits große Anstrengungen in dieser<br />
Richtung unternommen worden. So kennt die EN 50149<br />
noch zwei verschiedene Rillenformen für Fahrdrähte, aber<br />
immerhin noch fünf verschiedene Querschnittsflächen und<br />
zwei verschiedene Formen, rund und flach. Wenn auch<br />
218 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Oberleitungsanlagen<br />
Bild 4: Rillenfahrdrähte nach EN 50149 und,<br />
farblich hervorgehoben, Möglichkeiten zur<br />
Reduktion der Artenvielfalt auf drei Querschnitte<br />
flacher Form.<br />
Bild 5: Feld an Auslegerbauarten nach Anzahl von Bauteilen und Bauteiltypen.<br />
anzuerkennen ist, dass eine Sortimentsreduktion während<br />
einer mehrjährigen Übergangsfrist zu neuen Schnittstellen<br />
führte, wäre langfristig dennoch eine Reduktion auf eine<br />
Form und vielleicht drei Querschnitte anzustr<strong>eb</strong>en (Bild 4).<br />
Ein weiteres Beispiel sind Ausleger. Hier hat die Kreativität<br />
der Fahrleitungskonstrukteure freie Bahn, und so ist<br />
eine große Vielzahl von Bauarten entstanden. Wenn es nur<br />
schon gelänge, die Rohrdurchmesser zu vereinheitlichen,<br />
ließe sich das Sortiment der Klemmen drastisch verkleinern!<br />
Bild 5 zeigt die „Auslegerlandschaft“, die Vielfalt nach<br />
Anzahl und Typen von Bauteilen für ausgewählte Auslegerbauarten<br />
aus Deutschland und der Schweiz.<br />
[2] Schuh & Co GmbH.: Beherrschen Sie Ihre Produktkomplexität!<br />
http://www.schuh-group.com/de/Broschueren/Beherrschen_<br />
Sie_Ihre_Produktkomplexit%C3%A4t.pdf<br />
[3] Bossard Group: http://www.bossard.com/tools/cost_savings/<br />
index.cfm<br />
[4] Grossmann, Ch.: Komplexitätsbewältigung im Management,<br />
Anleitungen, integrierte Methodik und Anwendungsbeispiele,<br />
Dissertation Hochschule St. Gallen, 1992.<br />
[5] Schwach, G.: Oberleitungen für hochgespannten Einphasenwechselstrom<br />
in Deutschland, Österreich und der Schweiz,<br />
Eigenverlag Furrer+Frey, Bern, und Wetzel-Druck, Villingen-<br />
Schwenningen, 1989.<br />
[6] Gerberich, C. W.: Neue Herausforderungen an das Management<br />
und das Unternehmenscontrolling. In: Praxishandbuch<br />
Controlling, Betri<strong>eb</strong>swirtschaftlicher Verlag Dr. Th. Gabler/GWV<br />
Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2005.<br />
7 Schlussfolgerungen<br />
Eine Reduktion der Bauteile-Vielfalt ist auch bei Oberleitungsanlagen<br />
sinnvoll. Sie kann zu Kostensenkungen und<br />
Vereinfachungen führen.<br />
Bei den Oberleitungen ist der größte Nutzen wohl zu<br />
erwarten durch<br />
• weniger Nachweise,<br />
• geringere Modellkosten,<br />
• einfachere Lagerhaltung,<br />
• geringeren Instruktionsaufwand für Montage und Instandhaltung<br />
sowie<br />
• einfachere Störungsbeh<strong>eb</strong>ung.<br />
Zur Umsetzung sind Schnittstellen zu reduzieren und<br />
zu vereinheitlichen, die Wippenbreiten zu vereinheitlichen<br />
und die Normen zu straffen.<br />
Literatur + Links<br />
[1] Li<strong>eb</strong>ig, A.: Geschichtliche Entwicklung der Fahrleitung. In: Der<br />
Eisenbahningenieur (2010), H. 9/10, S. 132−140.<br />
Dipl.-Elektroingenieur ETHZ Urs Wili (67),<br />
Studium an der ETH Zürich; ab 1970 Ingenieur<br />
bei der Brown Boveri AG in Oerlikon und 1973<br />
bei der Sektion Fahrleitungen des Kreises 2 der<br />
SBB in Luzern; ab 1976 Sektionschef Fahrleitungen,<br />
später Chef der Abteilung elektrische<br />
Anlagen bei der Baudirektion SBB in Bern; 1999<br />
Leiter Kundenbeziehungen bei Telecom SBB; ab<br />
2000 Leiter des Ingenieurbüros und seit 2004<br />
Senior Consultant und Mitglied der Geschäftsleitung<br />
der Furrer+Frey AG, Bern; Mitglied der<br />
Expertenkammer von Swiss Engineering STV.<br />
Adresse: Furrer+Frey AG, Thunstr. 35, 3000 Bern<br />
6, Schweiz;<br />
Fon: +41 31 357-6132, Fax: -6100;<br />
E-Mail: ubwili@furrerfrey.ch<br />
Dipl.-Ing. Rico Furrer (33), Studium an der ETH<br />
Zürich; ab 2004 Bauleitender Ingenieur bei<br />
Losinger Construction AG in Bern, dann<br />
Projektleiter; seit 2009 Bereichsleiter Entwicklung<br />
und Konstruktion und Mitglied der<br />
Geschäftsleitung der Furrer+Frey AG, Bern.<br />
Adresse: wie oben;<br />
Fon: +41 31 357-6176, Fax: -6100;<br />
E-Mail: rfurrer@furrerfrey.ch<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
219
Zulassung und Normen – acrps 2011<br />
Oberleitungsanlagen nach TSI Energie<br />
– Planung und Abnahme<br />
Kai Schnadhorst, Essen; Heinz Tessun, München<br />
Vergleich der Ausgaben 2002 und 2008 der technischen Spezifikation für die Interoperabilität<br />
(TSI) des Teilsystems „Energie“ des transeuropäischen Hochgeschwindigkeitsbahnsystems, Auswirkungen,<br />
besonders des zulässigen Windabtri<strong>eb</strong>es, auf die Standardoberleitungen der Deutschen<br />
Bahn (DB). Planung, Genehmigung, Ausführung und Abnahme einer Oberleitung nach der TSI.<br />
Overhead contact lines according to TSI Energy, installation design and technical acceptance<br />
Comparison of the issues of 2002 and 2008 of the technical specification for interoperability relating<br />
to the „energy” sub-system of the trans-European high-speed rail system (TSI) influences,<br />
especially of the permissible wind deviation to the standard overhead contact line of Deutsche<br />
Bahn (DB). Installation design, acceptance, construction and technical approval of an overhead<br />
contact line in accordance with TSI.<br />
Installations caténaires en conformité avec TSI Energie, conception et réception<br />
Comparaison des éditions 2002 et 2008 des spécifications techniques pour l’interopérabilité (TSI)<br />
du sous-système „énergie“ du système ferroviaire transeuropéen à grande vitesse, influences,<br />
notamment du désaxement admissible de la caténaire sous l’action du vent, sur les installations<br />
caténaires standard de la Deutsche Bahn (DB). Conception, autorisation, exécution et réception<br />
d’une caténaire en conformité avec TSI.<br />
1 Einführung<br />
Im Mai 2002 wurde erstmals eine für alle Länder der<br />
Europäischen Union gültige technische Spezifikation des<br />
Teilsystems „Energie“ (TSI ENE) für die transeuropäischen<br />
Hochgeschwindigkeitsbahnsysteme veröffentlicht. Im<br />
März 2008 erschien die Revision als überarbeitete Version,<br />
womit die Gültigkeit der TSI ENE 2002 aufgehoben wurde.<br />
Hat die Fachwelt über die Auslegung und Lesart der TSI<br />
von 2002 so langsam eine einheitliche Lesart gefunden, so<br />
bringt die TSI ENE 2008 erneut Bewegung in dieses Thema.<br />
Durch die Direktive 96/48/EG und die daraus resultierenden<br />
TSI ENE 2002 wurde die Aufgabenteilung zwischen<br />
den Aufsichtsbehörden festgelegt, auf der nationalen<br />
Ebene das Eisenbahn-Bundesamt (EBA) und auf der<br />
europäischen Ebene die Benannten Stellen, beispielhaft<br />
sei hier das Eisenbahn-Cert (EBC) genannt. Beide Behörden<br />
sind in ihren Verfahrensabläufen aufeinander<br />
abgestimmt, um einen reibungslosen Prüf- und Genehmigungslauf<br />
bis hin zur Abnahme und Inbetri<strong>eb</strong>setzung der<br />
Anlagenteile zu gewährleisten.<br />
Beim Vergleich der TSI ENE 2002 und 2008 stellt man<br />
schnell schon rein formale Änderungen fest. So werden<br />
die Anhänge G bis K bei der neuen Ausgabe nicht mehr<br />
verwendet, teilweise wurden sie in den Spezifikationstext<br />
übernommen, meistens hat man jedoch auf vorhandene<br />
Dokumente verwiesen. Auch die Anhänge M bis Q sind<br />
nicht mehr vorhanden, der Anhang L enthält eine Liste<br />
von offenen Punkten. Die grundlegenden Anforderungen<br />
sind im Großen und Ganzen g<strong>eb</strong>li<strong>eb</strong>en, wurden jedoch im<br />
Detail präzisiert und teilweise auch verändert.<br />
Von besonderer Bedeutung sind die Regelung über<br />
den zulässigen Windabtri<strong>eb</strong> in Verbindung mit dem Euro-<br />
Stromabnehmer sowie die Auswirkungen auf die Planung<br />
und Abnahme der Oberleitungsanlagen.<br />
Die TSI ist auf der W<strong>eb</strong>-Site (www.eisenbahn-cert.de)<br />
des EBC über den Link „Service“ und „Technische Spezifikationen<br />
(TSI)“ einzusehen und auszudrucken.<br />
2 Prozessablauf von der Planung über<br />
die Abnahme bis zur Inbetri<strong>eb</strong>nahme<br />
In den Prozessablauf für die Errichtung und Umgestaltung<br />
von Anlagen im Bereich der Signal-, Telekommunikations-<br />
und Elektrotechnischen Anlagen wurden durch die<br />
TSI ENE 2002 weitere Schritte implementiert. Beispielhaft<br />
kann hier der Punkt der Abnahme nach den Kriterien der<br />
TSI genannt werden (Bild 1). Um zu prüfen, ob diese auf<br />
europäischer Ebene getroffenen Festlegungen umgesetzt<br />
werden, wurden benannte Stellen wie das EBC geschaffen,<br />
die diese Aufgabe wahrnehmen.<br />
Entscheidende Weichenstellungen für den weiteren<br />
Verlauf des Projektes werden schon zum Zeitpunkt der<br />
Entwurfsplanung getätigt. Gerade in diesem Stadium des<br />
220 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Zulassung und Normen<br />
Projektes ist es erforderlich, Klarheit<br />
über die Aufgabenstellung zu erlangen.<br />
In dieser Phase ist es hilfreich,<br />
eine Abstimmung mit den zuständigen<br />
Behörden zu erwirken.<br />
Die im Rahmen der Ausführungsplanung<br />
vom Betreiber zu stellende<br />
Bauvoranzeige nach der gültigen<br />
Verwaltungsvorschrift für die<br />
Bauaufsicht über Signal-, Telekommunikations-<br />
und Elektrotechnische<br />
Anlagen (VV BAU-STE) enthält signifikante<br />
Bestandteile, die den weiteren<br />
Ablauf maßg<strong>eb</strong>lich beeinflussen.<br />
Durch die notwendigen Angaben zur<br />
Streckenkategorie wird selektiert, ob<br />
alleinig die nationale Behörde zuständig<br />
ist oder die europäische Behörde<br />
mit eing<strong>eb</strong>unden wird.<br />
Sollte letzteres der Fall sein, wird durch den Betreiber<br />
ein Antrag auf EG-Prüfung bei der jeweiligen benannten<br />
Stelle gestellt. Dieser Antrag hat das Ziel, zu verdeutlichen,<br />
dass alle Anlagenteile und zertifizierten Bauarten, die für<br />
die Errichtung oder den Umbau der Anlage Verwendung<br />
finden, den Ansprüchen der aktuellen TSI genügen.<br />
Vor Beginn der Bauausführung wird dem EBA der<br />
Baubeginn der Maßnahme angezeigt. Zum Abschluss der<br />
Baumaßnahme wird das EG-Prüfheft der betreffenden<br />
Anlage eingereicht.<br />
Dies sind im Wesentlichen die nachfolgend aufgeführten<br />
Inhalte:<br />
• Das EG-Prüfheft mit den Angaben zum Infrastrukturregister<br />
(Angaben zur Bestandsanlage sowie zum Inbetri<strong>eb</strong>nahmezeitpunkt)<br />
• Angaben zur Instandhaltung der Oberleitungsanlagen,<br />
sowie der Anlagen des Energieversorgers (z.B. DB<br />
Energie)<br />
• Liste der verwendeten Interoperabilitätskomponenten<br />
• Angaben zu den beteiligten Firmen<br />
• Verzeichnis der dem Heft beigefügten Unterlagen:<br />
– Allgemeines<br />
– Planunterlagen<br />
– Streckenspeise- und Schaltpläne<br />
– Fahrdrahtlagemessung<br />
– Energieversorgung<br />
– Nachweise des Berührungsschutzes<br />
– Lichtraumprofilmessung<br />
Nach Sichtung und erfolgreicher Prüfung der eingereichten<br />
Unterlagen wird durch die benannte Stelle die<br />
EG-Entwurfsprüfbescheinigung ausgestellt. Durch die EG-<br />
Prüfbescheinigung wird dokumentiert, dass bei der Planung<br />
der Anlage die Vorgaben der TSI Berücksichtigung<br />
gefunden haben.<br />
Durch den Betreiber wird die Anzeige zur Abnahmeprüfung<br />
gestellt, und der Prozessschritt der Abnahme<br />
inklusive der zu prüfenden Parameter nach TSI kann<br />
beginnen. Die Anlage wird dann nach Fertigstellung<br />
durch bestellte Abnehmer begutachtet und geprüft. Bei<br />
Bild 1: Prozessablauf für die Planung und Abnahme von STE-Anlagen nach VV-IST.<br />
erfolgreicher Abnahme wird durch den Inbetri<strong>eb</strong>nahmeverantwortlichen<br />
des Betreibers der Anlage, der Antrag<br />
auf Erteilung einer Inbetri<strong>eb</strong>nahmegenehmigung an das<br />
EBA gestellt. Dieser Antrag enthält die von der benannten<br />
Stelle ausgestellte EG-Prüfbescheinigung.<br />
Das EBA erteilt im Falle erfolgreicher Prüfung der eingereichten<br />
Unterlagen die Inbetri<strong>eb</strong>nahmegenehmigung.<br />
Den Abschluss bildet die Inbetri<strong>eb</strong>nahmeanzeige durch<br />
den Inbetri<strong>eb</strong>nahmeverantwortlichen und die Übergabe<br />
der Anlage an den Betreiber.<br />
Vorstehend beschri<strong>eb</strong>enes Verfahren hat Gültigkeit für<br />
die im Infrastrukturregister des Betreibers auf der Grundlage<br />
der Leitlinien zum Transeuropäischen Netz (TEN)<br />
gekennzeichneten Strecken der Kategorie I–III.<br />
Die folgenden beispielhaft aufgeführten Projekte im<br />
Bereich der Deutschen Bahn fallen in diese Kategorien:<br />
• ABS/NBS Hamburg/Bremen – Hannover (Y-Trasse)<br />
• ABS Oberhausen – Emmerich – Grenze (D/NL)<br />
• ABS Dresden – Berlin<br />
• NBS Nürnberg – Erfurt – Halle/Leipzig (VDE 8)<br />
• ABS/NBS Hanau – Gelnhausen – Fulda<br />
• ABS/NBS Karlsruhe – Basel<br />
• ABS/NBS Stuttgart – Ulm – Augsburg<br />
• ABS München – Kiefersfelden – Grenze (D/A)<br />
Alle vorstehenden Projekte haben Anforderungen im Geschwindigkeitsband<br />
von 200 bis 300 km/h und sind integraler<br />
Bestandteil des TEN (Streckenkategorie I–III). Hierdurch wird<br />
es notwendig, in Bezug auf Planung und Ausgestaltung der<br />
Oberleitungsanlage die Anforderungen des Euro-Stromabnehmers<br />
für diese Projekte zu berücksichtigen.<br />
3 Anforderungen durch die TSI Energie<br />
Die TSI beschreibt Anforderungen an ortsfeste elektrische<br />
Bahnanlagen, die für die Zertifizierung erfüllt werden<br />
müssen. Die Anforderungen beziehen sich auf die Sicherheit,<br />
den Umweltschutz und die technischen Bestimmun-<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
221
Zulassung und Normen – acrps 2011<br />
zwingt nun, hierfür die entsprechenden<br />
Maßnahmen einzuleiten, wobei<br />
dem zulässigen Windabtri<strong>eb</strong> die größte<br />
Aufmerksamkeit beizumessen ist.<br />
4.2 Vergleich der Anforderungen<br />
an die Oberleitungsgeometrie<br />
Bild 2: Vergleich der Anforderungen an die Oberleitungsgeometrie aus TSI Ausgabe 2002 und 2008.<br />
rot 2002, grün 2008, blau gemeinsam<br />
gen. Bei den technischen Anforderungen geht es unter<br />
anderem um die Freihaltung des Raumes für den Durchgang<br />
des Stromabnehmers, die Grenzlagen des Fahrdrahtes,<br />
das dynamische Verhalten von Stromabnehmer und<br />
Fahrdraht mit all seinen Parametern sowie um elektrische<br />
Anforderungen. Hierunter fallen vor allem die Spannung<br />
und Frequenz, die installierte Leistung und die elektromagnetische<br />
Verträglichkeit. Näher betrachtet werden in<br />
diesem Artikel die Anforderungen an die Geometrie der<br />
Oberleitung, besonders die Fahrdrahtlage und die Auslenkung<br />
des Fahrdrahtes durch Seitenwindeinwirkung.<br />
Keine Anforderungen stellt die TSI an Maste und Fundamente,<br />
an die statische Auslegung von Tragstrukturen<br />
und sonstigen Bauteilen. Eine Ausnahme ist der Werkstoff<br />
des Fahrdrahtes und die Anforderungen an den Fahrdraht.<br />
Als Werkstoffe sind nur Kupfer und Kupferknetlegierungen<br />
zugelassen, für die Anforderungen gilt die EN 50149.<br />
4 Anforderungen an die<br />
Oberleitungsgeometrie<br />
4.1 Der P-Fall<br />
Der P-Fall ist ein genehmigter Sonderfall, der für einige<br />
<strong>Bahnen</strong> der Europäischen Staaten festgelegt ist, um zu<br />
große Infrastrukturausgaben zu vermeiden. In der Ausgabe<br />
der TSI ENE 2002 gab es unter anderem die Empfehlung<br />
im P-Fall für die Besonderheiten der Deutschen Bahn, dass<br />
auf Ausbau- und Anschlussstrecken die Befahrung mit<br />
dem Euro-Stromabnehmer berücksichtigt werden sollte.<br />
Diese Empfehlung wurde zur Kenntnis genommen, bli<strong>eb</strong><br />
jedoch ohne weitere Auswirkung.<br />
In der TSI ENE 2008 wird, <strong>eb</strong>enfalls im P-Fall für die<br />
Besonderheiten der Deutschen Bahn, gefordert, dass auf<br />
Strecken der Kategorie II und III, also den bisherigen Ausbau-<br />
und Anschlussstrecken, die Befahrung mit dem Euro-<br />
Stromabnehmer zu berücksichtigen ist. Diese Forderung<br />
Die Parameter, die wir vor allen hier<br />
betrachten wollen, sind die Fahrdrahthöhen<br />
mit ihren Toleranzen, die<br />
Fahrdrahtneigung und der zulässige<br />
Windabtri<strong>eb</strong> des Fahrdrahtes.<br />
Die Fahrdrahtnennhöhe der<br />
TSI ENE 2002 wird in der TSI ENE 2008<br />
als Regelfahrdrahthöhe bezeichnet<br />
und hat somit wieder eine Terminologie als bei der Deutschen<br />
Bahn geläufig. Die Werte für die Regelfahrdrahthöhe sind in<br />
der Kategorien I (Hochgeschwindigkeitsstrecken), der Kategorie<br />
II (Ausbaustrecken) und der Kategorie III (Anschlussstrecken)<br />
in beiden Ausgaben gleich g<strong>eb</strong>li<strong>eb</strong>en, (Bild 2).<br />
Die Mindestfahrdrahthöhe und die maximale Fahrdrahthöhe<br />
stehen für Wechselspannungs- wie Gleichspannungsanlagen<br />
im Spezifikationstext und sind nicht mehr über<br />
den Umweg zum Anhang und dort als Grenzwert bezeichnet<br />
zu finden. Die Werte an sich sind gleich g<strong>eb</strong>li<strong>eb</strong>en.<br />
Die Toleranzen zur Fahrdrahthöhe waren im Anhang<br />
zur TSI ENE 2002 wie in Bild 2 dargestellt angeg<strong>eb</strong>en. Bei<br />
der TSI ENE 2008 gibt es keine Angaben für die Toleranzen.<br />
Da toleranzfrei nicht g<strong>eb</strong>aut werden kann, obliegt<br />
es nun dem Antragsteller diese Toleranzen vorzug<strong>eb</strong>en.<br />
Die Anforderungen an die Fahrdrahtneigung sind<br />
gleich g<strong>eb</strong>li<strong>eb</strong>en und verweisen auf die Oberleitungsnorm<br />
EN 50119:2001.<br />
Interessant wird es nun beim zulässigen Windabtri<strong>eb</strong>.<br />
In der TSI ENE 2002 stand in den Tabellen 4.2 für Wechselstromsysteme<br />
und 4.3 für Gleichstromsysteme, dass<br />
der zulässige Windabtri<strong>eb</strong> ≤ 400 mm sein muss. Erst im<br />
Anhang H Abschnitt H3.6 findet man eine genauere Erklärung,<br />
wie der Windabtri<strong>eb</strong> zu berechnen ist, und begreift<br />
dann, wie der Wert ≤ 400 mm angewendet werden sollte.<br />
In der TSI ENE 2008 bleibt nun kein Spielraum, den<br />
zulässigen Windabtri<strong>eb</strong> falsch zu verstehen. Die Anforderung<br />
sagt deutlich, dass der Windabtri<strong>eb</strong> 0,4 m oder 1,4-L 2<br />
zu sein hat, wobei jeweils der kleinere Wert zu verwenden<br />
ist. Es wird auch darauf hingewiesen, dass L 2<br />
nach<br />
EN 50367:2006 Anhang A3 zu berechnen ist.<br />
5 Anforderungen aus der EN 50367<br />
In der TSI ENE 2008 findet sich im Abschnitt 4.2.9.2 unter<br />
Tabelle 4.2.9 der Hinweis, dass L 2<br />
nach EN 50367:2006<br />
Anhang A3 zu berechnen ist. Die Formel sei zum besseren<br />
Verständnis des folgenden Textes kurz wiedergeg<strong>eb</strong>en.<br />
222 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
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Zulassung und Normen – acrps 2011<br />
Hierin ist R der Kurvenradius, C die Gleisüberhöhung<br />
und H der Fahrdraht im angehobenen Zustand. Der Wert<br />
H setzt sich zusammen aus der statischen Fahrdrahthöhe<br />
und dem Anhub S durch den Stromabnehmer.<br />
In der EN 50367:2006 ist für den Anhub S, der frei und<br />
ungehindert sein soll, auf Tabelle 6 verwiesen. In Tabelle 6<br />
wird für den freien und ungehinderten Anhub des Fahrdrahtes<br />
auf EN 50119 Abschnitt 5.2.1.3 verwiesen. Dies<br />
ist ein undatierter Verweis, somit gilt, dass grundsätzlich<br />
die neueste Norm heranzuziehen ist; da die TSI 2008 aber<br />
gleichzeitig als referenzierte Norm die EN 50119:2001 angibt,<br />
finden wir im Abschnitt 5.2.1.3 folgendes:<br />
„Es ist zweckmäßig, den Stromabnehmer- und Fahrdrahtanhub<br />
am Stützpunkt zu begrenzen. Der Anhub am<br />
Stützpunkt muss für die größte Feldlänge unter üblichen<br />
Betri<strong>eb</strong>sbedingungen berechnet werden, und zwar vom zuständigen<br />
Ingenieur oder mit einem Simulationsprogramm.<br />
Der Raum für den freien und uneingeschränkten Anhub,<br />
der durch die Stützpunktausführung vorgeg<strong>eb</strong>en ist, muss<br />
mindestens das Doppelte des berechneten Anhubwertes<br />
betragen. Falls eine Anhubbegrenzung am Stützpunkt vorgesehen<br />
ist, muss der Wert mindestens 1,5 betragen.“<br />
Damit ist festgelegt, dass bei der Berechnung des zulässigen<br />
Windabtri<strong>eb</strong>es der Fahrdrahtanhub am Stützpunkt<br />
zu verwenden ist. Der größte Windabtri<strong>eb</strong> tritt jedoch im<br />
Allgemeinen irgendwo innerhalb einer Längsspannweite<br />
auf, in kleinen Kurven direkt in Feldmitte. Dem Antragsteller<br />
bleibt es überlassen, die Oberleitungsanlage technisch<br />
richtig und dennoch vorschriftenkonform zu gestalten.<br />
Da für die Re 330 und Re 250 der Deutschen Bahn schon<br />
immer der Euro-Stromabnehmer zu berücksichtigen war<br />
sind für diese Oberleitungen keine gravierenden Änderungen<br />
vorzunehmen. Die b-Maßtabellen wurden bereits<br />
durch Angabe der Überhöhung, bis zu der die Tabellen<br />
gültig sind, begrenzt. Die Werte für die größeren Überhöhungen<br />
sind jeweils zu berechnen.<br />
Bei den Standardoberleitungen der DB ist die maximale<br />
Fahrdrahtseitenlage von bisher 400 mm auf maximal<br />
300 mm oder kleiner festzulegen. Da für jeden Gleisradius<br />
verschiedene Überhöhungen möglich sind und diese das<br />
Erg<strong>eb</strong>nis des Windabtri<strong>eb</strong>es stark verändern wird es keine<br />
b-Maßtabellen in der heutigen Form mehr g<strong>eb</strong>en. Durch<br />
die Begrenzung des zulässigen Windabtri<strong>eb</strong>es von bisher<br />
550 mm auf zukünftig 400 mm werden die maximalen Längsspannweiten,<br />
die bisher 80 m sind, nicht großer als 67 m sein.<br />
Im Jahre 1974 hat man sich von der bis dahin üblichen<br />
Einteilung der Oberleitung in Nachspannungen und<br />
Strecken trennungen gelöst und nur noch ein dreifeldriges<br />
Parallelfeld kreiert, dass für Nachspannung und Streckentrennung<br />
eingesetzt werden konnte. Der Abstand der<br />
sich überlappenden Kettenwerke betrug dabei 450 mm.<br />
Dieses weite Auseinanderliegen der Kettenwerke führt<br />
durch den verringerten zulässigen Windabtri<strong>eb</strong> dazu, dass<br />
diese Parallelfelder nur noch in der Geraden und in großen<br />
Radien bis ca. 7 000 m verwendet werden können. Für<br />
kleinere Radien müsste das kostenintensivere fünffeldrige<br />
Parallelfeld verwendet werden. Da Nachspannungen<br />
deutlich öfter benötigt werden als Streckentrennungen,<br />
wird man sich hier von dem dreifeldrigen Parallelfeld<br />
verabschieden und die Nachspannungen mit einem Kettenwerksabstand<br />
von 200 mm wieder einführen müssen.<br />
Damit sind Radien bis ungefähr 1 000 m bespannbar, darunter<br />
muss man auch für die Nachspannung fünffeldrige<br />
Parallelfelder bauen.<br />
7 Ausblick<br />
Die Überarbeitung der bestehenden technischen Regelwerke<br />
muss dringend in Angriff genommen werden und<br />
wird uns auch zukünftig mit jeder Änderung der TSI<br />
beschäftigen. Die Ausgabe der TSI Energie für konventionelle<br />
Strecken wird uns zwingen, alle neu errichteten<br />
Oberleitungen für konventionelle Geschwindigkeiten<br />
nach diesen neuen Vorschriften herzustellen. Auf diese<br />
Situation müssen wir uns einstellen, die bestehenden Regelzeichnungswerke<br />
sind anzupassen.<br />
6 Auswirkungen<br />
Dipl.-Ing. (FH) Kai Schnadhorst (46), Studium an<br />
der Gesamthochschule Paderborn bis 1990, seit<br />
1991 Planungsingenieur im Bereich Fahrleitung,<br />
ab 2003 Leiter der Fahrleitungsplanung, heute<br />
Leiter Kompetenzzentrum Planung Fahrleitung<br />
bei Balfour Beatty Rail GmbH<br />
Adresse: Balfour Beatty Rail GmbH,<br />
Girardetstr. 2–38, 45131, Essen, Deutschland;<br />
Fon +49 201 87979-31, Fax: -39;<br />
E-Mail: kai.schnadhorst@bbrail.com<br />
Dipl.-Ing. (FH) Heinz Tessun (62), Studium an der<br />
Fachhochschule für Technik in Flensburg bis 1973,<br />
seit 1982 Konstruktion von Oberleitungsanlagen,<br />
ab 1988 Leiter Konstruktion und Entwicklung<br />
BBC, später ABB Henschel Bahnstromanlagen,<br />
danach Adtranz Bahnfahrwegsys teme, heute Leiter<br />
Kompetenzzentrum Fahrleitungssysteme bei<br />
Balfour Beatty Rail GmbH. Seit 1986 Mitglied in<br />
nationalen Normungsgremien der DKE, UK 351.2<br />
und AK 351.2.1 und 351.2.2 und seit 1991 in europäischen<br />
Arbeitskreisen für Oberleitungsnormung<br />
WGC1 und WGC13 von CLC SC9XC.<br />
Adresse: Balfour Beatty Rail GmbH, Garmischer<br />
Str. 35, 81373 München, Deutschland;<br />
Fon: +49 89 41999-366, Fax: -459;<br />
E-Mail: heinz.tessun@bbrail.com<br />
224 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Zulassung und Normen<br />
Tri<strong>eb</strong>fahrzeugzulassung mithilfe der<br />
Simulation Fahrdraht/Stromabnehmer<br />
Thomas Reichmann, Johannes Raubold, Erlangen<br />
Die im Haus Siemens eingesetzte dynamische Simulation mit der Finite-Elemente-Methode<br />
(FEM) liefert zuverlässige Voraussagen zum Zusammenwirken von Oberleitungsanlagen mit<br />
Stromabnehmern, was durch eine Validierung nach EN 50318 nachgewiesen ist. Insbesondere<br />
bei der Zulassung von Tri<strong>eb</strong>zügen mit vielen Kombinationsmöglichkeiten der Stromabnehmer<br />
kann mit diesem Verfahren eine deutliche Reduzierung des Messaufwands und der damit verbundenen<br />
Kosten erreicht werden.<br />
Approval of multiple unit trains by means of the simulation of contact wire/pantograph<br />
The simulation program employed at Siemens adopting the finite element method delivers reliable<br />
findings about the dynamic interaction between pantographs and overhead contact lines<br />
and was verified by a validation according to EN 50318. In particular, a considerable reduction<br />
of measurement expenses for approval procedures of multiple unit trains with a lot of combination<br />
options for pantograph arrangements can be achieved by means of these simulations.<br />
Homologation de trains en unités multiples au moyen de simulation fil de con-tact/panto-graphe<br />
La simulation technique utilisée dans l’entreprise Siemens utilisant la méthode par éléments<br />
finis fournit des données fiables sur l’interaction entre pantographes et ligne aérienne de<br />
contact. Elle a été vérifiée par une validation conformément à l’EN 50318. Ceci concerne en particulier<br />
les procédu-res d’homologation de trains en unités multiples avec une grande diversité<br />
de combinaison de dis-tances entre pantographes. Une réduction sensible des dépenses liées<br />
aux mesures peut être at-teinte grâce à cette technique.<br />
1 Einführung<br />
1.1 Zulassung von Tri<strong>eb</strong>zügen<br />
Die TSI Energie [1] sieht als einen wesentlichen Punkt<br />
der Zulassung die Prüfung des Zusammenwirkens von<br />
Oberleitung und Stromabnehmer vor. Insbesondere bei<br />
komplexen Problemen können viele Messungen durch Simulationen<br />
ersetzt werden, woraus zwar ein zusätzlicher<br />
Aufwand für die Simulationen, aber eine deutliche Reduzierung<br />
des Aufwands für Messungen folgen.<br />
1.2 Grundlagen<br />
Die Energieübertragung zwischen Oberleitung und<br />
Stromabnehmer mit guter Qualität und hoher Zuverlässigkeit<br />
ist für den elektrischen Bahnbetri<strong>eb</strong> eine unerlässliche<br />
Voraussetzung. Um eine ausreichende und möglichst<br />
gleich hohe Qualität auch im internationalen Bahnbetri<strong>eb</strong><br />
sicherzustellen, wurden Kriterien für das Zusammenwirken<br />
zwischen Stromabnehmer und Oberleitung erarbeitet<br />
und in der TSI Energie [1] und der Norm EN 50367 [2]<br />
festgeschri<strong>eb</strong>en.<br />
Eines dieser Kriterien bilden die Kontaktkräfte zwischen<br />
Schleifstücken und Fahrdraht, die im Gegensatz zur<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
Lichtbogenerfassung zur objektiven und kontinuierlichen<br />
Bewertung der Qualität von Energieübertragungssystemen<br />
geeignet sind. Sie können sowohl durch Simulation<br />
berechnet als auch im Betri<strong>eb</strong> gemessen werden.<br />
Oberleitungen und Stromabnehmer sind elastische,<br />
schwingungsfähige Komponenten, deren Kontaktkräfte<br />
beim Zusammenwirken durch Simulationen zuverlässig<br />
berechnet werden können. Die hier beschri<strong>eb</strong>enen Simulationen<br />
verwenden die Finite-Elemente-Methode (FEM),<br />
wie dies auch die UIC 794 V [3] empfiehlt.<br />
1.3 Modellierung des Stromabnehmers<br />
Das Stromabnehmermodell (Bild 1) besteht aus drei übereinander<br />
angeordneten Massen m 0<br />
bis m 2<br />
, die durch<br />
Federelemente verbunden sind und nur einen vertikalen<br />
Freiheitsgrad haben. Die Federelemente besitzen eine<br />
konstante Steifigkeit K, eine Dämpfung C und eine Reibung<br />
F. Der Einwirkpunkt der statischen Kraft ist die<br />
Masse m 2<br />
, die aerodynamische Kraft wirkt auf die Masse<br />
m 1<br />
und die aerodynamische Korrekturkraft auf die Masse<br />
m 0<br />
. Da dieses Dreimassenmodell in vielen Simulationssystemen<br />
eingesetzt wird, gibt es Parametersätze für viele<br />
Stromabnehmertypen. Es erfüllt die Anforderungen für<br />
die Validierung nach EN 50318 [4].<br />
225
Zulassung und Normen – acrps 2011<br />
1.4 Modellierung der Oberleitung<br />
Das Oberleitungsmodell besteht nicht aus einzelnen<br />
Punktmassen und Federn, deren Parameter angepasst<br />
werden müssen, sondern bildet mit mass<strong>eb</strong>ehafteten<br />
elastischen Elementen das Kettenwerk diskret nach. Es<br />
können daher alle Baugruppen und Bauelemente einer<br />
Oberleitung detailgetreu beschri<strong>eb</strong>en werden, beispielsweise<br />
ein im Y-Beiseil aufgehängter Stützrohrhänger<br />
(Bild 2). Da die manuelle Modellgenerierung bei unregelmäßigen<br />
Kettenwerken aufwändig ist, wurde für das Projektierungsprogramm<br />
Sicat ® Master [5] eine Schnittstelle<br />
geschaffen, welche die Daten für die Kettenwerke der<br />
jeweiligen Strecke bereitstellt.<br />
Bild 2: FEM-Modell mit Stützrohrhänger im Y-Beiseil.<br />
Bild 1: Stromabnehmermodell.<br />
m 0<br />
, m 1<br />
, m 2<br />
Ersatzmasse<br />
C 0<br />
, C 1<br />
, C 2<br />
Dämpfung<br />
K 0<br />
, K 1<br />
, K 2<br />
Federkonstante<br />
F 0<br />
, F 1<br />
, F 2<br />
Reibungswerte<br />
1.5 Kontaktkraftsimulation<br />
Eine Übersicht über den Ablauf der Kontaktkraftsimulation<br />
zeigt Bild 3. Die zur Beschreibung des Kettenwerks benötigte,<br />
durch Kräfte und Zwangspunkte definierte Geometrie<br />
und die Materialeigenschaften werden mithilfe einer<br />
Makrosprache eingeg<strong>eb</strong>en. Die Koordinaten der Zwangspunkte<br />
werden programmintern geprüft und geg<strong>eb</strong>enenfalls<br />
korrigiert, bis das Kettenwerksmodell sich präzise im<br />
statischen Gleichgewicht befindet. Ausgehend von diesem<br />
Gleichgewichtszustand kann die Befahrung unter folgenden<br />
vorgeg<strong>eb</strong>enen Bedingungen simuliert werden:<br />
• Fahrgeschwindigkeit<br />
• Zahl und Abstand der Strom abnehmer<br />
• Kräfte auf die Stromabnehmer<br />
Bild 4 zeigt die Erg<strong>eb</strong>nisse der Simulationsrechnung:<br />
Oben ist das FEM-Modell eines Streckenausschnitts mit einer<br />
dreifeldrigen Nachspannung dargestellt. Darunter sind Kontaktkraft<br />
F und Fahrdrahtanhub y als Funktion der Stromabnehmerposition<br />
aufgetragen. Zur Zuordnung der Werte<br />
zu den Kettenwerkspositionen sind an den Stützpunkten<br />
durchgezogene und an den Hängerorten gestrichelte vertikale<br />
Gitterlinien ang<strong>eb</strong>racht.<br />
Die Erg<strong>eb</strong>nisse werden mit den statistischen Kennwerten,<br />
die in der TSI Energie [1] und der Norm EN 50367 [2]<br />
festgelegt sind, bewertet:<br />
• Qualität der Stromabnahme: TSI-Kriterium σ < 0,3 F m<br />
,<br />
Minimalkraft F min<br />
> 0 und Maximalkraft F max<br />
< F m<br />
+ 3*σ<br />
• Sicherheit: Anhub S 0<br />
am Fahrdrahtseitenhalter<br />
2*S 0<br />
< S konstruktiv<br />
1.6 Validierung des Simu lationsverfahrens<br />
Um Vertrauen in die Erg<strong>eb</strong>nisse von Simulationen des Zusammenwirkens<br />
von Oberleitung und Stromabnehmer zu<br />
schaffen und diese auch für den Nachweis der Konformität<br />
verwenden zu können, ist es notwendig, die benutzten<br />
Simulationsverfahren zu validieren. CENELEC hat hierfür<br />
die Norm EN 50318 [4] erstellt, die die funktionalen<br />
und zahlenmäßigen Anforderungen für die gegenseitige<br />
Akzeptanz der Simulationsverfahren enthält, die von dem<br />
hier beschri<strong>eb</strong>enen Verfahren erfüllt werden [6].<br />
Nach EN 50318 sind für die Validierung zwei Schritte<br />
vorgesehen. Im ersten Schritt wird das in der Norm vorgeg<strong>eb</strong>ene<br />
Referenzmodell bei Befahrungen mit 250 km/h und<br />
300 km/h berechnet und mit den in der Norm genannten<br />
Wert<strong>eb</strong>ereichen verglichen. Erfüllen die Erg<strong>eb</strong>nisse der<br />
Simulation alle erforderlichen Kriterien, ist das eingesetzte<br />
Verfahren generell für Simulation des Zusammenwirkens<br />
im Hinblick auf die Bewertung der Konformität geeignet.<br />
In einem zweiten Schritt der Validierung wird vorgeschri<strong>eb</strong>en,<br />
wie die Simulationserg<strong>eb</strong>nisse mit Kontaktkraftmessungen<br />
auf einer realen Strecke zu vergleichen<br />
sind. Hier ist im Wesentlichen gefordert, dass die errechnete<br />
Standardabweichung σ der Kontaktkraft und der errechnete<br />
maximale Anhub am Stützpunkt von den gemessenen<br />
Werten um nicht mehr als 20 % abweichen dürfen.<br />
226 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Zulassung und Normen<br />
2 Fahrzeugzulassungen<br />
2.1 Ausgangssituation<br />
Wenn mehr als ein Stromabnehmer<br />
eingesetzt wird, wirken die nachlaufenden<br />
Stromabnehmer mit einem<br />
bewegten Fahrdraht zusammen, was<br />
im Allgemeinen zu einer Verschlechterung<br />
der Befahreigenschaften<br />
führt. Insbesondere bei der Zulassung<br />
von Tri<strong>eb</strong>zügen ergibt sich ein<br />
hoher Aufwand für den Nachweis<br />
der Konformität, da im Prinzip alle<br />
möglichen Kombinationen von Zugelementen<br />
und damit unterschiedlichen<br />
Stromabnehmeranordnungen<br />
geprüft werden müssen.<br />
Für den Nachweis der Konformität<br />
eröffnet die EN 50119 [7] die<br />
Möglichkeit, Simulationen anzuwenden,<br />
wobei auf die technischen<br />
Kriterien für das Zusammenwirken<br />
von Stromabnehmer und Oberleitung<br />
für den freien Netzzugang zur<br />
Bahninfrastruktur der EN 50367 [2]<br />
verwiesen wird. Eine ausgeführte<br />
Oberleitung muss als übereinstimmend<br />
mit den Anforderungen dieser<br />
Norm betrachtet werden, wenn<br />
im Wesentlichen folgende Punkte<br />
erfüllt sind:<br />
• Es können Computersimulationen<br />
und/oder Befahrungsprüfungen<br />
durchgeführt werden.<br />
• Das Simulationsprogramm muss<br />
in Übereinstimmung mit EN 50318<br />
bestätigt sein (Schritt 1) und<br />
durch Vergleich mit Erg<strong>eb</strong>nissen<br />
von Streckenbefahrungen validiert<br />
werden (Schritt 2).<br />
• Die Messungen müssen in Übereinstimmung<br />
mit EN 50317 [8]<br />
durchgeführt werden.<br />
• Für einen Zug mit mehreren<br />
Stromabnehmern muss das Leistungsvermögen<br />
jedes Stromabnehmers<br />
einzeln und im gleichzeitigen<br />
Zusammenwirken be wertet<br />
werden.<br />
Durch die dynamische Simulation<br />
können die kritischen Kombinationen<br />
identifiziert werden. Je nach<br />
Absprache mit der benannten Stelle<br />
kann eine Kombination zwischen realen<br />
Messungen und Simulationen<br />
vereinbart werden, um den Zulassungsaufwand<br />
zu reduzieren.<br />
Bild 3: Übersicht über den Ablauf der Simulation mit FEM.<br />
Bild 4: Erg<strong>eb</strong>nisse der dynamischen Simulation: Verlauf von Kontaktkraft und Fahrdraht anhub.<br />
Bild 5: Kontaktkraftverläufe für vorlaufenden (blau) und nachlaufenden Stromabnehmer (rot).<br />
a) Stützpunktabstand 250 m b) Stützpunktabstand 125 m<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
227
Zulassung und Normen – acrps 2011<br />
2.2 Mehrere anliegende Stromabnehmer<br />
Bild 6: Streuung der Kontaktkräfte für vorlaufenden (blau) und nachlaufenden Stromabnehmer (rot).<br />
a) Stützpunktabstand 250 m b) Stützpunktabstand 125 m<br />
Bild 7: Bewertungsgrößen der Befahrqualität in Doppeltraktion für den vorlaufenden (blau)<br />
und den nachlaufenden (rot) Stromabnehmer, zusammen mit Grenzwerten (schwarz).<br />
a) TSI-Kriterium b) Maximum der Kontaktkraft<br />
c) Minimum der Kontaktkraft d) Maximaler Anhub am Stützpunkt<br />
Die Stromabnahme über mehrere Stromabnehmer wird im<br />
Folgenden exemplarisch für zwei Stromabnehmer erläutert.<br />
Die dabei dargestellten Zusammenhänge gelten für das hierfür<br />
untersuchte Kettenwerk mit einem festen Mastabstand<br />
und dem eingesetzten Stromabnehmertyp bei 350 km/h Geschwindigkeit.<br />
Sie belegen den großen Einfluss des Stromabnehmerabstandes<br />
auf die Befahrqualität.<br />
In Bild 5 sind die Kontaktkraftverläufe bei 250 m (a) und<br />
125 m (b) Stromabnehmerabstand dargestellt. Zunächst ist<br />
zu beobachten, dass die blau dargestellten Kraftverläufe für<br />
den vorlaufenden Stromabnehmer fast identisch sind. Die rot<br />
dargestellten Verläufe für den jeweils nachlaufenden Stromabnehmer<br />
weisen jedoch erh<strong>eb</strong>liche<br />
Unterschiede auf: Das obere Diagramm<br />
zeigt große Kraftschwankungen, während<br />
die Bandbreite der Kontaktkraft<br />
im unteren Diagramm nur unwesentlich<br />
größer ist als beim vorlaufenden<br />
Stromabnehmer. Um dies quantitativ<br />
zu erfassen, werden die in Bild 6 dargestellten<br />
Häufigkeiten der auftretenden<br />
Kontaktkräfte herangezogen, aus<br />
denen die Standardabweichung σ und<br />
das dynamische Maximum F m<br />
+ 3*σ berechnet<br />
werden.<br />
In Bild 7 sind die Bewertungsgrößen<br />
in Abhängigkeit vom Stromabnehmerabstand<br />
für den Bereich von<br />
20 m bis 295 m zusammengestellt.<br />
Beim TSI-Kriterium und beim Maximum<br />
der Kontaktkraft sind die jeweiligen<br />
Grenzwerte beigefügt, beim<br />
Minimum der Kontaktkraft und dem<br />
Maximalen Anhub am Stützpunkt<br />
fallen diese Grenzwerte mit dem Minimalwert<br />
beziehungsweise dem Maximalwert<br />
der y-Achse zusammen.<br />
Bei allen Bewertungsgrößen ist zu<br />
erkennen, dass der Einfluss des Stromabnehmerabstands<br />
beim vorlaufenden<br />
Stromabnehmer oberhalb 100 m<br />
zu vernachlässigen ist, während beim<br />
nachlaufenden Stromabnehmer enorme<br />
Unterschiede auftreten. Bei der für<br />
dieses Beispiel ausgewählten Konfiguration<br />
von Oberleitung, Stromabnehmertyp<br />
und Geschwindigkeit werden<br />
beim vorlaufenden Stromabnehmer<br />
alle Kriterien eingehalten. Festzustellen<br />
ist auch, dass nur in vereinzelten Fällen<br />
beim nachlaufenden Stromabnehmer<br />
bessere Kraftkennwerte auftreten als<br />
beim vorlaufenden Stromabnehmer.<br />
Für die einzelnen Bewertungsgrößen<br />
des nachlaufenden Stromabnehmers<br />
können darüber hinaus folgende Aussagen<br />
getroffen werden:<br />
• TSI-Kriterium 0,3 F m<br />
- σ > 0: Das<br />
Kriterium wird in fast der Hälfte<br />
der Fälle erfüllt.<br />
• Dynamisches Maximum der Kontaktkraft<br />
F m<br />
+ 3*σ: Der Grenzwert,<br />
hier: 350 N, wird nur in etwa einem<br />
Viertel der Fälle eingehalten.<br />
228 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Zulassung und Normen<br />
Bild 8: Berechnungsfälle bei Einfach traktion<br />
für Zweiteiler, Dreiteiler und Vierteiler;<br />
Fahrtrichtung nach rechts.<br />
Fall 1 bis 3 Spießgang<br />
Fall 4 bis 6 Kniegang<br />
• Minimum der Kontaktkraft F > 0: Der Grenzwert wird<br />
in allen Fällen eingehalten.<br />
• Maximaler Anhub am Stützpunkt S 0<br />
< 0,5 S konstruktiv<br />
: Der<br />
Grenzwert, hier 100 mm, wird auch hier in allen Fällen<br />
eingehalten.<br />
2.3 Kombinatorik von Zugelementen<br />
Anhand von Bild 8 wird zunächst aufgezeigt, wie viele<br />
Berechnungsfälle sich bereits bei einem aktiven Stromabnehmer<br />
erg<strong>eb</strong>en, wenn drei verschiedene Zuglängen zum<br />
Einsatz kommen. Die aktiven Tri<strong>eb</strong>wagen sind durch dunklere<br />
Farben und einen angehobenen Stromabnehmer gekennzeichnet,<br />
die Züge fahren nach rechts. Die oberen drei Zeilen<br />
zeigen den gleichen Berechnungsfall, da davon ausgegangen<br />
wird, dass nachfolgende Wagen keinen Einfluss auf die<br />
Anströmung und damit auf die aerodynamischen Kräfte auf<br />
den Stromabnehmer haben. In den drei unteren Zeilen dagegen<br />
ist mit unterschiedlichen Kräften zu rechnen, da sich die<br />
Anströmung wegen der zusätzlichen Wagen verändern wird.<br />
Insgesamt treten also vier zu unterscheidende Fälle auf.<br />
Tabelle 1 zeigt die Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten<br />
von Zugelementen in Abhängigkeit von der Zahl der<br />
Stromabnehmer und der Anzahl der verschiedenartigen<br />
Zugelemente. Am Beispiel des gemischten Einsatzes von<br />
Zweiteilern, Dreiteilern und Vierteilern, wie es die flexible<br />
Siemens Fahrzeugplattform Desiro ML bietet, soll belegt<br />
werden, durch welche Überlegungen die Anzahl der Kombinationen<br />
eingeschränkt werden kann:<br />
• Ohne Berücksichtigung äquivalenter Kombinationen<br />
ergäben sich für drei aktive Stromabnehmer 6 3 = 216<br />
Fälle und für vier aktive Stromabnehmer 6 4 = 1 296 Fälle.<br />
• Einige Kombinationen entfallen, weil die Zahl der Wagen<br />
hinter dem letzten Stromabnehmer keinen Einfluss<br />
auf die Befahrgüte hat.<br />
• Weitere Kombinationen entfallen, wie durch die farbliche<br />
Unterlegung in Bild 8 gezeigt, da beim Zusammenkuppeln<br />
eines Zweiteilers mit einem Vierteiler (blau:<br />
Fall 6+1) die selbe Konfiguration vorliegt wie beim<br />
Zusammenkuppeln zweier Dreiteiler (rot: Fall 5+2).<br />
Insgesamt erg<strong>eb</strong>en sich bei drei Stromabnehmern dennoch<br />
bereits 104 Fälle, bei vier Stromabnehmern sind es<br />
544 Fälle. Alle diese Möglichkeiten messtechnisch zu untersuchen,<br />
wäre mit einem enormen Aufwand verbunden<br />
und schon bei fünf Stromabnehmern mit 2 881 Varianten<br />
nicht mehr durchführbar.<br />
2.4 Beispiel Deutschland<br />
Bei der Zulassung der Desiro ML-Fahrzeugplattform bestand<br />
die Anforderung, das Zusammenwirken zwischen<br />
Fahrleitung und Stromabnehmer mittels eines Prüfberichts<br />
mit zusammenfassender Bewertung durch den Prüfverantwortlichen<br />
der Prüfstelle bezüglich des maximalen Anhubs<br />
am Fahrdrahtseitenhalter nachzuweisen. Hier konnte der<br />
Umfang der durchzuführenden Messfahrten mithilfe der<br />
Simulation deutlich reduziert werden.<br />
Wir sind offen<br />
für Ihre Fragen.<br />
Unsere Kernkraftwerke in Baden-Württemberg<br />
pflegen seit ihrer Errichtung vertrauensvolle Beziehungen<br />
zu ihren Nachbar gemeinden. Wir sind stolz<br />
auf die breite, jahrzehntelange Akzeptanz von KWO,<br />
GKN und KKP.<br />
Wir wissen aber auch, dass der Betri<strong>eb</strong> der Kernkraftwerke<br />
immer wieder Fragen aufwirft und für<br />
Diskussionen sorgt. Dem stellen wir uns. Wenn Sie<br />
etwas wissen möchten über Strom erzeugung, über<br />
Sicherheit und Strahlenschutz oder über Entsorgung,<br />
dann sprechen Sie uns an.<br />
Wir informieren Sie gerne.<br />
Kernkraftwerk Neckarwestheim – GKN<br />
Im Steinbruch<br />
74382 Neckarwestheim<br />
Telefon 0 71 33 / 13-23297<br />
infocenter-neckarwestheim@enbw.com<br />
www.enbw.com/gkn<br />
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<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
229<br />
Unbenannt-6 1 03.05.11 09:55
Zulassung und Normen – acrps 2011<br />
Tabelle 1: Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten von Zugelementen<br />
in Abhängigkeit von der Zahl der Stromabnehmer<br />
und der Zahl verschiedenartiger Zugelemente.<br />
Anzahl Stromabnehmer<br />
Eine Zugart Zwei Zugarten 2-, 3- und 4-Teiler<br />
1 2 3 4<br />
2 4 11 20<br />
3 8 41 104<br />
4 16 153 544<br />
5 32 571 2881<br />
Auch in anderen Ländern konnten durch den Einsatz von<br />
Simulationsrechnungen die kritischen Varianten bezüglich<br />
Kontaktkraft und Anhub der Oberleitung identifiziert werden,<br />
die mittels Messungen überprüft werden müssen.<br />
3 Verkürztes Zulassungsverfahren<br />
3.1 Vergleich Messung – Simulation<br />
Im ersten Schritt werden für eine ausgewählte Strecke<br />
und mit einer oder mehreren Konfigurationen Simulationsrechnungen<br />
und Messfahrten durchgeführt. Sollten<br />
die Erg<strong>eb</strong>nisse eine nach EN 50318 [4] genügende Übereinstimmung<br />
aufweisen, kann der nächste Schritt übersprungen<br />
werden.<br />
3.2 Verifikation und Parameteranpassung<br />
an Realität<br />
Eine ausreichende Übereinstimmung der Erg<strong>eb</strong>nisse von<br />
Simulation und Messung kann erreicht werden, indem<br />
einige Parameter des Simulationsmodells angepasst werden.<br />
Beispiele hierfür sind:<br />
• Abnutzung des Fahrdrahts: Im Laufe der Jahre führt<br />
die akkumulierte Abnutzung zu einer veränderten<br />
Höhenlage, sofern dies nicht durch eine Verringerung<br />
der Nachspanngewichte für das Tragseil kompensiert<br />
wird. Die unterschiedliche Abnutzung in Feldmitte und<br />
an den Stützpunkten führt zu einem wellenförmigen<br />
Höhenverlauf, was sich erh<strong>eb</strong>lich auf die Befahreigenschaften<br />
auswirken kann.<br />
• Aerodynamische Kräfte: Die Messung der Kräfte am<br />
Stromabnehmer wird in den meisten Fällen mit nur<br />
einem aktiven Stromabnehmer vorgenommen. Durch<br />
Verwirbelung auf dem Dach des Zuges stellen sich für<br />
nachlaufende Stromabnehmer jedoch Abweichungen<br />
ein, die bei der Simulation durch entsprechende Korrekturen<br />
berücksichtigt werden können.<br />
3.3 Variantenrechnungen<br />
In diesem Schritt werden Simulationsrechnungen für alle<br />
Varianten durchgeführt und deren Erg<strong>eb</strong>nisse bewertet.<br />
Auf diese Weise können die kritischen Kombinationen<br />
identifiziert werden.<br />
3.4 Messtechnische Untersuchung<br />
kritischer Varianten<br />
In Absprache mit der benannten Stelle oder der Zulassungsbehörde<br />
kann eine Kombination zwischen realen<br />
Messungen und Simulationen vereinbart werden. Dieser<br />
Vorgehensweise liegt die Überlegung zugrunde, dass<br />
bei Übereinstimmung der Simulationserg<strong>eb</strong>nisse mit den<br />
Messungen für die kritischen Varianten die in der Simulation<br />
weniger kritischen Varianten auch in der Realität<br />
weniger kritisch sind.<br />
Literatur<br />
[1] TSI Energie: Technische Spezifikation für die Interoperabilität<br />
des Teilsystems „Energie“ des transeuropäischen Hochgeschwindigkeitsbahnsystems.<br />
In: Amtsblatt der Europäischen<br />
Union 14.4.2008, Seite L104/1 bis L104/79.<br />
[2] EN 50367:2006: Bahnanwendungen – Zusammenwirken der<br />
Systeme – Technische Kriterien für das Zusammenwirken<br />
zwischen Stromabnehmer und Oberleitung für einen freien<br />
Zugang.<br />
[3] UIC 794 V: Zusammenwirken Stromabnehmer/Oberleitung<br />
im europäischen Hochgeschwindigkeitsnetz, Internationaler<br />
Eisenbahnverband 01.01.96, Seite 8.<br />
[4] EN 50318:2003-04: Bahnanwendungen – Stromabnahmesysteme<br />
– Validierung von Simulationssystemen für das dynamische<br />
Zusammenwirken zwischen Stromabnehmer und Oberleitung.<br />
[5] Burkert, W.; Puschmann, R.: System zur interaktiven Projektierung<br />
von Oberleitungsanlagen. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 93<br />
(1995), H. 3, S.103-109.<br />
[6] Reichmann, Th.: Simulation des Systems Oberleitungskettenwerk<br />
und Stromabnehmer mit der Finite-Elemente-Methode.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 103 (2005), H. 1-2, S. 69–75.<br />
[7] EN 50119:2009: Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen –<br />
Oberleitungen für den elektrischen Zugbetri<strong>eb</strong>.<br />
[8] EN 50317:2002: Bahnanwendungen – Stromabnahmesysteme<br />
– Anforderungen und Validierung von Messungen des dynamischen<br />
Zusammenwirkens zwischen Stromabnehmer und<br />
Oberleitung.<br />
Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Thomas Reichmann (52),<br />
Studium an der Friedrich-Alexander-Universität<br />
Erlangen-Nürnberg; seit 1999 Mitarbeiter der<br />
Siemens AG, Erlangen, Geschäftsg<strong>eb</strong>iet<br />
Complete Transportation, Bereich Engineering,<br />
Development.<br />
Adresse: Siemens AG, Industry Sector, Mobility<br />
Division, Complete Transportation, Mozartstr.<br />
33b, 91052 Erlangen, Deutschland;<br />
Fon: +49 9131 7-26822, Fax: +49 9131 828-26822;<br />
E-Mail: thomas.reichmann@siemens.com<br />
Dipl.-Ing. Johannes Raubold (32), Studium an<br />
der Technischen Universität Berlin; seit 2007<br />
Mitarbeiter der Siemens AG, Erlangen,<br />
Geschäftsg<strong>eb</strong>iet Rolling Stock, Bereich Zulassung.<br />
Adresse: Siemens AG, Industry Sector, Mobility<br />
Division, Rolling Stock, Werner-von-Siemens-<br />
Str. 69, 91052 Erlangen, Deutschland;<br />
Fon: +49 9131 7-21978, Fax: -27269;<br />
E-Mail: johannes.raubold@siemens.com<br />
230 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Zulassung und Normen<br />
Konformität der DB-Richtlinie 997.02<br />
mit 0122-1<br />
Christian Budde, Frankfurt am Main; Gerhard Hofmann, Jan Thiemig,<br />
Dresden; Lutz Westphal, Berlin<br />
Die Erdungs- und Rückstromanlagen bei der Deutschen Bahn werden nach deren Richtlinien<br />
errichtet und betri<strong>eb</strong>en. Die Technische Spezifikation für die Interoperabilität des Teilsystems<br />
Energie machte es erforderlich, die Konformität dieser Richtlinien zu den europäischen Normen<br />
zu prüfen. Bei dieser Konformitätsprüfung sind die Besonderheiten der elektrischen Bahnanlagen<br />
in Deutschland zu betrachten und die Bedingungen zur Einhaltung des Schutzes gegen<br />
elektrischen Schlag abzuleiten.<br />
Conformity of DB Guideline 997.02 with 0122-1<br />
The earthing and bonding systems of Deutsche Bahn are installed and operated on the basis of<br />
their own guidelines. The technical specification concerning the interoperability of the Energy<br />
sub-system makes it necessary to check if these guidelines are in conformity with the European<br />
norms. In such conformity check, it is imperative to take into account the particularities of the<br />
traction systems in Germany, and to derive the conditions required to maintain protection<br />
against electric shocks.<br />
Conformité de la directive DB 997.02 avec la norme 0122-1<br />
Les installations de mise à la terre et de courant de retour de la Deutsche Bahn sont construites<br />
et exploitées conformément à ses directives. Les spécifications techniques pour l’interopérabilité<br />
du sous-système Energie requièrent une vérification de la conformité de ces directives avec les<br />
normes européennes. Lors de cet examen de conformité, on tiendra compte des particularités<br />
des installations électriques de chemin de fer en Allemagne pour déterminer les conditions nécessaires<br />
à la protection contre les chocs électriques.<br />
1 Einführung<br />
Das Energieversorgungssystem der Deutschen Bahn (DB)<br />
ist ähnlich der anderen europäischen <strong>Bahnen</strong> aufg<strong>eb</strong>aut.<br />
Die Energie wird vom Unterwerk mittels Oberleitung zu<br />
den Lokomotiven übertragen. Die Rückstromführung wird<br />
durch die zwei parallel vorhandenen Rückstromwege sicher<br />
gestellt: Fahrschienen und/oder Rückleiterseil. Das geerdete<br />
System der Fahrschienen sichert die Einhaltung der Schienenpotenziale.<br />
Dieses Rückleitungssystem der Traktionsströme<br />
ist stark geprägt von den Stromverhältnissen zueinander.<br />
Früher waren die Gleise als Hauptableiter zum Erdreich<br />
zu betrachten. Heute hat sich diese Voraussetzung grundlegend<br />
geändert. Der moderne Gleisbau erfordert neue<br />
Erdungsmethoden, um dem elektrischen Betri<strong>eb</strong> mit seinen<br />
hohen energetischen Anforderungen gerecht zu werden.<br />
2 Rückleitungssystem der<br />
Deutschen Bahn<br />
Durch den hoch isolierten Oberbau des modernen Gleisbettes<br />
treten die Erdungsmaßnahmen über die Oberleitungsmasten<br />
immer mehr in den Vordergrund. Heute stellen<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
die Masterden die eigentliche Verbindung vom Gleis zur<br />
Erde dar. Dabei stellt sich in etwa ein Verhältnis von 1:1<br />
der Rückströme in den Schienen im Verhältnis zu den Rückströmen<br />
im Erdreich ein. Dieses Verhältnis ist abhängig von<br />
der Kopplung der einzelnen Schleifen (Bild 1). Bei Hochleistungsstrecken<br />
wäre die alleinige Erdung der Rückleitung<br />
sehr aufwändig geworden, um die Schienenpotenziale<br />
auf ein zulässiges Maß zu begrenzen. Hier wurden separate<br />
Rückleiter notwendig. Die spezielle Anordnung der<br />
Rückleiter am Mast in der Nähe zur Fahrleitung bewirkt<br />
durch die induktive Kopplung einen zusätzlichen positiven<br />
Effekt, sodass sich das Verhältnis der Ströme in etwa zu je<br />
einem Drittel in den Fahrschienen, dem Erdreich und den<br />
Rückleitern einstellt. Durch den so reduzierten Gleis-Erde-<br />
Strom können die Anforderungen an die Erdungsanlage<br />
in akzeptablen Grenzen gehalten werden, ohne dass die<br />
zulässigen Gleis-Erde-Potenziale überschritten werden.<br />
Bild 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Energieversorgung<br />
mit Rückleitern und deren prinzipiellen<br />
Stromflüssen.<br />
Auch wenn das Erdreich als idealer Leiter angenommen<br />
wird, entstehen im Bereich der Übergangslänge durch die<br />
Widerstandsverhältnisse auf Grundlage des ohmschen<br />
Gesetzes Potenzialunterschiede zwischen den einzelnen<br />
Rückleitern, den Fahrschienen und dem Erdreich. Durch<br />
231
Zulassung und Normen – acrps 2011<br />
3 Definition der Spannungen<br />
nach 0122-1<br />
Bild 1: Stromkreis bei einer Wechselstrombahn.<br />
die direkte galvanische Verbindung der Rückleiterseile<br />
mit den Fahrschienen kann dieser Potenzialunterschied<br />
vernachlässigt werden. Zwischen der geerdeten<br />
Fahrschiene und dem Erdreich ist der Potenzialunterschied<br />
jedoch nicht vernachlässigbar, da schon bei kleinen<br />
Erdübergangswiderständen, also guten Ableitungen, eine<br />
Spannung entsteht. Diese Spannung ist bekanntermaßen<br />
als Schienenpotenzial definiert.<br />
Bild 2: Schienenpotenzial quer zum Gleis nach [1].<br />
Die europäische Norm 0122-<br />
1:1997 [1] geht vom maximal in<br />
die Fahrschiene eingespeisten Betri<strong>eb</strong>s-<br />
oder Kurzschlussstrom an<br />
der zu untersuchenden Stelle aus,<br />
zum Beispiel am Fahrzeug, und<br />
definiert den Spannungsunterschied<br />
zwischen den Fahrschienen<br />
und dem leitfähigen Erdreich als<br />
Schienenpotenzial. Dieses Schienenpotenzial<br />
wird in Abhängigkeit<br />
von den örtlichen Erdwiderstandsverhältnissen<br />
längs der<br />
Strecke bis zum Bereich der ausgeglichenen<br />
Stromverteilung und<br />
quer zur Strecke über das Erdreich<br />
abg<strong>eb</strong>aut.<br />
Es entsteht ein Spannungstrichter<br />
mit einem den exponentiellen Verlauf von der<br />
Fahrschiene (Punkt R) und den zum allgemeinen Erdpotenzial<br />
(Punkt E). Der Verlauf des Schienenpotenzials<br />
quer zur Strecke ist im Bild 2 dargestellt. Als Teil des<br />
Schienenpotenzials werden zwei weitere Spannungsarten<br />
definiert, die als abgreifbare Spannung und Berührungsspannung<br />
bezeichnet werden. Die abgreifbare<br />
Spannung ist der Teil des Schienenpotenzials, der im<br />
Abstand von 1 m zum berührbaren Teil während des<br />
normalen Betri<strong>eb</strong>es vom Menschen überbrückt werden<br />
kann. Sie ist im Bild 2 als Spannung zwischen den Punkten<br />
R und P dargestellt und als dauernde Spannung auf<br />
60 V Wechselspannung begrenzt.<br />
Die Berührungsspannung ist als Spannung zwischen<br />
gleichzeitig berührbaren Teilen im Fehlerfall definiert.<br />
Sie ist direkt von den Abschaltzeiten der Schutzeinrichtungen<br />
abhängig. Die Abschaltzeit des fehlerbehafteten<br />
Oberleitungsabschnittes ist laut Richtlinie 810.0241<br />
„Technischer Netzzugang für Fahrzeuge; Kompatibilität<br />
mit den Anforderungen des Netzes“ [2] auf maximal<br />
100 ms begrenzt. Die Richtlinie 997.02 [3] schränkt diese<br />
Zeit grundsätzlich auf maximal 60 ms ein. Hieraus resultierend,<br />
ist eine kurzzeitige Berührungsspannung von<br />
916 V Wechselspannung gemäß Tabelle 2 des Absatzes<br />
7.2.1 der 0122-1 möglich.<br />
4 Gestaltung des geerdeten<br />
Rückleitungssystems<br />
Bild 3: Schienenpotenzial entlang einer zweiseitig gespeisten Strecke<br />
mit einem Zug.<br />
Das Rückleitungssystem ist ein komplexes G<strong>eb</strong>ilde aller<br />
an der Rückleitung des Traktionsstroms beteiligten<br />
Stromwege. Dieses G<strong>eb</strong>ilde ist von vielen Faktoren abhängig,<br />
die direkt oder indirekt auf den Stromfluss Einfluss<br />
nehmen. Ein Hauptparameter ist der Traktionsstrom<br />
selbst. Die Richtlinie 997.02 [3] der DB geht von einem<br />
Strom je Zug aus.<br />
232 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
Zulassung und Normen<br />
Ein direkter Bezug zwischen dem Traktionsstrom der<br />
Lokomotive und dem Strom, der in die Erde fließt, ist<br />
wie oben beschri<strong>eb</strong>en möglich. An diesem momentanen<br />
Ort der Lokomotive stellt sich auch der Spitzenwert des<br />
Potenzialverlaufes dar. Durch die steigenden Oberströme<br />
der Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge erg<strong>eb</strong>en sich auch höhere Anforderungen<br />
an das Erdungssystem. Die Einhaltung der Schienenpotenziale,<br />
die die Grundlage der Berührungs- und<br />
abgreifbaren Spannungen bildet, gewinnt immer mehr<br />
an Bedeutung. Es sind heute zum Teil aufwändigere Methoden<br />
und Maßnahmen zur Einhaltung der Spannungsdifferenzen<br />
notwendig als vor 50 Jahren. Stellvertretend<br />
sollen hier nur die Rückleiterseile an den Masten genannt<br />
werden, die sich als Standard für Hochleistungsstrecken<br />
durchgesetzt haben.<br />
Im Bild 3 ist der Verlauf des Schienenpotenzials auf<br />
einer zweiseitig eingespeisten Strecke dargestellt. Die am<br />
Belastungsort des Zuges vorhandene Potenzialspitze teilt<br />
sich in zwei Potenzialspitzen am Einspeiseort auf, die sich<br />
proportional zu den Einspeiseströmen der Unterwerke<br />
verhalten. Aus der Studie zur Konformität der 0122-<br />
1:1997 zur DB-Richtlinie 997.02 [4] ist ersichtlich, dass<br />
die Erhöhung der Anzahl der Züge nicht zur Erhöhung<br />
der Spitzenwerte des Schienenpotenzials bei Vorbeifahrt<br />
des Zuges führt, jedoch aber zur Erhöhung der Grundbelastung.<br />
Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der<br />
zweite Zug noch im Einflussbereich (Übergangslänge) des<br />
ersten Zuges befindet. Wenn dies der Fall ist, muss das<br />
Minimum des wirksamen Anteils des Schienenpotenzials<br />
zwischen den Zügen unterhalb des zulässigen Dauergrenzwertes<br />
von 60 V liegen.<br />
Das Bild 4 zeigt aus der Simulation einer zweiseitig eingespeisten<br />
Strecke mit drei Zügen den Potenzialverlauf<br />
entlang der Strecke, der sich bei der Annahme von homogenen<br />
Bodenverhältnissen einstellt.<br />
Um die Einhaltung dieser maximal zulässigen Spannung<br />
zu gewährleisten, ist eine ausreichende Ableitung in<br />
das Erdreich zwingend erforderlich. Dieses kann auf verschiedenen<br />
Wegen erreicht werden, einerseits kann die<br />
Stromverteilung durch zusätzliche Leiter, wie Rückleiter<br />
am Mast, günstig beeinflusst werden, andererseits kann<br />
auch die Ableitung in das Erdreich verbessert werden.<br />
Dazu ist der Erdableitwiderstand zwischen der Schiene<br />
und dem Erdreich auf einen ausreichenden Wert zu verringern.<br />
Dies kann durch das Einbringen von zusätzlichen<br />
Erdern, wie zum Beispiel bei der Errichtung von Bauwerken<br />
oder dem Einbringen von Bandeisen entlang der Strecke,<br />
erreicht werden. Als optimal ist die Kombination von<br />
beiden Wegen anzusehen.<br />
Eine weitere Möglichkeit der positiven Beeinflussung<br />
des wirksamen Anteils des Schienenpotenzials ist die<br />
Potenzialsteuerung. Alle leitfähigen Bauteile im Oberleitungsbereich<br />
werden zum Schutz gegen elektrischen<br />
Schlag bei Oberleitungsriss elektrisch mit der Rückleitung<br />
verbunden. Diese Bauteile sind erdfühlig aufzubauen.<br />
Werden Bauteile isoliert aufg<strong>eb</strong>aut und mit der Rückleitung<br />
verbunden, ist von einem Anteil der Gleis-Erde-<br />
Spannung als abgreifbare Spannung von bis zu 70 %<br />
auszugehen.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5
Zulassung und Normen – acrps 2011<br />
Bild 4: Schienenpotenzial entlang einer zweiseitig gespeisten Strecke<br />
mit drei Zugpaaren.<br />
Bild 5: Maximaler Kurzschlussstrom (1) entlang einer zweiseitig gespeisten<br />
Strecke mit dem dazugehörigen Schienenpotenzial (2).<br />
5 Einhaltung des Schienenpotenzials<br />
und deren Einflussfaktoren<br />
Die maximal zulässige abgreifbare Spannung ist laut europäischer<br />
Norm 0122-1:1997 festgeschri<strong>eb</strong>en. Die Grenzwerte<br />
sind als Funktion der Zeit benannt. Bei Änderungen oder<br />
Neubau von Strecken ist die Kenntnis von Parametern der<br />
Rückstromführung und deren Zusammenhänge unerlässlich.<br />
Das Schienenpotenzial ist n<strong>eb</strong>en dem Strom zwischen<br />
Schiene und Erde auch direkt vom elektrischen Leitwert<br />
der Streckenableitung gegen Erde abhängig. Ist die geforderte<br />
Ableitung pro Kilometer erreicht, ist das Schienenpotenzial<br />
relativ unabhängig vom Erdbodenleitwert.<br />
Heute reicht es nicht mehr aus, die Fahrschiene allein<br />
zu betrachten. Durch das komplexe System der geerdeten<br />
Anlagenteile ist es notwendig, auch die Parameter<br />
des Oberbaus, der Signaltechnik und der bautechnischen<br />
Anlagen zu kennen. Nur unter Einbeziehung aller elektrischen<br />
und gestalterischen Parameter ist es möglich die<br />
Strecke auf hohem Niveau leistungsfähig und wirtschaftlich<br />
zu betreiben. Die Norm 0122-1:1997 benennt nur<br />
die Grenzwerte und unterscheidet nicht zwischen den<br />
einzelnen Gewerken. Sie beschreibt alle leitfähigen Teile<br />
entlang der Strecke als ein gesamtes System. Alle einzeln<br />
mit der Rückleitung verbundenen Anlagenteile besitzen<br />
annähernd das gleiche Potenzial. Das Erdungssystem ist<br />
abhängig vom örtlich existierenden Potenzialverlauf so zu<br />
errichten, dass ein zeitlich unzulässiges Bestehenbleiben<br />
von zu hoher Spannung ausgeschlossen wird.<br />
Der Verlauf des Schienenpotenzials entlang der Strecke<br />
ist von allen an das Rückleitungssystem angeschlossenen<br />
Anlagenteilen abhängig. Die so erreichte Verkettung<br />
von Widerständen ergibt den Durchschnittswert eines<br />
Strecken abschnittes. Dieser ist als Richtwert zu betrachten,<br />
der durchaus örtlich abweichend sein kann.<br />
Dem Ort der Einspeisung ist dabei besondere Beachtung<br />
zu widmen, da dort die zeitlichen Verläufe entlang<br />
der Strecke zu einer Dauerbelastung führen können.<br />
Durch die Summierung der Ströme im Bereich des Unterwerkes<br />
ist mit einer Erhöhung des Schienenpotenzials<br />
in diesem Bereich zu rechnen. Das Spannungsverhältnis<br />
ist daraus resultierend direkt vom Erdungssystem des<br />
Unterwerkes abhängig.<br />
Ein sehr geringer Erdausbreitungswiderstand des Unterwerkes<br />
führt aufgrund der Stromverteilung zwangsläufig<br />
zur Verringerung des Schienenpotenzials an diesem<br />
Ort. Das Schienenpotenzial am Einspeiseort kann nicht<br />
wie entlang der Strecke bei der Vorbeifahrt eines Zuges<br />
als zeitlich begrenzter Spitzenwert angesehen werden,<br />
sondern stellt eine Summierung aller Momentanwerte<br />
entlang des Speiseabschnittes dar. Für diesen Bereich gilt<br />
der Grenzwert der Dauerbelastung.<br />
Hier können zusätzliche Erdungsmaßnahmen zur Einhaltung<br />
des maximal zulässigen Schienenpotenzials nach<br />
0122-1:1997 notwendig werden.<br />
Das Bild 5 stellt den Verlauf des Kurzschlussstromes<br />
mit den dazugehörigen Berührungsspannungen entlang<br />
einer zweiseitig eingespeisten Strecke dar.<br />
Ein anderes Verhalten ist beim Kurzschluss zu beobachten.<br />
Der Kurzschluss ist in jedem Fall ein kurzzeitiges örtlich unabhängiges<br />
Ereignis, da er unabhängig vom Kurzschlussort in<br />
einer definierten Zeit abzuschalten ist. Eine Summierung am<br />
Einspeiseort ist auch nicht zu erwarten. Es bildet sich nur eine<br />
kurzzeitige Potenzialspitze am Kurzschlussort und Einspeiseort<br />
aus, die kleiner als der Grenzwert sein muss.<br />
6 Einfluss der 0122-1:2010<br />
In der 0122-1:1997 wurde in Berührungsspannung und<br />
abgreifbare Spannung als Teil des Schienenpotenzials unterschieden.<br />
Diese Unterscheidung macht die 0122-1:2010<br />
[5] nicht mehr. Die Ermittlung der Berührungsspannung<br />
wird auf Grundlage des Körperstromes erklärt.<br />
Der in der Norm genannte Grenzwert der dauernd zulässigen<br />
Berührungsspannung, also ein Teil des Schienenpotenzials,<br />
wurde nicht geändert. Die kurzzeitig zulässigen<br />
Berührungsspannungen haben sich jedoch geändert.<br />
Daraus entstehen neue Grenzwerte, die unterhalb der<br />
Grenzwerte der 0122-1:1997 liegen.<br />
Für die Ermittlung der Berührungsspannung wird nicht<br />
mehr von 20 %, sondern von 30 % des Schienenpotenzials<br />
234 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Zulassung und Normen<br />
ausgegangen. Daraus erg<strong>eb</strong>en sich etwas engere Grenzwerte<br />
für die Berührungsspannung. Dafür ist die Berücksichtigung<br />
des Standortwiderstandes jederzeit erlaubt.<br />
Für die Anlagen der DB und deren Richtlinie hat das<br />
zur Folge, dass die Bemessungen auf Grundlage der neuen<br />
Grenzwerte zu überprüfen ist. In einer gesonderten<br />
Studie [4] zum Nachweis der Konformität zwischen 0122-1<br />
und der in DB-Richtlinie 997.02 wurde nachgewiesen, dass<br />
bei Einhaltung der in der DB-Richtlinie 997.02 festgelegten<br />
Ableitungen der Strecke die zulässigen Berührungsspannungen<br />
nach 0122-1:1997 eingehalten werden. Dies<br />
gilt auch für die aktuell gültige DB-Richtlinie 997.02 in<br />
Verbindung mit der neuen 0122-1:2010 als auch für den<br />
Entwurf der überarbeiteten DB-Richtlinie 997.02.<br />
Literatur<br />
[1] 0122-1:1997: Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen – Teil<br />
1: Schutzmaßnahmen in Bezug auf elektrische Sicherheit<br />
und Erdung.<br />
[2] Richtlinie 810.0241:2004 „Technischer Netzzugang für Fahrzeuge;<br />
Kompatibilität mit den Anforderungen des Netzes“.<br />
[3] Richtlinie 997.02 „Oberleitungsanlagen, Rückstromführung,<br />
Erdung und Potenzialausgleich“, März 2003.<br />
[4] Hofmann, G.; Thiemig, J.; Arlt, R.: Studie: Überprüfung der<br />
Konformität zwischen 0122-1 und DB Richtlinie 997.02,<br />
KEMA-ELBAS, August 2010.<br />
[5] 0122-1:2010: Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen – <strong>Elektrische</strong><br />
Sicherheit, Erdung und Rückleitung – Teil 1: Schutzmaßnahmen<br />
gegen elektrischen Schlag.<br />
Dipl.-Ing. Christian Budde (40), Studium der elektrischen<br />
Energieversorgung an der Universität Hannover,<br />
von 1999 – 2002 Trainee der ABB Haustechniksparte,<br />
seit 2002 Referent für Rückstromführung<br />
bei der DB Energie, seit 2003 Mitglied der die 0122<br />
erarbeitenden Arbeitsgruppe WG C1.<br />
Adresse: DB Energie GmbH, I.EBZ 3, Pfarrer-<br />
Perabo-Platz 2, 60236 Frankfurt am Main,<br />
Deutschland;<br />
Fon: +49 69 265-23933;<br />
E-Mail: christian.budde@deutsch<strong>eb</strong>ahn.com<br />
Dipl.-Ing. (FH) Jan Thiemig (39), Ausbildung zum<br />
Elektromonteur danach Studium der Elektrotechnik<br />
an der Hochschule für Technik und Wirtschaft<br />
Dresden; seit 1998 Mitarbeiter der ELBAS GmbH.<br />
Adresse: wie links unten;<br />
Fon: +49 351 82992-53, Fax: -45;<br />
E-Mail: j.thiemig@elbas.de<br />
Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Hofmann (59), Studium,<br />
Promotion und Habilitation der Elektrotechnik/<strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> an der Hochschule für<br />
Verkehrswesen „Friedrich List“ Dresden; seit 1993<br />
Professor für Elektroenergieerzeugung und –verteilung<br />
an der Hochschule für Technik und Wirtschaft<br />
Dresden; seit 1993 in der ELBAS GmbH, seit<br />
2009 Principal Consultant.<br />
Adresse: ELBAS <strong>Elektrische</strong> Bahnsysteme Ingenieur-Gesellschaft<br />
mbH, Königsbrücker Str. 34,<br />
01099 Dresden, Deutschland;<br />
Fon: +49 351 82992-12, Fax: -45;<br />
E-Mail: g.hofmann@elbas.de<br />
Dipl.-Ing. Lutz Westphal (51), Studium an der<br />
<strong>Elektrische</strong>n Fakultät der Universität in Žilina,<br />
Slowakei; ab 1984 in den Direktionen Magd<strong>eb</strong>urg<br />
und Halle der DB AG (DR) Abt. Elektrotechnik<br />
tätig; ab 1997 Sachbearbeiter für elektrotechnische<br />
Anlagen im Eisenbahn-Bundesamt; seit<br />
2007 Sachbearbeiter im Systembereich Energieversorgung<br />
des Eisenbahn-Cert.<br />
Adresse: Eisenbahn-Cert, Systembereich Energieversorgung,<br />
Heinemannstr. 6, 53175 Bonn,<br />
Deutschland;<br />
Fon: +49 228 9826-723, Fax: -711;<br />
E-Mail: westphall@<strong>eb</strong>a.bund.de<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
235
Elektrotechnische Anlagen und Systeme – acrps 2011<br />
Messungen an Teilen geringer Abmes sung<br />
hinsichtlich Spannungsverschleppung<br />
Klaus Leithner, Linz<br />
Die Überarbeitung der EN 50122-1 regelt die Erdungsmaßnahmen leitfähiger und teilweise leitfähiger<br />
Bauteile mit geringen Abmessungen im Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich neu. Nach<br />
dem derzeitigen Stand der Dinge kann dies zu einer Erhöhung des Erdungsaufwandes führen. Im<br />
Rahmen eines Feldversuches, an einem 1:1-Modell einer festen Fahrbahn, ging die ÖBB-Infrastruktur<br />
der Frage nach, ob bei diesem Anwendungsfall der Erdungsaufwand reduziert werden kann.<br />
Parasitic voltage formation measurements on components of small dimensions<br />
The revised EN 50122-1 describes earthing measures to be taken for conductive and semi-conductive,<br />
small-sized components used in overhead line and pantograph systems. According to<br />
current knowledge, such components may require extra earthing efforts. In a field test of a fullsize<br />
model of a ballastless track, ÖBB-Infrastruktur tried to answer the question if the earthing<br />
effort can be reduced in such an application.<br />
Mesures du reste de tension sur les pièces de petite dimension<br />
La version remaniée de la norme EN 50122-1 contient une nouvelle réglementation en matière<br />
de mise à la terre des éléments conducteurs et partiellement conducteurs de faibles dimensions<br />
dans le secteur de la caténaire et du pantographe. Dans l’état actuel des choses, cette nouveauté<br />
pourrait accroître les exigences en matière de mise à la terre. Dans le cadre d’un essai<br />
sur le terrain réalisé sur la maquette 1/1 d’une installation fixe, la société ÖBB-Infrastruktur s’est<br />
penchée sur la ques-tion de savoir si, dans ce cas d’application, il était possible de réduire les<br />
exigences relatives à la mise à la terre.<br />
1 Einleitung<br />
Im Sinne der österreichischen Gesetze müssen elektrische<br />
Bahnanlagen so g<strong>eb</strong>aut, ergänzt, erhalten und betri<strong>eb</strong>en<br />
werden, dass ein sicherer und ordentlicher Betri<strong>eb</strong><br />
gewährleistet ist. Eine der möglichen Gefahrenquellen<br />
ist der elektrische Schla, bei direktem oder indirektem<br />
Berühren aktiver Teile. Welche Schutzmaßnahmen bei<br />
elektrischen Bahnanlagen angewendet werden können,<br />
regelt zurzeit die EN 50122-1:1997 [1]. Diese Norm<br />
wird in nächster Zukunft durch die EN 50122-1:2010 [2]<br />
ersetzt.<br />
2 Vorgaben der EN 50122-1<br />
2.1 Sicherheitsziel der EN 50122-1<br />
Beide EN 50122-1 verfolgen in diesem Zusammenhang das<br />
Ziel, die Gefahr des elektrischen Schlages auf ein akzeptables<br />
Risiko zu minimieren. Unzulässig hohe Berührungsspannungen<br />
können durch unverzügliches Abschalten der<br />
elektrischen Energieversorgung im Fehlerfall vermieden<br />
werden. Für den Fall, dass die Abschaltung im Fehlerfall<br />
unterbleibt, gilt es, Potenzialverschleppungen in Bereiche<br />
zu vermeiden, wo das Fehlerereignis, und damit die Gefahr<br />
eines elektrischen Schlages durch eine Person, nicht<br />
unmittelbar erkannt werden kann.<br />
2.2 Schutzmaßnahme<br />
Die von der EN 50122-1:2010 vorgeschlagene Schutzmaßnahme<br />
zur Vermeidung eines elektrischen Schlages bei indirektem<br />
Berühren aktiver Teile ist bei Wechselstrombahnen,<br />
mit einer Nennspannung über 1 000 V, grundsätzlich das<br />
direkte Verbinden der Körper elektrischer Betri<strong>eb</strong>smittel<br />
sowie leitfähiger und teilweise leitfähiger Bauwerke und<br />
Anlagenteile mit der Rückleitung. Maßg<strong>eb</strong>lich für die Beurteilung,<br />
ob die Körper elektrische Betri<strong>eb</strong>smittel, Bauwerke<br />
und Anlagenteile mit der Rückleitung verbunden werden<br />
müssen, sind ihre Abmessungen, ihre Lage im Bezug zum<br />
Stromabnehmer- und Oberleitungsbereich und ob sie Spannung<br />
führende Teile der Oberleitungsanlage tragen.<br />
2.3 Bauteile und Bauwerke geringer<br />
Abmessung<br />
Im Zuge der Revision der EN 50122-1:1997 wurden auch<br />
die Vorgaben für Bauwerke und Bauteile geringer Ab-<br />
236 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Elektrotechnische Anlagen und Systeme<br />
messung neu geregelt. Die EN 50122-1:1997 stellt in diesem<br />
Zusammenhang für Hochspannung im Punkt 5.3.2<br />
sinngemäß fest, dass bei Wechselstrombahnen leitfähige<br />
Bauteile, die in waagrechter Richtung nicht länger als<br />
2 m sind und keine elektrischen Betri<strong>eb</strong>smittel tragen<br />
oder enthalten, keine Verbindung mit der Rückleitung<br />
benötigen. Die EN 50122-1:2010 lässt nun größere Bauteilabmessungen<br />
zu, verknüpft aber die Möglichkeit auf<br />
den Verzicht der Verbindung leitfähiger und teilweise<br />
leitfähiger Bauteile mit der Rückleitung mit den folgenden<br />
Bedingungen:<br />
• Diese Bauteile dürfen keine elektrische Ausrüstung<br />
tragen oder beinhalten oder nur solche, die der Schutzklasse<br />
II entsprechen.<br />
• Sie müssen von einer Person aus beli<strong>eb</strong>iger Richtung<br />
überblickt werden können, um die Berührung eines<br />
aktiven Leiters mit dem Bauteil zu erkennen.<br />
• Der Mindestabstand zwischen zwei oder mehreren<br />
leitenden Bauteilen geringer Abmessung muss größer<br />
sein, als der in der EN 50119 [3] angeg<strong>eb</strong>ene elektrische<br />
Mindestabstand und die elektrische Isolierung dieser<br />
Bauteile gegeneinander muss gewährleistet sein.<br />
Gerade durch die letzte der oben genannten Forderungen<br />
wird eine in der Vergangenheit bei ÖBB-Infrastruktur<br />
und auch anderen europäischen Infrastrukturbetreibern<br />
übliche Praxis in Frage gestellt, bei der bewehrte Fertigbeton-<br />
und Ortbetonbauteile geringer Abmessung, die<br />
Seite an Seite im Stromabnehmer- und/oder Oberleitungsbereich<br />
liegen und deren Bewehrungen untereinander<br />
nicht verbunden sind, nicht mit der Rückleitung verbunden<br />
wurden. Dazu zählen zum Beispiel Fertigbetonteile<br />
wie Bahnsteigkanten, Entwässerungsgräben, Tübbinge,<br />
Schallabsorber und bewehrte Kabeltrogdeckel. Auch zwei<br />
erdfühlig errichtet Bänke aus Metall mit einer Länge von<br />
zum Beispiel 3 m, die sich in 5 m Abstand voneinander auf<br />
einem Bahnsteig befinden, erfüllen diese Forderung der<br />
EN 50122-1:2010 nicht, weil sie über das Erdreich miteinander<br />
elektrisch verbunden sind.<br />
Tabelle 1 zeigt eine Gegenüberstellung der Abmessungen<br />
für Bauteile geringer Abmessung nach EN 50122-1 in<br />
der Fassung aus dem Jahr 1997 und 2010.<br />
3 Aufgabenstellung<br />
Feste Fahrbahnen werden bei ÖBB-Infrastruktur vorwiegend<br />
in Tunneln eingesetzt. Mit der Inbetri<strong>eb</strong>nahme der<br />
in Bau befindlichen Neubaustrecke Wien – St. Pölten, des<br />
geplanten Koralmtunnels und des Semmering Basistunnels<br />
gehen in den nächsten Jahren mehr als 100 km fester<br />
Fahrbahn in Betri<strong>eb</strong>.<br />
Das bei ÖBB-Infrastruktur g<strong>eb</strong>räuchliche System der<br />
festen Fahrbahn besteht aus einer elastisch gelagerten,<br />
schlaff bewehrten Gleistragplatte, die auf einer setzungsarmen<br />
Unterkonstruktion ruht. Die Gleistragplatte ist in<br />
Gleisachsrichtung in der Regel etwas mehr als 5 m lang<br />
(Bild 1). Nach der EN 50122-1:1997 darf die Gleistragplatte<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
Bild 1: Aufbau einer festen Fahrbahn mit Gleistragplatte (System Porr).<br />
Tabelle 1: Gegenüberstellung der Abmessung von Bauteilen<br />
geringer Abmessung gemäß EN 50122-1.<br />
Norm Bauteil Parallel zum<br />
Gleis<br />
also nicht als Bauteil geringer Abmessung eingestuft werden<br />
und ist mit der Rückleitung zu verbinden.<br />
Gemäß EN 50122-1:2010 würde die Gleistragplatte nun<br />
aber die Voraussetzung als teilweise leitfähiger Bauteil<br />
geringer Abmessung erfüllen. Die Gleistragplatte kann<br />
auch von einer Person aus beli<strong>eb</strong>iger Richtung überblickt<br />
werden. Nur können der elektrische Mindestabstand und<br />
die elektrische Isolierung der Gleistragplatten gegeneinander<br />
nicht gewährleistet werden. Diese Forderung zielt<br />
vor allem auf die Vermeidung von Potenzialverschleppung<br />
hin. Kann nun trotzdem auf das Verbinden der Gleistragplatten<br />
mit der Rückleitung verzichtet werden, ohne die<br />
Schutzziele der EN 50122-1 zu verletzen? Wenn ja, unter<br />
welchen Voraussetzungen? Die Klärung dieser Frage ist<br />
nicht nur von wissenschaftlichem Interesse, sondern könnte<br />
zu beträchtlichen Kosteneinsparungen führen.<br />
4 Kosteneinsparungen<br />
Horizontal senkrecht<br />
zum Gleis<br />
EN 50122-1: 1997 leitfähig 2 m keine Angaben<br />
teilweise<br />
leitfähig<br />
2 m keine Angaben<br />
EN 50122-1: 2010 leitfähig 3 m 2 m<br />
teilweise<br />
leitfähig<br />
15 m 3 m<br />
Um die Gleistragplatte überhaupt wirksam mit der Rückleitung<br />
verbinden zu können, wird die Bewehrung der<br />
Gleistragplatte mit einem Erdungsring aus Baustahl verrödelt<br />
und über kurzschlussfeste Erdungsanschlüsse an die<br />
237
Elektrotechnische Anlagen und Systeme – acrps 2011<br />
Oberfläche der Gleistragplatte geführt. Alle Gleistragplatten<br />
werden miteinander elektrisch verbunden und in regelmäßigen<br />
Abständen an die Rückleitung angeschlossen.<br />
Der Entfall dieser Erdungsverbindungen und des Erdungssystems<br />
der Gleistragplatte, die Möglichkeit, größere Elemente<br />
zu bauen, und die damit verbundenen Vorteile in<br />
der Baustellenlogistik eröffnen beim Neubau einer festen<br />
Fahrbahn pro Kilometer ein Einsparungspotenzial in der<br />
Größenordnung von 80 000 EUR. Das mögliche Einsparungspotenzial<br />
durch den Entfall der Instandhaltung ist<br />
darin noch nicht berücksichtigt.<br />
5 Versuch<br />
5.1 Versuchsteam<br />
Der Versuch wurde, unter anderen, in Zusammenarbeit<br />
mit Projektleitungen der Neubaustrecke Wien – St. Pölten<br />
und der Technischen Universität (TU) Graz, Institut für<br />
elektrische Anlagen, durchgeführt. Die Erg<strong>eb</strong>nisse sind in<br />
einem Gutachten [4] der TU Graz vom 30. November 2010<br />
zusammengefasst.<br />
5.2 Vorbemerkung<br />
Die ursprüngliche Idee, die Messungen mit Hochspannung<br />
in einem Tunnel an einer fertig gestellten festen<br />
Fahrbahn durchzuführen, wurde aus mehreren Gründen<br />
verworfen. N<strong>eb</strong>en der nicht auszuschließenden Gefährdung<br />
des Messteams und nicht vollständig definierbarer<br />
Umg<strong>eb</strong>ungsbedingungen wäre auch die Reproduzierbarkeit<br />
der Messungen nicht möglich gewesen. Deswegen<br />
entschied man sich, eine feste Fahrbahn mit Originalteilen<br />
aus fünf Gleistragplatten und befahrbaren Schallabsorbern<br />
auf einem freien Feld teilweise nachzubauen<br />
(Bild 2). Versuchsaufbau und Messprogramm wurden so<br />
gewählt, dass möglichst viele plausible Rückschlüsse auf<br />
die tatsächlichen Verhältnisse bei einer festen Fahrbahn<br />
in einem Tunnel erzielbar waren.<br />
5.3 Versuchsaufbau<br />
Der Versuchsort befand sich westlich von Wien entlang<br />
der Neubaustrecke Wien – St. Pölten. Im Bereich des Versuchsaufbaus<br />
wurde die oberste Humusschicht abgetragen<br />
und planiert, um einen großflächigen Kontakt zwischen<br />
Erde und Gleistragplatten sicher zu stellen. Aus den<br />
erwähnten Sicherheitsgründen wurden die Messungen<br />
mit Niederspannung (230 V) durchgeführt, wobei Ströme<br />
bis zu 10 A flossen. Um die Messung mit Niederspannung<br />
zu ermöglichen, wurde auf die isolierende Gummigranulatbeschichtung<br />
der Gleistragplattenunterseite und<br />
Seitenflächen verzichtet. Als Spannungsquelle diente ein<br />
60-kVA-Dieselgenerator. Die Gegenerde war rund 90 m<br />
vom Einspeisepunkt in die Gleistragplatten entfernt. Zur<br />
Bild 2: Versuchsaufbau feste Fahrbahn. Im Vordergrund die mit<br />
Schallabsorbern bestückte Gleistragplatte 1.<br />
Erfassung des Spannungstrichters wurde eine Messtrasse<br />
parallel zum Versuchsaufbau und eine zweite Messtrasse<br />
im rechten Winkel dazu gewählt. Im weiteren Verlauf des<br />
Versuchs wurde die zuerst verlegte Gleistragplatte mit befahrbaren<br />
Schallabsorbern bestückt. Aus statischen Gründen<br />
sind die einzelnen Schallabsorberelemente <strong>eb</strong>enfalls<br />
schlaff bewehrt und daher als teilweise leitfähig einzustufen.<br />
Wie bei der Gleistragplatte, war die Bewehrung der<br />
Schallabsorber über kurzschlussfeste Erdungsanschlüsse<br />
an die Oberfläche geführt.<br />
5.4 Messprogramm<br />
In zwei Tagen wurde das folgende Messprogramm abgewickelt:<br />
• Messung des spezifischen Bodenwiderstandes<br />
• Messung des Ausbreitungswiderstandes bei Variation der<br />
Gleistragplattenanzahl (mit und ohne Schallabsorber)<br />
• Messung des Spannungstrichters bei Variation der<br />
Gleistragplattenanzahl<br />
• Messung der Oberflächenpotenziale auf und zwischen<br />
den Gleistragplatten<br />
• Vergleichsmessungen bei simulierter Verschmutzung<br />
6 Erg<strong>eb</strong>nisse<br />
6.1 Spezifischer Bodenwiderstand<br />
Vor Errichtung des Versuchsaufbaus wurde am Versuchsort<br />
der spezifische Bodenwiderstand mittels Wenner-Methode<br />
(Bild 3) bestimmt. Die Messung ergab einen konstanten<br />
spezifischen Bodenwiderstand von etwa 60 Ωm<br />
bis zu einer Tiefe von 8 m. Außerdem konnte durch<br />
Erkundigungen das Vorhandensein leitfähiger Einbauten<br />
am Versuchsort, die die elektrische Potenzialverteilung<br />
238 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Elektrotechnische Anlagen und Systeme<br />
im Erdreich störend beeinflussen hätten können, ausgeschlossen<br />
werden.<br />
6.2 Ausbreitungswiderstand<br />
Bild 3: Messgerät<br />
und Erder für die<br />
Bestimmung des<br />
spezifischen Bodenwiderstands.<br />
Im nächsten Schritt wurde der Ausbreitungswiderstand<br />
der Gleistragplatten (GTP) im trockenen Zustand ermittelt,<br />
um die wechselseitige ohmsche Beeinflussung zu überprüfen.<br />
In der zuerst verlegten GTP 1 wurde immer der Messstrom<br />
eingespeist. In weiterer Folge wurden die GTP 2–5<br />
aneinander gereiht, wobei zwischen den GTP ein Abstand<br />
von rund 4 cm eingehalten wurde. Nach jeder neu hinzugefügten<br />
GTP wurde der Ausbreitungswiderstand erneut<br />
ermittelt. Zwischen den GTP gab es zuerst keinen zusätzlichen<br />
elektrischen Potenzialausgleich (PA). Das Erg<strong>eb</strong>nis ist<br />
der Tabelle 2 zu entnehmen. Es ist unschwer zu erkennen,<br />
dass die zweite GTP den Ausbreitungswiderstand der<br />
Anordnung noch signifikant beeinflusst. Der Einfluss der<br />
weiteren GTP auf den Ausbreitungswiderstand ist hingegen<br />
vernachlässigbar. Dies spiegelt sich in weiterer Folge<br />
bei den Potenzialdifferenzen zwischen den GTP wider. Ein<br />
zusätzlicher elektrischer PA zwischen den GTP mit einem<br />
50 mm ² Kupferseil führte erwartungsgemäß zu einer deutlichen<br />
Verringerung des Ausbreitungswiderstandes.<br />
Gravierende Erhöhungen bis zum 300-fachen der vorher<br />
gemessenen Ausbreitungswiderstände ergaben sich,<br />
als der Einspeisepunkt von der GTP 1 auf einen auf ihr befindlichen<br />
Schallabsorber verlegt wurde. Die Befeuchtung<br />
der Versuchsanordnung mit Wasser und danach mit einer<br />
Salzwasserlösung reduzierte den Ausbreitungswiderstand<br />
wieder unter 100 Ω. Das Befeuchten der Versuchsanordnung<br />
sollte eine Verschmutzung simulieren, mit der im<br />
Laufe des Betri<strong>eb</strong>s gerechnet werden muss.<br />
Voraussichtlich wäre der Ausbreitungswiderstand im<br />
trockenen Zustand noch viel höher gewesen, hätte sich<br />
zwischen dem Randabsorber und der GTP, wie üblich, eine<br />
isolierende Gummiunterlage befunden. Das Isolationsvermögen<br />
der Gummiunterlage hätte ausgereicht, die Messspannung<br />
vollständig zu isolieren. Für die Nennspannungen<br />
von Wechselstrombahnen (15 kV/25 kV), reicht das<br />
Isolationsvermögen aufgrund der zu geringen Abstände<br />
in Luft jedoch nicht aus. Überschläge auf die darunter<br />
liegende GTP wären die Folge.<br />
6.3 Spannungstrichter<br />
Die Bestimmung des Ausbreitungswiderstandes erforderte<br />
die Messung des Spannungstrichters. Gemessen wurde<br />
im rechten Winkel zur Gleisachse der festen Fahrbahn,<br />
auf der Höhe des Einspeisepunktes des Fehlerstroms in<br />
die GTP 1. Zuerst wurde der Spannungstrichter der GTP 1<br />
gemessen. Diese Messung wurde nach jeder neu hinzugefügten<br />
GTP wiederholt, bis die fünf GTP n<strong>eb</strong>eneinander<br />
lagen (5 GTP). Abschließend wurde zwischen allen GTP ein<br />
PA hergestellt und der Spannungstrichter erneut gemessen<br />
(5 GTP mit PA).<br />
Bild 4 zeigt das Erg<strong>eb</strong>nis dieser Messungen. In 30 m<br />
Entfernung von der Versuchanordnung war der Span-<br />
Tabelle 2: Ausbreitungswiderstände von Gleistragplatten (GTP) mit<br />
und ohne Potenzialausgleich (PA).<br />
Anzahl<br />
Gleistragplatten<br />
RA<br />
Ω<br />
1 GTP ohne PA 17,2<br />
2 GTP ohne PA 15,6<br />
3 GTP ohne PA 15,6<br />
4 GTP ohne PA 15,3<br />
5 GTP ohne PA 15,0<br />
2 GTP mit PA 8,6<br />
5 GTP mit PA 4,0<br />
Bild 4: Verlauf der Trichterspannung (bezogen auf 100 A) im rechten<br />
Winkel zur Gleisachse.<br />
1 … 5 eine bis fünf Gleistragplatten<br />
6 fünf Gleistragplatten mit Potenzialausgeich<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
239
Elektrotechnische Anlagen und Systeme – acrps 2011<br />
nungstrichter so flach, dass keine Potenzialdifferenzen<br />
(Schrittspannungen) mehr gemessen wurden. Die Werte<br />
der Spannung sind auf 100 A Fehlerstrom bezogen. Die<br />
Spannungsdifferenz in 30 m Entfernung, bezogen auf den<br />
Einspeisepunkt in der GTP 1 und 100 A, ergibt den Ausbreitungswiderstand<br />
der jeweiligen Konfiguration.<br />
Gemäß EN 50122-1 ist die Spannungsdifferenz in 1 m<br />
Entfernung zum Einspeisepunkt ein Maß zur Bewertung<br />
der zulässigen Berührungsspannung. Ohne Potenzialausgleich<br />
zwischen den GTP beträgt die Potenzialdifferenz<br />
etwa 60 bis 70 % der Erderspannung. Mit Potenzialausgleich<br />
zwischen den GTP reduziert sich dieser Wert auf<br />
rund 50 % der Erderspannung. Die EN 50122-1 geht in 1 m<br />
Entfernung von 20 % der Erderspannung aus. Die Frage,<br />
ob die EN 50122-1 einen falschen Wert angibt, kann man<br />
mit nein beantworten. Mit zunehmender Ausdehnung<br />
des Erders nimmt die Potenzialdifferenz, bei gleichem<br />
Strom, in 1 m Entfernung vom Erder ab. Dies ist auch aus<br />
den vorliegenden Messerg<strong>eb</strong>nissen zu erkennen. Legt<br />
man die tatsächlichen Ausmaße der Erdungsanlage einer<br />
elektrifizierten Eisenbahn zu Grunde, sind die 20 % der<br />
EN 50122-1 eine realistische Annahme.<br />
6.4 Oberflächenpotenziale<br />
Die letzte Messreihe diente der Bestimmung von Potenzialdifferenzen<br />
auf der GTP 1, sowie der Potenzialdifferenzen<br />
zwischen den aufeinander folgenden GTP. Eine Kupfersulfatelektrode<br />
stellte den großflächigen Kontakt zur<br />
Betonoberfläche her. Ein 1 kΩ Widerstand berücksichtigte<br />
den Körperwiderstand eines Menschen. Der Messstrom<br />
wurde bei allen Messungen in die GTP 1 eingespeist. Es<br />
wurde zuerst mit einem hochohmigen Digitalvoltmeter<br />
gemessen (unbelastet). An der gleichen Stelle der Gleistragplatte<br />
wurde die Messung wiederholt, wobei der 1 kΩ<br />
Widerstand mit dem Digitalvoltmeter parallel geschaltet<br />
war (belastet).<br />
Nicht allzu überraschend, konnten auf der GTP 1 keine<br />
Potenzialdifferenzen festgestellt werden. Womit erneut<br />
bestätigt wurde, dass die Bewehrungen von Stahlbetonbauteilen<br />
für eine wirksame Potenzialsteuerung sorgen.<br />
Anders zeigte sich jedoch die Situation zwischen den<br />
aufeinander folgenden GTP. Die Messstellen sind Bild 5 zu<br />
entnehmen. Die relevanten Erg<strong>eb</strong>nisse sind in Tabelle 3<br />
zusammengefasst.<br />
Zwischen der GTP 1 und 2 ergab sich im unbelasteten<br />
Zustand eine Potenzialdifferenz von beinahe 32 %. Diese<br />
Tabelle 3: Potenzialdifferenzen zwischen den Gleistragplatten in<br />
Bezug auf die Gleistragplatte (GTP) 1.<br />
Messpunkt GTP Potenzialdifferenz<br />
zum Einspeisepunkt<br />
(unbelastet)<br />
Differenz erhöht sich bei der GTP 5 im Bezug zur GTP 1 auf<br />
37 %. Diese Differenz kann ein Mensch ohne Hilfsmittel<br />
nicht überbrücken. Ein Mensch kann aber ohne Hilfsmittel<br />
jene Potenzialdifferenzen überbrücken, die zwischen<br />
den einzelnen GTP auftreten. Im unbelasteten Zustand<br />
beträgt die Potenzialdifferenz zwischen der GTP 2 und<br />
GTP 3 etwa 4 %. Sofern im Fehlerfall nicht unverzüglich<br />
abgeschaltet wird, kann diese Differenz, bei entsprechender<br />
Fehlerspannung, für einen Menschen eine tödliche<br />
Bedrohung darstellen. Zwischen der GTP 3 und GTP 4,<br />
sowie GTP 4 und GTP 5 reduziert sich die Spannungsdifferenz<br />
auf fast 1 % der Fehlerspannung der GTP 1. Bei<br />
einer dauerhaft zulässigen Berührungsspannung von 60 V<br />
dürfte die Fehlerspannung an der Gleistragplatte 1 daher<br />
maximal 6 000 V betragen.<br />
Erwartungsgemäß konnten nach der elektrischen Verbindung<br />
der GTP untereinander keine Potenzialdifferenzen<br />
zwischen den GTP gemessen werden.<br />
7 Schlussfolgerung<br />
Potenzialdifferenz<br />
zum Einspeisepunkt<br />
(belastet)<br />
3 1 Bezugsplatte Bezugsplatte<br />
4 2 31,5 % 14,3 %<br />
6 3 35,6 % 17,4 %<br />
8 4 36,8 % 17,0 %<br />
Die Erg<strong>eb</strong>nisse der Untersuchung lassen keine eindeutige<br />
Antwort auf die Frage zu, ob auf die Verbindung der GTP<br />
mit der Rückleitung immer verzichtet werden kann. Erst<br />
die Kenntnis der tatsächlichen Fehlerspannung am Ereignisort,<br />
ermöglicht weiter reichende Schlüsse.<br />
Vom Standpunkt der Personensicherheit wies der Versuch<br />
das Folgende nach:<br />
• Die GTP ist eine Äquipotenzialfläche. Die Bewehrung<br />
sorgt für eine wirksame Potenzialsteuerung.<br />
• Die elektrische Verbindung der GTP vermeidet Berührungsspannungen<br />
zwischen den GTP.<br />
Bild 5: Versuchaufbau mit den Messstellen für die Potenzialmessung (blaue Ziffern). Die Nummerierung der Gleistragplatte beginnt links<br />
mit eins.<br />
240 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
6 0 0 , 0 0 0<br />
5 0 0 , 0 0 0<br />
4 0 0 , 0 0 0<br />
3 0 0 , 0 0 0<br />
2 0 0 , 0 0 0<br />
1 0 0 , 0 0 0<br />
0 , 0 0 0<br />
0 , 0 0 0<br />
1 0 :1 5 : 0 0 1 0 : 2 5 : 0 0 1 0 : 3 5 : 0 0 1 0 :4 5 : 0 0 1 0 : 5 5 : 0 0 1 1 : 0 5 :0 0 1 1 : 1 5 : 0 0<br />
Z e i t<br />
3 0 , 0 0 0<br />
2 5 , 0 0 0<br />
2 0 , 0 0 0<br />
1 5 , 0 0 0<br />
1 0 , 0 0 0<br />
5 , 0 0 0<br />
acrps 2011 – Elektrotechnische Anlagen und Systeme<br />
• Sind die GTP mit der Rückleitung verbunden, kann auf<br />
die elektrische Verbindung der Absorber mit der Rückleitung<br />
verzichtet werden.<br />
• Liegen die GTP auf einer durchgehend bewehrten Sohlplatte,<br />
könnte auf den Potenzialausgleich zwischen<br />
den GTP verzichtet werden.<br />
N<strong>eb</strong>en der Personensicherheit und der Instandhaltbarkeit<br />
spielen Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit eine weitere<br />
Schlüsselrolle in einem sicheren und ordentlichen Eisenbahnbetri<strong>eb</strong>.<br />
Auch wenn im Sinne der Normanforderungen<br />
die Personensicherheit durch den Entfall der Erdungsmaßnahmen<br />
gewährleistet bli<strong>eb</strong>e, darf der verantwortliche Betreiber<br />
bei diesen Überlegungen die Anforderungen an die<br />
Verfügbarkeit der Eisenbahnanlagen nicht unberücksichtigt<br />
lassen. Bleibt ein Fehlerstrom unter dem höchst zulässigen<br />
Betri<strong>eb</strong>sstrom, wird der Fehler vom Schutz nicht erkannt.<br />
Dies kann insbesondere auch dann zutreffen, wenn Erdungen<br />
im betroffenen Anlagenabschnitt gestohlen wurden<br />
oder die gerissene Oberleitung auf Erdreich zu liegen<br />
kommt. In solchen Fällen zerstörten in der Vergangenheit<br />
vagabundierende Fehlerströme eisenbahntechnische<br />
Einrichtungen mit teils beträchtlichem Schadensausmaß.<br />
Strecken sperren, Verspätungen und monatelange Einschränkungen<br />
im Zugverkehr waren die Folge.<br />
8 Ausblick<br />
Am 15. Oktober 2010 wurde von CENELEC ein einstufiges<br />
Annahmeverfahren zur Änderung der EN 50122-1:2010<br />
gestartet. Der Vorschlag wurde in der Zwischenzeit angenommen.<br />
Hinsichtlich dieses Artikels sind zwei Änderungsvorschläge<br />
von besonderem Interesse.<br />
Ein Änderungsvorschlag zielt darauf hin, den letzten<br />
Absatz des Punktes 6.3.1.2 zu streichen und durch einen<br />
neuen Absatz zu ersetzen. Dieser Absatz fordert zurzeit,<br />
dass zwischen zwei oder mehreren leitenden Bauteilen<br />
geringer Abmessung der Mindestabstand größer sein<br />
muss, als der in der EN 50119 angeg<strong>eb</strong>ene elektrische<br />
Mindestabstand und die elektrische Isolierung dieser<br />
Bauteile gegeneinander muss gewährleistet sein. Wie in<br />
diesem Artikel dargelegt, ist diese Forderung so restriktiv,<br />
dass es nur wenige Anwendungsfälle für Bauteile geringer<br />
Abmessung gäbe, auch wenn der Nachweis gelingt,<br />
dass es zu keinen Spannungsverschleppungen kommt.<br />
Mit der Änderung auf europäischer Ebene wird dies nun<br />
möglich.<br />
Manchmal ist es wirtschaftlicher oder technisch sinnvoller,<br />
teilweise leitfähige Bauteile und Bauwerke im<br />
Stromabnehmer- und/oder Oberleitungsbereich nicht direkt<br />
mit der Rückleitung zu verbinden. Eine entsprechend<br />
dimensionierte und mit der Rückleitung verbundene<br />
Metall konstruktion, die sich zwischen dem Stromabnehmer<br />
und/oder der Oberleitung und dem teilweise leitfähigen<br />
Bauteil oder Bauwerk befindet, erfüllt denselben<br />
Zweck. Berührt der unter Spannung stehende Stromabnehmer<br />
oder die unter Spannung stehende Oberleitung<br />
diese Konstruktion, kommt es unverzüglich zu einer<br />
Abschaltung der Versorgungsspannung. Der neuen Absatz<br />
6.3.1.5 behandelt diese Möglichkeit. Weiters wird<br />
in diesem Absatz, in einer Anmerkung, der Fahrschiene<br />
diese schützende Eigenschaft zugeschri<strong>eb</strong>en. Der Schutzbereich<br />
wird links und rechts der Fahrschiene mit 0,8 m<br />
festgelegt. Wird diese Änderung auf europäischer Ebene<br />
angenommen, könnte auf die Verbindung der Gleistragplatten<br />
mit der Rückleitung verzichtet werden, weil<br />
davon auszugehen ist, dass die gerissene Oberleitung die<br />
Schiene berührt und der Fehler unverzüglich abgeschaltet<br />
wird.<br />
Literatur<br />
[1] EN 50122-1:1997: Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen –<br />
Teil 1: Schutzmaßnahmen in Bezug auf elektrische Sicherheit<br />
und Erdung.<br />
[2] EN 50122-1:2010: Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen –<br />
<strong>Elektrische</strong> Sicherheit, Erdung und Rückleitung – Teil 1 –<br />
Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag.<br />
[3] EN 50119:2009: Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen –<br />
Oberleitungen für den elektrischen Zugbetri<strong>eb</strong>.<br />
[4] Wissenschaftliches Gutachten über die Untersuchung an Gleistragplatten<br />
im Bezug auf elektrische Spannungsverschleppung<br />
und elektrische Spannungsdifferenzen in teilweise<br />
leitenden Bauteilen unter Berücksichtigung der Vornorm<br />
prEN 50122-1:2010.<br />
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Leistung<br />
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Dipl.-Ing. Klaus Leithner (47), Studium der elektrischen<br />
Energietechnik an der TU Wien; Fachexperte<br />
für Oberleitungsanlagen mit Schwerpunkt<br />
Rückstromführung, Erdung und Potenzialausgleich,<br />
Sprecher der Gemeinschaft der europäischen<br />
<strong>Bahnen</strong> bei der europäischen Eisenbahnagentur<br />
für das Teilsystem Energie.<br />
Adresse: ÖBB-Infrastruktur AG, Strecken- und<br />
Bahnhofsmanagement, Integration Technik<br />
Center, 4020 Linz, Wienerstr. 2a, , Österreich;<br />
Fon: +43 1 93000-34829, Fax: -25163;<br />
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<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
241<br />
Unbenannt-8 1 03.05.11 10:04
Elektrotechnische Anlagen und Systeme – acrps 2011<br />
Verfahren zur Verbesserung der Spannungshaltung<br />
bei Wechselstrombahnen<br />
Andriy Zynovchenko, Offenbach<br />
Die Fahrleitungsspannung ist eines der wichtigsten Kriterien bei der Auslegung eines Bahnstromsystems.<br />
Die untersten Spannungsgrenzen nach Kundenanforderungen oder nach EN 50163 und<br />
EN 50388 sind einzuhalten. Das vorgestellte neuartige Verfahren zur Verbesserung der Fahrleitungsspannung<br />
ermöglicht eine Erweiterung des Unterwerksspeis<strong>eb</strong>ereichs. Dadurch kann die<br />
Anzahl der Unterwerke reduziert oder die Redundanz verbessert werden.<br />
Technology to improve catenary voltage stability for a.c. railways<br />
Catenary voltage is one of the most important criteria for the design of a railway electrification<br />
system. The lowest voltage limits defined by the customer or by EN 50163 and EN 50388 may<br />
not be violated. The presented novel technique for improvement of the catenary voltage allows<br />
the extension of feeding area of a substation. This makes possible a reduction of the number of<br />
substations and enhancement of redundancy grade.<br />
Technologie pour améliorer la stabilité de tension pour les chemins de fer électrifiés en c. a.<br />
La tension à la caténaire est un des critères les plus importants pour concevoir une électrification<br />
ferroviaire. Les limites les plus basses définies par le client ou par les normes EN 50163 ou<br />
50388 doivent être respectées. La nouveauté technique présentée pour améliorer la tension à la<br />
caténaire permet d’étendre la zone alimentée par une sous station. Cela rend ainsi possible une<br />
réduction du nombre de sous stations ou l’amélioration du niveau de redondance.<br />
1 Einführung<br />
Bei der Auslegung eines Bahnstromsystems sollen umfangreiche<br />
Studien durchgeführt werden. Damit soll festgestellt<br />
werden, ob dieses in der beabsichtigten Auslegung<br />
den Kundenanforderungen gerecht wird und ob ein<br />
technisches und wirtschaftliches Optimierungspotenzial<br />
vorliegt. Eines der wichtigsten Bewertungskriterien ist dabei<br />
die Fahrleitungsspannung, sowohl im Normalbetri<strong>eb</strong><br />
als auch in verschiedenen Ausfallszenarien. Die Spannung<br />
am Stromabnehmer darf die Werte U min1<br />
und U min2<br />
nach<br />
[1] nicht unterschreiten. Bei TSI-Strecken sind weiter die<br />
zulässigen Mindestwerte der mittleren nutzbaren Spannung<br />
nach [2] einzuhalten. Abweichend davon kann der<br />
Kunde eigene Anforderungen an die Mindestspannung<br />
am Stromabnehmer stellen [3].<br />
Zeigen Systemstudien, dass die Spannung am Stromabnehmer<br />
die zulässigen Mindestwerte unterschreitet, muss<br />
die Auslegung des Bahnstromsystems angepasst werden.<br />
Damit hat das Spannungskriterium in vielen Fällen einen<br />
entscheidenden Einfluss auf<br />
• Speiselängen, Anzahl und Standorte der Unterwerke<br />
(Uw),<br />
• Leistungen und Kurzschlussspannungen einzelner<br />
Transformatoren,<br />
• Wahl zwischen dem Ein- und dem Zweispannungssystem,<br />
• Auslegung der Fahrleitung mit Rücksicht auf ihre Impedanz,<br />
• Verfügbarkeit der Redundanzen in Ausfallszenarien.<br />
Die Reihe der Maßnahmen zur Verbesserung der Fahrleitungsspannung,<br />
die einem Systemingenieur zur Verfügung<br />
stehen, ist begrenzt. Als konventionelle Lösungen<br />
lassen sich nennen:<br />
• Verkürzung der Speiselängen durch Errichtung zusätzlicher<br />
Uw<br />
• Wahl von Traktionstransformatoren mit einer niedrigeren<br />
Impedanz<br />
• Verstärkung der Fahrleitung, zum Beispiel mit Verstärkungsleitern<br />
• Implementierung eines Zweispannungssystems mit Hilfe<br />
von Autotransformatoren (AT)<br />
Nachstehend werden Vorteile und Grenzen dieser Lösungen<br />
erläutert. Anschließend wird eine alternative neuartige<br />
Lösung vorgeschlagen.<br />
2 Konventionelle Lösungen zur Verbesserung<br />
der F ahrleitungsspannung<br />
2.1 Verkürzung der Speiselängen<br />
Durch die Errichtung zusätzlicher Uw lassen sich die Längen<br />
einzelner Speiseabschnitte verkürzen. Dabei können die<br />
installierten Leistungen einzelner Uw reduziert werden.<br />
Diese Lösung ist jedoch mit einem erh<strong>eb</strong>lichen Mehrauf-<br />
242 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Elektrotechnische Anlagen und Systeme<br />
wand verbunden. Hierzu zählen nicht nur die Mehrkosten<br />
für die zusätzlichen Uw selbst, sondern auch die Kosten für<br />
die Beschaffung der Grundstücke und die Errichtung der<br />
Anschlussleitungen ans Hochspannungsnetz. In manchen<br />
Fällen ist diese Lösung in der Praxis nicht realisierbar, zum<br />
Beispiel wenn das Uw und die Hochspannungszuleitung<br />
im Naturschutzg<strong>eb</strong>iet oder im Tunnel liegen würden.<br />
Weiterhin, mit steigender Anzahl der Uw sinkt auch ihr<br />
Ausnutzungsgrad. Das beeinflusst die Wirtschaftlichkeit<br />
des gesamten Bahnsystems negativ.<br />
2.2 Verstärkung der Fahrleitung<br />
Die Fahrleitungsimpedanz und folgl ich der Spannungsfall<br />
längs der Strecke lassen sich durch eine Fahrleitungsverstärkung<br />
reduzieren, zum Beispiel durch Einsatz von<br />
Verstärkungsleitern. Der Mehraufwand dieser Lösung ist<br />
im Allgemeinen geringer als für die Errichtung zusätzlicher<br />
Uw und entsteht bei Neubaustrecken durch die<br />
Errichtung der Masten und Fundamente, die für Mehrlast<br />
geeignet sein müssen, sowie durch die Kosten der Verstärkungsseile<br />
selbst und ihrer Verlegung.<br />
Wird eine bestehende Strecke nachgerüstet, muss sicher<br />
gestellt werden, dass die bestehenden Masten die<br />
Mehrlast durch die Verstärkungsleiter tragen können.<br />
Da die Fahrleitung des nachgerüsteten Abschnitts für<br />
die Montagearbeiten abgeschaltet werden muss, ist mit<br />
entsprechenden Sperrzeiten im Bahnbetri<strong>eb</strong> zu rechnen.<br />
Die technische Grenze dieser Lösung besteht darin,<br />
dass die Fahrleitungsverstärkung nicht immer zur ausreichenden<br />
Verbesserung der Spannung führt. Da die<br />
Impedanz einer Fahrleitung bei den Wechselstrombahnen<br />
hauptsächlich durch die magnetische Kopplung der Leiterschleifen<br />
bestimmt wird, stößt die Erhöhung des Seilquerschnitts<br />
oder der Anzahl der parallel geführten Seile<br />
schnell auf ihre Grenze hinsichtlich Impedanzminderung.<br />
Die beschri<strong>eb</strong>ene Lösung kommt nicht in Frage, wenn<br />
die bestehende Fahrleitung bereits mit Verstärkungsleitern<br />
ausgestattet, die Fahrleitungsspannung jedoch immer<br />
noch unzulässig niedrig ist. Die Situation ist durchaus<br />
vorstellbar, wenn eine bestehende Bahnstrecke und der<br />
entsprechende Speis<strong>eb</strong>ereich des Uw verlängert werden,<br />
oder wenn die Auslastung der Strecke mit der Zeit höher<br />
wird als ursprünglich geplant.<br />
2.3 Aufbau eines Zweispannungssystems<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
Eine weitere bekannte und bewährte Lösung ist die Errichtung<br />
eines Zweispannungssystems, auch Autotransformatorensystem<br />
oder AT-System genannt. Am weitesten sind<br />
solche Systeme in 50/25-kV-50-Hz-Ausführung verbreitet<br />
[4; 5]. Bei dieser Lösung wird ein Negativfeeder ähnlich<br />
wie ein Verstärkungsleiter an den Masten verlegt. Im<br />
Unterschied zu den Verstärkungsleitern, die das gleiche<br />
Potenzial wie die Fahrleitung aufweisen, ist die Spannung<br />
eines Negativfeeders gegenüber Erde um 180 ° bezüglich<br />
der Fahrleitungsspannung versetzt. Bei der Nennspannung<br />
der Fahrleitung gegen Erde von 25 kV beträgt die<br />
Nennspannung zwischen Fahrleitung und Negativfeeder<br />
50 kV. Entlang der Strecke sind die AT mit einem Transformationsverhältnis<br />
2 : 1 in regelmäßigen Abständen aufgestellt<br />
und an die Fahrleitung, an den Negativfeeder<br />
sowie an die Rückleitung angeschlossen. Mit den AT wird<br />
erreicht, dass ein Großteil der Leistung vom Uw zum Tri<strong>eb</strong>fahrzeug<br />
auf der 50-kV-Spannungs<strong>eb</strong>ene übertragen wird.<br />
Dadurch werden die Spannungsverluste reduziert und der<br />
Speis<strong>eb</strong>ereich im Vergleich zu einem konventionellen Einspannungssystem<br />
erweitert.<br />
Ein Zweispannungssystem kann entweder als „echtes“<br />
oder als „unechtes“ AT-System aufg<strong>eb</strong>aut werden [6]. Für<br />
Neubaustrecken wird ein echtes AT-System bevorzugt,<br />
dabei wird das Uw auf der Fahrleitungsseite zweipolig<br />
ausgeführt. Dieser Unterwerksaufbau erfordert offensichtlich<br />
mehr Investitionen und mehr Platz als bei einem<br />
einpoligen Uw.<br />
Wird eine bestehende von einem einpoligen Uw gespeiste<br />
Strecke nachgerüstet und soll das bestehende Uw<br />
weiter in Betri<strong>eb</strong> bleiben, bietet sich ein unechtes AT-<br />
System an [7; 8]. In einem unechten AT-System wird die<br />
Spannung des Negativfeeders nicht im Uw, sondern am<br />
ersten AT aufg<strong>eb</strong>aut. Voraussetzung für eine solche Nachrüstung<br />
ist die Fähigkeit der Masten, den Negativfeeder<br />
als Zusatzlast tragen zu können.<br />
Sowohl bei einem echten, als auch bei einem unechten<br />
AT-System sind dieselben Mehrinvestitionen erforderlich<br />
wie für die Ausrüstung der Strecke mit Verstärkungsleitern,<br />
siehe Abschnitt 2.2. Zusätzlich muss in AT-Stationen<br />
investiert werden, die ungefähr alle 4 bis 7 km zu errichten<br />
sind. Dafür müssen entsprechende Grundstücke vorhanden<br />
sein, und das ist nicht immer der Fall, zum Beispiel<br />
bei Tunnelstrecken.<br />
2.4 Reduzierung der Impedanz der<br />
Traktionstransformatoren<br />
Noch eine, allerdings sehr begrenzte Möglichkeit der<br />
Spannungserhöhung bei neugeplanten Uw besteht darin,<br />
die Traktionstransformatoren in den Uw mit einer<br />
möglichst kleinen Kurzschlussimpedanz zu wählen, um<br />
den Spannungsfall am Transformator zu minimieren. Das<br />
kann durch die Wahl der Transformatoren mit kleinerer<br />
Kurzschlussspannung, die aus konstruktiven Gründen nur<br />
in einem engen Bereich variiert werden kann, oder mit<br />
höherer Leistung erreicht werden – selbstverständlich mit<br />
Mehrkosten als Folge.<br />
Je höher die Nennleistung oder/und je kleiner die<br />
Kurzschlussspannung des Traktionstransformators und je<br />
länger die Speiseabschnitte sind, umso kleiner wird der<br />
Spannungsfall am Transformator und umso größer längs<br />
der Fahrleitung. Damit werden die Grenzen dieser Lösung<br />
schnell sichtbar. Hinzu kommt, dass die unterste Grenze<br />
der Transformatorimpedanz durch den höchstzulässigen<br />
Kurzschlussstrom auf der Fahrleitungsseite vorgeg<strong>eb</strong>en<br />
ist. Dieser wird entweder nach [2] oder nach davon abweichenden<br />
Kundenanforderungen festgelegt.<br />
243
Elektrotechnische Anlagen und Systeme – acrps 2011<br />
2.5 Zusammenfassung der<br />
konventionellen Lösungen<br />
Wie dargestellt, stehen zur Auswahl nur wenige Maßnahmen<br />
zur Verbesserung der Fahrleitungsspannung zur<br />
Verfügung. In vielen Fällen sind einige oder alle diese<br />
Lösungen entweder technisch nicht realisierbar, oder sie<br />
führen zu keiner ausreichenden Verbesserung der Spannung,<br />
oder sie bringen eine erh<strong>eb</strong>liche Steigerung der<br />
Bahnelektrifizierungskosten mit sich.<br />
Daher wurde nach einem alternativen Verfahren gesucht,<br />
welches unter gewissen Randbedingungen eine<br />
technisch und wirtschaftlich bessere Alternative zu den<br />
aufgezählten Lösungen bieten soll. Ein solches Verfahren<br />
ist nachstehend vorgestellt.<br />
Bild 1: Einsatz eines regelbaren Autotransformators zur Erweiterung<br />
der Speiselänge.<br />
1 Traktionstransformator<br />
2 Fahrleitung<br />
3 Spannungswandler<br />
4 Regelbarer Autotransformator<br />
5 Stufenschalter<br />
3 Neuartiges Verfahren zur<br />
Verbesserung der Spannungshaltung<br />
3.1 Grundprinzip<br />
Zur Erhöhung der Fahrleitungsspannung auf der Strecke<br />
wird vorgeschlagen, einen unkonventionellen Autotransformator<br />
mit einem automatisch gesteuerten Stufenschalter<br />
einzusetzen [9]. Als prinzipielle Unterschiede zum<br />
Zweispannungssystem lassen sich nennen:<br />
• auf der Fahrleitungsseite sind weder Negativfeeder<br />
noch eine zweite Spannungs<strong>eb</strong>ene vorhanden<br />
• das Übersetzungsverhältnis des Autotransformators ist<br />
regelbar<br />
Das Verfahren kann zum Beispiel zur Erweiterung der<br />
Speiselänge im Normalbetri<strong>eb</strong> oder zur Verbesserung der<br />
Redundanz beim Ausfall eines Traktionstransformators<br />
oder eines kompletten Uw eingesetzt werden. Nachstehend<br />
sind zwei Einsatzbeispiele angeg<strong>eb</strong>en und das Arbeitsprinzip<br />
näher erläutert.<br />
3.2 Einsatzbeispiel: Erweiterung<br />
der Speiselänge im Normalbetri<strong>eb</strong><br />
Bild 2: Konventionelle Fahrleitungsspeisung in einem Einspannungssystem;<br />
Normalbetri<strong>eb</strong>.<br />
6 Erdungsschalter<br />
Der betrachtete Fall kommt vor, wenn eine bestehende<br />
Strecke erweitert oder eine Neubaustrecke er richtet wird<br />
und die gesamte Strecke nur von einem Einspeisepunkt<br />
mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Dies zum<br />
Beispiel dann, wenn die Anschlussmöglichkeit an die Hochspannungsleitung<br />
für ein zusätzliches Uw an einer weiteren<br />
Stelle fehlt. Die Anwendung des neuartigen Verfahrens<br />
zur Spannungsstützung in einem solchen Fall zeigt Bild 1.<br />
Der regelbare Autotransformator ist vom Uw entfernt.<br />
Einerseits, je größer diese Entfernung, umso größer ist die<br />
Gesamtlänge des Fahrleitungsabschnitts der vom Uw gespeist<br />
werden kann. Andererseits muss die Fahrleitungsspannung<br />
vor dem Autotransformator, das heißt auf seiner<br />
Unterspannungsseite, noch hoch genug sein, um die<br />
untersten Spannungsgrenzwerte nicht zu unterschreiten.<br />
Der Autotransformator wird mit dem Stufenschalter<br />
gemäß dem aktuellen Spannungsverhältnis, erfasst durch<br />
den Spannungswandler, angesteuert. Das Grundprinzip<br />
der Regelung besteht darin, die Spannung auf der Oberspannungsseite<br />
möglichst nah am Soll-Wert zu halten,<br />
zum Beispiel an U max1<br />
gemäß [1], jedoch die Überschreitung<br />
von U max1<br />
und U max2<br />
zu vermeiden. Die Anzahl der<br />
Stufen des Stufenschalters und die Spannungsdifferenz<br />
zwischen den Stufen kann unterschiedlich groß gewählt<br />
werden. Grundsätzlich muss die Stufe mit dem Übersetzungsverhältnis<br />
1 : 1 vorhanden sein, damit die Spannung<br />
auf der Oberspannungsseite die Werte U max1<br />
und U max2<br />
nicht überschreitet.<br />
Im folgenden Beispiel wird angenommen, dass der<br />
Stufenschalter drei Stufen mit den Transformationsfaktoren<br />
1 : 1, 1 : 1,125 und 1 : 1,25 hat. Das System sei 25 kV<br />
und es gelte [1] mit den Grenzwerten U max1<br />
= 27,5 kV und<br />
U max2<br />
= 29 kV als Anforderung an die Fahrleitungsspannung.<br />
Die Spannungsverhältnisse am Autotransformator<br />
bei verschiedenen Stellungen des Stufenschalters sind in<br />
Tabelle 1 zusammengefasst, sie soll auch als Grundlage für<br />
den Steuerungsalgorithmus dienen.<br />
Der für die Ansteuerung des Stufenschalters notwendige<br />
Spannungswandler kann entweder auf der Unter- oder<br />
Tabelle 1: Spannungsverhältnisse am regelbaren Autotransformator;<br />
Beispiel für ein 25-kV-Bahnstromsystem.<br />
Stufe<br />
Übersetzungsverhältnis<br />
Spannung auf der<br />
Unterspannungsseite,<br />
kV<br />
Spannung auf der<br />
Oberspannungsseite,<br />
kV<br />
1 1 : 1 24,4 …29,0 24,4 …29,0<br />
2 1: 1,125 22,0 …24,4 24,75 …27,5<br />
3 1 : 1,25 17,5 …22,0 21,9 …27,5<br />
244 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Elektrotechnische Anlagen und Systeme<br />
auf der Oberspannungsseite des Autotransformators angeschlossen<br />
werden. Dies erfordert lediglich eine geringfügige<br />
Anpassung des Steuerungsalgorithmus.<br />
3.3 Einsatzbeispiel: Verbesserung<br />
der Redundanz beim Ausfall eines<br />
Unterwerkes<br />
In den 25-kV-50-Hz-Bahnstromsystemen sind die Speis<strong>eb</strong>ereiche<br />
benachbarter Uw üblicherweise durch eine Phasentrennstelle<br />
mit einem neutralen Abschnitt getrennt, welcher<br />
in den meisten Fällen geerdet ist (Bild 2). Beim Ausfall<br />
eines Uw muss das benachbarte Uw die Fahrleitung bis<br />
zum gestörten Uw speisen. Dazu wird der Erdungsschalter<br />
der neutralen Zone geöffnet und diese unter Spannung<br />
gesetzt. Dadurch verlängert sich der Speis<strong>eb</strong>ereich des in<br />
Betri<strong>eb</strong> bleibenden Uw. Wird der Speis<strong>eb</strong>ereich zu lang,<br />
können Probleme mit der Spannungshaltung entstehen.<br />
In diesem Fall müssen entweder der Bahnbetri<strong>eb</strong> reduziert<br />
oder die im Abschnitt 2 aufgezählten Maßnahmen<br />
ergriffen werden. Alternativ lässt sich das neuartige Verfahren<br />
anwenden. Die Speiseanordnung mit einem regelbaren<br />
Autotransformator im Normalbetri<strong>eb</strong> ist in Bild 3<br />
gezeigt. Dabei ist der Autotransformator kurzgeschlossen<br />
und geerdet, sodass sich der Bahnbetri<strong>eb</strong> von jenem bei<br />
der konventionellen Speiseanordnung nach Bild 2 nicht<br />
unterscheidet.<br />
Beim Ausfall eines Uw wird der Autotransformator, wie<br />
in Bild 4 gezeigt, unter Spannung gesetzt und hilft, die<br />
Fahrleitungsspannung auf dem Streckenabschnitt bis zum<br />
ausgefallenen Uw zu stützen.<br />
Falls das andere Uw ausfällt, ist die Speisung in die<br />
andere Richtung durch die Umschaltung der Mastschalter<br />
möglich.<br />
3.4 Hauptmerkmale des neuartigen<br />
Verfahrens<br />
Das neuartige Verfahren stellt eine Alternative zu anderen<br />
Lösungen zur Stützung der Fahrleitungsspannung<br />
dar. Seine Implementierung ist offenbar deutlich kostengünstiger<br />
als die Errichtung eines zusätzlichen vollwertigen<br />
Uw oder eines Zweispannungssystems und bietet<br />
insbesondere dann eine zweckmäßigere Lösung, wenn<br />
die Möglichkeiten der Fahrleitungsverstärkung bereits<br />
ausgeschöpft sind. Weiterhin kennzeichnet sich die vorgeschlagene<br />
Lösung durch einen vergleichsweise kleinen<br />
Platzbedarf für nur einen Autotransformator.<br />
Das vorgestellte Verfahren lässt sich sowohl für Neubaustrecken<br />
als auch für die Nachrüstung bestehender<br />
Strecken anwenden. Im letzten Fall werden die Betri<strong>eb</strong>ssperrzeiten<br />
viel kürzer sein als beispielsweise bei der Fahrleitungsverstärkung.<br />
Weitere Speisekonzepte mit Anwendung der regelbaren<br />
Autotransformatoren sind möglich, zum Beispiel<br />
der Einsatz mehrerer nacheinander geschalteten Autotransformatoren<br />
oder Spannungsstützung bei zweiseitig<br />
gespeisten 15-kV-16,7-Hz-Fahrleitungsnetzen. Die Steuerungsalgorithmen<br />
für den Stufenschalter müssen dementsprechend<br />
angepasst werden.<br />
3.5 Weitere technische Aspekte<br />
und Herausforderungen<br />
3.5.1 Autotransformator<br />
Im Unterschied zu den AT in Zweispannungssystemen, die<br />
üblicherweise das Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 haben,<br />
ist das Übersetzungsverhältnis des regelbaren Autotransformators<br />
in dem vorgeschlagenen Verfahren nahezu 1.<br />
Daher sollte seine Bauweise deutlich kompakter sein als<br />
bei den herkömmlichen AT für Zweispannungssysteme.<br />
Es muss vermieden werden, dass keine Anzapfung<br />
des Autotransformators zugeschaltet ist, da in diesem<br />
Fall die volle Fahrleitungsspannung am Stufenschalter<br />
ansteht und ihn zerstören kann. Daher darf eine Stufe<br />
bei der Umschaltung nur dann getrennt werden, wenn<br />
schon eine andere zugeschaltet ist. Aus diesem Grund<br />
werden zwei Stufen für eine kurze Zeit bei der Stufenumschaltung<br />
kurzgeschlossen, sodass für diese Zeit ein<br />
windungsschluss ähnlicher Zustand für den Autotransformator<br />
entsteht. Er muss solchen kurzen, jedoch häufig<br />
auftretenden Zuständen thermisch und dynamisch ohne<br />
Schaden widerstehen können.<br />
3.5.2 Stufenschalter<br />
Die wichtigste Anforderung an den Stufenschalter ist die<br />
Tauglichkeit für häufiges Schalten unter Last. Er muss für<br />
die maximale Spannung ausgelegt werden, die zwischen<br />
Bild 3: Einsatz eines regelbaren Autotransformators zur Verbesserung<br />
der Redundanz; Normalbetri<strong>eb</strong>.<br />
Bild 4: Einsatz eines regelbaren Autotransformators zur Verbesserung<br />
der Redundanz; Unterwerksausfall.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
245
Elektrotechnische Anlagen und Systeme – acrps 2011<br />
der obersten und der untersten Anzapfung des Autotransformators<br />
entstehen kann. Im Zahlenbeispiel aus<br />
Abschnitt 3.2 beträgt diese Spannung<br />
.<br />
Der Stufenschalter kann entweder mechanisch oder<br />
basierend auf leistungselektronischen Elementen aufg<strong>eb</strong>aut<br />
werden. Bei der Auslegung des Stufenschalters sind<br />
folgende Kriterien heranzuziehen:<br />
• umzuschaltende Leistung<br />
• zulässige Dauer des Windungsschlusses bei der Umschaltung<br />
• Häufigkeit der Schaltungen, sie hängt unter anderem<br />
davon ab, ob der Autotransformator beim Normalbetri<strong>eb</strong><br />
oder nur beim Unterwerkausfall betri<strong>eb</strong>en wird<br />
• Anzahl der Stufen<br />
• Spannungsdifferenz zwischen den Stufen<br />
Mit Hinblick auf die Wahl der Stufenanzahl ist darauf<br />
hinzuweisen, dass mehr Stufen<br />
• kleinere Spannungsdifferenzen zwischen ihnen,<br />
• genauere Ansteuerung an die Soll-Spannung und<br />
• dafür aber einen aufwändigeren Stufenschalter und<br />
häufigeres Schalten<br />
bedeuten. Weiterhin muss die Stufung nicht gleichmäßig<br />
sein. Eine feinere Stufung im Bereich 1 : 1 wäre für eine<br />
genauere Annäherung an die Soll-Spannung sinnvoll.<br />
3.5.3 Schutz<br />
Autotransformator<br />
Als eines der möglichen Schutzkonzepte wird der Einsatz<br />
des Differentialschutzes gesehen. Der Autotransformator<br />
kann entweder mit eigenen Leistungsschaltern ausgestattet<br />
werden oder mit dem Uw über einen ausreichend<br />
schnellen Kommunikationskanal verbunden werden, um<br />
im Fehlerfall den Ausschaltbefehl an die Leistungsschalter<br />
des Uw übertragen zu können.<br />
Fahrleitung<br />
Da die Speiselänge deutlich größer wird, ist insbesondere<br />
darauf zu achten, dass der entfernte Kurzschluss auf der<br />
Fahrleitung immer noch vom Uw aus zuverlässig erkannt<br />
wird. Die Auswertung des Phasenwinkels des Stroms<br />
durch das Schutzrelais nimmt an Bedeutung zu. Alternativ<br />
kann die Fahrleitung hinter dem Autotransformator mit<br />
dem Leistungsschalter des Autotransformators und dem<br />
dazugehörenden Schutzrelais geschützt werden.<br />
4 Schlussfolgerung und Ausblick<br />
Bei der Auslegung eines Bahnstromsystems wird auf<br />
Grund der Leistungsflusssimulation die Notwendigkeit zur<br />
Stützung der Fahrleitungsspannung beurteilt. Falls erforderlich,<br />
sollen mögliche Maßnahmen aus technischer und<br />
wirtschaftlicher Sicht bewertet und verglichen werden.<br />
Das vorgeschlagene neuartige Verfahren zur Spannungsstützung<br />
kann sich in manchen Fällen als technisch und<br />
wirtschaftlich optimale Alternative zu den konventionellen<br />
Ansätzen erweisen.<br />
Das Verfahren befindet sich derzeit in der Phase eines<br />
Entwicklungsvorhabens. Für seine praktische Realisierung<br />
sind noch folgende Aktivitäten notwendig:<br />
• detaillierte theoretische Ausarbeitung der Steuerungskonzepte<br />
und der Auslegungsgrundlagen für verschiedene<br />
Einsatzfälle<br />
• Kooperation mit den Fachfirmen für Leistungselektronik<br />
und Transformatorenbau<br />
• Bau eines Prototyps als Pilotanlage<br />
Literatur<br />
[1] DIN EN 50163:2004. Bahnanwendungen – Speisespannungen<br />
von Bahnnetzen.<br />
[2] DIN EN 50388:2009. Bahnanwendungen – <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
und Fahrzeuge – Technische Kriterien für die Koordination<br />
zwischen Anlagen der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung und<br />
Fahrzeugen zum Erreichen der Interoperabilität.<br />
[3] American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association<br />
(AREMA): AREMA Manual for Railway Engineering.<br />
Volume 3: Infrastructure and Passengers. Chapter 33: Electrical<br />
Energy Utilization. Part 3: Recommended Voltages.<br />
[4] Lönard, D.; Northe, J.: Metal-closed, air-insulated traction<br />
switchgear – developments and applications. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 104 (2006), H. 8-9, S. 421–427.<br />
[5] Ortiz, J.M.G., et al.: Elektrifizierung der Hochgeschwindigkeitsstrecke<br />
Madrid-Lerida. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 100 (2002),<br />
H. 12, S. 466–472.<br />
[6] Zynovchenko, A.; George, G.; Olsen, H.: Elektrifizierung von<br />
Eisenbahnstrecken mit Autotransformatorsystemen. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 107 (2009), H. 4-5, S. 233–239.<br />
[7] Levermann-Vollmer, D.; Klinge, R.: Pilotprojekt Mehrspannungssystem<br />
Prenzlau-Stralsund. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 101<br />
(2003), H. 4-5, S. 172–176.<br />
[8] Levermann-Vollmer, D.; Eberling, W.: Autotransformer bei der<br />
Deutschen Bahn. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 100 (2002), H. 1-2,<br />
S. 38–43.<br />
[9] Deutsche Patentanmeldung Akz. 10 2011 013 330.5: Einphasige<br />
Speiseanordnung und Verfahren zur Versorgung von<br />
Wechselstrombahnen mit Einphasenwechselstrom. Eingereicht<br />
am 08.03.2011.<br />
Dr.-Ing. Andriy Zynovchenko (32). Studium industrielle<br />
Energieversorgungssysteme an der Priasower<br />
staatlichen technischen Universität in Mariupol,<br />
Ukraine. 2003 bis 2006 wissenschaftlicher<br />
Mitarbeiter, anschließend Promotion an der Universität<br />
Ulm. Seit 2006 Systemingenieur in der<br />
Abteilung Systemtechnik bei Balfour Beatty Rail<br />
GmbH.<br />
Adresse: Balfour Beatty Rail GmbH, Abteilung<br />
Systemtechnik, Frankfurter Str. 111,<br />
63067 Offenbach am Main, Deutschland;<br />
Fon: +49 69 30859-384, Fax: -486;<br />
E-Mail: andriy.zynovchenko@bbrail.com<br />
246 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Historie<br />
100 Jahre Fernbahnelektrifizierung<br />
in Deutschland<br />
Peter Glanert, Dessau; Siegfried Graßmann, München;<br />
Thomas Scherrans, Dresden<br />
Der Beginn des elektrischen Versuchsbetri<strong>eb</strong>es auf der Eisenbahnstrecke Dessau – Bitterfeld am<br />
18. Januar 1911 war die G<strong>eb</strong>urtsstunde der elektrischen Fernbahntraktion in Deutschland mit<br />
Einphasen-Wechselstrom niedriger Frequenz. Die Errichtung der <strong>Bahnen</strong>ergieanlagen dafür<br />
sowie die Inbetri<strong>eb</strong>nahmen der elektrischen Lokomotiven waren Pioniertaten der Technikgeschichte.<br />
Noch während der ersten Versuchsphase wurde die Erweiterung beschlossen und begonnen,<br />
aber der Ausbruch des 1. Weltkriegs beendete das Projekt abrupt.<br />
Centenary of long distance railway electrification in Germany<br />
Starting of electric test operation on the railway line Dessau – Bitterfeld on January 18 th 1911<br />
was the hour of birth of electric long distance railway traction in Germany with low frequency<br />
single phase a. c. Construction of traction power supply installations and putting into service of<br />
the electric locomotives are pioneering works of technical history. Extension was initiated just<br />
during first test period, but eruption of World War I stopped the project abruptly.<br />
Un siècle d’électrification de lignes à grand parcours en Allemagne<br />
Le début de l’exploitation, à titre d’essai, de la ligne électrifiée Dessau – Bitterfeld le 18 Janvier<br />
1911 a constitué la naissance de la traction électrique pour trains à grande distance en Allemagne<br />
en courant alternatif monophasé à fréquence réduite. La construction des installations<br />
de traction élec-trique et la mise en service des locomotives électriques ont été des actes pionniers<br />
dans l’histoire de la technologie. Encore pendant la première phase d’essais l’extension<br />
était décidée et commencée, mais le déclenchement de la première guerre mondiale a stoppé<br />
brutalement le projet.<br />
1 Einführung<br />
Ende des 19. Jahrhunderts unternahmen die großen deutschen<br />
Elektrofirmen erste Schritte, die Elektroenergie für<br />
die Eisenbahn nutzbar zu machen. Bei DC hatte sich als<br />
Nachteil gezeigt, dass er nicht transformierbar ist und die<br />
dadurch begrenzte Fahrleitungsspannung bei Fernbahnen<br />
hohe Stromstärken erfordert. Deshalb wurden auf<br />
verschiedenen Versuchsstrecken 3 AC oder 1 AC verschiedener<br />
Spannungen und Frequenzen erprobt, um für den<br />
Bahnbetri<strong>eb</strong> geeignete Lösungen zu finden.<br />
Bahnmotoren, ausgeführt als 1AC-Reihenschlussmotoren,<br />
konnten damals aus physikalischen Gründen nicht betri<strong>eb</strong>stauglich<br />
und leistungsfähig mit der Frequenz 50 Hz<br />
betri<strong>eb</strong>en werden. Zu große transformatorische Spannungen<br />
zwischen ihren Kommutatorlamellen bewirkten<br />
ein nicht beherrschbares, zerstörerisches Bürstenfeuer.<br />
Als Alternative bot sich 1 AC niedrigerer Frequenzen von<br />
15 bis 25 Hz an. Dieser ermöglichte das Transformieren<br />
der Fahrleitungsspannung auf den Lokomotiven und das<br />
direkte Betreiben von Reihenschlussmotoren, erforderte<br />
allerdings speziell für die <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung errichtete<br />
Kraftwerke mit Fernleitungen und Unterwerken oder<br />
Umformerwerke.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
2 Erster Versuchsbetri<strong>eb</strong> Dessau –<br />
Bitterfeld<br />
Beachtliche Erfolge von Vorversuchen veranlassten die<br />
Königlich Preußische Staatsbahn (Kgl.Pr.St.B.), erstmalig<br />
eine Hauptstrecke auf elektrischen Betri<strong>eb</strong> umzustellen.<br />
Die 26 km lange zweigleisige Strecke Dessau – Bitterfeld in<br />
Mitteldeutschland wurde zur Erprobung des elektrischen<br />
Zugbetri<strong>eb</strong>es mit 1 AC ausgewählt. Als Flachlandstrecke<br />
bot sie keine Schwierigkeiten in der Zugförderung und<br />
durch ihre relativ geringe Streckenbelastung sollten sich<br />
Störungen im Versuchsbetri<strong>eb</strong> nicht auf den Regelbetri<strong>eb</strong><br />
der von Berlin ausgehenden Hauptstrecken auswirken. Mit<br />
Gesetz vom 29. Juli 1909 bewilligte der Preußische Landtag<br />
2 Mio. Mark für den Versuchsbetri<strong>eb</strong>. Man fasste aber<br />
schon damals auch die durchgehende Elektrifizierung der<br />
zweigleisigen Strecken Magd<strong>eb</strong>urg – Dessau – Bitterfeld –<br />
Leipzig und Leipzig – Halle (Saale) mit zusammen 154 km<br />
Länge ins Auge und traf Vorbereitungen dafür (Bild 1).<br />
Alle Planungen und die Leitung der Arbeiten lagen bei der<br />
Königlichen Eisenbahndirektion (K.ED) Halle (Saale). Viele<br />
Einzelheiten der Baustufe I und besonders der Elektrolokomotiven<br />
sind schon in [1] beschri<strong>eb</strong>en und deshalb hier<br />
nur kurz rekapituliert, die Originalquellen sind [2] bis [7].<br />
247
Historie – acrps 2011<br />
Für die <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung begann Anfang 1910<br />
der Bau eines Kraftwerks (Kw) in Muldenstein, 5 km<br />
nordöstlich von Bitterfeld in günstiger Lage zu Braunkohleförderstätten<br />
und zum Fluss Mulde als Kühlwasserspender<br />
(Tabelle 1, Bilder 2 bis 4), und eines vorläufigen<br />
Unterwerkes (Uw) am Nordkopf des Bahnhofs Bitterfeld.<br />
Zwischen Kw und Uw wurde eine provisorische zweipolige<br />
Freileitung auf Holzmasten errichtet, parallel dazu<br />
erprobte man zwei Paar 60-kV-Kabel die sich nicht bewährten<br />
(Bild 5). Bemerkenswert sind im Uw die beidseitigen<br />
Leistungsschalter der Hauptumspanner (Bild 6). Die<br />
Wasserwiderstände an den beiden 10-kV-Abgängen dienten<br />
vermutlich zum Erproben der elektrischen Rückspeis<strong>eb</strong>remse<br />
der bei der AEG bestellten Lokomotive E 3101 für<br />
die Chemin de Fer du Midi [8].<br />
Vom Uw führten zwei einpolige Speisefreileitungen zu<br />
den Fahrleitungen des Bahnhofs, denen die Richtungsgleise<br />
nach und von Dessau angeschaltet waren. Es wurden<br />
zwei Bauarten von Hochkettenfahrleitungen errichtet<br />
(Tabelle 2, Bild 7), und zwar mit Doppel isolatoren wegen<br />
deren begrenzter Bruchfestigkeit und weniger wegen der<br />
Industrieverschmutzung. Der Mastabstand in der Geraden<br />
betrug einheitlich 75 m. Den südlichen Streckenabschnitt<br />
rüstete die Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (AEG)<br />
aus, bei deren System der Fahrdraht, das Tragseil und<br />
ein so genannter Spanndraht gemeinsam nachgespannt<br />
waren (Bild 8). Bermerkenswert ist hier eine Brückenunterquerung<br />
mit zwei weit außermittigen Fahrdrähten<br />
über jedem Gleis zum Stabilisieren der Stromabnehmer<br />
(Bild 9). Auf dem nördlichen Abschnitt bauten die<br />
Siemens-Schuckert werke (SSW) eine Fahrleitung mit allein<br />
nachgespanntem Fahrdraht, Hilfstragdraht und Tragseil<br />
(Bilder 10 und 11). Sie hielten auch beim späteren Weiterbau<br />
an diesem System fest, während die AEG noch<br />
verschiedene Veränderungen durchführte.<br />
Nach Abnahme der Anlagen am 4. Januar 1911 wurde<br />
am nächsten Tag das Kw erstmalig angefahren und<br />
anschließend die Fernleitung zum Uw unter Spannung<br />
gesetzt, vorsorglich zunächst nur mit 30 kV und die<br />
Fahrleitungen somit unter 5 kV 15 Hz. Am Mittwoch,<br />
18. Januar 1911 eröffnete die Kgl.Pr.St.B. zwischen Dessau<br />
und Bitterfeld den ers ten elektrischen Fernbahnbetri<strong>eb</strong> in<br />
Deutschland mit einer Leerfahrt der badischen Lokomotive<br />
A 1 -1, die am folgenden Tag den Eröffnungszug beför-<br />
Bild 1: Bahnstrecken und <strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsanlagen in Mitteldeutschland<br />
Stand Sommer 1914 (Zeichnung: S. Graßmann).<br />
Hbf, Gbf, Pbf, Rbf, Vbf: Haupt-, Güter-, Personen-, Rangier-,<br />
Verschi<strong>eb</strong><strong>eb</strong>ahnhof<br />
Bild 2: Schaltplan Kraftwerk Muldenstein Baustufe I (1911).<br />
A Anlasser Reg Registrierapparat<br />
Ab Abschalter Si Sicherung<br />
B Blitzableiter Sp Spannungsanzeiger<br />
Dr Drosselspule Sp.Tr Spannungstransformator<br />
E Mittelpunkterder St.Sp Statischer Spannungsanzeiger<br />
Fr Frequenzanzeiger Str Stromanzeiger<br />
HR Höchststromrelais Str.Tr Stromtransformator<br />
L Leistungsanzeiger W Widerstand<br />
MA Minimal-Ausschalter WW Wasserwiderstand<br />
OS Ölschalter Z Zähler<br />
OW Ölwiderstand<br />
248 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Historie<br />
Bild 3: Schaltanlage 2 AC 60 kV 15 Hz Bahnkraftwerk Muldenstein<br />
Baustufe I (Quelle: Siemens Corporate Archives).<br />
Bild 4: Schalttafel Bahnkraftwerk Muldenstein Baustufe I (Quelle:<br />
Siemens Corporate Archives).<br />
derte (Bild 1 in [9]). Offiziell begann der Versuchsbetri<strong>eb</strong><br />
am 26. Januar 1911 mit der ersten preußischen Lokomotive<br />
(Bild 1 in [10]) und regulär ab 10. F<strong>eb</strong>ruar. Nachdem<br />
am 28. März die Fahrleitungsspannung auf 10 kV erhöht<br />
worden war, wurde am 1. April die Strecke für den<br />
öffentlichen Verkehr elektrisch beförderter Reise- und<br />
Güterzüge freigeg<strong>eb</strong>en, wobei nach und nach die weiteren<br />
bestellten Lokomotiven zum Einsatz kamen (Bild 12).<br />
3 Ausweitung des Versuchsbetri<strong>eb</strong>s<br />
3.1 Allgemeines<br />
Landtag schon am 30. Juni 1911 weitere 17 Mio. Mark zur<br />
Erweiterung des elektrischen Zugbetri<strong>eb</strong>es bewilligte.<br />
Danach leitete die K.ED Halle (Saale) die Arbeiten<br />
sofort ein. Die Versuchsstrecke sollte als Erstes in beiden<br />
Richtungen verlängert werden, und zwar von Dessau<br />
nach Magd<strong>eb</strong>urg und von Bitterfeld nach Leipzig. Im<br />
Anschluss daran waren Teile des Leipziger Güterringes<br />
zwischen Wahren und Schönefeld und die Strecke Leipzig<br />
– Halle (Saale) zu elektrifizieren.<br />
In diese Zeit fällt auch die Einführung der einheitlichen<br />
Fahrleitungsspannung und -frequenz 15 kV 16 2 / 3<br />
Hz in<br />
Deutschland auf Initiative von Bernhard Gleichmann im<br />
Anzeige<br />
Noch bevor alle Versuchslokomotiven geliefert waren<br />
zeigte sich bereits, dass man mit der Wahl 1 AC offensichtlich<br />
die richtige Entscheidung getroffen hatte. Die<br />
ersten Erg<strong>eb</strong>nisse waren trotz verschiedener Pannen an<br />
den Lokomotiven derart ermutigend, dass der Preußische<br />
Tabelle 1: Ausrüstung Bahnkraftwerk Muldenstein.<br />
Baustufe I 1 Baustufe II<br />
Steilrohrkessel<br />
Zahl 2<br />
Dampfmenge je Kessel<br />
Turbosätze<br />
Zahl 3<br />
Dampftemperatur<br />
Dampfdruck<br />
Drehzahl<br />
Generatorspannung<br />
Frequenz<br />
Generatorleistung<br />
kurzzeitig<br />
Leistungsfaktor<br />
Maschinenumspanner<br />
Zahl<br />
Spannung<br />
Leistung je Umspanner<br />
t/h<br />
t/h<br />
°C<br />
MPa<br />
min –1<br />
kV<br />
Hz<br />
MW<br />
MW<br />
kV/kV<br />
MVA<br />
4<br />
12<br />
1<br />
375<br />
1,5<br />
900<br />
3,0<br />
15<br />
3,0<br />
–<br />
0,8<br />
2<br />
3/60<br />
1,8<br />
4 + 2 x 8<br />
9 ... 12<br />
4<br />
375<br />
1,5<br />
1 000<br />
3,3<br />
16 2 / 3<br />
3,3<br />
4,6<br />
0,8<br />
4<br />
4 x 2<br />
3,3/60<br />
1,8<br />
1<br />
Drehzahl und elektrische Ausgangsdaten ab 1913 wie Baustufe II<br />
2<br />
Baustufe I je zwei Kessel Bauart Garbe und Bauart Stirling, Baustufe<br />
II insgesamt 20 Kessel Bauarten Borsig oder Hanomag<br />
3<br />
Baustufe I Turbine AEG, Generator SSW, Baustufe II je zwei Turbinen<br />
AEG und Maffei-Schwartz kopfwerke (MSW), alle Generatoren<br />
SSW<br />
4<br />
dazu ein Reserveumspanner<br />
GEBÄUDE<br />
Optimales Bausystem Individuell oder standardisiert<br />
Optimaler Komplettpreis Freie Fassaden-<br />
Elementbauweise oder und Dachgestaltung<br />
Raumzellenbauweise Feste Endpreise und Endtermine<br />
TRANSFORMATORENSTÄNDE<br />
Konstruktive Trennung Kompakte Dimension der Bauteile<br />
von Tragen und Auffangen Monolithische Wannen,<br />
Variable Grössen FD-Beton, keine Beschichtung<br />
Variable Trafo-Spurweiten An einem Tag montiert<br />
marbeton GmbH Telefon: 07565/9801-0<br />
Fertigteilbau Telefax: 07565/9801-10<br />
Oberhauser Weg 23 E-Mail: post@marbeton.de<br />
88319 Aitrach Internet: www.marbeton.de<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
249<br />
Unbenannt-7 1 03.05.11 09:59
Historie – acrps 2011<br />
Bild 5: Kabelendverschlüsse<br />
60 kV<br />
Muldenstein<br />
Baustufe I (Quelle:<br />
Siemens Corporate<br />
Archives).<br />
bayerischen Staatsministerium für Verkehrsangelegenheiten<br />
und von Gustav Wittfeld im preußischen Ministerium<br />
der öffentlichen Arbeiten [11]. Diese Entscheidung übernahmen<br />
nach und nach auch die Eisenbahnen Österreichs,<br />
der Schweiz sowie Schwedens und Norwegens.<br />
3.2 <strong>Bahnen</strong>ergieanlagen<br />
3.2.1 Kraftwerk Muldenstein<br />
Ab 1. August 1911 wurden die Bauarbeiten in Muldenstein<br />
fortgeführt. Das Kw erhielt dabei im Wesentlichen seine<br />
endgültige Gestalt mit Kesselhaus, Maschinenhaus und<br />
Schalthaus; besonders die beiden weiteren 103,6 m hohen<br />
Schornsteine erforderten wie der erste umfangreiche Gründungsarbeiten<br />
(Bild 13). Um den ersten Schornstein wurden<br />
vier weitere und an jeden neuen Schornstein acht Kessel aufgestellt<br />
(Tabelle 1). Die Heizerstände befanden sich an den<br />
Längsmauern des Kesselhauses unter den Kohlenbunkern.<br />
Diese wurden aus Selbstentladewagen gefüllt, die auf darüber<br />
liegenden Gleisen mit Seilzuganlagen befördert wurden,<br />
und beschickten die Kesselroste mittels Schwerkraft.<br />
Im Maschinenhaus wurden vier weitere Turbosätze ähnlich<br />
dem ersten und im Schalthaus für jeden Satz wieder<br />
zwei Umspanner aufgestellt (Bild 14 und Tabelle 1). Im<br />
Sommer 1913 wurden die neuen Anlagen mit denen des<br />
bisherigen Versuchsbetri<strong>eb</strong>s zusammengeschlossen. Letztere<br />
wurden dabei auf die höhere Drehzahl und Spannung<br />
umgestellt, sodass nun insgesamt 16,5 MW Dauerleistung<br />
im Kw installiert waren. Dafür musste das Kraftwerk sehr<br />
häufig abgeschaltet und deshalb der elektrische Regelzugbetri<strong>eb</strong><br />
am 1. Juli 1913 eingestellt werden. Lediglich ein<br />
gelegentlicher vereinfachter Prob<strong>eb</strong>etri<strong>eb</strong> für die Lokomotiven<br />
war noch möglich. Nach Abschluss dieser Arbeiten<br />
konnte die Strecke Dessau – Bitterfeld im Herbst 1913 mit<br />
15 kV 16 2 / 3<br />
Hz wieder in Betri<strong>eb</strong> genommen werden.<br />
Der Dampfverbrauch der direkt gekuppelten und deshalb<br />
niedertourig drehenden Turbinen war mit 8 bis<br />
9,5 kg/kWh relativ hoch, wobei bis zu 4,3 kg/kWh der geringwertigen<br />
Rohbraunkohle verbraucht wurden. Infolge<br />
der schwankenden Belastung im Bahnbetri<strong>eb</strong> und der<br />
insgesamt geringen Auslastung sank der Leistungsfaktor<br />
trotz der niedrigen Netzfrequenz häufig bis 0,65.<br />
Bild 6: Schaltplan Unterwerk Bitterfeld Baustufe I (1911).<br />
Abkürzungen wie Bild 2<br />
Bild 7: Fahrdrahtquerschnitte<br />
100 mm 2 (aus<br />
Literatur 1920er Jahre).<br />
links Runddraht ≈12 mm<br />
Durchmesser wie 1910<br />
von AEG verlegt<br />
rechts Achter-Profil<br />
10 mm breit 13 mm hoch<br />
wie 1910 von SSW verlegt<br />
Tabelle 2: Fahrleitungsbauarten Dessau – Bitterfeld 1910/1911.<br />
AEG<br />
SSW<br />
Fahrdraht<br />
Material<br />
Profil<br />
Querschnitte<br />
Nachspannkraft<br />
Hilfstragdraht<br />
Material<br />
Querschnitt<br />
Nachspannkraft<br />
Tragseil 1<br />
Material<br />
Querschnitt<br />
Nachspannkraft<br />
Spannseil 1<br />
Material<br />
Querschnitt<br />
Nachspannkraft<br />
mm 2<br />
kN<br />
mm 2<br />
kN<br />
mm 2<br />
kN<br />
mm 2<br />
kN<br />
Cu<br />
Rund<br />
100; 70<br />
5<br />
–<br />
Stahl<br />
43<br />
3,5<br />
Stahl<br />
20<br />
3,5<br />
Cu<br />
Achter<br />
100; 70<br />
unbekannt<br />
Stahl<br />
33<br />
–<br />
Stahl<br />
50<br />
–<br />
Längsspannweite 2 m 75 75<br />
Nachspannlänge 2 m 1 100 1 500<br />
1<br />
si<strong>eb</strong>en verzinkte Drähte<br />
2<br />
maximal in der Geraden<br />
–<br />
250 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Historie<br />
Bild 8: Fahrleitung AEG aus Fahrdraht (unten),<br />
Tragseil (Mitte) und Spanndraht (oben).<br />
Bild 9: Fahrleitung AEG Zörbiger Brücke Bahnhof<br />
Bitterfeld mit zwei Fahrdrähten je Gleis.<br />
Bild 10: Fahrleitungsanlage SSW mit Fahrdraht<br />
(unten), Hilfstragdraht (Mitte) und Tragseil<br />
(oben), Masten für Fernleitungen, bei Haid<strong>eb</strong>urg<br />
(Quelle: Siemens Corporate Archives).<br />
3.2.2 Bahnstromleitung und Unterwerke<br />
Die Erhöhung der Fahrleitungsspannung von 10 kV auf<br />
15 kV ermöglichte es, die Zahl der ursprünglich in Königsborn,<br />
Güterglück, Dessau und Kleinwiederitzsch vorgesehenen<br />
Uw auf drei zu verringern; die neuen Standorte<br />
Wahren, Marke und Gommern legte man nach dem<br />
berechneten Spannungsfall entlang der Strecke in etwa<br />
50 km Abstand voneinander fest (Bild 1).<br />
Von Muldenstein führten zwei zweischleifige 60-kV-Fernleitungen<br />
nach Bitterfeld und lösten das Provisorium ab.<br />
Entlang der Strecken von dort in Richtung Magd<strong>eb</strong>urg und<br />
Richtung Leipzig verlegte man die 60-kV-Fernleitung zu den<br />
Uw auf den Fahrleitungsmasten. Bereits beim Ausrüsten des<br />
Teilstückes Dessau – Bitterfeld war die dafür erforderliche<br />
Mastlänge berücksichtigt worden (Bilder 10 und 12). Die<br />
Fernleitungen wurden über Drosselspulen und zweipolige<br />
Ölschalter mit Überspannungsschutz an die 60-kV-Sammelschiene<br />
der Uw angeschlossen. In der Fernleitung auftretende<br />
Kurzschlüsse schalteten sich mit 2 s Verzögerung ab.<br />
Das Umspannen auf 15 kV besorgten Öltransformatoren<br />
mit Luftkühlung (Tabelle 3). Ab der 15-kV-Sammelschiene<br />
speisten einpolige Ölschalter die Fahrleitungsabschnitte<br />
einseitig in die Richtungen „von“ und „nach“ bis<br />
zu Fahrleitungs-Schutzstrecken zwischen den Uw. Kurzschlüsse<br />
in den Fahrleitungen und Speiseleitungen bewirkten<br />
unverzögertes Ausschalten.<br />
Das Uw Wahren (Bild 15) versorgte zusätzlich über<br />
zwei an den Fahrleitungsmasten verlegte 15-kV-Speiseleitungen<br />
ein Umformerwerk in Halle (Saale), das mittels<br />
rotierender Maschinensätze 1 AC in DC für die Verbraucher<br />
in den Bahnhofs- und den Werkstattanlagen umwandelte.<br />
Das Uw Bitterfeld wurde ein 15-kV-Schaltposten,<br />
der mit zwei Speiseleitungen vom Kw Muldenstein aus<br />
versorgt wurde (Bild 1 und Tabelle 2).<br />
d<strong>eb</strong>urg Hbf und Rothensee die AEG und ab Bitterfeld bis<br />
vor Leipzig die Bergmann-Elektricitätswerke (BEW) (Bild 1).<br />
Mit einer Vergrößerung der Längsspannweite von 75 m<br />
auf 100 m wollte man bessere Sichtbarkeit der Signale<br />
erreichen, vor allem aber die Zahl der empfindlichen Porzellanisolatoren<br />
vermindern. Wie sich im späteren Betri<strong>eb</strong><br />
herausstellen sollte, war das eine folgenschwere Fehlentscheidung,<br />
weil man den Windabtri<strong>eb</strong> unterschätzt hatte.<br />
Für eine zukünftige kostengünstige Instandhaltung wurden<br />
erste Ansätze zur Vereinheitlichung der Fahrleitungsbauteile<br />
wirksam. Für die nunmehr drei firmenspezifischen<br />
Anzeige<br />
3.2.3 Fahrleitungsanlagen<br />
Im Sommer 1912 begann das Aufstellen der Fahrleitungsmasten.<br />
Diese Arbeiten wurden wie alle ande ren in einer<br />
öffentlichen Ausschreibung verg<strong>eb</strong>en. Den Zuschlag erhielten<br />
für die Strecken Dessau – Roßlau und Leipzig – Halle<br />
sowie für den Raum Leipzig die SSW, ab Roßlau bis Mag-<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
251<br />
Schig-Anz_86x125_4c.indd 1 03.05.11 10:21
Historie – acrps 2011<br />
Bild 11: Fahrleitungsanlagen SSW Bahnhof Dessau (Quelle: Siemens Corporate Archives).<br />
Bauweisen wurden Isolatoren, Abmessungen<br />
und Anschlussmaße für<br />
Bolzen und Schrauben sowie Laschenund<br />
Gabelmaße der Armaturen einheitlich<br />
festgelegt. Für Fahrdrähte<br />
war das so genannte Achter-Profil<br />
aus Kupfer mit 100 mm² oder 80 mm²<br />
zu verwenden (Bild 7). Als Tragseilmaterial<br />
wurde auf der freien Strecke<br />
und auf kleineren Bahnhöfen größtenteils<br />
verzinkt-verbleiter Stahl und<br />
in geringem Umfang Siliziumbronze<br />
(SiBz) vorgeschri<strong>eb</strong>en. Große Bahnhöfe,<br />
auf denen auch nach Einführung<br />
des elektrischen Betri<strong>eb</strong>es noch<br />
Dampflokomotiven fahren oder stehen<br />
würden, sollten Tragseile aus SiBz<br />
oder verkupfertem Stahl erhalten.<br />
4 Weitere Entwicklung<br />
Bild 12: Güterzuglokomotive EGL 10204 (Bild 10 in [1]) vor Personenzug Richtung Dessau nach<br />
Ausfahrt Bahnhof Raguhn 1911, Fahrleitung SSW, hinten Querjochmasten für Fernleitungen<br />
(Sammlung: Th. Scherrans).<br />
Nachdem im Dezember 1913 auf<br />
dem kurzen Streckenabschnitt Bitterfeld<br />
– Delitzsch der elektrische Betri<strong>eb</strong><br />
aufgenommen war, schaltete<br />
man im Mai und Juni 1914 den Abschnitt<br />
Delitzsch – Neuwiederitzsch<br />
(heute Leipzig Messe) und die Güterbahn<br />
von Wahren bis zum Bahnhof<br />
Schönefeld erstmalig zu. Kurz darauf<br />
waren auch alle weiteren Fahrleitungen<br />
bis in die Hauptbahnhöfe Leipzig<br />
und Halle fertig. Die zum 8. August<br />
geplante Betri<strong>eb</strong>sverlängerung von<br />
Wahren bis Schkeuditz fand aber<br />
<strong>eb</strong>ensowenig mehr statt wie die etwas<br />
später vorgesehene nach Leipzig<br />
und nach Halle, weil unmittelbar<br />
nach Kriegsausbruch der elektrische<br />
Betri<strong>eb</strong> am 4. August 1914 eingestellt<br />
wurde. Im Jahr 1915 wurden dann<br />
große Teile der Fahrleitungen ihres<br />
Kupfers wegen demontiert und der<br />
Rüs tungsindustrie zugeführt.<br />
Ab 1915 wurde das Kw Muldenstein<br />
dazu genutzt, mit einem äu-<br />
Bild 13: Querschnitt Bahnkraftwerk Muldenstein Baustufe II (Sammlung: S. Graßmann).<br />
rechts Kesselhaus mit Schornsteinfundamenten und Kohl<strong>eb</strong>eschickungsgleisen<br />
Mitte Maschinenhaus mit Turbinen, Kondensation und Generatoren<br />
links Schalthaus mit Hauptumspannern und Schaltanlagen<br />
Tabelle 3: Installierte 15-kV-Umspannerleistungen<br />
in Unterwerken und im Kraftwerk<br />
Muldenstein 1913 in MVA.<br />
Wahren 4 x 1,5<br />
Marke 3 x 1,5<br />
Gommern 1 2 x 1,8<br />
Muldenstein 2<br />
1<br />
vorher in Bitterfeld, umgewickelt von 10<br />
auf 15 kV sekundär<br />
2<br />
bisher keine Daten zu finden<br />
252 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
acrps 2011 – Historie<br />
Bild 14: Maschinensaal Muldenstein Blickrichtung Bitterfeld<br />
(Sammlung: P. Glanert).<br />
vorn erster Turbosatz von 1910/11<br />
Mitte und hinten Turbosätze von 1912/13, je zwei mit unterschiedlichen<br />
Turbinen aber einheitlichem Generator<br />
Bild 15: G<strong>eb</strong>äude Unterwerk Wahren (Sammlung: S. Graßmann).<br />
rechts ankommende 60-kV-Doppelleitung<br />
vorne abgehende 15-kV-Speiseleitungen<br />
ßerst energieintensiven Verfahren in elektrischen Öfen<br />
hoch verdichtete Salpetersäure zu produzieren, einen der<br />
wichtigsten Ausgangsstoffe für Sprengmittel.<br />
Erst Ende September 1921 nahm das Kw den Betri<strong>eb</strong><br />
wieder auf. Danach dauerte es bis zum 16. Mai 1923, bis<br />
alle Strecken von Halle über Leipzig bis Magd<strong>eb</strong>urg wieder<br />
oder erstmals auf elektrischen Betri<strong>eb</strong> umgestellt waren.<br />
Literatur<br />
[1] Glanert, P.; Scherrans, Th.; Borbe, Th.; Lüderitz, R.: Versuchsbetri<strong>eb</strong><br />
Dessau – Bitterfeld. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 108 (2010),<br />
H. 7, S. 313–321; Vorabdruck aus: Wechselstrom-Zugbetri<strong>eb</strong> in<br />
Deutschland; Band 1: Durch das mitteldeutsche Braunkohlerevier.<br />
München: Oldenbourg Industrieverlag, 2010.<br />
[2] Heyden, W.: Die Lokomotiven der elektrischen Zugförderungsanlage<br />
Dessau – Bitterfeld. In: <strong>Elektrische</strong> Kraftbetri<strong>eb</strong>e<br />
und <strong>Bahnen</strong> 8 (1910), H. 15, S. 281–286.<br />
[3] Heyden, W.: Die elektrische Zugförderung auf der Strecke<br />
Dessau – Bitterfeld. In: <strong>Elektrische</strong> Kraftbetri<strong>eb</strong>e und <strong>Bahnen</strong><br />
9 (1911), H. 16, S. 301–307; H. 17, S. 334–336; H. 19, S. 365–<br />
370; H. 20, S. 390–393; H. 21, S. 408–412; H. 23, S. 448–453;<br />
H. 24, S. 468–474; H. 25, S. 481–483.<br />
[4] N. N.: Bericht der Kgl. Eisenbahndirektion in Halle (Saale)<br />
über das erste Jahr des Betri<strong>eb</strong>es der elektr. Zugförderung<br />
Dessau – Bitterfeld. In: <strong>Elektrische</strong> Kraftbetri<strong>eb</strong>e und <strong>Bahnen</strong><br />
10 (1912), H. 10, S. 191–193.<br />
[5] Heyden, W.: Die Einführung der elektrischen Zugförderung<br />
auf der Strecke Magd<strong>eb</strong>urg – Leipzig – Halle. In: <strong>Elektrische</strong><br />
Kraftbetri<strong>eb</strong>e und <strong>Bahnen</strong> 9 (1912), H. 32, S. 682–683.<br />
[6] Mentzel, K.: Bauanlagen für die Herstellung der elektrischen<br />
Zugförderung auf den Eisenbahnlinien Magd<strong>eb</strong>urg – Bitterfeld<br />
– Leipzig – Halle. In: Zeitschrift für Bauwesen 1914, S. 544–784.<br />
[7] Tetzlaff, H.: Elektrisierung der Strecke Halle – Magd<strong>eb</strong>urg.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 11 (1935), H. 1, S. 3–11.<br />
[8] N.N.: <strong>Elektrische</strong> Vollbahnlokomotiven (Frankreich). In:<br />
<strong>Elektrische</strong> Kraftbetri<strong>eb</strong>e und <strong>Bahnen</strong> 7 (1909), H. 14, S. 279.<br />
[9] Rossberg, R. R.: <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> im Jahre 1911 – Teil<br />
1. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 109 (2011), H. 1-2, S. 101–104.<br />
[10] Tietze, Ch.: <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> im Jahre 1936 – Teil 1. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 109 (2011), H. 3, S. 165–167.<br />
[11] Heyden, W.: Die Periodenzahl bei der elektrischen Zugförderung<br />
der Preußischen Staatsbahnen. In: <strong>Elektrische</strong> Kraftbetri<strong>eb</strong>e<br />
und <strong>Bahnen</strong> 9 (1911), H. 28, S. 569–570.<br />
Dipl.-Ing. (FH) Peter Glanert (64); ab 1964 beschäftigt<br />
bei Deutsche Reichsbahn (DR), Studium Automatisierungsanlagen<br />
an der Ingenieurschule für<br />
Elektrotechnik in Velten-Hohenschöpping, ab<br />
1975 Entwicklungsingenieur auf dem Fachg<strong>eb</strong>iet<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieanlagen in VES/M Halle (Saale), ab<br />
1980 zuständig für Entwicklung, Erprobung und<br />
technische Freigabe von Oberleitungsbauteilen<br />
bei der DR und dann bei Deutsche Bahn bis 2006.<br />
Adresse: Damaschkestr. 39;<br />
06849 Dessau- Roßlau, Deutschland;<br />
Fon: +49 340 8581340;<br />
E-Mail: mp.glanert@t-online.de<br />
Dipl.-Ing. Siegfried Graßmann (59), Studium <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> an der Hochschule für Verkehrswesen<br />
„Friedrich List“, Dresden. Mitarbeiter im Flottenmanagement<br />
Baureihen 403, 411 und 120 im Regionalbereich<br />
Süd der DB Bahn Fernverkehr.<br />
Adresse: DB Bahn Fernverkehr AG, Regionalbereich<br />
Süd, Landsberger Str. 158, 80687 München,<br />
Deutschland;<br />
Fon: +49 89 1308-3036;<br />
E-Mail: siegfried.grassmann@deutsch<strong>eb</strong>ahn.com<br />
Dipl.-Ing. Thomas Scherrans (43), Studium Elektrotechnik/<strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> an der Hochschule<br />
für Verkehrswesen „Friedrich List“, Dresden und<br />
an der Technischen Universität Dresden, seit 1995<br />
wissenschaftlicher Mitarbeiter und Projektleiter<br />
der IFB Institut für Bahntechnik GmbH, Geschäftsbereich<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung und Bahnsimulation;<br />
Sachverständiger des Eisenbahn-Bundesamtes<br />
für Elektrotechnische Anlagen, Fahrleitung<br />
(Oberleitungs- und Stromschienenanlagen), Rückstromführung,<br />
Erdung und Potenzialausgleich.<br />
Adresse: IFB Institut für Bahntechnik GmbH,<br />
Wiener Str. 114/116, 01219 Dresden, Deutschland;<br />
Fon: +49 351 8775941;<br />
E-Mail: ts@bahntechnik.de<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
253
Journal Extra<br />
Umrichter in der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
– Chancen weltweit<br />
1 Allgemeines<br />
Bei <strong>Bahnen</strong>, die dezentral aus dem 3AC-Landesnetz versorgt<br />
und mit dessen Frequenz betri<strong>eb</strong>en werden, verspricht<br />
der Einsatz statischer Umrichter große technische,<br />
betri<strong>eb</strong>liche und energetische Vorteile gegenüber der<br />
klassischen einseitigen Speisung über Direktumspanner<br />
mit Phasentrennstellen in der Oberleitung. Ein aktueller<br />
Bericht hierzu knüpft an die Struktur der Chinese Railways<br />
(CR) an [1], jedoch gelten seine Aussagen grundsätzlich<br />
für alle 50- und 60-Hz-<strong>Bahnen</strong> weltweit. In der Tat zeigen<br />
sich beachtliche weitere Anwendungs fälle und -felder.<br />
2 USA<br />
Tabelle 1: Längen in der USA geplanter Schnellfahrstrecken, nach<br />
Grafik in [2] aus US-Straßenatlas ermittelt, auf km umgerechnet<br />
und gerundet.<br />
Zentrum Stufe 1 Stufe 2<br />
Washington D.C. 760 1 330<br />
Chicago 1 740 190<br />
Seattle 0 510<br />
Los Angeles 1 060 1 230<br />
Dallas 0 710<br />
Orlando 140 330<br />
Summe 3 700 4 300<br />
Tabelle 2: Pauschal dimensionierte <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung mit<br />
25 kV Fahrleitungsnennspannung für (3 700 + 4 300) km Schnellfahrstrecken<br />
nach Tabelle 1.<br />
UW Umspannwerk für Phasentrennung<br />
AT Autotransformatorstation<br />
URW Umrichterwerk<br />
Konfiguration<br />
1 klassisch mit Sondertransformatoren,<br />
mit Phasentrennstellen,<br />
Landesnetzfrequenz<br />
2 wie 1 mit Zweispannungssystem<br />
und Autotransformatoren,<br />
Landesnetzfrequenz<br />
3 einfach mit statischen Umrichtern,<br />
ohne Phasentrennstellen,<br />
Landesnetzfrequenz<br />
Abstand<br />
in km<br />
Zahl<br />
Schalt--<br />
anlagen<br />
25 320 UW<br />
50<br />
10<br />
160 UW<br />
640 AT<br />
40 200 URW<br />
Ref.<br />
4 wie 3 mit Bahnsonderfrequenz 65 125 URW [4] 1<br />
1<br />
45 km bei 15 kV<br />
[3]<br />
Die derzeit von den Demokraten gestellte Regierung der<br />
Vereinigten Staaten von Amerika (USA) plant im Rahmen<br />
ihrer Infrastrukturpolitik eine gründliche Erneuerung, Erweiterung<br />
und Modernisierung des Eisenbahnwesens. Die Pläne<br />
sind im Internet ausführlich beschri<strong>eb</strong>en; nach diesen Berichten<br />
sind auch schon Mittel geflossen. Anfang F<strong>eb</strong>ruar 2011<br />
wurde der aktuelle Stand vorgestellt [2], wonach 53 Mrd. USD<br />
(rund 40 Mrd. EUR) veranschlagt sind. Davon ist der allergrößte<br />
Teil für Hochgeschwindigkeitsstrecken und -züge in<br />
sechs Wirtschaftsregionen der USA gedacht. Tabelle 1 enthält<br />
einige Details. Dass die Schnellfahrstrecken (SFS) vermutlich<br />
kürzer sein werden als die bestehenden Highways und anderen<br />
Fernstraßen, die möglichst viele Orte erschließen sollen,<br />
ist hier zweitrangig.<br />
Ungeachtet innenpolitischer Unwägbarkeiten in den<br />
USA ist für die umgerechnet rund 8 000 km Strecken in<br />
Tabelle 2 die erforderliche Infrastruktur für elektrische<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung in vier Konzepten abgeschätzt.<br />
Die dabei angesetzten Anlagenabstände sind aus zwei bestehenden<br />
Referenzstrecken hergeleitet [3; 4]. Real hängen<br />
diese natürlich von den Betri<strong>eb</strong>sprogrammen, Streckentopographien,<br />
gewählten Leiterquerschnitten und<br />
bei Direkttransformatorspeisungen von der Stabilität der<br />
jeweiligen Regionalnetze ab. Sie können also für die sechs<br />
Inselnetze und sogar für deren einzelne Zweige ganz verschieden<br />
sein. Die sehr vorsichtig gewählten Pauschalwerte<br />
in Spalte 3 erg<strong>eb</strong>en aber eine deutliche Tendenz bei der<br />
Zahl der erforderlichen Schaltanlagen schon bei den drei<br />
Varianten des Betri<strong>eb</strong>s mit Landesfrequenz. Dass bei 60 Hz<br />
einige Parameter gegenüber 50 Hz verschärfend wirken,<br />
wird hier vernachlässigt.<br />
Bei den Referenzabständen aus [3; 4] ist bemerkenswert<br />
und festzuhalten, dass für die beiden Versorgungskonzepte<br />
• 2 AC 50/25 kV 50 Hz mit Autotransformatoren einseitig<br />
gespeist und<br />
• 1 AC 15 kV 17 Hz zweiseitig gespeist<br />
fast genau derselbe Wert realisiert wurde.<br />
Der Kommentar [5] zur Referenzarbeit zeigt nun auf,<br />
dass man mit Umrichtern vollkommen frei von der Landesfrequenz<br />
wird und mit niedrigerer Frequenz als weitere<br />
Vorteile gewinnen kann:<br />
• noch größere Unterwerkabstände<br />
• geringere elektromagnetische Beeinflussung<br />
In den USA bietet sich dafür 25 Hz an, wie an der Ostküste<br />
historisch etabliert und somit standardisiert [6].<br />
Bild 1: Oberleitungskettenwerk<br />
für DC<br />
3 kV aus Doppelfahrdraht<br />
und Tragseil<br />
je 150 mm 2 Cu (Foto:<br />
Balfour Beatty Rail,<br />
auch Bild 2).<br />
254 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
Journal Extra<br />
Physikalisch ist klar, dass der mittel- und nordeuropäische<br />
Standardwert 17 Hz noch günstiger ist. Die vierte Variante<br />
in Tabelle 2 wird aber auch hierfür nicht weiter differenziert.<br />
Eine fünfte mit Zweispannungssystem und niedriger<br />
Bahnfrequenz ermöglicht theoretisch noch weitere Unterwerkabstände,<br />
was aber Redundanzfragen aufwerfen<br />
würde und deshalb hier nicht betrachtet wird.<br />
3 Europa<br />
Im Rahmen des EU-Schwerpunktprogramms Transeuropäische<br />
Netze Verkehr (TEN-V) gibt es rund 20 Prioritäre Projekte<br />
für Eisenbahnverbindungen, von denen einige wie die<br />
Öresundverbindung und die Betuweroute schon ganz fertig<br />
und fast alle anderen angefangen, teils schon weit fortgeschritten<br />
oder wenigstens geplant sind. Sie führen zwar zum<br />
großen Teil durch Länder mit weitgehend elektrifiziertem<br />
Hauptstreckennetz, in Ost- und in Südosteuropa können dabei<br />
aber noch Lücken oder Schwachstellen bestehen. Das gilt<br />
<strong>eb</strong>enso für das kürzlich verordnete Europäische Gütervorrangnetz<br />
[7], soweit einige der neun dafür definierten Korridore<br />
in Regionen ohne oder mit schwa chem elektrischen<br />
Betri<strong>eb</strong> vorstoßen. Abgesehen von solchen übergeordneten<br />
Plänen mögen mit AC 50 Hz betri<strong>eb</strong>ene <strong>Bahnen</strong> in diesem<br />
Raum auch eigenen Modernisierungsbedarf haben, sei es<br />
aus den Jahrzehnten bis um 1990 oder aus nachfolgenden<br />
Krisen. Bei all dem kann es vorkommen, dass eine stabile<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung mittels Umrichterwerken schon aus<br />
vorhandenen 3AC-Regional netzen zu erreichen und deren<br />
Ertüchtigung nur dafür vermeidbar ist [5].<br />
Grundsätzlich folgen die in [1] beschri<strong>eb</strong>enen Vorteile<br />
bei der Energie-Effizienz, der Emissionen-Minderung und<br />
der Betri<strong>eb</strong>sführung in höchstem Maße den klimaund<br />
verkehrspolitischen Zielen der Europäischen<br />
Kommission. EU-geförderte Vorhaben fordern es<br />
also geradezu heraus, zur dezentralen 1AC-<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
aus 3AC-Landesnetzen statische<br />
Umrichter einzusetzen. Damit kann dieses<br />
Konzept auch von Europa aus über Pionierstatus<br />
zum Weltstandard werden.<br />
Weil die DC-Nennspannung<br />
bisher nicht über 3 kV<br />
zu steigern war, bedeutet<br />
das hohe Stromstärken,<br />
gegenüber 15 kV zum Beispiel<br />
für dieselbe Leistung<br />
das Fünffache. Das erfordert<br />
horrenden Aufwand<br />
an der elektrotechnischen<br />
Infrastruktur. So werden in<br />
dichtem Abstand Gleichrichterwerke<br />
mit ihren Hochoder<br />
Mittelspannungs-Netzanschlüssen<br />
benötigt. Noch<br />
schwerer wiegen, in doppeltem<br />
Wortsinn, die an der<br />
Strecke zu verlegenden und<br />
neuerdings zu verteidigenden<br />
Kupfermassen (Bild 1).<br />
Hierzu gilt das Gleiche wie<br />
zum Erdöl für die Dieseltraktion:<br />
Die Warnmeldungen<br />
über schrumpfende<br />
Weltvorräte verdichten sich,<br />
die Verteilungskämpfe werden<br />
härter werden und die<br />
Preise werden steigen mit<br />
schwersten Auswirkungen<br />
auf die Volkswirtschaften.<br />
Die aufzuhängenden und<br />
nachzuspannenden Massen<br />
bedingen natürlich dafür<br />
dimensionierte Armaturen,<br />
Stützpunkte und Fundamen-<br />
Bild 2: Doppelspeiseleitungen aus<br />
E-Al 240 zur Oberleitung in Bild 1.<br />
Tabelle 3: Europäische <strong>Bahnen</strong><br />
mit DC-Betri<strong>eb</strong>.<br />
nur DC 3 kV<br />
Polen<br />
Estland<br />
Lettland<br />
DC 3 kV und AC 25 kV 50 Hz<br />
klassisch<br />
Luxemburg<br />
Tschechien<br />
Slowakei<br />
Slowenien<br />
Kroatien<br />
Russland<br />
Ukraine<br />
DC 3 kV und AC 25 kV 50 Hz<br />
modern 1<br />
Spanien<br />
Italien<br />
Belgien<br />
Russland<br />
1<br />
neue Hochgeschwindigkeitsstrecken<br />
Qualität die bewegt<br />
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4 DC-<strong>Bahnen</strong><br />
Der Kommentar [5] weist auch darauf hin, dass<br />
das Umrichterkonzept eine 1AC-Elektrifizierung<br />
erleichtern oder überhaupt erst ermöglichen kann,<br />
wo sonst mit Rücksicht auf das 3AC-Landesnetz<br />
allenfalls Betri<strong>eb</strong> mit DC 3 kV möglich wäre. Dieser<br />
Gedanke lässt sich weiterspinnen.<br />
In Europa gibt es außerhalb des nur durch<br />
Dänemark unterbrochenen Korridors Norwegen –<br />
Schweden – Deutschland – Schweiz – Österreich<br />
etwas über 40 000 km Eisenbahnstrecken mit DC-<br />
Betri<strong>eb</strong> (Tabelle 3) und in allen Kontinenten zusammen<br />
etwas über 100 000 km.<br />
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255<br />
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Journal Extra<br />
te (Bild 2). Und es bleibt nicht bei den Anfangsinvestitionen:<br />
Das Erneuern zweier abgenutzter 150-mm 2 -Fahrdrähte<br />
schmerzt heftiger als das eines mit 100 mm 2 .<br />
Bild 3: Modellrechnung für Beharrungsfahrt, Parameter Tabelle 4.<br />
grün Arbeit am Stromabnehmer<br />
blau Verluste bei 15 kV 17 Hz<br />
rot Verluste bei DC 3 kV<br />
Tabelle 4: Modellrechnung für Traktionsleistung 9 MW konstant<br />
am Stromabnehmer (Bild 3), eingleisige Strecke zweiseitig gespeist,<br />
leicht gerundete Werte.<br />
DC 3 kV AC 15 kV<br />
17 Hz<br />
Kettenwerk<br />
Fahrdraht<br />
Tragseil<br />
Bild 4: Fahrleitung DC 3 kV, Strecke<br />
Casablanca – Marrakesch (Foto: Be,<br />
F<strong>eb</strong>ruar 2011, auch Bild 5).<br />
mm 2<br />
mm 2<br />
2 x 150 Cu<br />
1 x 150 Cu<br />
120 CuAg 1<br />
70 Bz<br />
Resistanzbelag 2 Ω/km 0,06 0,15<br />
Abstand Unterwerke km 15 45<br />
Leerlaufspannung 3 kV 3,5 17,0<br />
Betri<strong>eb</strong>spunkt Mitte<br />
Betri<strong>eb</strong>sspannung<br />
Verlustleistung<br />
Verlust- zu Nutzleistung<br />
kV<br />
MW<br />
%<br />
2,8<br />
2,4<br />
+27<br />
16,1<br />
0,5<br />
+6<br />
Verlust- zu Nutzarbeit 4 % +18 +4<br />
1<br />
auch 100 Cu + Bz 50 ausreichend bei etwas höheren Verlus ten<br />
2<br />
mit Rückleitung über Fahrschienen, Blindspannungsfall im<br />
Stromkreis bei niedriger Frequenz vernachlässigbar weil<br />
Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge Leistungsfaktor 1<br />
3<br />
konstant angenommen, Impedanz Unterwerk vernachlässigt<br />
4<br />
über Fahrspiele<br />
Bild 5: Fahrleitung AC 25 kV,<br />
Bahnhof Marrakesch, erneuert<br />
2009.<br />
Trotz dieses Anlagenaufwands sind die Übertragungsverluste<br />
bei DC-<strong>Bahnen</strong> immens. Dazu zeigen Bild 3 und<br />
Tabelle 4 das Erg<strong>eb</strong>nis einer vereinfachten Modellrechnung.<br />
Zugrunde liegt eine Zugfahrt mit konstant 9 MW<br />
Leistung am Stromabnehmer – also zum Beispiel ein<br />
Hochgeschwindigkeitszug mit zwei Tri<strong>eb</strong>köpfen oder ein<br />
Schwergutzug mit Doppeltraktion – über rund 50 km<br />
eingleisige Strecke. Für DC 3 kV sieht man dabei Wirkungs-<br />
und Energieverlustwerte wie in den Anfängen der<br />
elektrischen Energieübertragung, bei DC 1,5 kV kann das<br />
je nach Infrastruktur noch schlimmer sein.<br />
Energieeinsparung durch elektrisches Rückspeis<strong>eb</strong>remsen<br />
war der Ausgangspunkt für [1]. Normale Gleichrichterwerke<br />
erlauben mit ihren Dioden keinen Leistungsrückfluss;<br />
Wechselrichter sind dabei Ausnahmen [8]. Die<br />
Bremsenergie muss also im DC-Fahrleitungsnetz bleiben.<br />
Selbst wenn dieses durchgeschaltet betri<strong>eb</strong>en wird, entstehen<br />
aber Verluste wie bei der Traktionsleistung.<br />
Viele alte Anlagen von DC-<strong>Bahnen</strong> werden in der kommenden<br />
Zeit erneuert werden müssen. Manche dieser <strong>Bahnen</strong><br />
planen oder betreiben offen oder im Stillen, ihre<br />
Strecken später einmal auf 1 AC umzustellen. Für die Niederlande<br />
ist darüber schon berichtet [9], weshalb sie in<br />
Tabelle 3 gar nicht mehr aufgenommen sind. Im nördlichen<br />
Tschechien kann man sehen, dass die DC-Anlagen dort schon<br />
lange oder seit jeher für AC 25 kV vorbereitet sind, und in<br />
Marokko geschieht das auf den derzeit rund 1 000 km Strecken<br />
mit DC 3 kV offenkundig planmäßig bei Erneuerungen<br />
(Bilder 4 und 5). Vermutlich beschäftigen sich viele andere<br />
DC-<strong>Bahnen</strong> <strong>eb</strong>enfalls mit dieser Frage und sollten dabei die<br />
in [1] aufgezeigten Zusammenhänge mit berücksichtigen.<br />
Zum investiven und betri<strong>eb</strong>lichen Ablauf solcher Umstellungen<br />
könnte auch geprüft werden, ob als Ersatz für einzelne<br />
Gleichrichterwerke schon Umrichterwerke errichtet werden,<br />
die übergangsweise geregelte Gleichspannung abg<strong>eb</strong>en.<br />
5 Investitionen<br />
Die Relationen in Spalte 4 der Tabelle 2 erlauben erste<br />
Grobvergleiche der Direktinvestitionen für Schaltanlagen<br />
und Umwandlungskomponenten bei Neubau- wie<br />
bei Umstellungsvorhaben. Dazu können negative Sprunginvestitionen<br />
durch Übergang von 230 auf 115 kV Anschlussspannung<br />
oder fallweise eine noch niedrigere Ebene<br />
kommen [1; 5]. Eventuell immer noch verbleibende<br />
Mehrinvestitionen der Varianten 3 und 4 können unter<br />
bestimmten Umständen durch Verkauf von CO 2<br />
-Zertifikaten<br />
im Rahmen des Clean Development Mechanism (CDM)<br />
kompensiert werden, wenn bei ihnen die höhere Bremsenergienutzung<br />
nachgewiesen ist.<br />
Anmerkung: Zur Schreibweise „17 Hz“ siehe Kommentar<br />
auf Seite 267 im selben Heft.<br />
Uwe Behmann<br />
Ergänzung<br />
Wenn man auf Grund der in [1] klargestellten Vorteile<br />
bei den in Abschnitt 2 und 3 genannten Neuelektrifizierungen<br />
und den in Abschnitt 4 an gesprochenen Umstel-<br />
256 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
Journal Extra<br />
lungen von DC auf AC die Bereitstellung der <strong>Bahnen</strong>ergie<br />
durch Umrichter wählt, ist man in der Frequenzwahl frei.<br />
Daher sollte man die in [5] genannten und oben am Beispiel<br />
USA gezeigten weiteren Vorteile einer niedrigeren<br />
Sonderfrequenz gleich noch mitnehmen, um sich das volle<br />
Potenzial einer AC-<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung zu Nutze zu<br />
machen, bei der man Herr im eigenen Haus ist. Moderne<br />
AC-Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge können ohne größeren Aufwand für<br />
den Betri<strong>eb</strong> mit verschiedenen Frequenzen tauglich gemacht<br />
werden, sodass ein Übergang auf schon mit 50 Hz<br />
elektrifizierte Strecken unproblematisch ist.<br />
Die Nennspannung bei Bahnsonderfrequenz in Europa<br />
ist 15 kV. Ob es bei Neu- oder Umelektrifizierungen<br />
damit zweckmäßiger ist, die für 50 Hz geltende<br />
Spannung 25 kV zu wählen, muss besonders untersucht<br />
werden. Zwar gibt es dafür alle Standardbauteile wie<br />
Schalter und Isolatoren, und es können die Vorteile der<br />
Kombination niedriger Frequenz und hoher Spannung<br />
genutzt werden (Variante 4 in Tabelle 2). Allerdings<br />
würde es die Profil freimachung erschweren und verteuern,<br />
die bisherigen Spannungstrennstellen zwischen<br />
den Fahrleitungsnetzen zementieren und alle Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge,<br />
die auf alten 15-kV- und neuen 25-kV-Strecken<br />
verkehren, müssten einen umschaltbaren Haupttransformator<br />
für beide Spannungen haben.<br />
Bei Umstellung von mit DC betri<strong>eb</strong>enen <strong>Bahnen</strong> in<br />
Europa auf AC kann als langfristige Vision, wenn man<br />
auch eine Umstellung auf Sonderfrequenz in Dänemark<br />
annimmt, ein zusammenhängendes mit der gleichen AC-<br />
Frequenz betri<strong>eb</strong>enes Netz konventioneller Strecken gesehen<br />
werden, das von Narvik im Norden bis Reggio di<br />
Calabria oder nach dem Bau der Brücke bei Messina sogar<br />
bis Sizilien im Süden und von Oostende im Westen bis zum<br />
Spurwechselbahnhof Brest im Osten reicht.<br />
Zuletzt soll noch einmal darauf hingewiesen werden,<br />
dass niedrige Sonderfrequenzen auch für andere Anwendungen<br />
vorteilhaft sind, besonders für Offshore-Windkraftparks<br />
[10].<br />
Thorsten Schütte, Västerås<br />
[1] Behmann, U.; Rieckhoff, K.: Umrichterwerke bei 50-Hz-<strong>Bahnen</strong><br />
– Vorteile am Beispiel der Chinese Railways. Converter<br />
Stations in 50 HzTraction – Advantages in Case of Chinese<br />
Railways. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 109 (2011), H. 1-2, S. 63–74.<br />
[2] Bethge, Ph.: Highspeed nach Los Angeles. In: DER SPIEGEL 64<br />
(2011), Nr. 10, S. 116–117.<br />
[3] Zimmert, G.; Solka, M.: Elektrifizierung der Hochgeschwindigkeitsstrecke<br />
Wuhan – Guangzhou. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
107 (2009), H. 8, S. 338–343.<br />
[4] Krems, St.; Matthes, U.: Neubaustrecke (NBS) Nürnberg –<br />
Ingolstadt – Technische Ausrüstung. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
105 (2007), H. 4-5, S. 290–294.<br />
[5] Schütte, Th.: Kommentar zu [1]. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 109<br />
(2011), H. 1-2, S. 99–100.<br />
[6] Be: Lokomotivplattform ALP für Nordamerika. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 108 (2010), H. 1-2, S. 84–86.<br />
[7] N. N.: EG-Verordnung zum Gütervorrangnetz. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 108 (2010), H. 8-9, S. 409.<br />
[8] Schlunegger, H.: Wechselrichterwerke bei Gleichstrombahnen.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 101 (2003), H. 11, S. 500–506.<br />
[9] Minkman, H.; Smulders, E.: Übergang der Energieversorgung<br />
von DC 1,5 kV auf AC 25 kV 50 Hz, rasch und kostengünstig.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 102 (2004), H. 5, S. 231–239.<br />
[10] Schütte, Th.: Leistungsübertragung bei Windenergieanlagen<br />
und -parks. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 108 (2010), H. 5, S. 230.<br />
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257
Journal Extra<br />
Mauerwerkschornsteine des Bahnkraftwerks<br />
Muldenstein gesprengt<br />
Mit der Sprengung der drei Schornsteine des Bahnkraftwerks<br />
(BKW) Muldenstein am 10. April 2011 geht ein interessantes<br />
Kapitel der Technikgeschichte zu Ende. Die Anfänge<br />
des Bahnkraftwerkes als Teil des Versuchsbetri<strong>eb</strong>es<br />
der ersten elektrischen Fernbahn in Deutschland zwischen<br />
Dessau und Bitterfeld werden in [1] beschri<strong>eb</strong>en. Nach<br />
wechselvoller Geschichte wurde am 5. November 1994<br />
die Bahnmaschine 603 als letzter der noch vorhandenen<br />
16-MVA-Turbogeneratoren des BKW stillgelegt. Der<br />
Dampferzeuger 1 wurde noch bis zum 12. November 1994<br />
zur Restölverbrennung gefahren. In den Jahren danach<br />
spielten sich um die Immobilie des Kraftwerkes nicht ganz<br />
durchschaubare Dinge ab. 2006 verkaufte das Bundeseisenbahnvermögen<br />
(BEV), Außenstelle Halle, die Immobilie<br />
und die Flurstücke 322, 323 und 324 der Flur 1 der<br />
Gemarkung Friedersdorf an die KIB Kanzlei für Immobilienbesitz<br />
und Vermögens GmbH in Dresden. Die Flächen,<br />
die für die Maststandorte der drei Bahnstromleitungen<br />
Muldenstein – Wahren, Riesa – Muldenstein und Muldenstein<br />
– Kirchmöser benötigt werden, waren hiervon ausgenommen.<br />
Der Eintrag in das Grundbuch Friedersdorf<br />
erfolgte 2007. Warum dann 2007/2008 die Abrissarbeiten<br />
am Bahnkraftwerk begannen, ist unklar. Eine Genehmigung<br />
dafür lag nicht vor. Nachdem das Landesverwaltungsamt<br />
Halle von den Abrissarbeiten Kenntnis erhielt,<br />
wurden diese im Sommer 2009 gestoppt. Inzwischen<br />
wurden Grundstück und Immobilie von der FBS Projekt<br />
Kraftwerk GmbH aus Rackwitz erworben. Der Abriss der<br />
G<strong>eb</strong>äude und die Beräumung des Geländes wurden fortgeführt<br />
und am 10. April 2011 um 9:30 h mit der Sprengung<br />
der drei 103,6 m hohen Mauerwerkschornsteine<br />
beendet. Die Thüringer Sprenggesellschaft aus Kaulsdorf<br />
setzte 22 kg Sprengstoff (Eurodyn) pro Schornstein ein.<br />
Die Zündung der Sprengladungen begann am Schorn-<br />
Bahnkraftwerk Muldenstein mit den Schornsteinen 1, 2 und 3; Blick<br />
vom Kühlwassereinlaufkanal mit Einlaufbauwerk, im Hintergrund die<br />
südwestliche Gi<strong>eb</strong>elwand des Maschinenhauses (Foto: S. Graßmann).<br />
Die Schornsteine 1, 2 und 3 am 9. April 2011 vor der Sprengung<br />
(Foto: Stephan).<br />
258 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
Journal Extra<br />
Die Schornsteine 1, 2 und 3 während der Sprengung am 10. April 2011<br />
(Foto: Stephan).<br />
stein 1, die Sprengladungen der Schornsteine 2 und 3<br />
folgten mit einer Zeitverzögerung von jeweils 1,5 s.<br />
Als Landmarken und Zeugen der Industrialisierung des<br />
Bitterfelder Raumes waren die drei Schornsteine des BKW<br />
Muldenstein bei den Feierlichkeiten zum 100-jährigen Jubiläum<br />
der Inbetri<strong>eb</strong>nahme des öffentlichen Verkehrs mit<br />
elektrischen Zügen am 1. und 2. April 2011 noch vorhanden.<br />
Dabei hat nur der nordöstliche Schornstein 3, dessen<br />
Krone schon vor mehreren Jahren abgerissen werden<br />
musste, selbst ein Alter von 100 Jahren erreicht. Auf dem<br />
beräumten Kraftwerksgelände ist geplant, eine Photovoltaikanlage<br />
als eines von drei Solarfeldern in Muldenstein<br />
durch die FBS Solar-Projekt zu errichten.<br />
In Vorbereitung der Schornsteinsprengung mussten<br />
umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden.<br />
Dazu gehörte auch die Sperrung des zweigleisigen<br />
Streckenabschnitts Bitterfeld – Muldenstein für den Zugbetri<strong>eb</strong>,<br />
die für die Zeit von 7:55 h bis 11:25 h gemäß einer<br />
Betri<strong>eb</strong>s- und Bauanweisung (Betra) vorbereitet war.<br />
Die Oberleitung dieses Streckenabschnitts wurde für die<br />
Zeit der Sperrpause geerdet und kurzgeschlossen. In die<br />
110-kV-Schaltanlage des benachbarten Unterwerkes sind<br />
sechs 110-kV-<strong>Bahnen</strong>ergieleitungen eingeführt, die während<br />
der Sprengungen in Betri<strong>eb</strong> g<strong>eb</strong>li<strong>eb</strong>en waren. Das<br />
Unterwerk verfügt über zwei 110 kV/15-kV-Bahntransformatoren.<br />
Diese Transformatoren und alle vom Unterwerk<br />
abgehenden 15-kV-Speiseleitungen sind <strong>eb</strong>enfalls<br />
im Zusammenhang mit den Schalthandlungen im Oberleitungsnetz<br />
außer Betri<strong>eb</strong> genommen worden. Nach<br />
der Sprengung wurden alle im Sprengbereich gelegenen<br />
Anlagenteile der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung auf Folgen wie<br />
beispielsweise unzulässige Verschmutzungen oder Isolatorschäden<br />
überprüft.<br />
Siegfried Graßmann, Oberau<br />
[1] Graßmann, S., Scherrans, T., Glanert, P.: 100 Jahre Fernbahnelektrifizierung<br />
in Deutschland. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 109<br />
(2011), H. 4-5, S. 247-253.<br />
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<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
259
Journal <strong>Bahnen</strong><br />
Betri<strong>eb</strong>slage bei der S-Bahn Berlin<br />
Fortsetzung zu [1]<br />
Betri<strong>eb</strong><br />
Der Gesamteinsatzbestand<br />
aller drei Tri<strong>eb</strong>zug-Baureihen<br />
(BR) ist seit Anfang F<strong>eb</strong>ruar<br />
2011 nicht dauerhaft über<br />
etwa 415 Viertelzüge (Vz)<br />
hinaus gekommen. Ab 28. F<strong>eb</strong>ruar<br />
wurde die netzweite<br />
Geschwindigkeitsbeschränkung<br />
auf 60 km/h aufgehoben.<br />
Baureihe 485+885<br />
Anfang März ist der erste von<br />
20 zu reaktivierenden VZ dieser<br />
BR wieder im Fahrgastbetri<strong>eb</strong>.<br />
Offenbar waren diese nicht nur<br />
abgestellt, sondern auch schon<br />
ausg<strong>eb</strong>ucht gewesen, denn<br />
Tabelle 5 in [2] nannte als<br />
Bestand am 1. Januar 2011<br />
noch 60 VZ. Für die Wiederherstellung<br />
hatte sich auf externe<br />
Ausschreibung nur ein Fahrzeughersteller<br />
gemeldet und<br />
einen Preis fast wie für Neubauzüge<br />
verlangt; dazu wäre<br />
noch umfangreiche DB-seitige<br />
Unterstützung gekommen.<br />
Deshalb ging der Auftrag an<br />
die DB-Werke Wittenberge für<br />
Karosseriesanierung und Redesign<br />
und Dessau für die<br />
Hauptuntersuchung (HU).<br />
Planung und Vorbereitung<br />
dauerten eineinhalb Jahre,<br />
Ersatzteile werden aus nicht<br />
mehr reaktivierbaren Fahrzeugen<br />
gewonnen oder sogar<br />
einzeln neu gefertigt. Die<br />
Wagenkästen sind jetzt flotteneinheitlich<br />
rot-gelb beschichtet<br />
(Bild 5 in [1]) und auch die<br />
neuen Inneneinrichtungen wie<br />
Sitzpolster entsprechen denen<br />
der beiden anderen BR. Das<br />
Programm erfordert jetzt<br />
16 Mio. EUR. Die beiden Werke<br />
sollen es bis Jahresmitte 2011<br />
abwickeln, sodass nach dem<br />
Radsatztausch an den nicht<br />
abgestellt gewesenen 60 VZ am<br />
Jahresende alle 80 VZ verfügbar<br />
wären. Das Werk Schöneweide<br />
konzentriert sich derweil auf<br />
HU an der BR 481+482 und soll<br />
diese 2011 an 90 VZ ausführen.<br />
Sandstreueinrichtungen<br />
Die DB hat im Amtsblatt der<br />
Europäischen Union vom 14. April<br />
2011 die Beschaffung von<br />
Komponenten für die Sandstreueinrichtungen<br />
von Berliner<br />
S-Bahn-Zügen ausgeschri<strong>eb</strong>en<br />
(2011/S 72-118051), mit denen<br />
deren Bremsvermögen bei<br />
schlechten Kraftschlussverhältnissen<br />
verbessert werden soll.<br />
Der Auftrag umfasst je zwei<br />
beheizte Sandrohre und Sandbehälterheizungen<br />
für die<br />
vorlaufenden Radsätze der<br />
500 VZ 481+482 und der 69 VZ<br />
480.0+480.5, also 2 276 Anlagen;<br />
die Anbieter können aber auch<br />
anderen Schutz gegen Festfrieren<br />
des Sandbehälterinhalts<br />
vorschlagen. Ferner gehören<br />
dazu <strong>eb</strong>en so viele Wirküberwachungen/Funktionskontrollen.<br />
Die 69 VZ sind neun mehr als<br />
noch in der Tabelle 5 in [1]<br />
genannt. Die BR 485+885 hat<br />
keine Sandstreuvorrichtungen;<br />
offenbar hat sie mit ihrer lastabhängigen<br />
Bremse und elektronischem<br />
Antigleitschutz bisher<br />
keine unangenehmen Bremsprobleme<br />
bereitet [3]. Der Auftrag<br />
soll ab Vergabe in zwei<br />
Jahren abgewickelt werden und<br />
0,4 bis 0,85 Mio. EUR erfordern.<br />
Weil die Sache sicherheitsrelevant<br />
und deshalb eilig ist, soll im<br />
Beschleunigten Verhandlungsverfahren<br />
eine Rahmenvereinbarung<br />
mit nur einem Wirtschaftsteilnehmer<br />
geschlossen<br />
werden.<br />
Be<br />
[1] Be: Betri<strong>eb</strong>slage bei der S-Bahn<br />
Berlin. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
109 (2011), H. 1-2/2011, S. 88–91.<br />
[2] N. N.: <strong>Elektrische</strong>r Betri<strong>eb</strong> bei<br />
der Deutschen Bahn im Jahre<br />
2010. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
109 (2011), H. 1-2, S. 3–49.<br />
[3] Herdeggen, H.; Fechner, W.; Nikolof,<br />
I.: Die neuen Tri<strong>eb</strong>züge<br />
Baureihe 270 für die Berliner<br />
S-Bahn. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
79 (1981), H. 5, S. 194–201.<br />
Bombardier Transportation<br />
(BT) hergestellten Fahrzeugfamilie<br />
für den Betri<strong>eb</strong>seinsatz<br />
bei der DB zugelassen. Unmittelbar<br />
zuvor hatte BT letzte<br />
sicherheitsrelevante Unterlagen<br />
eingereicht. Zur Gewährleistung<br />
der Sicherheit ist die<br />
Genehmigung mit mehreren<br />
technischen und betri<strong>eb</strong>lichen<br />
N<strong>eb</strong>enbestimmungen verbunden.<br />
Nach Herstellerangaben<br />
gilt die Zulassung für die Einfachtraktion<br />
der Talent 2-Züge,<br />
die für die DB Regio Franken<br />
bestimmt sind [1]. Die<br />
ersten Tri<strong>eb</strong>züge sind für<br />
Test- und Schulungsfahrten an<br />
die DB überg<strong>eb</strong>en worden.<br />
Die Höchstgeschwindigkeit<br />
der Züge beträgt nach Herstellerangaben<br />
160 km/h. Nach<br />
einer N<strong>eb</strong>enbestimmung darf<br />
diese Geschwindigkeit zurzeit<br />
noch nicht gefahren werden.<br />
In enger Zusammenarbeit mit<br />
dem EBA erarbeitet BT zügig<br />
die Unterlagen, die für die<br />
Fortsetzung des Zulassungsverfahrens<br />
erforderlich sind.<br />
Ziel des Herstellers ist, dass die<br />
DB die Züge im zweiten Halbjahr<br />
2011 uneingeschränkt im<br />
Betri<strong>eb</strong>seinsatz auch in Mehrfachtraktion<br />
nutzen kann.<br />
[1] N. N.: Regional- und Nahverkehrszug<br />
TALENT 2 für DB Bahn<br />
Regio. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
106 (2008), H. 10, S. 474.<br />
<strong>Elektrische</strong> Tri<strong>eb</strong>züge für den Vorortverkehr<br />
Adelaide<br />
Bombardier Transportation<br />
(BT) hat im März 2011 von der<br />
Regierung Südaustraliens<br />
einen Auftrag über die Lieferung<br />
und Instandhaltung von<br />
22 elektrischen Tri<strong>eb</strong>zügen<br />
A-City im Wert von etwa<br />
269 Mio. AUD (197 Mio. EUR)<br />
erhalten. Die Tri<strong>eb</strong>züge wurden<br />
speziell für das erneuerte<br />
Vorstadtnetz von Adelaide<br />
entwickelt und bestehen aus<br />
jeweils drei Wagen und bieten<br />
240 Sitzplätze. Die Energieversorgung<br />
der Tri<strong>eb</strong>züge erfolgt<br />
über Oberleitungen, die Nennspannung<br />
beträgt 1 AC 25 kV<br />
50 Hz. Die in Aus-tralien als<br />
A-City bekannten Fahrzeuge<br />
besitzen FLEXX-Drehgestelle<br />
und sind mit dem MITRAC<br />
Antri<strong>eb</strong>s- und Steuerungssystem<br />
ausgerüstet, ihre Höchstgeschwindigkeit<br />
beträgt<br />
110 km/h. Die A-City werden in<br />
den Werken in Dandenong<br />
(Victoria) und Maryborough<br />
(Queensland) gefertigt und<br />
sollen 2013 in Betri<strong>eb</strong> genommen<br />
werden.<br />
Tri<strong>eb</strong>züge A-City für Adelaide. (Designstudie: Bombardier).<br />
EBA erteilt Zulassung für Talent 2<br />
Im März 2011 hat das Eisenbahnbundesamt<br />
(EBA) nach<br />
intensiven Abstimmungen mit<br />
dem Hersteller die ersten<br />
vierteiligen elektrischen Tri<strong>eb</strong>züge<br />
Talent 2 (BR 442) der von<br />
BiLevel-Nahverkehrsfahrzeuge für Toronto<br />
Die kanadische Metrolinx,<br />
Verkehrsgesellschaft für die<br />
Region Greater Toronto and<br />
Hamilton Area (GTHA), hat<br />
Bombardier Transportation<br />
(BT) mit der Lieferung weiterer<br />
260 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong> Journal<br />
50 BiLevel-Nahverkehrswagen<br />
an die Tochtergesellschaft<br />
GO Transit in Toronto beauftragt.<br />
Das Vertragsvolumen<br />
beträgt etwa 125 Mio. CAD<br />
(93 Mio. EUR). Die Wagen<br />
werden in Thunder Bay, Provinz<br />
Ontario in Kanada gefertigt,<br />
die ersten Auslieferungen<br />
sind für November 2011 vorgesehen.<br />
BiLevel-Wagen, von BT<br />
in Kooperation mit GO Transit<br />
entwickelt, werden seit 1978<br />
im Nahverkehr eingesetzt und<br />
bieten 162 Sitzplätze. Das<br />
Basisdesign der komfortabel<br />
ausgestatteten Fahrzeuge<br />
kann nach Herstellerangaben<br />
auch an zukünftige Entwicklungen<br />
angepasst werden.<br />
BiLevel-Wagen sind in Nordamerika<br />
populäre Nahverkehrsfahrzeuge,<br />
die in<br />
13 Großstädten der USA und<br />
Kanadas eingesetzt werden<br />
[1]. Im Rahmen des Auftrags<br />
von Metrolinx wird der<br />
1000. BiLevel-Wagen in Thunder<br />
Bay hergestellt.<br />
[1] N. N.: Doppelstockwagen für<br />
den Nahverkehr Vancouver. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 107 (2009),<br />
H. 8, S. 362.<br />
Eurosprinter-Lokomotive ES64F4 in der MRCE-Lackierung (Foto: Siemens).<br />
Übergabe der ersten ES64U4 an InRail<br />
Drei Monate nach der Bestellung<br />
von zwei Lokomotiven<br />
ES64U4 übergab Siemens<br />
Mobility im März 2011 die<br />
erste Lokomotive an das italienische<br />
EVU InRail [1]. Die<br />
zweite Lokomotive soll Ende<br />
Juni geliefert werden.<br />
[1] N. N.: InRail Italien kauft zwei Lokomotiven<br />
Eurosprinter ES64U4.<br />
In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 109 (2011),<br />
H. 3, S. 154.<br />
BiLevel-Nahverkehrswagen für Go Transit Toronto (Foto: Bombardier).<br />
RTS Graz beschafft weitere Lokomotiven<br />
Das Eisenbahnverkehrsunternehmen<br />
Rail Transport Service<br />
(RTS) Graz führt Transporte<br />
von Gleisbaumaschinen und<br />
Arbeitszugleistungen in Österreich,<br />
Deutschland, Ungarn<br />
und den Niederlanden durch.<br />
RTS besitzt unter anderem<br />
drei Mehrsystemlokomotiven<br />
ES64U4 und vier Diesellokomotiven<br />
ER20. RTS hat im<br />
April 2011 bei Siemens<br />
Mobility eine elektrische<br />
Mehrsystemlokomotive<br />
ES64U4 und eine Diesellokomotive<br />
ER20 bestellt. Beide<br />
Lokomotiven werden 2011<br />
geliefert.<br />
Info: www.br146.de/SiemensPdf<br />
/Datenblatt%20ES64U4.pdf<br />
www.mobility.siemens.com/shared/<br />
data/pdf/www/rolling_<br />
stock/a19100-v600-b332_<br />
produktschrift_er20.pdf<br />
Fünf Eurosprinter-Lokomotiven für MRCE<br />
Mitsui Rail Capital Europe B.V.<br />
(MRCE), eine Vermietgesellschaft<br />
für Lokomotiven in<br />
Europa, bestellte im April 2011<br />
bei Siemens Mobility fünf<br />
Eurosprinter-Lokomotiven<br />
ES64F4. Die Viersystem-Lokomotiven<br />
werden für den Einsatz<br />
in Mittel- und Osteuropa<br />
ausgerüstet und sollen Zulassungen<br />
für Langstreckenverbindungen<br />
vom Schwarzen<br />
Meer bis zu den Ostseehäfen<br />
in Polen und an die Holländische<br />
Grenze besitzen.<br />
Info: www.mobility.siemens.<br />
com/shared/data/pdf/www/rolling_stock/a19100-v600-329_<br />
produktschrift_es64f41.pdf<br />
Übergabe der ersten Lokomotive ES64U4 an InRail (Foto: Siemens).<br />
Innovationszentrum für Bahntechnik in<br />
Großbritannien<br />
Die Siemens-Division Mobility<br />
(SIM) hat im März 2011 ein<br />
Rail Innovation Centre of<br />
Competence in Großbritannien<br />
gegründet. In diesem Zentrum<br />
sollen Konzepte und<br />
Technologien für die Instandhaltung<br />
von Schienenfahrzeugen<br />
entwickelt werden. Die<br />
Nachfrage nach diesen Leistungen<br />
steigt: SIM schätzt,<br />
dass der Markt in diesem Bereich<br />
bis 2016 um mehr als<br />
drei Prozent jährlich wächst. In<br />
Großbritannien hält SIM etwa<br />
370 Desiro-UK-Züge instand<br />
[1]. Von den Erfahrungen aus<br />
dem Servicegeschäft in den<br />
britischen Depots soll auch das<br />
Innovationszentrum profitieren.<br />
In ihm werden Konzepte<br />
und Technologien für die<br />
Ferndiagnose und die vorausschauende<br />
Instandhaltung von<br />
Schienenfahrzeugen entwickelt.<br />
Damit sollen Instandhaltungstechniker<br />
in die Lage<br />
versetzt werden, das Verhalten<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
261
Journal <strong>Bahnen</strong><br />
von Schienenfahrzeugen auch<br />
während des Betri<strong>eb</strong>seinsatzes<br />
kontinuierlich zu überwachen.<br />
Durch die Ferndiagnose und<br />
die vorausschauende Instandhaltung<br />
soll die Sicherheit und<br />
die Zuverlässigkeit von Schienenfahrzeugen<br />
weiter erhöht<br />
werden. Gleichzeitig senken<br />
diese beiden Instandhaltungsmethoden<br />
die Servicekosten<br />
für den Betreiber, da der erforderliche<br />
Serviceumfang präziser<br />
bestimmt werden kann.<br />
Falls die Messdaten aus der<br />
Ferndiagnose auffällig sind,<br />
können die Instandhaltungstechniker<br />
eingreifen, bevor es<br />
zu einer Störung kommt.<br />
[1] N. N.: Bewertung der Zuverlässigkeit<br />
von Desiro-Tri<strong>eb</strong>zügen<br />
in Großbritannien. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 109 (2011), H. 1-2,<br />
S. 92-93.<br />
SIM-Techniker bei der Wartung eines Desiro-Tri<strong>eb</strong>zuges im Depot in Ardwick,<br />
Manchester. (Foto: Siemens).<br />
Erweiterung der Metro Kalkutta<br />
In Kalkutta wurde 1984 die<br />
erste Metrolinie mit gegenwärtig<br />
23 Stationen bei 22,3 km<br />
Streckenlänge eröffnet. Sie ist<br />
mit der indischen Breitspur<br />
1 676 mm ausgeführt, die Energiezuführung<br />
erfolgt über eine<br />
seitliche Stromschiene mit<br />
DC 750 V Nennspannung und<br />
ihre Höchstgeschwindigkeit<br />
beträgt 55 km/h. Nun soll in<br />
zwei Bauabschnitten eine<br />
weitere Ost-West-Metrostrecke<br />
mit 14,7 km Länge und<br />
zwölf Stationen mit Normalspurweite<br />
1 435 mm g<strong>eb</strong>aut<br />
werden. Der 5,8 km lange erste<br />
Bauabschnitt, eine Hochbahn<br />
mit sechs Stationen, soll Ende<br />
2013 in Betri<strong>eb</strong> genommen<br />
werden. Der zweite, vollständig<br />
unterirdisch verlaufende<br />
Bauabschnitt mit <strong>eb</strong>enfalls<br />
sechs Stationen ist 8,9 km lang.<br />
Die Inbetri<strong>eb</strong>nahme ist für<br />
2014 vorgesehen. Die neue<br />
Metrolinie unterquert als erste<br />
Linie Indiens einen Fluss, den<br />
Hooghly River. Das indische<br />
Unternehmen Kolkata Metro<br />
Rail Corporation (KMRC) hat<br />
im März 2011 Siemens Mobility<br />
(SIM) beauftragt, das komplette<br />
System der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
zu liefern. Die neue<br />
Metrolinie wird <strong>eb</strong>enfalls mit<br />
der Nennspannung DC 750 V<br />
betri<strong>eb</strong>en. Die elektrische<br />
Energie 3 AC 33 kV 50 Hz wird<br />
von Calcutta Electric Supply<br />
Corporation Ltd. für neun<br />
Gleichrichterunterwerke und<br />
das Depot über ein eigenes<br />
Kabelnetz für die Metro geliefert.<br />
SIM errichtet die Stromschienenfahrleitung<br />
als dritte<br />
Schiene. Mit einem<br />
Scada-System werden die<br />
Anlagen der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
gesteuert und überwacht.<br />
In die Anlage wird ein<br />
Monitoring-System Sitras SMS<br />
zur Überwachung der Schienenpotentiale<br />
integriert. Damit<br />
kann das unzulässige Auftreten<br />
von hohen<br />
Streuströmen rechtzeitig erkannt<br />
und die Ursachen dafür<br />
beseitigt werden. Der SIM-Auftrag<br />
umfasst n<strong>eb</strong>en Montage<br />
Erweiterung des Metrosystems<br />
Val 208 in Turin<br />
Kurz vor Beginn der Olympischen<br />
Winterspiele wurde im<br />
F<strong>eb</strong>ruar 2006 in der piemontesischen<br />
Hauptstadt Turin der<br />
erste, 7,6 km lange Abschnitt<br />
eines vollautomatischen Metrosystems<br />
Val mit elf Stationen<br />
in Betri<strong>eb</strong> genommen.<br />
Der Begriff VaL steht für Véhicule<br />
Automatique Léger und<br />
bezeichnet fahrerlose Fahrzeuge<br />
mit Gummibereifung.<br />
Bis März 2011 wurde das<br />
System in zwei weiteren Bauabschnitten<br />
auf nunmehr<br />
13,2 km und 21 Stationen<br />
erweitert. Die Linie 1 verbindet<br />
nun Collegno, westlich<br />
von Turin, über den Bahnhof<br />
Porta Nuova mit dem südlichen<br />
Turiner Stadtteil Longotto.<br />
Weitere Streckenverlängerungen<br />
von den derzeit vorhandenen<br />
Endstationen sind<br />
vorgesehen. Für das von von<br />
Gruppo Torinese Trasporti<br />
(GTT) betri<strong>eb</strong>ene Metrosystem<br />
lieferte Siemens Mobility (SIM)<br />
die Leit- und Sicherungstechnik<br />
und die im Depot Collegno<br />
installierte Leitstelle. In Zusammenarbeit<br />
mit dem italienischen<br />
Konsortialpartner<br />
Tecnimont hält SIM technische<br />
Ausrüstungen des Systems<br />
während eines Zeitraums von<br />
si<strong>eb</strong>en Jahren instand. Die<br />
Vierwagenzug Val 208 für GTT-Turin (Foto: Siemens).<br />
und Inbetri<strong>eb</strong>nahme der Anlagen<br />
auch das Projektmanagement.<br />
Das Personal wird für<br />
die neuen Anlagen eingewiesen<br />
und geschult. SIM hält<br />
während der Gewährleistungszeit,<br />
die drei Jahre beträgt, die<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsanlagen<br />
instand.<br />
Info: www.mobility.siemens.com/<br />
shared/data/pdf/www/turnkey_<br />
systems/scd-c_pi_101_00.pdf<br />
Arbeiten werden anschließend<br />
von GTT selbst ausgeführt. Die<br />
Vierwagen-Züge sind 52 m<br />
lang und besitzen eine Kapazität<br />
für 440 Fahrgäste. Die<br />
Taktzeit der Züge kann entsprechend<br />
des Beförderungsbedarfs<br />
minimal zwei Minuten<br />
betragen. In Turin werden<br />
Fahrzeuge vom Typ VAL 208<br />
(Bild 1) eingesetzt.<br />
Tabelle: Ausgewählte technische<br />
Daten zum System Val.<br />
Wagenlänge<br />
13 m<br />
Breite des Wagenkastens<br />
2,08 m<br />
Fahrzeughöhe<br />
Anzahl der Wagen<br />
pro Zug<br />
3,27 m<br />
2 oder 4<br />
Anzahl der Sitze 11 bis 27<br />
Höchstgeschwindigkeit 80 km/h<br />
Minimaler Kurvenradius<br />
30 m<br />
Beschleunigung<br />
Maximale Verzögerung<br />
Nennspannung<br />
Minimale vertikale<br />
Radien der Betonfahrbahn<br />
1,3 m/s²<br />
1,3 m/s²<br />
DC 750 V<br />
200 m<br />
Maximale Steigung 10 %<br />
Maximale Überhöhung 10 %<br />
[1] N. N.: Weitere vollautomatische<br />
Metro-Linie mittels Cityval-<br />
Zügen für Rennes. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 108 (2010), H. 12,<br />
S. 577-578.<br />
262 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong> Journal<br />
Zentrum für Drehgestelle in Siegen<br />
Bombardier Transportation<br />
(BT) ergänzt sein Kompetenzzentrum<br />
für Drehgestelle in<br />
Siegen um einen Bereich für<br />
Radsätze. Im ersten Betri<strong>eb</strong>sjahr<br />
sollen rund 1 700 Radsätze<br />
produziert werden, bis<br />
2013 will man die Fertigung<br />
dann auf bis zu 10 000 Radsätzen<br />
pro Jahr ausbauen. Das<br />
Projekt in Siegen, Stadtteil<br />
Dreis-Tiefenbach, wurde innerhalb<br />
von zehn Monaten umgesetzt.<br />
Der Bau einer neuen<br />
Werkhalle hat im Juni 2010<br />
begonnen, am 1. April 2011<br />
wurde die Produktion aufgenommen.<br />
Es werden Radsätze<br />
einschließlich der Bremsscheiben<br />
und der Achslager montiert.<br />
Die Einzelteile eines Radsatzes<br />
können im erforderlichen<br />
Umfang sowohl<br />
aufgepresst als auch aufgeschrumpft<br />
werden. Die Instandhaltung<br />
von Radsätzen<br />
ist möglich. Die Produktion<br />
von Radsätzen vor Ort führt<br />
zu einer vereinfachten Logistikkette,<br />
weiteren Qualitätsoptimierungen<br />
sowie einer<br />
größeren Unabhängigkeit von<br />
externen Lieferanten und<br />
Veränderungen am Markt.<br />
RNV bestellt weitere Straßenbahnzüge mit<br />
Energiespeicher<br />
Rhein-Neckar-Verkehr (RNV)<br />
bestellte im April 2011 elf<br />
Niederflur-Straßenbahnzüge<br />
bei Bombardier Transportation<br />
(BT). Der Auftrag mit einem<br />
Gesamtwert von 33 Mio. EUR<br />
stellt eine weitere Option des<br />
Vertrages aus dem im Jahr<br />
1998 dar [1]. Die Straßenbahnzüge<br />
werden mit dem MITRAC<br />
Energy Saver ausgerüstet,<br />
einer Technologie zur vorübergehenden<br />
Speicherung der<br />
Bremsenergie auf dem Fahrzeug.<br />
RNV wird mit der Auslieferung<br />
der Straßenbahnzüge<br />
bis 2013 dann über 30 <strong>Bahnen</strong><br />
mit einem Energiespeicher<br />
verfügen. Gefertigt werden<br />
die Straßenbahnfahrzeuge in<br />
Bautzen, die elektrische Ausrüstung<br />
wird aus Mannheim<br />
und die Drehgestelle aus Siegen<br />
angeliefert.<br />
[1] N. N.: Straßenbahnen mit Energiespeicher<br />
verkehren im Netz<br />
des rnv. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
109 (2011), H. 1, S. 94-95.<br />
knapp 18 000 km auf über<br />
40 000 km wachsen und die<br />
Zahl der Hochgeschwindigkeitszüge<br />
wird in diesem Zeitraum<br />
von rund 2 500 auf fast<br />
5 000 Einheiten steigen. Dies<br />
prognostiziert die von SCI<br />
Verkehr im März 2011 veröffentlichte<br />
Studie Hochgeschwindigkeitsverkehr<br />
– weltweite<br />
Marktentwicklungen.<br />
Basierend auf den aktuellen<br />
Entwicklungen im Hochgeschwindigkeitssegment<br />
der<br />
Eisenbahn bietet die Studie<br />
Bestandsaufnahmen und Analysen<br />
des Marktes für Hochgeschwindigkeitszüge<br />
und -infrastruktur.<br />
SCI analysierte dazu<br />
Unternehmen, Wettbewerbslandschaften<br />
sowie aktuelle<br />
und zukünftige Marktvolumina<br />
im weltweiten Neufahrzeugund<br />
After-Sales-Geschäft. Im<br />
Jahr 2010 wurden 5,6 Mrd. EUR<br />
in die Neubeschaffung und<br />
2,8 Mrd. EUR pro Jahr in die<br />
Wartung und Instandhaltung<br />
der HGV-Züge investiert. Damit<br />
hat der Markt für Hochgeschwindigkeitszüge<br />
und After-<br />
Sales-Leistungen bereits ein<br />
Volumen von 8 Mrd. EUR überstiegen.<br />
Sowohl das Neufahrzeug-<br />
(etwa 5 %) als auch das<br />
After-Sales-Geschäft (rund<br />
10 %) werden in den kommenden<br />
Jahren, so die Studie, ihr<br />
schnelles Wachstum fortsetzen.<br />
Die Studie analysierte auch die<br />
einzelnen Ländermärkte. Weltweit<br />
die meisten, schnell wachsenden<br />
Metropolregionen, ein<br />
starker politischer Wille, ausreichende<br />
Investitionsmittel und<br />
die hohe Verfügbarkeit von<br />
Arbeitskräften hätten dazu<br />
geführt, dass China innerhalb<br />
weniger Jahre das längste<br />
Hochgeschwindigkeitsnetz der<br />
Welt entwickeln konnte und in<br />
Kürze über die größte Hochgeschwindigkeits-Flotte<br />
verfügen<br />
wird. Auch die etablierten<br />
Märkte Deutschland, Frankreich<br />
und Japan stünden für<br />
einen großen Teil des Marktvolumens.<br />
Aus der Projektdatenbank<br />
von SCI geht laut Studie<br />
aber hervor, dass der Hochgeschwindigkeitsverkehr<br />
auch in<br />
neuen Marktregionen wie<br />
Arabien, Osteuropa und Südamerika<br />
Fuß fasst. Und die<br />
verglichen mit chinesischen<br />
Plänen eher kleinen Projekte<br />
vieler anderer Länder könnten<br />
für spezialisierte Marktteilnehmer,<br />
die besondere Zugänge zu<br />
diesen Märkten haben, attraktive<br />
Einstiegsfelder bieten.<br />
SCI-Prognose zur Entwicklung des Hochgeschwindigkeitsverkehrs. (Grafik: SCI).<br />
Index: 2001 = 100;<br />
schwarz Strecken-km (100 = 5 500 km)<br />
rot Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge (100 = 14 300 Wagen)<br />
Niederflur-Straßenbahnzug im RNV-Netz. (Foto: Bombardier).<br />
Studie Hochgeschwindigkeitsverkehr –<br />
weltweite Marktentwicklungen<br />
Das weltweite Netz für Hochgeschwindigkeitsverkehr<br />
wird<br />
bis 2015 von gegenwärtig<br />
DB bestellt 300 elektrische Tri<strong>eb</strong>züge für<br />
den Personenfernverkehr ICx bei Siemens<br />
Nach monatelangen Verhandlungen<br />
hat die Deutsche Bahn<br />
(DB) am 11. April 2011 unter<br />
dem DB-Projekttitel ICx (6.7.3<br />
in [1]) einen Auftrag zur Lieferung<br />
von 300 elektrischen<br />
Tri<strong>eb</strong>zügen für den Personenfernverkehr<br />
an Siemens (SIM)<br />
verg<strong>eb</strong>en. Bereits seit 2003<br />
plante die DB die Beschaffung<br />
neuer Fahrzeuge für den Personenfernverkehr<br />
und schri<strong>eb</strong><br />
dann nach gründlicher Vorbereitung<br />
im Jahr 2008 neue<br />
elektrische Tri<strong>eb</strong>züge für den<br />
Fernverkehr aus. In dem technisch-funktionalen<br />
Lastenheft<br />
wurden fast 9 000 Einzelanforderungen<br />
aufgeführt, dabei<br />
sind Aspekte wie Einsatzbedin-<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
263
Journal <strong>Bahnen</strong><br />
gungen, Außen- und Innendesign<br />
und die Instandhaltung<br />
der Züge berücksichtigt. Mit<br />
den Vorgaben soll eine hohe<br />
Zuverlässigkeit der Züge im<br />
Betri<strong>eb</strong> und ein angemessener<br />
Komfort für die Fahrgäste über<br />
die gesamte Einsatzzeit gesichert<br />
werden. Die Entwicklungskosten<br />
müssen vollständig<br />
von der Bahnindustrie<br />
getragen werden. Eine Vorfinanzierung<br />
der Züge ist nicht<br />
vorgesehen, sie sollen erst bei<br />
Abnahme bezahlt werden. Die<br />
DB str<strong>eb</strong>te ein Preisniveau an,<br />
das auf einen festgelegten<br />
Zeitpunkt bezogen unter dem<br />
der vorhandenen ICE-Züge<br />
liegt. Der Auftrag sollte nicht<br />
an ein Konsortium, sondern<br />
nur an einen einzelnen Auftragnehmer<br />
verg<strong>eb</strong>en werden,<br />
um Mehrkosten und unklare<br />
Zuständigkeiten bei der Beseitigung<br />
eventueller Mängel zu<br />
vermeiden. Si<strong>eb</strong>en Unternehmen<br />
der Bahnindustrie forderten<br />
die Ausschreibungsunterlagen<br />
an, zwei Firmen reichten<br />
Ang<strong>eb</strong>ote ein und 2010 nannte<br />
die DB dann SIM als bevorzugten<br />
Anbieter. Bombardier (BT)<br />
soll als Zulieferer von SIM<br />
Teilleistungen für den Gesamtauftrag<br />
erbringen. Der Auftrag<br />
zur Lieferung von 300 ICx hat<br />
ein Volumen von mehr als<br />
5 Mrd. EUR. Die DB ordert mit<br />
einer ersten Bestellung 130<br />
Züge, die ab Ende 2016 ausgeliefert<br />
werden sollen. Danach<br />
werden im Rahmen eines<br />
Abrufvertrages, in dem der DB<br />
Optionen zu festgelegten<br />
Konditionen über den Kauf<br />
weiterer Züge eingeräumt<br />
sind, Folgelieferungen von<br />
ICx-Tri<strong>eb</strong>zügen vereinbart. Mit<br />
dem Auftrag der DB können<br />
Werke von SIM und BT über<br />
einen längeren Zeitraum kontinuierlich<br />
ausgelastet werden.<br />
Die DB erhält während der<br />
Planung und der Fertigung der<br />
Züge Kontrollmöglichkeiten,<br />
um die Qualität und die Funktionalität<br />
der Züge zu beurteilen.<br />
Aus den Kontrollerg<strong>eb</strong>nissen<br />
können rechtzeitig<br />
erforderliche Änderungen der<br />
Planungen und der Anpassung<br />
der Fertigung abgeleitet und<br />
veranlasst werden. Die DB<br />
verfügt für die Kontrolltätigkeiten<br />
über eigene Ressourcen,<br />
mit denen sie diese Aufgaben<br />
umfassend wahrnehmen kann.<br />
[1] N.N.: <strong>Elektrische</strong>r Betri<strong>eb</strong> bei<br />
der Deutschen Bahn im Jahre<br />
2010. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
(109) 2011, H. 1-2, S. 3-49.<br />
Info: www.deutsch<strong>eb</strong>ahn.com/site/<br />
bahn/de/geschaefte/fahrzeuge/<br />
fahrzeugtechnik/beschaffung/vorbereitung/vorbereitung.html<br />
Unternehmen<br />
Neues e-Mobilität-Kompetenzzentrum<br />
entsteht in Mannheim<br />
Straßenbahn und Bus als Primove-Fahrzeuge. (Designstudie: Bombardier).<br />
Bombardier Transportation<br />
(BT) will im Rahmen des neu<br />
g<strong>eb</strong>ildeten PrimoveCity-Projektes<br />
e-Mobility-Lösungen für<br />
die nächste Generation elektrischer<br />
Mobilität entwickeln<br />
und richtet im Rahmen dieses<br />
Projektes in Mannheim ein<br />
neues Kompetenzzentrum ein.<br />
Das fahrleitungslose und kontaktfreie<br />
PRIMOVE-System als<br />
stationäres Energieübertragungssystem<br />
für elektrische<br />
Fahrzeuge wurde im Januar<br />
2009 mit einer Straßenbahn,<br />
die mit dem System<br />
ausrüstet war, auf einer Versuchsanlage<br />
im BT-Werk Bautzen<br />
vorgestellt [1]. 2010 baute<br />
BT in einen 0,8 km langen Streckenabschnitt<br />
der Straßenbahnen<br />
der Stadtwerke Augsburg<br />
die stationären Anlagen des<br />
PRIMOVE-System im Rahmen<br />
eines Pilotprojekts ein [2]. In<br />
dem Projekt wurde ein Straßenbahnfahrzeug<br />
Typ Variobahn<br />
aus der Rhein-Neckar-<br />
Region eingesetzt. Die<br />
Straßenbahn ist mit einem<br />
Energiespeicher Typ Energy<br />
Saver ausgestattet [3]. Die<br />
technische Ausrüstung des<br />
Fahrzeugs wurde zusätzlich<br />
um die Einrichtungen des<br />
PRIMOVE-Systems ergänzt.<br />
Zurzeit werden im belgischen<br />
Lommel auf einer 125 m langen<br />
PRIMOVE-Strecke Tests<br />
mit einem spurgeführten Bus,<br />
der die PRIMOVE-Technik<br />
besitzt, durchgeführt. Das<br />
aktuelle PrimoveCity-Programm<br />
baut auf den Erg<strong>eb</strong>nissen<br />
dieser Projekte auf. Dabei<br />
sollen komfortable städtische<br />
Mobilitätslösungen entwickelt<br />
werden. Gemeinsam mit Partnern<br />
will BT die Entwicklung<br />
der PRIMOVE-Technologie<br />
fortsetzen. Mitte 2011 sollen<br />
Tests mit einem Pkw beginnen.<br />
Mit PrimoveCity sind<br />
Elektrofahrzeuge keinen Einschränkungen<br />
hinsichtlich der<br />
Kapazität und des Ladezustandes<br />
fahrzeuginterner Energiespeicher<br />
unterworfen. Ihre<br />
Reichweite wird um die Streckenabschnitte<br />
ergänzt, die<br />
mit der PrimoveCity-Infrastruktur<br />
ausgerüstet sind. Es<br />
handelt sich um eine verkehrsträgerübergreifende<br />
Technologie<br />
für Elektrofahrzeuge. Sie<br />
ist einsetzbar für Straßenbahnen,<br />
Busse, Lkw und Pkw.<br />
Derzeit wird nach Angaben BT<br />
das Kompetenzzentrum um<br />
eine moderne Prüf- und Entwicklungsanlage<br />
ergänzt, die<br />
im September 2011 in Betri<strong>eb</strong><br />
genommen werden soll. Das<br />
Zentrum dient auch zur Steuerung<br />
von künftigen Projekten<br />
in der e-Mobility-Branche.<br />
[1] N.N.: Kontaktloser, oberleitungsfreier<br />
Fahrbetri<strong>eb</strong> für<br />
Straßenbahnen. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 107 (2009), H. 3, S. 159.<br />
[2] N.N.: Projektvertrag zum PRI-<br />
MOVE-System. In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 108 (2010), H. 6, S. 277.<br />
[3] N.N.: Straßenbahnen mit Energiespeicher<br />
für Heidelberg. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 107 (2009),<br />
H. 8, S. 363.<br />
Rad-Ultraschallprüfungen an Hochgeschwindigkeitszügen<br />
in Russland<br />
Der Betri<strong>eb</strong>ssicherheit von<br />
Hochgeschwindigkeitszügen<br />
wird wie beim CRH in China<br />
[1] auch beim russischen „Sapsan“,<br />
einem Velaro von Siemens,<br />
höchste Aufmerksamkeit<br />
gewidmet. Daraus erg<strong>eb</strong>en<br />
sich anspruchsvolle<br />
Aufgaben hinsichtlich der<br />
Weiterentwicklung der zerstörungsfreien<br />
Werkstoffprüfung<br />
zum Beispiel für die Räder und<br />
Radsatzwellen. Die Art der<br />
Prüfsysteme hat Einfluss unter<br />
anderem auf Wirtschaftlichkeit,<br />
Verfügbarkeit und Sicherheit<br />
der Hochgeschwindigkeitszüge.<br />
So werden im<br />
264 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
<strong>Bahnen</strong> Journal<br />
neuen Instandhaltungswerk<br />
für die Velaro-Züge in St. Petersburg<br />
nunmehr moderne<br />
Ultraschallprüfsysteme für die<br />
periodische Prüfung der Hochgeschwindigkeitsräder<br />
eingesetzt.<br />
Die verwendete Unterflurprüfeinheit<br />
(UFPE) für die<br />
Ultraschallprüfung der Räder<br />
wurde von IntelligeNDT Systems<br />
& Services aus Erlangen<br />
geliefert. Mit dem UFPE-System<br />
werden auch die Räder<br />
der Allegro-Züge geprüft, die<br />
ins finnische Helsinki verkehren<br />
und <strong>eb</strong>enfalls in St. Petersburg<br />
stationiert sind. Diese<br />
automatisierten Ultraschallprüfungen<br />
zu festgelegten<br />
Intervallen liefern einen wesentlichen<br />
Beitrag zur Sicherheit<br />
der Fahrzeuge. Die Technik<br />
ist auf dem neuesten Stand<br />
und nutzt ein Phased-Array-<br />
Prüfsystem, das ein elektronisches<br />
Schwenken der Schallstrahlen<br />
erlaubt. Die Räder<br />
werden im eing<strong>eb</strong>auten Zustand<br />
am Zug auf Volumenfehler<br />
und Risse im Radkranz<br />
und in der Radscheibe untersucht.<br />
Die Prüfdaten werden<br />
in Datenbanken gespeichert,<br />
können also mit früheren<br />
Erg<strong>eb</strong>nissen verglichen und<br />
auf Abweichungen untersucht<br />
werden. Zur vollständigen<br />
Ultraschallprüfung eines Radsatzes<br />
ist nur eine Umdrehung<br />
je Rad erforderlich. Kurz nach<br />
dem Ende der Prüfdatenaufnahme<br />
liegt das Prüferg<strong>eb</strong>nis<br />
vor. Die Arbeiten werden von<br />
hochqualifizierten russischen<br />
Prüfingenieuren durchgeführt,<br />
die unter anderem in Deutsch-<br />
land für diese speziellen Prüfarbeiten<br />
ausg<strong>eb</strong>ildet wurden.<br />
Bernd Rockstroh<br />
[1] Rockstroh, B.: Fachausstellung<br />
zum 7. Weltkongress für Hochgeschwindigkeitszüge<br />
in Peking. In:<br />
<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 109 (2011),<br />
H.1-2, S. 87.<br />
Allegro-Hochgeschwindigkeitszug mit Testradsatz auf der UFPE in<br />
St. Petersburg (Foto: B. Rockstroh).<br />
Personen<br />
Steffen Röhlig beendete Tätigkeit als verantwortlicher Redakteur<br />
Mit der Ausgabe 12/2010<br />
beendete Dr.-Ing. Steffen<br />
Röhlig seine Tätigkeit als<br />
verantwortlicher Redakteur<br />
unserer Zeitschrift <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> und wechselte in<br />
den Kreis der Herausg<strong>eb</strong>er.<br />
Steffen Röhlig übernahm<br />
diese Position mit dem Heft<br />
4-5 des Jahrgangs 101 (2003)<br />
im Jahr des 100-jährigen Bestehens<br />
der Zeitschrift von<br />
seinem langjährigen Vorgänger<br />
Uwe Behmann [1]. Er arbeitete<br />
sich schnell und effizient<br />
ein und gestaltete bereits<br />
zum Jubiläum mit<br />
seinem zweiten Heft, der<br />
Ausgabe 6 des Jahrgangs<br />
101 (2003), ein Highlight seiner<br />
erfolgreichen Tätigkeit.<br />
Er füllte von Beginn an bei<br />
der Zeitschrift die verantwortungsvolle,<br />
vor allem mit viel<br />
Kleinarbeit und Mühen verbundene<br />
Funktion des verantwortlichen<br />
Redakteurs<br />
auch als Bindeglied zwischen<br />
Autoren und Verlag voll aus.<br />
Und es gelang ihm stets,<br />
gute Autoren für interessante<br />
Beiträge zu gewinnen.<br />
Während seiner Tätigkeit<br />
entwickelte Steffen Röhlig<br />
viele Ideen, um den Inhalt der<br />
<strong>eb</strong> breiter und auch aktueller<br />
zu gestalten. Dabei stand bei<br />
ihm immer im Vordergrund,<br />
die <strong>eb</strong> als wissenschaftlichtechnische<br />
Zeitschrift im Eisenbahnsektor<br />
zu positionieren<br />
und den Inhalt durch kürzere<br />
Journalbeiträge zu<br />
erweitern. Diese Ideen verbesserten<br />
die Darstellung der Beiträge<br />
optisch und qualitativ.<br />
Seine Redaktionsarbeit setzte<br />
den hohen Stand und Anspruch<br />
seines Vorgängers fort<br />
und führte zu sprachlich und<br />
inhaltlich vorbildlichen Beiträgen,<br />
die jedem Vergleich mit<br />
anderen Publikationen standhalten<br />
und für Autoren und<br />
deren Firmen Aushängeschilder<br />
darstellen.<br />
Die Leser der <strong>eb</strong> kennen<br />
Steffen Röhlig auch als Autor<br />
einer Reihe von Fachaufsätzen,<br />
die technische Lösungen<br />
im Einzelnen behandeln,<br />
Großprojekte beschreiben<br />
oder den Entwicklungsstand<br />
der <strong>Bahnen</strong> dokumentieren.<br />
Herausg<strong>eb</strong>er, Beirat, Verlag<br />
und Redaktion danken Steffen<br />
Röhlig für seine herausragenden<br />
Leistungen zum Wohle<br />
der <strong>eb</strong> und wünschen ihm sehr<br />
herzlich weiterhin alles Gute<br />
und viel Erfolg – insbesondere<br />
für die zum 1. Januar 2011 neu<br />
übernommene Tätigkeit als Direktor<br />
Transportation Systems<br />
Europa und Asien bei KEMA<br />
und Elbas. Diese Tätigkeit wird<br />
ihn sicherlich auch zeitlich<br />
stark fordern; aber wir hoffen,<br />
dass Steffen Röhlig als neuer<br />
Mitherausg<strong>eb</strong>er der <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> weiterhin die<br />
Interessen der Zeitschrift vertreten<br />
und deren Weiterentwicklung<br />
mitgestalten wird.<br />
[1] Wechsel des verantwortlichen<br />
Redakteurs. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
(101) 2003, H. 4-5, S.140<br />
Uwe Behmann 75 Jahre<br />
Dipl.-Ing. Uwe Behmann<br />
vollendete am 31. März 2011<br />
sein 75. L<strong>eb</strong>ensjahr. Er war<br />
zwölf Jahre lang als Chefredakteur<br />
für unsere Zeitschrift<br />
verantwortlich, diente ihr<br />
viele Jahre als Mitglied der<br />
Redaktion und verfasst weiterhin<br />
Aufsätze und wertvolle<br />
Beiträge für den Journalteil<br />
sowie zur historischen<br />
Entwicklung. Herausg<strong>eb</strong>er,<br />
Beirat, Verlag und Redaktion<br />
der <strong>eb</strong> danken Uwe Behmann<br />
für seine langjährige<br />
gestaltende Arbeit für die<br />
Zeitschrift, gratulieren ihm<br />
zum 75. G<strong>eb</strong>urtstag und<br />
wünschen ihm sehr herzlich<br />
weiterhin alles Gute.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
265
Journal Produkte und Lösungen<br />
AC-Leistung überwachen,<br />
messen und analysieren<br />
Getaktete Ein- und Dreiphasen-AC-Leistungsquellen<br />
in<br />
kompakter Form mit umfassenden<br />
Test- und Messmöglichkeiten<br />
bietet US-Hersteller<br />
Pacific Power Source (PPS) mit<br />
seiner ASX-Reihe. Sie umfasst<br />
20 Modelle mit Ausgangsleistungen<br />
von 1,5 kVA bis maximal<br />
12 kVA. Mit den 3-Phasen-<br />
Modellen können 1-, 2- wie<br />
auch 3-phasige Signale erzeugt<br />
werden. Die ASX-Quellen<br />
liefern eine sehr stabile<br />
Ausgangsspannung von bis zu<br />
600 VAC mit einer quarzstabilen<br />
Frequenz zwischen 15 Hz<br />
und 1 200 Hz und sind für<br />
Wechselspannungstests, die<br />
Frequenzumwandlung und die<br />
Wechselstromversorgung in<br />
Labors und Testsituationen<br />
konzipiert. Der integrierte<br />
Arbiträr-Wellenform- und<br />
Transienten-Generator erzeugt<br />
eine Vielzahl von<br />
Betri<strong>eb</strong>szuständen. Mit dem<br />
<strong>eb</strong>enfalls integrierten Leistungs-Analysator<br />
misst und<br />
analysiert man gleichzeitig die<br />
Ausgangsparameter. Im Lieferumfang<br />
enthalten ist der<br />
„UPC-Studio-Manager“, ein<br />
umfangreiches Softwarepaket<br />
mit einer Vielzahl von Werkzeugen<br />
zur schnellen und<br />
einfachen Bedienung der<br />
AC-Leistungsquellen.<br />
Info: www.schulz-electronic.de<br />
Der 3120ASX ist das Topmodell der<br />
AC-Leistungsquellen von Pacific<br />
Power Source.<br />
bei Vibrationen sowie gleichbleibende<br />
elektrische und<br />
mechanische Eigenschaften<br />
während der gesamten Einsatzdauer<br />
bei mehr als 25 000<br />
Steckzyklen auszeichnen. Die<br />
impedanzkontrollierten Kontakte<br />
sind als Koax-, Twinaxoder<br />
Quadrax-Ausführung<br />
erhältlich und können auf<br />
spezifische industrielle Standardkabelstrukturen<br />
und<br />
Kabelgeometrien angepasst<br />
werden. Sie sind vollständig<br />
kompatibel mit den Anforderungen<br />
der EN 50155,<br />
EN 50121, EN 61373 und<br />
DIN 5510/2.<br />
Info: www.hypertac.com<br />
Für einfaches Upgrade: Robuste<br />
High-Speed-Kontakte für Bahn-<br />
Kommunikationssysteme.<br />
Prüfstand für virtuellen Drehgestellverschleiß<br />
Wasserdichte Steckverbinder für Bordsysteme<br />
Mit dem Steckverbinder SMS IP<br />
will Souriau, weltweit vertretener<br />
Hersteller professioneller<br />
Steck- und Verbindungssysteme,<br />
der steigenden Nachfrage<br />
nach kleinen, wasserdichten<br />
Steckverbindern für Bordsysteme<br />
entgegen kommen. Der<br />
SMS IP erfüllt in der Bahnbranche<br />
vorherrschende Standards<br />
wie Schutzart IP 67, Betri<strong>eb</strong>sspannungen<br />
bis 500 V und die<br />
Einhaltung anspruchvoller<br />
Vorgaben hinsichtlich Feuer<br />
und Rauch. Nach Herstellerauskunft<br />
hat Alstom den SMS IP-<br />
Steckverbinder für seine Züge<br />
Ethernet-fähige Kontakte für<br />
elektrische Kupplungen<br />
der nächsten Generation ausgewählt;<br />
andere Unternehmen<br />
setzen ihn für On-Board-Applikationen<br />
wie Beleuchtungen,<br />
Türsteuerungen, Anzeigegeräte,<br />
Klimaanlagen oder SMS-<br />
Führerstände ein.<br />
Info: www.railwayconnectors.com<br />
Der wasserdichte Steckverbinder<br />
Souriau SMS IP für Bordsysteme.<br />
Hypertac hat für die Bahntechnik<br />
anwendungsspezifische<br />
High-Speed-Kontakte zum<br />
Einbau in bestehende elektrische<br />
Kupplungen entwickelt,<br />
die für einfachen Austausch<br />
und Upgrade der Kommunikationssysteme<br />
konzipiert<br />
sind. „High Endurance High-<br />
Speed“-Kontakte sollen sich<br />
durch geringe und stabile<br />
Übergangswiderstände, geringe<br />
Steck- und Ziehkräfte, Immunität<br />
gegen Reibkorrosion<br />
Am Verschleißprüfstand der Hochschule Osnabrück werden reale Verschleißszenarien<br />
an Drehgestellen nachg<strong>eb</strong>ildet.<br />
Einen mobilen Prüfstand zur<br />
Verschleißermittlung bauten<br />
Studierende des Lehrg<strong>eb</strong>iets<br />
Konstruktionstechnik an der<br />
Hochschule Osnabrück mit<br />
Antri<strong>eb</strong>stechnik von SEW-<br />
Eurodrive auf. Mit ihm können<br />
reale Verschleißszenarien an<br />
Drehgestellen von Güterwagen<br />
nachg<strong>eb</strong>ildet werden, wobei<br />
sich Kontaktsituationen variabel<br />
vorg<strong>eb</strong>en, Belastungen<br />
aufbringen und der Verschleiß<br />
der Teile in Abhängigkeit der<br />
Lastzyklen ermitteln lassen.<br />
Dazu wurde ein Konzept mit<br />
drei zentral angetri<strong>eb</strong>enen<br />
Prüfmodulen entwickelt, das<br />
parallel drei verschiedene Verschleißszenarien<br />
erlaubt. Übergeordnetes<br />
Ziel war es, industrie<br />
typische Antri<strong>eb</strong>stechnik zu<br />
nutzen. Der Prüfstand sollte<br />
außerdem mobil einsetzbar<br />
und auch am einphasigen<br />
230-V-Netz zu betreiben sein.<br />
Gleichzeitig sollten die Studierenden<br />
mit umrichtergesteuerten<br />
Antri<strong>eb</strong>en vertraut gemacht<br />
werden. Schließlich sollten sich<br />
die Antri<strong>eb</strong>e sowohl direkt am<br />
Umrichter als auch über eine<br />
D/A-Schnittstelle von Rechner<br />
aus steuern lassen. Für die<br />
Antri<strong>eb</strong>stechnik standen den<br />
Studierenden schon in der<br />
Konstruktionsphase passende<br />
CAD-Daten aus dem Kundenportal<br />
„Drivegate“ von SEW-Eurodrive,<br />
auf dem sich 2D-Zeichnungen<br />
und 3D-Modelle online<br />
erstellen und herunterladen lassen,<br />
zur Verfügung. Der Prüfstand<br />
ist Teil eines Forschungsprojekts<br />
mit der Deutschen<br />
Bahn, gefördert durch die<br />
Klaproth-Stiftung, bei dem eine<br />
innovative Methode entwickelt<br />
wurde, den Drehgestellverschleiß<br />
schon in der Konstruktionsphase<br />
vorherzusagen.<br />
Info: www.sew-eurodrive.de<br />
266 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>
Medien Journal<br />
Bücher<br />
Hörnemann, E.; Hübscher, H.;<br />
Klaue, J.; Schierack, K.; Stolzenburg,<br />
R.: Elektrotechnik<br />
Schaltungstechnik, Energieelektronik<br />
Braunschweig: Westermann-<br />
Verlag, 3. Aufl. 2011, 303 S.,<br />
DIN A4, kartoniert, 30,50 EUR,<br />
Bestell-Nummer: 311187.<br />
Dieses bewährte Werk ist<br />
in 16 Kapitel untergliedert, in<br />
denen sowohl der technologischen<br />
Entwicklung als auch<br />
dem Stand der Normung<br />
Rechnung getragen wurde.<br />
Besonders zu erwähnen ist<br />
die Kennzeichnung elektrischer<br />
Betri<strong>eb</strong>smittel nach<br />
DIN EN 61346-2, das Thema<br />
EIB und Meldeanlagen im Kapitel<br />
G<strong>eb</strong>äudeinstallation sowie<br />
das Thema AS-i-Bus im<br />
Kapitel Steuerungstechnik,<br />
was die Lerninhalte auf der<br />
Grundlage des Automatisierungsgerätes<br />
S7-200 vermittelt.<br />
Um die Kompetenz im<br />
G<strong>eb</strong>rauch der englischen<br />
Sprache zu stärken, werden<br />
wie bereits in andern Produkten<br />
des Verlages die Überschriften<br />
und Stichwörter in<br />
Englisch aufgeführt.<br />
Kaufmann, J.F.: Elektrotechnik<br />
– Energiesysteme und Automation<br />
(ESA)<br />
Elektrotechnische Projektierung<br />
und Ausführungsplanung<br />
Saarbrücken: VDM-Verlag, 2010,<br />
79 S., DIN A5, kartoniert, 49,00<br />
EUR, Bestell-Nummer: 311189.<br />
Dieses praxisnahe Fachbuch<br />
richtet sich an Projektmanager,<br />
Projektingenieure, Fachplaner<br />
und Studenten, sowie Errichter<br />
und Betreiber von elektrotechnischen<br />
Anlagen. Es wird ein<br />
detaillierter Einblick in die Planung<br />
und Entwicklung der<br />
Energie- und Automatisierungstechnik<br />
geg<strong>eb</strong>en. Das beschri<strong>eb</strong>ene<br />
Projekt durchläuft<br />
die gesamte Planungsphase<br />
vom Transformator bis hin zur<br />
Einbindung aller Sensoren,<br />
Aktoren und Antri<strong>eb</strong>e in die<br />
Schaltanlagen und in das<br />
Automatisierungssystem.<br />
VDE VERLAG GmbH: Wo steht<br />
was im VDE-Vorschriftenwerk?<br />
2011<br />
Stichwortverzeichnis zu allen<br />
DIN-VDE-Normen und Büchern<br />
der VDE-Schriftenreihe Normen<br />
verständlich<br />
VDE-Schriftenreihe – Normen<br />
verständlich Band 1<br />
Berlin: VDE-Verlag, 2011, 314 S.,<br />
DIN A5, kartoniert, 19,00 EUR,<br />
ISBN 978-3-8007-3308-8.<br />
Mit Hilfe dieses Stichwortverzeichnisses<br />
lassen sich elektrotechnische<br />
Geräte, Maschinen<br />
und Anlagen den entsprechenden<br />
VDE-Bestimmungen zuordnen.<br />
Das Verzeichnis nimmt Bezug<br />
auf die in den Gruppen 0<br />
bis 8 enthaltenen VDE-Bestimmungen<br />
einschließlich der in<br />
Kraft getretenen Änderungen<br />
und Neuregelungen. Der alphabetische<br />
Wegweiser zeigt<br />
schnell und unkompliziert die<br />
dem technischen Sachverhalt<br />
entsprech ende DIN-VDE-Norm<br />
an. Jeder Interessierte erhält mit<br />
diesem bekannten Standardwerk<br />
einen übersichtlichen und<br />
gleichzeitig praktischen Einblick<br />
in das VDE-Vorschriftenwerk.<br />
Kommentare<br />
zur Nennfrequenz in Bahnnetzen<br />
In dem Beitrag „Umrichter in<br />
der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
...“ auf den Seiten 254–257 im<br />
vorliegenden Heft ist die Frequenz<br />
der nord- und mitteleuropäischen<br />
<strong>Bahnen</strong> versuchsweise<br />
mit „17 Hz“ benannt.<br />
Dieser Wert ist eine mathematisch<br />
korrekte Aufrundung<br />
folgender Werte:<br />
• „streng genommen 16 2 / 3<br />
Hz“<br />
laut EN 50163:2004,<br />
eingeführt als DIN EN 50163<br />
(VDE 0115-102):2005-07<br />
• durch Synchronkupplung<br />
erzwungener Realwert<br />
16 2 / 3 Hz in der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung<br />
Norwegens und<br />
Schwedens sowie einiger<br />
Netzbereiche in Ostdeutschland<br />
• Betri<strong>eb</strong>ssollwert 16,70 Hz im<br />
<strong>Bahnen</strong>ergieverbundnetz<br />
Österreichs und der Schweiz<br />
sowie des zentral versorgten<br />
Netzbereiches in Deutschland<br />
und zugleich die laut EN zulässige<br />
obere Grenzabweichung<br />
an diesem Verbundnetz.<br />
Der Wert 17 Hz geht den in<br />
Anmerkung 1 zum Abschnitt<br />
4.2 der EN genannten Zweck<br />
zu Ende, „die Benennung zu<br />
vereinfachen“, und soll ein<br />
Diskussionsanreiz sein; Kommentare<br />
sind willkommen.<br />
Be<br />
[1] Behmann, U.: Nennfrequenz<br />
16 2 / 3<br />
Hz ade? In: <strong>Elektrische</strong><br />
<strong>Bahnen</strong> 100 (2002), H. 12,<br />
S. 455–457.<br />
[2] Behmann, U.: Nennfrequenz<br />
16,7 Hz. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />
105 (2007), H. 8, S. 454–455.<br />
<strong>eb</strong> 109 (2011) Heft 4-5<br />
267
Termine<br />
Messen, Tagungen, Fachausstellungen<br />
IZBE-Symposium – Nachhaltigkeit in der Verkehrsinfrastruktur<br />
und bei Schienenfahrzeugen – Mehr als<br />
„green building“ und LCC?<br />
19.–20.05.2011 Innovationszentrum Bahntechnik Europa e. V.<br />
Dresden (DE) Fon: +49 351 4769857, Fax: +49 351 4519675,<br />
E-Mail: meyer@izbe.eu,<br />
Internet: www.izbe.eu<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 />
WCRR 2011 – 9. Weltweiter Kongress<br />
zur Bahnforschung<br />
22.−26.05.2011<br />
Lille (FR)<br />
UIC, Paul Véron<br />
E-Mail: veron@uic.org,<br />
Internet: www.uic.org<br />
ÖVG-Fahrwegtagung<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 />
VDV-Jahrestagung<br />
30.05.-01.06.201 Verband Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV)<br />
Darmstadt (DE) Fon: +49 221 57979-125, Fax: -8125,<br />
E-Mail: boehne@vdv.de,<br />
Internet: www.vdv.de/<br />
Nordic Rail<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 />
3. Sicherheitstag Eisenbahnbetri<strong>eb</strong><br />
25.–26.05.2011 VDEI Service GmbH<br />
Gotha (DE) Fon: +49 30 226057-90, Fax: -91,<br />
E-Mail: Service.GmbH@vdei.de,<br />
Internet: www.vdei.de<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 />
Zukunftsfrage Verkehr (ÖPNV-Forum)<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 />
DMG-Forum für Innovative Bahnsysteme<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 />
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 />
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 />
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 />
STUVA-Tagung‘11<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<br />
268 109 (2011) Heft 4-5 <strong>eb</strong>