eb - Elektrische Bahnen Intelligente Lösungen für die Mobilität von morgen (Vorschau)
05.09.2014 • Aufrufe
Einbetten Melden

eb - Elektrische Bahnen Intelligente Lösungen für die Mobilität von morgen (Vorschau)

ePAPER LESEN
201620.2poto

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.

JETZT STARTEN

www.<strong>eb</strong>-info.eu<br />

<strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong><br />

Elektrotechnik<br />

im Verkehrswesen<br />

B 2580<br />

8-9/2014<br />

August / September<br />

INTELLIGENTE LÖSUNGEN FÜR<br />

DIE MOBILITÄT VON MORGEN –<br />

made in Germany<br />

Besuchen Sie uns auf der<br />

InnoTrans 2014 vom<br />

23.– 26. September in Berlin<br />

Halle 25, Stand 220<br />

Von der Idee bis zum Betri<strong>eb</strong>.<br />

TracFeed ® Produkte <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

Elektrifizierung <strong>von</strong><br />

Eisenbahnen.<br />

Balfour Beatty Rail GmbH<br />

info.de@bbrail.com<br />

www.bbrail.de

www.<strong>eb</strong>-info.eu<br />

InnoTrans 2014<br />

23.-26. September · Berlin<br />

Besuchen Sie uns an unserem Messestand<br />

in Halle 7.2 b, Stand 200 (IZBE).<br />

Wir freuen uns auf Sie!<br />

Geländeplan (VoRläufIGe HallenplanunG)<br />

InnoTrans onlI<br />

Railway Technology<br />

Interiors<br />

Railway<br />

Infrastructure<br />

Tunnel<br />

Construction<br />

Public Transport<br />

Gleis- und<br />

Freigelände<br />

Eröffnungsveranstaltung<br />

InnoTrans<br />

Convention<br />

PTI-Hallenforum<br />

Speakers’ Corner<br />

Career Point Halle<br />

Business Lounge<br />

(Marshall-Haus)<br />

Pressezentrum<br />

Restaurant<br />

„Oktoberfestzelt“<br />

w<br />

k<br />

railway technology<br />

interiors<br />

railway infrastructure<br />

tunnel construction<br />

public transport<br />

gleis- und Freigelände<br />

eröffnungsveranstaltung<br />

innotrans convention<br />

sPeakers’ corner<br />

pti-hallenforum<br />

Speakers’ corner<br />

career point halle<br />

business lounge<br />

(marshall-haus)<br />

pressezentrum<br />

restaurant „oktoberfestzelt“<br />

Der Virtual M<br />

tation Ihres<br />

www.virtualma<br />

sucher ganzjäh<br />

DIV Deutscher Industrieverlag in Kontakt. Auf<br />

Arnulfstraße 124<br />

80636 München reiche Services<br />

www.di-verlag.de Anmeldeformu<br />

formationen zu<br />

Zusätzlich wer

Standpunkt<br />

Mit innovativer Bahntechnik<br />

<strong>die</strong> Herausforderungen der Zukunft<br />

meistern<br />

Mit über 2 700 Ausstellern aus 51 Ländern<br />

kann <strong>die</strong> InnoTrans 2014 zu ihrer zehnten<br />

Jubiläumsveranstaltung einen neuen<br />

Ausstellerrekord verzeichnen. Das stetige<br />

Wachstum der Messe ist auch Ausdruck der steigenden<br />

Nachfrage nach effizienter und umweltfreundlicher<br />

<strong>Mobilität</strong>: sei es beim Transport <strong>von</strong> Gütern über<br />

<strong>die</strong> Schiene, den Hochgeschwindigkeitsverbindungen<br />

zwischen Metropolen oder dem Regional- und<br />

Nahverkehr in den boomenden Megastädten und<br />

Ballungsräumen.<br />

Dass Bahntechnik ein aussichtsreiches Geschäftsfeld<br />

bleibt, zeigen auch <strong>die</strong> gut gefüllten Auftragsbücher<br />

der in Deutschland ansässigen Bahntechnikhersteller.<br />

Mit 14,9 Mrd. EUR konnte <strong>die</strong> Bahnindustrie in<br />

Deutschland im Gesamtjahr 2013 einen neuen Auftragsrekord<br />

verzeichnen. Das Plus <strong>von</strong> rund 42 % gegenüber<br />

dem Vorjahreszeitraum 2012 fällt bemerkenswert<br />

hoch aus und übertrifft auch den bisherigen<br />

Spitzenwert aus dem Jahr 2011 <strong>von</strong> 14,5 Mrd. EUR. Die<br />

Nachfrage aus dem Inland umfasst dabei 7,3 Mrd. EUR<br />

und liegt damit leicht unter der Nachfrage aus dem<br />

Ausland. Beide Geschäftsfelder stiegen kräftig: <strong>die</strong> Bestellungen<br />

auf dem heimischen Markt um rund 33 %,<br />

<strong>die</strong> des Auslands sogar um stolze 52 %. Dieser beachtliche<br />

Exportanteil unterstreicht <strong>die</strong> internationale<br />

Ausrichtung der Bahnindustrie in Deutschland. Da<strong>für</strong><br />

stehen nicht nur <strong>die</strong> weltweit tätigen Systemhäuser,<br />

sondern auch <strong>die</strong> Unternehmen der innovativen mittelständischen<br />

Zulieferindustrie. Für <strong>die</strong>se kleinen und<br />

mittleren Unternehmen, <strong>die</strong> das Rückgrat der Bahnindustrie<br />

in Deutschland bilden, engagiert sich der VDB<br />

<strong>eb</strong>enfalls sehr stark.<br />

So positiv das hohe Bestellvolumen auch ist – es steht<br />

in deutlichem Kontrast zu den rückläufigen Umsätzen<br />

der Branche im vergangenen Jahr. Insbesondere ein erh<strong>eb</strong>licher<br />

Stau bei der Zulassung und Inbetri<strong>eb</strong>setzung<br />

<strong>von</strong> Schienenfahrzeugen hat zu <strong>die</strong>ser wenig erfreulichen<br />

Geschäftsentwicklung beigetragen. Durch <strong>die</strong><br />

Ende Juni 2013 in Kraft getretene Übergangsregelung<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Zulassung <strong>von</strong> Bahntechnik können Unternehmen<br />

nun erleichterte Verfahren in Anspruch nehmen.<br />

Erste Erfahrungen mit dem neuen Zulassungsregime<br />

verliefen erfolgreich und ermöglichten ein deutlich<br />

schnelleres Vorgehen als bisher. Umso wichtiger ist es<br />

nun, dass <strong>die</strong> angestoßene Zulassungsreform, insbesondere<br />

<strong>von</strong> Schienenfahrzeugen, nun auch zügig in<br />

der Gesetzg<strong>eb</strong>ung verankert wird.<br />

Ebenso wichtig wie <strong>die</strong> erfolgreiche Umsetzung der<br />

Zulassungsreform ist eine angemessene Finanzierung<br />

des Schienenpersonennahverkehrs (SPNV) in Deutschland.<br />

Die finanzielle<br />

Basis da<strong>für</strong> sind <strong>die</strong> Regionalisierungsmittel,<br />

<strong>die</strong> der Gesetzg<strong>eb</strong>er in<br />

<strong>die</strong>sem Jahr einer Revision<br />

unterzieht. Alle Experten<br />

des Eisenbahnsektors,<br />

einschließlich<br />

der Länderverkehrsminister,<br />

sind sich einig,<br />

dass das hier<strong>für</strong> zur<br />

Verfügung stehende<br />

Budget ab dem<br />

kommenden Jahr auf<br />

8,5 Mrd. EUR erhöht<br />

werden muss. Darüber<br />

hinaus ist eine jährliche<br />

Dynamisierung<br />

der Finanzmittel <strong>von</strong><br />

deutlich über 1,5 %<br />

notwendig. Denn nur<br />

durch eine angemessene<br />

Finanzierung kann<br />

das Ang<strong>eb</strong>ot im SPNV<br />

auch in Zukunft attraktiv gestaltet und so <strong>die</strong> Erfolgsgeschichte<br />

des SPNV fortgesetzt werden.<br />

Mit ihren innovativen Entwicklungen trägt <strong>die</strong><br />

Bahnindustrie dem Anspruch moderner Gesellschaften<br />

nach <strong>Mobilität</strong>, L<strong>eb</strong>ensqualität und Wohlstand<br />

Rechnung. Der weltweit zunehmende Schienengüterverkehr<br />

bildet <strong>die</strong> Grundlage <strong>für</strong> das Wachstum vieler<br />

Wirtschaftsräume. Aber auch beim Nahverkehr steigt<br />

der Bedarf an leistungsfähigen Verkehrssystemen wie<br />

Regional-, Stadt- und Straßenbahnen. Durch den<br />

Ausbau und <strong>die</strong> Optimierung <strong>die</strong>ser Systeme können<br />

in Städten und Regionen <strong>für</strong> Millionen Menschen Reisezeiten<br />

verkürzt und der Fahrkomfort erhöht werden.<br />

Zusätzlich wird damit ein wesentlicher Beitrag<br />

<strong>für</strong> eine anhaltende CO 2 -Reduzierung geleistet. Für<br />

all <strong>die</strong>se Anforderungen bietet <strong>die</strong> Bahnindustrie intelligente<br />

<strong>Lösungen</strong> <strong>für</strong> <strong>die</strong> nachhaltige <strong>Mobilität</strong> <strong>von</strong><br />

heute und <strong>morgen</strong>. Überzeugen Sie sich selbst da<strong>von</strong><br />

auf den Messeständen unserer Unternehmen auf der<br />

InnoTrans 2014.<br />

Prof. Dr. Ronald Pörner, Hauptgeschäftsführer<br />

Verband der Bahnindustrie in Deutschland (VDB) e.V.<br />

112 (2014) Heft 7<br />

445

Inhalt<br />

8-9 / 2014<br />

<strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong><br />

Elektrotechnik<br />

im Verkehrswesen<br />

Standpunkt<br />

445 R. Pörner<br />

Mit innovativer Bahntechnik<br />

<strong>die</strong> Herausforderungen der Zukunft<br />

meistern<br />

Fokus<br />

Praxis<br />

448 M. Schmalz<br />

Erste Schaltanlage TracFeed ® TAC <strong>für</strong><br />

25 kV in Großbritannien<br />

450 Doppelstocktri<strong>eb</strong>züge KISS und MUTZ<br />

453 Stadtbahnfahrzeuge FLEXITY Swift <strong>für</strong><br />

Karlsruhe<br />

455 Direktvergabe der Verkehrsleistungen<br />

auf dem Teilnetz Ring der S-Bahn Berlin<br />

456 M. Schuler<br />

Oberleitungserneuerungen in der<br />

Schweiz<br />

459 G. Ehringer<br />

Powerlines Group verstärkt Beratung und<br />

Produktbereich <strong>für</strong> Bahnelektrifizierungen<br />

Hauptbeiträge<br />

Grundlagen<br />

462 S. Nydegger<br />

Untersuchung <strong>von</strong> Maßnahmen zur<br />

Energieersparnis bei DC-<strong>Bahnen</strong> mittels<br />

Netzsimulation<br />

Analysis of energy-saving measures on<br />

DC railways through railway systems<br />

simulations<br />

Analyse des actions pour économiser de<br />

l’énergie dans des DC-réseaux ferroviaires<br />

à l’aide de simulations

Inhalt<br />

468 S. Hardel, S. Körner, A. Stephan<br />

Leistung oder Spannung? – Korrekte elektrische<br />

Netzberechnung <strong>für</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

Power or Voltage? – Proper power supply calculations<br />

for railways<br />

Puissance ou tension? – Calculer correctement le réseau<br />

électrique pour les lignes de chemin de fer<br />

476 U. Behmann, T. Schütte<br />

Niederfrequenz – nicht nur <strong>für</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

Low frequency – not only for railways<br />

Fréquence basse – pas seulement pour les chemins de fer<br />

Operation<br />

486 C. Götz, D. Morton<br />

An integrated solution for London’s rail development<br />

Integrierte Lösung <strong>für</strong> Londons Bahnverkehr<br />

Solution intégrée pour le trafic ferroviaire de Londres<br />

Erdung und Rückleitung<br />

530 I. Zielinski, M. Schweller<br />

Automatische Erdungseinrichtung mit<br />

Typenzulassung in der Schweiz<br />

Automatic earthing device with type approval in<br />

Switzerland<br />

Dispositif de mise à la terre automatique avec<br />

homologation en Suisse<br />

538 P. Höfig, S. Körner, A. Stepahn, B. Richter,<br />

B. Doser<br />

Beanspruchungsermittlung <strong>von</strong><br />

Niederspannungsbegrenzern bei<br />

Gleichstrombahnen durch Simulation<br />

Investigation of the load of voltage limiting devices<br />

in DC railways using simulation<br />

Calcul des contraintes de limiteurs de basses<br />

tensions sur les lignes à courant continu par<br />

simulation<br />

Contact Line Systems / Fahrleitungsanlagen<br />

494 G. v. Kalsbeek, S. Avronsart, Y. Yamashita<br />

Dynamic simulation of contact line/pantograph<br />

interaction by OSCAR © – Optimisation of components<br />

and approval of rolling stock<br />

Simulation des Zusammenwirkens Oberleitung/<br />

Stromabnehmer mit OSCAR ® – Optimierung <strong>von</strong><br />

Komponenten und Zertifizierung <strong>von</strong> Fahrzeugen<br />

Simulation dynamique de l’interaction pantographe/<br />

caténaire avec OSCAR © – optimisation des composants et<br />

homologation de matériel roulant<br />

506 A. Dölling<br />

Nachspanneinrichtungen mit Radspannern <strong>für</strong><br />

Oberleitungen<br />

Tensioning devices based on tensioning wheels for overhead<br />

contact lines<br />

Appareils tendeurs avec tendeurs à poulie pour caténaires<br />

514 U. Wili<br />

Oberleitungsbauart FL200/260 <strong>für</strong> internationale<br />

Anwendungen<br />

Overhead contact line system FL200/260 for international<br />

applications<br />

Système caténaire FL200/260 pour applications<br />

internationales<br />

522 A. Machet, J.-P. Mentel, S. Boulet d’Auria<br />

Reinforcement of corroded overhead contact line masts<br />

Sanierung korro<strong>die</strong>rter Fahrleitungsmasten<br />

Renforcement de supports caténaire corrodés<br />

Historie<br />

546 Beginn des elektrischen Zugbetri<strong>eb</strong>s in <strong>die</strong><br />

schlesischen Berge vor 100 Jahren<br />

Nachrichten<br />

550 <strong>Bahnen</strong><br />

551 Elektromobilität<br />

552 Energie und Umwelt<br />

552 Produkte und <strong>Lösungen</strong><br />

554 Unternehmen<br />

554 Personen<br />

555 Me<strong>die</strong>n<br />

558 Berichtigungen<br />

563 Termine<br />

564 Impressum

Fokus Praxis<br />

Erste Schaltanlage TracFeed® TAC <strong>für</strong><br />

25 kV in Großbritannien<br />

Die erste luftisolierte und metallgeschotte Schaltanlage wurde installiert, erfolgreich erprobt und <strong>für</strong><br />

den allgemeinen Einsatz durch Network Rail zugelassen.<br />

Am 22. Oktober 2011 wurde bei Glasgow (Schottland)<br />

<strong>die</strong> erste luftisolierte und metallgeschottete Schaltanlage<br />

(AIS) vom Typ TracFeed ® TAC installiert. Als Bestandteil<br />

des Projekts Paisley Corridor, in dem Balfour Beatty Rail<br />

UK als Generalunternehmer auftrat, soll <strong>die</strong> Schaltanlage<br />

auch dazu <strong>die</strong>nen, <strong>die</strong> Elektrifizierung Schottlands<br />

voranzutreiben. Die Anlage wurde in einem Container<br />

vorinstalliert und an der Strecke aufgestellt (Bild 1).<br />

Als am 16. F<strong>eb</strong>ruar 2005 das Kyoto-Protokoll verabschiedet<br />

wurde, haben viele Firmen und Bahnbetreiber<br />

beschlossen, den Ausstoß <strong>von</strong> Treibhausgasen<br />

zu reduzieren. Speziell Schwefelhexafluorid (SF 6 )<br />

ist eines der stärksten Treibhausgase. Auf einen Zeitraum<br />

<strong>von</strong> 100 Jahren betrachtet ist 1 kg <strong>die</strong>ses Gases<br />

genauso klimaschädlich wie rund 22 000 kg Kohlendioxid<br />

(CO 2 ). SF 6 wird unter anderem als Isolationsgas<br />

in Schaltanlagen verwendet.<br />

In SF 6 -Schaltanlagen muss der Gasdruck kontinuierlich<br />

überwacht werden. Speziell in Winter monaten<br />

kann durch <strong>die</strong> tiefen Temperaturen der Gasdruck in<br />

SF 6 -Anlagen abnehmen und zu Auslösung <strong>von</strong> Leistungsschaltern<br />

führen. Ferner kann durch Undichtigkeiten<br />

im verschweißten SF 6 -Behälter das Isolationsvermögen<br />

der Schaltanlagen abnehmen.<br />

Bei luftisolierten Schaltanlagen können solche Probleme<br />

nicht auftreten. Die hier beschri<strong>eb</strong>ene Anlage<br />

wurde speziell entwickelt, um <strong>die</strong> Anforderungen<br />

<strong>von</strong> 25-kV-Bahnanwendungen zu erfüllen. Sie kann<br />

Nennströme bis 2,5 kA und Kurzschlussströme bis<br />

80 kA führen. Sie ist eine typgeprüfte, luftisolierte<br />

und metallgekapselte Innenraumschaltanlage und<br />

bestimmt <strong>für</strong> den Einsatz in geschlossenen elektrotechnischen<br />

Betri<strong>eb</strong>sräumen (Bild 2). Leistungsschalter<br />

und Fahrwagen können nur bei geschlossener<br />

Tür zum Hochspannungsraum in Betri<strong>eb</strong>sstellung<br />

g<strong>eb</strong>racht werden. Ein Kontakt mit unter Hochspannung<br />

stehenden Teilen ist somit nicht möglich. Über<br />

im Feld verbaute Erdungsschalter können Kabel zur<br />

Speisung eines Streckenabschnitts direkt und kurzschlussfest<br />

geerdet werden. Entsprechend der Norm<br />

EN 62271-200 [1] sind zum Schutz vor Schaltfehlern<br />

und deren Auswirkungen grundsätzliche Verriegelungen<br />

vorgesehen. Sie zwingen zur Einhaltung<br />

bestimmter Schaltreihenfolgen und können so Personenschäden<br />

und Anlagenzerstörungen verhindern.<br />

Bild 1:<br />

Aufstellung des ausg<strong>eb</strong>auten Containers mit der Schaltanlage TracFeed ® TAC<br />

(Fotos: Balfour Beatty Rail).<br />

Bild 2:<br />

Ansicht des Schaltanlage TracFeed ® TAC.<br />

448 112 (2014) Heft 8-9

Praxis Fokus<br />

Innere Fehler mit Störlichtbogen führen zu einem<br />

Druckanstieg im betroffenen Schaltfeld. Zum Schutz<br />

vor den mechanischen Auswirkungen ist oberhalb<br />

der Kabelanschlussräume, Sammelschienenräume<br />

und Leistungsräume ein durchgehender Druckentlastungskanal<br />

vorhanden, der den Druck aus dem Unterwerksg<strong>eb</strong>äude<br />

führt und dadurch einen Druckanstieg<br />

im Unterwerk verhindert. Die Personensicherheit im<br />

Unterwerk wird somit auch im Fehlerfall gewährleistet.<br />

Da sich Network Rail dem Credo Nachhaltigkeit verschri<strong>eb</strong>en<br />

hat, soll zukünftig der Einsatz <strong>von</strong> SF 6 -Schaltanlagen<br />

reduziert werden. Die auf SF 6 -Schaltanlagen<br />

ausgelegten Spezifikationen wurden <strong>für</strong> den Einsatz<br />

<strong>von</strong> luftisolierten Schaltanlagen angepasst. Die Balfour<br />

Beatty Rail GmbH hat dazu Network Rail in mehreren<br />

Klärungsgesprächen technischen Support geliefert.<br />

Um Schaltanlagen bei Network Rail anbieten und<br />

in Projekte einsetzen zu können, wart eine Betri<strong>eb</strong>serprobung<br />

erforderlich. Diese fand im Pilotprojekt<br />

Paisley Corridor statt. Für <strong>die</strong> Dauer der Betri<strong>eb</strong>serprobung,<br />

welche am 12. November 2011 begann,<br />

stellte Network Rail ein so genanntes Certificate of<br />

Authority for Product Trail aus. Am 11. November<br />

2013 wurde <strong>die</strong> Betri<strong>eb</strong>serprobung offiziell und<br />

erfolgreich beendet und am 28. Januar 2014 <strong>die</strong> Zulassung<br />

Certificate of Acceptance erteilt (Bild 3).<br />

Bild 3:<br />

Zulassungsbescheinigung <strong>von</strong> Network Rail.<br />

Damit kann <strong>die</strong> TracFeed ® TAC in zukünftigen<br />

Elektrifizierungsprojekten in Großbritannien eingesetzt<br />

werden.<br />

Matthias Schmalz,<br />

Innovations- und Produktmanager AC<br />

[1] EN 62271-200: 2012: Hochspannungs-Schaltgeräte<br />

und –Schaltanlagen – Teil 200: Metallgekapselte<br />

Wechselstrom-Schaltanlagen <strong>für</strong> Bemessungsspannungen<br />

über 1 kV bis einschließlich 52 kV (IEC 62271-<br />

200:2011).<br />

EB – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>, 210x149 mm, 4c, ET 5.9.2014<br />

Anzeige<br />

Bahnstrom<br />

DB Energie – bringt voran.<br />

Technische<br />

Dienstleistungen<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

DB Energie – Energie <strong>für</strong> Eisenbahnen in Deutschland.<br />

Wir kennen den Energiemarkt und <strong>die</strong> Erfolgsfaktoren<br />

wie kaum ein anderer – und das schon seit über<br />

100 Jahren. Nur wenige Unternehmen verfügen über<br />

<strong>die</strong> Erfahrung und technischen Fähigkeiten, den<br />

kostenoptimierten und effizienten Betri<strong>eb</strong> Ihrer<br />

Energieversorgungsanlage zuverlässig sicherzustellen.<br />

Ob Umspann- oder Umrichterwerk, Trafostation,<br />

Schaltanlage, Dieselkraftstoff- oder Heizöl-Tankanlage.<br />

Wir bieten Ihnen kompetente technische Dienstleistungen<br />

<strong>von</strong> der Planung bis zur Inbetri<strong>eb</strong>nahme, einen Rundum-<strong>die</strong>-Uhr-Service,<br />

Inspektion, Wartung, Instandsetzung<br />

und Entstörung sowie technische Diagnosen zur Bewer -<br />

tung, Optimierung und Zertifizierung. Vertrauen Sie auf<br />

einen optimalen bundesweiten Anlagen service aus einer<br />

Hand, entweder als Einzel- oder Komplett lösung.<br />

Sie sind an unserem Leistungsang<strong>eb</strong>ot interessiert? 449<br />

Gerne informieren wir Sie ausführlich.<br />

www.dbenergie.de

Fokus Praxis<br />

Doppelstocktri<strong>eb</strong>züge KISS und MUTZ<br />

Aufbauend auf den Konstruktionsgrundsätzen der Gelenktri<strong>eb</strong>wagen GTW und der Niederflurtri<strong>eb</strong>züge<br />

FLIRT wurden Doppelstocktri<strong>eb</strong>züge entwickelt und erfolgreich vermarktet.<br />

TABELLE 1<br />

Hauptdaten Doppelstocktri<strong>eb</strong>züge KISS und MUTZ.<br />

Wagenzahl<br />

Endtri<strong>eb</strong>wagen Bo’Bo‘<br />

Mittelwagen 2‘2‘<br />

Zuglänge über Kupplung<br />

Sitzplätze<br />

1. Klasse<br />

2. Klasse<br />

Stehplätze<br />

Dienstmasse<br />

größte Radsatzlast<br />

Anfahrzugkraft 2<br />

Anfahrbeschleunigung 3<br />

Kraftschlussausnutzung 3<br />

Leistung am Rad<br />

kurzzeitig<br />

dauernd<br />

Höchstgeschwindigkeit<br />

m<br />

t<br />

t<br />

kN<br />

m/s 2<br />

kW<br />

kW<br />

km/h<br />

SBB<br />

RABe 511<br />

2<br />

4<br />

150,0<br />

120<br />

425<br />

1 148<br />

294<br />

19,9<br />

400<br />

1,1<br />

0,25<br />

6 000<br />

4 000<br />

160<br />

WESTbahn<br />

1<br />

2<br />

4<br />

150,0<br />

0<br />

501<br />

1 194<br />

296<br />

19,9<br />

320<br />

0,85<br />

0,20<br />

6 000<br />

4 000<br />

200<br />

BLS<br />

RABe 515<br />

1<br />

privates Eisenbahnverkehrsunternehmen Strecke Wien – Salzburg<br />

2<br />

bis 50 ... 55 km/h<br />

3<br />

Sitzplätze besetzt<br />

2<br />

2<br />

102,6<br />

61<br />

274<br />

566<br />

216<br />

19,9<br />

400<br />

1,3<br />

0,25<br />

6 000<br />

4 000<br />

160<br />

Der ursprünglich als Doppelstockzug (DOSTO)<br />

und später als Komfortabler Innovativer Spurtstarker<br />

S-Bahnzug (KISS) bezeichnete Entwurf <strong>von</strong> Stadler<br />

Rail ist <strong>die</strong> konsequente Weiterentwicklung des Niederflur-Vorläufers<br />

FLIRT [1]. Dessen Grundkonzept<br />

mit kompaktem Geräteraum über dem Tri<strong>eb</strong>drehgestell<br />

wurde fortgeführt, jedoch jetzt mit zwei Ausrüstungen<br />

je Bo’Bo‘-Endwagen (Bilder 1 und 2). Damit<br />

ließ sich <strong>die</strong> Traktionsleistung der Züge auf 6 MW<br />

kurzzeitig und 4 MW dauernd steigern, was je nach<br />

Getri<strong>eb</strong>eübersetzung und Zahl der 2‘2‘-Mittelwagen<br />

bis 1,3 m/s 2 Anfahrbeschleunigung ergibt (Tabelle 1).<br />

Doppelstocktri<strong>eb</strong>züge KISS wurden erstmals 2010<br />

als RABe 511 an <strong>die</strong> SBB geliefert (Bild 3) und dann<br />

in kurzer Folge an <strong>die</strong> österreichische WESTbahn sowie<br />

andere <strong>Bahnen</strong> wie CFL, Ostdeutsche Eisenbahn<br />

(ODEG) und Westfalenbahn (WFB). Ab Mitte 2014<br />

wurden 28 Züge <strong>für</strong> <strong>die</strong> BLS abgeliefert, <strong>die</strong> <strong>die</strong>se als<br />

RABe 515 genummert hat und ihnen den eigenen<br />

Markennamen Moderner Universeller Tri<strong>eb</strong>zug (MUTZ)<br />

geg<strong>eb</strong>en hat. Jeder Zug besteht aus zwei Endtri<strong>eb</strong>wagen<br />

RBe 4/4 und je einem Zwischenwagen B und AB<br />

(Bild 4, Tabelle 1). In der Fertigung sind 16 vierteilige<br />

und 9 sechsteilige Breitspurzüge <strong>für</strong> Aeroexpress, den<br />

Betreiber der Moskauer Flughafenbahn.<br />

Stromabnehmer<br />

Stromwandler<br />

1AC<br />

15kV 16,7Hz<br />

Hauptschalter<br />

Stromwandler<br />

Hauptschalter<br />

Überspannungsableiter<br />

Spannungswandler<br />

Überspannungsableiter<br />

Transformator<br />

Hilfsbetri<strong>eb</strong>eumrichter<br />

Traktionsumrichter<br />

BORDLINE<br />

CC1500<br />

Traktionsumrichter<br />

BORDLINE<br />

CC1500<br />

Hilfsbetri<strong>eb</strong>eumrichter<br />

Überspannungsableiter<br />

A<br />

A<br />

2AC<br />

400V 16,7Hz<br />

Heizung<br />

Bild 1:<br />

Schema Traktion <strong>für</strong> Tri<strong>eb</strong>züge KISS und MUTZ (Originalgrafiken und Fotos: Stadler Rail).<br />

450 112 (2014) Heft 8-9

Praxis Fokus<br />

Hilfsbetri<strong>eb</strong>eumrichter<br />

variabel fix<br />

Klimagerät Steckdosen<br />

Klimagerät<br />

230V 50Hz Depotspeisung<br />

Batterieladegeräheizung<br />

400V 50Hz<br />

Scheiben-<br />

63A<br />

Hilfsbetri<strong>eb</strong>etransformator<br />

Hilfsbetri<strong>eb</strong>eumrichter<br />

fix variabel<br />

M<br />

Ventilation Transformator und Stromrichter<br />

Ventilation Transformator und Stromrichter<br />

M<br />

M<br />

Ventilation Fahrmotor<br />

4<br />

Ventilation Fahrmotor<br />

M<br />

400V 50Hz<br />

M<br />

Ölpumpe Transformator<br />

M<br />

M<br />

Wasserpumpe Stromrichter<br />

M<br />

Bild 2:<br />

Schema Hilfsbetri<strong>eb</strong>e <strong>für</strong> Ti<strong>eb</strong>züge KISS und MUTZ.<br />

Bild 3:<br />

SBB-Tri<strong>eb</strong>zug RABe 511 KISS.<br />

Bei der Entwicklung der Systemkomponenten<br />

wurden neue Wege beschritten (Bilder 5 bis 7, Tabelle<br />

2). Der wassergekühlte Stromrichter ist <strong>für</strong><br />

AC-Eingangsfrequenzen <strong>von</strong> 12 bis 60 Hz ausgelegt.<br />

Seine relativ niedrige Zwischenkreisspannung 750 V<br />

erlaubt <strong>die</strong> Verwendung <strong>von</strong> Elektrolytkondensatoren.<br />

Dadurch entsteht eine so große Zwischenkreiskapazität,<br />

dass trotz der weiten Netzfrequenzspanne<br />

kein besonderer Saugkreis mehr benötigt wird, was<br />

wiederum <strong>die</strong> Masse der Drosselspule und deren<br />

Verluste erspart. Es können 1,7-kV-IGBT eingesetzt<br />

werden, was 2 kHz Taktfrequenz sowohl im Netzstromrichter<br />

als auch im Motorstromrichter ermöglicht.<br />

Dadurch reduzieren sich <strong>die</strong> Zusatzverluste im<br />

Transformator und im Fahrmotor stark. Im Stromrichtergehäuse<br />

sind auch <strong>die</strong> am Zwischenkreis<br />

angeschlossenen Hilfsbetri<strong>eb</strong>eumrichter und das<br />

Batterieladegerät eing<strong>eb</strong>aut. Jeder der ölgekühlten<br />

Haupttransformatoren hat zwei Stromrichter-Sekundärwicklungen<br />

und eine Heizwicklung. Der Trans-<br />

Bild 4:<br />

BLS-Tri<strong>eb</strong>zug RABe 515 MUTZ.<br />

spannungs<br />

wandler<br />

frequenz<br />

umrichter<br />

strom<br />

versorgungen<br />

www.ast.berlin<br />

Anzeige<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

451<br />

Anzeige EB.indd 1 23.07.2014 09:42:59

Fokus Praxis<br />

formator ist sehr kompakt g<strong>eb</strong>aut, weil sein Kessel<br />

keine Saugkreisdrosselspule mit aufnehmen muss.<br />

Die fremdgekühlten Asynchronfahrmotoren können<br />

dank der Einzelsteuerung <strong>für</strong> einen guten Wirkungsgrad<br />

ausgelegt werden; <strong>für</strong> den Nennpunkt werden<br />

95,9 % genannt.<br />

Anmerkung: Basis ist eine Präsentation <strong>von</strong> Stadler Rail<br />

auf der ETG-Fachtagung 100 Jahre Hochleistungstraktion<br />

– 100 Jahre Lötschbergbahn in Spiez im Juni 2013.<br />

Be<br />

[1] Klein, S.: Flinker, leichter, innovativer Regional-Tri<strong>eb</strong>zug<br />

FLIRT. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 103 (2005), H. 3, S. 116–126.<br />

Bild 5:<br />

Hauptumspanner.<br />

Bild 6:<br />

Stromrichterschrank.<br />

TABELLE 2<br />

Kenndaten Hauptkomponenten <strong>für</strong> Doppelstocktri<strong>eb</strong>züge<br />

KISS und MUTZ (Bilder 5 bis 7).<br />

Leistung<br />

kVA; kW<br />

Masse<br />

t<br />

Hauptumspanner 1 1 100 3,0<br />

Umrichter<br />

Traktion<br />

2 x 950<br />

Bordnetz<br />

1 x 100<br />

Ventilatoren 2 1 x 25<br />

1,5<br />

Fahrmotor<br />

dauernd<br />

maximal<br />

500<br />

750<br />

≈1,0<br />

1<br />

Primärspannung 15 kV 16,7 Hz<br />

2<br />

<strong>für</strong> Kühlmittel Transformator, Stromrichter<br />

und Fahrmotoren<br />

Bild 7:<br />

Fahrmotor.<br />

452 112 (2014) Heft 8-9

Praxis Fokus<br />

Stadtbahnfahrzeuge FLEXITY Swift <strong>für</strong><br />

Karlsruhe<br />

Für den Einsatz im Großraum Karlsruhe bekommen <strong>die</strong> beiden dortigen Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e 30 neue<br />

Stadtbahnfahrzeuge aus der FLEXITY-Familie des Herstellers. Nach Verzögerungen wird <strong>die</strong> endgültige<br />

Zulassung auch auf DB-Strecken <strong>für</strong> Dezember 2014 angestr<strong>eb</strong>t.<br />

Im September 2009 hatten <strong>die</strong> Albtal-Verkehrs-Gesellschaft<br />

(AVG) und <strong>die</strong> Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e Karlsruhe (VBK)<br />

nach europaweiter Ausschreibung mit vorherigem<br />

Teilnahmewettbewerb bei Bombar<strong>die</strong>r Transportation<br />

(BT) 30 Zweistromfahrzeuge bestellt mit einer Option<br />

<strong>für</strong> maximal 45 weitere. Tabelle 1 zeigt, wie sich<br />

TABELLE 1<br />

Finanzierung Stadtbahnzüge ET 2010 FLEXITY Swift<br />

<strong>für</strong> Karlsruhe.<br />

Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e Karlsruhe<br />

Landkreis Karlsruhe<br />

Landkreis Germersheim 1<br />

Albtal-Verkehrs-Gesellschaft<br />

Fahrzeugzahl<br />

8<br />

16<br />

3,3<br />

2,7<br />

10 6 EUR<br />

34,4<br />

68,7<br />

14,2<br />

11,6<br />

Summe 30 128,9<br />

1<br />

und Kommunen entlang Streckenabschnitt Germersheim<br />

– Wörth: drei Fahrzeuge plus anteilige Reserve<br />

<strong>die</strong> Finanzierung aufteilen sollte. Grund hier<strong>für</strong> war,<br />

dass das Land Baden-Württemberg seine Fördermittel<br />

zur Verbesserung der Verkehrsverhältnisse in den<br />

Gemeinden ausgesetzt hatte.<br />

Gefertigt werden <strong>die</strong> Fahrzeuge im BT-Werksverbund<br />

Bautzen und Wien. Die Elektrik einschließlich<br />

Antri<strong>eb</strong>s- und Steuerungstechnik MITRAC kommt<br />

aus Mannheim und <strong>die</strong> Drehgestelle FLEXX Urban<br />

2500 liefert der BT-Standort Siegen. Der Inlandsanteil<br />

der Wertschöpfung beträgt 80 %.<br />

Die Fahrzeuge haben bei den Haltern <strong>die</strong> Typbezeichnung<br />

ET 2010 und <strong>die</strong> Betri<strong>eb</strong>snummern 923<br />

bis 952 (Bild 1). Sie bestehen wie <strong>die</strong> bisherigen<br />

[1] aus drei gelenkig und durchgängig verbundenen<br />

Modulen (Bild 2) und sind auf <strong>die</strong> besonderen<br />

Anforderungen der Stadt und der Region Karlsruhe<br />

zugeschnitten, das heißt in erster Linie sind sie Zweistromfahrzeuge<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Fahrleitungsspannungen DC<br />

750 V und 1 AC 15 kV 16,7 Hz auf mitbefahrenen<br />

Anzeige<br />

Transmission a s ss sion<br />

o is s our Mission<br />

ion<br />

Halle 25<br />

Stand 301<br />

Leistungen <strong>für</strong> Leitungen<br />

European Trans Energy GmbH<br />

PORR SUISSE AG<br />

Emil-Fucik-Gasse 1<br />

A - 1100 Wien<br />

Tel. + 43 (0)50 626 5100<br />

Fax. + 43 (0)50 626 5110<br />

Wiener Straße 37a<br />

A - 4482 Ennsdorf<br />

Tel. + 43 7223 86181<br />

Fax. + 43 7223 86181 31<br />

Storkowerstraße 113<br />

D - 10407 Berlin<br />

Tel. + 49 30 4530 631 10<br />

Fax + 49 30 4530 631 21<br />

Humboldtstraße 9<br />

D - 04105 Leipzig<br />

Tel. + 49 341 22469 0<br />

Fax. + 49 341 22469 99<br />

Bussestraße / Am Güterbahnhof<br />

D - 14943 Luckenwalde<br />

Tel. + 49 3371 620466<br />

Fax. + 49 3371 620467<br />

Stelzenstraße 4<br />

CH - 8152 Glattpark-Zürich<br />

Tel. +41 444 555 040<br />

Fax. +41 444 555 041<br />

e-mail: contact@europten.com<br />

112 (2014) www.europten.com Heft 8-9<br />

e-mail: rainer.dobler@porr.ch<br />

www.porr.ch<br />

453

Fokus Praxis<br />

Bild 1:<br />

Stadtbahnzug ET 2010 FLEXITY Swift <strong>für</strong> Karsruhe (Foto: Bombar<strong>die</strong>r Transportation).<br />

Bild 2:<br />

Stadtbahnzug ET 2010 FLEXITY Swift <strong>für</strong> Karsruhe (Grafik: Bombar<strong>die</strong>r Transportation).<br />

TABELLE 2<br />

Hauptdaten Stadtbahnzüge ET 2010 FLEXITY Swift<br />

<strong>für</strong> Karlsruhe.<br />

Fahrleitungsspannungen DC 750 V und 1 AC 15 kV 16,7 Hz<br />

Spurweite<br />

Radsatzfolge<br />

Länge über Kupplungen<br />

größte Breite<br />

Fußbodenhöhe über SO 1<br />

Einstiegbereich<br />

Mittelflurbereich<br />

Hochflurbereich<br />

mm<br />

mm<br />

mm<br />

mm<br />

mm<br />

mm<br />

1 435<br />

Bo‘+2‘2‘+Bo‘<br />

37 032<br />

2 650<br />

580<br />

645<br />

889<br />

Eigenmasse<br />

t 62,5<br />

Zahl Stehplätze 2, 3 151<br />

Zahl Sitzplätze 2<br />

84<br />

Motorleistung<br />

mittlere Beschleunigung 4<br />

Höchstgeschwindigkeit<br />

größte befahrbare Steigung<br />

1<br />

Schienenoberkante<br />

2<br />

neun Klappsitze unbenutzt<br />

3<br />

bei 4 m –2<br />

4<br />

bei 2 / 3 Besetzung<br />

kW<br />

m/s 2<br />

km/h<br />

‰<br />

4 x 150<br />

0,6<br />

100<br />

60<br />

DB-Strecken. Als Kompromiss mit der vorhandenen<br />

Infrastruktur ist der Fußboden der Einstiegsbereiche<br />

nicht niedrig, sondern mittelhoch (Tabelle 2). Die<br />

Drehgestelle sind primär mit Gummi-Metall-Elementen<br />

gefedert und haben sekundär Luftfedern. Die Innenräume<br />

sind klimatisiert und es gibt eine Toilette.<br />

Ursprünglich war <strong>die</strong> Lieferung des ersten Fahrzeugs<br />

<strong>für</strong> August 2011 geplant. Weil aber das Hochwasser<br />

in Ostsachsen Anfang August 2010 das Werk<br />

Bautzen überflutete, musste der Lieferplan angepasst<br />

werden. So konnten erst ab Juli 2013 <strong>die</strong> ersten der<br />

neuen Fahrzeuge im Raum Karlsruhe eingesetzt werden,<br />

jedoch nur auf Stadtbahnstrecken <strong>von</strong> VBK und<br />

AVG. Nachdem der Hersteller im Frühjahr 2014 dem<br />

Eisenbahn-Bundesamt (EBA) <strong>die</strong> nötigen Bescheinigungen<br />

vorgelegt hatte, hat <strong>die</strong> Behörde Ende Juni<br />

den ersten si<strong>eb</strong>en Fahrzeugen eine vorläufige Zulassung<br />

nach der Eisenbahn-Bau- und Betri<strong>eb</strong>sordnung<br />

(EBO) erteilt. Die nach und nach folgenden Fahrzeuge<br />

werden per Konformitätserklärung auf DB-Strecken<br />

fahren dürfen, auch in Mehrfachtraktion. Vor endgültiger<br />

Zulassung verlangt jedoch das EBA bis Ende<br />

2014 noch <strong>die</strong> Vorlage zusätzlicher Prüfungserg<strong>eb</strong>nisse<br />

und <strong>von</strong> Langzeittests im Fahrbetri<strong>eb</strong>. Aus<br />

Betreibersicht müssen <strong>die</strong> Fahrzeuge zum Fahrplanwechsel<br />

Anfang Dezember dauerhaft einsetzbar sein,<br />

um <strong>die</strong> Karlsruher Linie S 42 auf der DB-Strecke <strong>von</strong><br />

Heilbronn nach Norden Richtung Neckarsulm stabil<br />

be<strong>die</strong>nen zu können.<br />

Be<br />

[1] Ludwig, D.; Forcher, P.; Schlitter, K.; Himme, Cl.: Niederflur-<br />

und Zweisystem-Mittelflurfahrzeuge <strong>für</strong> S-Bahnnetz<br />

Karlsruhe. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 98 (2000), H. 4,<br />

S. 142–151.<br />

454 112 (2014) Heft 8-9

Praxis Fokus<br />

Direktvergabe der Verkehrsleistungen<br />

auf dem Teilnetz Ring der S-Bahn Berlin<br />

Die Behörden der Länder Berlin und Brandenburg veröffentlichen zum Amtsblatt der EU, dass sie in<br />

etwa einem Jahr <strong>die</strong> Verkehrsleistungen auf dem Teilnetz Ring der S-Bahn Berlin über 2017 hinaus <strong>für</strong><br />

drei bis sechs Jahre direkt verg<strong>eb</strong>en wollen.<br />

Die Senatsverwaltung <strong>für</strong> Stadtentwicklung und Umwelt<br />

des Landes Berlin und das Ministerium <strong>für</strong> Infrastruktur<br />

und Landwirtschaft des Landes Brandenburg haben<br />

am 24. Juli 2014 eine Vorveröffentlichung gemäß Artikel<br />

7 Absatz 2 der Verordnung (EG) Nr. 1370/2007<br />

über öffentliche Personenverkehrs<strong>die</strong>nste abgeschickt.<br />

Hiernach sind in dem genannten Verkehrssektor <strong>die</strong><br />

Einleitung eines wettbewerblichen Vergabeverfahrens<br />

oder eine Direktvergabe spätestens ein Jahr vorher im<br />

Amtsblatt der Europäischen Union zu veröffentlichen.<br />

Angekündigt wird <strong>die</strong> Direktvergabe eines Auftrags<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Verkehrsleistungen im SPNV auf dem Teilnetz<br />

Ring der S-Bahn Berlin, zu dem <strong>die</strong> Linien S41, S42,<br />

S46, S47 und S8 gehören (Tabelle), und damit zusammenhängende<br />

Dienstleistungen. Vorsorglich wird angezeigt,<br />

dass <strong>die</strong> abzuschließende Vereinbarung eine<br />

Verlängerungsoption enthalten soll <strong>für</strong> den Fall, dass<br />

sich <strong>die</strong> Betri<strong>eb</strong>saufnahme durch den „im wettbewerblichen<br />

Vergabeverfahren gefundenen Betreiber“ über<br />

<strong>die</strong> in der Tabelle genannten Termine hinaus verzögert.<br />

Die Vergabeart gründet sich auf <strong>die</strong> Bestimmungen in<br />

Artikel 5 Absatz 6 der Verordnung, der <strong>für</strong> Eisenbahnverkehr<br />

– ausgenommen andere schienengestützte Verkehrsträger<br />

wie Untergrund- oder Straßenbahnen – gilt.<br />

Die Direktvergabe wird wegen der Vorlauffrist nicht<br />

vor dem 6. August 2015 erfolgen. Der Auftrag soll am<br />

17. Dezember 2017 beginnen, dem Ablauf des jetzigen<br />

Verkehrsvertrages mit der S-Bahn Berlin, und über 69<br />

Monate ab Vergabe laufen, also bis zum letzten der Termine<br />

in der Tabelle. Die jährliche Leistung soll anfänglich<br />

9,4 Mio. Zugkilometer unabhängig <strong>von</strong> Zuglängen<br />

umfassen und schrittweise nach den Betri<strong>eb</strong>saufnahmen<br />

durch den gefundenen künftigen Betreiber sinken.<br />

Die Vergabe <strong>von</strong> Unteraufträgen ist nicht beabsichtigt,<br />

jedoch soll <strong>die</strong>s zulässig bleiben, wenn sich<br />

in den Verhandlungen über <strong>die</strong> Direktvergabe herausstellt,<br />

dass solche verg<strong>eb</strong>en werden sollen.<br />

Am Schluss der Veröffentlichung stehen umfangreiche<br />

standardisierte Angaben zu Rechtsbehelfs- oder<br />

Nachprüfungsverfahren.<br />

Das Standardformular <strong>für</strong> <strong>die</strong> EU-weite Vorveröffentlichung<br />

sieht nicht vor, den Auftragnehmer <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

Direktvergabe zu nennen. Die veröffentlichenden Behörden<br />

sprechen <strong>von</strong> einem abzuschließenden „Übergangsvertrag“.<br />

Nach Lage der Dinge ist natürlich klar,<br />

dass hier<strong>für</strong> nur <strong>die</strong> DB-Tochter S-Bahn Berlin GmbH<br />

in Frage kommt. Diese wird also ihre 150 Viertelzüge<br />

der Alt-Baureihen 485 und 480 <strong>für</strong> den Weiterbetri<strong>eb</strong><br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

über 2017 hinaus ertüchtigen und da<strong>für</strong> <strong>die</strong> Zulassung<br />

durch das Eisenbahn-Bundesamt (EBA) besorgen müssen<br />

(<strong>eb</strong> 10/2012, S. 542–543; 11/2013, S. 627–629;<br />

12/2013, S. 789–790).<br />

Grund <strong>für</strong> den Schritt ist wohl <strong>die</strong> bei Fachleuten<br />

schon längst gefestigte Erkenntnis, dass es illusorisch ist,<br />

zum Dezember 2017 würde der gefundene Betreiber<br />

genügend oder überhaupt neue dauerbetri<strong>eb</strong>staugliche<br />

S-Bahn-Tri<strong>eb</strong>züge haben können. Der einflussreiche<br />

Berliner Fahrgastverband IGEB spricht in einer Pressemitteilung<br />

vom 26. Juli 2014 <strong>von</strong> einem Offenbarungseid<br />

der Länder Berlin und Brandenburg und Versagen besonders<br />

des federführenden Senats <strong>von</strong> Berlin, <strong>von</strong> dem<br />

<strong>die</strong> Teilausschreibung „jahrelang verschleppt wurde“.<br />

Kontaktstelle <strong>für</strong> <strong>die</strong> Angelegenheit ist der VBB<br />

Verkehrsverbund Berlin-Brandenburg in Berlin, Fundstelle<br />

<strong>für</strong> den Volltext zur Bekanntmachung ist:<br />

http://www.ted.europa.eu/udl?uri=TED:NOTICE253<br />

832‐2014:TEXT:DE:HTML&src=0<br />

Be<br />

Bild:<br />

Erster reaktivierter Viertelzug Baureihe 485+885 S-Bahn Berlin im Werk<br />

Schöneweide (Foto: DB/Ralf Kranert, März 2011).<br />

TABELLE<br />

Vorgesehene Betri<strong>eb</strong>saufnahme durch den im wettbewerblichen Vergabeverfahren<br />

gefundenen Betreiber der S-Bahn Berlin Teilnetz Ring (Stand Juli 2014).<br />

S47<br />

S46<br />

S 8<br />

S41 und S42 1<br />

S41 und S42 1<br />

Spindlersfeld – Tempelhof und – Südkreuz<br />

(– Bundesplatz)<br />

6. Novemer 2020<br />

Königs Wusterhausen – Hauptbahnhof<br />

6. Mai 2022<br />

(Zeuthen –) Grünau – Hohen Neuendorf 19 August 2022<br />

Südkreuz – Südkreuz 2<br />

17. F<strong>eb</strong>ruar 2023<br />

Südkreuz – Südkreuz 3 18. August 2023<br />

1<br />

S41 im, S42 gegen Uhrzeigersinn<br />

2<br />

Stammzuggruppen<br />

3<br />

Tageszuggruppen<br />

455

Fokus Praxis<br />

Oberleitungserneuerungen in der<br />

Schweiz<br />

Die Firma Kummler+Matter, Zürich (CH), erneuerte auf Strecken in der Ostschweiz und im Bahnhof<br />

Au im Kanton Zürich Oberleitungsanlagen der SBB.<br />

Rheintal<br />

Projektbeschreibung<br />

Der Ausbau des Eisenbahnnetzes in der Ost- und<br />

Westschweiz ermöglicht den Schweizerischen Bundesbahnen<br />

SBB <strong>die</strong> Anbindung an den europäischen<br />

Hochgeschwindigkeitsverkehr (HGV). Mit den Ausbauten<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> HGV-Anschlüsse wird das Schweizer<br />

Schienennetz modernisiert und optimal an das<br />

europäische Hochgeschwindigkeitsnetz ang<strong>eb</strong>unden.<br />

Damit verkürzen sich <strong>die</strong> Reisezeiten aus der<br />

Schweiz zu den Städten München, Ulm, Stuttgart,<br />

Paris und Lyon. In <strong>die</strong>sem Zusammenhang kommt<br />

es in der Ostschweiz zu einer Erneuerung mehrerer<br />

Bahntechnikanlagen <strong>von</strong> Buchs bis St. Margrethen.<br />

Dazu gehört auch der Ersatz der vor etwa 80 Jahren<br />

g<strong>eb</strong>auten Fahrleitungs-anlage der Bauart N-FL, einer<br />

halb nachgespannten Fahrleitung. Diese Oberleitung<br />

ist mit Ausnahme weniger Bahnhöfe durch <strong>die</strong><br />

Bauart R1 ersetzt worden, einer Oberleitung <strong>für</strong> Geschwindigkeiten<br />

bis 140 km/h. Als Speiseleitungen<br />

und Rückleitungen gelangten erstmalig bei der SBB<br />

Aldrey-Seile (AL3-Leiter) mit 300 mm 2 Querschnitt<br />

zur Anwendung.<br />

Um <strong>die</strong> Erneuerung mehrerer Bahntechnikanlagen<br />

im Rheintal zu realisieren, mussten an vier Wochenenden<br />

Teilabschnitte der Strecke Buchs – St. Margrethen<br />

jeweils <strong>von</strong> Freitagabend bis Montag früh total<br />

gesperrt werden. In den verlängerten Nachtsperren<br />

wurden nach dem Bau der Fundamente durch <strong>die</strong><br />

SBB-Fahrleitungs<strong>die</strong>nste <strong>die</strong> neuen Oberleitungstragwerke<br />

und Ausleger montiert. Die bestehenden<br />

Oberleitungsanlagen wurden abg<strong>eb</strong>rochen, das<br />

neue Kettenwerk aufg<strong>eb</strong>aut, ein großer Teil der Speise-<br />

und Rückleitungen gezogen und diverse Tiefbauarbeiten<br />

durchgeführt.<br />

Die Firma Kummler+Matter AG, Zürich (CH) erhielt<br />

den Auftrag der Kettenwerkserneuerung. Diese<br />

geschah in den Arbeitsschritten:<br />

• Vorkonfektionierung der Hänger<br />

• Verlegen des Fahrdrahtes und Tragseils<br />

• Einbau des Festpunktes und der Hänger<br />

• Einbau der Isolatoren und Einstellen der Gewichtssäulen<br />

Der Fahrleitungs<strong>die</strong>nst der SBB realisierte anschließend<br />

<strong>die</strong> Schlussregelage und -kontrolle.<br />

Vorkonfektionierung der Hänger<br />

Die Hängerlängen wurden aufgrund der Planunterlagen<br />

und soweit vorhanden nach Aufnahmen vor Ort<br />

berechnet, <strong>die</strong> Hänger aufgrund der erstellten Listen<br />

abgelängt und eindeutig beschriftet.<br />

Zug des Fahrdrahtes und Tragseils<br />

Bild 1:<br />

Verlegeeinheit (Fotos: Kummler+Matter).<br />

Für <strong>die</strong> Verlegung des Fahrdrahtes und des Tragseils<br />

wurde eine Verlegeeinheit (Bild 1) eingesetzt,<br />

gezogen durch ein Fahrleitungsfahrzeug (Multi<br />

Purpose Vehicle, MPV). Die Verlegeeinheit besteht<br />

aus drei 20-Fuß-Containern und ist auf einem Tragwagen<br />

aufg<strong>eb</strong>aut. Sie verfügt über sechs Spulenplätze,<br />

zwei Spillen, um eine Zugkraft bis 27 kN je<br />

Spille aufzubauen, zwei Drücker zur Führung der<br />

Drähte und eine Be<strong>die</strong>nerkabine. Mit der Verlegeeinheit<br />

werden der Fahrdraht und das Tragseil mit<br />

der benötigten Zugkraft gespannt. Durch <strong>die</strong> Ladekapazität<br />

<strong>von</strong> drei Fahrdraht- und drei Tragseilspulen<br />

können mehr als sechs Nachspannlängen<br />

verlegt werden.<br />

456 112 (2014) Heft 8-9

Praxis Fokus<br />

Darauf folgte das MPV der Firma Kummler+Matter.<br />

Von <strong>die</strong>sem wurden <strong>die</strong> Ausleger eingeschwenkt, <strong>die</strong><br />

Seitenhalter eingeklemmt und S-Haken zum provisorischen<br />

Aufhängen des Fahrdrahtes eing<strong>eb</strong>aut.<br />

Einbau des Fixpunktes und der Seilhänger<br />

Zunächst bauten <strong>die</strong> Monteure <strong>von</strong> einer H<strong>eb</strong><strong>eb</strong>ühne<br />

aus <strong>die</strong> Fixpunkte ein. Anschließend wurden <strong>die</strong><br />

beiden Seiten des Kettenwerks mit den Gewichten<br />

belastet und vom Fixpunkt ausgehend in beiden<br />

Richtungen <strong>die</strong> Hänger eing<strong>eb</strong>aut. Die Distanzen<br />

zwischen den Hängern konnten durch <strong>die</strong> H<strong>eb</strong><strong>eb</strong>ühnenfahrzeuge<br />

mit den in den Rechner des<br />

Fahrzeuges eingelesenen Daten direkt abgemessen<br />

wereden. Nach der Justierung der Ausleger und Seitenhalter<br />

bei den Tragwerken, folgte das Fixieren<br />

der Fahrdrahthöhe und deren Seitenlage <strong>von</strong> einer<br />

selbstfahrenden kleinen H<strong>eb</strong><strong>eb</strong>ühne aus.<br />

Einbau der Isolatoren und Einstellen der<br />

Gewichtssäulen<br />

Mit einem Zweiwegfahrzeug wurden <strong>die</strong> Isolatoren<br />

in den abgehenden Kettenwerken eing<strong>eb</strong>aut und<br />

<strong>die</strong> Gewichtssäulen auf <strong>die</strong> vorgeg<strong>eb</strong>enen Höhen<br />

eingestellt. Die an den Wochenenden durchgeführten<br />

Arbeiten konnten im April 2014 dank der engagierten<br />

Zusammenarbeit aller Beteiligten – auch<br />

unter erschwerten Wetterbedingungen – jeweils<br />

rechtzeitig fertiggestellt werden. Durch <strong>die</strong>ses Vorgehen<br />

wurde <strong>die</strong> Oberleitungsanlage effizient und<br />

mit möglichst wenigen Sperrungen erneuert und<br />

wieder in Betri<strong>eb</strong> genommen.<br />

Bahnhof Au (Kanton Zürich)<br />

Bild 2:<br />

Multi Purpose Vehicle MPV (Mehrzweckfahrzeug).<br />

Vor rund 25 Jahren fand <strong>die</strong> letzte Erneuerung der<br />

Oberleitungsanlage des Bahnhofs Au (bei Wädenswil,<br />

Kanton Zürich) statt. Die beiden Hauptgleise<br />

erhielten eine Oberleitung <strong>für</strong> Geschwindigkeiten<br />

bis 125 km/h, Bauart R-FL, und <strong>die</strong> N<strong>eb</strong>engleise eine<br />

Normalfahrleitung.<br />

Die gesteigerten betri<strong>eb</strong>lichen Anforderungen<br />

verlangten im Bahnhof Au den Einbau eines zusätzlichen<br />

Gleiswechsels zum Überholen <strong>von</strong> Güterzügen.<br />

Hybridlokomotiven <strong>von</strong> SBB Cargo stellen heute <strong>die</strong><br />

Güterwagen bereit. Deshalb sollten das Überholgleis<br />

<strong>eb</strong>enfalls mit einer Oberleitung der Bauart R-FL ausgerüstet<br />

und <strong>die</strong> Oberleitung über den restlichen<br />

N<strong>eb</strong>engleisen demontiert werden.<br />

Das neue Linienkonzept der Oberleitung der SBB<br />

verlangte <strong>eb</strong>enfalls <strong>die</strong> Aufh<strong>eb</strong>ung der Streckentrennungen,<br />

der Hauptschaltposten und der N<strong>eb</strong>enschaltposten.<br />

Um das zu ermöglichen, wurden <strong>für</strong><br />

das neue Konzept drei AREVA-Leistungsschalter mit<br />

den dazugehörigen elektrischen Trennungen eing<strong>eb</strong>aut,<br />

welche nun eine optimale Sektionierung bei<br />

Störungen gewähren.<br />

Fahrleitungen<br />

Für Bahn-, Strassenbahn- und Trolleybus-<br />

Fahrleitungen sind wir der kompetente,<br />

zuverlässige Gesprächspartner.<br />

Aktuelle Referenzen:<br />

• Rheintal – Streckenabschnitt zwischen<br />

Buchs SG – St. Margrethen<br />

• Fahrleitungsanlage Bahnhof Au ZH<br />

• Gotthard-Tunnel der NEAT<br />

Unsere Spezialisten elektrifizieren Vollbahnen,<br />

Stadtschnellbahnen, Strassenbahnen und<br />

Trolleybusse.<br />

Kummler+Matter AG<br />

Hohlstrasse 176, CH-8026 Zürich<br />

Tel. +41 44 247 47 47<br />

kuma@kuma.ch, www.kuma.ch<br />

Anzeige<br />

InnoTrans<br />

2014<br />

Halle 26<br />

Stand 221<br />

112 (2014) Heft 8-9

IZBE-/VDE-Symposium<br />

<strong>Elektrische</strong> Fahrzeugantri<strong>eb</strong>e<br />

und -ausrüstungen<br />

4. und 5. Dezember 2014<br />

Dresden, Deutschland<br />

Internationales Kongresszentrum<br />

Eine Gemeinschaftsveranstaltung des<br />

Innovationszentrums Bahntechnik Europa e.V.<br />

und des<br />

Fachbereichs „<strong>Bahnen</strong> und Fahrzeuge mit<br />

elektrischen Antri<strong>eb</strong>en” der ETG im VDE.<br />

Information, Programm und Anmeldung unter:<br />

www.izbe.eu<br />

Me<strong>die</strong>npartner:<br />

Die Firma Kummler+Matter führte im Auftrag der<br />

SBB <strong>die</strong> Montagearbeiten in Nachtsperrungen aus,<br />

wobei der Betri<strong>eb</strong> des Bahnhofs Au hier<strong>für</strong> nur <strong>für</strong><br />

eine Stunde eine Vollsperrungen zuließ. Sämtliche<br />

Arbeiten wurden in enger Abstimmung mit allen anderen<br />

Fach<strong>die</strong>nsten durchgeführt.<br />

Eine Personenwarnanlage erfasste alle Züge in<br />

den Sperrpausen. Jedes Arbeitsteam hatte einen eigenen<br />

Sicherheitswärter und jeder Gruppe wurden<br />

<strong>die</strong> Züge durch eine Einzelwarnkombination mit optischem<br />

Blinklicht angezeigt.<br />

Die Arbeiten führte ein eingespieltes Montageteam<br />

durch. Als Arbeitsgeräte <strong>die</strong>nten ein zweiachsiger<br />

Schienentraktor mit H<strong>eb</strong><strong>eb</strong>ühne, ein Flachwagen<br />

mit aufg<strong>eb</strong>auter H<strong>eb</strong><strong>eb</strong>ühne, ein Containertragwagen<br />

mit je nach Bedarf bestückten Modulen: Kran-,<br />

Flachboden-, Spulenmodul und erstmals ein Multi<br />

Purpose Vehicle (MPV).<br />

Das MPV (Bild 2) ist ein selbstfahrendes vierachsiges<br />

Oberleitungsfahrzeug, welches mit bis zu<br />

100 km/h fahren kann. Auf der einen Fahrzeugseite<br />

ist ein fester großzügiger Führerstand angeordnet<br />

- auf der anderen Seite befindet sich ein<br />

Kran mit Führerstand und Begleiterkabine. Der<br />

Kran verfügt zusätzlich über eine Seilwinde. Für<br />

Montagen kann dem Kran dank Schnellkupplungen<br />

innerhalb kürzester Zeit eine H<strong>eb</strong><strong>eb</strong>ühne angekoppelt<br />

werden. Zudem besitzt er n<strong>eb</strong>en der<br />

großzügigen Ladefläche eine dreigeteilte H<strong>eb</strong><strong>eb</strong>ühne,<br />

welche das Arbeiten am Kettenwerk optimal<br />

ermöglicht.<br />

Die Arbeiten im Bahnhof Au sind nun nach viermonatiger<br />

Bauzeit Anfang Juli 2014 termingerecht<br />

und unfallfrei beendet.<br />

Martin Schuler,<br />

Kummler+Matter, Zürich<br />

Foto: Alstom - Fahrdrahtlose Straßenbahn „Citadis“ in Reims.<br />

© Mars/Rêve de Ville - Alain et Feng HATAT<br />

112 (2014) Heft 8-9

Praxis Fokus<br />

Powerlines Group verstärkt<br />

Beratung und Produktbereich <strong>für</strong><br />

Bahnelektrifizierungen<br />

Die Powerlines Group hat sich im letzten Jahrzehnt zu einem der führenden Unternehmen <strong>für</strong> <strong>die</strong> Bahnelektrifizierung<br />

entwickelt und deckt heute das gesamte Spektrum <strong>von</strong> der Beratung bis zur Instandhaltung<br />

ab. Auf der InnoTrans 2014 präsentiert <strong>die</strong> Powerlines Group ihre Leistungen in Halle 26, Stand 225.<br />

Einführung<br />

Die Powerlines Group entwickelte sich im letzten<br />

Jahrzehnt zu einem der führenden Unternehmen <strong>für</strong><br />

<strong>die</strong> Bahnelektrifizierung und deckt heute das gesam<br />

te Spektrum <strong>von</strong> der Beratung bis zur Instandhaltung<br />

<strong>von</strong> Fahrleitungen <strong>für</strong> den Nah- und Fernverkehr ab.<br />

Bei der DB AG ist es noch üblich, Planung und<br />

Errichtung <strong>von</strong> Oberleitungsanlagen nach einem<br />

vorgeg<strong>eb</strong>enen Regelwerk zu beauftragen. Andere<br />

europäische <strong>Bahnen</strong> verg<strong>eb</strong>en zunehmend größere<br />

Projekte nach funktionalen Ausschreibungen. Die dänische<br />

Bahn ist zu einer funktionalen Ausschreibung<br />

mit Systementwicklung, Errichtung und Instandhaltung<br />

übergegangen. Daher ist es <strong>für</strong> Anbieter <strong>von</strong><br />

Bahnelektrifizierungen wichtig, ganzheitliche <strong>Lösungen</strong><br />

<strong>für</strong> den gesamten L<strong>eb</strong>enszyklus anbieten und realisieren<br />

zu können. Kunden erwarten heute Anlagen<br />

aus einer Hand. Die Powerlines Group stellt sich <strong>die</strong>sen<br />

Anforderungen des Marktes und kann <strong>die</strong> erwarteten<br />

Leistungen <strong>für</strong> Bahnelektrifizierungen anbieten.<br />

Bahnunternehmen fragen zunehmend Beratungsund<br />

Entwicklungsleistungen <strong>für</strong> Bahnelektrifizierungen<br />

nach, wobei <strong>die</strong> Auswahl der Bauweisen und <strong>die</strong><br />

hier<strong>für</strong> erforderlichen Bauteile enthalten ist. Für <strong>die</strong><br />

Aus- und Weiterbildung eigener Mitarbeiter erwarten<br />

<strong>die</strong>se Unternehmen Seminare <strong>für</strong> Grundlagen<br />

der Elektrifizierung, Planung, Planprüfung, Bauüberwachung,<br />

Abnahme und Instandhaltung <strong>von</strong> Oberleitungsanlagen<br />

im Nah- und Fernverkehr. Plan- und<br />

Abnahmeprüfungen, Berechnungen der L<strong>eb</strong>enszykluskosten<br />

und RAMS-Stu<strong>die</strong>n ergänzen <strong>die</strong> Beratungsleistungen<br />

<strong>von</strong> Powerlines.<br />

Ein Beispiel <strong>für</strong> Beratungen ist Network Rail in UK,<br />

<strong>die</strong> während der nächsten Jahre ihr Schienennetz<br />

elektrifizieren werden. Mit Carillion Plc. erhielt Powerlines<br />

Ltd. den Auftrag, in den Regionen Central<br />

East Midlands, Schottland und North-East <strong>die</strong> Oberleitungen<br />

zu planen und rund 700 km Oberleitungen<br />

zu errichten. Bevor jedoch <strong>die</strong> Planung beginnen<br />

kann, ist eine neue Oberleitungsbauart genannt<br />

Master Series auf der Basis vorhandener Bauarten zu<br />

entwickeln. Diese neue Oberleitungsbauart soll <strong>die</strong><br />

Erfahrungen mit den älteren Bauarten Series 1 und 2<br />

Beratungen<br />

Bild 1:<br />

Oberleitungsbauart Re330 auf der neuen Hochgeschwindigkeitsstrecke Erfurt –<br />

Leipzig/Halle (Foto: Autor).<br />

Bild 2:<br />

Oberleitung über der Drehscheibe im Schenker-Werk Nürnberg (Foto: Hickethier).<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

459

Fokus Praxis<br />

vereinen. Bei <strong>die</strong>ser Entwicklung werden Network<br />

Rail und Atkins <strong>von</strong> SPL Powerlines UK und Deutschland<br />

unterstützt.<br />

Planung<br />

Bild 4:<br />

Gfk-Mast in Ostende/Belgien (Foto: Kurt).<br />

Die Planung <strong>von</strong> Fahrleitungsanlagen erfordert das<br />

Beachten der örtlichen Geg<strong>eb</strong>enheiten und <strong>die</strong> Verzahnung<br />

mit anderen Gewerken. Neubau und Erneuerung<br />

<strong>von</strong> Fahrleitungsanlagen erfordern daher<br />

detaillierte Planung und gründliche Vorbereitung.<br />

Die Planungsgruppe der Powerlines Group arbeitet<br />

mit langjährig erfahrenen Planungsingenieuren,<br />

<strong>die</strong> mit den anzuwendenden Normen und Richtlinien<br />

vertraut sind und <strong>die</strong> Wahl der Grundlagen, <strong>die</strong><br />

Vor-, Entwurfs- und Ausführungsplanung ausführen.<br />

In <strong>die</strong> Anlagenplanung fließen <strong>die</strong> Erfahrungen<br />

aus der Planung und Errichtung <strong>von</strong> Fahrleitungsanlagen<br />

in verschiedenen Ländern ein und sorgen<br />

<strong>für</strong> kostengünstige <strong>Lösungen</strong>. Die Zeiträume zwischen<br />

Mittelfreigabe beim Auftragg<strong>eb</strong>er und dem<br />

vorgesehenen Baubeginn sind überwiegend kurz,<br />

was eine hohe Flexibilität und Schnelligkeit in der<br />

Planung erfordert, um den vorgesehenen Baubeginn<br />

einzuhalten. Für <strong>die</strong> Powerlines Planer ist <strong>die</strong>s<br />

nicht ungewöhnlich.<br />

In Deutschland hat SPL Powerlines drei Planungsstandorte<br />

und kann damit Aufträge baustellennah<br />

abwickeln. Besondere Herausforderungen<br />

der letzten Jahre waren <strong>die</strong> Planung der Oberleitung<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Hochgeschwindigkeitstrecken VDE 8.2<br />

NBS Erfurt – Leipzig/Halle (Bild 1) und VDE 8.1<br />

Ebensfeld – Erfurt und <strong>die</strong> Bespannung einer Drehscheibe<br />

(Bild 2) bei DB-Schenker.<br />

Bild 3:<br />

Dritte Schiene in Oslo (Foto: Autor).<br />

Produkte<br />

Für Entwicklung und Vertri<strong>eb</strong> <strong>von</strong> Fahrleitungsbauteilen<br />

gründete Powerlines Group <strong>die</strong> Powerlines<br />

Products GmbH. Diese vertreibt alle gängigen<br />

Oberleitungsbauteile, Dritte-Schiene Bauarten<br />

(Bild 3) und Masten aus glasfaserverstärktem Kunststoff<br />

(GFK) (Bild 4). Das SPL 3rd-Rail-System lässt<br />

sich auf bestehenden und neuen Strecken verwenden.<br />

Die Aluminiumschiene mit einer Edelstahlkontaktfläche<br />

sorgt <strong>für</strong> eine Energieübertragung ohne<br />

elektrische Verluste, ohne großen Verschleiß und<br />

mit langer L<strong>eb</strong>ensdauer.<br />

Die zwei Produktgruppen A][Rail Economy und A][<br />

Rail Infinity ermöglichen <strong>die</strong> erforderliche Flexibilität<br />

beim Anlagenbau. Der Austausch einzelner Bauteile<br />

ist unkompliziert und nicht aufwändig. Powerlines<br />

bietet <strong>für</strong> <strong>die</strong>se Stromschiene <strong>die</strong> Planung, Errichtung<br />

und Instandhaltung an. Aktuell werden Projekte<br />

in Wien, Warschau, Helsinki und Oslo abgewickelt.<br />

Masten aus GFK (Bild 4) werden seit langer Zeit<br />

<strong>für</strong> Funkanlagen verwendet. Neu ist <strong>die</strong> Anwendung<br />

<strong>für</strong> Fahrleitungen, wobei das geringe Gewicht<br />

und <strong>die</strong> isolierenden Eigenschaften vorteilhaft sind.<br />

Der GFK-Mast erübrigt Isolatoren am Ausleger. Für<br />

das Arbeiten unter Spannung oder in der Nähe<br />

<strong>von</strong> spannungsführenden Anlagen ist das Ende der<br />

460 112 (2014) Heft 8-9

Praxis Fokus<br />

Kriechstrecken am Ausleger und Mast deutlich erkennbar.<br />

Die normativen Vorgaben der EN 50122<br />

bezüglich Kennzeichnung der Grenzen zwischen<br />

spannungsführendem und geerdetem Bauteil lassen<br />

sich einfach erfüllen.<br />

GFK-Masten sind <strong>für</strong> <strong>die</strong>se Anwendungen in Belgien<br />

zugelassen und erreichen <strong>die</strong> Standzeit herkömmlicher<br />

Maste durch Korrosions- und Witterungsbeständigkeit<br />

auch in Meeresnähe und unter UV-Einwirkung,<br />

wie <strong>die</strong> Anwendungen bei Funkmasten belegen. Das<br />

geringe Gewicht erleichtert den Transport und <strong>die</strong> Errichtung<br />

erh<strong>eb</strong>lich, was beim Einsatz auf schwierig zugänglichen<br />

Trassenabschnitten günstig ist. Die geringeren<br />

Einspannlängen gegenüber Betonmasten und<br />

<strong>die</strong> flexiblen Elemente zur Aufnahme <strong>von</strong> Schwenkgelenken<br />

erleichtern <strong>die</strong> Planung und Errichtung solcher<br />

GFK -Masten <strong>für</strong> Fahrleitungsanlagen.<br />

Montage<br />

Für <strong>die</strong> Montage verfügt Powerlines über ein schlagkräftiges<br />

Team mit rund 500 Mitarbeitern mit jahrelangen<br />

und umfassenden Erfahrungen. Mit <strong>die</strong>sem<br />

Team ist Powerlines in der Lage, Projekte jeder Größe<br />

abzuwickeln. Durch <strong>die</strong> internationalen Projektteams<br />

und den Wissenstransfer auf junge Mitarbeiter<br />

findet eine permanente Weiterbildung und somit<br />

ein Wissensgewinn statt.<br />

Instandhaltung<br />

Zunehmend greifen Bahnbetreiber <strong>für</strong> Instandhaltungen<br />

auf andere Firmen statt auf eigenes Personal<br />

zurück. Powerlines führt auch solche Arbeiten aus.<br />

So führten noch im Kalenderjahr 2013 <strong>die</strong> Österreichischen<br />

Bundesbahnen (ÖBB) <strong>die</strong> gesamten Instandhaltungen<br />

mit eigenem Personal aus. Ende 2013 und<br />

2014 vergab <strong>die</strong> ÖBB einen Teil der Instandhaltung<br />

an externe Anbieter. Powerlines erhielt im Dezember<br />

2013 den ersten und im Frühjahr 2014 einen weiteren<br />

Auftrag <strong>für</strong> solche Leistungen. Die abgerufenen<br />

Leistungen umfassten den Tausch einzelner Bauteile<br />

einer Oberleitungsanlage, das Regulieren vorhandener<br />

Oberleitungen nach einem Weichentausch und den<br />

Einbau <strong>von</strong> geschalteten Schutzstrecken. Eine aktuelle<br />

Ausschreibung in Dänemark fordert <strong>die</strong> präventive<br />

und korrektive Instandhaltung <strong>für</strong> einen Zeitraum <strong>von</strong><br />

28 Jahren nach der Inbetri<strong>eb</strong>nahme.<br />

Gerhard Ehringer,<br />

Powerlines Group, Wien<br />

Anzeige<br />

InnoTrans 2014<br />

23. - 26. September 2014<br />

Stand 225, Halle 26, Messe Berlin<br />

www.powerlines-group.com<br />

Städte entwickeln, Länder vernetzen.<br />

Zuverlässig. Wirtschaftlich. Sicher.<br />

Powerlines ist der Systemanbieter und Partner namhafter europäischer<br />

Verkehrsinfrastrukturbetreiber im Nah- und Fernverkehr.

Grundlagen<br />

Untersuchung <strong>von</strong> Maßnahmen zur<br />

Energieersparnis bei DC-<strong>Bahnen</strong> mittels<br />

Netzsimulation<br />

Stefan Nydegger, Thun (CH)<br />

In DC-Bahnsystemen <strong>von</strong> Metros, Straßen- und S-<strong>Bahnen</strong> kann eine große Menge an ungenutzter<br />

Bremsenergie anfallen. Mit Hilfe <strong>von</strong> dynamischen Netzsimulationen können mögliche Maßnahmen<br />

zur Nutzung <strong>die</strong>ser Bremsenergie beurteilt werden.<br />

ANALYSIS OF ENERGY-SAVING MEASURES ON DC RAILWAYS THROUGH RAILWAY SYSTEMS<br />

SIMULATIONS<br />

On DC railway systems in the area of metro, trams and suburban trains substantial amounts of unused<br />

braking energy can occur. Dynamic simulations allow the evaluation of possible measures to<br />

utilize the regenerating braking energy.<br />

ANALYSE DES ACTIONS POUR ÉCONOMISER DE L’ÉNERGIE DANS DES DC-RÉSEAUX FERROVIAIRES<br />

À L’AIDE DE SIMULATIONS<br />

Dans les systèmes ferroviaires à courant continu de métros, de tramways et de trains de banlieue, il<br />

arrive qu’une grande quantité d’énergie doive être dissipée lors du freinage. Des simulations dynamiques<br />

de réseau permettent d’évaluer les différentes mesures de valorisation de cette énergie.<br />

1 Einführung<br />

Das Thema Energie sparen steht sowohl aus umweltpolitischer<br />

als auch aus wirtschaftlicher Sicht bei Verkehrsbetri<strong>eb</strong>en<br />

stetig im Fokus. Bei der Ausarbeitung<br />

und Formulierung <strong>von</strong> möglichen Maßnahmen spielen<br />

jeweils diverse Faktoren eine Rolle. Diese können<br />

sich positiv als auch negativ auf <strong>die</strong> Energi<strong>eb</strong>ilanz<br />

auswirken. Häufig ist es daher aufgrund der herrschenden<br />

Komplexität ohne detaillierte Analysen,<br />

zum Beispiel mittels Simulationen, schwierig, den<br />

Nutzen einer Maßnahme ökologisch sowie wirtschaftlich<br />

zuverlässig zu quantifizieren.<br />

Betreiber <strong>von</strong> DC-<strong>Bahnen</strong> stehen immer häufiger<br />

vor der Frage, ob sie <strong>die</strong> <strong>von</strong> den Fahrzeugen beim<br />

Bremsen rückgewonnene Energie überhaupt optimal<br />

ausnutzen. Da in der Regel <strong>die</strong> Traktionsstromversorgung<br />

über Gleichrichteranlagen erfolgt, welche<br />

das Zurückspeisen <strong>von</strong> Energie ins speisende Mittelspannungsnetz<br />

nicht erlauben, muss Bremsenergie<br />

häufig ungenutzt über Bremswiderstände umgesetzt<br />

werden. Ziel der Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e sollte es aber sein,<br />

<strong>die</strong>se ungenutzte Bremsenergie möglichst zu nutzen.<br />

Hierbei drängen sich <strong>für</strong> einen Verkehrsbetri<strong>eb</strong><br />

zunächst <strong>die</strong> folgenden beiden Fragen auf:<br />

• Wieviel Bremsenergie wird im Netz nicht genutzt<br />

und bildet somit das maximal mögliche Energie-<br />

Einsparpotenzial?<br />

• Wie kann <strong>die</strong>se Energie am besten wirtschaftlich<br />

genutzt werden?<br />

Bei solchen Betrachtungen sind auch zukünftige Entwicklungen<br />

miteinzubeziehen. Wie sieht zum Beispiel<br />

<strong>die</strong> Situation bei sich ändernden betri<strong>eb</strong>lichen<br />

Rahmenbedingungen, wie bei neuem Rollmaterial<br />

oder neuem Fahrplan, aus? Beispielsweise befinden<br />

sich bei einer Verdichtung eines bestehenden Fahrplantaktes<br />

gleichzeitig mehr Fahrzeuge im Netz als<br />

zuvor. Diese Fahrzeuge werden dazu beitragen, einen<br />

Teil der vorher noch ungenutzten Bremsenergie<br />

abzunehmen, sind umgekehrt aber auch wieder<br />

Quellen <strong>von</strong> zusätzlicher Bremsenergie. Eine solche<br />

Änderung kann auf <strong>die</strong> Energi<strong>eb</strong>ilanz des Netzes einen<br />

wesentlichen Einfluss haben, positiv wie auch<br />

negativ, und kann schlussendlich entscheidend sein,<br />

ob eine Investition ökologisch sowie wirtschaftlich<br />

sinnvoll ist, oder <strong>eb</strong>en nicht.<br />

Spätestens hier zeigt sich, dass zur Ermittlung<br />

und Bereitstellung <strong>von</strong> zuverlässigen Kennzahlen<br />

<strong>die</strong> Anwendung <strong>von</strong> Simulations-Werkzeugen unumgänglich<br />

ist.<br />

2 Vorgehen<br />

Mit Simulations-Werkzeugen ist es möglich, <strong>die</strong><br />

Energieverbrauchswerte bestehender wie auch zukünftiger<br />

Betri<strong>eb</strong>sszenarien zu ermitteln. ENOTRAC<br />

verwendet hier<strong>für</strong> FABEL, ein <strong>von</strong> ENOTRAC eigen-<br />

462 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

ständig über mehr als 20 Jahre stetig weiter entwickeltes<br />

Software-Paket. Mit <strong>die</strong>sem können <strong>für</strong><br />

einen realistischen Betri<strong>eb</strong> dynamische elektrische<br />

Lastflussberechnungen in Abhängigkeit <strong>von</strong> der Zeit<br />

durchgeführt werden. Dabei wird folgendes detaillierte<br />

Modell g<strong>eb</strong>ildet:<br />

• Strecke: Bahnneigungen, Bogenra<strong>die</strong>n, Höchstgeschwindigkeiten,<br />

Lage der Haltestellen, Signalanlagen<br />

und Weichen<br />

• Speisenetz: Hin- und Rückleitungen, Einspeisepunkte,<br />

Transformator-, Gleichrichter-, Umrichter-,<br />

Energiespeicher-Stationen<br />

• Fahrzeuge: Länge, Masse, Zugkraft-/Geschwindigkeits-Charakteristik,<br />

Begrenzungen <strong>für</strong> Leistung/Strom<br />

• Betri<strong>eb</strong>sdaten: Grenzwerte <strong>für</strong> Beschleunigung<br />

und Rucke, Fahrweise, Fahrplan, Zugbildung,<br />

Passagieraufkommen entlang der Strecke<br />

Ziel der Stu<strong>die</strong> mittels einer Bahnnetz-Simulation ist<br />

<strong>die</strong> Bestimmung des Energieverbrauchs sowie der<br />

ungenutzten Bremsenergie im Netz und daraus abgeleitet<br />

des Energiesparpotenzials. Der Energieverbrauch<br />

und <strong>die</strong> Menge ungenutzter Bremsenergie<br />

sind stark abhängig <strong>von</strong> der Taktdichte/Zugfolgezeit<br />

im Fahrplan sowie <strong>von</strong> den unterschiedlichen Umweltbedingungen,<br />

insbesondere der Umg<strong>eb</strong>ungstemperatur,<br />

und damit <strong>von</strong> der Leistung <strong>für</strong> <strong>die</strong> Kühlung/Beheizung<br />

des Fahrgastraums der Fahrzeuge.<br />

Folglich sind Energieverbrauch und Menge ungenutzter<br />

Bremsenergie je nach Tageszeit wegen Morgenspitze,<br />

Abendspitze oder Normalbetri<strong>eb</strong>, im Übrigen<br />

aber auch je nach Wochentag und Jahreszeit<br />

unterschiedlich. Um <strong>die</strong>sen unterschiedlichen Konstellationen<br />

Rechnung zu tragen, wird mit Hilfe <strong>von</strong><br />

Simulationen <strong>für</strong> jede Jahreszeit der mittlere typische<br />

Tagesenergieverbrauch <strong>für</strong> einen Werktag sowie <strong>für</strong><br />

einen Tag am Wochenende ermittelt (Bild 1). Dabei<br />

wird jeweils der gesamte Tagesfahrplan inklusive Betri<strong>eb</strong>sfahrten<br />

berücksichtigt. Von <strong>die</strong>sen typischen<br />

Tageswerten kann anschließend der Jahresenergieverbrauch<br />

<strong>für</strong> das betrachtete Betri<strong>eb</strong>sszenario sehr<br />

genau hochgerechnet werden.<br />

Solche Simulationen und Auswertungen werden<br />

als erstes in der Regel <strong>für</strong> das Netz im Zustand ohne<br />

energiesparende Maßnahmen durchgeführt. Sie<br />

zeigen n<strong>eb</strong>st dem totalen Energieverbrauch auch<br />

<strong>die</strong> Menge bisher ungenutzter Bremsenergie, <strong>die</strong><br />

gleichzeitig dem jährlich maximal möglichen Energiesparpotenzial<br />

entspricht. Die Erg<strong>eb</strong>nisse der Simulationen<br />

zur Ausgangslage erlauben zudem einen<br />

Vergleich zu realen Jahresenergieverbrauchswerten.<br />

Über <strong>die</strong>sen Vergleich können im Modell getroffene<br />

Annahmen auf <strong>die</strong> Realität abgeglichen werden. Die<br />

größte Unbekannte bei der Modellbildung, <strong>die</strong> den<br />

größten Einfluss auf den berechneten Energieverbrauch<br />

hat, ist <strong>die</strong> mittlere Leistung <strong>für</strong> Kühlung und<br />

Heizung des Fahrgastraumes.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

7<br />

MWh<br />

6<br />

E<br />

5<br />

4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

1<br />

Bild 1:<br />

Aus Simulationen <strong>für</strong> eine S-Bahn-Linie mit relativ großer Höhendifferenz als Tages-Energiewerte<br />

ermittelter Energi<strong>eb</strong>edarf E <strong>für</strong> unterschiedliche Wochentage und Jahreszeiten<br />

sowie technische Varianten (alle Grafiken: ENOTRAC).<br />

T1 Mo-Fr, Frühling<br />

T2 Mo-Fr, Winter<br />

T3 Sa-So, Frühling<br />

T4 Sa-So, Winter<br />

100<br />

%<br />

80<br />

70<br />

60<br />

50<br />

E 40<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

1<br />

2 3 4<br />

5 6<br />

T1 T2 T3<br />

2<br />

4<br />

3<br />

5 6<br />

T1 T2 T3<br />

Die Simulationen zur Ausgangslage, der Situation<br />

ohne energiesparende Maßnahmen, liefern ein Indiz,<br />

ob überhaupt eine nennenswerte Menge an ungenutzter<br />

Bremsenergie vorhanden ist (Bild 2). Unter<br />

Umständen muss hier <strong>die</strong> Untersuchung bereits abgeschlossen<br />

werden, weil kein wesentliches Sparpotenzial<br />

zu erkennen ist. Falls <strong>die</strong> Simulationen jedoch<br />

zeigen, dass ein Energiesparpotenzial vorliegt, werden<br />

in einem zweiten Schritt mittels weiterer Simulationen<br />

mögliche Maßnahmen zur besseren Nutzung<br />

der Bremsenergie, im Folgenden auch kurz Maßnahmen,<br />

untersucht. Die Erg<strong>eb</strong>nisse erlauben dabei <strong>die</strong><br />

Quantifizierung des Nutzens der Maßnahme dahingehend,<br />

wieviel <strong>von</strong> der ungenutzten Energie tatsächlich<br />

genutzt werden kann, und <strong>die</strong>nen zugleich<br />

zur Auslegung <strong>von</strong> Anlagen und der Ermittlung <strong>von</strong><br />

sinnvollen Standorten <strong>für</strong> Infrastrukturmaßnahmen.<br />

T4<br />

1 Ausgangslage ohne Maßnahme<br />

2 fahrzeugg<strong>eb</strong>undener Energie-Speicher<br />

3 stationärer Energie-Speicher, Standort A<br />

4 stationärer Energie-Speicher, Standort B<br />

5 Wechselrichter, Standort A<br />

6 Wechselrichter, Standort B<br />

Bild 2:<br />

Prozentualer Anteil der genutzten Bremsenergie E bezogen auf <strong>die</strong> gesamte Bremsenergie<br />

<strong>für</strong> unterschiedliche Wochentage und Jahreszeiten sowie technische Varianten gemäß<br />

Bild 1 nach durchgeführten Simulationen <strong>für</strong> ein S-Bahn-ähnliches Bahnsystem.<br />

T4<br />

463

Grundlagen<br />

TABELLE 1<br />

Übersicht über <strong>die</strong> möglichen Vor- und Nachteile der betrachteten technischen <strong>Lösungen</strong> <strong>für</strong> <strong>die</strong> Nutzung<br />

ungenutzter Bremsenergie.<br />

Technische Lösung mögliche Vorteile mögliche Nachteile<br />

fahrzeug-g<strong>eb</strong>undene<br />

Energiespeicher<br />

Stationäre Energiespeicher<br />

Wechselrichter<br />

Energie wird im Fahrzeug<br />

gespeichert und genutzt, daher keine<br />

Übertragungsverluste<br />

Fahrzeuge sind je nach Auslegung<br />

so auch auf Abschnitten ohne<br />

Fahrleitung einsetzbar<br />

kann als autonome Anlage im Netz<br />

installiert werden, möglichst in<br />

bestehenden Gleichrichteranlagen<br />

gesamte ungenutzte Bremsenergie<br />

abzüglich der Übertragungsverluste<br />

kann ins AC-Netz zurückgespeist<br />

werden<br />

erhöhter Energi<strong>eb</strong>edarf, weil Speichermasse stets mitgeführt wird<br />

Nachrüsten bestehender Fahrzeuge ist theoretisch möglich,<br />

aber meist nicht wirtschaftlich<br />

jedes Fahrzeug der Flotte muss mit einem Speicher ausgerüstet<br />

werden<br />

zu speichernde Energiemenge ist begrenzt<br />

bedeutende Eigenverluste, vor allem bei den rotierenden Speichern<br />

vergleichsweise kurze L<strong>eb</strong>ensdauer, vor allem bei der Lösung mit<br />

Akkumulatoren<br />

Preis <strong>für</strong> zurückgespeiste Energie ist meist niedriger als <strong>für</strong> bezogene<br />

zur Verhinderung <strong>von</strong> Kreisströmen ist komplizierte Regelung<br />

erforderlich, aber mit IGBT-Technologie beherrschbar<br />

Nachrüsten einer bestehenden Anlage ist unter Umständen<br />

aufwändig, wenn der Transformator auch ersetzt werden muss<br />

2,25<br />

kWh<br />

1,75<br />

1,50<br />

1,25<br />

E 1,00<br />

0,75<br />

0,50<br />

0,25<br />

0,00<br />

3 <strong>Lösungen</strong> und Maßnahmen<br />

Grundsätzlich kann bei einem Bahnsystem in verschiedenen<br />

Bereichen Energie eingespart werden.<br />

Der vorliegende Artikel geht auf drei mögliche technische<br />

<strong>Lösungen</strong> ein, <strong>die</strong> sich zur Nutzung ungenutzter<br />

Bremsenergie eignen:<br />

• Fahrzeugg<strong>eb</strong>undene Energiespeicher: Energiespeicher<br />

auf den Fahrzeugen speichern<br />

überschüssige Energie beim Bremsen zwischen<br />

und g<strong>eb</strong>en sie beim Beschleunigen wieder ab.<br />

Dabei werden Doppelschichtkondensatoren,<br />

so genannte Supercaps, <strong>für</strong> <strong>die</strong> Abdeckung <strong>von</strong><br />

1 2 3 4 5 6 7 8 km 9<br />

a<br />

Bild 3:<br />

Füllstand E eines fahrzeugg<strong>eb</strong>undenen Energiespeichers während einer Fahrt mit unterschiedlichem<br />

Zugabstand a ; Beispiel aus einer Simulation <strong>für</strong> ein Straßenbahn-Netz.<br />

Leistungsspitzen in Kombination mit Akkumulatoren<br />

<strong>für</strong> das längere Speichern installiert.<br />

• Stationäre Energiespeicher: Energiespeicher<br />

in Gleichrichteranlagen nehmen <strong>die</strong> anfallende<br />

Bremsenergie auf und g<strong>eb</strong>en sie später bei<br />

Bedarf wieder ab. Hierbei werden grundsätzlich<br />

zwei unterschiedliche Speicher-Technologien<br />

angewendet, rotierende Schwungmassen oder<br />

Akkumulatoren.<br />

• Wechselrichter: Parallel zum Gleichrichter im Unterwerk<br />

installierte Wechselrichter ermöglichen<br />

<strong>die</strong> Rückspeisung der beim Bremsen gewonnenen<br />

Energie ins Wechselstromnetz.<br />

Die Tabelle 1 zeigt <strong>für</strong> <strong>die</strong>se drei Systeme <strong>die</strong> wichtigsten<br />

Vor- und Nachteile, <strong>die</strong> bei der Wahl als<br />

Maßnahme zur Nutzung ungenutzter Bremsenergie<br />

entscheidend sein können. Auf kommerzielle Aspekte<br />

der einzelnen Technologien wird hier absichtlich<br />

nicht oder nur am Rande eingegangen.<br />

Für <strong>die</strong> Wahl und Auslegung <strong>von</strong> Maßnahmen<br />

ist der örtliche Bereich, in welchem <strong>die</strong> ungenutzte<br />

Bremsenergie anfällt, ein wichtiger Faktor. Maßnahmen<br />

wie stationäre Energiespeicher oder Wechselrichter<br />

haben ein örtlich begrenztes Wirkungsg<strong>eb</strong>iet.<br />

In einem größeren Netz kann zwar eine große Menge<br />

ungenutzter Bremsenergie zur Verfügung stehen,<br />

jedoch kann sich <strong>die</strong>se über weite Distanzen verteilen.<br />

Folglich ist hierbei mit stationären Anlagen, wie<br />

Energiespeicher oder Wechselrichter, zur kompletten<br />

Nutzung der Energie eine Installation an mehreren<br />

Orten im Netz erforderlich.<br />

Die Bilder 3 und 4 zeigen aus Simulationen Beispiele<br />

<strong>für</strong> den Füllungsgrad eines fahrzeugbezogenen<br />

und eines stationären Speichers.<br />

464 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

4 Erkenntnisse aus<br />

den durchgeführten<br />

Untersuchungen<br />

Die mittels Simulationen durchgeführten Untersuchungen<br />

der ENOTRAC <strong>für</strong> unterschiedliche DC-<br />

<strong>Bahnen</strong> bestätigen, dass oft eine gewisse Menge<br />

ungenutzter Bremsenergie vorhanden ist und<br />

somit, ökologisch gesehen, Nutzungspotenzial<br />

besteht. Ob eine Maßnahme zur Nutzung <strong>die</strong>ser<br />

Energie gleichzeitig auch <strong>die</strong> jeweils gestellten<br />

wirtschaftlichen Anforderungen erfüllt, ist jedoch<br />

<strong>von</strong> diversen Faktoren abhängig. Entscheidend<br />

sind dabei n<strong>eb</strong>st der verfügbaren Energiemenge<br />

der erzielbare Energiepreis sowie <strong>die</strong> Investitionsund<br />

Instandhaltungskosten der Maßnahme.<br />

Grundsätzlich bedarf es einer bedeutenden Menge<br />

an vorhandener ungenutzter Energie, damit eine<br />

Maßnahme auch wirtschaftlich sein kann. Hierzu als<br />

Größenordnung folgendes einfaches Rechenbeispiel:<br />

Eine Maßnahme zur Nutzung <strong>von</strong> ungenutzter<br />

Bremsenergie koste über 15 Jahre 400 000 EUR. Bei<br />

einem angenommenen mittleren Energiepreis <strong>von</strong><br />

0,08 EUR/kWh müsste jährlich ungenutzte Bremsenergie<br />

<strong>von</strong> rund 330 MWh anfallen, also pro Tag<br />

900 kWh. Im Vergleich dazu wird bei einem Bremsvorgang<br />

<strong>von</strong> 40 km/h bis zum Stillstand eines Fahrzeuges,<br />

beispielsweise einer Straßenbahn, mit einer<br />

Masse <strong>von</strong> 50 t kinetische Energie <strong>von</strong> theoretisch<br />

0,85 kWh umgesetzt. Bei einem Bremsvorgang <strong>von</strong><br />

80 km/h bis zum Stillstand eines Fahrzeuges mit<br />

100 t Masse einer S-Bahn oder Metro resultieren immerhin<br />

bereits rund 6,8 kWh. Natürlich gehen da<strong>von</strong><br />

noch Verluste ab und es wird jeweils lediglich ein Teil<br />

<strong>die</strong>ser Bremsenergie nicht genutzt. Beispielsweise<br />

verwenden <strong>die</strong> Fahrzeuge <strong>die</strong> Bremsenergie unmittelbar<br />

zur Deckung des Eigenbedarfs beispielsweise<br />

<strong>für</strong> Heizung/Lüftung. In einem Straßenbahnnetz<br />

braucht es im Wirkungsbereich einer Maßnahme<br />

daher pro Tag einige 1 000 solcher Bremsvorgänge,<br />

damit <strong>die</strong> genannten 900 kWh erreicht werden.<br />

Die folgenden drei Faktoren haben einen wesentlichen<br />

Einfluss auf <strong>die</strong> anfallende Menge ungenutzter<br />

Bremsenergie:<br />

• Fahrgeschwindigkeit: Da <strong>die</strong> Geschwindigkeit<br />

quadratisch in <strong>die</strong> kinetische Energie eingeht,<br />

wird beim Bremsen aus höheren Geschwindigkeiten<br />

entsprechend mehr Energie erzeugt.<br />

• Zugfolgezeit/Fahrplandichte: Je länger <strong>die</strong><br />

Zugfolgezeiten, desto kleiner ist <strong>die</strong> Wahrscheinlichkeit,<br />

dass bei einem Bremsvorgang zurückgewonnene<br />

Energie <strong>von</strong> einem anderen Fahrzeug<br />

aufgenommen werden kann; folglich steigt dann<br />

der Anteil ungenutzter Bremsenergie.<br />

• Streckentopologie: Bei Netzen oder Strecken mit<br />

größeren Höhendifferenzen kann eine namhafte<br />

Menge potentieller Bremsenergie anfallen;<br />

um sie unmittelbar und vollständig zu nutzen,<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

E<br />

6,0<br />

kWh<br />

5,0<br />

4,5<br />

4,0<br />

3,5<br />

3,0<br />

2,5<br />

2,0<br />

1,5<br />

1,0<br />

17:00 17:10 17:20 17:30 17:40 17:50 18:00 18:10 18:20 18:30 18:40<br />

t<br />

Bild 4:<br />

Füllstand E eines ortsg<strong>eb</strong>undenen Energiespeichers im Verlauf <strong>von</strong> zwei Stunden<br />

Zugfahrt; Beispiel aus der Simulation <strong>für</strong> ein S-Bahn-ähnliches Bahnsystem.<br />

müsste aber zeitgleich mit einem talwärts bremsenden<br />

Fahrzeug jeweils ein anderes bergwärts<br />

fahren, was sich nicht immer sicherstellen lässt.<br />

AHNSTROM<br />

B<br />

INGENIEURUNTERNEHMEN FÜR BAHNTECHNIK<br />

Sie finden bei ENOTRAC Ihren kompetenten Partner <strong>für</strong><br />

Engineering und Dimensionierung <strong>von</strong><br />

Bahnstromanlagen<br />

Konzepte und Dimensionierung<br />

Simulationen mit FABEL, ZNET, SIMNET,<br />

EMFCALC<br />

Erdungskonzepte und Rückstromführung<br />

NIS-Nachweise (Magnetfelder)<br />

Ausschreibungen und Evaluationen<br />

Messungen<br />

Seefeldstrasse 8, CH-3600 Thun, Schweiz<br />

Tel. +41 (0)33 346 66 11, Fax +41 (0)33 346 66 12<br />

info@enotrac.com, www.enotrac.com<br />

Anzeige<br />

465

Grundlagen<br />

Bei einer Straßenbahn sind hinsichtlich des Potenzials<br />

an ungenutzter Bremsenergie <strong>die</strong> Geschwindigkeit<br />

und Zugfolgezeit eher ungünstige Parameter: Eine<br />

Straßenbahn verkehrt mit verhältnismäßig kleinen<br />

Geschwindigkeiten und häufig mit kurzen Zugfolgezeiten.<br />

Auch kommen größere Höhendifferenzen und<br />

damit namhafte Neigungen innerhalb <strong>von</strong> Städten selten<br />

vor. Es kann jedoch nicht kategorisch da<strong>von</strong> ausgegangen<br />

werden, dass bei einer Straßenbahn bereits<br />

sämtliche Bremsenergie genutzt wird. Und umgekehrt<br />

kann bei einem S-Bahn- oder Metro-Netz auch nicht<br />

automatisch angenommen werden, dass aufgrund<br />

der höheren Geschwindigkeiten <strong>für</strong> <strong>die</strong> Umsetzung einer<br />

Maßnahme genügend Bremsenergie anfällt.<br />

Simulationen <strong>für</strong> ein mittelgroßes Straßenbahn-<br />

System haben beispielsweise gezeigt, dass durch <strong>die</strong><br />

relativ große Anzahl an Fahrten pro Tag dennoch<br />

eine namhafte Menge ungenutzter Bremsenergie<br />

anfallen kann. Unter dem ökologischen Gesichtspunkt<br />

spricht <strong>die</strong>s klar <strong>für</strong> <strong>die</strong> Realisierung einer<br />

Maßnahme. Im konkreten Fall war <strong>die</strong> Menge an<br />

ungenutzter Bremsenergie aber dennoch zu gering,<br />

als dass sich <strong>die</strong> Umsetzung einer der betrachteten<br />

Maßnahmen rentiert hätte.<br />

Ein Metro-System charakterisiert sich durch kurze,<br />

im Minutenbereich liegende Zugfolgezeiten und höhere<br />

Geschwindigkeiten, zum Beispiel 80 km/h. Durch<br />

<strong>die</strong> höhere Geschwindigkeit fällt zwar eine deutlich<br />

größere Menge an Bremsenergie an als bei der Straßenbahn,<br />

jedoch sind, wie bei der Straßenbahn, aufgrund<br />

der kurzen Zugfolgezeiten meist Abnehmer<br />

<strong>von</strong> rückgewonnener Bremsenergie vorhanden. Tendenziell<br />

darf daher da<strong>von</strong> ausgegangen werden, dass<br />

das Potenzial an ungenutzter Bremsenergie bei einem<br />

Metro-System höher ist als bei einer Straßenbahn.<br />

Eine S-Bahn kann zwar kürzere Zugfolgezeiten<br />

aufweisen, meist liegen <strong>die</strong>se aber im Bereich <strong>von</strong> 15<br />

bis 30 Minuten. Bei einer Überlagerung <strong>von</strong> mehreren<br />

Linien können natürlich auf einem Streckenabschnitt<br />

und an Knotenpunkten auch kurze Zugfolgezeiten<br />

auftreten. Wie bereits erwähnt, verkehren<br />

<strong>die</strong> S-Bahn-Züge mit höherer Geschwindigkeit und<br />

generieren dadurch eine deutlich größere Menge an<br />

Bremsenergie als <strong>die</strong> Straßenbahn.<br />

Aus ökologischer Sicht wäre bei S-<strong>Bahnen</strong> oder Metro-Systemen<br />

eine Maßnahme zur besseren Nutzung<br />

der Bremsenergie in den meisten Fällen wohl sinnvoll.<br />

Wie nähere Untersuchungen beispielsweise <strong>für</strong><br />

eine mit DC betri<strong>eb</strong>ene S-Bahn-Linie mit ursprünglich<br />

30-Minutentakt gezeigt haben, war <strong>die</strong> verbleibende<br />

ungenutzte Bremsenergie jedoch nur knapp ausreichend<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> wirtschaftliche Nutzung einer Maßnahme.<br />

Weitere Simulationen haben aber wiederum<br />

gezeigt, dass beim zukünftigen geplanten 15-Minutentakt<br />

dann genügend ungenutzte Bremsenergie <strong>für</strong><br />

eine wirtschaftliche Nutzung vorhanden ist.<br />

Diese Ausführungen unterlegen, dass zum Erreichen<br />

einer im Hinblick auf <strong>die</strong> Durchführung einer Maßnahme<br />

großen Menge ungenutzter Bremsenergie, <strong>die</strong> aus<br />

ökologischer Sicht eigentlich unerwünscht ist,<br />

• <strong>die</strong> Fahrzeuge möglichst mit hoher Geschwindigkeit<br />

fahren sollten,<br />

• <strong>die</strong> Zugfolgezeit dabei jedoch nicht zu kurz sein<br />

darf, weil sonst bereits genügend Abnehmer<br />

vorhanden sind,<br />

• <strong>die</strong> Zugfolgezeit aber auch nicht zu lang sein darf,<br />

da sonst zu wenig Bremsvorgänge anfallen, sowie<br />

• größere zu überwindende Höhendifferenzen <strong>von</strong><br />

Vorteil sind.<br />

5 Schlussfolgerungen und<br />

Ausblick<br />

Die Erfahrung zeigt, dass es stark auf den Betri<strong>eb</strong>, das<br />

elektrische Netz und <strong>die</strong> Streckentopologie der jeweiligen<br />

Bahn ankommt, wie viel ungenutzte Bremsenergie<br />

anfällt. Aus ökologischer Sicht würde sich bei den<br />

meisten DC-<strong>Bahnen</strong> <strong>die</strong> Realisierung einer Maßnahme<br />

anbieten. N<strong>eb</strong>en der ökologischen Wirksamkeit<br />

der Maßnahme ist aber auch deren Wirtschaftlichkeit<br />

relevant. Diese hängt am stärksten <strong>von</strong> den geg<strong>eb</strong>enen<br />

Energiepreisen sowie den Investitions- und Instandhaltungskosten<br />

der Maßnahme ab.<br />

Wie <strong>die</strong> ungenutzte Bremsenergie technisch am<br />

effizientesten genutzt werden kann, ist <strong>von</strong> unterschiedlichen<br />

Bedingungen und Faktoren abhängig.<br />

Wie aufgezeigt, sind <strong>für</strong> <strong>die</strong> Bestimmung des möglichen<br />

Sparpotenzials und der möglichen Maßnahmen<br />

unter Berücksichtigung aller entscheidenden<br />

Faktoren komplexe Netzsimulationen unabdingbar.<br />

Der Energiemarkt wie auch <strong>die</strong> am Markt erhältlichen<br />

Technologien zu Energiespeichern oder Wechselrichtern<br />

sind zurzeit stark im Wandel. Zahlreiche Hersteller<br />

bringen neue Wechselrichter-Produkte auf den Markt,<br />

<strong>die</strong> beispielsweise gegenüber den früheren Thyristor-<br />

Wechselrichtern effizienter und kostengünstiger sind. Es<br />

ist daher da<strong>von</strong> auszugehen, dass in Zukunft <strong>für</strong> viele<br />

Verkehrsbetri<strong>eb</strong>e <strong>die</strong> bessere Nutzung <strong>von</strong> ungenutzter<br />

Bremsenergie nicht nur aus ökologischer, sondern auch<br />

aus wirtschaftlicher Sicht attraktiv sein wird.<br />

Welche Maßnahme im konkreten Fall schlussendlich<br />

sinnvoll ist, kann zudem <strong>von</strong> spezifischen Rahmenbedingungen<br />

des Energieversorgungsunternehmens<br />

oder des Verkehrsbetri<strong>eb</strong>s abhängen. Beispielsweise ist<br />

der Energiepreis <strong>für</strong> <strong>die</strong> bezogene Energie gegenüber<br />

der rückgespeisten Energie meistens erh<strong>eb</strong>lich höher,<br />

was bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit eines<br />

Wechselrichters eine bedeutende Rolle spielt.<br />

Die Kombination <strong>von</strong> Energiespeicher und Wechselrichter<br />

innerhalb des gleichen Wirkungsbereiches<br />

eines Netzes ist aus technischer Sicht nicht sinnvoll.<br />

Beim Einsatz <strong>von</strong> mehreren Wechselrichtersystemen<br />

im gleichen Speisenetz ist Vorsicht g<strong>eb</strong>oten.<br />

Ohne übergeordnete Steuerung oder Regelung der<br />

466 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

Anlagen ist eine solche Anwendung nicht sinnvoll,<br />

da Kreisströme entstehen können, <strong>die</strong> unnötige Verluste<br />

generieren.<br />

Stationäre Energiespeichersysteme kommen auch<br />

zum Stützen der Fahrleitungsspannung in Betracht.<br />

Jedoch gilt: Einsatz entweder zum Energiesparen<br />

oder zum Stützen der Spannung, <strong>die</strong>selbe Anlage<br />

kann gleichzeitig nicht beides abdecken.<br />

Wechselrichter oder Energiespeicher sollten wegen<br />

ihrer Eigenverluste nachts abgeschaltet werden.<br />

The English translation ist published in <strong>eb</strong> International<br />

2014.<br />

AUTORENDATEN<br />

Dipl. El.-Ing FH, MAS-IT, Stefan<br />

Nydegger (34), Studium der Informations-Technologie<br />

in Bern und der<br />

Elektrotechnik an der Technischen<br />

Hochschule des Kantons Bern; Fachbereichsleiter<br />

Bahnstrom bei ENOTRAC.<br />

Adresse: ENOTRAC AG, Abteilung<br />

Bahnstrom, Seefeldstraße 8, 3600 Thun,<br />

Schweiz;<br />

Fon: +41 33 34666-26, Fax: -12;<br />

E-Mail: stefan.nydegger@enotrac.com<br />

Anzeige<br />

Sicher ankommen unter allen Bedingungen.<br />

23.09.-26.09.2014<br />

InnoTrans 2014<br />

Hall 4.2 Booth 101<br />

Anzeige- und Rechnersysteme <strong>für</strong> Schienen- und Sonderfahrzeuge.<br />

GERSYS GmbH<br />

Hans-Urmiller-Ring 12a<br />

D-82515 Wolfratshausen<br />

Druckvorlage 176x59mm BC5xxx.indd 1<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

Tel.: +49 (0)8171 38626-0<br />

Fax: +49 (0)8171 38626-99<br />

Mail: info@gersys.de<br />

W<strong>eb</strong>: www.gersys.de<br />

7/22/2014 7:51:38 PM<br />

467

Grundlagen<br />

Leistung oder Spannung? – Korrekte<br />

elektrische Netzberechnung <strong>für</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

Sascha Hardel, Sven Körner, Arnd Stephan, Dresden<br />

Die elektrischen Netze <strong>von</strong> Verkehrssystemen sind aus verschiedensten Anlässen detailliert zu<br />

untersuchen. Die dazu verwendete Netzsimulation muss Besonderheiten gegenüber der Landesenergieversorgung<br />

abbilden, zum Beispiel zeitlich und örtlich veränderliche Lasten. Diesbezüglich<br />

werden Algorithmen der Leistungsfluss- und klassischen und modifizierten Knotenspannungsanalyse<br />

vorgestellt und bewertet.<br />

POWER OR VOLTAGE? – PROPER POWER SUPPLY CALCULATIONS FOR RAILWAYS<br />

Electric networks of transport systems require detailed investigation for various reasons. The<br />

power system simulation applied for this purpose has to model features which are uncommon<br />

for national power supply systems, e.g. temporally and locally variable loads. In this regard,<br />

algorithms of load flow analysis and classical and modified nodal analysis will be introduced<br />

and evaluated.<br />

PUISSANCE OU TENSION? – CALCULER CORRECTEMENT LE RÉSEAU ÉLECTRIQUE POUR LES LIGNES<br />

DE CHEMIN DE FER<br />

Les réseaux électriques des systèmes de transport doivent faire l’objet d’un examen détaillé pour<br />

les besoins les plus divers. Le programme de simulation de réseau utilisé à cette fin doit représenter<br />

les particularités du réseau national d’alimentation électrique, par exemple la variation des charges<br />

selon le moment et le lieu. L’article présente et évalue des algorithmes de l’analyse du flux de puissance<br />

ainsi que de l’analyse classique et modifiée de la tension de nœuds.<br />

1 Einführung<br />

Alle elektrischen Verkehrssysteme (EVS) erfüllen<br />

Verkehrsaufgaben und nutzen da<strong>für</strong> elektrische Antri<strong>eb</strong>senergie,<br />

zum Beispiel Eisenbahnen des Fernund<br />

Nahverkehrs, Metros, Straßenbahnen und<br />

Oberleitungsbusse. In <strong>die</strong>sem Beitrag werden Systeme<br />

betrachtet, <strong>die</strong> ein elektrisches Netz <strong>für</strong> kontinuierliche<br />

Energiezu- und rückführung besitzen.<br />

Die elektrotechnischen Vorgänge <strong>die</strong>ser Energieversorgung<br />

im stationären Zustand können mithilfe<br />

elektrischer Netzsimulationen abg<strong>eb</strong>ildet werden.<br />

Voraussetzung da<strong>für</strong> sind Daten zum dynamischen<br />

Betri<strong>eb</strong>sablauf des Verkehrssystems mit zeitlich und<br />

örtlich wechselnden Lasten.<br />

Energie- und Leistungsflusssimulationen sind<br />

aus der Landesenergieversorgung (LEV) bekannt.<br />

Einerseits findet mit <strong>die</strong>sem Hilfsmittel <strong>die</strong> betri<strong>eb</strong>liche<br />

Lastaufteilung zwischen Erzeugern und Leitern,<br />

andererseits <strong>die</strong> Netzausbauplanung statt. Ergänzend<br />

dazu interessieren bei Verkehrssystemen<br />

auch Detailbetrachtungen zu Spannungen und<br />

Stromstärken. Die abweichenden Untersuchungsziele<br />

und einige Besonderheiten <strong>von</strong> Verkehrssystemen<br />

berücksichtigen allgemeine Berechnungsverfahren<br />

nur unzureichend, sodass andere Verfahren<br />

überlegenswert erscheinen.<br />

2 Simulation elektrischer<br />

Verkehrssysteme<br />

2.1 Motivation<br />

Planungsprozesse bei Verkehrssystemen verlangen<br />

Analysen und Prognosen <strong>für</strong> <strong>die</strong> Elektroenergieversorgung.<br />

Die zeitlichen und örtlichen Verläufe elektrischer<br />

Größen zeigen, wie Betri<strong>eb</strong> und Energieversorgung<br />

zusammenwirken. Anlass da<strong>für</strong> bietet eine<br />

Vielzahl denkbarer Szenarien, zum Beispiel<br />

• Netzaus- oder –umbau,<br />

• Optimierung und Schwachstellenanalyse im<br />

Bestandsnetz,<br />

• Einsatz neuer Fahrzeuge,<br />

• Integration mobiler und stationärer Energiespeicher,<br />

• Einführung neuer Fahrpläne oder<br />

• Ausfalluntersuchungen.<br />

Eine Kernaufgabe ist <strong>die</strong> Dimensionierung der elektrischen<br />

Betri<strong>eb</strong>smittel wie Transformatoren, Stromrichter,<br />

Kabel oder Leitungen. Ausgehend <strong>von</strong> Stromstärken<br />

und deren zeitlicher Verteilung sind Aussagen zur<br />

thermischen Belastung der Betri<strong>eb</strong>smittel möglich. Der<br />

Vergleich mit der Belastbarkeit elektrischer Betri<strong>eb</strong>smittel<br />

beantwortet <strong>die</strong> Fragestellung, ob gewählte Komponenten<br />

dem untersuchten Betri<strong>eb</strong>sprogramm genügen.<br />

468 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

übergeordnetes Netz<br />

Unterwerk<br />

Einspeisung<br />

Energiezuführung<br />

Fahrleitung<br />

Fahrzeug<br />

Fahrschienen<br />

Energierückführung<br />

Rückleitungsverstärkung<br />

Erde<br />

Bild 1:<br />

Exemplarische Netzstruktur eines EVS (alle Grafiken: Autoren).<br />

Die Einhaltung normenrelevanter Kriterien ist essenziell<br />

<strong>für</strong> den sicheren Betri<strong>eb</strong> und <strong>die</strong> Zulassung<br />

elektrischer Verkehrssysteme. Im Sinne der Spannungshaltung<br />

geht aus der minimalen und maximalen<br />

Spannung U min und U max an der Fahrleitung beziehungsweise<br />

am Stromabnehmer nach EN 50163<br />

[1] hervor, ob eine Betri<strong>eb</strong>sdurchführung überhaupt<br />

möglich ist. Die mittlere nutzbare Spannung U mean useful<br />

ist ein Qualitätsmaß der Spannungshaltung nach<br />

EN 50388 [2] und kann nur durch Simulation bestimmt<br />

werden. Das Schienenpotenzial U RE zwischen<br />

Fahrschienen und Erde nach EN 50122-1 [3] nimmt<br />

<strong>für</strong> den Personenschutz eine wichtige Rolle ein. Zur<br />

Beurteilung der elektromagnetischen Verträglichkeit<br />

(EMV) sind Magnetfeldberechnungen erforderlich, <strong>die</strong><br />

auf der Stromverteilung und der Stromstärke in den<br />

Leitern basieren. Bezüglich der Versorgungssicherheit<br />

ist zu untersuchen, welche Auswirkungen der Ausfall<br />

einzelner Komponenten hervorruft und ob (n−1)-<br />

Betri<strong>eb</strong> gewährleistet werden kann. Für Einstellungen<br />

<strong>von</strong> Streckenschaltern müssen maximale Betri<strong>eb</strong>s- und<br />

minimale Kurzschlussströme ermittelt werden.<br />

Einen weiteren Themenkomplex bilden Analysen<br />

und Prognosen zum Leistungs- und Energi<strong>eb</strong>edarf. N<strong>eb</strong>en<br />

der Ermittlung <strong>von</strong> Wirk- (P), Blind- (Q) und Scheinleistungen<br />

(S) <strong>für</strong> Erzeuger und Verbraucher interessieren<br />

auch Verlustleistungen (P V ) und deren Aufteilung<br />

auf verschiedene Leiter. Der Energi<strong>eb</strong>edarf ab Fahrzeug,<br />

Speiseabschnitt, Unterwerk oder <strong>für</strong> das Gesamtnetz<br />

ist beispielsweise beim Vergleich verschiedener Elektrifizierungsvarianten<br />

bedeutend. Energi<strong>eb</strong>ilanzen stellen<br />

nicht nur eingespeiste und genutzte Energie gegenüber,<br />

sondern können auch anfallende und in das Netz<br />

zurückgespeiste elektrische Bremsenergie vergleichen.<br />

2.2 Besonderheiten und Anforderungen<br />

Die Energieversorgung elektrischer Verkehrssysteme<br />

weist gegenüber der LEV mehrere Besonderheiten<br />

auf, <strong>die</strong> bei der Simulation zu berücksichtigen sind.<br />

Grundsätzlich werden Energi<strong>eb</strong>edarf und Leistungsfluss<br />

durch <strong>die</strong> Fahrzeuge und <strong>die</strong> Energieversorgungsstruktur<br />

bestimmt, sodass <strong>die</strong>se detailliert in<br />

Form <strong>von</strong> Eingangsdaten zu beschreiben sind.<br />

Signifikant sind <strong>die</strong> zeit- und ortsveränderlichen<br />

Verbraucher bei elektrischen Verkehrssystemen: In<br />

der Zeitdimension erg<strong>eb</strong>en sich im Traktionsprozess<br />

unterschiedliche Leistungsbedarfe durch <strong>die</strong> Fahrzeuge.<br />

Sie können Leistung aus dem Netz beziehen oder<br />

bei Bremsbetri<strong>eb</strong> in das Netz zurückspeisen. Feststehende<br />

Netzelemente, zum Beispiel Gleise, Unterwerke<br />

und Leitungen, zeigen keine Veränderungen in der<br />

Ortsdimension. Im Gegensatz dazu ändern Fahrzeuge<br />

ihren Standort im Netz im Rahmen der Verkehrsaufgabe.<br />

So erg<strong>eb</strong>en sich veränderte geometrische<br />

und elektrische Netzeigenschaften, <strong>die</strong> <strong>von</strong> der Simulation<br />

beachtet werden müssen. Das verlangt ein<br />

universelles physikalisches Netzmodell und automatisierbare<br />

Berechnungsverfahren. In der LEV sind <strong>die</strong><br />

Erzeuger- und Verbraucherstandorte fest, lediglich<br />

der Leistungsbedarf ändert sich zeitlich.<br />

<strong>Elektrische</strong>r Leistungsfluss und Energi<strong>eb</strong>edarf<br />

werden maßg<strong>eb</strong>lich durch Netzstruktur und Spannungssituation<br />

beeinflusst. Folglich soll das gesamte<br />

elektrische Netz realitätsnah modelliert werden.<br />

Während <strong>für</strong> <strong>die</strong> allgemeine Energieversorgung dreiphasige<br />

AC-Netze typisch sind, verwenden Verkehrssysteme<br />

meist einphasige Systeme. Verbreitet sind<br />

DC-, 1AC- und 2AC-<strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsnetze.<br />

Zum Netzmodell gehören <strong>die</strong> festen und veränderlichen<br />

Elemente mit ihrer Struktur, ihren elektrischen<br />

Eigenschaften und ihrer Belastbarkeit. Dabei ist zu<br />

bedenken, dass <strong>die</strong> Netzstruktur entlang des EVS variabel<br />

ist. Ein einfaches Beispiel <strong>für</strong> <strong>die</strong> Netzstruktur<br />

eines Bahnsystems zeigt Bild 1.<br />

Zu den festen Netzelementen zählen Einspeisungen<br />

in Form <strong>von</strong> Unterwerken sowie ggf. das<br />

übergeordnete Netz. Sowohl Energiezuführung als<br />

auch –rückführung am Verkehrsweg werden über<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

469

Grundlagen<br />

1. elektrisches Netzwerk<br />

generieren<br />

2. Gleichungssystem<br />

aufstellen<br />

3. Lösungsverfahren<br />

anwenden<br />

4. Auswertung<br />

durchführen<br />

Bild 2:<br />

Prozesskette der elektrischen Netzberechnung.<br />

Kabel und Leitungen ang<strong>eb</strong>unden. Der Zuführung<br />

<strong>die</strong>nt <strong>die</strong> Fahrleitung einschließlich Verstärkungsleitungen<br />

und Querverbindungen. Zur Rückführung<br />

gehören Gleise, Rückleitungsverstärkungen<br />

und ggf. <strong>die</strong> Erde. Die Ableitungseigenschaften<br />

zwischen Gleis und Erde unterliegen systembedingt<br />

gegensätzlichen Anforderungen. Als weitere<br />

Elemente sind Kuppelstellen, Booster- und Autotransformatoren<br />

nachzubilden.<br />

Als wichtige Vertreter der veränderlichen Netzelemente<br />

wurden bereits <strong>die</strong> Fahrzeuge eingeführt.<br />

Deren momentane Positionen und Leistungsbedarfe<br />

werden durch <strong>die</strong> Betri<strong>eb</strong>ssimulation bereitgestellt.<br />

Energiespeicher können mobil in Fahrzeugen<br />

oder stationär installiert sein und erlauben<br />

oberleitungsfreie Streckenabschnitte, Energieeinsparungen<br />

sowie Spannungsstützungen. Eine<br />

veränderliche Leistungsaufnahme zeigen auch<br />

Zusatzverbraucher wie Weichenheizungen, Weichenantri<strong>eb</strong>e,<br />

Fahrzeugvorheizanlagen und Schuppenprüfanlagen.<br />

Schaltanlagen können <strong>die</strong> elektrische<br />

Netzstruktur während des Betri<strong>eb</strong>es anpassen,<br />

wenn zum Beispiel ein Unterwerk oder ein Gleis <strong>für</strong><br />

Wartungszwecke außer Betri<strong>eb</strong> genommen wird.<br />

Ebenfalls veränderlich sind Schutzeinrichtungen,<br />

zum Beispiel <strong>für</strong> Überlastungsschutz und Potenzialausgleich,<br />

aber auch der Sonderfall Kurzschluss.<br />

Die genannten Netzparameter beeinflussen <strong>die</strong><br />

Spannungssituation. In Abhängigkeit <strong>von</strong> <strong>die</strong>ser<br />

stellt sich bei einer bestimmten Leistungsaufnahme<br />

der Fahrzeugstrom ein. Eine abnehmende Spannung<br />

führt bei konstantem Leistungsbedarf wegen<br />

P = U ∙ I ∙ cos φ zu steigender Stromstärke und<br />

Verlustleistung. Bei zu niedriger Spannung wird<br />

<strong>die</strong> Leistung begrenzt, um einen zu hohen Strom<br />

und thermische Beschädigung zu unterbinden. Die<br />

verfügbare Netzspannung kann folglich zu einer<br />

Zugkraftverringerung oder Fahrzeugabschaltung<br />

führen. Der umgekehrte Fall einer hohen Netzspannung<br />

verhindert eventuell eine Netzrückspeisung<br />

<strong>von</strong> Bremsenergie, da dann das Netz nicht<br />

energieaufnahmefähig ist. Zur Abbildung <strong>die</strong>ser<br />

Wechselwirkungen müssen Betri<strong>eb</strong>s- und elektrische<br />

Netzsimulation parallel ablaufen.<br />

Bei AC-Systemen besteht eine elektromagnetische<br />

Kopplung zwischen Längsleitern, zum Beispiel<br />

Fahrleitung, Rückleitungsverstärkung und Schienen.<br />

Die zugehörigen Koppelimpedanzen hängen <strong>von</strong><br />

den jeweiligen Leiterströmen und deren geometrischer<br />

Anordnung zueinander ab.<br />

3 Grundlagen der<br />

Berechnungsverfahren<br />

3.1 Allgemeines<br />

Das Prinzip aller Berechnungsverfahren besteht<br />

darin, ein elektrisches Netzwerk durch ein Gleichungssystem<br />

auszudrücken und mathematisch<br />

eine Lösung zu finden. Bei gleichen physikalischen<br />

Hintergründen werden da<strong>für</strong> unterschiedliche Modelle<br />

und Methoden eingesetzt. Bevor ausgewählte<br />

Verfahren vorgestellt werden, sollen zunächst <strong>die</strong> gemeinsamen<br />

Grundlagen aufgezeigt werden. Die allgemeine<br />

Schrittfolge aller Verfahren geht aus Bild 2<br />

hervor. Dabei ist zu beachten, dass <strong>die</strong> Schritte 1<br />

bis 3 geg<strong>eb</strong>enenfalls mehrfach in einem Zeitschritt<br />

durchlaufen werden.<br />

3.2 Berechnungsschritte<br />

Schritt 1: elektrisches Netzwerk generieren<br />

Die elektrische Netzwerkgenerierung beginnt mit<br />

der Modellbildung, also der physikalischen Beschreibung<br />

des realen EVS als elektrische Schaltung. Dies<br />

leistet der Benutzer und beachtet dabei <strong>die</strong> Automatisierbarkeit<br />

der folgenden Schritte. Ideale Spannungsquellen<br />

repräsentieren üblicherweise Einspeisungen.<br />

Die Hin- und Rückleitungen werden durch<br />

Impedanzen bzw. deren längenabhängige Beläge<br />

ausgedrückt. Für <strong>die</strong> Nachbildung der Fahrzeuge<br />

existieren je nach Berechnungsverfahren unterschiedliche<br />

Ansätze, zum Beispiel als Spannungsquelle,<br />

Impedanz oder Leistungsquelle [4]. Empfehlenswert<br />

ist <strong>die</strong> Berechnung der elektrischen Größen<br />

aus der mechanischen Zugkraftanforderung. Die<br />

Schaltung ist dem Simulationsprogramm grafisch<br />

oder tabellarisch zu überg<strong>eb</strong>en. Sie wird in ein Netzwerk<br />

mit z Zweigen, k Knoten und m unabhängigen<br />

Maschen überführt, indem <strong>die</strong> Elemente durch ihr<br />

definiertes Spannungs-Strom-Verhalten ausgedrückt<br />

werden. Die Modellqualität <strong>die</strong>ses Netzwerks beeinflusst<br />

wesentlich <strong>die</strong> Übereinstimmung der Simulationserg<strong>eb</strong>nisse<br />

mit der Realität und bestimmt so <strong>die</strong><br />

Belastbarkeit der Erg<strong>eb</strong>nisse.<br />

Für <strong>die</strong> rechnerlesbare Netzwerkdarstellung bieten<br />

sich Matrizen an, zum Beispiel <strong>die</strong> Knotenadmittanzmatrix.<br />

Mit den Kehrwerten der Impedanzen<br />

sind nicht existente Verbindungen rechentechnisch<br />

470 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

einfach zu handhaben (Y = 0 statt Z = ∞). Die Matrixkomponenten<br />

können durch einheitliche Bildungsregeln<br />

gewonnen werden. Die Hauptdiagonale ist<br />

mit den Knotenadmittanzen Y xx besetzt, der Summe<br />

aller Admittanzen auf den anliegenden Zweigen des<br />

Knotens x, <strong>für</strong> das Beispiel in Bild 3 also Y 11 = Y 12 + Y 13 .<br />

Die übrigen Komponenten füllen <strong>die</strong> Koppeladmittanzen<br />

Y xy aus, <strong>die</strong> negativen Admittanzsummen<br />

zwischen den Knoten x und y, also zum Beispiel<br />

− Y 12 . In der Energieversorgung sind schwach besetzte<br />

Matrizen typisch, da nur wenige Knoten direkt<br />

miteinander verbunden sind. Derart kann bereits ein<br />

Großteil des elektrischen Netzes beschri<strong>eb</strong>en werden,<br />

weitere Eigenschaften werden verfahrensspezifisch<br />

ausgedrückt [5].<br />

Der erste Schritt umfasst weitere Vorbereitungsaufgaben.<br />

Diese betreffen zum Beispiel Bezeichnungen,<br />

Zählrichtungen, Definitionen <strong>von</strong> Hilfsgrößen<br />

oder Ersetzungen nicht berechenbarer Schaltungselemente.<br />

Schritt 2: Gleichungssystem aufstellen<br />

Um Berechnungen durchzuführen, müssen <strong>die</strong> elektrischen<br />

Vorgänge im Netz mit geeigneten Netzwerkgleichungen<br />

beschri<strong>eb</strong>en werden. Sie basieren auf<br />

den Kirchhoffschen Gesetzen und Spannungs-Strom-<br />

Beziehungen einzelner Zweige, zum Beispiel dem<br />

Ohmschen Gesetz.<br />

Σ I zu<br />

= Σ I<br />

ab<br />

Knotenpunktsatz: Die Summe<br />

der Ströme, <strong>die</strong> in einen Knoten<br />

hinein- und abfließen ist null. (1)<br />

z<br />

U x<br />

x=<br />

1<br />

Σ = 0 Maschensatz: Die Summe<br />

aller Spannungen in einem<br />

Maschen umlauf ist null. (2)<br />

U = Z ⋅ I Ohmsches Gesetz in<br />

komplexer Form (3)<br />

Daraus lässt sich <strong>für</strong> einen Knoten ableiten, dass<br />

Y 12<br />

Knoten x = 1 Knoten y = 2<br />

I<br />

x<br />

=<br />

z<br />

Σ<br />

y=<br />

1<br />

Y<br />

xy<br />

U (4)<br />

y<br />

<strong>die</strong> Beziehungen zu den Nachbarknoten beschreibt.<br />

Es ist zweckmäßig, Y als Knotenadmittanzmatrix sowie<br />

I und U als Vektoren zu betrachten, deren Größe<br />

<strong>von</strong> der Knotenanzahl im Netzwerk abhängig ist.<br />

Die schließlich <strong>für</strong> <strong>die</strong> Berechnung herangezogenen<br />

Gleichungen und <strong>die</strong> geg<strong>eb</strong>enen und gesuchten<br />

Größen variieren je nach Berechnungsverfahren.<br />

Schritt 3: Lösungsverfahren anwenden<br />

Um aus dem aufgestellten Gleichungssystem <strong>die</strong><br />

Lösung zu gewinnen, muss aus verschiedenen mathematischen<br />

Verfahren ein Geeignetes gewählt<br />

werden, das zwecks Simulationsanwendung als Algorithmus<br />

vorliegt. Numerische Lösungsverfahren<br />

werden in direkte und iterative Löser unterschieden.<br />

Schritt 4: Auswertung<br />

Die berechneten Erg<strong>eb</strong>nisse beantworten oft nicht unmittelbar<br />

<strong>die</strong> einleitend aufgeworfenen Fragestellungen<br />

einer konkreten Untersuchungsaufgabe. Folglich<br />

sind <strong>die</strong> gesuchten Größen erst aus den berechneten<br />

Erg<strong>eb</strong>nissen abzuleiten und in Form <strong>von</strong> übersichtlichen<br />

Tabellen oder Abbildungen aufzubereiten.<br />

Für <strong>die</strong> Netzberechnung <strong>von</strong> EVS eignen sich<br />

grundsätzlich <strong>die</strong> Leistungsflussanalyse und <strong>die</strong> Knotenspannungsanalyse.<br />

Beide Verfahren werden im<br />

Folgenden anhand der Prozesskette gemäß Bild 2<br />

vorgestellt.<br />

4 Leistungsflussanalyse<br />

4.1 Allgemeines<br />

Die Leistungsflussanalyse (LF) ist in der LEV <strong>für</strong><br />

Netzplanung und betri<strong>eb</strong> verbreitet [5]. Die anzutreffenden<br />

Grundannahmen sind ein symmetrisches<br />

Drehstromnetz und eine feste Einspeise- und<br />

Abnehmerstruktur. Es ermittelt <strong>die</strong> Leistungsfluss-,<br />

Strom- und Spannungsverteilung auf Basis der Leistungsbilanz<br />

an den Netzwerkknoten. Hauptsächliche<br />

Rechengrößen sind <strong>die</strong> Wirkleistung P, <strong>die</strong> Blindleistung<br />

Q, <strong>die</strong> Spannung U und deren Phasenwinkel δ.<br />

Y 13<br />

Y 24<br />

4.2 Berechnungsschritte<br />

Schritt 1: elektrisches Netzwerk generieren<br />

Knoten 3 Knoten 4<br />

Bild 3:<br />

Beispielnetzwerk.<br />

Y 34<br />

Bei der LF ist zu beachten, dass <strong>die</strong> Netzwerkknoten<br />

nach ihren Eigenschaften in drei Typen unterschieden<br />

werden und eine entsprechende Zuordnung gemäß<br />

Tabelle 1 erfolgen muss.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

471

Grundlagen<br />

Bei EVS können Unterwerke, Energiespeicher<br />

und netzrückspeisende Fahrzeuge als Einspeiseknoten<br />

betrachtet werden. Zu den Abnehmerknoten<br />

zählen beziehende Fahrzeuge, Energiespeicher<br />

und Zusatzverbraucher. Die Leistungsgrößen <strong>von</strong><br />

Fahrzeugen gehen aus deren Antri<strong>eb</strong>ssimulation<br />

hervor. Im Netzwerk vorkommende Bilanzknoten<br />

müssen so leistungsfähig sein, dass <strong>die</strong> aus der<br />

Berechnung hervorgehenden Lasten bereitgestellt<br />

werden können [5].<br />

Beim Netzmodell werden alle Leiterimpedanzen<br />

zusammengefasst. Es entsteht ein Einleitermodell<br />

wie in Bild 4 dargestellt.<br />

Schritt 2: Gleichungssystem aufstellen<br />

Für <strong>die</strong> LF wird nach [6] und [7] <strong>die</strong> bekannte Knotenbeziehung<br />

I<br />

x<br />

=<br />

z<br />

Σ<br />

y=<br />

1<br />

Y<br />

xy<br />

U (5)<br />

y<br />

mit der Beziehung zwischen Leistung, Spannung<br />

und Stromstärke<br />

S<br />

x<br />

*<br />

x<br />

= U ⋅ I = P + jQ<br />

(6)<br />

x<br />

x<br />

x<br />

zu folgender Ausgangsgleichung kombiniert:<br />

z<br />

*<br />

x Σ<br />

y=<br />

1<br />

*<br />

*<br />

P − jQ<br />

= U ⋅ I = U Y U = Y U U .(7)<br />

x x x x<br />

xy<br />

xy<br />

y<br />

z<br />

Σ<br />

y=<br />

1<br />

An den Knoten leiten sich daraus <strong>die</strong>se Gleichungen<br />

<strong>für</strong> Wirk- und Blindleistung ab:<br />

z<br />

P = Y U U ⋅ cos ( θ + δ − δ ),(8)<br />

x<br />

Σ<br />

y = 1<br />

xy<br />

y<br />

*<br />

x<br />

xy<br />

*<br />

Q = − Y U U ⋅ sin( θ + δ −δ<br />

).(9)<br />

x<br />

z<br />

Σ<br />

y = 1<br />

xy<br />

y<br />

x<br />

xy<br />

Schritt 3: Gleichungssystem lösen<br />

Nun sind Werte <strong>für</strong> <strong>die</strong> gesuchten Größen wie U und<br />

δ an allen Netzknoten zu finden, mit welchen <strong>die</strong><br />

Gleichungen <strong>die</strong> geg<strong>eb</strong>enen Werte, zum Beispiel P<br />

und Q liefern. Die Nichtlinearität der Gleichungen erfordert<br />

ein iteratives numerisches Lösungsverfahren.<br />

Zu den mathematischen Iterationsverfahren zählt<br />

das Gauß-Seidel-Verfahren, das gesuchte Werte schrittweise<br />

einer akzeptabel genauen Lösung annähert.<br />

Der Berechnungsaufwand dabei ist gering, allerdings<br />

konvergiert das Verfahren nur langsam. Das Newton-<br />

Raphson-Verfahren beginnt mit Startannahmen zum<br />

Beispiel <strong>für</strong> U und δ, <strong>die</strong> abweichende Werte gegenüber<br />

den geg<strong>eb</strong>enen Größen liefern. Diese ΔP und<br />

ΔQ werden linear zu den Annahmen in Bezug gesetzt,<br />

praktisch durch <strong>die</strong> partiellen Ableitungen in Form einer<br />

Jacobi-Matrix. Daraus gehen Korrekturwerte ΔU<br />

und Δδ hervor, mit denen <strong>die</strong> Rechnung wiederholt<br />

y<br />

y<br />

x<br />

x<br />

y<br />

x<br />

TABELLE 1<br />

Knotentypen der Leistungsflussanalyse nach [5].<br />

Knotentyp geg<strong>eb</strong>ene Größen gesuchte Größen<br />

Einspeiseknoten P, U Q, δ<br />

Abnehmerknoten P, Q U, δ<br />

Bilanzknoten U, δ P, Q<br />

wird. Dies geschieht, bis das quadratisch konvergierende<br />

Verfahren zu Korrekturwerten unterhalb festgelegter<br />

Schranken führt. Nachteilig ist <strong>die</strong> rechnerisch<br />

anspruchsvolle Invertierung der Jacobi-Matrix [6]. Abwandlungen<br />

wie <strong>die</strong> schnelle entkoppelte Leistungsflussanalyse<br />

beruhen auf der vereinfachenden Annahme,<br />

dass <strong>die</strong> jeweiligen Beziehungen zwischen P und δ<br />

sowie Q und U <strong>für</strong> das Netz maßg<strong>eb</strong>lich sind [5].<br />

Alternativ sind auch heuristische Verfahren wie<br />

genetische Algorithmen oder Simulated-Annealing<br />

einsetzbar [6].<br />

Schritt 4: Auswertung<br />

Aus der Berechnung mit der LF gehen keine Stromstärken<br />

hervor. Sie können mit Hilfe der Knotenadmittanzmatrix<br />

und den <strong>für</strong> <strong>die</strong> Knoten berechneten<br />

Spannungen bestimmt werden.<br />

5 Knotenspannungsanalyse<br />

5.1 Klassische Knotenspannungsanalyse<br />

5.1.1 Allgemeines<br />

Die Knotenspannungsanalyse (KSA) basiert auf den<br />

Strombilanzen im Sinne des 1. Kirchhoffschen Gesetzes.<br />

Sie nutzt als Rechenhilfsgröße <strong>die</strong> nameng<strong>eb</strong>enden<br />

Knotenspannungen, also Potenzialunterschiede<br />

zwischen den Knoten des elektrischen Netzwerks.<br />

Dies bietet verschiedene Vorteile bei der Simulation<br />

<strong>von</strong> EVS, sodass <strong>die</strong> Arbeitsweise zahlreicher Simulationsprogramme<br />

darauf zurückzuführen ist.<br />

5.1.2 Berechnungsschritte<br />

Schritt 1: elektrisches Netzwerk generieren<br />

Das klassische Verfahren gestattet keine Spannungsquellen.<br />

Diese werden daher gemäß Norton-Theorem<br />

in Stromquellen umgewandelt. Für <strong>die</strong> Potenzialbestimmung<br />

ist ein Bezugsknoten zu wählen, dem ein festes<br />

Potenzial zugewiesen wird (Bezugsknoten 0 in Bild 5).<br />

Bei EVS wird <strong>die</strong>ses Potenzial üblicherweise als entfernte<br />

Erde und damit als absoluter Nullpunkt interpretiert.<br />

Von allen anderen Knoten des Netzwerks aus können<br />

472 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

Y<br />

Fahrleitung<br />

I<br />

Y<br />

Rückführung<br />

I<br />

xy<br />

Y xy<br />

Knoten x = 1 Knoten y = 2<br />

U Fahrzeug<br />

U Unterwerk<br />

Fahrzeug<br />

(P, Q)<br />

Y 10<br />

U x0<br />

U xy<br />

Y 24<br />

U y0<br />

Bild 4:<br />

Exemplarisches Netzwerk der Leistungsflussanalyse.<br />

nun k−1 Knotenspannungen zum Bezugsknoten definiert<br />

werden (U x0 , U y0 in Bild 5). Ihre unbekannten Werte<br />

sind im Rahmen der Berechnung zu ermitteln.<br />

Damit sind <strong>die</strong> Voraussetzungen erfüllt, um<br />

Zweigströme (I xy ) durch Zweigspannungen (U xy )<br />

und <strong>die</strong>se schließlich durch Knotenspannungen zu<br />

ersetzen. Alle Zweigströme werden durch <strong>die</strong> Knotenspannungen<br />

der anliegenden Knoten und <strong>die</strong><br />

Zweigadmittanzen ausgedrückt.<br />

I = Y ⋅ U = Y ⋅ ( U − U ) (10)<br />

0 0<br />

xy<br />

xy<br />

xy<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

xy<br />

Schritt 2: Gleichungssystem aufstellen<br />

x<br />

Die eingeführten Größen gestatten es, <strong>für</strong> <strong>die</strong> k<br />

Knoten nun k−1 unabhängige Knotengleichungen<br />

aufzustellen. Auch hier ist <strong>die</strong> Matrixform als Knotenadmittanzmatrix<br />

üblich, deren bekannte Bildungsregeln<br />

genutzt werden.<br />

Y ∙ U = I(11)<br />

N<strong>eb</strong>en der Knotenadmittanzmatrix ist auch der Einströmungsvektor<br />

I geg<strong>eb</strong>en. Er repräsentiert je nach<br />

Vorzeichen der Komponente <strong>die</strong> Einspeisungen und<br />

Abnehmer. Das Gleichungssystem ist nach dem Knotenspannungsvektor<br />

U zu lösen.<br />

Schritt 3: Gleichungssystem lösen<br />

Das vorliegende Gleichungssystem kann direkt beispielsweise<br />

nach Gaußschem Eliminationsverfahren<br />

berechnet werden. Alternativ können bei großen<br />

Freiheitsgraden iterative Lösungsverfahren wie Gauß-<br />

Seidel-, Newton- oder Krylow-Unterraum-Verfahren<br />

eingesetzt werden, <strong>die</strong> sich <strong>für</strong> schwach besetzte Matrizen<br />

als besonders geeignet herausgestellt haben.<br />

Schritt 4: Auswertung<br />

Als Differenz zwischen den berechneten Knotenspannungen<br />

können nahezu beli<strong>eb</strong>ige Spannungen<br />

innerhalb des Netzwerks ermittelt werden.<br />

y<br />

Ebenso lassen sich <strong>die</strong> Stromstärken <strong>für</strong> alle Zweige<br />

bestimmen, schließlich können somit (Verlust-)<br />

Leistungen und mit den Erg<strong>eb</strong>nissen mehrerer Zeitschritte<br />

auch Energiewerte ausgeg<strong>eb</strong>en werden. Auf<br />

Basis der Stromstärken können Erwärmungsverläufe<br />

ermittelt oder Magnetfelder berechnet werden.<br />

5.2 Modifizierte Knotenspannungsanalyse<br />

5.2.1 Allgemeines<br />

Die Nachteile der klassischen KSA lassen sich mit der modifizierten<br />

Knotenspannungsanalyse (MKSA), wie sie in<br />

[8] vorgestellt wird, beh<strong>eb</strong>en. Dabei behält <strong>die</strong> Erweiterung<br />

<strong>die</strong> Vorteile und Einfachheit der klassischen KSA bei<br />

und behandelt dort nicht erlaubte Netzwerkelemente<br />

durch zusätzliche Gleichungen. Dementsprechend sind<br />

<strong>die</strong> Abläufe <strong>von</strong> KSA und MKSA sehr ähnlich. Übereinstimmend<br />

sind beide Verfahren, wenn das Netzwerk nur<br />

ideale Stromquellen und lineare Admittanzen umfasst.<br />

5.2.2 Berechnungsschritte<br />

Bild 5:<br />

Exemplarischer Netzwerkausschnitt <strong>für</strong> KSA.<br />

Schritt 1: elektrisches Netzwerk generieren<br />

Bezugsknoten 0 Knoten 4<br />

Y 40<br />

Bezugsknoten und Knotenspannungen benötigt<br />

auch <strong>die</strong> MKSA. Abweichungen zum klassischen Verfahren<br />

treten auf, wenn das Netzwerk Spannungsquellen<br />

oder <strong>von</strong> Stromstärken abhängige Elemente<br />

enthält. Es besteht eine Zweiteilung in wie bisher als<br />

Admittanz modellierbare und zusätzliche Elemente.<br />

Für letztere ist jeweils ein Zweigstrom als zusätzliche<br />

Hilfsvariable einzuführen und zu berechnen.<br />

Jede so erzeugte neue Unbekannte bedarf einer<br />

zusätzlichen Gleichung <strong>für</strong> <strong>die</strong> Lösung, <strong>die</strong> in Form<br />

der zugehörigen Zweiggleichungen das mathematisch-physikalische<br />

Modell des Elements beschreibt.<br />

Als unbekannte Größen treten bei der MKSA demzufolge<br />

unverändert Knotenspannungen und zusätzlich<br />

Stromstärken auf.<br />

473

Grundlagen<br />

Schritt 2: Gleichungssystem aufstellen<br />

Die Matrixdarstellung des Gleichungssystems ähnelt<br />

der KSA, ist aber erkennbar erweitert:<br />

Y B<br />

C D<br />

⋅<br />

U<br />

I<br />

w<br />

w<br />

Ig<br />

= (12)<br />

U<br />

g<br />

Der Spaltenvektor der Eingangswerte umfasst wie bisher<br />

<strong>die</strong> Einströmungen I g und zusätzlich auch Knotenspannungen<br />

U g . Die Koeffizientenmatrix besteht zunächst aus<br />

der bekannten Knotenadmittanzmatrix Y, <strong>die</strong> aber jene<br />

gesondert zu betrachtenden Zweige nicht repräsentiert.<br />

Dies geschieht durch weitere Teilmatrizen B, C und D, <strong>die</strong><br />

<strong>von</strong> Typ und Lage der zusätzlichen Elemente abhängig<br />

sind. Die Dimension der Koeffizientenmatrix ergibt sich<br />

demnach aus der Anzahl der Netzknoten abzüglich Bezugsknoten<br />

und den zusätzlich zu berechnenden Stromstärken.<br />

Der Spaltenvektor der Unbekannten enthält<br />

unverändert <strong>die</strong> Knotenspannungen U w und zusätzlich<br />

Stromstärken I w . Für <strong>die</strong> automatisierte Matrixerstellung<br />

sind elementabhängige Ausfüllmuster verfügbar [8].<br />

Schritt 3: Gleichungssystem lösen<br />

Auch <strong>die</strong> MKSA liefert ein Gleichungssystem, bei<br />

dem <strong>die</strong> Lösungsverfahren wie bei der KSA einsetzbar<br />

sind. N<strong>eb</strong>en einer aufwendigen direkten Lösung<br />

können Approximationsverfahren mit gezielter Pivotisierung<br />

effizienter sein.<br />

Schritt 4: Auswertung<br />

In Anlehnung an <strong>die</strong> KSA können aus berechneten<br />

Knotenspannungen und Stromstärken weitere Größen<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Simulationsaufgabe ermittelt werden.<br />

6 Datenermittlung<br />

N<strong>eb</strong>en der Auswahl des Berechnungsverfahrens ist<br />

<strong>die</strong> Datenermittlung <strong>für</strong> <strong>die</strong> Impedanzmatrix eine<br />

wichtige Voraussetzung <strong>für</strong> <strong>die</strong> Berechnung. Diese<br />

Matrix ist wichtiger Grundbaustein aller vorgestellten<br />

Verfahren. Für zahlreiche elektrische Betri<strong>eb</strong>smittel<br />

sind notwendige Simulationswerte direkt vom Typenschild<br />

oder Datenblatt ablesbar, können daraus<br />

abgeleitet oder messtechnisch ermittelt werden.<br />

Die Impedanzen der elektrischen Leiter hängen <strong>von</strong><br />

verschiedenen Parametern ab, zum Beispiel <strong>von</strong> der<br />

Frequenz, der Anzahl und der Anordnung der Leiter,<br />

der magnetischen und elektrischen Leitfähigkeit des<br />

Materials und teilweise vom Stromfluss. Bei elektrischen<br />

<strong>Bahnen</strong> ist <strong>die</strong> Rückleitung der Ströme über das Erdreich<br />

bei der Impedanzberechnung <strong>eb</strong>enfalls zu berücksichtigen.<br />

Für <strong>die</strong> allgemeine LEV sind Werte in Nachschlagewerken<br />

[5] tabellarisch dargestellt. Eine Auswahl an<br />

Impedanzbelägen verschiedener Oberleitungskonfigurationen<br />

<strong>von</strong> EVS findet man beispielsweise in [9] oder<br />

[10]. Da nicht <strong>für</strong> alle möglichen Parametervariationen<br />

<strong>die</strong> Impedanzen aus Tabellen entnommen werden können,<br />

sind <strong>die</strong>se oft projektspezifisch zu ermitteln. Bei<br />

mit Wechselstrom betri<strong>eb</strong>enen EVS ist es notwendig,<br />

<strong>die</strong> elektromagnetische Kopplung der Längsleiter zu berücksichtigen.<br />

Im Laufe der Zeit wurden <strong>die</strong> Verfahren<br />

zur Impedanzberechnung kontinuierlich erweitert und<br />

verbessert. Von gekoppelten Leiterschleifen mit Rückleitung<br />

über Erde, <strong>die</strong> Anwendung der Mehrpoltheorie <strong>für</strong><br />

eine begrenzte [11] und später allgemeine Leiteranzahl<br />

[12] bis hin zur direkten Berücksichtigung der elektromagnetischen<br />

Kopplungseffekte bei der Bestimmung<br />

der Impedanzwerte [13; 14] werden zahlreiche Berechnungsmethoden<br />

genutzt.<br />

7 Bewertung<br />

Für den Netzbetri<strong>eb</strong> der LEV ist entscheidend, ob<br />

<strong>die</strong> benötigte Leistung bereitgestellt und übertragen<br />

werden kann. Wegen der somit übereinstimmenden<br />

Rechengrößen wird <strong>die</strong> LF in vielen<br />

Programmen eingesetzt. Dabei bestehen mathematische<br />

Herausforderungen aufgrund des nichtlinearen<br />

Gleichungssystems: Die Konvergenz des<br />

numerischen Lösungsverfahrens kann lange Zeit<br />

beanspruchen oder gar nicht eintreten. Bei Letzterem<br />

ist unbekannt, ob ungünstige Startwerte des<br />

Verfahrens oder <strong>die</strong> Nichtexistenz einer Lösung<br />

ursächlich sind. [15] Die LF kann aufgrund ihres<br />

vereinfachten Modellansatzes (Bild 4) bestimmte<br />

Besonderheiten <strong>von</strong> EVS nicht abdecken. Fahrzeug-<br />

oder Unterwerksspannungen können berechnet<br />

werden, jedoch keine <strong>von</strong> Einzelleitern abhängigen<br />

Größen. Dazu zählen Schienenpotenziale<br />

oder Erdrückströme <strong>für</strong> normenrelevante Kriterien<br />

der Sicherheit und EMV. Ebenso kann der Einsatz<br />

<strong>von</strong> Auto- oder Boostertransformatorsystemen nur<br />

oberflächlich modelliert werden.<br />

Die KSA wird als standardisiertes Verfahren in zahlreichen<br />

Programmen <strong>für</strong> elektronische Schaltungssimulationen<br />

implementiert. Das Netzmodell bezieht<br />

realitätsnah alle Knoten und Zweige ein. Somit sind<br />

EVS durch einzelne Leiter oder besondere Speisekonzepte<br />

angemessen repräsentiert. Schienenpotenziale<br />

können als Knotenspannungsdifferenzen zwischen<br />

Schiene und Erde bestimmt werden. Aus Zweigadmittanzen<br />

und anliegenden Knotenspannungen können<br />

<strong>die</strong> Stromstärken in einzelnen Leitern berechnet<br />

werden. Probleme bereiten Netzwerkelemente, <strong>die</strong><br />

nicht als lineare Zweigadmittanz modellierbar sind.<br />

Somit können Spannungsquellen, Transformatoren<br />

und allgemein stromabhängige Elemente nicht mit<br />

dem klassischen Verfahren modelliert werden [8].<br />

474 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

Die MKSA nutzt <strong>die</strong> Vorteile der klassischen KSA<br />

und erweitert <strong>die</strong>se durch zusätzliche Netzwerkelemente.<br />

Als universelles Verfahren bietet <strong>die</strong> MKSA<br />

eine höhere Modellierungsflexibilität. Durch <strong>die</strong> größere<br />

Gleichungsanzahl erhöht sich der Berechnungsaufwand,<br />

im Ausgleich werden bestimmte Netzwerkelemente<br />

überhaupt erst berechenbar.<br />

Die genannten Vor- und Nachteile der Verfahren zeigen,<br />

dass <strong>die</strong> spezifischen Anforderungen elektrischer<br />

Verkehrssysteme am besten <strong>von</strong> der modifizierten<br />

Knotenspannungsanalyse erfüllt werden. Mit anderen<br />

Verfahren können nur Teile der eingangs vorgestellten<br />

Untersuchungsaufgaben bearbeitet werden.<br />

Bestandteil bei allen vorgestellten Verfahren ist <strong>die</strong><br />

Impedanzmatrix des elektrischen Netzwerks. Die direkte<br />

Berücksichtigung der elektromagnetischen Kopplung<br />

bei wechselstrom-durchflossenen Leitern ist in der<br />

Netzberechnungssoftware OpenPowerNet [16] integriert.<br />

Diese Integration hat den Vorteil, dass Impedanzen<br />

nicht erst durch spezielle Programme oder Berechnungsroutinen<br />

aufwändig ermittelt werden müssen.<br />

Durch moderne Rechentechnik, intelligente Algorithmen,<br />

effiziente Gleichungslöser und geschickte<br />

Datenbereitstellung können heutzutage selbst komplexe<br />

Betri<strong>eb</strong>sabläufe elektrischer Verkehrssysteme<br />

unter Einfluss der Wechselwirkungen mit dem elektrischen<br />

Netz detailliert untersucht werden.<br />

The English translation is published in <strong>eb</strong> International<br />

2014.<br />

AUTORENDATEN<br />

Sascha Hardel (25), seit 2008 Studium des Verkehrsingenieurwesens<br />

an der TU Dresden, Fakultät Verkehrswissenschaften<br />

„Friedrich List“, Stu<strong>die</strong>nrichtung Planung und Betri<strong>eb</strong> elektrischer<br />

Verkehrssysteme; 2014 Praktikum bei IFB – Institut <strong>für</strong> Bahntechnik<br />

GmbH, Fachbereich Antri<strong>eb</strong>stechnik und <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung.<br />

Adresse: IFB – Institut <strong>für</strong> Bahntechnik GmbH,<br />

Wiener Str. 114/116, 01219 Dresden, Deutschland;<br />

E-Mail: sascha.hardel@mailbox.tu-dresden.de<br />

Dipl.-Ing. Sven Körner (35), Studium des Verkehrsingenieurwesens<br />

an der TU Dresden, Spezialisierung Planung und Betri<strong>eb</strong> elektrischer<br />

Verkehrssysteme; 2007 bis 2013 Stipendium der Siemens<br />

AG und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur <strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong>; seit 2013 Projektleiter beim IFB – Institut <strong>für</strong> Bahntechnik<br />

GmbH, Fachbereich Antri<strong>eb</strong>stechnik und <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung.<br />

Adresse: wie oben;<br />

Fon: +49 351 87759-52; Fax: -90;<br />

E-Mail: sk@bahntechnik.de<br />

Prof. Dr.-Ing. Arnd Stephan (49), Studium Elektrotechnik/<strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong> an der Hochschule <strong>für</strong> Verkehrswesen (HfV) „Friedrich<br />

List“ Dresden; 1990 bis 1993 Forschungsstudium an der HfV/<br />

TU Dresden; 1995 Promotion zum Dr.-Ing.; 1993 bis 2008 IFB –<br />

Institut <strong>für</strong> Bahntechnik GmbH, ab 1995 Niederlassungsleiter des<br />

IFB Dresden; 1995 Sachverständiger des Eisenbahn-Bundesamtes<br />

<strong>für</strong> elektrotechnische Anlagen, seit 1999 <strong>für</strong> Magnetbahnsysteme;<br />

2002 Honorarprofessor an der TU Dresden; seit 2008 Professor <strong>für</strong><br />

<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> an der TU Dresden; seit 2012 Geschäftsführer<br />

IFB – Institut <strong>für</strong> Bahntechnik GmbH Berlin und Dresden.<br />

Adresse: TU Dresden, Fakultät Verkehrswissenschaften „Friedrich<br />

List“, Professur <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>, 01062 Dresden Deutschland;<br />

Fon: +49 351 463-36730;<br />

E-Mail: arnd.stephan@tu-dresden.de<br />

Literatur + Links<br />

[1] EN 50163:2004 + A1:2007: Bahnanwendungen –<br />

Speisespannungen <strong>von</strong> Bahnnetzen.<br />

[2] EN 50388:2012 + AC:2012: Bahnanwendungen –<br />

<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung und Fahrzeuge – Technische<br />

Kriterien <strong>für</strong> <strong>die</strong> Koordination zwischen Anlagen der<br />

<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung und Fahrzeugen zum Erreichen<br />

der Interoperabilität.<br />

[3] EN 50122-1:2011 + A1:2011: Bahnanwendungen –<br />

Ortsfeste Anlagen – <strong>Elektrische</strong> Sicherheit, Erdung<br />

und Rückleitung – Teil 1: Schutzmaßnahmen gegen<br />

elektrischen Schlag.<br />

[4] Kulworawanichpong, T.: Optimising AC electric railway<br />

power flows with power electronic control (online,<br />

Dissertation). University of Birmingham, 2004.<br />

http://etheses.bham.ac.uk/4/<br />

[5] Oeding, D.; Oswald, B.: <strong>Elektrische</strong> Kraftwerke und Netze.<br />

7. Auflage. Berlin: Springer, 2011.<br />

[6] Acarnley, P.: Notes on Power System Load Flow Analysis<br />

using an Excel Workbook (online). Poolewe: 2004.<br />

www.reseeds.com/load%20flow%20notes.pdf<br />

[7] Wang, X.; Song, Y.; Irving, M.: Modern Power Systems Analysis.<br />

New York: Springer Science+Business Media, 2008.<br />

[8] Ho, C.; Ruehli, A.; Brennan, P.: The Modified Nodal Approach<br />

to Network Analysis (online). In: IEEE Transactions<br />

on Circuits and Systems 22 (1975), H. 6. http://<br />

dx.doi.org/10.1109/TCS.1975.1084079 (Anmeldung<br />

erforderlich).<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

[9] Biesenack, H.; George, G.; Hofmann, G., u. a.: Energieversorgung<br />

elektrischer <strong>Bahnen</strong>. Wiesbaden: B. G.<br />

Teubner Verlag, 2006.<br />

[10] Kießling, F.; Puschmann, R.; Schmieder, A.: Fahrleitungen<br />

elektrischer <strong>Bahnen</strong>. 3. Auflage. Erlangen: Publicis<br />

Publishing, 2014.<br />

[11] Kontcha, A.: Analyse elektromagnetischer Verhältnisse<br />

in Mehrleiterfahrleitungssystemen bei Einphasenwechselstrombahnen<br />

(Dissertation). Technische Universität<br />

Dresden, 1995.<br />

[12] Behrends, D.; Brodkorb, A.; Hofmann, G.: Berechnungsverfahren<br />

<strong>für</strong> Fahrleitungsimpedanzen. In: <strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong> 92 (1994), H. 4, S. 117–122.<br />

[13] Lehmann, M.; Neumann, H.: Netzberechnung mit Knotenspannungsanalyse<br />

unter Einbeziehung der magnetischen<br />

Kopplung. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 106 (2008),<br />

H. 8-9, S. 416–420.<br />

[14] Friedl, K.; Schmautzer, E.; Fickert, L.: Berechnung des<br />

magnetischen Feldes in der Umg<strong>eb</strong>ung <strong>von</strong> elektrischen<br />

Bahnanlagen in Abhängigkeit der Stromaufteilung<br />

auf Schienen, Rückleiter und Erdreich. In: Elektrotechnik<br />

& Informationstechnik 126 (2009), H. 6,<br />

S. 227–233.<br />

[15] Trias, A.: The Holomorphic Embedding Load Flow Method<br />

(online). In: IEEE PES General Meeting, Juli 2012.<br />

http://dx.doi.org/10.1109/PESGM.2012.6344759<br />

(Anmeldung erforderlich).<br />

[16] IFB Institut <strong>für</strong> Bahntechnik GmbH:<br />

www.OpenPowerNet.de<br />

475

Grundlagen<br />

Niederfrequenz – nicht nur <strong>für</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

Uwe Behmann, St. Ingbert; Thorsten Schütte, Västerås (SE)<br />

Die elektrotechnischen Vorteile niedriger AC-Netzfrequenz, mit der europäische <strong>Bahnen</strong> und Bahnindustrie<br />

seit 100 Jahren vertraut sind, lassen sich auch noch anders nutzen. Zum Übertragen <strong>von</strong> Offshore-<br />

Windenergie wird jetzt ernsthaft ihr Potenzial im Vergleich zur aufwändigen DC-Hochspannungstechnik<br />

geprüft. Ihre technischen und wirtschaftlichen Merkmale gelten aber <strong>eb</strong>enso <strong>für</strong> Fernleitungen an Land.<br />

LOW FREQUENCY – NOT ONLY FOR RAILWAYS<br />

Electrotechnical advantages of low AC-frequency which since 100 years European railways and railway<br />

industry are familiar with are useful in other fields as well. For transmission of offshore wind power serious<br />

investigations have started to check its potencial compared to the expensive DC high voltage technology.<br />

However, its technical and economical features are relevant for onshore transmission lines too.<br />

FRÉQUENCE BASSE – PAS SEULEMENT POUR LES CHEMINS DE FER<br />

Les avantages électrotechniques des basses fréquences du réseau AC qui sont familières aux chemins<br />

de fer européens et à l’industrie ferroviaire depuis un siècle peuvent être utilisés aussi dans d’autres<br />

domaines. La transmission de l’énergie éolienne offshore fait d’ores et déjà l’objet d’études sérieuses<br />

visant à comparer son potentiel avec la technologie dispen<strong>die</strong>use de la haute tension DC. Sa caractéristiques<br />

techniques et économiques sont d’ailleurs applicables aussi aux lignes de transport terrestres.<br />

1 Einführung<br />

Als <strong>die</strong> Vorväter vor 100 Jahren <strong>für</strong> ihren 1AC-Bahnbetri<strong>eb</strong><br />

mit Reihenschluss-Kommutatormotoren Niederfrequenz<br />

(NF) nehmen mussten, dazu in Europa<br />

16.7 Hz -­‐ The Missing Link? <br />

Prof. István Erlich <br />

University of Duisburg-­‐Essen <br />

Bremen, January 2014 <br />

Lehrstuhl<br />

<strong>Elektrische</strong> Anlagen und Netze<br />

Prof. I. Erlich<br />

Bild 1:<br />

https://www.uni-due.de/ean/downloads/papers/erlich2014.pdf<br />

meistens zuerst 15 Hz wählten und da<strong>für</strong> eigene<br />

Hochspannungs-Übertragungsnetze aufbauten, bekamen<br />

sie gratis eine Reihe <strong>von</strong> Vorteilen. Physikalisch<br />

basieren <strong>die</strong>se auf niedrigen Reaktanzen und<br />

geringer elektromagnetischer Beeinflussung.<br />

Damals gab noch keine flächendeckende Landesversorgung,<br />

geschweige denn eine einheitliche<br />

Frequenz da<strong>für</strong>. Der schrittweise eingeführte Wert<br />

50 Hz, in Nordamerika und Teilen Südamerikas und<br />

Japans 60 Hz, entstand erst aus einem langwierigen<br />

Prozess als Kompromiss zwischen Magnetblechaufwand,<br />

Längsreaktanzen, Umwandlungswirkungsgraden<br />

und Beeinflussungswirkung [1].<br />

Er ist aber keine Naturkonstante, sondern nur<br />

eine Vereinbarung und muss nicht zwingend <strong>für</strong><br />

Alles benutzt werden. IEC 60196:2009 und daraus<br />

abgeleitete DIN EN 60196 (VDE 0175-3):2010-<br />

03 nennen als Normfrequenzen <strong>für</strong> <strong>Bahnen</strong> auch<br />

16 2 /3 Hz, <strong>für</strong> Flugzeuge 400 Hz und <strong>für</strong> Werkzeuge<br />

viele andere Werte.<br />

Sechs <strong>Bahnen</strong> in Europa genießen <strong>die</strong> Vorteile <strong>von</strong><br />

16,7 Hz auch nach 100 Jahren weiter, und <strong>eb</strong>enso<br />

TABELLE 1<br />

Hauptmerkmale Windenergieübertragungen (Bild3).<br />

Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ)<br />

AC-Windparkspannung 150 kV zu niedrig zum Übertragen<br />

hoher Leistung zum Land<br />

je Windpark getrennt eine offshore-Plattform <strong>für</strong> AC-Hochspannung<br />

und eine <strong>für</strong> DC-Umwandlung<br />

Offshore-Umrichter tangieren Zuverlässigkeit<br />

bei DC vermaschtes Netz bisher technisch nicht möglich<br />

Übertragung mit AC-Niederfrequenz<br />

AC-Spannung 220 kV geeignet zum Übertragen hoher Leistung<br />

zum Land<br />

je Windpark nur eine Plattform <strong>für</strong> AC-Hochspannung<br />

keine Offshore-Umrichter<br />

AC 220 kV auch geeignet <strong>für</strong> vermaschtes Nordseenetz<br />

476 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

lange hat <strong>die</strong> europäische Bahnindustrie Kompetenz<br />

und Kapazität da<strong>für</strong>.<br />

Jetzt wächst <strong>die</strong> Erkenntnis, dass es aktuell noch<br />

andere vorteilhafte NF-Anwendungen gibt. Dabei<br />

geht es <strong>von</strong> Gelehrtenarbeiten und deren Publikation<br />

und Rezension in handfeste Evaluierungen über.<br />

2 Offshore-Windenergie<br />

P<br />

700<br />

MW<br />

600<br />

500<br />

400<br />

300<br />

200<br />

50 Hz<br />

100 %<br />

80 %<br />

16 2 / 3 Hz<br />

90 %<br />

100 %<br />

Das schon mehrmals vorgetragene und hier rezensierte<br />

Plädoyer <strong>für</strong> NF- statt DC-Hochspannungs-<br />

Übertragung (NFÜ, HGÜ) [2] wurde Ende Januar<br />

2014 erneut gehalten (Bilder 1 und 2).<br />

An überarbeiteten Grafiken und mit Stichworten<br />

wurden <strong>die</strong> wesentlichen Merkmale und Unterschiede<br />

zwischen der bisher bevorzugten HGÜ und der<br />

vorgeschlagenen NFÜ verdeutlicht (Bild 3, Tabelle 1).<br />

Zu den NF-Betri<strong>eb</strong>smitteln wurde auf <strong>die</strong> modulare<br />

Bahnumrichteranlage Datteln mit 4 x 103 MW Nennleistung<br />

und ihre Umspanner verwiesen. Unterwasserkabel<br />

<strong>für</strong> 3 AC 245 kV sind mit den nötigen Querschnitten<br />

verfügbar oder machbar. Erneut gezeigt<br />

wurde das Modell eines mit 220 kV 16 2 /3 Hz durchgerechneten<br />

vermaschten 3AC-Netzes in der Nordsee<br />

(Bild 4). Die Werte 220 und 245 kV kennzeichnen wie<br />

16 2 /3 und 17 Hz Norm- und größte Betri<strong>eb</strong>swerte.<br />

100<br />

0<br />

Parameter: Kompensationsgrad<br />

0 200 400 600 800 km 1000<br />

l<br />

Bild 2:<br />

Wirkleistungs-Übertragungsvermögen Unterwasserkabel 3 x 1 200 mm 2 Cu/RM bei 3 AC<br />

245 kV Eingangsspannung (Grafiken: Universität Duisburg-Essen/I. Erlich).<br />

Als Erg<strong>eb</strong>nis wurden <strong>die</strong> Vorteile der NFÜ zusammengefasst:<br />

• Umrichter werden nur an Land benötigt, wo sie<br />

nicht <strong>von</strong> schwerem Wetter betroffen und jederzeit<br />

leicht zugänglich sind.<br />

• Offshore entfallen Zweitplattformen wie <strong>für</strong><br />

HGÜ-Umrichter nötig.<br />

WP-Plattform<br />

WP1<br />

3 AC<br />

33 kV<br />

50 Hz<br />

WP-Plattform<br />

3 AC<br />

150 kV<br />

50 Hz<br />

50<br />

Hz<br />

DC<br />

1000 MW<br />

DC 300 kV<br />

DC<br />

50<br />

Hz<br />

3 AC<br />

400 kV<br />

50 Hz<br />

WP2<br />

3 AC<br />

33 kV<br />

16 2 /3 Hz<br />

WP1<br />

WP2<br />

WP3<br />

WP-Plattform<br />

WP-Plattform<br />

WP-Plattform<br />

3 AC<br />

220 kV<br />

16 2 /3 Hz<br />

3 AC<br />

220 kV<br />

16 2 /3 Hz<br />

500 ... 600 MW<br />

500 ... 600 MW<br />

500 ... 600 MW<br />

16 2 /3<br />

Hz 50<br />

Hz<br />

16 2 /3<br />

Hz 50<br />

Hz<br />

16 2 /3<br />

Hz 50<br />

Hz<br />

3 AC<br />

400 kV<br />

50 Hz<br />

3 AC<br />

400 kV<br />

50 Hz<br />

3 AC<br />

400 kV<br />

50 Hz<br />

Bild 3:<br />

Prinzip Energieübertragung <strong>von</strong> Windparks (WP) mit Gleichstrom (oben) und 16 2 / 3 -Hz-Drehstrom (unten: rote Vermaschung nur<br />

hierbei möglich).<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

477

Grundlagen<br />

• Weiterführung zu einem überlagertes Hochspannungsnetz<br />

3 AC 400 oder 500 kV 16 2 /3 Hz an<br />

Land ist möglich (siehe Abschnitt 3).<br />

3 Leitungen und Netze an Land<br />

Bild 4:<br />

Hypothetisches Nordsee-Verbundnetz 3 AC 220 kV 16 2 / 3 Hz, Trassenlängen in km.<br />

• Offshore gibt es nur Transformatoren und Schaltanlagen,<br />

und das in bewährter Technik.<br />

• In der Nordsee ist ein vermaschtes redundantes<br />

220-kV-Kabelnetz möglich.<br />

Mit wachsender Windparkleistung drohen Kapazitätsprobleme<br />

im deutschen Hochspannungsnetz,<br />

<strong>die</strong> den Bau einiger sehr langer und leistungsfähiger<br />

Nord-Süd-Leitungen erfordern. Zum Prüfen der verfügbaren<br />

technischen Optionen hatte der Sachverständigenrat<br />

<strong>für</strong> Umweltfragen (SRU) der Bundesrepublik<br />

Deutschland eine Kurzstu<strong>die</strong> veranlasst (Bild 5).<br />

Darin wurden zunächst am Beispiel einer 500 km<br />

langen Leitung <strong>für</strong> 3 GW Übertragungsleistung<br />

(Bild 6), gemäß Verbundnetzregeln höchstzulässige<br />

Ausfallleistung <strong>für</strong> <strong>die</strong> Netzstabilität, <strong>die</strong> Realisierungsmöglichkeiten<br />

technisch und wirtschaftlich diskutiert,<br />

und zwar jeweils Freileitungen und Kabel mit<br />

• 3 AC 380 kV oder 500 kV 50 Hz,<br />

• DC 500 kV und<br />

• 3 AC 380 kV oder 500 kV 16,7 Hz.<br />

Danach wurden Übertragungsstrecken länger als<br />

500 km untersucht und dabei auch DC 800 kV.<br />

Die Gutachter empfahlen:<br />

• Bis etwa 500 km sind Leitungen 3 AC 380 kV<br />

50 Hz, soweit nötig als VPE-Kabel, mit Kompen-<br />

7 GW G<br />

6 GW<br />

8 GW G WT<br />

1.5 GW G 1 GW G<br />

140 km<br />

140 km<br />

140 km<br />

1xDL<br />

1xDL<br />

1xDL<br />

K1<br />

6 GW<br />

K2<br />

2 GW<br />

K3 K4<br />

1 GW<br />

250 km<br />

2xDL<br />

250 km<br />

2xDL<br />

250 km<br />

1xDL<br />

250 km<br />

1xDL<br />

=<br />

Prof. Dr. Heinrich Brakelmann<br />

Prof. Dr. Istvan Erlich<br />

=<br />

léíáçåÉå=ÇÉê=ÉäÉâíêáëÅÜÉå=båÉêÖáÉJ=<br />

ΩÄÉêíê~ÖìåÖ=ìåÇ=ÇÉë=kÉíò~ìëÄ~ìë=<br />

=<br />

qÉÅÜåáëÅÜÉ=j∏ÖäáÅÜâÉáíÉå=ìåÇ=hçëíÉå=<br />

íê~åëÉìêçé®áëÅÜÉê=bäÉâíêáòáí®íëåÉíòÉ==<br />

~äë=_~ëáë=ÉáåÉê=NMMB=ÉêåÉìÉêÄ~êÉå=píêçãJ<br />

îÉêëçêÖìåÖ=áå=aÉìíëÅÜä~åÇ=ãáí=ÇÉã=wÉáíJ<br />

Üçêáòçåí=OMRM=<br />

14 GW G<br />

K5<br />

14 GW<br />

250 km<br />

2xDL<br />

160 km<br />

2xDL<br />

10 GW<br />

G<br />

K6<br />

250 km<br />

2xDL<br />

10 GW<br />

4.5 GW G<br />

160 km<br />

2xDL<br />

250 km<br />

2xDL<br />

4 GW<br />

K7<br />

4 GW G<br />

160 km<br />

2xDL<br />

4 GW<br />

K8<br />

(März 2010)<br />

Materialien zur Umweltforschung 41<br />

14 GW G<br />

K9<br />

14 GW<br />

G<br />

160 km<br />

1xDL<br />

K10<br />

15 GW<br />

3 GW 16 GW<br />

Bild 5:<br />

http://opus.kobv.de/zlb/volltexte/2012/14019/pdf/41_<br />

Brakelmann_Erlich_Optionen_<strong>Elektrische</strong>_Energie.pdf<br />

Bild 6:<br />

Modell Netzergänzung <strong>für</strong> zusätzliche Einspeisung 3 GW Windenergie bei 78 GW Gesamtlast<br />

Nord-Süd-Übertragung.<br />

478 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

sation wirtschaftlich, technisch und politisch am<br />

ehesten umsetzbar. Nennspannung 500 kV hätte<br />

zwar Vorteile, würde aber wegen weit reichender<br />

Konsequenzen auf Widerstände stoßen.<br />

• Darüber eignet sich <strong>für</strong> nicht netzwerkfähige<br />

Punkt-zu-Punkt-Verbindungen klassische HGÜ<br />

mit 500 kV, vermutlich auf Freileitungen beschränkt,<br />

notfalls mit Massekabeln. Nennspannung<br />

800 kV braucht noch zu entwickelnde Niederdruckölkabel,<br />

<strong>die</strong> aber umweltproblematisch<br />

sind und besonders geschützt verlegt werden<br />

müssten. Neuere HGÜ-Versionen sind netzwerkfähig<br />

und sollten weiter entwickelt werden.<br />

• Ein 3AC-NF-Netz würde <strong>die</strong> möglichen Übertragungslängen<br />

annähernd reziprok zur Frequenz<br />

erhöhen (Bild 7). Hierbei würden sich <strong>die</strong> Vorteile<br />

der DC-Technologie bei Netzregelbarkeit und<br />

Übertragungsverlusten mit denen <strong>von</strong> 3AC-<br />

Übertragungen kombinieren. Umrichter können<br />

statt DC auch 3 AC beli<strong>eb</strong>iger Frequenz erzeugen,<br />

und <strong>für</strong> <strong>die</strong> Bahn entwickelte NF-Umrichter<br />

lassen sich auf 3-GW-Anlagen hochskalieren.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

P<br />

P<br />

3 000<br />

MW<br />

2 600<br />

2 200<br />

1800<br />

1400<br />

1000<br />

3 000<br />

MW<br />

2 600<br />

2 200<br />

1800<br />

1400<br />

1000<br />

0 100 200 300 400 500 600 700 km 800<br />

l<br />

Bild 7:<br />

Wirkleistungs-Übertragungsvermögen Freileitung 4 x AlSt 550/70 bei 3 AC 400 kV (oben)<br />

und 500 kV (unten) unkompensiert, mit Kompensation länger.<br />

Leitungsdaten: R‘ = 0,01315 Ω/km, L‘ = 0,83 mH/km (X‘ 50 = 0,26 Ω/km, X 17 = 0,09 Ω/km),<br />

C‘ = 0,014 mF/km<br />

blau 50 Hz rot 16 2 / 3 Hz<br />

Die NF-Grenzentfernungen <strong>für</strong> Freileitung in Bild 7,<br />

also 2,5 GW bis 600 km bei 400 kV und 3,0 GW bis<br />

800 km bei 500 kV, gelten ohne Kompensation und<br />

entsprechen damit den erforderlichen Längen <strong>von</strong><br />

der Nordseeküste bis Süddeutschland; mit Kompensation<br />

werden sie noch größer.<br />

Angesichts der Entwicklungsunsicherheiten bei<br />

Kabeln und Leistungsschaltern <strong>für</strong> HGÜ schlugen <strong>die</strong><br />

Gutachter vor, <strong>für</strong> Langstreckenübertragung über<br />

<strong>die</strong> durchaus realistische Alternative eines überlagerten<br />

16,7-Hz-Netzes nachzudenken und mahnten<br />

Weichenstellungen da<strong>für</strong> an.<br />

Als „entscheidender Vorteil“ <strong>die</strong>ses Konzeptes wurde<br />

betont, dass es netzwerkfähig ist und es da<strong>für</strong> bewährte<br />

1AC-Bahnfrequenztechnik bei Leistungsschaltern,<br />

Transformatoren, Spulen und anderem gibt, <strong>die</strong><br />

prinzipiell als <strong>eb</strong>enso bewährte 3AC-Technik verwendet<br />

werden kann; allfällig nötige Weiterentwicklung<br />

müsste mit relativ geringem Aufwand gegenüber den<br />

Herausforderungen der HGÜ-Technologien möglich<br />

sein. Besonders vorteilhaft sei hier auch <strong>die</strong> Eignung<br />

normaler kunststoffisolierter VPE-Kabel bis zu Höchstspannung.<br />

Als Nachteil könnten <strong>die</strong> zweimaligen Umrichterverluste<br />

mit je 2 % bei Volllast gesehen werden.<br />

Wenn Windenergieanlagen mit Vollumrichtern g<strong>eb</strong>aut<br />

werden, können sie unmittelbar 3AC-NF erzeugen.<br />

Besonders <strong>die</strong> großen Offshore-Parks könnten<br />

dann direkt in das NF-Onshore-Netz einspeisen, wodurch<br />

eine Umrichterstation und deren Investitionen<br />

und Umwandlungsverluste gespart würden; auch<br />

würden sich dann Kabelkapazität und Freileitungsinduktivität<br />

in gewissem Umfang kompensieren.<br />

Als wesentliches Problem beim Umsetzen <strong>die</strong>ser<br />

Ideen sahen <strong>die</strong> Gutachter vor vier Jahren mangelndes<br />

Interesse der Anlagenlieferanten an <strong>die</strong>ser Übertragungstechnik,<br />

<strong>die</strong> vermutlich meinten, mit der vorhandenen<br />

HGÜ-Umrichter- und Kabeltechnik „über<br />

Jahrzehnte den Markt beherrschen zu können“.<br />

4 Machbarkeitsstu<strong>die</strong><br />

Auf dem Kongress im Januar 2014 wurde auch eine<br />

konkrete NFÜ-Machbarkeitsstu<strong>die</strong> präsentiert (Bild 8).<br />

Als Teil des britischen Windenergieprogramms sind<br />

in der südlichen Nordsee in der East Anglia Zone Round<br />

3 sechs Windparkpaare mit je 2 x 600 MW Leistung<br />

geplant (Bild 9). Die See ist hier etwa 45 m tief, <strong>die</strong><br />

Übertragungslängen bis zur Küste reichen <strong>von</strong> 90 bis<br />

200 km und <strong>die</strong> HGÜ-Netzanbindungen sind an Land<br />

weitere 35 km lang. Das Bild beweist, wie bis auf drei<br />

Ausnahmen jeder 600-MW-Park zwei Offshore-Plattformen<br />

braucht, und zwar eine <strong>für</strong> <strong>die</strong> AC-Umspan-<br />

479

Grundlagen<br />

Bild 8:<br />

Präsentation Niederfrequenz-Machbarkeitsstu<strong>die</strong><br />

(Grafik: Vattenfall).<br />

Bild 9:<br />

East Anglia Offshore Windfarm Round 3 Zone, total 7,2 GW Leistung (Grafik: Vattenfall).<br />

nung und eine <strong>für</strong> <strong>die</strong> AC/DC-Umwandlung zur HGÜ<br />

(Bild 3). Ferner sind zwei AC-Redundanzvermaschungen<br />

zu sehen, <strong>die</strong> bisher mit DC nicht möglich wären.<br />

Den Auftrag hat das Joint Venture East Anglia Offshore<br />

Windfarm (EAOW) aus Vattenfall und Scottish<br />

Power Renewables. Für das schon konzessionierte<br />

Teilprojekt East Anglia One, das auf 300 km 2 Fläche<br />

zwei Parks mit je 60 Turbinen à 10 MW bekommt,<br />

hat Vattenfall eine doppelte HGÜ-Kabelverbindung<br />

zur Station Bramford fertig geplant und <strong>die</strong> Ausschreibung<br />

gestartet.<br />

Die Daten <strong>die</strong>ser Übertragung und Netzanbindung<br />

waren Basis der Stu<strong>die</strong>, <strong>die</strong> also kein fiktives Modell<br />

behandelt, sondern ein konkretes Projekt mit allen fest<br />

definierten Ausgangsgrößen. Betont wird aber, dass<br />

<strong>die</strong>s nur zum einmaligen Vergleich <strong>die</strong>nte, also nicht<br />

verallgemeinert werden darf, und dass nicht beabsichtigt<br />

war, <strong>die</strong> laufende Planung zu kippen.<br />

Am elektrotechnischen Teil der Stu<strong>die</strong> wirkte das<br />

Beratungsunternehmen Atkins Sverige, Västerås, mit.<br />

Das Prinzip der untersuchten Lösung ist in Bild 10<br />

dargestellt und erklärt. Die Kabelblindleistung soll<br />

dabei so kompensiert werden:<br />

• offshore, indem <strong>die</strong> Hochspanntransformatoren<br />

72,5/245 kV (Nennwerte 66/220 kV) als Spartransformtoren<br />

mit Luftspalt ausgeführt werden<br />

• onshore, indem entweder Luftspalte in <strong>die</strong><br />

Eisenkerne der niederfrequenzseitigen Transformatoren<br />

eing<strong>eb</strong>aut werden oder <strong>die</strong> Umrichter<br />

16,7/50 Hz da<strong>für</strong> bemessen werden<br />

Als Einschätzung der vorhandenen Technologien durch<br />

Vattenfall heißt es, dass AC-Hochspannung 50 Hz möglichst<br />

erste Wahl sein soll, weil es hier Erfahrungen mit<br />

früheren Offshore-Projekten gibt. Mit typischen Einschränkungen<br />

geht das bis 125 km. Es gibt viel Blindleistung<br />

zu kompensieren, höhere Verluste als bei HGÜ<br />

und es treten Oberwellenfragen auf. Mit Offshore-HGÜ<br />

und mit Modularen Multilevel-Direktconvertern (MMDC)<br />

fehlen eigene Erfahrungen. Offshore-HGÜ-Plattformen<br />

sieht man als Herausforderung mit ungeklärtem Verfügbarkeits-<br />

und Risikograd. Man arbeitet deshalb in einem<br />

im Oktober 2012 gestarteten Joint Industry Project<br />

(JIP) High Voltage DC (HVDC) <strong>von</strong> DNV GL mit (siehe<br />

Hintergrund), das ein Papier <strong>für</strong> <strong>die</strong> Anforderungen<br />

an <strong>die</strong> Technikrisiko-Evaluierung <strong>von</strong> Offshore-HGÜ<br />

erstellt hat. Dieses wurde Ende August auf der CIGRE<br />

Technical Exhibition 2014 in Paris vorgestellt und steht<br />

seitdem auf der W<strong>eb</strong>seite <strong>von</strong> DNV GL.<br />

TABELLE 2<br />

Patentanträge zur Windenergieübertragung mit Niederfrequenz.<br />

Antragstellung<br />

Nummer<br />

Datum<br />

Antragsteller<br />

United States of America Europa Volksrepublik China Patent Cooperation Treaty<br />

13/527 690<br />

20. Juni 2012<br />

Robert J. Nelson<br />

EP 13163490.9<br />

12. April 2013<br />

Siemens AG<br />

CN 201310245887<br />

20. Juni 2013<br />

Siemens AG<br />

PCT/SE 99/00944<br />

28. Mai 1999<br />

ABB AG<br />

Veröffentlichung<br />

Nummer<br />

Datum<br />

US 2013/0343111 A1<br />

26. Dezember 2013<br />

EP 2 677 623 A2<br />

25. Dezember 2013<br />

CN103515953 A<br />

15. Januar 2014<br />

WO 00/73652 A1<br />

7. Dezember 2000<br />

480 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

Zum Stand bei der 16,7-Hz-Ausrüstung und nötige<br />

Entwicklungen lassen sich <strong>die</strong> – nur an Land benötigten<br />

– Frequenzumrichter mit MMDC bauen. Auch<br />

ihre Blockumspanner sind Standardprodukte, und<br />

sie können <strong>eb</strong>enso wie <strong>die</strong> beiderseitigen Schaltanlagen<br />

im Freien stehen. – Leistungsschalter <strong>für</strong> 150 kV<br />

16,7 Hz arbeiten standardmäßig bei DB, ÖBB und<br />

SBB, nachdem <strong>die</strong> Hersteller sie aus 50-Hz-Produkten<br />

modifiziert haben; sie sind <strong>für</strong> 245 kV weiter zu entwickeln.<br />

– Unterwasserkabel <strong>für</strong> 3 AC 245 kV 1,5 kA<br />

gibt es standardmäßig. – Bei den NF-Transformatoren<br />

wird aus den Wachstumsgesetzen eine um den<br />

Faktor 2 bis 2,5 höhere Masse gegenüber 50 Hz hergeleitet.<br />

Das betrifft aber nur den Transport, nicht<br />

jedoch <strong>die</strong> Bemessung der Plattformen, weil da<strong>für</strong><br />

<strong>die</strong> Kräfte aus dem Wellengang dominieren. – Erg<strong>eb</strong>nis<br />

war, dass <strong>die</strong> NF-Lösung technisch machbar ist.<br />

Zum Wirtschaftlichkeitsvergleich mit vorhandenen<br />

Technologien wurde zwar ausführlich vorgetragen,<br />

jedoch soll <strong>die</strong>ser Komplex noch vertieft untersucht<br />

werden.<br />

5 Projekt Richtlinien <strong>für</strong><br />

Niederfrequenz<br />

Angestoßen durch <strong>die</strong> Konferenz in Bremen haben<br />

am 27. März 2014 drei große Unternehmen der<br />

Offshore-Branche zur Teilnahme an einem weiteren<br />

JIP Low Frequency AC (LFAC) aufgerufen (Bild 11).<br />

Initiatoren sind DNV GL, Vattenfall und Nexans (siehe<br />

Hintergrund).<br />

Das Projekt soll <strong>die</strong> derzeit in der Offshore-Industrie<br />

benutzten Übertragungen mit 50-Hz-Hochspannung<br />

(HVAC) und mit HVDC gegen <strong>die</strong> potenziellen<br />

Vorteile <strong>von</strong> NF-<strong>Lösungen</strong> evaluieren. Diese könnten<br />

nämlich besser sein als <strong>die</strong> existierenden, denn sie<br />

ermöglichen<br />

• höhere Leistungen zu übertragen und/oder größere<br />

Entfernungen zu überbrücken als mit 50 Hz,<br />

• Offshore-Umrichterstationen zu vermeiden wie<br />

sie bei HVDC erforderlich sind.<br />

Bild 10:<br />

Systemauslegung Leistungsübertragung 2 x 600 MW 16,7 Hz (Basisgrafik: Atkins/T. Schütte).<br />

1 Windpark 60 Turbinen à 10 MW<br />

2 Dreileiter-Unterwasserkabel 66 kV, betri<strong>eb</strong>en mit 72,5 kV<br />

3 Sammel- und Umspannplattform, oben elektrisch-funktional Hochspannen und seeseitig<br />

Kompensieren, unten Vorzugsvariante <strong>für</strong> technische Ausführung als Einphasen-<br />

Autotransformatoren mit kompensierender Luftspaltinduktivität<br />

4 Dreileiter-Unterwasserkabel 200 kV, betri<strong>eb</strong>en mit 245 kV<br />

5 Einleiter-Erdkabel<br />

6 Umrichter mit Blocktransformatoren, landseitige Kompensation alternativ mit Luftspaltinduktivität<br />

oder mittels Umrichtern<br />

7 Landesnetz 3 AC 380 kV 50 Hz, betri<strong>eb</strong>en mit 420 kV<br />

SAFER, SMARTER, GREENER<br />

DNV GL ENERGY<br />

INVITATION TO JOIN JIP<br />

LFAC for future offshore power transmission applications<br />

Bild 11:<br />

Aufruf zur Mitarbeit am Projekt „AC-Niederfrequenz <strong>für</strong> künftige<br />

Anwendungen zur Offshore-Leistungsübertragung“.<br />

Offshore meint dabei nicht nur das Übertragen <strong>von</strong><br />

auf See erzeugter Leistung, sondern <strong>eb</strong>enso umgekehrt<br />

das Versorgen <strong>von</strong> Öl- und Gasbohrplattformen,<br />

wo man den lästigen Gasturbinenbetri<strong>eb</strong><br />

HINTERGRUND<br />

DNV GL Group ist am 12. September 2013 aus Fusion der Klassifikationsgesellschaften Det Norske Veritas<br />

(DNV) und Germanischer Lloyd (GL) entstanden. DNV war 1864 in Oslo gegründet und GL 1867 mit Hauptsitz<br />

in Hamburg. Das fusionierte Unternehmen ist jetzt <strong>die</strong> weltgrößte Schifffahrtsklassifikationsgesellschaft<br />

und zugleich führender Anbieter <strong>von</strong> Prüf- und Inspektions<strong>die</strong>nstleistungen <strong>für</strong> <strong>die</strong> Öl- und Gasindustrie<br />

sowie Spezialist im Bereich Windeneregie und intelligente Stromnetze (www.gl-group.com).<br />

Die schwedische, zu 100 % dem Staat gehörende Vattenfall AB ist einer der größten Strom- und Wärmeproduzenten<br />

in Europa. Der Name kommt <strong>von</strong> schwedisch Wasserfall, der ursprünglichen Hauptaktivität im<br />

eigenen Land. Die deutsche Tochtergesellschaft mit Sitz in Berlin ist der viertgrößte Energieversorger im Lande.<br />

Nexans SA, Paris, gehört zu den drei weltweit größten Kabelherstellern.<br />

Kontaktpersonen <strong>für</strong> JIP LFAC: Ingar Dalen (DNV GL), bis vor Kurzem beim norwegischen Bahnstromversorger<br />

Baneenergi/JBV, also NF-Experte, Urban Axelsson (Vattenfall Nordic) und Espen Olsen (Nexans Norwegen).<br />

Adressen: Ingar.Dalen@dnvgl.com; Urban.Axelsson@vattenfall.com; Espen.Olsen@nexans.com.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

481

Grundlagen<br />

Es ist zu hoffen, dass sich zu <strong>die</strong>sem JIP noch viele<br />

Teilnehmer anmelden, um das profunde Wissen<br />

der NF-Bahntechnikexperten aus Skandinavien,<br />

Deutschland und den beiden Alpenländern einzubringen.<br />

6 Patentanträge<br />

Bild 12:<br />

http://www.google.com/patents/EP2677623A2?cl=en<br />

abschaffen will. Logische Konsequenz wäre dann,<br />

Erzeugung und Verbrauch gleich offshore zu verknüpfen<br />

und im letzten Schritt <strong>die</strong> Anrainerstaaten<br />

damit und untereinander zu vernetzen. In einer Folgeausgabe<br />

des Aufrufs vom 30. April 2014 wird das<br />

Thema zunächst auf das Übertragen <strong>von</strong> Offshore-<br />

Windenergie zum Land konzentriert.<br />

Die LFAC-Arbeit soll den Grundstein zu Empfehlungen<br />

<strong>für</strong> Praktiken und Standards legen. Sie ist<br />

in mehreren Phasen geplant. Zweck des aktuellen<br />

JIP als erster ist das Erstellen Technischer Richtlinien<br />

(Technical Guidlines, TG).<br />

Das JIP will ein neutraler Boden sein, wo Hersteller,<br />

Entwickler, Betreiber und andere Stakeholder mit unterschiedlichen<br />

Hintergründen sich treffen und <strong>Lösungen</strong><br />

diskutieren. Jeder Teilnehmer hat Anspruch<br />

auf einen Repräsentanten im Steuerungskommitee,<br />

das regelmäßig tagen wird. Das Projektbudget ist<br />

auf 300 000 EUR geschätzt, <strong>die</strong> gleichmäßig zwischen<br />

den Teilnehmern aufgeteilt werden. DNV GL<br />

wird das TG-Projekt managen. Ziel ist, im zweiten<br />

Quartal 2015 eine TG zu veröffentlichen. Diese soll<br />

auf hohem Niveau Schlüsselpunkte betrachten wie<br />

• System und Komponenten identifizieren,<br />

• Methodologie <strong>für</strong> das Evaluieren <strong>von</strong> Leistungsfähigkeit<br />

und Verlusten definieren,<br />

• Normen, Regeln und Regulierungen auf Lücken<br />

analysieren,<br />

• Risiken identifizieren und evaluieren.<br />

Um <strong>die</strong> Jahreswende 2013/2014 wurden international<br />

drei Patentanträge „Power generation and transmission<br />

system“ veröffentlicht (Bild 12, Tabelle 2).<br />

Der Erfinder Robert J. Nelson, Orlando, Florida (US)<br />

arbeitet bei Siemens Wind Power in Orlando. Die USund<br />

<strong>die</strong> EP-Veröffentlichung sind identisch, zur CN-<br />

Anmeldung ist das zu vermuten.<br />

In den Abschnitten Hintergrund der Erfindung<br />

und Detaillierte Beschreibung wird zunächst <strong>die</strong> Physik<br />

der kapazitiven Ladeströme langer Hochspannungskabel<br />

erklärt und 50 km als Grenze der AC-<br />

Übertragungsfähigkeit bei 50 oder 60 Hz genannt;<br />

bei längeren Strecken sei DC <strong>die</strong> konventionelle<br />

Lösung. Hierbei wird je eine teure („expensive“)<br />

Umrichterstation offshore und onshore erforderlich;<br />

<strong>für</strong> zwei 200-MVA-Umrichterstationen werden<br />

2 x 20 Mio. USD als ungefähre Investitionssumme<br />

genannt, wogegen bei AC-Übertragung der nur<br />

einfach benötigte „synchronous“ 200-MVA-Frequenzumrichter<br />

an Land etwa 2 Mio. USD erfordern<br />

würde. Weitere Merkmale seien, dass es nur<br />

wenige Anbieter <strong>für</strong> DC-Hochspannungskabel gibt<br />

und dass DC-Unterwasserübertragung außergewöhnliche<br />

(„unique“) Betri<strong>eb</strong>s- und Instandhaltungsverfahren<br />

und Spezialengineering braucht,<br />

was zu hohen Kosten <strong>für</strong> Auslegung, Betri<strong>eb</strong> und<br />

Instandhaltung führen kann.<br />

Als Verbesserung schlägt der Erfinder ein innovatives<br />

System der Leistungserzeugung und -übertragung<br />

vor, bei dem einfach das teure AC-DC-Umrichterterminal<br />

und das teure DC-AC-Umrichterterminal<br />

entbehrlich werden, indem konditionierte AC-Leistung<br />

mit Frequenz niedriger als 50 bis 60 Hz erzeugt<br />

und übertragen wird. Über den kapazitiven Ladestrom<br />

leitet er einen reziproken Zusammenhang<br />

<strong>von</strong> Frequenz und Übertragungslänge ab, so bei 30<br />

statt 60 Hz <strong>von</strong> 50 auf 100 km verlängert bis zu extrem<br />

5 Hz <strong>für</strong> 600 km Länge. Für <strong>die</strong> Kabel schlägt er<br />

100 kV verkettete Nennspannung vor.<br />

Die 20 Ansprüche betreffen <strong>die</strong> ganze Kette <strong>von</strong><br />

den Windturbinen mit ihren Antri<strong>eb</strong>svarianten synchron<br />

einfach oder asynchron doppelt gespeist bis<br />

zur Umwandlung auf 50 oder 60 Hz an Land. Für<br />

das hier behandelte Thema ist <strong>die</strong> NFÜ via Unterwasserkabel<br />

relevant, teilweise auch an Land im<br />

Boden zu verlegen.<br />

Die Idee wurde im Januar 1999 <strong>von</strong> einem der<br />

heutigen Autoren und einem Kollegen g<strong>eb</strong>oren<br />

482 112 (2014) Heft 8-9

Grundlagen<br />

(Bild 13), als Diensterfindung bei der damals noch<br />

<strong>für</strong> ihren Arbeitg<strong>eb</strong>er Adtranz und <strong>für</strong> ABB gemeinsamen<br />

Patentabteilung eingereicht und nach deren<br />

Trennung zum sogleich weltweiten ABB-Patentantrag<br />

mit zwei anderen Erfindernamen. Dieser wurde<br />

zwar veröffentlicht (Tabelle 2), aber aus unbekannten<br />

Gründen nicht durchgefochten.<br />

Die heutigen Anträge erstaunen. Sie stimmen<br />

im Wesentlichen nicht nur mit dem letztgenannten<br />

überein, sondern auch mit einer Präsentation<br />

in Stockholm und einem daraus folgenden <strong>eb</strong>-<br />

Beitrag im Jahr 2001 (Bilder 14 und 15) [3; 4].<br />

Patentrechtlich können also alle <strong>die</strong>se Dokumente<br />

als Entgegenhaltungen eing<strong>eb</strong>racht werden,<br />

<strong>die</strong> zeigen dass <strong>die</strong> heutigen Anträge keine Neuheit<br />

sind.<br />

Antragsteller ist in den USA der Erfinder selbst, in<br />

den beiden anderen Fällen Siemens (Bild 12, Tabelle<br />

2). Das Unternehmen ist eines der drei, <strong>die</strong> in der<br />

Nordsee <strong>die</strong> HGÜ bauen (Tabelle 4 in [5]). Es ist also<br />

zu vermuten, dass <strong>die</strong> in den Anträgen geschilderten<br />

Sachverhalte auch aus seiner Sicht zutreffen und vielleicht<br />

durch Erfahrungen, Erkenntnisse und Einsichten<br />

untermauert sind.<br />

Man darf gespannt sein, ob <strong>die</strong> Idee angesichts<br />

ihrer langen Bekanntheit <strong>für</strong> schutzwürdig erklärt<br />

wird. Darüber steht aber noch <strong>die</strong> Frage: Für welchen<br />

der beiden möglichen, diametral entgegengesetzten<br />

Zwecke mögen <strong>die</strong> Schutzrechte wohl<br />

beantragt sein?<br />

Bild 13:<br />

Erfinderskizze Januar 1999 (Grafik: T. Schütte und Kollege)<br />

Anmerkung: Nahezu alle Sachangaben zu <strong>die</strong>sem<br />

Abschnitt sind dem Internet entnommen.<br />

7 Schlussbemerkungen<br />

Seit dem SRU-Gutachten hat sich <strong>die</strong> NF-Bahntechnik<br />

weiter entwickelt, besonders bei den Frequenzumrichtern<br />

und den Schaltgeräten. Bei der<br />

HGÜ-Technik wird zwar <strong>eb</strong>enso intensiv weiterentwickelt,<br />

jedoch kämpft man gleichzeitig mit<br />

der termin- und budgetgerechten Realisierung der<br />

durchgeplanten und genehmigten Offshore-Pro-<br />

Anzeige<br />

TIME FOR A NEW<br />

GERMAN STANDARD<br />

Die Weltpremiere:<br />

SMARTconverter 3<br />

Entdecken Sie <strong>die</strong> dritte Generation<br />

unserer Bordnetzumrichter.<br />

Besuchen Sie uns auf der InnoTrans 2014<br />

in Halle 16, Stand 300.<br />

Mehr Informationen unter<br />

www.SMARTconverter.de<br />

SMA Railway Technology GmbH | Germany | www.SMA-Railway.com

Grundlagen<br />

jekte in der Nordsee – zum Verdruss der Betreiber<br />

und zu Lasten der Verbraucher.<br />

Der als Schlussabsatz des SRU-Gutachtens geäußerte<br />

Verdacht gegenüber der Herstellerpolitik stand<br />

auch schon einmal an <strong>die</strong>ser Stelle (<strong>eb</strong> 5/2013, S.<br />

290). Hier hat sich offenkundig innerhalb kurzer Zeit<br />

etwas geändert: Dass Vattenfall als betroffener Anlagen-<br />

und Netzbetreiber nach einer Alternative sucht<br />

ist nur allzu verständlich, dass einer der größten Kabelhersteller<br />

sich anschließt ist bemerkenswert, und<br />

<strong>die</strong> Aussagen in den Patentanträgen deuten auf Umdenken<br />

auch bei den Herstellern – ganz abgesehen<br />

<strong>von</strong> informellen Äußerungen.<br />

Die politischen Atempausen bieten <strong>die</strong> Chance,<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Folgeprojekte bei der Offshore-Windkraft, <strong>für</strong><br />

<strong>die</strong> Nordseenetzpläne der EU sowie <strong>für</strong> <strong>die</strong> Leitungsplanungen<br />

an Land <strong>die</strong> in 100 Jahren gesammelten<br />

reichen Erfahrungen mit der Niederfrequenz-Bahntechnik<br />

einzubringen und nicht noch einmal denselben<br />

Fehler wie auf See zu machen.<br />

Ein größerer Markt <strong>für</strong> NF-Komponenten nützt<br />

auch den <strong>Bahnen</strong>. Übrigens: Als <strong>die</strong>se wegen des<br />

Betri<strong>eb</strong>s der NF-Generatoren auf gemeinsamer Welle<br />

mit 50-Hz-Maschinen <strong>von</strong> anfänglich 15 Hz auf<br />

(50/3 = 16 2 /3) Hz übergingen, opferten sie da<strong>für</strong><br />

noch glatt 10 % der elektrotechnischen Vorteile.<br />

Literatur<br />

Bild 14:<br />

Fundstelle zu [3].<br />

[1] Neidhofer, G.: Der Weg zur Normfrequenz 50 Hz – Wie<br />

aus einem Wirrwar <strong>von</strong> Periodenzahlen <strong>die</strong> Standardfrequenz<br />

50 Hz hervorging. In: Bulletin SEV/AES 99 (2008),<br />

H. 17, S. 29–34.<br />

[2] Erlich, I.; Fischer, W.; Braun, R.; Brakelmann, H.; Meng, X.:<br />

Dreiphasiges 16,7-Hz-System <strong>für</strong> <strong>die</strong> Übertragung <strong>von</strong><br />

offshore-Windenergie. In: ew – Magazin <strong>für</strong> Energiewirtschaft<br />

2013, H. 11, S. 53–57; H. 12, S. 46–49; Rezension<br />

in: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 111 (2013), H. 11, S. 697–698,<br />

mit Verweis auf H. 3, S. 213 und H. 6-7, S. 346–348.<br />

[3] Schütte, T.; Ström, M.; Gustavson, B.: The Use of Low<br />

Frequence AC for Offshore Wind Power. In: Proceedings<br />

of Second International Workshop on Transmission Networks<br />

for Offshore Wind Farms, Session 6, Royal Institute<br />

of Technology, Electric Power Systems, Stockholm,<br />

March 29-30, 2001.<br />

[4] Schütte, T.; Ström, M.; Gustavson, B.: Erzeugung und<br />

Übertragung <strong>von</strong> Windenergie mittels Sonderfrequenz.<br />

In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 99 (2001), H. 11, S. 435–443;<br />

100 (2002), H. 1-2, S. 74.<br />

[5] Be: Offshore-Windenergie <strong>für</strong> Europa und Deutschland.<br />

In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 112 (2014), H. 1-2, S. 16–18.<br />

AUTORENDATEN<br />

Bild 15:<br />

Fundstelle zu [4].<br />

Dipl.-Ing. Uwe Behmann (78), Studium<br />

Elektrotechnik Technische Hochschule<br />

Hannover; ab 1963 bei Deutsche<br />

Bundesbahn, ab 1973 in Saarbrücken<br />

Dezernent/Abteilungsleiter Elektrotechnik<br />

und <strong>Elektrische</strong>r Bahnbetri<strong>eb</strong>,<br />

1994 bis 1998 Deutsche Bahn Leiter<br />

Regionalbereich Werke Saarbrücken; in<br />

1980er Jahren bei DEConsult und KfW<br />

in Projekten in Thailand, der Türkei und<br />

<strong>für</strong> Spanien; 1990 bis 2002 Chefredakteur,<br />

jetzt Redakteur <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>.<br />

Adresse: Otto-Hahn-Straße 7,<br />

66386 St. Ingbert, Deutschland;<br />

Fon / Fax: +49 6894 580023;<br />

E-Mail: bm.uwe@t-online.de<br />

Dr. rer. nat Thorsten Schütte (57),<br />

Studium Meteorologie und Physik Universitäten<br />

Kiel und Uppsala; seit 1987 bei<br />

schwedischen Unternehmen; Entwicklung<br />

elektrischer Isolierungen, Experte<br />

<strong>für</strong> Bahnstromversorgung, Sternpunktbehandlung,<br />

dann wieder <strong>Bahnen</strong>ergieversorgungssysteme<br />

und Hochspannungstechnik,<br />

besonders Rückstromführung<br />

und elektrische Isolation; ab 1990<br />

Lehrbeauftragter Universität Uppsala.<br />

Adresse: Atkins Sverige AB, Kopparbergsvägen<br />

8, 72213 Västerås,<br />

Schweden;<br />

Fon: +46 21 44014-30, Fax: -39;<br />

E-Mail: thorsten.schutte@atkinsglobal.com<br />

484 112 (2014) Heft 8-9

Mit voller<br />

Energie <strong>für</strong><br />

<strong>die</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

der Welt<br />

„Nur durch stetige Entwicklung<br />

können wir unseren Kunden<br />

immer wieder zukunftssichere<br />

Produkte bieten“<br />

Dr. Frank Pupke<br />

Leiter Produktmanagement und Entwicklung<br />

nkt cables railway<br />

Member of the NKT Group<br />

Treffen Sie das nkt cables Railway Team<br />

auf der InnoTrans 2014 in Berlin (23. – 26. September, Halle 22b, Stand 301)<br />

und erl<strong>eb</strong>en Sie selbst, was Kundenbetreuung „mit voller Energie“ bedeutet.<br />

Buchen Sie noch heute auf www.nktcables-railway.com Ihren persönlichen<br />

Gesprächstermin und erfahren Sie, wie Sie mit unseren neuen innovativen<br />

Oberleitungssystemen und perfektem Service Ihre Investitionen in Bahnstrecken<br />

optimieren können.<br />

nkt cables GmbH<br />

The Railway Team<br />

Düsseldorfer Straße 400<br />

D-51061 Köln<br />

phone: +49 (0)221/676-2146<br />

info@nktcables.com<br />

www.nktcables-railway.com

Operation<br />

An integrated solution for London’s rail<br />

development<br />

Christoph Götz, Erlangen; David Morton, Braunschweig<br />

The combination of the Class 700 trains and the pioneering automatic train operation is going to be vital<br />

for London. The supplier of the rolling stock and the infrastructure installation on the one hand and<br />

Network Rail on the other hand are pooling their expertise for Thameslink, one of the biggest railway<br />

infrastructure projects in England. Equally, Crossrail has been under discussion for decades, and is only<br />

now approaching completion. Both projects rely on the capabilities of modern signalling technology to<br />

allow conventional rail to deliver metro frequency levels. The new capability that Siemens is delivering<br />

in London may well herald an entirely new way of viewing urban and longer distance rail services. The<br />

new Class 700s trains could well be one of the most significant railway developments of the 21 st century.<br />

INTEGRIERTE LÖSUNG FÜR LONDONS BAHNVERKEHR<br />

Die Tri<strong>eb</strong>züge Class 700 und <strong>die</strong> bahnbrechenden Arbeiten <strong>für</strong> eine automatische Betri<strong>eb</strong>sführung<br />

erweisen sich als l<strong>eb</strong>enswichtig <strong>für</strong> London und stellen eine herausragende Entwicklung des 21.<br />

Jahrhunderts dar. Der Lieferant der Fahrzeuge und Infrastruktureinrichtungen sowie der Infrastrukturbetreiber<br />

bringen gemeinsam ihre Erfahrung in das Projekt Thameslink ein, einem der größten<br />

Bahninfrastrukturprojekte Englands. Gleiches gilt <strong>für</strong> das Projekt Crossrail, das Jahrzehnte lang diskutiert<br />

wurde und sich erst jetzt der Realisierung nähert. Beide Vorhaben vorhabeverwenden moderne<br />

Signaltechnik, um bei konventionellen <strong>Bahnen</strong> <strong>die</strong> Betri<strong>eb</strong>shäufigkeit <strong>von</strong> Metros zu erreichen. Die<br />

neuen <strong>Lösungen</strong>, <strong>die</strong> Siemens in London verwirklicht, stellen eine völlig neue Art der Integration des<br />

städtischen Nahverkehrs und des Regionalverkehrs dar. Die Tri<strong>eb</strong>züge Class 700 <strong>für</strong> <strong>die</strong> Thameslink-<br />

Verbindung stellen eine herausragende Entwicklung <strong>für</strong> den Bahnverkehr des 21 Jahrhinderts dar.<br />

SOLUTION INTÉGRÉE POUR LE TRAFIC FERROVIAIRE DE LONDRES<br />

Les trains de Classe 700, associés à l’exploitation pionnière automatique des trains, <strong>von</strong>t devenir<br />

essentiels à Londres. Le fournisseur du matériel roulant et de l’infrastructure d’une part, et Network<br />

Rail d’autre part partagent leur expertise au profit du réseau Thameslink, un des plus grands projets<br />

d’infrastructure ferroviaire d’Angleterre. Le projet Crossrail est quant à lui en cours d’étude<br />

depuis plusieurs années, mais ne connaîtra son aboutissement que prochainement. Ces deux projets<br />

s’appuient sur les avantages de la technologie de signalisation moderne pour permettre au chemin<br />

de fer traditionnel d’offrir un niveau de fréquence comparable à celui du réseau métropolitain.<br />

L’innovante solution fournie par Siemens à Londres annonce une nouvelle façon d’envisager les services<br />

ferroviaires urbains et à grande distance. Les nouveaux trains de Classe 700 pourraient bien se<br />

révéler être l’une des plus grandes avancées du 21ème siècle en matière de chemin de fer.<br />

1 Introduction<br />

The world’s biggest cities are facing unprecedented<br />

transportation challenges, with rising populations, congested<br />

roads and growing demand for high frequency<br />

and reliable rail and metro services. London is no exception<br />

and is taking decisive action to improve connectivity<br />

with two major rail projects which aim to make<br />

travelling across the city easier and more efficient.<br />

On the North-South Thameslink project, Siemens<br />

is providing the trains, signalling systems and technology<br />

to allow automated operation in the busiest<br />

core area to guarantee as frequent a service as possible.<br />

It is the only way to achieve the short headways<br />

necessary, and is vital to ensure the levels of<br />

punctuality and reliability one of the world’s most<br />

important cities deserves.<br />

On the East-West Crossrail project, Siemens is providing<br />

similar metro technology, as well as the signalling<br />

systems.<br />

2 Background<br />

London’s rail network has always been limited by planning<br />

decisions taken in the 19 th century. The first concerted<br />

effort to improve cross-London rail travel came<br />

486 112 (2014) Heft 8-9

Operation<br />

in 1988 when the then state owned railway British Rail<br />

reopened a disused tunnel linking north and south London<br />

and began operating passenger services through<br />

it. The passenger services were not merely local commuter<br />

trains within London, however. From the start<br />

the intention was to operate long distance commuter<br />

services from Bedford, north of London, through the<br />

capital city and then onwards to major towns in Southern<br />

England, including Brighton and Sutton. Known as<br />

Thameslink, the service has proved extremely successful<br />

and now a major upgrade is set to increase capacity<br />

and the number of destinations served.<br />

3 Automatic train operation for<br />

24 trains per hour<br />

3.1 Overview<br />

The aim of the upgrades is to provide a service frequency<br />

of 24 trains per hour through Central London,<br />

offering metro style operation on the busiest<br />

sections of the routes. To achieve this with conventional<br />

manual operation is impossible with the high<br />

degree of consistency required. The Thameslink and<br />

Crossrail projects have slightly different approaches<br />

to achieve this goal.<br />

On Thameslink, Siemens is pioneering Automatic<br />

Train Operation (ATO) under European Rail Traffic<br />

Management System (ERTMS) Level 2 on the central<br />

section, with conventional operation outside this crucial<br />

area. As ATO is not part of the core ERTMS specification<br />

yet, extensive development and testing is taking<br />

place to ensure that Siemens’ solution complies<br />

with the operational parameters of ERTMS. Handover<br />

from manual to automatic operation will take place<br />

on the move; and as soon as the train stops at a station,<br />

train doors are opened automatically.<br />

3.2 Interaction ATO/ ETCS<br />

Figure 1 shows the overall system with Automatic Train<br />

Supervision (ATS), European Train Control System<br />

(ETCS) and Automatic Train Operation (ATO). ETCS<br />

ensures safe train movements and provides the communication<br />

path between ATS and ATO together with<br />

the GSM-R radio system for railways. ATS coordinates<br />

the movements of trains under automatic and manual<br />

operation, where drivers are supported by the Driver<br />

Advisory System (DAS) function of Trainguard ATO.<br />

Outside the core area, the onboard equipment<br />

supervises train movements with the legacy AWS/<br />

TPWS train protection and warning systems running<br />

in ETCS Level NTC (national train control). As the<br />

train approaches the core area, a radio communications<br />

session is established and:<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

• ATO sends a message to the trackside ATS system<br />

using the ETCS data packet 44 in a message sent<br />

by the EVC (European Vital Computer) to the<br />

RBC (Radio Block Centre), which forwards the<br />

message to ATS.<br />

• ATS replies, again using data packet 44, with<br />

all information necessary for automatic train<br />

operation, for example, the identity of the next<br />

station, the required journey time to the next<br />

station, which side the doors should open when<br />

the train stops at the platform, and the target<br />

dwell time at the platform.<br />

The ETCS trackside equipment sends a level transition<br />

order to ETCS Level 2 as the train approaches<br />

St. Pancras International station in the southbound<br />

direction or Blackfriars for northbound traffic. The<br />

ETCS onboard equipment makes the transition and<br />

operates in full supervision mode, ther<strong>eb</strong>y taking responsibility<br />

for the safety of train movements from<br />

the driver. ETCS full supervision mode is a prerequisite<br />

for automatic train operation.<br />

When the train enters the ATO area, the driver’s ATO<br />

button flashes and ATO takes over as soon as the driver<br />

puts the power-brake control in neutral and presses the<br />

ATO button. The train then drives automatically to the<br />

required station, stops and the doors open automatically.<br />

ATO returns control to the driver but provides a<br />

countdown, using the dwell time provided earlier by<br />

ATS, so the driver knows when the train should depart.<br />

As soon as the passengers are safely onboard, the<br />

driver manually closes the doors and presses the ATO<br />

button to re-start automatic operation. The train<br />

then departs automatically under ATO control.<br />

When the train approaches the border of the ATO<br />

area, it gives an audible prompt to the driver to take<br />

control by moving the power-brake control; however,<br />

should the driver not take control, then ATO would brake<br />

the train to stand at the border of the ATO area. Trackside<br />

signs also indicate that automatic operation will end.<br />

ATS<br />

ETCS trackside<br />

track – train<br />

ETCS onboard<br />

ATO<br />

coordinates train movements<br />

provides safe movement authorities<br />

Figure 1:<br />

Overall train control system (all figures: Siemens).<br />

Abbreviations see text<br />

ATS – ATO communications via ETCS and GSM-Radio<br />

ensures safe train movements<br />

ensures optimum train movements<br />

487

Operation<br />

a)<br />

v<br />

b)<br />

v<br />

1<br />

Figure 2:<br />

ATO speed profiles.<br />

a) time-optimal train running<br />

b) energy-optimal train running<br />

1 acceleration<br />

2 cruising<br />

2 3<br />

1 2 4 3<br />

3 full braking<br />

4 coasting<br />

s distance<br />

v speed<br />

s<br />

s<br />

ATO reports departure to ATS, which replies with the<br />

required trip time to the next station. ATO then calculates<br />

the optimum speed profile to get the train to<br />

the next station at the required time using the minimum<br />

energy possible and within the safe limits set<br />

by ETCS. Time permitting; the train will coast before<br />

braking. ATO, therefore, improves punctuality, shortens<br />

service recovery times, reduces wear, and lowers<br />

carbon emissions by reducing energy consumption.<br />

Figure 2 shows how ATO ensures that the train arrives<br />

at the next station at exactly the time required<br />

by ATS: ATO adjusts the amount of coasting for the<br />

time available and reduces energy consumption.<br />

ATO shortens headway by driving consistently,<br />

stopping accurately, opening doors automatically,<br />

providing a dwell time countdown to the driver,<br />

and being able to drive closer to ETCS brake intervention<br />

curves.<br />

Figure 3 shows how ATO improves headway by<br />

driving consistently. All trains drive with exactly the<br />

same speed profile, when running at the required<br />

24 trains per hour service, that is with 150 s headway:<br />

75 s platform reoccupation times, 45 s dwell<br />

times and 30 s reserve. The changeover from high<br />

level AC current to base level DC current takes place<br />

at Farringdon. There is a 40 km/h speed restriction<br />

in the southbound direction on the approach to<br />

City Thameslink.<br />

v<br />

60<br />

km/h<br />

40<br />

20<br />

St Pancras<br />

0<br />

0 1000 2000 3000 4000 m 5000<br />

s<br />

Figure 3:<br />

Speed-distance diagram St. Pancras to Blackfriars.<br />

Farringdon<br />

City<br />

Thameslink<br />

Blackfriars<br />

Outside the core area, the train is driven manually<br />

but the ATO system provides guidance to the driver.<br />

This DAS functionality, improves efficiency in the remaining<br />

extensive Thameslink areas.<br />

Balises are used by the ETCS and ATO onboard<br />

equipment for information and accurate location,<br />

and radio communications are via GSM (Global System<br />

for Mobile Communication), in line with the<br />

ERTMS standards.<br />

The GSM-R network for railways is also used by the<br />

cab secure radio system supplied by Siemens, who designed<br />

and developed the GSM-R cab mobile for the<br />

entire GB fleet. It is a communication device for voice<br />

and data between the train and signalling centre.<br />

3.3 Performance improvement by ATO<br />

3.4 Trackside equipment<br />

Siemens (formerly Invensys Rail) has been involved<br />

in the signalling of the London Bridge Station Area<br />

for over 150 years, and the award of the framework<br />

contract for Thameslink Key Output 2 Core Area signalling<br />

programme reflected not only this long association,<br />

but also its successful involvement in the<br />

Key Output 1 phase of the project.<br />

The Thameslink KO1 stage covered the resignalling<br />

of Kentish Town to Loughborough Junction,<br />

with Siemens commissioning two Trackguard WEST-<br />

LOCK computer-based interlockings controlled via<br />

Controlguide WestCAD control centres, which introduced<br />

a conventionally signalled railway through the<br />

Thameslink Core Area, with a capacity of 24 trains<br />

per hour. Control for the area comes from both the<br />

West Hampstead and Victoria Signalling Centres.<br />

Thameslink Key Output 2 (KO2):<br />

• Remodelling of London Bridge Station and its<br />

approaches, to provide streamlined traffic flows,<br />

an increased frequency of through-trains and<br />

increased capacity<br />

• Innovative signalling solution is based on Controlguide<br />

West CAD and Trackguard WEST-<br />

LOCK systems, with Trackguard WESTRACE<br />

object controllers giving a high performance<br />

interface between the interlocking and trackside<br />

infrastructure<br />

• Provision of ETCS movement authorities and<br />

ATO information by Trainguard FUTUR 2500<br />

ERTMS Level 2<br />

• Commissioning of a new train describer at London<br />

Bridge station<br />

• Commissioning of signalling at London Bridge<br />

station<br />

• Transfer of control to Three Bridges Regional<br />

control centre<br />

488 112 (2014) Heft 8-9

Operation<br />

The Thameslink project is the first operational application<br />

of ATO with ETCS. It is a vital part of the<br />

high-capacity timetable planned for the route,<br />

which needs every train to run at the optimised<br />

speed profile, stop accurately and adhere closely to<br />

station dwell times.<br />

In the unlikely event of the onboard ATO becoming<br />

unavailable, the system will allow manual driving with<br />

ETCS train protection. Further levels of back-up operation<br />

use lineside signals with the existing Train Protection<br />

and Warning System (TPWS), or special provision<br />

to allow the driver to continue at slow speed.<br />

The resignalling of London Bridge is one of the<br />

most complex challenges in Europe and due to the<br />

novel approach taken on Thameslink, Siemens is<br />

performing and supporting extensive testing at facilities<br />

such as the test track in Wegberg-Wildenrath,<br />

System Integration Lab at Network Rail’s office in<br />

London and at the purpose built ETCS National Integration<br />

Facility (ENIF) in Hertfordshire.<br />

Siemens is also demonstrating its ETCS trackside<br />

solutions at ENIF as one of the four suppliers involved<br />

in Network Rail’s ETCS National Framework contract.<br />

3.5 Crossrail<br />

Crossrail is Europe’s largest current construction<br />

project. It will provide faster, more frequent mainline<br />

trains right into the heart of London, linking<br />

Heathrow directly with the City and Canary<br />

Wharf, connecting towns in the East and the West<br />

to central London, and delivering faster cross-city<br />

journeys between stations like Paddington, Liverpool<br />

Street, Whitechapel and Stratford. Crossrail<br />

will bring an extra 1,5 Mio. people to within<br />

45 min of central London.<br />

The new route will pass through 40 stations and<br />

run over 100 km from Reading and Heathrow in<br />

the west, through two new 21 km tunnels under<br />

central London to Shenfield in the east and Abbey<br />

Wood in the south-east. Similar to Thameslink,<br />

trains will operate a 24 train per hour service in<br />

the central section between Paddington and Whitechapel;<br />

with twelve trains per hour running to<br />

Stratford and Canary Wharf.<br />

The contract was awarded to a consortium of<br />

Siemens and Invensys Rail (now Siemens) to supply<br />

the signalling and the CBTC for the central section,<br />

where moving block is used instead of conventional<br />

colour light signals.<br />

Axle counter train detection, points control<br />

and route-setting are managed by the Trainguard<br />

WESTRACE interlocking that interfaces with Trainguard<br />

MT CBTC and Controlguide Vicos OC for automatic<br />

train supervision, control and display, which<br />

includes a large overview for the operators in the<br />

new control centre at Ilford.<br />

Handover between ERTMS in the west, CBTC in<br />

the centre and TPWS in the east takes place automatically<br />

and on the move. Throughout the central<br />

section, trains will be driven and controlled automatically<br />

by the CBTC system, allowing them to operate<br />

closer together and to run with precise speed control<br />

and stopping accuracy, all the more important because<br />

the underground platforms will be fitted with<br />

platform screen doors with which the train must<br />

align accurately when it stops.<br />

Siemens is also providing SCADA; systems for station<br />

management, line management, security, information;<br />

and communications technologies including<br />

Data Net-work/Optical Fibre Network, Private<br />

Mobile Radio (PMR) Radiating Infrastructure, GSM-<br />

R, Airwave, LFEPA Ch5 Radio Systems and Public Cellular<br />

Radio Radiating Infrastructure.<br />

4 The Class 700 – the freedom of<br />

space<br />

4.1 Need of trains<br />

For Thameslink Siemens is supplying the trains, connecting<br />

– amongst others – the long distance service<br />

between Brighton on the South Coast and Cambridge.<br />

With passengers potentially travelling such<br />

long distances, a train configured for metro operation<br />

with high capacity seating and extensive standing areas<br />

would clearly be unsuitable. Equally, a configuration<br />

targeted at long-distance passengers would be heavily<br />

overcrowded in the busiest parts of the network.<br />

Siemens’ solution to these conflicting needs is its<br />

Class 700 train (Figure 4). Based on the Desiro UK<br />

platform which provides some of the most reliable<br />

and highly rated fleets in the UK, a high level of<br />

technical attention to detail has been paid to ensure<br />

that the Thameslink fleet is lighter, more efficient<br />

and reliable than ever.<br />

Figure 4:<br />

The Class 700-train in Waterloo Station.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

489

Operation<br />

Because the railways in Central London and north<br />

of the city are powered by AC 25 kV 50 Hz overhead<br />

contact line and south of London via DC 0,75 kV<br />

third-rail, switching between the power sources<br />

is necessary. Dual mode capability provides all onboard<br />

equipment that is needed to handle the different<br />

power sources, and handover from one to the<br />

other is achieved by an automated switch, reducing<br />

the driver’s workload.<br />

Other key technical aspects of the trains are<br />

shown in Table 1.<br />

4.3 Reducing maintenance efforts<br />

Figure 5:<br />

Some examples of possible train configurations of Class 700 trains.<br />

blue motor car<br />

grey trailer car<br />

4.2 The train configuration<br />

The Class 700s are an Electric Multiple Unit (EMU)<br />

with distributed traction equipment. To ensure maximum<br />

flexibility and modularity all traction components<br />

are integrated into a single vehicle, the motor<br />

car. All traction vehicles consist of a traction container<br />

with integrated auxiliary converter, drive unit, line<br />

filter and braking resistor. These motor cars can be<br />

flexibly integrated into a train according to the traction<br />

requirements.<br />

This modularity and flexibility of the Desiro City<br />

concept on which the Class 700s are based means<br />

that any passenger capacity and train length can be<br />

delivered, from three-car trains with a traction vehicle,<br />

trailer vehicle and semi-traction vehicle to a<br />

240 m long twelve-car train with six motor cars (Figure<br />

5). This can all be achieved without compromise<br />

on performance, or unnecessary weight. Compared<br />

with conventional traction vehicles their performance<br />

is significantly improved, providing the acceleration<br />

and braking characteristics needed for short<br />

dwell times on inner city and suburban services.<br />

TABLE 1<br />

Technical aspects of the trains Class 700.<br />

8-car train<br />

12-car train<br />

Power at wheel MW 3,3 5,0<br />

Wheel diameter mm 820 new 760 worn<br />

Floor height above rail level mm 1 100 1 100<br />

Vehicle length m 20 20<br />

Train length m 162,0 242,6<br />

Width m 2,8 2,8<br />

Weight t 278 410<br />

Passenger seats 416 654<br />

Crashworthiness TSI TSI<br />

Particular attention has been given to reducing unsprung<br />

mass, an important factor as track wear forms<br />

a major aspect of the UK’s track access charging policy.<br />

Powered (Figure 6) and trailer bogies have inside bearings,<br />

which reduce the axle width, thus saving weight,<br />

and allowing the design of both to be exceedingly<br />

compact. Compared with a typical bogie for use on<br />

such a train, that on the Class 700s is around one third<br />

lighter. This reduces track wear, and also wheelset<br />

wear too. Furthermore the weight reduction comes<br />

without a penalty in strength: higher vehicle payloads<br />

can be carried with no additional risk of derailments.<br />

The bodyshell too is lighter, helped by the fact<br />

that the fleet is to be delivered in eight and twelve<br />

car formations with no requirement for intermediate<br />

cabs that would be needed if formations of multiple<br />

four-coach trains were operated.<br />

Together these aspects are combined with Siemens’<br />

longstanding reputation for ensuring that its trains are<br />

as simple to maintain as possible. New maintenance<br />

depots will allow staff to focus on the needs of a single<br />

fleet – an approach which has worked very well with<br />

many of the Desiro UK fleets already –, and deliver train<br />

availability levels consistently and safely.<br />

4.4 Prerequisite for reliability<br />

With 1 500 rail vehicles already running or on order,<br />

the Desiro platform has a proven track record in the<br />

UK. As a next generation solution, the Desiro City is<br />

based on highly reliable technology and incorporates<br />

experience gained over many years. It is designed for<br />

high capacities with frequent, irregular stops on diverse<br />

routes with the objective of achieving best-inclass<br />

service performance, low levels of failure, and<br />

intelligent equipment redundancy to allow maximum<br />

availability. In order to deliver trains that work<br />

‘straight out of the box’, each train is fully tested to UK<br />

standards on Siemens’ unique test track in Wegberg-<br />

Wildenrath. In addition, intelligent use of onboard<br />

train management and monitoring systems permit<br />

optimised maintenance exam periods and overhaul<br />

490 112 (2014) Heft 8-9

Operation<br />

intervals. For example, by using operational data with<br />

a robust optimisation program maintenance control<br />

centres can operate balanced maintenance regimes alleviating<br />

the need to stop units for long periods. This<br />

maximises continued availability and operational revenue<br />

over the entire life of the train.<br />

4.5 Comfort for the passengers<br />

For passengers the experience of a train begins when<br />

they board it. To ensure that they can embark and<br />

disembark quickly and safely pocket sliding doors<br />

are used rather than the plug door types used elsewhere,<br />

and when passengers board the train they<br />

enter into spacious vestibule areas designed to have<br />

as few obstructions in the way as possible.<br />

But it is in the interior that the most significant<br />

changes to conventional practices in the UK are being<br />

made. The starting point is to provide a design<br />

which allows considerable flexibility of configuration<br />

at the build stage and throughout the train’s life.<br />

Should alterations to seating configurations and facilities<br />

be required at any point no structural changes<br />

to the vehicle will be needed. This is a significant<br />

development which will reduce the whole life costs<br />

of the trains significantly.<br />

Most high-capacity trains rely on 3+2 seating but<br />

while in Germany it is possible to provide adequate<br />

space for each passenger, the UK’s restricted loading<br />

gauge means the seats have been narrow. Even at busy<br />

times many passengers prefer to stand rather than use<br />

the cramped central seats. Following consultation with<br />

the passengers’ group, a 2+2 configuration throughout<br />

the trains was realised, including the small First Class<br />

sections. It allows much wider gangways between the<br />

seats and more standing capacity, while meeting the<br />

expectations of longer distance passengers.<br />

A main aspect of the Class 700s is the desire to declutter<br />

the train’s interior, removing any of the traditional<br />

obstructions to passengers and their belongings<br />

to make best use of the space. This starts with<br />

the seats and tables, where fitted. Rather than rely on<br />

conventional floor rails, the Class 700s’ seats are cantilevered<br />

from aluminium C-rails on the bodyshell. With<br />

no underseat equipment anywhere in the passenger<br />

compartments, this means that a large area under the<br />

seats is available for stowage of bags that might otherwise<br />

be placed on an adjacent seat. Equally, unlike<br />

some older designs, the overhead luggage racks have<br />

been designed to provide enough space for a small<br />

suitcase or bag, allowing many passengers to keep<br />

their possessions near them. The main luggage racks<br />

themselves are a vital component given that many<br />

of the fleet will serve Luton and London Gatwick airports.<br />

They continue the theme of the vehicles having<br />

an unobstructed floor and act as draught screens next<br />

to doors. For passengers with heavy or bulky luggage<br />

Figure 6:<br />

Motor-bogie.<br />

it will be easier and safer to stow their cases than in<br />

any other train in the UK. From the train operator’s<br />

viewpoint, interior cleaning will be easier, quicker and<br />

more effective – a vital consideration given how intensively<br />

this fleet is going to be used when it enters<br />

service from 2016. There is ample space for bicycles<br />

and passengers with limited mobility – not just wheel<br />

chair users, but families with young children in pushchairs<br />

and others who may not be able to easily move<br />

through the train and find a seat. With three such areas<br />

in Standard Class, the trains will be amongst the<br />

most passenger friendly in service (Figure 7).<br />

4.6 Information system<br />

Once aboard, whether they are standing for a short<br />

distance or take a seat, passengers are kept informed<br />

of their journey by a next generation passenger information<br />

system. Not only will it show the train’s<br />

destination and calling points; it will also provide<br />

comprehensive information about seating and<br />

standing capacities, delays and onward connections,<br />

and should the operator desire it, entertainment and<br />

advertising, visibly and audibly. The data is fed in<br />

by Siemens’ proprietary Remote Data Access System.<br />

Figure 7:<br />

Interior of the train.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

491

Operation<br />

Together with the client, this was designed as a<br />

flexible communication base between the backoffice<br />

at the train operator and the train itself. In this way<br />

it is possible to exchange several actual data such as<br />

shown in some examples:<br />

• Energy consumption<br />

• Update of the driver advisory system<br />

• Diagnosis information<br />

• Actual passenger loading<br />

So the operator is able to react individually on any<br />

event on a train anywhere on its trip.<br />

Additionally to the relevant operator data, also a<br />

lot of customer information is permanently updated<br />

if required. The train display is able to inform on<br />

• updated timetable information according to the<br />

real operational situation and<br />

• Information on delays of the train and online<br />

information of departures of connecting trains.<br />

Large and conveniently located Thin Film Transistor<br />

(TFT) displays can be viewed throughout the passenger<br />

saloon.<br />

4.7 Environmental friendliness<br />

Good engineering and design integrate environmental<br />

protection from the start, and the Class 700s<br />

are set to be amongst the most efficient and most<br />

green trains in the world.<br />

Those benefits begin with the train itself. With a<br />

lighter body, bogies and onboard equipment, train<br />

weight in total is reduced by 25 % compared with<br />

existing UK train fleets, with an immediate positive<br />

effect on energy consumption. Improved aerodynamics<br />

cut air resistance, while redesigned traction<br />

and auxiliary supply systems reduce power demands<br />

further still compared with other designs. The attention<br />

to detail on weight saving even applies to interior<br />

cabling, which is designed to be as light as possible<br />

while still meeting all of the safety, operational<br />

and reliability requirements demanded.<br />

The traction and auxiliary converters use IGBT<br />

technology to minimize the use of heavy magnetic<br />

components and reduce switching losses too – hitherto<br />

a significant consumer of power. An all-new<br />

DAS suggests when power can be reduced while<br />

still maintaining journey times, limiting binary driving<br />

techniques which alternate between full power<br />

and braking for long periods. Power consumption is<br />

recorded, and as experience with the trains and the<br />

routes they operate is gained, this will help identify<br />

areas where consumption can be reduced further.<br />

A new air-conditioning system uses CO 2 sensors<br />

to assess the number of passengers and adjust its<br />

output accordingly: A lightly loaded train will require<br />

less use of air-conditioning than a busy rush hour<br />

service, and this system is significantly more efficient<br />

than a solely thermostat based equivalent. Furthermore,<br />

should there be, for whatever reason, an onboard<br />

fire, the ventilation system will actively and<br />

automatically vent smoke outside the train to create<br />

a safe haven for passengers while they are being<br />

evacuated. Their onboard safety is enhanced by the<br />

latest onboard video surveillance systems that can<br />

help staff to identify and react to incidents quickly<br />

and effectively.<br />

Lighting is provided using the latest LED technology<br />

that saves weight and energy compared with<br />

fluorescent tubes and bulbs, and also delivers major<br />

savings in maintenance as the fully sealed units have<br />

a very long service life with no intermediate servicing<br />

intervention required. Because the units are sealed<br />

against dust and dirt ingress, there is a much reduced<br />

cleaning requirement as well.<br />

The combined effect of all of these weight savings<br />

and efficiency measures is that the Class 700s<br />

are expected to save a significant amount of energy<br />

compared to former trains, to the benefit of the train<br />

operator, passengers and the wider environment.<br />

The environmental credentials are enhanced further<br />

as 95 % of the train’s materials can be recycled – significantly<br />

in excess of current regulations.<br />

Die deutsche Übersetzung erscheint in einer der nächsten<br />

Ausgaben der <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>.<br />

AUTHORS<br />

Dipl.-Ing. Christoph Götz (45), stu<strong>die</strong>d<br />

at the Technical University Braunschweig,<br />

majoring in electrical engineering;<br />

since 1995 at Siemens, until 2000<br />

project manager in Engineering and<br />

Production, from 2001 to 2007 multiproject<br />

manager for the Desiro Classic<br />

(DMU) for 14 customers in 8 European<br />

countries. After that, Head of Sales &<br />

Acquisition for Regional and Commuter<br />

Trains worldwide. Since 2011 Sales &<br />

Project Director for Great Britain and<br />

the Thameslink Project.<br />

Address: Siemens AG, Mozartstr. 31B,<br />

91052 Erlangen, Germany;<br />

phone: +49 9131 7-43158,<br />

e-mail: christoph.h.goetz@siemens.com<br />

David Morton, BSc (56),stu<strong>die</strong>d<br />

electrical engineering at the University<br />

of Sunderland, England; after that<br />

development engineer at Siemens in<br />

Poole, England and, since 1991, System<br />

Manager for ETCS at Siemens Braunschweig,<br />

Germany.<br />

Address: Siemens AG, Ackerstr. 22,<br />

38126 Braunschweig; Germany;<br />

phone: +49 531 226-3624;<br />

e-mail: david.morton@siemens.com<br />

492 112 (2014) Heft 8-9

Electric Traction – Motive Power –<br />

Energy Supply – Steimel<br />

The book intends to convey mechanical fundamentals of electric railway propulsion,<br />

which includes rail-bound guidance, transmission of traction effort from wheel to rail<br />

under the influence of non-constant levels of adhesion and the transmission of motor<br />

torque to a spring-mounted and thus swaying drive wheelset.<br />

The focal point of the book will be the disposition of electric traction units powered<br />

by three-phase induction motors. We shall discuss the stationary and dynamical<br />

behaviour of the squirrel-cage induction motors and the principle and construction<br />

features of pulse-controlled inverters, as well as scalar and field-oriented control<br />

systems and four-quadrant power converters, feeding the DC link of the inverters.<br />

As is appropriate to the lesser importance these drive systems have nowadays, we<br />

will consider DC and AC commutator motors only in a cursory fashion, as well as their<br />

voltage control.<br />

Editor: Andreas Steimel<br />

2 nd edition 2014<br />

416 pages, 170 x 240 mm<br />

softcover with interactive e-book (read-online access)<br />

ISBN: 978-3-8356-7257-4<br />

Price: € 64,–<br />

DIV Deutscher Industrieverlag GmbH, Arnulfstr. 124, 80636 München<br />

www.di-verlag.de<br />

Order now!<br />

KNOWLEDGE FOR THE<br />

FUTURE<br />

Order now by fax: +49 201 / 820 02-34 or send in a letter<br />

Deutscher Industrieverlag GmbH | Arnulfstr. 124 | 80636 München<br />

Yes, I place a firm order for the technical book. Please send<br />

— copies of Electric Traction – Motive Power and Energy Supply<br />

2 nd edition 2014 – ISBN: 978-3-8356-7257-4<br />

at the price of € 64,– (plus postage and packing extra)<br />

Company/Institution<br />

First name, surname of recipient (department or person)<br />

Street/P.O. Box, No.<br />

Country, Postalcode, Town<br />

reply / Antwort<br />

Vulkan-Verlag GmbH<br />

Versandbuchhandlung<br />

Postfach 10 39 62<br />

45039 Essen<br />

GERMANY<br />

Phone<br />

E-Mail<br />

Line of business<br />

Fax<br />

Please note: According to German law this request may be withdrawn within 14 days after order date in writing<br />

to Vulkan Verlag GmbH, Versandbuchhandlung, Friedrich-Ebert-Straße 55, 45127 Essen, Germany.<br />

In order to accomplish your request and for communication purposes your personal data are being recorded and stored.<br />

It is approved that this data may also be used in commercial ways by mail, by phone, by fax, by email, none.<br />

this approval may be withdrawn at any time.<br />

Date, signature<br />

PAETPS2014

Contact Line Systems<br />

Dynamic simulation of contact line/<br />

pantograph interaction by OSCAR ©<br />

– Optimisation of components and<br />

approval of rolling stock<br />

Guido van Kalsbeek, Stéphane Avronsart, Yoshitaka Yamashita, Paris (FR)<br />

Before any testing or prototyping, the critical and hard to anticipate pantograph/catenary interaction<br />

can be assessed by dynamic modelling. On the basis of validated tools and models, engineering<br />

departments benefit from those techniques to optimize new designs of overhead contact lines<br />

and/or pantographs with a reduced need of testing. Train manufacturers and operators also benefit<br />

from those techniques. At the design stage it provides them with precious results to make multiple<br />

unit operation choices and to specify pantograph characteristics. Before operation, it assists them<br />

when it comes to prepare testing and acceptance runs wher<strong>eb</strong>y the behaviour needs to be assessed<br />

under different infrastructures. Very important, the risks associated with new designs and to their<br />

acceptance get mastered and quantified. For these purposes SNCF developed the program OSCAR ©<br />

for dynamic simulation of overhead line/pantograph interaction.<br />

SIMULATION DES ZUSAMMENWIRKENS OBERLEITUNG/STROMABNEHMER MIT OSCAR © – OPTIMIE-<br />

RUNG VON KOMPONENTEN UND ZERTIFIZIERUNG VON FAHRZEUGEN<br />

Das Zusammenwirken <strong>von</strong> Stromabnehmern mit dem Kettenwerk kann vor dem Erstellen <strong>von</strong> Prototypen<br />

und Versuchen anhand <strong>von</strong> Modellrechnungen beurteilt werden. Zuverlässige Werkzeuge unterstützen<br />

Ingeneure wirkungsvoll bei der Absicherung <strong>von</strong> Projekten und der Verringerung <strong>von</strong> Kosten.<br />

Auslegungsparameter und Einstellungen können damit optimiert und Prüfungen zur Zertifizierung<br />

vorbereitet werden. Damit wird der Umfang solcher Prüfungen durch richtige Einstellungen und Anordnungen<br />

verringert, insbesondere beim Betri<strong>eb</strong> mit mehreren Stromabnehmern. Für <strong>die</strong>sen Zweck<br />

entwickelte SNCF das Simualtionsprogramm OSCAR © . Die numerische Simulation erspart Geld und Zeit<br />

durch <strong>die</strong> Begrenzung <strong>von</strong> Versuchen auf ein Minimum. Noch bedeutender ist das Beherrschen <strong>von</strong><br />

Risiken, <strong>die</strong> mit neuen Ausführungen und deren Zulassung <strong>für</strong> <strong>die</strong> allgemeine Nutzung verbunden sind.<br />

SIMULATION DYNAMIQUE DE L’INTERACTION PANTOGRAPHE/CATÉNAIRE AVEC OSCAR © – OPTIMI-<br />

SATION DES COMPOSANTS ET HOMOLOGATION DE MATÉRIEL ROULANT<br />

L’interaction pantographe-caténaire, complexe et difficile à anticiper, peut être étudiée par modélisation<br />

avant tout essai ou prototypage. Des outils et des modèles performants et validés permettent<br />

aux ingénieries d’optimiser les nouvelles conceptions de caténaires et/ou de pantographes en ayant<br />

un recours limité aux essais. Les constructeurs et exploitants ferroviaires bénéficient également<br />

de ces méthodes. Lors de la conception, des résultats précieux sont ainsi obtenus pour effectuer<br />

les choix concernant les configurations en unités multiples et pour spécifier les caractéristiques du<br />

pantographe. Avant l’exploitation, cela les assiste dans la préparation des circulations d’essais et<br />

d’homologation par lesquels le comportement doit être caractérisé sous différentes infrastructures.<br />

Surtout, les risques associés à ces nouvelles conceptions et à leur validation peuvent être maitrisés<br />

et quantifiés. Pour cela, la SNCF a développé le logiciel OSCAR © pour la simulation de l’interaction<br />

dynamique pantographe/caténaire.<br />

1 Introduction<br />

The countries disposing of an important railway<br />

network have electrified their main lines, especially<br />

in Europe. Each country or network used its own<br />

standards in function of the available technologies<br />

and the choices that were made. This led to a<br />

patch worked situation, becoming a real brainteaser<br />

in some countries and in Europe when it comes to<br />

prepare the operation of a train service across the<br />

borders. To do so, a compromise is to be found<br />

between the different existing principles: different<br />

electrification systems: DC 0,75 1,5 kV and 3 kV, AC<br />

15 kV 16,7 Hz and 25 kV 50 Hz with their own charac-<br />

494 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

teristics, different pantograph collector head length,<br />

different span arrangements etc.<br />

This compromise is all the more difficult for the<br />

pantograph-catenary interaction as it constitutes a<br />

dynamic couple to be stu<strong>die</strong>d as a whole system, the<br />

behaviour of which can hardly be anticipated.<br />

The contact between the pantograph and catenary<br />

produces flexural waves propagating along the catenary<br />

and impacting the behaviour at the contact. Firstly, it<br />

limits the maximum running speed in order not to produce<br />

high amplitude oscillations in case of resonance<br />

with this wave propagation. Secondly, multiple unit<br />

operation is much more complicated to predict: it depends<br />

on the situation of the already oscillating contact<br />

wire, when the trailing pantograph encounters it. For<br />

this reason, a specific study is essential to prepare and<br />

assess this situation. Some of the parameters can be<br />

assessed through a theoretical analysis [1]. However,<br />

more dynamic phenomena, uncovered by the previous<br />

analysis, appear, highlighting the fact that a complete<br />

study is necessary [2] taking into account the other<br />

modal characteristics of the system, wave propagation<br />

and reflection at each support and at the end of the<br />

section, energy transfer and damping etc.<br />

Therefore, power supply needs to deeply be stu<strong>die</strong>d<br />

in all its complexity. Not only for speed increasing<br />

purposes but also to modify or extend the operational<br />

conditions and abilities of the system.<br />

Dynamic modelling and simulation is an excellent tool<br />

allowing to optimize the preparation of such challenges<br />

and to limit the need of costly and time-consuming testing<br />

runs on commercial lines and in several countries.<br />

Numerical modelling techniques and computational<br />

capabilities are mature enough to reach a high degree<br />

of reliability and precision with acceptable computation<br />

times. This allows a wider use of simulation in complex<br />

dynamic problems like pantograph-catenary interaction<br />

For this purpose, SNCF has been developing since<br />

the early 80’s pantograph-catenary dynamic interface<br />

simulation tools resulting in its last software,<br />

OSCAR © [3], developed since 2004.<br />

A three dimensional finite elements mesh allows<br />

the modelling of any catenary type: AC or DC designs,<br />

conventional or high-speed lines, etc. It is<br />

representative of the real overhead line geometry,<br />

with contact wire irregularities, staggered alignment<br />

of the contact wire (CW), dropper spacing, wire tension,<br />

wave propagation, etc. Non-linearities, such as<br />

slackening of droppers and unilateral contact between<br />

the pantograph and the contact wire, are taken<br />

into account. Several pantograph models can be<br />

used, with a complexity level growing from the three<br />

lumped mass model to the multibody (MB) model.<br />

Industrial features for pre-and post-treatments were<br />

developed to increase robustness of results and optimize<br />

computation time. Recent developments include<br />

full 3D meshing of the contact wire for stress<br />

computation or statistical analysis and lead to new<br />

fields of stu<strong>die</strong>s. OSCAR was fully validated against<br />

inline measurements for its different AC and DC<br />

catenary models as well as its different pantograph<br />

models, with independent strips for instance, and<br />

has been certified against EN50318 since 2008.<br />

On the basis of validated tools and models, engineering<br />

departments benefit from those techniques to<br />

optimize new design of OCL and/or pantographs with<br />

a reduced need of testing. Projects benefit from those<br />

tools to assess the impact of adapting design principles<br />

to field particularities. This provides the projects<br />

with elements allowing boards to weigh the impact<br />

of their choices and identify potential savings. Train<br />

manufacturers and operators benefit from those techniques<br />

from the design stage until operation. At the<br />

design stage it provides them with precious results to<br />

make multiple unit operation choices and to specify<br />

pantograph characteristics. Before operation, it assists<br />

them when it comes to prepare testing and validation<br />

runs especially in multiple units configurations or if the<br />

behaviour needs to be assessed under different types<br />

of infrastructures or in particular conditions, icing for<br />

instance. The principles and results presented in the<br />

following sections are based on this software.<br />

TABLE 1<br />

Evolution of conductor mechanical tension on French High-Speed Lines (HSL).<br />

Line<br />

Paris–<br />

Lyon 1<br />

Paris–<br />

Le Mans<br />

Paris–<br />

Calais<br />

Lyon–<br />

Valence<br />

Valence–<br />

Marseille<br />

Paris–<br />

Strasbourg<br />

Rhin–<br />

Rhône<br />

Opening 1981 1983 1993 1992 2001 2007 2012<br />

Catenary wire<br />

Contact wire<br />

Cross section<br />

65 65 65 65 116 116 116<br />

mm 2<br />

Tensile force<br />

daN<br />

1 400 1 400 1 400 1 400 2 000 2 000 2 000<br />

Cross section 120 150 150 150 150 150 150<br />

mm 2<br />

Tensile force<br />

daN<br />

1 500 2 000 2 000 2 000 2 500 2 600 2 600<br />

Pre-sag Coeff a/1 000 a/1 000 a/2 000 a/2 000 a/2 000 a/2 000 a/2 000<br />

1<br />

Use of switch wires; this has been abandoned for all following designs.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

495

Contact Line Systems<br />

σ/F m<br />

0,7<br />

0,6<br />

0,5<br />

0,4<br />

0,3<br />

0,2<br />

0,1<br />

2 Design optimisation before<br />

implementation<br />

2.1 Optimisation of overhead contact<br />

line design<br />

2.1.1 General<br />

As tackled in introduction of this paper, dynamic<br />

interaction between pantograph and overhead contact<br />

line (OCL) is very sensible to many parameters<br />

among which OCL characteristics, such as contact<br />

or messenger wire mechanical tension, pre-sag or<br />

geometry. For years, defining such parameters was<br />

mainly based on designer backgrounds combined<br />

with laboratory or field tests in order to determine<br />

the best settings. Feedback got by expertizing causes<br />

of incidents or experience gained from years of<br />

train operation. This led to gradually improve the design<br />

and adjust these parameters. All these methods<br />

are time-consuming and do not guaranty a complete<br />

optimisation of design parameters.<br />

An example is given for high-speed lines (HSL),<br />

where the OCL performance was gradually improved<br />

by increasing conductor mechanical tension or<br />

adjusting the pre-sag coefficient being the ration of<br />

pre-sag to the span length (Table 1). Through dynamic<br />

modelling, all OCL parameters can efficiently be<br />

assessed for design purposes as detailed hereafter.<br />

It also reveals useful for very specific design applications<br />

like the preparation of a world speed record<br />

for rail vehicles for instance, for which many stu<strong>die</strong>s<br />

were carried out [4].<br />

0,0<br />

-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 a/1000 3,0<br />

PSC<br />

Figure 1:<br />

Current collection quality σ/F m (limit 0,3) for multiple train units depending on the presag<br />

coefficient of the contact wire for new or worn contact wire.<br />

1 new CW, leading pantograph<br />

2 new CW, trailing pantograph<br />

3 worn CW, leading pantograph<br />

5<br />

4 worn CW, trailing pantograph<br />

5 σ/F m limit of 0,3<br />

3<br />

1<br />

2<br />

4<br />

2.1.2 Defining contact wire and messenger wire<br />

mechanical tensions<br />

Increasing conductor mechanical tension leads to<br />

significantly improve current collection quality. As a<br />

consequence, stresses inside conductors are increased,<br />

reducing their lifetime and obliging the use of<br />

specific conductors like copper alloy for contact wires.<br />

In the same time, radial tensions also increase,<br />

provoking implementation of stronger poles and<br />

foundations to respect mechanical resistance criteria.<br />

To optimize these key parameters, simulation is<br />

used up to the OCL design speed. For each of the contact<br />

wire (CW) or messenger wire (MW) tensions, a<br />

parametrical study is carried out and current collection<br />

quality is assessed through criteria like the quotient of<br />

standard deviation σ and the mean contact force F m .<br />

By plotting these results on a 3D graph, it allows the<br />

designer to easily identify a compliance zone, in which<br />

all requirements are fulfilled in function of the assessed<br />

parameters. Any couple of parameters extracted from<br />

that zone will respect the dynamic requirements:<br />

a choice is offered in function of other design constraints.<br />

After selection of a couple of parameters by design<br />

teams, different pantograph types are simulated<br />

in order to test the resilience of the solution.<br />

2.1.3 Defining geometrical parameters<br />

Due to its impact on life cycle costs, adjusting mechanical<br />

tension is not the optimum solution for improving<br />

current collection quality. Modifying span lengths<br />

or pre-sag coefficient can present beneficial effects<br />

while preserving the global efforts of the design and its<br />

implementation. As shown on Figure 1, σ/F m can be significantly<br />

influenced by adjusting pre-sag coefficient<br />

which is defined as the ratio between the span length<br />

and the sag in the middle of the considered span.<br />

Blue curves represent the results obtained in<br />

terms of σ/F m of leading and trailing pantographs<br />

running under a new CW. Green curves show simulation<br />

results obtained with a worn CW. Focusing the<br />

analysis in the area where σ/F m is lower than 0,3, an<br />

optimum appears for both new and worn wires. It<br />

is also notable that this parameter has a significant<br />

impact on the results. Such results could hardly be<br />

obtained by performing real tests: on track, modification<br />

of pre-sag value of a complete tension length<br />

takes hours, with a full team of skilled workers. Moreover,<br />

many runs should be recorded with a train<br />

equipped with a contact force measurement system<br />

which is very expensive, and does not allow testing<br />

every configuration of pre-sag values.<br />

Same stu<strong>die</strong>s are carried out for each other design<br />

parameter. Figure 2 presents another example, the research<br />

of the best position of the first dropper in the<br />

span, its distance to the support. As shown, under the<br />

496 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

effect of an increase of the OCL elasticity around supports<br />

when that distance increases, current collection<br />

quality criterion improves, but uplift also rises.<br />

2.2 Optimisation of pantograph design<br />

2.2.1 General<br />

As a system, beneficial effects can be reached by<br />

studying both OCL and pantographs sub-systems in<br />

interaction in order to reach an optimized solution.<br />

As previously detailed, many OCL parameters can be<br />

stu<strong>die</strong>d and optimized through numerical dynamic<br />

modelling.<br />

Pantograph design can also be assessed and improved<br />

through numerical modelling with a validated<br />

tool, without having to carry out expensive and<br />

time consuming field or laboratory tests. The tests remain<br />

necessary for the ultimate stage of design and<br />

validation only, when it comes to tackle the precise<br />

settings and the effects of all real components and<br />

connections on the behaviour of the whole system.<br />

In a first approach, the dynamic behaviour of a<br />

pantograph can be modelled through a lumped<br />

mass model (Figure 3).<br />

K3<br />

M3<br />

C3<br />

F a3<br />

F s3<br />

σ/F m<br />

0,6<br />

0,5<br />

0,4<br />

0,3<br />

0,2<br />

0,1<br />

0,0<br />

4<br />

1 2 3 4 5 6 7 m 8<br />

d<br />

Figure 2:<br />

Current collection quality σ/F m and maximum uplift e max at supports obtained depending<br />

on the position d of the first dropper in the span, in multiple units.<br />

1 maximum uplift e max<br />

2 σ/F m trailing pantograph<br />

3<br />

3 σ/F m leading pantograph<br />

4 σ/F m , limit of 0,3<br />

With such a model, some parameters can generally<br />

be close to physical properties of the pantograph such<br />

as the upper mass which generally represents the mass<br />

of the pantograph head and the upper spring its suspension.<br />

Studying those parameters is a first way of optimizing<br />

the pantograph design and its settings (contact<br />

force setting will be described in clause 4). In Figure 4<br />

[1], the effect of the upper spring stiffness K 3 on the<br />

current collection quality in interaction with a catenary<br />

was analysed in function of the presence or not of<br />

bumpstops with non-linear behaviour on the pantograph<br />

head. The head suspensions’ displacements were<br />

4<br />

2<br />

1<br />

10<br />

cm<br />

9<br />

8<br />

7<br />

6<br />

5<br />

e max<br />

K2<br />

K1<br />

M2<br />

M1<br />

C2<br />

C1<br />

F a2<br />

F s2<br />

F a1<br />

F s1<br />

a)<br />

0,2<br />

σ/F m 0,1<br />

b)<br />

d 3max<br />

c)<br />

0,4<br />

0,3<br />

0,0<br />

60<br />

cm<br />

40<br />

30<br />

11<br />

cm<br />

9<br />

8<br />

2<br />

1<br />

1<br />

2<br />

2<br />

1<br />

e max<br />

K 3<br />

10 2 10 3 N/m<br />

10 4<br />

Figure 3:<br />

Example of lumped mass model of a pantograph as used in<br />

OSCAR.<br />

K1, K2, K3 model springs in N/m<br />

C1, C2, C3 model dampings N∙s/m<br />

M1, M2, M3 model masses kg<br />

F s and F a are the vertical forces applied by the pantograph on<br />

the contact wire<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

at<br />

Figure 4:<br />

Current collection quality σ/F m öow suspension maximum displacement d 3max and maximum<br />

uplift e max at supports depending on pan head suspension stiffness K 3 with and<br />

without bumpstops on the pan head suspension.<br />

a) current collection quality σ/F m<br />

c) maximum contact wire uplift e max<br />

suspensions d 3max 1 with bump stop<br />

b) pan head displacement of<br />

supports<br />

2 without bump stop<br />

497

Contact Line Systems<br />

However, for a more direct and overall a more<br />

precise assessment of the effect of the pantograph<br />

components on its dynamic behaviour, the full geometry<br />

and dynamic effects of all its components<br />

have to be taken into account. This is the basis to<br />

multi-body models.<br />

2.2.2 Multi-body models: dynamic optimization<br />

of pantograph components<br />

Figure 5:<br />

Multi body (MB) model of a pantograph with variable air<br />

spring actuator.<br />

also extracted. This highlighted the need to combine<br />

those two properties and study them together to reach<br />

an acceptable behaviour for the resulting system: with<br />

100 N/m, current collection will be good but the head<br />

displacements reaching ±0,40 m would be unrealistically<br />

high, which can be proposed by numerical simulation.<br />

The development of more complete and accurate<br />

models for the pantograph addresses the needs<br />

• to have tools available to precisely study the pantograph<br />

dynamics or the effects of modifications<br />

on existing pantographs,<br />

• to be able to have a clearer view of the effect of<br />

component properties on the dynamic behaviour<br />

of the pantograph,<br />

• to improve the simply vertical and punctual behaviour<br />

of the pantograph on the CW in the case<br />

of a lumped mass model by taking into account<br />

its geometrical characteristics and its dynamic<br />

behaviour in function of the position of the contact<br />

point on the collector head,<br />

• to carry out precise stu<strong>die</strong>s on particular OCL<br />

locations like switches for instance.<br />

a) 0,05<br />

m<br />

0,00<br />

e sp<br />

b) –0,05<br />

200<br />

N<br />

F sp<br />

100<br />

0<br />

c) 1000<br />

N<br />

500<br />

F C<br />

d)<br />

F C<br />

0<br />

0 1 2 3 4 5 s 6<br />

t<br />

500<br />

N<br />

0<br />

250 300 350 400 450 500 550 600 m 650<br />

s<br />

Figure 6:<br />

Contact force trace obtained with the use of an optimized pneumatic suspension.<br />

a) deformation e sp of each spring against time<br />

In each chart, the line colours correspond to the spring positions.<br />

b) reaction force F sp of each spring against time<br />

blue front-left<br />

c) unfiltered contact force F C against time<br />

red front-right<br />

d) filtered contact force F C as a function of the running green rear-left<br />

distance s (kilometrical point of the OCL model) orange rear-right<br />

498 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

a) 0,05<br />

m<br />

0,00<br />

e sp<br />

b) –0,05<br />

200<br />

N<br />

F sp<br />

100<br />

0<br />

c) 1000<br />

N<br />

500<br />

F C<br />

d)<br />

F C<br />

0<br />

0 1 2 3 4 5 s 6<br />

t<br />

500<br />

N<br />

0<br />

250 300 350 400 450 500 550 600 m 650<br />

s<br />

Figure 7:<br />

Contact force trace obtained with nominal pan head suspension.<br />

a) deformation e sp of each spring against time<br />

b) reaction force F sp of each spring against time<br />

c) unfiltered contact force F C against time<br />

d) filtered contact force F C as a function of the running<br />

distance s (kilometrical point of the OCL model)<br />

In each chart, the line colours correspond to the spring positions.<br />

blue front-left<br />

red front-right<br />

green rear-left<br />

orange rear-right<br />

Multi-body models were developed to be used in interaction<br />

with the OCL within OSCAR. To do so, a cosimulation<br />

was developed between the well validated<br />

catenary model and a multibody pantograph model.<br />

This model is built from a CAD file and can either<br />

be rigid, partially flexible or flexible. The impact of<br />

each body‘s flexibility can separately be evaluated.<br />

In the same way, bushing joints are used to take into<br />

account clearance and flexibility in joints. Laboratory<br />

tests are used to adjust the model through an experimental<br />

modal analysis (EMA). Moreover, the multibody<br />

model can be actuated by pneumatic systems<br />

as well as its control system. Data is exchanged between<br />

the mechanical workspace and the pneumatic<br />

one at each time step. The French pantograph illustrated<br />

in Figure 5 is deployed by an air spring which<br />

pressure supply is controlled as a function of the train<br />

speed with an open and a closed loop.<br />

The cosimulation procedure was optimized to<br />

guarantee the efficiency of the simulation tool. The<br />

multibody software computes the contact force between<br />

the CW and the pantograph head. This data is<br />

then sent to the FE OCL model through the random<br />

access memory, which computes the contact wire<br />

displacements and so on.<br />

As exposed before, such models can be used to<br />

optimize each pantograph component but also open<br />

the field for innovative principles and components<br />

[5]. This is the case of a passive pneumatic collector<br />

head suspension imagined by SNCF [6].<br />

Such an equipment answers to the antagonistic<br />

behaviour highlighted in previous part (Figure 4):<br />

current collection quality improves when decreasing<br />

the head suspension stiffness but a large<br />

deflection is in that case necessary and not compatible<br />

with existing pantographs. The imagined<br />

pneumatic system compensates these deflections,<br />

allowing for an improved current collection quality<br />

as shown in Figures 6 and 7.<br />

The recent calculations performed on such system<br />

(Figure 6) with optimized stiffness and damping<br />

values compared to the results obtained for<br />

the nominal situation of the pantograph (Figure 7)<br />

show a significant improvement of current collection<br />

quality. The standard deviation of the contact<br />

force is decreased by 27 % for the same running<br />

conditions and under the same OCL system. Applications<br />

range from speed upgrading on existing<br />

OCL for such kind of pantographs to reduction of<br />

OCL wear through a reduction of the mean applied<br />

contact force and a reduction of the peaks and occurrence<br />

of absolute values.<br />

After this important but only preliminary stage<br />

of optimising the design from the drawing table, it<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

499

Contact Line Systems<br />

738,1<br />

846,1<br />

940,6<br />

1030,6<br />

1404,1<br />

1332,1<br />

1260,1<br />

1476,1<br />

1557,1<br />

1647,1<br />

Paris<br />

680<br />

792,1<br />

895,6<br />

985,6<br />

1188,1.<br />

1440,1 1516,6<br />

1368,1<br />

1116,1<br />

1296,1<br />

Level<br />

Crossing<br />

1224,1<br />

1075,6 1152,1<br />

1602,1<br />

1696,6<br />

Over-bridge<br />

Running direction<br />

Figure 8:<br />

OCL model with level crossing close to an over-bridge requiring to exceed grading values limits, longitudinal positions.<br />

needs to be implemented on field in conditions that<br />

cannot always be anticipated and will depend on<br />

each project, requiring a dedicated study.<br />

3 Adaptation of design criteria to<br />

specific project requirements<br />

3.1 Specific study of grading rules for<br />

particular projects<br />

1 35 m 2<br />

Pantograph A<br />

Configuration i1<br />

1<br />

60,1 m<br />

2<br />

60,1 m<br />

Pantograph B<br />

Configuration i2<br />

Figure 9:<br />

Selection of critical configurations to be ran on the stu<strong>die</strong>d<br />

25 kV 50 Hz system at 150 km/h.<br />

3<br />

Grading rules and limits are specified in OCL basic<br />

design principles in order to guarantee a good current<br />

collection quality and limiting the wear: if imposing<br />

important or inconstant grading the pantograph<br />

will have difficulties to follow the contact wire<br />

and either risks to apply important contact forces on<br />

the CW or to lose contact. The rules usually depend<br />

on the system, running speed, operational configurations,<br />

national habits and experience. They were<br />

fixed through field or laboratory tests and proved<br />

sufficient but can also be too strict. Dynamic modelling<br />

can here also help studying or defining different<br />

values for particular locations, if applicable. These<br />

points can be illustrated by a recent case encountered<br />

on stu<strong>die</strong>s for the electrification of French network<br />

line [7]. In this situation, a level crossing is located<br />

nearby an over-bridge: the electrification of the<br />

line according to design principles would impose to<br />

r<strong>eb</strong>uild the bridge or to limit the gauge of crossing<br />

vehicles through a gantry. This would cost millions<br />

of Euros and cause major disruptions of traffic - the<br />

bridge being a large and important road - in the first<br />

case and would strongly limit the access to an entire<br />

zone containing industrial equipment in the second<br />

one without forgetting the risk of regular damage<br />

and high maintenance costs on the gantry due to<br />

distracted drivers.<br />

As the targeted speed on the line was 200 km/h<br />

but eventually slower on the considered section,<br />

because of the level crossing among others, a solution<br />

was imagined: allowing, with a 200 km/h design,<br />

higher grading values but limiting the running<br />

speed. This possibility has been stu<strong>die</strong>d by pantograph-catenary<br />

interaction simulation. The modelled<br />

OCL section is presented in Figure 8. Both running<br />

directions were stu<strong>die</strong>d, the present example focusing<br />

on the direction indicated in the figure.<br />

Critical existing operational configurations at<br />

150 km/h were assessed (Figure 9).<br />

Results remained in this case within the limits, allowing<br />

for this grading. However, they showed an<br />

increased variation of contact forces (Figure 10).<br />

Therefore, some surveillance recommendations<br />

were issued to be obeyed during testing of the line<br />

and the first years of operation. This highlights the<br />

need to master the grading of the contact wire on<br />

OCL design rules in order to maintain an acceptable<br />

current collection quality but also the possibility to<br />

adapt the contact wire height to specific situations.<br />

3.2 Assessment of existing operational<br />

conditions<br />

Another topic raised for new projects is the harmony<br />

between the designed product and existing<br />

500 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

160<br />

N<br />

140<br />

120<br />

100<br />

80<br />

F C<br />

60<br />

40<br />

20<br />

0<br />

564 618 672 726 780 834 888 942 996 1050 1104 1158 1212 1266 1320 1374 1428 1482 1536 1590 1644 m 1752<br />

s<br />

Figure 10:<br />

Contact force F C ,trace of each pantograph obtained by simulation of configuration i2 (see Figure 10) under the bridge-level<br />

crossing model; running speed 150 km/h.<br />

blue leading pantograph green middle pantograph red trailing pantograph<br />

situations on the network. Except on very specific<br />

construction projects like high-speed or dedicated<br />

traffic lines, existing rolling stock will generally need<br />

to be accepted on the considered infrastructure or a<br />

new rolling stock will have to comply with existing<br />

infrastructures. In the case of pantograph-catenary<br />

interaction this applies to the consideration of existing<br />

and less efficient pantographs besides recent TSI<br />

pantographs when designing the OCL [8]. A compromise<br />

is also to be found on the criteria. Of course,<br />

TSI criteria apply to TSI configurations, but the criteria<br />

are more flexible on existing rolling stock for<br />

which a choice has to be made by the infrastructure<br />

owner and/or manager. Here again dynamic modelling<br />

stu<strong>die</strong>s support current projects and infrastructure<br />

owners and managers in their choices on design<br />

parameters. They get a clear view of the issues and<br />

costs, through the determination of<br />

• necessary parameters to support existing operational<br />

configurations while respecting TSI current<br />

collection criteria for all configurations,<br />

• possibilities for parameters to be adapted for a<br />

TSI validation under TSI configurations and an<br />

acceptable performance under existing configurations,<br />

• performance of existing operational configurations,<br />

that do not respect TSI criteria under TSI<br />

OCL designed for TSI configurations only; risks<br />

on wear of the system.<br />

4 Risk management on projects<br />

and reduction of on line tests<br />

4.1 Preparation of approval tests – Definition<br />

of optimum settings for antagonistic<br />

criteria before testing<br />

When a rolling stock unit is assessed according to the<br />

LOC&PAS [9] or ENE TSI [10], two current collection<br />

indicators have to be assessed:<br />

• Dynamic tests have to be carried out in order to<br />

measure the mean contact force and standard<br />

deviation or the percentage of arcing, up to the<br />

design speed of the unit.<br />

• The uplift of the steady arms must be measured<br />

at each validation test run, and shall not overpass<br />

a threshold, the latter being different depending<br />

on the OCL design.<br />

However, both requirements can reveal to be antagonistic:<br />

on the one hand, increasing the mean contact<br />

force exerted by the pantograph usually leads to improve<br />

the σ/F m coefficient but on the other hand uplift<br />

is increased consequently and can thus reach its limits.<br />

With this in mind, other applications of numerical<br />

simulation appear: simulations done before test runs<br />

can help to determine a range of compliant mean<br />

contact force values reaching a compromise between<br />

those two criteria [11].<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

501

Contact Line Systems<br />

a) 220<br />

N<br />

200<br />

180<br />

160<br />

Figure 11 illustrates the benefits of a numerical<br />

preparation of products and of their settings before a<br />

mandatory but also costly and time consuming field<br />

certification test.<br />

On the upper chart, σ/F m is plotted against pantograph<br />

contact force setting and running speed. The<br />

mean contact force exerted by the pantograph on the<br />

contact wire is function of the running speed and is imposed<br />

namely by the TSI texts to evolve by the formula<br />

F m = F s + a∙v 2 in N (1)<br />

where<br />

F s is the static force in N,<br />

a the aerodynamic coefficient in Ns 2 /m 2 ,<br />

v the running speed of the train in m∙s -1 .<br />

For a specific speed, many simulations were performed<br />

with different contact force settings, to adjust<br />

F s and a.<br />

As an example, for a speed of 300 km/h, σ/F m varies<br />

in a range of 0,24 to 0,36 for F m varying respectively<br />

between 220 N and 90 N.<br />

On the lower chart of Figure 11, steady arm uplift<br />

is represented against pantograph contact force<br />

setting and running speed again. For the same<br />

speed of 300 km/h, the steady arm uplift can vary<br />

between 8 cm and 12 cm for a contact force between<br />

90 and 220 N.<br />

Thanks to those two graphs, it becomes easy to<br />

predetermine a compliance zone for the contact<br />

force in order to fulfil both uplift and current collection<br />

quality requirements: σ/F m ≤ 0,3 and steady<br />

arm uplift less than the maximum permitted uplift<br />

S0 at a support.<br />

For a targeted running speed of 300 km/h, if the<br />

pantograph exerts a mean contact force around<br />

150 N, σ/F m remains less than 0,3, and contact wire<br />

uplift at supports never exceeds 10 cm which is the<br />

threshold determined by this OCL design.<br />

Rolling stock project managers and engineers in<br />

charge of current collection approval tests can use<br />

this type of graphics to predetermine a compliance<br />

zone of mean contact force. After adjustment of<br />

the pantograph static force and aerodynamic coefficient<br />

accordingly in order to exert the determined<br />

F m for the design speed, the tests can thus be<br />

commenced with a behaviour expected to already<br />

be close from the optimum from the very first runs.<br />

Last adjustments remain of course still necessary<br />

in the field in order to consider all aerodynamic<br />

effects on roof for instance.<br />

F C<br />

40<br />

120<br />

100<br />

b) 220<br />

F C<br />

N<br />

200<br />

180<br />

160<br />

40<br />

120<br />

100<br />

Figure 11:<br />

Parametrical results obtained for the stu<strong>die</strong>d rolling stock in function of the contact force<br />

setting F C and the running speed v according to two criteria.<br />

a) σ/F m<br />

1 accepted area<br />

2 limit value 0,3<br />

3 rejected area<br />

220 240 260 280 300 320 km/h 340<br />

v<br />

b) uplift e max<br />

1 accepted area<br />

2 limit value 0,10 m<br />

3 rejected area<br />

4.2 Risk management and reduction of<br />

testing scope for large rolling stock<br />

approval projects<br />

Concurrently to the previous phase of optimization<br />

of a pantograph setting to prepare a good current<br />

collection quality at the targeted speed and<br />

under the reference OCL, it is also necessary to<br />

anticipate the different infrastructures the rolling<br />

stock will have to comply with when it comes to<br />

fully manage the risks of its future approval. Concerning<br />

current collection quality, this will strongly<br />

depend on applications the rolling stock was<br />

ordered for. A high-speed rolling stock purchased<br />

for operation in one country or an urban rolling<br />

stock purchased for operation on very dedicated<br />

lines will generally encounter a limited number of<br />

different OCL. Whereas, as widely known because<br />

this was the reason for establishing TSIs, rolling<br />

stock ordered for operation within different countries<br />

on national networks can encounter many<br />

different OCL designs. This is often solved by the<br />

deployment of several pantographs on the roof,<br />

each pantograph being dedicated to a specific<br />

power supply system: one pantograph for AC<br />

25 kV 50 Hz in France, one for DC 1,5 kV in France<br />

and another for AC 15 kV in Germany. However,<br />

502 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

L 1 L 1 L 3<br />

L 1<br />

Configuration 000<br />

Configuration 100<br />

L 1 L 2 L 3<br />

L 2<br />

Configuration 001<br />

Configuration 101<br />

L 2 L 1 L 1<br />

L 1<br />

Configuration 010<br />

Configuration 110<br />

L 2 L 3 L 1<br />

L 3<br />

Configuration 011<br />

Configuration 111<br />

Figure 12:<br />

Example of different pantograph configurations to be assessed with three units.<br />

in the case of triple- or quadruple-current locomotives,<br />

the same pantographs have to be used<br />

under different infrastructures: for example, the<br />

French DC 1,5 kV pantograph is also used under<br />

the German AC 15 kV OCL because of the collector<br />

head length. Or simply to deliver cheaper<br />

products, industrials tend to optimize the number<br />

of pantographs by using it under different kind of<br />

systems wherever possible.<br />

In these cases, particular attention needs to be given<br />

to the different infrastructures the rolling stock<br />

will have to comply with, as illustrated in the case<br />

study presented hereafter [12]. In this situation, a<br />

rolling stock, equipped with one single pantograph<br />

proposing only one possible fixed setting, where<br />

using two different static settings for instance is not<br />

possible, needs to be operated in three units under<br />

very different infrastructures:<br />

• OCL A – DC 750 V single trolley line – for which<br />

current collection gets poor because of the<br />

important variations of elasticity and geometry<br />

along the OCL<br />

• OCL B - AC 25 kV low speed light catenary,<br />

which is sensitive to uplifts at supports because it<br />

presents a much higher elasticity than OCL A<br />

A compromise needs thus to be defined between<br />

those two situations. It was decided to carry out a<br />

simulation study to allow preparing and guiding the<br />

adjustment and approval since field test runs were<br />

considered as time consuming and onerous if started<br />

from scratch.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

a)<br />

0,40<br />

0,35<br />

0,30<br />

0,25<br />

0,20<br />

σ/F m<br />

0,15<br />

0,10<br />

0,05<br />

0,00<br />

b)<br />

8<br />

cm<br />

7<br />

e max<br />

6<br />

5<br />

4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

000 001<br />

010 011 100 101 110 111<br />

Configuration see Figure 12<br />

Figure 13:<br />

Comparison of results for each operational configuration in multiple units.<br />

a) σ/F m criterion under OCL A: Pantograph 2 with configuration 100 is critical<br />

b) e max criterion under OCL B: Configuration 110 is critical<br />

503

Contact Line Systems<br />

a)<br />

0,42<br />

0,38<br />

0,34<br />

0,30<br />

σ/F m<br />

0,26<br />

0,22<br />

0,18<br />

b)<br />

11<br />

2 3<br />

1<br />

4<br />

neers who will start by testing the identified critical<br />

configurations with the estimated optimum setting under<br />

each infrastructure, before optimizing the setting<br />

in real life. In this case, test runs revealed conclusive as<br />

the tested rolling stock was successfully validated even<br />

though the initial situation constituted a real puzzle.<br />

Through simulation it is possible to significantly reduce<br />

the amount of tests necessary for multiple unit<br />

operation: identification of most critical configuration<br />

to start the test with before testing a few other configurations.<br />

In addition, it is also possible to prepare an<br />

optimum setting even if testing remains mandatory,<br />

namely because of the aerodynamic effects on roof<br />

that are not taken into account at simulation.<br />

cm<br />

10<br />

References<br />

e max<br />

9<br />

8<br />

7<br />

6<br />

70 80 90 100 N 110<br />

Figure 14:<br />

Optimization of setting of static contact force F set .<br />

a) σ/F m criterion under OCL A<br />

b) e max criterion under OCL B<br />

1 leading pantograph<br />

1 maximum uplift at support<br />

2 middle pantograph<br />

2 e max limit 8 cm<br />

3 trailing pantograph<br />

4 critical value 0,3<br />

F set<br />

1<br />

From the available data for the OCL models and<br />

laboratory identification of the pantograph model,<br />

the simulation could be carried out. The first objective<br />

was to identify the most critical configuration<br />

(Figure 12) for the most critical criterion under each<br />

OCL. This was the σ/F m criterion for OCL A and the<br />

uplift criterion for OCL B, as presented in Figure 13.<br />

Then, a parametrical study on the pantograph static<br />

contact force setting is programmed on each critical<br />

case, as this is one of the few easily adjustable parameters.<br />

The results are presented in Figure 14. According<br />

to relevant standards and TSI [10], the following criteria<br />

must be respected: σ/F m ≤ 0,3 and S max ≤ 8 cm for<br />

each considered OCL. Only the most critical criterion<br />

has been retained for each case A and B, respectively<br />

σ/F m and uplift e max . An optimal setting, combining acceptable<br />

results under each infrastructure, is identified<br />

on those charts, but with no additional margin left.<br />

Field tests are always mandatory in such case and<br />

will be all the more conclusive as the margin is tight<br />

and within the range of precision of the simulation.<br />

However, these results will guide the train test engi-<br />

2<br />

[1] Bobillot, A.; Massat, J.-P.; Mentel, J.-P.: Design of<br />

pantograph-catenary systems by simulation. In:<br />

Proceedings of the World Congress of Railway Research,<br />

2011.<br />

[2] Van Kalsbeek, G.; Avronsart, S.; Meyer, F.: Design and<br />

preparation of homologation of pantograph-catenary<br />

systems by dynamic simulation. In: Proceedings of the<br />

World Congress of Railway Research, 2013.<br />

[3] Massat, J.-P.; Balmes, E.; Bianchi, J.-P.; Van Kalsbeek,<br />

G.: OSCAR Statement of Methods. In: Vehicle System<br />

Dynamics, Special Issue, 2014.<br />

[4] Bobillot, A.; Courtois, C.; Marie, S.; Mentel, J.-P.:<br />

World Record – 574,8 km/h on rails – Design of<br />

power supply by simulations. In: ACRPS–Conference<br />

2009.<br />

[5] Laurent, C.; Massat, J.-P.; Nguyen-Tajan, T.M.L.; Bianchi,<br />

J.-P.; Balmes, E.: Pantograph catenary dynamic<br />

optimisation based on advanced multibody and finite<br />

element co-simulation tools. In: Proceedings of the<br />

IAVSD Conference, 2013.<br />

[6] Massat, J.-P.; Laurent, C.: Pantograph for a railway vehicle.<br />

Patent PCT/EP2012/057017, 2012.<br />

[7] Van Kalsbeek, G.: Simulation of pantograph-catenary<br />

interaction for Gretz-Troyes electrification project. Simulation<br />

study report, 2012.<br />

[8] Meftah, R.; Van Kalsbeek, G.: Simulation of pantographcatenary<br />

interaction for design of new DC 1,5 kV OCL<br />

for 160 to 220 km/h. Simulation study report, 2013.<br />

[9] TSI LOC&PAS: Commission decision concerning a<br />

technical specification for interoperability relating to<br />

the rolling stock subsystem – ‘Locomotives and passenger<br />

rolling stock’ of the trans-European conventional<br />

rail system, 2011/291/EU, 2011.<br />

[10] TSI ENE: Commission decision concerning a technical<br />

specification for interoperability relating to the energy<br />

subsystem of the trans-European conventional rail system,<br />

2011/274/EU, 2011.<br />

[11] Massat, J.-P.; Laurent, C.; Nguyen-Tajan, T.M.L.: Simulation<br />

Tools for Virtual Homologation of Pantographs.<br />

In: Proceedings of the First International Conference<br />

on Railway Technology (Railways 2012), 2012.<br />

[12] Meftah, R.; Van Kalsbeek, G.: Simulation of pantograph-catenary<br />

interaction and optimisation of static<br />

force under different OCL for Nantes-Chateaubriant<br />

project. Simulation study report, 2012.<br />

504 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

AUTHORS<br />

Dipl.-Eng. Stéphane Avronsart (41) stu<strong>die</strong>d Electronic<br />

Engineering at Conservatoire National des Arts et Métiers<br />

(Paris). He has been working for SNCF for the last 17 years<br />

and he was in charge of maintenance for signaling, track and<br />

catenaries. In 2007 he joined the Engineering Department<br />

of Electrical Traction as head of the Simulation, Expertise,<br />

Measurements and Research Division. He has also been a<br />

member of many expert and standardisation working groups<br />

at a European level contributing Technical Specifications for<br />

Interoperability.<br />

Address: SNCF, 6 av François Mitterand, 93574 La Plaine St<br />

Denis, France;<br />

phone: +33 1 41620291;<br />

e-mail: stephane.avronsart@sncf.fr<br />

Dipl.-Eng. Guido van Kalsbeek (27) stu<strong>die</strong>d at ENSTA<br />

ParisTech where after a broad education he specialized in<br />

mechanic engineering and transportation systems. After<br />

a passage at SNCF Innovation and Research Department,<br />

working on rails fatigue, he joined in 2010 SNCF Engineering<br />

Department of Electrical Traction. He is in charge of the<br />

coordination and organisation of catenary research projects<br />

as well as of the Pantograph – Catenary Dynamic Interaction<br />

Simulation stu<strong>die</strong>s: catenary and pantograph design analysis<br />

and current collection expertise, technical and commercial development<br />

of OSCAR software tool together with the Research<br />

department of SNCF.<br />

Dr.-Eng. Yoshitaka Yamashita (36)<br />

stu<strong>die</strong>d mechanical engineering at Kyoto<br />

Institute of Technology and North Carolina<br />

State University. After receiving the degree<br />

of Doctor in engineering from Kyoto Institute<br />

of Technology, he joined in 2006 the<br />

Railway Technical Research Institute (RTRI)<br />

in Japan as a researcher. In charge of current<br />

collection research he worked on optimization<br />

of dynamic behaviour of pantographs<br />

and catenaries. He has namely stu<strong>die</strong>d<br />

performance upgrades of pantograph using<br />

active/semi-active control techniques, fault<br />

detection of pantograph and catenary, and<br />

has conducted several tests like vibration,<br />

wind-tunnel or field tests of pantographs<br />

and electric cables. As part of the existing<br />

SNCF-RTRI partnership, Yoshitaka is<br />

spending two years among SNCF Electric<br />

Traction Engineering Department teams,<br />

working on research and development<br />

projects.<br />

Address: see left;<br />

phone: +33 1 41620692;<br />

e-mail: ext.stagiaireyoshitakayamashita@<br />

sncf.fr<br />

Address: see above;<br />

phone: +33 1 41620575;<br />

e-mail: guido.van_kalsbeek@sncf.fr<br />

Anzeige<br />

DIV Deutscher<br />

Industrieverlag GmbH<br />

Arnulfstraße 124<br />

80636 München<br />

Ihr „Draht“<br />

zur Anzeigenabteilung<br />

Helles Licht.<br />

Kirstin Sommer<br />

Telefon: +49 89 203 53 66-36<br />

Telefax: +49 89 203 53 66-99<br />

E-Mail: sommer@di-verlag.de<br />

Helle Freude.<br />

Unsere Lichtsysteme <strong>für</strong> Schienenfahrzeuge.<br />

<strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong><br />

Elektrotechnik<br />

im Verkehrswesen<br />

Internationale Fachmesse<br />

<strong>für</strong> Verkehrstechnik<br />

23.–26.09.2014<br />

Besuchen Sie uns:<br />

Halle 2.2 / Stand 202<br />

www.pintschbamag.de

Fahrleitungsanlagen<br />

Nachspanneinrichtungen mit<br />

Radspannern <strong>für</strong> Oberleitungen<br />

André Dölling, Erlangen<br />

Radspanner der Serie Sicat 8WL5070/71/78 zählen zu gewichtsbasierten Nachspanneinrichtungen<br />

nach EN 50119. Sie wurden Anfang des 21. Jahrhunderts auf Basis der neuesten europäischen Normen<br />

gestaltet und geprüft. Wesentliche Merkmale sind Spannkräfte bis zu 40 kN, Integration in alle<br />

Oberleitungsanlagen des Nah- und Fernverkehrs, hoher und langzeitstabiler Wirkungsgrad, wartungsfreie<br />

Konstruktion sowie Regulierlängen <strong>von</strong> bis zu 2,3 m.<br />

TENSIONING DEVICES BASED ON TENSIONING WHEELS FOR OVERHEAD CONTACT LINES<br />

Tension wheel assemblies type Sicat 8WL5071/71/78 of Siemens AG are balancing weight tensioning<br />

devices according EN 50119. They were designed in the early 21. Century and tested based on<br />

most recent European standards. Main features are tensioning forces up to 40 kN, capable of being<br />

integrated in all overhead contact line systems in mainline and mass transit systems, high level and<br />

long term stable efficiency, maintenance free construction and compensation length of up to 2,3 m.<br />

APPAREILS TENDEURS AVEC TENDEURS À POULIE POUR CATÉNAIRES<br />

Les tendeurs à poulie de la série Sicat 8WL5070/71/78 sont des appareils tendeurs à contrepoids<br />

conformes à la norme EN 50119. Ils ont été conçus et vérifiés au début du XXIe siècle sur la base<br />

des dernières normes européennes. Leurs principales caractéristiques sont des forces de tension<br />

jusqu’à 40 kN, l’intégration dans toutes les lignes aériennes de contact des réseaux grandes lignes<br />

et urbains, un rendement élevé et stable sur le long terme, une conception sans entretien ainsi que<br />

des longueurs de compensation jusqu’à 2,3 m.<br />

1 Einführung<br />

Bild 1:<br />

Radspanner Sicat 8WL5070 mit Übersetzungsverhältnis 1 : 3 und 40 kN Betri<strong>eb</strong>skraft<br />

(alle: Bilder Siemens).<br />

1 Spannrad<br />

2 Wippe mit Achse<br />

3 Einrastplatte<br />

4 Aufhängung<br />

5 Fangbügel<br />

6 Halterung <strong>für</strong> Führungsrohr<br />

Bei Oberleitungen sind Nachspanneinrichtungen<br />

<strong>für</strong> eine hohe Befahrgüte im Zusammenwirken<br />

<strong>von</strong> Stromabnehmer und Oberleitung wichtig.<br />

Fehler und geringe Wirkungsgrade führen zu Lageänderungen<br />

des Oberleitungskettenwerks. Sie<br />

gleichen temperaturabhängige Längenänderungen<br />

der Längsleiter des Kettenwerks aus und halten <strong>die</strong><br />

Zugkraft innerhalb der Nachspannlänge konstant.<br />

Weltweit dominieren Gewichtsnachspannungen<br />

aufgrund ihrer einfachen, zuverlässigen und kostengünstigen<br />

Konstruktion. Die Gewichtskraft wird<br />

durch <strong>die</strong>se Einrichtungen mit Übersetzungen <strong>von</strong><br />

1 : 1,5 bis 1 : 5 verstärkt.<br />

Radspanner waren bis Mitte der 1990er Jahre<br />

meist <strong>für</strong> Zugkräfte bis 20 kN konzipiert und wurden<br />

dann <strong>für</strong> den Hochgeschwindigkeitsverkehr<br />

<strong>für</strong> 30 kN verstärkt. Anfang des 21. Jahrhunderts<br />

entwickelte <strong>die</strong> Siemens AG <strong>die</strong> Produktfamilie<br />

Sicat ® 8WL5070/71 (Bild 1) <strong>für</strong> Nachspannkräfte<br />

bis 40 kN und mit Übersetzungen zwischen 1 : 3<br />

und 1 : 1,5, <strong>die</strong> deutlich größere Längenänderungen<br />

ausgleicht und wegen fettfreier Trockenlager<br />

wartungsfrei ist. Zur Familie gehört auch der preisgünstige<br />

Radspanner Sicat 8WL5078 (Bild 2) <strong>für</strong><br />

506 112 (2014) Heft 8-9

Fahrleitungsanlagen<br />

Bild 2:<br />

Radspanner Sicat 8WL5078 mit Übersetzungsverhältnis 1 : 3 bis<br />

zu 24 kN Betri<strong>eb</strong>skraft, mit integrierter Gewichtssäule im Peinermast<br />

und installierter Kettenwerksüberwachung Sicat CMS<br />

im Netz der Halleschen Verkehrs-AG.<br />

bis 24 kN. Weiter wurde das vierspeichige Spannrad<br />

der Serie Sicat 8WL5000 bis 30 kN (Bild 3) auf<br />

<strong>die</strong> fettfreie Version umgestellt. Diese Radspanner<br />

werden heute vorrangig im Netz der Deutschen<br />

Bahn AG eingesetzt und werden dort unter der<br />

Bezeichnung Ebs 08.02.02, Ebs 08.04.02 und Ebs<br />

08.06.02 geführt.<br />

2 Anforderungen<br />

2.1 System- und umweltbedingte<br />

Anforderungen<br />

Gewichtsnachspannungen mit Radspannern erfüllen<br />

<strong>die</strong> Anforderungen nach EN 50119 [1] und<br />

EN 50125-2 [2] sowie weitere Erfordernisse hinsichtlich<br />

der Anwendungen:<br />

• Verwendbarkeit <strong>für</strong> alle gängigen Oberleitungsanlagen<br />

• Eignung <strong>für</strong> Umg<strong>eb</strong>ungstemperaturen zwischen<br />

-40 und +50 °C<br />

• Ausgleich <strong>von</strong> Längenänderungen infolge Stromwärme,<br />

nicht elastischem Kriechen der Leiter und<br />

durch Verschleiß des Fahrdrahtes<br />

Bild 3:<br />

Radspanner mit Übersetzungsverhältnis 1 : 3 und 30 kN Betri<strong>eb</strong>skraft,<br />

Sicat 8WL5000 auf der Neubaustrecke VDE 8.2.<br />

• Anordnung der Gewichte außerhalb öffentlich<br />

zugänglichen Stellen oder Verwendung <strong>von</strong> oder<br />

Fallschutzeinrichtungen zur Personensicherheit<br />

• einfache Montage mit geringem Aufwand<br />

• Wartungsfreiheit, mindestens Wartungsarmut<br />

• geringe L<strong>eb</strong>enszykluskosten zum Beispiel durch<br />

wartungsfreie Lager und korrosionsbeständige<br />

Materialien<br />

• hohe Verfügbarkeit und Betri<strong>eb</strong>ssicherheit<br />

Die Nachspanneinrichtungen müssen in <strong>die</strong> Oberleitungen<br />

unterschiedlich einbaubar sein. Befestigungen<br />

an Masten oder Bauwerken, horizontal oder<br />

vertikal versetzte Anordnungen und in Masten integrierte<br />

Anordnungen sind heute Standard.<br />

Sperr- oder Blockiervorrichtungen werden gefordert,<br />

um bei Leiterrissen Folgeschäden wie <strong>die</strong><br />

Verspannung des Oberleitungskettenwerks und <strong>die</strong><br />

Beschädigung <strong>von</strong> Komponenten möglichst zu vermeiden.<br />

Leiterrisse sind an sich selten und werden<br />

meist durch äußere Einwirkungen wie Baumeinfall<br />

verursacht. Die Entstörung erfordert bei geringeren<br />

Schäden weniger Zeit und Aufwand.<br />

Universell einsetzbare Nachspanneinrichtungen<br />

haben kurze Lieferzeiten, geringere Kosten und<br />

einheitliche Vorgaben <strong>für</strong> Planung, Errichtung und<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

507

Fahrleitungsanlagen<br />

Instandhaltung. Unterschiedliche Anforderungen<br />

an Kraft, Übersetzungsverhältnis und Schnittstellenkompatibilität<br />

setzen jedoch <strong>für</strong> ihre Anwendung<br />

Grenzen. Für <strong>die</strong> vielfältigen Einbaubedingungen<br />

in Oberleitungen bildeten sich Baukästen heraus,<br />

mit denen sich <strong>die</strong> Betreiber spezifischen Anforderungen<br />

kosteneffektiv erfüllen lassen. Aufwendige<br />

oder werkzeugg<strong>eb</strong>undene Bauteile zum Beispiel das<br />

Spannrad, sind <strong>für</strong> alle Ausführungen gleich.<br />

2.2 Mechanische und betri<strong>eb</strong>liche<br />

Anforderungen<br />

EN 50119 enthält vor allem mechanische Anforderungen.<br />

Aus dem Einsatz in Oberleitungen erg<strong>eb</strong>en sich<br />

auch elektrische und betri<strong>eb</strong>liche Anforderungen:<br />

• Die Zugkräfte der nachgespannten Leiter wie<br />

Fahrdrähte und Tragseile müssen unterhalb der<br />

Grenzwerte bleiben.<br />

• Fahrdrähte sollten beweglich nachgespannt<br />

werden; <strong>für</strong> Geschwindigkeiten über 100 km/h<br />

in jedem Fall; Tragseile nur dann, wenn es <strong>die</strong><br />

Anlagenparameter erfordern.<br />

• Fahrdrähte und Tragseile sind <strong>für</strong> Geschwindigkeiten<br />

über 225 km/h beweglich und <strong>von</strong>einander<br />

unabhängig nachzuspannen.<br />

• Der Wirkungsgrad der Nachspanneinrichtungen,<br />

in aller Regel 97 % und darüber sollte <strong>für</strong><br />

typische Temperatur-Zeit-Zyklen im gesamten<br />

Temperaturbereich und über <strong>die</strong> gesamte L<strong>eb</strong>ensdauer<br />

eingehalten werden.<br />

• Die Bruchlast der Nachspanneinrichtung sollte<br />

größer als <strong>die</strong> Bruchkraft der angeschlossenen<br />

Leiter sein.<br />

• Nachweis der Biegewechselfestigkeit der aufund<br />

abgespulten Seile<br />

• Nachweis der Kurzschlussfestigkeit der Nachspanneinrichtung<br />

und aller Anschlusskomponenten<br />

• Kompatibilität zu bestehenden Ausführungen,<br />

insbesondere mechanische Aufhängung, Gewichtsführung<br />

und Anschluss des Kettenwerks<br />

betreffend<br />

• Nachweis der Funktion der Fallschutzeinrichtung<br />

bei 1,33-facher Betri<strong>eb</strong>skraft<br />

• Instandhaltbarkeit, das heißt einfache Prüfung<br />

des Zustandes<br />

Bei Gewichtsnachspannungen lässt sich durch Entnehmen<br />

einzelner Gewichte <strong>die</strong> Zugspannung der<br />

Leiter steuern. Das kann bei Festpunkten in Steigungen<br />

oder Kurven notwendig sein, wo sich <strong>die</strong><br />

Zugkräfte in der halben Nachspannlänge unterschiedlich<br />

ändern.<br />

Bieg<strong>eb</strong>elastungen treten an den auf- und abgespulten<br />

Anschlussseilen auf. Die Vorgaben an <strong>die</strong> Biegewechselfestigkeit<br />

hängen <strong>von</strong> den mechanischen<br />

Belastung der Seile und den Umg<strong>eb</strong>ungsbedingungen<br />

ab. Nachspanneinrichtungen mit Radspanner<br />

sind heute so feinfühlig, dass sie auch Längenänderungen<br />

bei Sonne-Wolken-Wechsel kompensieren.<br />

Radspannerseile nach Ebs 20.01.02 heute bei 10 kN<br />

Betri<strong>eb</strong>skraft über 560.000 Lastwechsel gewachsen.<br />

Mit 2,7-fach höherer Betri<strong>eb</strong>skraft reduziert sich <strong>die</strong><br />

mögliche Lastwechselzahl auf knapp 51 000. Bei<br />

Nutzungsänderung einer Oberleitungsanlage, so<br />

zum Beispiel mechanisch, elektrisch-thermisch und<br />

zeitlich, sollte auch <strong>die</strong> Tauglichkeit der Radspannerseile<br />

geprüft werden.<br />

Aus betri<strong>eb</strong>licher Sicht sind wartungsfreie Nachspanneinrichtungen<br />

zu bevorzugen. Die Funktionsprüfung<br />

der Anlage und damit der Nachspanneinrichtungen<br />

nach festgelegten Regeln bleibt<br />

bestehen. Bei Nachspannungen mit Gewichten<br />

ist eine Funktionsprüfung durch Entlasten der Gewichtssäule<br />

möglich, wobei <strong>die</strong> Reaktion anders als<br />

bei anderen Konstruktionen sofort und ohne spezielle<br />

Hilfsmittel wahrnehmbar ist.<br />

3 Ausführung gewichtsbasierter<br />

Nachspanneinrichtungen mit<br />

Radspannern<br />

3.1 Aufbau<br />

Die Funktion gewichtsbasierter Nachspanneinrichtungen<br />

mit Radspannern wird an Hand der Produktlinie<br />

<strong>von</strong> Siemens beschri<strong>eb</strong>en. Diese Radspanner<br />

sind aus den Hauptkomponenten (Bild 1)<br />

• Radkörper oder auch Spannrad,<br />

• Wippe mit Achse,<br />

• Aufhängung,<br />

• Einrastplatte,<br />

• Fangbügel (nur bei Varianten mit vom Mast<br />

abgekehrter Seilführung),<br />

• Halterung <strong>für</strong> Führungsrohr (nicht bei allen Varianten)<br />

und<br />

• Nachspanngewichte<br />

aufg<strong>eb</strong>aut.<br />

Das Spannrad ist in <strong>die</strong> Wippe mit einer Achse<br />

eingehängt, <strong>die</strong> mit geringem Losbrech- und Reibmomenten<br />

unter Freiluftbedingungen langzeitstabil<br />

gelagert ist. Damit werden hohe Wirkungsgrade<br />

über <strong>die</strong> gesamte L<strong>eb</strong>ensdauer gehalten. Bei früheren<br />

Ausführungen war hier<strong>für</strong> Wartung notwendig,<br />

da mit Fett geschmierte Sintermetalllager verwendet<br />

wurden.<br />

Das Spannrad hat zwei Spulen, wobei auf der Spule<br />

mit großem Durchmesser das Gewichtsseil und<br />

auf derjenigen mit kleinem Durchmesser der Kettenwerksabgang<br />

angeschlossen wird. Abhängig vom<br />

Verhältnis der Spulenra<strong>die</strong>n ergibt sich das wählbare<br />

Übersetzungsverhältnis. Um ein Berühren der Seile<br />

als Verbindung zwischen Radkörper und Kettenwerk<br />

508 112 (2014) Heft 8-9

Fahrleitungsanlagen<br />

zu vermeiden, haben einige Ausführungen auf der<br />

kleinen Spule Führungsrillen. Diese verbessern auch<br />

<strong>die</strong> Krafteinleitung <strong>von</strong> der Spule in das Seil und erhöhen<br />

somit <strong>die</strong> Biegewechselbelastbarkeit des Seiles.<br />

Je kleiner der Durchmesser der Spannräder gewählt<br />

wird, desto geringer ist Biegewechselfestigkeit<br />

der Seile. Der Spulendurchmesser D sollte mindestens<br />

das 15-Fache des Seildurchmesser d betragen.<br />

Am Spannrad ist ein Teil der Einrastvorrichtung<br />

integriert, zum Beispiel am Umfang verteilte Zähne.<br />

Das Gegenstück, <strong>die</strong> Einrastplatte, ist in <strong>die</strong> Aufhängung<br />

integriert.<br />

Die Aufhängung besitzt Schnittstellen zur Befestigung<br />

am Mast, zur Befestigung der Wippe und<br />

eventueller Zusatzelemente wie einem Seilfangbügel<br />

oder Gewichtsführungsstangen. Die Anordnungsvarianten<br />

eines Radspanners am Mast n<strong>eb</strong>eneinander,<br />

voreinander oder übereinander versetzt, werden<br />

über hier<strong>für</strong> gestaltete Mastanbauteile realisiert.<br />

Existieren keine Teile zur Gewichtsführung am<br />

Bauwerk, wird ein Gewichtsführungsrohr vorgesehen.<br />

Dieses Rohr ist über eine Konsole unten am<br />

Mast und oben an der Gewichtsführungslasche des<br />

Radspanners befestigt. Die Gewichte werden über<br />

Gewichtsschellen am Rohr geführt. Sie begrenzen<br />

<strong>die</strong> Verdrehung und Ausschwenkung der Gewichte<br />

bei vertikalem Wanderweg (Bild 3).<br />

Der Nachspanngewichtsblock wird über ein flexibles,<br />

biegewechselbeständiges Seil an <strong>die</strong> große<br />

Spule angeschlossen. Auch im Stück gegossene Gewichtsblöcke,<br />

zum Beispiel aus Beton, sind verwendbar.<br />

Abhängig <strong>von</strong> den örtlichen Anforderungen ist<br />

ein Gewicht auszuwählen. Betongewichte haben<br />

zwar <strong>die</strong> geringste Dichte, weisen aber Vorteile im<br />

Preis auf und gelten als weitgehend wartungsfrei.<br />

Gewichte sind auch aus Grauguss, Blei oder Verbundmaterialien<br />

verfügbar.<br />

3.2 Varianten<br />

Die Siemens AG entwickelte ab 1995 <strong>für</strong> <strong>die</strong> in Abschnitt<br />

2 dargestellten Anforderungen drei Grundtypen<br />

<strong>von</strong> Nachspanneinrichtungen mit gleichem<br />

Radkörper:<br />

• Nachspanneinrichtung mit Übersetzungsverhältnis<br />

1 : 3 bis 24 kN, Serie Sicat 8WL5078 (Bild 2)<br />

• Nachspanneinrichtung mit Übersetzungsverhältnis<br />

1 : 3 bis 40 kN, Serie Sicat 8WL5070 (Bild 1)<br />

• Nachspanneinrichtung mit Übersetzungsverhältnis<br />

1 : 1,5 bis 40 kN, Serie Sicat 8WL5071 (Bild 4)<br />

Das primäre Ziel war <strong>die</strong> Erhöhung der Wickellänge<br />

auf der kleinen Spule und damit größere Nachspannlängen.<br />

Deshalb wurden <strong>die</strong> Radspanner<br />

Sicat 8WL5070 mit dem Übersetzungsverhältnis <strong>von</strong><br />

1 : 3 und 1,5 m Regulierlänge und <strong>die</strong> Ausführung<br />

Sicat 8WL5071 mit Übersetzungsverhältnis 1 : 1,5<br />

Bild 4:<br />

Radspanner Sicat 8WL5071 mit Übersetzungsverhältnis 1 : 1,5<br />

und 40 kN Betri<strong>eb</strong>skraft eing<strong>eb</strong>aut in Sicat SX in Ungarn.<br />

und 2,3 m Regulierlänge mit Zugkräften bis zu 40 kN<br />

entwickelt. Die Forderung nach 40 kN Zugkraft<br />

beruhte auf der weltweiten Analyse <strong>von</strong> Anforderungen,<br />

insbesondere auf den Anforderungen bei<br />

DC-<strong>Bahnen</strong> mit Doppelfahrdraht und jeweils 20 kN<br />

Zugkraft. Damit können auch seither entwickelte<br />

Hochgeschwindigkeitsoberleitungen wie <strong>die</strong> Bauart<br />

EAC 350 in Spanien mit Fahrdraht AC-150-CuMg0,5<br />

und 31,5 kN Zugkraft nachgespannt werden.<br />

In wenigen Einsatzfällen rasteten Radkörper mit<br />

umlaufend angeordneten Zähnen schlecht ein; Zähne<br />

wurden abgeschert. Die Siemens Ingenieure entwickelten<br />

nach Analyse <strong>die</strong>ser Fälle einen kompakten,<br />

Durchmesser reduzierten Radkörper mit beidseitigem<br />

Wellenprofil. In Verbindung mit der angepassten Einrastplatte<br />

in V-Form kann <strong>die</strong>se in jeder beli<strong>eb</strong>igen<br />

Stellung des Radkörpers bei Zugkraftabfall eingreifen<br />

und das Rad abbremsen und letztlich blockieren. Der<br />

Stoßfaktor konnte durch <strong>die</strong> mit zunehmender Eintauchtiefe<br />

des Radkörpers in <strong>die</strong> Einrasteinrichtung<br />

ansteigende Bremskraft reduziert werden.<br />

Die Radspanner mit einem Übersetzungsverhältnis<br />

<strong>von</strong> 1 : 3 erlauben unter europäischen Bedingungen<br />

mit 100 K Temperaturbereich Nachspannlängen<br />

2L bis 1 700 m. Die Ausführung Sicat 8WL5071 mit<br />

dem Übersetzungsverhältnis 1 : 1,5 und 2,3 m maximal<br />

kompensierbarer Längenänderung der Leiter<br />

gestattet größere Temperaturbereiche und Nachspannlängen.<br />

Für <strong>die</strong> Hochgeschwindigkeitsoberleitung<br />

Sicat HA sind mit Graugussgewichten 110 K<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

509

Fahrleitungsanlagen<br />

Temperaturbereich 2 000 m Nachspannlänge 2L<br />

möglich. Somit sind durch <strong>die</strong> anteilig geringe Anzahl<br />

an Nachspanneinrichtungen, kürzere Überlappungen<br />

und zugehörige Masttypen Ausführungen<br />

möglich, <strong>die</strong> weniger Investitionen erfordern und<br />

den Mehraufwand an Gewichten mehr als ausgleichen.<br />

Die gesamten L<strong>eb</strong>enszykluskosten sind geringer<br />

als bei Bestandsanlagen ohne <strong>die</strong>se Radspanner.<br />

In vielen Fällen ist der Einsatz <strong>die</strong>ser Radspanner erst<br />

dann sinnvoll, wenn <strong>die</strong>se ausgehend <strong>von</strong> den bisherigen<br />

Oberleitungsbauweisen in <strong>die</strong> Systemzeichnungen<br />

der Oberleitungsbauweisen berücksichtigt<br />

werden. Eine Anwendung ist <strong>für</strong> Anlagen mit hoher<br />

Zahl kurzer Tunnel interessant: Wenn ein Tunnel kürzer<br />

als 2 000 m ist, können Nachspanneinrichtungen<br />

komplett außerhalb des Tunnels errichtet werden.<br />

Das Portfolio wurde Anfang des 21. Jahrhunderts<br />

komplettiert durch <strong>die</strong> Serie 8WL5078 mit Zugkräften<br />

bis 24 kN und einem Übersetzungsverhältnis <strong>von</strong><br />

1 : 3, in dem aus Kostengründen <strong>die</strong> Wippen- und<br />

Aufhängungskonstruktion der bis dato nur als 40 kN<br />

verfügbaren Radspanner der Serie 8WL5070/71 angepasst<br />

wurde. Besonderer Fokus wurde hier auf<br />

unterschiedliche Ausführungsoptionen in Nahverkehrsanlagen<br />

gelegt, wodurch sich <strong>die</strong> Anzahl der<br />

Optionen vervielfachte. Durch <strong>die</strong> intelligente Baukastenlösung<br />

lassen sich <strong>die</strong>se Varianten aber aus<br />

den gleichen Grundkomponenten während der Endmontage<br />

kundenspezifisch komplettieren.<br />

Eigenschaften und Ausführungsvarianten sind<br />

in der Produktinformation der Serie Sicat 8WL5070<br />

/71/78 zu entnehmen [3].<br />

Die Serie Sicat 8WL5000 der Siemens AG basiert<br />

auf dem über lange Jahre erprobten und im Zuge<br />

der Entwicklung der Oberleitungsbauarten Re250/<br />

Re330 der Deutschen Bahn AG bis auf 30 kN aufgelasteten<br />

Spannrad mit umlaufend angeordneten<br />

Zähnen als Bestandteil der Einrasteinrichtung<br />

(Bild 3). Die ursprüngliche Technik basiert auf einer<br />

Entwicklung der DB AG mit der Firma Gmeiner<br />

aus dem Jahr 1969 und soll in <strong>die</strong>sem Aufsatz nicht<br />

vertieft vorgestellt werden. Aufgrund der positiven<br />

Erfahrungen des wartungs- und fettfreien Verbundlager<br />

im Radkörper der Serie Sicat 8WL5070/71/78<br />

und des Bedarfes nach derartiger Lösung im Netz<br />

der DB wurde Mitte 2013 der Wellendurchmesser<br />

vergrößert und das bisherige Sintermetalllager mit<br />

Fettschmierung substituiert. Diese Ausführungen<br />

sind 1 : 1 kompatibel zu den bisherigen Ausführungen<br />

und wie folgt bei der Siemens AG lieferbar:<br />

• Radspanner 1 : 3 <strong>für</strong> Zugkräfte bis 20 kN,<br />

Sicat 8WL5005-0C (Ebs 08.02.02-4)<br />

• Radspanner 1 : 3 <strong>für</strong> Zugkräfte bis 30 kN,<br />

Sicat 8WL5000-4 (Ebs 08.06.02-5, Bild 3)<br />

• Radspanner an Bauwerken 1 : 3 <strong>für</strong> Zugkräfte bis<br />

20 kN, Sicat 8WL5020-0<br />

• Radspanner an Bauwerken 1 : 3 <strong>für</strong> Zugkräfte bis<br />

30 kN, Sicat 8WL5031-0 (Ebs 08.04.02-3)<br />

3.3 Typprüfungen<br />

Die <strong>für</strong> den Nachweis der Funktion und der Konformität<br />

mit den Anforderungen an eine Nachspanneinrichtung<br />

notwendigen Typprüfungen sind in<br />

EN 50119, Kapitel 8.5, aufgeführt:<br />

• dynamische Prüfungen<br />

• Wirkungsgradprüfungen<br />

• mechanische Zugprüfung mit 1,33-facher Betri<strong>eb</strong>skraft<br />

• mechanische Zugprüfung mit dreifacher Betri<strong>eb</strong>skraft,<br />

also mit 120 kN, mindestens jedoch<br />

größer als <strong>die</strong> höchste Bruchkraft der nachzuspannenden<br />

Leiter<br />

Die dynamische Prüfung soll <strong>die</strong> Funktion der Einrast-<br />

oder Sperrvorrichtung nachweisen. Die Prüfung<br />

muss <strong>die</strong> Betri<strong>eb</strong>sbedingungen, das heißt<br />

Masten, Befestigungsteile und Rückanker abbilden,<br />

um <strong>die</strong> Funktion des Spannrades als Bestandteil der<br />

Nachspanneinrichtung bewerten zu können. Die erforderlichen<br />

Versuche zum Nachweis der Kompatibilität<br />

nach EN 50119 wurden mit dem Radspannerprüfstand<br />

im mechanischen Labor in Ludwigshafen,<br />

in Zusammenarbeit mit Universitäten [4; 5] und in<br />

Kundenanlagen durchgeführt.<br />

3.4 Integration in Oberleitungsanlagen<br />

Abhängig <strong>von</strong> den jeweiligen Projekt- und Standortanforderungen<br />

sind <strong>für</strong> gewichtsbasierte Nachspanneinrichtungen<br />

unterschiedliche Bauweisen<br />

erforderlich. Gegenüber gewichtslosen Nachspannungen<br />

sind scheinbare Nachteile bei der<br />

Installation und beim Materialbedarf geg<strong>eb</strong>en.<br />

Da <strong>die</strong> in den letzten Jahrzehnten verfügbaren<br />

gewichtslosen Nachspannungen keine technischwirtschaftliche<br />

Alternativen darstellten, wurden<br />

Standardbauformen <strong>für</strong> gewichtsbasierte Nachspanneinrichtungen<br />

entwickelt. Typische Ausführungen<br />

bei Vollbahnen sind heute:<br />

• Radspanner mit Gewichtsführungsrohr, vom<br />

Mast abgekehrte Gewichtsseilführung (Bild 4)<br />

• Radspanner <strong>für</strong> Bauwerke mit dem Mast oder<br />

Bauwerk zugekehrter Gewichtsseilführung<br />

• Radspanner <strong>für</strong> Tunnel mit dem Tunnelprofil angepasste<br />

Gewichtsführung zum Vermeiden <strong>von</strong><br />

teuren Nischen (Bild 5)<br />

In Nahverkehrsanlagen haben sich Ausführungen<br />

durchgesetzt, <strong>die</strong> <strong>die</strong> Gewichtssäulen in den Mast<br />

integrieren, um architektonische und städt<strong>eb</strong>auliche<br />

Anforderungen zu erfüllen. Der Radspanner <strong>für</strong><br />

24 kN der Serie Sicat 8WL5078 entspricht dem und<br />

erlaubt folgende zusätzliche Bauweisen:<br />

• Radspanner ohne Lasche <strong>für</strong> Führungsrohr<br />

• Radspanner zur Integration in Masten (Bild 6).<br />

510 112 (2014) Heft 8-9

Fahrleitungsanlagen<br />

Im ersten Fall wird das Gewichtsseil über eine Umlenkrolle<br />

so abgelenkt, dass <strong>die</strong> Gewichte im Mast<br />

geführt werden (Bild 2). Bei H-Masten können jeweils<br />

<strong>die</strong> Gewichtssäule <strong>von</strong> Fahrdraht- und Tragseilnachspannung<br />

zwischen den Flanschen geführt<br />

werden. Solche integrierte <strong>Lösungen</strong> sind auch bei<br />

Stahlrohrmasten bekannt. Diese <strong>Lösungen</strong> sind in<br />

der Außenwirkung gegenüber gewichtslosen Nachspannungen<br />

meist vergleichbar.<br />

3.5 Gemeinsame Abspannung <strong>von</strong><br />

Fahrdraht und Tragseil<br />

Zur Minderung der Investitionen sind in Oberleitungen<br />

bis 200 km/h Fahrdraht und Tragseil mit nur<br />

einem Radspanner nachspannbar. Dabei werden<br />

<strong>die</strong> beiden Leiter über H<strong>eb</strong>el oder Seilrollen an <strong>die</strong><br />

Nachspanneinrichtung angeschlossen (Bild 7). Das<br />

Einrasten der Nachspanneinrichtung hängt dabei<br />

wesentlich <strong>von</strong> der Konfiguration der Nachspannung,<br />

des Längskettenwerks und der Art der Zugkraftminderung<br />

ab.<br />

Erfahrungen, Versuche und Überlegungen lassen<br />

erkennen, dass das Spannrad nicht in allen denkbaren<br />

Fällen vollständig einrastet. Reißt der Fahrdraht<br />

innerhalb der halben Nachspannlänge vor dem Festpunkt,<br />

so wird durch <strong>die</strong> weiter einwirkende Zugkraft<br />

aus Richtung der Nachspanneinrichtung das Leiterseil<br />

eingezogen. Das kann nur so lange passieren, bis<br />

Bild 5:<br />

Nachspanneinrichtungen einer Oberleitung Sicat H 1.0 in Tunneln<br />

in Spanien mit dem Tunnelprofil angepassten Gewichtsführungen.<br />

Bild 6:<br />

Nachspanneinrichtungen auf Basis <strong>von</strong> Radspannern zur Integration<br />

in Masten.<br />

Bild 7:<br />

Gemeinsame Abspannung <strong>von</strong> Fahrdraht und Tragseil; hier mit H<strong>eb</strong>el<br />

und geteilter Gewichtssäule mit Betongewichten in Rumänien.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

511

Fahrleitungsanlagen<br />

Gerade bei Forderungen nach einer zuverlässigen<br />

und hochverfügbaren Oberleitung ist zu empfehlen,<br />

beide Leiter getrennt nachzuspannen. Anderenfalls ist<br />

bei Auftreten eines Fehlers mit langen Entstörzeiten<br />

wegen meist umfangreicheren Schäden an Nachspanneinrichtung<br />

und dem Längskettenwerk zu rechnen.<br />

Andererseits hat ein Fahrdrahtriss in Vollbahnanlagen<br />

oder Oberleitungsanlagen mit eigener Bahntrasse nur<br />

eine minimale Eintrittswahrscheinlichkeit. Damit ist <strong>die</strong><br />

gemeinsame Nachspannung <strong>von</strong> Fahrdraht und Tragseil<br />

unter den genannten Voraussetzungen anwendbar.<br />

Die Funktion der Nachspannung der Leiter und<br />

Kompensation der einwirkenden Längenänderungen<br />

ist nicht beeinträchtigt. Die Einrastfunktion der Radspanner<br />

ist dabei nicht immer wirksam.<br />

Bild 8:<br />

Sensoreinheit Sicat 8WL5067-0 der Kettenwerksüberwachung Sicat CMS, montiert an<br />

Radspanner Sicat 8WL5070 auf der Strecke HSL-Zuid (NL).<br />

1 Radspanner Sicat 8WL5070<br />

2 Sensor<br />

3 Magnet<br />

<strong>die</strong> Hänger schräg stehen und ihrerseits eine anteilige<br />

Zugkraft in das Tragseil einkuppeln. Je kürzer <strong>die</strong><br />

Systemhöhe und damit <strong>die</strong> Hänger, desto geringer<br />

ist der Wanderweg des Fahrdrahtes. Über <strong>die</strong> Seiloder<br />

H<strong>eb</strong>elkonstruktion wird das Tragseil temporär<br />

elastisch entlastet. Das führt bezogen auf <strong>die</strong> wirksame<br />

Kraft am Kettenwerksabgang des Radspanners<br />

zu einem Absinken der Spannkraft, wodurch sich <strong>die</strong><br />

Wippenneigung vergrößert und dadurch das Spannrad<br />

absenkt. Das Spannrad sinkt nur dann vollständig<br />

in <strong>die</strong> Sperrvorrichtung, wenn <strong>die</strong> Entlastung im<br />

Tragseil kleiner ist als der verfügbare Wanderweg des<br />

Fahrdrahtes bis zur Rissstelle. Beispielsweise wird bei<br />

halben Nachspannlängen L <strong>von</strong> mehr als 350 m und<br />

einem Oberleitungskettenwerk mit 10 kN Zugkraft<br />

und 50 mm² Tragseil bei der Montage ein elastischer<br />

Dehnungsanteil <strong>von</strong> 580 mm kompensiert. Ein<br />

Doppelh<strong>eb</strong>el mit 600 mm Gesamtlänge und jeweils<br />

300 mm H<strong>eb</strong>elarm bei symmetrischer Kraftaufteilung<br />

würden somit nur maximal 300 mm Wanderweg<br />

bei Riss des Fahrdrahtes freig<strong>eb</strong>en. Die Differenz<br />

aus beiden Längen führt zu einer Restkraft in <strong>die</strong>sem<br />

Beispiel <strong>von</strong> 4,8 kN. Diese Kraft ist so hoch, dass der<br />

Radspanner nicht vollständig entlastet und somit<br />

<strong>von</strong> der Einrasteinrichtung blockiert wird. Dies führt<br />

in der Folge dazu, dass der Radspanner nunmehr in<br />

der Folge versucht, <strong>die</strong> freigesetzte Längenänderung<br />

<strong>von</strong> 300 mm zu kompensieren. Damit baut sich im<br />

Tragseil sogar <strong>die</strong> doppelte Zugkraft auf, wodurch<br />

der Radspanner zusätzlich 580 mm aus der Zugkraftverdopplung<br />

aufwickeln muss. Die Gewichte werden<br />

somit bei einer 1 : 3 Übersetzung der Nachspanneinrichtung<br />

ohne zusätzlich dynamische Effekte mehr<br />

als 2,65 m tiefer hängen als zuvor.<br />

3.6 Monitoring <strong>von</strong> Oberleitungskettenwerken<br />

mit Sicat CMS<br />

Äußere Einwirkungen können Schäden an Oberleitungen<br />

hervorrufen und Unterbrechungen des Betri<strong>eb</strong>es<br />

verursachen. In den letzten Jahren nahmen<br />

auch Anforderungen zu, <strong>die</strong> Meldung <strong>von</strong> Fahrdrahtschäden<br />

in das Schutzkonzept der Anlage zu<br />

integrieren. Zuverlässiges und schnelles Erkennen<br />

<strong>von</strong> Fehlern ist daher vorteilhaft. Die Kettenwerksüberwachungseinrichtung<br />

Sicat CMS [6; 7] hat <strong>die</strong><br />

permanente Überwachung der Oberleitung zum<br />

Ziel und löst bei Unregelmäßigkeiten einen Alarm<br />

aus. Das sind beispielsweise umgestürzte Bäume<br />

[7], Zugkraftschwankungen oder Di<strong>eb</strong>stahl <strong>von</strong><br />

Leitern. Sie lässt sich in Nachspanneinrichtungen<br />

der Sicat-Reihe einbauen.<br />

Wird über <strong>die</strong> Messeinrichtung (Bild 8) ein Riss<br />

innerhalb der Nachspannlänge detektiert, so wird<br />

der betroffene Speiseabschnitt abgeschaltet. Damit<br />

können heute seltene, aber dennoch mögliche Fehler<br />

mit hochohmiger Schleifenimpedanz in Nahverkehrsanlagen<br />

besser detektiert und damit Personen<br />

und Anlagen geschützt werden. Die Kettenwerksüberwachungseinrichtung<br />

Sicat CMS ist aber funktional<br />

nicht auf <strong>die</strong> Rissdetektion und Bewertung der<br />

Horizontalzugkräfte innerhalb der Nachspannlänge<br />

begrenzt. So lassen sich durch Adaption zusätzlicher<br />

Sensoren weitere nützliche Informationen als Einstieg<br />

in einer Zustandsbasierte Instandhaltung und<br />

Erfassung <strong>von</strong> Betri<strong>eb</strong>sbelastungen erfassen [8].<br />

4 Kundennutzen<br />

Über 20 000 gewichtsbasierte Nachspannungen der<br />

Serien Sicat 8WL5070/71/78 wurden seither ausgeliefert.<br />

Im Einsatz erwiesen sich <strong>die</strong>se als fehlerfrei und<br />

zuverlässig Oberleitungen des Nah- und Fernverkehrs<br />

mit Zugkräften bis zu 40 kN nachzuspannen.<br />

512 112 (2014) Heft 8-9

Fahrleitungsanlagen<br />

Connect - Contact - Control<br />

Wesentliche Eigenschaften sind:<br />

• flexibel einsetzbar in unterschiedlichen Oberleitungsbauweisen und Einbaulagen,<br />

da Varianten mit unterschiedlichen Übersetzungen <strong>für</strong> Nachspannkräfte<br />

bis 40 kN vorliegen<br />

• langzeiterprobte Technologie mit langzeitstabilem 97-%-Wirkungsgrad zum<br />

Einhalten der geforderten Fahrdrahtlage <strong>für</strong> hohe Befahrgüte<br />

• Arbeitslängen bis 2,3 m bei der Übersetzung 1 : 1,5 möglich<br />

• geringe Folgeschäden nach Zugkraftverlust durch Einrasten des Radspanners<br />

• niedrige L<strong>eb</strong>enszykluskosten und lange L<strong>eb</strong>ensdauer durch wartungsfreie<br />

Verbundgleitlager und korrosionsbeständige Materialien<br />

• Auslegung, Fertigung und Prüfung nach neuesten internationalen Normen<br />

• Typlassung durch EBA<br />

• Kettenwerksüberwachung Sicat CMS anwendbar.<br />

Im Vergleich zu gewichtslosen Nachspanneinrichtungen ist der Wirkungsgrad<br />

<strong>von</strong> Radspannern über 40 und mehr Jahren konstant hoch zum Sicherstellen<br />

einer hohen Befahrgüte im Zusammenwirken <strong>von</strong> Stromabnehmer und Oberleitung.<br />

Die Nachspanneinrichtungen sind wartungsfrei, flexibel in bestehende<br />

Anlagen integrierbar, arbeiten zuverlässig und führen in Oberleitungsanlagen zu<br />

geringen L<strong>eb</strong>enszykluskosten.<br />

Literatur + Links<br />

Anzeige<br />

TRANSPORTATION<br />

TECHNOLOGY<br />

SPEZIALLÖSUNGEN SIND<br />

UNSER STANDARD<br />

Besuchen Sie uns in Berlin<br />

23.-26. Sept.<br />

STAND 102<br />

HALLE 2.2<br />

Scannen und mehr<br />

erfahren über<br />

unsere Messeneuheiten.<br />

[1] EN 50119:2010-05: Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen – Oberleitungen <strong>für</strong> den<br />

elektrischen Zugbetri<strong>eb</strong>.<br />

[2] EN 50125-2:2010-11: Bahnanwendungen – Umweltbedingungen <strong>für</strong> Betri<strong>eb</strong>smittel –<br />

Teil 2: Ortsfeste elektrische Anlagen.<br />

[3] Siemens AG, BU Rail Electrification: Radspanner – Sicat 8WL5070, 8WL5071 und 8WL5078<br />

<strong>für</strong> Oberleitungsanlagen. URL: www.downloads.siemens.com/download-center/Download.<br />

aspx?pos=download&fct=getasset&mandator=ic_sg&id1=DLA14_19 mit Stand Juli 2014.<br />

[4] Jung, F.: Wirkungsgradbestimmung <strong>von</strong> Radspannern. Stu<strong>die</strong>narbeit, TU Dresden, Professur<br />

<strong>für</strong> elektrische <strong>Bahnen</strong>, 2006.<br />

[5] Jung, F.: Wirkungsgrad gealterter Radspanner. TU Dresden, Professur <strong>für</strong> elektrische <strong>Bahnen</strong>,<br />

Diplomarbeit, 2007.<br />

[6] Bechmann, J.; Dölling, A.; Hahn, G.; Schwab, H.-J.; Wolpensinger, T.: Überwachungseinrichtung<br />

<strong>für</strong> Überleitungskettenwerke. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 106 (2008), H. 8-9, S. 400-407.<br />

[7] Hahn, G.: Betri<strong>eb</strong>serfahrungen mit einer Überwachungseinrichtung <strong>für</strong> Oberleitungen.<br />

In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 107 (2009), H. 4-5, S. 221-225.<br />

[8] Dölling, A.: Optimierung <strong>von</strong> Oberleitungsanlagen. Dissertation, Technische Universität<br />

Dresden, 2007.<br />

AUTORENDATEN<br />

Dr.-Ing. André Dölling (35), Studium des Verkehrsingenieurwesens an<br />

der TU Dresden, 2003 bis 2007 wissenschaftlicher Mitarbeiter und Promotion<br />

an der Fakultät Verkehrswissenschaften „Friedrich List“, Professur <strong>für</strong><br />

elektrische <strong>Bahnen</strong>. Seit 2007 tätig bei Siemens AG, bis 2012 im Bereich<br />

Entwicklung <strong>von</strong> Fahrleitungskomponenten und -systemen, jetzt Produktportfolio<br />

Manager im Bereich Bahnelektrifizierung/Fahrleitung. Seit 2008<br />

beziehungsweise 2009 Lehrbeauftragter <strong>für</strong> Fahrleitungen an der TU Dresden<br />

und Bahnelektrifizierung an der Technischen Hochschule Nürnberg.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

Adresse: Siemens AG, IC SG RE PI, Mozartstr. 33b, 91052, Erlangen;<br />

Fon: +49 9131 7-23740, Fax: -22778;<br />

E-Mail: andre.doelling@siemens.com<br />

Schaltbau GmbH<br />

81829 München<br />

rail@schaltbau.de<br />

513<br />

www.rail.schaltbau.com

Fahrleitungsanlagen<br />

Oberleitungsbauart FL200/260 <strong>für</strong><br />

internationale Anwendungen<br />

Beat Furrer, Urs Wili, Bern (CH)<br />

Obwohl <strong>die</strong> großen <strong>Bahnen</strong> ihre eigenen, traditionellen Oberleitungssysteme pflegen, ist es<br />

Furrer+Frey gelungen, <strong>die</strong> Firmenbauart FL200/260 durch stetige Weiterentwicklung <strong>für</strong> eine Vielzahl<br />

<strong>von</strong> Anwendungen unter AC 11 kV und 15 kV 16,7 Hz sowie unter AC 25 kV 50 Hz tauglich zu machen.<br />

Sowohl bei normal- und meterspurigen Alpenbahnen wie auf den großen Linien östlich und westlich<br />

<strong>von</strong> London wird sie heute in einer ihrer Bauformen eingesetzt.<br />

OVERHEAD CONTACT LINE SYSTEM FL200/260 FOR INTERNATIONAL APPLICATIONS<br />

All big railways have developed and cultivated their own traditional overhead contact line systems.<br />

In spite of this, Furrer+Frey succeeded in promoting its FL200/260 system for various applications at<br />

AC 11 kV and 15 kV 16,7Hz as well as at AC 25 kV 50 Hz, by continuous improvement and by adding<br />

new features. Today, the system is in use on standard- and metre-gauge railways in the Alps as well<br />

as on the main lines east and west of London, the Great Eastern and the Great Western.<br />

SYSTÈME CATÉNAIRE FL200/260 POUR APPLICATIONS INTERNATIONALES<br />

Tous les grands chemins de fer utilisent leurs propres systèmes de caténaires traditionnels. Pourtant,<br />

par une optimisation continuelle, Furrer+Frey a réussi a introduire son système FL200/260 pour les<br />

applications les plus variées sous AC 11 kV et 15 kV 16,7 Hz ainsi que sous AC 25kV 50 Hz. Aujourd’hui<br />

on peut trouver les diverses configurations de ce système sur les lignes à voie normale et à voie<br />

étroite dans les Alpes ainsi que sur les grandes lignes à l’est et à l’ouest de Londres.<br />

1 Einführung<br />

Man kann sich fragen, ob es <strong>die</strong> große Vielfalt an<br />

Oberleitungsbauarten überhaupt braucht. Die meisten<br />

Staatsbahnen haben ihre eigenen Bauarten entwickelt<br />

oder entwickeln lassen. Die Vielfalt wurde<br />

immer größer, <strong>die</strong> Zahl der Bauteile wächst ständig.<br />

Für viele kleinere Bahnunternehmen ist es jedoch<br />

vorteilhaft, auf eine bewährte Bauart zurück greifen<br />

zu können, <strong>die</strong> möglichst genau auf ihre Bedürfnisse<br />

abgestimmt ist. Aber auch bei Großprojekten kann<br />

eine besondere, zum Projekt passende Bauart zu<br />

geringeren Investitionskosten verhelfen. Da Oberleitungen<br />

nach ihrer Errichtung <strong>für</strong> zwei Jahrzehnte<br />

wartungsfrei sind, bleiben <strong>die</strong> Unterhaltskosten klein,<br />

auch wenn <strong>für</strong> eine neue Bauart besondere Bauteile<br />

verwendet werden. Lediglich <strong>für</strong> <strong>die</strong> Störungsbeh<strong>eb</strong>ung<br />

sind kleine Handlager der wichtigsten Bauteile<br />

vorzuhalten. Wenn <strong>die</strong> Gleislage sich jedoch ändert<br />

oder <strong>die</strong> Mastfundamente etwas nachg<strong>eb</strong>en, muss<br />

<strong>die</strong> Fahrdraht-Seitenlage oder <strong>die</strong> Fahrdrahthöhe angepasst<br />

werden. Wenn <strong>die</strong> Oberleitungsbauart <strong>die</strong>s<br />

mit einfachen Mittel zulässt, verkürzt sich <strong>die</strong> Umbauzeit<br />

und verringern sich <strong>die</strong> Kosten. Das Oberleitungssystem<br />

FL200/260 ist wie ein Baukasten modular<br />

aufg<strong>eb</strong>aut und laufend erweitert worden. Sein<br />

Anwendungsbereich umfasst Geschwindigkeiten<br />

bis 260 km/h und Spannungen bis DC 3 kV oder AC<br />

15 kV 16,7 Hz, und AC 25 kV 50 Hz <strong>von</strong> schmalspurigen<br />

Überland- und Bergbahnen bis zu TSI-konformen<br />

normalspurigen Hochleistungsstrecken.<br />

2 Kurzer Rückblick<br />

Bis zur Vollelektrifizierung der SBB im Jahre 1960 war<br />

es bei den Schweizer Vollbahnen üblich, den nachgespannten<br />

Fahrdraht an einem festen Tragseil aufzuhängen.<br />

Auf horizontalen Auslegern oder Jochen<br />

ang<strong>eb</strong>rachte Stützisolatoren und verstellbare Teleskop-Seitenhalter<br />

erlaubten das Einstellen der Seitenlage<br />

auf einfache Art, und <strong>die</strong> Höhenlage konnte mit<br />

einstellbaren Hängern und durch Verschi<strong>eb</strong>en des<br />

Seitenhalteranschlusses am Mast oder an einer senkrechten<br />

Stütze angepasst werden Die gleichen Einstellmöglichkeiten<br />

gewährte auch <strong>die</strong> in den 1970er<br />

Jahren <strong>von</strong> der SBB eingeführte R-Oberleitung.<br />

Als <strong>die</strong> Bergstrecke der BLS auf Doppelspur ausg<strong>eb</strong>aut<br />

werden sollte, erhielt Furrer+Frey AG den Auftrag,<br />

eine Oberleitung <strong>für</strong> Fahrdrähte und Tragseile<br />

mit je 150 mm 2 zu entwickeln. Zur Erleichterung der<br />

Montage und um einen möglichst großen Bereich<br />

<strong>von</strong> Seitenlageänderungen abzudecken, wurde ein<br />

Ausleger mit zwei horizontalen Rohren, welche fest<br />

mit V-förmigen Str<strong>eb</strong>en verbunden sind, entwickelt<br />

514 112 (2014) Heft 8-9

Fahrleitungsanlagen<br />

Bild 1:<br />

F+F Velorahmen-Ausleger; Tragseilklemme und Seitenhalteranschluss lassen sich in weiten<br />

Bereichen verschi<strong>eb</strong>en (alle Bilder: Furrer+Frey AG).<br />

Bild 2:<br />

Ausleger <strong>für</strong> besonders enge Tunnel.<br />

(Bild 1). In Tabelle 1 ist <strong>die</strong>ses System mit FL200/<br />

BLS78 bezeichnet. Da <strong>die</strong> Systemhöhe und damit<br />

der Abstand der beiden horizontalen Rohre immer<br />

gleich war, konnten <strong>die</strong> Anschlusstraversen am Mast<br />

vormontiert werden, was <strong>die</strong> Montage erleichterte.<br />

Im Tunnel war natürlich eine kleinere Systemhöhe<br />

nötig. Mit besonders kurzen Seitenhaltern und<br />

biegesteifen Isolatoren konnte ein Ausleger mit nur<br />

einem Isolator g<strong>eb</strong>aut werden (Bild 2).<br />

3 Oberleitungssystem FL200/260<br />

3.1 Entstehung<br />

Unter der Oberbezeichnung FL200/260 entstand<br />

nach und nach eine Reihe <strong>von</strong> Bauarten, <strong>die</strong> hier<br />

zu besseren Übersicht mit Kurzbezeichnungen benannt<br />

werden [1]. FL200 bezeichnet Bauformen <strong>für</strong><br />

den konventionellen Geschwindigkeitsbereich bis<br />

TABELLE 1<br />

Übersicht über <strong>die</strong> wichtigsten Bauformen der FL200/260.<br />

Bauartbezeichnung<br />

Auslegertyp-<br />

Systemhöhe<br />

Spannung<br />

Frequenz<br />

Querschnitt<br />

Fahrdraht Tragseil Y-Beiseil V TSI<br />

Material Zug Querschnitt<br />

Material<br />

kV Hz mm 2 kN mm 2 kN J/N km/h<br />

FL200/Meterspur FL200/260-div 11 16,7 107 Cu 50 Staku div N 100 - -<br />

FL200/BLS78 Typ78 15 16,7 150 Cu 12,0 150 Cu 12,0 N 140 - -<br />

FL200/BLS01-A FL200/260-1.6 15 16,7 150 Cu 12,0 150 Cu 12,0 N 160 CR<br />

FL200/BLS01-B FL200/260-1.6 15 16,7 150 Cu 12,0 50 Staku 12,0 N 160 CR<br />

FL200/BLS01-C FL200/260-2.2 15 16,7 107 CuAg0,1 13,5 50 Staku 6,8 N 160 CR<br />

FL200/BLS01-D FL200/260-2.2 15 16,7 107 Cu 9,0 50 Staku 6,8 N 140 CR<br />

FL200T/BLS01-A FL200/260T-1.3 15 16,7 150 Cu 12,0 150 Cu 12,0 N 160 CR<br />

FL200T/BLS01-B FL200/260T-1.3 15 16,7 150 Cu 12,0 50 Staku 12,0 N 160 CR<br />

FL200T/BLS01-C FL200/260T-1.3 15 16,7 107 CuAg0,1 13,5 50 Staku 6,8 N 160 CR<br />

FL200T/BLS01-D FL200/260T-1.3 15 16,7 107 Cu 9,0 50 Staku 6,8 N 140 CR<br />

FL200T/SBB FL200T-0.8 15 16,7 107 CuMg0,5 12,0 92 Staku 12,0 N 160 CR<br />

FL260T/SBB FL200T-1.2 15 16,7 107 CuMg0,5 18,0 92 Staku 15,0 J 225 CR<br />

FL200/GEFF SIC-1.3 FL200/260-1.8 25 50 120 Cu 13,2 65 BzII 12,0 N 160 CR<br />

FL260/Series1 SIC-1.3 25 50 120 CuAg0,1 16,5 65 BzII 13,0 N 225 HS<br />

und<br />

CR<br />

Zug<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

515

Fahrleitungsanlagen<br />

An <strong>die</strong>sen Auslegern lassen sich unterschiedliche<br />

Kettenwerke befestigen, <strong>die</strong> <strong>die</strong> unterschiedlichsten<br />

Anforderungen an Stromtragfähigkeit und Fahrgeschwindigkeit<br />

erfüllen. 1998 war <strong>die</strong> FL200 bei<br />

folgenden Schweizer Normalspur- und Meterspurbahnen<br />

im Einsatz:<br />

• FL200(T)/BLS-A und –B: Bern-Lötschberg-Simplonbahn<br />

AG, BLS<br />

• FL200/BLS-C: Bern-Neuenburgbahn, heute BLS<br />

• FL200/BLS-D: Regionalverkehr Mittelland,<br />

heute BLS<br />

• FL200(T)/Meterspur: zum Beispiel Berner Oberlandbahn<br />

BOB, Matterhorn-Gotthard-Bahn MGB,<br />

Rhätische Bahn RhB<br />

Bild 3:<br />

FL200-Ausleger aus rostfreiem Stahl: einfaches Einstellen der<br />

Seitenlage an den horizontalen Rohren.<br />

rund 200 km/h. FL260 bezeichnet jene, <strong>die</strong> <strong>für</strong> Geschwindigkeiten<br />

bis rund 260 km/h ausgelegt sind.<br />

Die jeweiligen Tunnelbauarten erhalten zusätzlich<br />

den Buchstaben T. Für einzelne Anwendungsfälle<br />

angepasste Leiterkombinationen werden mit einem<br />

Kürzel <strong>für</strong> <strong>die</strong> Bahnverwaltung oder das Streckennetz<br />

unterschieden. Eine Übersicht gibt Tabelle 1.<br />

Der Velorahmen-Ausleger (Bild 1) war besonders<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> schwere Oberleitung der BLS-Bergstrecke entwickelt<br />

worden. Für <strong>die</strong> Talstrecken der BLS und <strong>für</strong><br />

weitere Anlagen wurde ein Rohrausleger mit horizontalem<br />

Tragrohr ähnlich der SBB-R-Fl konstruiert.<br />

Er unterscheidet sich durch das Material der Rohre –<br />

rostfreier statt feuerverzinkter Stahl – durch <strong>die</strong> starre<br />

Befestigung des Seitenhalteranschlusses und durch <strong>die</strong><br />

filigranen Seitenhalter aus rostfreiem Stahl (Bild 3).<br />

In verkürzter Form lassen sich <strong>die</strong>se Ausleger auch<br />

unter Querträgern einbauen (Bild 4).<br />

Im November 2000 erteilte das Bundesamt <strong>für</strong> Verkehr<br />

dem Oberleitungssystem FL200/260 <strong>die</strong> Zulassung<br />

zur schweizweiten Betri<strong>eb</strong>serprobung und im<br />

November 2003 wurden alle vier Teilsysteme vom<br />

deutschen Eisenbahncert EBC zertifiziert.<br />

3.2 Zimmerberg-Basistunnel –<br />

FL200/260T/SBB<br />

3.2.1 Betri<strong>eb</strong>sbedingungen<br />

Die Leistungssteigerung der Strecke <strong>von</strong> Zürich nach<br />

Thalwil durch <strong>die</strong> Realisierung einer zweiten Doppelspurstrecke<br />

unter Tag und Vorbereitung des Anschlusses<br />

an <strong>die</strong> Stadt Zug ist in [2] beschri<strong>eb</strong>en worden.<br />

Hauptbestandteil ist ein rund 10 km langer Doppelspurtunnel,<br />

der heute mit 160 km/h betri<strong>eb</strong>en wird.<br />

Es war vorgesehen, den Tunnel in Richtung Zug zu<br />

verlängern, damit er als Zufahrt zum Gotthard-Basistunnel<br />

<strong>die</strong>nen kann. Deshalb wurde er <strong>für</strong> 200 km/h<br />

und <strong>für</strong> <strong>die</strong> Anforderungen der Technischen Spezifikationen<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Interoperabilität [3] ausgelegt.<br />

3.2.2 Vorgaben<br />

Bild 4:<br />

FL200-Ausleger unter Joch.<br />

Die bahntechnische Ausrüstung wurde funktional ausgeschri<strong>eb</strong>en.<br />

In der Arbeitsgemeinschaft ZITECH hat<br />

Furrer+Frey als Unternehmervariante <strong>die</strong> Oberleitung<br />

FL200/260T/SBB ang<strong>eb</strong>oten (Bild 5). Der Auftrag an<br />

<strong>die</strong> ZITECH umfasste <strong>die</strong> Erstellung eines Systemhandbuches<br />

nach den Vorgaben der EN 50119 [5], <strong>die</strong><br />

Ausführungsplanung, <strong>die</strong> Bauleitung und den Bau der<br />

Oberleitung. Nach der Vollendung war außerdem <strong>die</strong><br />

Tauglichkeit <strong>für</strong> den Betri<strong>eb</strong> mit 200 km/h nachzuweisen.<br />

Dazu waren Messfahrten mit 220 km/h mit Doppeltraktion<br />

bei 18,5 m Stromabnehmerabstand durchzuführen.<br />

Für <strong>die</strong> Kriterien der Stromabnahme und <strong>die</strong><br />

durchzuführenden Messungen waren grundsätzlich<br />

<strong>die</strong> Bestimmungen der CENELEC-Normen zu berücksichtigen<br />

[6; 7]. Für den Bauherrn, <strong>die</strong> Schweizerischen<br />

Bundesbahnen, waren außerdem einige zusätzliche<br />

Nachweise zu erbringen, zum Beispiel, dass <strong>die</strong> Ge-<br />

516 112 (2014) Heft 8-9

Fahrleitungsanlagen<br />

schwindigkeit <strong>von</strong> 200 km/h auch mit zwei Stromabnehmern<br />

mit nur 18,5 m Abstand möglich ist.<br />

3.2.3 Mechanische Auslegung des Kettenwerks<br />

der Bauarten FL200/260T/SBB<br />

Für ein gutes dynamisches Verhalten bei hoher Geschwindigkeit<br />

und kurzem Abstand zwischen den<br />

Stromabnehmern ist eine hohe spezifische Zugkraft<br />

im Fahrdraht erforderlich. Für den Fahrdraht wurde<br />

daher eine Kupfer-Magnesium-Legierung gewählt,<br />

<strong>die</strong> bei nur wenig reduzierter elektrischer Leitfähigkeit<br />

eine hohe mechanische Festigkeit aufweist [8;<br />

9]. Für <strong>die</strong> Portalbereiche wurde ein als FL200T/SBB<br />

bezeichnetes Kettenwerk verwendet, <strong>für</strong> <strong>die</strong> schnell<br />

befahrenen Abschnitte ein Kettenwerk FL260T/SBB.<br />

Der größte Fahrdrahtanhub beträgt weniger als<br />

100 mm. Beim Stromabnehmerprofil S3 der 1 600 mm<br />

breiten „Europawippe“ beträgt der technisch mögliche<br />

Anhub 220 mm. Die Bedingung der EN 50119<br />

[5], wonach bei Seitenhaltern ohne Anschlag der technisch<br />

mögliche Anhub doppelt so groß sein muss wie<br />

der berechnete, ist somit eingehalten.<br />

3.2.4 <strong>Elektrische</strong> Auslegung des Kettenwerks<br />

Anforderungen<br />

Für <strong>die</strong> Strombelastbarkeit des Kettenwerks sind relevant:<br />

• Umg<strong>eb</strong>ungstemperatur<br />

• Erwärmung der Leiter durch den Strom und<br />

Abkühlung<br />

––<br />

Stromverteilung zwischen Fahrdraht und<br />

Tragseil<br />

––<br />

elektrischer Widerstand der Leiter<br />

––<br />

Kühlung der Leiter durch Abstrahlung und<br />

Wind. Maßg<strong>eb</strong>end sind Umg<strong>eb</strong>ungstemperatur<br />

und Windgeschwindigkeit.<br />

• zulässige Maximaltemperatur der Leiter<br />

• Bewegungsbereich der Nachspanngewichte<br />

Mit der Wahl einer bestimmten Oberleitungsbauart<br />

und mit den im Tunnel anzutreffenden Umg<strong>eb</strong>ungsbedingungen<br />

sind <strong>die</strong> physikalischen Größen bestimmt.<br />

In der Ausschreibung war <strong>die</strong> Strombelastbarkeit<br />

<strong>für</strong> den Tunnel spezifiziert (Tabelle 2).<br />

Bild 5:<br />

FL260T im Zimmerberg-Basistunnel der SBB; nach rechts: kreuzungsfreie<br />

Abzweigung nach Thalwil; gerade aus: vorbereitete<br />

Verlängerung Richtung Gotthard.<br />

Berechnung der Stromverteilung<br />

Die Firma ENOTRAC hat <strong>die</strong> Stromaufteilung zwischen<br />

Fahrdraht und Tragseil vorausberechnet. Von<br />

500 A je Kettenwerk fließen 46 % oder 230 A im<br />

Fahrdraht und 54 % oder 270 A im Tragseil. Dies<br />

entspricht 2,15 A/mm 2 Stromdichte im CuMg-Fahrdraht<br />

und 3,20 A/mm 2 im 92 mm 2 kupferummantelten<br />

Stahlseil mit 84 mm 2 Kupferäquivalent.<br />

Messung der Stromverteilung und Erwärmung<br />

Vom 26. bis 28. Mai 2003 wurden an der noch nicht<br />

in Betri<strong>eb</strong> stehenden Oberleitung elektrische Messungen<br />

durchgeführt [11]. Dazu wurde <strong>die</strong> Oberleitung<br />

über eine frei geschaltete Übertragungsleitung vom<br />

Umformerwerk Se<strong>eb</strong>ach aus mit reduzierter Spannung<br />

eingespeist. An verschiedenen Stellen im Tunnel wurde<br />

<strong>die</strong> Oberleitung geerdet. So konnten <strong>die</strong> Stromverteilung<br />

auf <strong>die</strong> verschiedenen Hin- und Rückleiter, <strong>die</strong><br />

Erwärmung der Leiter und <strong>die</strong> im Tunnel abgreifbaren<br />

Berührungsspannungen gemessen werden.<br />

Der Vergleich der Messwerte mit der Rechnung<br />

ergibt bis zum Zeitpunkt t = 100 min eine gute Übereinstimmung;<br />

bei der kurzzeitigen Belastung mit<br />

1 170 A ergibt <strong>die</strong> Berechnung eine etwas höhere<br />

Temperatur als <strong>die</strong> Messung (Bild 6).<br />

TABELLE 2<br />

Verlangte Strombelastbarkeit in A der Oberleitung im Zimmerberg-Basistunnel.<br />

Nominalstrom<br />

Maximalstrom<br />

Für den Tunnel mit zwei Gleisen<br />

Daraus abgeleitet je Gleis<br />

600 A RMS dauernd 450 bis 500 A RMS dauernd. Die Stromverteilung<br />

zwischen den beiden Gleisen ist asymmetrisch<br />

wegen der großen Distanz der Querverbindungen<br />

nur bei km 3,600 und km 11,200 und wegen der<br />

<strong>von</strong> Süden nach Norden ansteigenden Strecke<br />

1 200 A RMS während 15 min alle 30 min bei T Anom während 2 h<br />

übrige Zeit Nominalstrom<br />

600 A RMS während 15 min alle 30 min, rund 1 200 A RMS<br />

kurzzeitig<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

517

Fahrleitungsanlagen<br />

1600<br />

A<br />

1400<br />

90<br />

C°<br />

80<br />

1300<br />

1200<br />

70<br />

1100<br />

1000<br />

60<br />

900<br />

800<br />

50<br />

4<br />

700<br />

5<br />

I 600<br />

40<br />

3<br />

Θ<br />

500<br />

400<br />

30<br />

2<br />

300<br />

200<br />

1<br />

20<br />

100<br />

6<br />

0<br />

10<br />

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 min 140<br />

t<br />

Bild 6:<br />

Belastung des Kettenwerks während rund 40 min mit dem Dauerstrom 500 A, anschließend<br />

zweimal je 15 min 600 A und 500 A, schließlich während rund 4 min Belastung mit<br />

1 170 A Kurzzeitstrom.<br />

1 Strom im Fahrdraht<br />

2 Strom im Tragseil<br />

3 Gesamtstrom<br />

4 Temperatur im Fahrdraht gemessen<br />

5 Temperatur im Tragseil gemessen<br />

6 Temperatur Umg<strong>eb</strong>ungsluft gemessen<br />

Bild 8:<br />

FL200/GEFF auf der Doppelspur <strong>von</strong> Shenfield nach Chelmsford.<br />

F K<br />

250<br />

N<br />

200<br />

175<br />

150<br />

125<br />

100<br />

75<br />

50<br />

25<br />

0<br />

0 25 50 75 100 125 150 175 200 km/h 250<br />

v<br />

Bild 7:<br />

Messung der Kontaktkraft F K nach EN 50317, aerodynamisch kompensiert abhängig <strong>von</strong><br />

der Fahrgeschwindigkeit v.<br />

Stromabnehmer B, F m +3σ<br />

Stromabnehmer B, F m<br />

Stromabnehmer B, F m –3σ<br />

σ<br />

3.2.5 Messfahrten<br />

Stromabnehmer A, F m +3σ<br />

Stromabnehmer A, F m<br />

Stromabnehmer A, F m –3σ<br />

Messfahrt mit dem Oberleitungsmesswagen der SBB<br />

Mit dem Oberleitungsmesswagen wurde zuerst <strong>die</strong><br />

Ruhelage des Fahrdrahtes bei reduzierter Stromabnehmer-Anpresskraft<br />

gemessen. Gleichzeitig wurde<br />

mit dem Gleismesswagen auch <strong>die</strong> Gleislage geprüft.<br />

Dann wurde <strong>die</strong> Fahrgeschwindigkeit schrittweise<br />

auf 175 km/h erhöht, um <strong>die</strong> Tauglichkeit der Oberleitung<br />

<strong>für</strong> 160 km/h Geschwindigkeit zu prüfen.<br />

Messfahrt mit der besonders ausgerüsteten<br />

Messlokomotive Baureihe 460<br />

Die Abteilung Diagnose und Lauftechnik der SBB<br />

hat zwei Lokomotiven der Baureihe 460 mit einer<br />

Bild 9:<br />

Rücken an Rücken montierte SIC-Ausleger an einem bestehenden<br />

Tragwerk der Great Eastern; im Hintergrund das Olympia-Stadion.<br />

mobilen Einrichtung zur Messung der Stromabnehmeranpresskraft<br />

ausgerüstet. Mit einem Zug,<br />

bestehend aus <strong>die</strong>sen beiden Lokomotiven, einem<br />

Reisezugwagen mit der Auswerteeinrichtung und<br />

einem Steuerwagen wurden Messfahrten mit zwei<br />

gehobenen WBL85-Stromabnehmern bis 220 km/h<br />

durchgeführt. Der Stromabnehmerabstand betrug<br />

jeweils 18,5 m, Knie- und Spießgang wechselten sich<br />

ab. Je nach Fahrtrichtung befanden sich <strong>die</strong> Stromabnehmer<br />

vorn oder hinten am Zug und über dem<br />

vorderen oder hinteren Führerstand.<br />

Der Messbericht der SBB fasst <strong>die</strong> Resultate wie<br />

folgt zusammen:<br />

Die hohen Pflichtenheftanforderungen bezüglich<br />

Kontaktkräfte <strong>für</strong> zwei gehobene Stromabnehmer im<br />

18,5-m-Abstand wurden im Spieß- und im Kniegang<br />

bei der Geschwindigkeit bis 220 km/h eingehalten.<br />

Bild 7 zeigt hierzu <strong>die</strong> Kraftverläufe im doppelten<br />

Spießgang im Messabschnitt km 6,182 bis km 7,436.<br />

Mit den erfolgreich durchgeführten Messfahrten<br />

galt <strong>die</strong> Oberleitung FL200/260 T als abgenommen;<br />

sie konnte Ende Juni 2003 in Betri<strong>eb</strong> gehen.<br />

518 112 (2014) Heft 8-9

Fahrleitungsanlagen<br />

3.3 Erweiterung des Anwendungsbereichs<br />

auf das Anbringen an<br />

bestehenden Tragwerken<br />

3.3.1 Great Eastern, FL200/GEFF<br />

2007 hatte Network Rail <strong>die</strong> Entwicklung eines neuen<br />

Oberleitungssystems ausgeschri<strong>eb</strong>en, das an den<br />

bestehenden Tragwerken der Great Eastern-Linie ang<strong>eb</strong>racht<br />

werden und <strong>die</strong> bestehenden, aus der Zeit<br />

der Elektrifizierung mit Gleichstrom stammenden,<br />

fest abgefangenen Kettenwerke durch eine neue,<br />

voll nachgespannte Oberleitung ersetzen sollte.<br />

Den Zuschlag erhielt das <strong>von</strong> Furrer+Frey auf der<br />

Basis <strong>von</strong> FL200 ang<strong>eb</strong>otene Oberleitungssystem<br />

GEFF <strong>für</strong> Great Eastern–Furrer+Frey [12].<br />

GEFF beruht auf den bereits zertifizierten Bauarten<br />

FL200/260(T) (Bild 8). Es zeichnet sich durch <strong>die</strong><br />

<strong>für</strong> 160 km/h gestalteten Kettenwerks-Daten und<br />

einige neuartige Konstruktionen der Tragwerke aus:<br />

• gegenüber FL200T weiter entwickelten und <strong>für</strong><br />

den Einsatz im Freien angepasste Single Insulator<br />

Cantilevers (SIC) (Bild 9)<br />

• Aufhängung des Tragseils an Rollen, <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

Ausrüstung bestehender Joche mit geringer<br />

Torsionsfestigkeit<br />

• Einführung <strong>von</strong> Federspannern Tensorex als<br />

Ersatz <strong>für</strong> <strong>die</strong> Gewichtsnachspannungen [15]<br />

Anlässlich der Olympischen Spiele 2012 hat das System<br />

GEFF seine Feuerprobe bestanden. Im Juli 2012<br />

erteilte Network Rail <strong>die</strong> Freigabe <strong>für</strong> den Einbau<br />

<strong>von</strong> GEFF auf den Strecken London Liverpool Street<br />

– Shenfield – Chelmsford und Shenfield – Southend<br />

Victoria, und im Juni 2014 wurde <strong>die</strong> TSI-kompatible<br />

Bauform GEFF vom Eisenbahncert zertifiziert.<br />

3.3.2 Series1, FL260/Series1<br />

Für neu zu elektrifizierende Strecken plante Network<br />

Rail im 2010 zwei neue Oberleitungssysteme entwickeln<br />

zu lassen: Series 1 auf Strecken <strong>für</strong> Geschwindigkeiten<br />

um 200 km/h und Series 2 <strong>für</strong> <strong>die</strong> langsamer<br />

zu befahrenden Strecken.<br />

2011 erhielt F+F den Auftrag zur Entwicklung<br />

der Series 1. Basierend auf FL200/260 und GEFF war<br />

das System so zu konzipieren, dass es sich mit dem<br />

bei Windhoff bestellten High Output Plant System<br />

(HOPS) besonders rasch und leicht montieren lässt.<br />

Randbedingungen waren Länge, Größe und Gewicht<br />

der einzelnen Bauteile, <strong>die</strong> Möglichkeit, Baugruppen<br />

auf dem Installationsplatz vorzubereiten,<br />

sowie <strong>die</strong> Konzentration aller Tätigkeiten über dem<br />

Arbeitsgleis, um während der Montage den Betri<strong>eb</strong><br />

auf dem Nachbargleis aufrecht zu erhalten.<br />

Auf vierspurigen Strecken sollte während der Arbeiten<br />

auf einem Gleispaar das andere jeweils in Betri<strong>eb</strong><br />

bleiben. Diese Forderung hat zur Folge, dass<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

Bild 10:<br />

Einfach zu montierender Ausleger über zwei Gleise, (two track cantilever, TTC); mit der<br />

Haken- und Lochreihe am Mast können Abweichungen des Pfahlfundaments <strong>von</strong> der<br />

Soll-Höhe ausgeglichen werden.<br />

Bild 11:<br />

Teleskop-Ausleger. Die Seitenlage <strong>von</strong> Fahrdraht und Tragseil wird gleichzeitig<br />

durch Verschi<strong>eb</strong>en des Teleskoprohrs eingestellt.<br />

anstelle <strong>von</strong> Jochen beidseits Ausleger zu montieren<br />

sind, <strong>die</strong> über zwei Gleise reichen. An <strong>die</strong>sen können<br />

<strong>die</strong> <strong>von</strong> GEFF bekannten SIC Rücken an Rücken<br />

eingehängt werden. Die Zweigleis-Ausleger werden<br />

auf besonders einfache Art an vorbereiteten Haken<br />

am Mast eingehängt (Bild 10). Auf zweispurigen<br />

Strecken werden vormontierte, teleskopierbare SIC<br />

direkt am Mast befestigt (Bild 11).<br />

Die Nachspannungen können einfeldrig g<strong>eb</strong>aut<br />

werden. Gegenüber drei- oder gar fünffeldrigen<br />

Nachspannungen spart <strong>die</strong>s wertvolle Kettenwerkslänge.<br />

Besondere Abfangjoche <strong>für</strong> zwei und <strong>für</strong> vier<br />

Gleise tragen <strong>die</strong> Tensorex C+ Federspanner <strong>für</strong><br />

Fahrdrähte und Tragseile am gleichen Joch (Bild 12).<br />

Beim Auslegen des Tragseils entfällt damit das mühsame<br />

Einfädeln über das untere Abfangjoch.<br />

Mehrere Nachspannlängen Series 1 wurden auf<br />

der Versuchsstrecke in Old Dalby aufg<strong>eb</strong>aut. Versuchsfahrten<br />

im März 2014 haben das bisher nur mit<br />

Simulationen ermittelte gute Verhalten des Series1-<br />

Kettenwerks bestehend aus einem 120 mm 2 Fahrdraht<br />

CuAg 0,1, gespannt mit 16,5 kN und einem<br />

Tragseil BzII 65 mm 2 gespannt mit 13 kN, bestätigt.<br />

519

Fahrleitungsanlagen<br />

5 Vorteile des Oberleitungssystems<br />

FL200/260 in seinen<br />

verschiedenen Bauformen<br />

Bild 12:<br />

Direkt aus ELFF erstelltes Festkörpermodell einer einfeldrigen Nachspannung; zur besseren<br />

Veranschaulichung sind <strong>die</strong> überlappenden Kettenwerke über dem hintersten Gleis farblich<br />

gekennzeichnet.<br />

Bild 13:<br />

Mit den 3D-Festkörper-Daten aus ELFF erstellte Visualisierung einer<br />

Strecke mit Teleskop-SIC-Auslegern.<br />

Series 1 wurde nach TSI CR [13] und nach TSI HS<br />

[14] zertifiziert.<br />

FL200/260 ist ein umfassendes, erprobtes Oberleitungssystem,<br />

<strong>für</strong> das alle Details und Bauphasen<br />

virtuell geplant und dargestellt werden können, was<br />

<strong>die</strong> Schnittstellen <strong>von</strong> der Planung über <strong>die</strong> Materialbeschaffung<br />

und <strong>die</strong> Instruktion bis zur Montage<br />

beträchtlich vereinfacht (Bild 13).<br />

Die Betreiber der FL200/260 schätzen <strong>die</strong> Montagefreundlichkeit<br />

des Oberleitungssystems. Die wenigen<br />

Bauteile und <strong>die</strong> genauen Montageangaben aus<br />

dem Software-Tool ELFF erlauben <strong>die</strong> Vormontage<br />

der Bauteile am Boden und erleichtern <strong>die</strong> Arbeit auf<br />

der Baustelle.<br />

Da <strong>die</strong> Tragseilklemme und der Spurhalterabzug<br />

an horizontalen Rohren befestigt sind, lässt sich <strong>die</strong><br />

Seitenlage des Kettenwerks jederzeit mit geringem<br />

Aufwand an Gleisschi<strong>eb</strong>ungen und Änderungen der<br />

Überhöhung anpassen, ohne dass <strong>die</strong> ganze Geometrie<br />

des Auslegers verändert werden muss.<br />

Die verwendeten rostfreien Auslegerrohre und<br />

<strong>die</strong> kurzschlussfesten Gussarmaturen sind Garant <strong>für</strong><br />

eine lange L<strong>eb</strong>ensdauer des Oberleitungssystems.<br />

Bei den Auslegern mit nur einem Isolator (SIC)<br />

der Bauarten FL200/GEFF und FL260/Series1 sind<br />

<strong>die</strong> <strong>die</strong> elektrischen Spannung führenden Teile auf<br />

besonders kleinem Raum, direkt über dem Gleis konzentriert,<br />

was das Arbeiten auf dem N<strong>eb</strong>engleis erleichtert<br />

und das Anbringen <strong>von</strong> Schutzgittern auf<br />

Stützmauern vermeidet.<br />

The English translation is published in <strong>eb</strong> International<br />

2014.<br />

4 Das Planungs-Tool ELFF ®<br />

ELFF ist eines der führenden Hilfsmittel zur Planung<br />

<strong>von</strong> Oberleitung in drei Dimensionen. Zu<br />

FL200/260 und ihren Varianten GEFF und Series 1<br />

gehörende Bauteile liegen als 3D-Körper in der ELFF-<br />

Datenbank und können jederzeit abgerufen werden<br />

[12]. Das Erstellen eines Festkörper-Modells aus<br />

einem 3D-Draht-Modell dauert mit ELFF bloß wenige<br />

Minuten. Die Daten werden dem Kunden in<br />

Building-Information-Modelling (BIM)-kompatibler<br />

Form abgeg<strong>eb</strong>en. Zum Beispiel prüft Network Rail<br />

damit sofort <strong>die</strong> Sichtbarkeit der Signale. Mehrere<br />

Lizenzen <strong>die</strong>ses Software Tools sind bei <strong>Bahnen</strong> und<br />

Ingenieurbüros in Betri<strong>eb</strong>.<br />

Nähere Angaben zu ELFF finden sich im Beitrag<br />

Objektorientierte Planung <strong>von</strong> Oberleitungsanlagen<br />

[16], dessen englische Übersetzung in der zur InnoTrans<br />

2014 erschienenen internationalen Ausgabe<br />

der <strong>eb</strong> publiziert ist.<br />

Literatur<br />

[1] Furrer, B.; Kocher, M.; Casali, B.: Fahrleitungssystem<br />

FL200. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 96 (1998), H. 1-2,<br />

S. 40–48.<br />

[2] Bosshard, M.; Guertner, R. (Hrsg.): Der Zimmerberg-<br />

Basistunnel. Zürich HB – Thalwil. Verlag Basler & Hoffmann,<br />

Zürich 2004.<br />

[3] Entscheidung 2002/733/EG: Technische Spezifikation<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Interoperabilität des Teilsystems Energie<br />

des transeuropäischen Hochgeschwindigkeitsbahnsystems.<br />

In: Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften.<br />

Nr. L245 (2002), S. 280–369.<br />

[4] Schwach, G.: Oberleitungen <strong>für</strong> hochgespannten Einphasenwechselstrom<br />

in Deutschland Österreich und<br />

der Schweiz. Furrer und Frey, Bern 1989.<br />

[5] EN 50119:2003: Bahnanwendungen — Ortsfeste Anlagen<br />

— Oberleitungen <strong>für</strong> den elektrischen Zugbetri<strong>eb</strong>.<br />

[6] EN 50318:2002: Bahnanwendungen — Stromabnahmesysteme<br />

— Vali<strong>die</strong>rung <strong>von</strong> Simulationssystemen<br />

<strong>für</strong> das dynamische Zusammenwirken zwischen Oberleitung<br />

und Stromabnehmer.<br />

[7] EN 50367:2006: Bahnanwendungen — Zusammenwirken<br />

der Systeme — Technische Kriterien <strong>für</strong> das Zu-<br />

520 112 (2014) Heft 8-9

Fahrleitungsanlagen<br />

www.furrerfrey.ch<br />

Wir sind an der<br />

InnoTrans in Berlin<br />

Halle 26 / Stand 221<br />

Internationale Fachmesse<br />

<strong>für</strong> Verkehrstechnik<br />

23.–26.09.2014<br />

Furrer+Frey AG<br />

Ingenieurbüro, Fahrleitungsbau<br />

Thunstrasse 35, Postfach 182<br />

CH-3000 Bern 6<br />

Telefon +41 31 357 61 11<br />

Telefax +41 31 357 61 00<br />

®<br />

Furrer Frey<br />

baut Fahrleitungen<br />

Anzeige<br />

sammenwirken zwischen Stromabnehmer und Oberleitung<br />

<strong>für</strong> einen freien Zugang.<br />

[8] Bausch, J.; Kießling, F.; Semrau, M.: Hochfester Fahrdraht<br />

aus Kupfer-Magnesiumlegierung. In: <strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong> 92 (1994), H. 11, S. 295–300.<br />

[9] Kießling, F.; Puschmann, R.; Schmieder, A.; Schmidt, P.:<br />

Fahrleitungen elektrischer <strong>Bahnen</strong>. Verlag B. G. Teubner<br />

Stuttgart – Leipzig, 2. Auflage 1998.<br />

[10] EN 50149:2001: Bahnanwendungen — Ortsfeste Anlagen<br />

— <strong>Elektrische</strong>r Zugbetri<strong>eb</strong> — Rillen-Fahrdrähte<br />

aus Kupfer und Kupferlegierung.<br />

[11] Messung der Rückstromverteilung und der Oberleitungserwärmung<br />

Mai 2003. Messbericht ENOTRAC, 2003.<br />

[12] Wili, U.; Wittig, M.: New overhead line equipment on<br />

existing structures of Great Eastern route. In: <strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong> 107 (2009), H. 7, S. 306–312.<br />

[13] Entscheidung 2008/284/EG: Technische Spezifikation<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Interoperabilität des Teilsystems Energie<br />

des transeuropäischen Hochgeschwindigkeitsbahnsystems.<br />

In: Amtsblatt der Europäischen Union Nr. L104<br />

(2008), S. 1–79.<br />

[14] Beschluss 2001/274/EG: Technische Spezifikation <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

Interoperabilität des Teilsystems Energie des konventionellen<br />

Hochgeschwindigkeitsbahnsystems. In: Amtsblatt<br />

der Europäischen Union Nr. L126 (2011), S. 1–52.<br />

[15] Fischer, B.: Federbasierte Nachspanneinrichtung <strong>für</strong><br />

Oberleitungen. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 106 (2006),<br />

H. 5, S. 222–225.<br />

[16] Berthold, N.; Hofmann, G.; Blaser W.: Objektorientierte<br />

Planung <strong>von</strong> Oberleitungsanlagen. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

111 (2013), H. 3, S. 162–171.<br />

AUTORENDATEN<br />

Dipl.-Ing. Beat Furrer (65), Dipl.-Bauingenieur<br />

ETHZ, Inhaber der Furrer+Frey<br />

AG. Nach dem Studium seit vierzig<br />

Jahren ausschließlich mit der Entwicklung,<br />

der Planung und dem Bau <strong>von</strong><br />

Fahrleitungen <strong>für</strong> <strong>Bahnen</strong> beschäftigt.<br />

Adresse: Furrer+Frey AG, Thunstr. 35,<br />

3000 Bern 6, Schweiz;<br />

Fon: +41 31 35761-11; Fax: -00;<br />

E-Mail: bfurrer@furrerfrey.ch<br />

Dipl. El.-Ing. ETHZ Urs Wili (69).<br />

Studium an der Eidgenössischen Technischen<br />

Hochschule in Zürich, 1969<br />

Ingenieur bei der Brown, Boveri AG in<br />

Oerlikon, 1974 Ingenieur bei der Sektion<br />

Fahrleitungen des Kreises 2 der SBB<br />

in Luzern, Sektionschef Fahrleitungen<br />

und 1985 Chef der Abteilung elektrische<br />

Anlagen bei der Baudirektion SBB<br />

in Bern, 1999 Leiter Kundenbeziehungen<br />

bei Telecom SBB, seit 2000 Mitglied<br />

der Geschäftsleitung der Furrer+Frey<br />

AG, Bern.<br />

Adresse: wie oben;<br />

Fon; +41 31 35761-32, Fax: -05;<br />

E-Mail: ubwili@furrerfrey.ch<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

521

Contact Line Systems<br />

Reinforcement of corroded overhead<br />

contact line masts<br />

Alexandre Machet, Jean-Paul Mentel, Paris (FR); Stanislas Boulet d’Auria, Monaco (MC)<br />

Significant corrosion was detected on French Railway Network’s contact line supports. In order<br />

to restore and maintain the performance of those masts, SNCF and the 3X Engineering Company<br />

developed a method aiming at restoring the supports. This method combines metallic materials<br />

and composite reinforced resin. The contact line mast repair applying composite materials allows<br />

to regain their initial performance and to diminish the logistical efforts for reconstruction as well<br />

as the costs involved.<br />

SANIERUNG KORRODIERTER FAHRLEITUNGSMASTEN<br />

An Oberleitungstragwerken im französischen Eisenbahnnetz wurde bedeutende Korrosion entdeckt.<br />

Um <strong>die</strong> Korrosion auszugleichen und <strong>die</strong> Leistungsfähigkeit der betroffenen Masten wieder herzustellen,<br />

entwickelten SNCF und der Partner 3X Engineering Company eine Methode zur Wiederherstellung<br />

der Tragfähigkeit der Tragwerke. Diese Methode verwendet metallische Komponenten zusammen mit<br />

faserverstärkten Harzen. Mit <strong>die</strong>ser Methode wurde <strong>die</strong> ursprüngliche Tragfähigkeit der Masten wieder<br />

herstellt. Dabei sind <strong>die</strong> Aufwendungen <strong>für</strong> <strong>die</strong> Logistik im Zusammenhang mit der Wiederherstellung<br />

und <strong>die</strong> daraus resultierenden Kosten gegenüber früheren Methoden erh<strong>eb</strong>lich gemindert.<br />

RENFORCEMENT DE SUPPORTS CATÉNAIRE CORRODÉS<br />

Certains cas de corrosion importante ont été detectés sur des pieds de supports caténaire sur le<br />

Réseau Ferré National Français. Afin de garantir le maintien en performance de ces supports une<br />

méthode a été développée en partenariat entre la SNCF et l’entreprise 3X Engineering afin de renforcer<br />

les pieds de support. Cette méthode s’appuie sur une combinaison de matériaux métalliques<br />

et composites et de résines. La réparation des supports caténaire permet de retrouver les performances<br />

initiales et diminue les moyens et contraintes logistiques ainsi que les coûts associés.<br />

1 Introduction<br />

For many years, the SNCF has been facing a significant<br />

level of corrosion on their contact line masts<br />

in specific geographical areas. This corrosion may<br />

be caused by saline sprays. Without the intervention<br />

of strength maintenance crew, the corrosion<br />

would deteriorate the masts due to a diminution of<br />

its strength (Figure 1 and 2).<br />

In order to restore or maintain the mast’s mechanical<br />

performance, SNCF utilizes different technical<br />

solutions:<br />

• raising of the mast’s concrete foundation block<br />

• mechanical reinforcement of the mast by a<br />

welded mechanical assembly<br />

Although these solutions have proved efficient<br />

over the years, they continued to be inconvenient<br />

since they require works on the tracks affecting<br />

the train operation. These solutions have already<br />

been tested on the network. However, the Engineering<br />

Department management was not completely<br />

satisfied and wanted to develop a new reinforcement<br />

method concerning other materials<br />

and less effect on operation. Stu<strong>die</strong>s resulted in<br />

using of hybrid composite and metallic materials<br />

for the reinforcement.<br />

2 State of the art and<br />

developments<br />

The corroded masts are presently repaired by conventional<br />

methods applying welded mechanical assemblies<br />

or raising of the mast’s concrete foundation<br />

block. The effective implementation of these repairs<br />

is accompanied by severe inconveniences. The contact<br />

line masts are embedded in concrete and the<br />

effective load transfer needs a close mast/foundation<br />

unit. This type of close contact can only be achieved<br />

in the absence of rail traffic and requires significant<br />

logistics in order to supply the materials and tools<br />

onto the site. Sometimes, it is, therefore, preferable<br />

to replace the corroded mast in total because this<br />

procedure is economically favourable. After implementation,<br />

these reinforcement solutions need special<br />

treatment, monitoring and maintenance.<br />

522 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

Figure 1:<br />

Typical example of corroded mast in French network<br />

(photos 1, 2, 3, 5 and Figure 6: SNCF).<br />

Figure 2:<br />

Typical example of corroded mast in French network.<br />

This situation caused SNCF to look for an innovative<br />

solution that achieves the objectives of mechanical<br />

repair and restricts the logistical constraints.<br />

Commonly with an industrial partner a solution was<br />

achieved which relies on repairs by use of composite<br />

materials adopted so far to strengthen or repair<br />

structures such as concrete piers, bridges and steel<br />

pipelines. Such repairs are carried out also in very<br />

critical atmospheres and underwater, for example.<br />

These solutions use bandages by tissues usually<br />

made of Kevlar ® , impregnation by resin and added<br />

localised reinforcement which can be plastic fibers,<br />

glass or metallic fibers.<br />

Thanks to its expertise in engineering and implementation<br />

of composite materials SNCF’s partner 3X<br />

Engineering company offered a basic design for the<br />

restoration of the corrosion damaged contact line<br />

supports. The final reinforcement method was based<br />

on calculations by finite element programs taking<br />

into account ageing, fatigue of materials and vibrations<br />

and results of tests carried out in the SNCF testing<br />

centre.<br />

3X Engineering’s proposal which was developed<br />

further and patented by SNCF combines materials<br />

and technologies to an optimum solution concerning<br />

quality and costs (Figure 3).<br />

The result of the development is a method to carry<br />

out reinforcements by portable equipment without<br />

any interruption of railway traffic and by working<br />

during the railway traffic.<br />

Figure 3:<br />

Conventional mast reinforcement.<br />

The main components of the restoration method are<br />

• metallic inserts to get back the rigidity,<br />

• specials mastics to block corrosion and absorb<br />

the vibrations and<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

523

Contact Line Systems<br />

• a composite material bandage which fixes the<br />

inserts, produces the bending strength of the<br />

contact line mast and homogenises the reinforcing<br />

unit. Most of the stress on the base of the<br />

contact line mast is thus retrieved by the inserts.<br />

In addition, a Neoprene coating protects the unit<br />

against UV and possible impacts by the ballasts.<br />

3 Numerical simulations<br />

Figure 4a:<br />

Numerical stress analysis of a new H-type mast<br />

(photos 4, 7, 8, 9: 3XEngineering).<br />

Figure 4b:<br />

Numerical stress analysis of a corroded H-type mast.<br />

The reinforcement method was analysed by simulation<br />

with finite elements. For the simulation a worst-case<br />

scenario was assumed characterized by a gust wind<br />

of 150 km/h and the dead weight of the mast. Corrosion<br />

with a loss of 70 % of the initial material thickness<br />

was also simulated in the study. In anticipation of the<br />

ageing of the repairs, a partial factor of 2 was applied<br />

with 150 km/h wind speed and a factor of 2,7 with a<br />

112 km/h wind speed. These assumptions are in total<br />

compliance with French standards in force. The stresses<br />

were calculated at 0,20 m above the foundation top.<br />

Simulations with these conditions were applied<br />

for several cases:<br />

• The initial state of the mast was simulated on an<br />

HEA mast with 70 % loss of thickness due to corrosion<br />

at the base.<br />

• The same HEA mast reinforced by the composite<br />

ReinforceKiT HEA.<br />

The obtained results (Figure 3) permit to obtain the<br />

maximal stress at the mast under this load in different<br />

cases. The simulated stresses of masts at 200 mm<br />

above the top of foundation are given in Table 1.<br />

This study demonstrated the importance of the repairs,<br />

both for the dimensions of the metal inserts, but<br />

also for the number of composite coats. It was found<br />

that a mast reinforced by the so-called HEA ReinforceKiT<br />

also exceeds the original strength of the mast.<br />

The minimal yield strength of new HEA masts is<br />

235 MPa and the reliability coefficient is 1,2 at 150 km/h<br />

wind speed and increases to 1,7 with a 112 km/h wind.<br />

In case of the corroded HEA, there is a huge risk of a<br />

support failure under the assumed wind speeds.<br />

In the case of the reinforced HEA, the reliability<br />

coefficient will be 2 with a 150 km/h wind and<br />

2,7 with a 112 km/h wind. The maximum stress of<br />

215 MPa is due to an abrupt section variation. These<br />

stresses are reduced by progressively varying section<br />

during the implementation of the reinforcement.<br />

Figure 4c:<br />

Numerical stress analysis of a reinforced H-type mast.<br />

TABLE 1<br />

Numerically estimated maximum stress in MPA of<br />

various H-type masts in site foot.<br />

New mast Used mast Reinforced mast<br />

Stress 174 to 195 389 to 437 96 to 120<br />

524 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

From the Table 1 and the comparative simulations<br />

presented in Figure 4a) to c), it is clear that the reinforcement<br />

will consolidate the basis of HEA masts significantly<br />

beyond its initial mechanical values in respect of maximum<br />

corrosion at 200 mm above the top of foundation.<br />

The ageing of this reinforcement was also stu<strong>die</strong>d<br />

and led to the following conclusions:<br />

Since the 1960’s, the experiments on composite materials<br />

proved the reliability and durability of these materials.<br />

The expansion of using these materials in many<br />

fields of civil engineering confirms this fact. Today, after<br />

20 years of experiment, after several installations in critical<br />

environments such as North Sea, deserts, submerged<br />

or buried in damp ground on different types of supports,<br />

3X Engineering never has got any negative return of the<br />

ReinforceKIT ® . The assumed degradations of the components<br />

by environmental impacts are detailed in Table 2.<br />

The technical assessment allows being optimistic<br />

about the longevity of repaired masts, especially as the<br />

composite part of the ReinforceKiT 4D-HEA is the least<br />

attacked. This reinforcement method guarantees the<br />

durability of the installations while avoiding the efforts<br />

for huge and tedious construction sites. The biggest<br />

part of the mechanical loading is absorbed by the metallic<br />

inserts. A preventive application of the product<br />

anti-UV and anti-impact components is planned.<br />

TABLE 2<br />

Frequency of environmental attack possibility on the components of the<br />

ReinforceKIT ® .<br />

Attack type<br />

UV Humidity Stress Chemical Impact<br />

Insert No No More than<br />

50 years<br />

Composite<br />

No, because<br />

protected<br />

No, because<br />

protected<br />

4 In situ mechanical tests<br />

More than<br />

20 years<br />

Coating 5 years 5 years No No 5 years<br />

Some tests were carried out as a part of the validation<br />

of the reinforcement process mast sections.<br />

Thus, masts were errected on SNCF testing station.<br />

The tests involved estimating the mast reaction under<br />

mechanical loads applied at the mast head (Figure<br />

5a)). The tested masts were:<br />

• one new mast<br />

• two weakened and reinforced masts<br />

• one weakened but non-reinforced mast.<br />

No<br />

No<br />

No<br />

Verified in situ<br />

Figure 5a:<br />

Testing of a reinforced H-type mast.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

Figure 5b:<br />

Performance of the reinforced part of H-type mast after testing.<br />

525

Contact Line Systems<br />

16 000<br />

daN.m<br />

14 000<br />

12 000<br />

10 000<br />

8 000<br />

M<br />

6 000<br />

4 000<br />

2 000<br />

Figure 6:<br />

Bending moment M depending on angle α.<br />

1 new mast<br />

2 used and corroded mast<br />

4<br />

13 000<br />

3<br />

12 000<br />

11 000<br />

7 300<br />

0<br />

0 1 2 3 ° 4<br />

α<br />

1<br />

3 reinforced mast type 1<br />

4 reinforced mast type 2<br />

2<br />

Critical moment (daN.m)<br />

The supports were artificially weakened by grinding.<br />

These results (Figure 6) clearly state reproducibly<br />

that the reinforced masts’ performance is clearly better<br />

than that of the weakened mast. Moreover, it is<br />

better than the performance of new masts.<br />

The mechanical tests demonstrated that the mast<br />

mechanical reinforcement by composite materials<br />

comply with the requirements on new supports.<br />

The performance of the reinforced mast is simply explained<br />

by the fact that the mast reinforcement appears<br />

as a displacement of the embedment area, and<br />

thus reduces the effective length of the HEA beam.<br />

5 Implementation on the<br />

National Railway Network<br />

The implementing process on the National Railway<br />

Network will be carried out in several steps:<br />

• Step 1: Preparation of the mast’s surface by<br />

shot-blasting with a minimum roughness profile<br />

of 60 µm in order to ensure the adhesion of the<br />

reinforcement on the mast and the emerging<br />

part of the concrete. It is realised by sandblasting<br />

or grit blasting tool (Figure 7a)).<br />

• Step 2: Re-aggregation of the cankers due to corrosion<br />

by application of an epoxide mastic. This<br />

mastic ensures the transmission of contact line<br />

mast’s stresses to the inserts constituting the reinforcement<br />

(Figure 7b) and c)). The mastic’s role is<br />

also to ensure the cold welding of the four inserts.<br />

• Step 3: Implementation of the four inserts. Size and<br />

nature of the chosen materials are related to their<br />

mechanical and physical characteristics (Figure 7d)).<br />

––<br />

The unit of blocks and slabs is maintained<br />

thanks to straps during the time of polymerization<br />

of the mastic in order to avoid any risk of<br />

gap or detachment of the inserts (Figure 7e)).<br />

––<br />

The resin is applied on the emerging part of<br />

the mast with a particular attention given to<br />

the mast embedment part (Figure 7f)).<br />

Figure 7a:<br />

Preparaton of mast surface (step 1).<br />

Figure 7b:<br />

Mast pepared for repair (step 2).<br />

526 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

Figure 7c:<br />

Preparation of inserts (step 2).<br />

Figure 7d:<br />

Reparation of inserts (step 3).<br />

Figure 7e:<br />

Polymerization of the mastic (step 3).<br />

Figure 7f:<br />

Application of resin (step 3).<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

527

Contact Line Systems<br />

Figure 7g:<br />

Wrapping the Kevlar ® strip on the repaired mast (step 4).<br />

Figure 7h:<br />

Repaired mast (step 5).<br />

Figure 8:<br />

Restored mast on the Narbonne to Port Leucate railway line in the<br />

Aude.<br />

Figure 9:<br />

Preliminary study on restoration of a corroded mast made of<br />

CORTEN steel to select the most appropriated resin.<br />

528 112 (2014) Heft 8-9

Contact Line Systems<br />

• Step 4: Wrapping of the whole repair with a<br />

Kevlar ® strip soaked in an epoxide resin.<br />

––<br />

Several coats are made; the wrapping is<br />

carried out from the base to the top with a<br />

constant covering of about 50 % (Figure 7g)).<br />

––<br />

The top zone of inserts is machined with a<br />

slope in order to present an angled top face<br />

to avoid any risk of stagnant water.<br />

• Step 5: Application of an elastomeric resin which<br />

guarantees a protection against UV and other<br />

impacts (Figure 7h)).<br />

This new mast rehabilitation procedure has notable<br />

economic advantages:<br />

• It avoids the cessation of railway traffic.<br />

• It avoids dismantling the existing masts.<br />

• It avoids purchasing of a new mast.<br />

• It avoids the implementation of an extended<br />

construction site<br />

• It limits the logistical efforts.<br />

• It can be quickly carried out if urgent.<br />

Today, this reparation method is approved by the<br />

SNCF for H-type masts. It is envisaged to extend this<br />

repair method to other types of supports.<br />

The 3X Engineering company already started several<br />

campaigns on this type of reinforcements on the<br />

French National Railway Network. The Narbonne to<br />

Port Leucate railway line in the Aude was the subject<br />

of two campaigns in 2011 and 2013 in order to treat<br />

several hundreds of masts on two tracks (Figure 8).<br />

A new campaign is being prepared and will concern<br />

the contact line masts of the line Miramas to<br />

Avignon. The 54 masts concerned by this campaign<br />

were realised in CORTEN type steel.<br />

A preliminary analysis of the supports (Figure 9)<br />

allowed to prepare the masts and to select the most<br />

appropriated resin. The implementation is scheduled<br />

for September 2014.<br />

AUTHORS<br />

Alexandre Machet (39), Materials<br />

and metallurgy PhD, Pierre et Marie<br />

Curie University of Paris (Paris VI).<br />

R&D Engineer in charge of technical<br />

developments in Overhead Contact<br />

Line components and systems. Since<br />

2014, manager of OCL Simulations,<br />

R&D, Measurements and Expertises<br />

unit within SNCF Fixed Installation for<br />

Electrical Traction Department.<br />

Address: SNCF Infrastructure Engineering<br />

Division, Fixed Installations for<br />

Electrical Traction – Power Supply and<br />

Overhead Contact Systems Units, 6<br />

Avenue François Mitterrand, 93574 La<br />

Plaine Saint Denis, France;<br />

phone:+33 1 41620578 ;<br />

e-mail: alexandre.machet@sncf.fr<br />

Jean-Paul Mentel (57), Mecanical and<br />

Electrotechnical Engineer. Expert SNCF<br />

in Overhead Contact System. Design<br />

manager of OCS, maintenance infrastructure<br />

manager (OCS, power supply,<br />

track, signaling...). Since 2010, deputy<br />

of the SNCF Fixed Installations for Electric<br />

Traction Department and in charge<br />

of FIET research and development.<br />

Address: see above;<br />

phone: +33 1 416206.59;<br />

e-mail :jean-paul.mentel@sncf.fr<br />

Stanislas Boulet d’Auria (57), Engineer<br />

ESTACA (1980). R&D Engineer in charge<br />

of technical developments in INNOGE<br />

(Electrofusion sleeve for PE Pipe), Commercial<br />

manager in MIP (mold maker),<br />

CEO Empreinte (Specialist design, conception,<br />

mold and injection for plastics parts.<br />

Since 1990 CEO 3X Engineering.<br />

Address: 3X Engineering, 9 Avenue<br />

Albert II, 98000 Monaco, Monaco;<br />

phone: +377 92 057981 ;<br />

e-mail: sbda@3xeng.com<br />

Anzeige

Erdung und Rückleitung<br />

Automatische Erdungseinrichtung mit<br />

Typenzulassung in der Schweiz<br />

Ingolf Zielinski, Offenbach; Mike Schweller, Bern (CH)<br />

Bei Interventionen in elektrifizierten Eisenbahntunneln müssen <strong>die</strong> Rettungskräfte sicher sein, dass in<br />

ihrem Einsatzbereich <strong>die</strong> Oberleitungen abgeschaltet und geerdet sind. Außerdem müssen sie <strong>die</strong> Grenzen<br />

<strong>die</strong>ses Bereiches erkennen können, besonders wenn er nicht den ganzen Tunnel umfasst. Gemäß<br />

Anforderungen der SBB wurde eine fernbe<strong>die</strong>nbare Erdungseinrichtung entwickelt, <strong>die</strong> <strong>von</strong> der Aufsichtsbehörde<br />

<strong>die</strong> Typenzulassung bekommen hat und in einem neuen Tunnel in Zürich eing<strong>eb</strong>aut ist.<br />

AUTOMATIC EARTHING DEVICE WITH TYPE APPROVAL IN SWITZERLAND<br />

In emergency cases inside electrified railway tunnels the rescue crews must be sure that in their<br />

operational area catenaries will be cut off and earthed. Furthermore, they must be able to identify<br />

limits of this area especially if this does not enclose the complete tunnel. According to SBB requirements<br />

a remote controlled earthing device has been developed which has been approved by the<br />

supervisory board and is installed in a new tunnel at Zurich.<br />

DISPOSITIF DE MISE À LA TERRE AUTOMATIQUE AVEC HOMOLOGATION EN SUISSE<br />

Lors d’interventions dans les tunnels de lignes électrifiées, les équipes de sauvetage doivent être<br />

assurées que les caténaires sont hors circuit et mises à la terre dans le secteur d’intervention. En<br />

outre, elles doivent être en mesure de reconnaître les limites de ce secteur, notamment quand il<br />

n’englobe pas la totalité du tunnel. Conformément aux exigences des CFF, un dispositif de mise à la<br />

terre télécommandé a été mis au point et installé dans un nouveau tunnel à Zurich après homologation<br />

par l’autorité de surveillance.<br />

1 Einführung<br />

Die <strong>von</strong> Balfour Beatty Rail entwickelte Automatische<br />

Erdungseinrichtung (AEE) erdet auf eine einzige Befehlseingabe<br />

<strong>die</strong> Oberleitungen eines Eisenbahntunnels,<br />

sei es durchgehend oder abschnittsweise, in automatischem<br />

Ablauf. Sie schafft damit schneller sichere<br />

Bereiche <strong>für</strong> <strong>die</strong> Interventionskräfte als aufzurufendes<br />

Personal <strong>die</strong>s kann. Dazu übernimmt sie <strong>die</strong> letzten<br />

drei Schritte gemäß den fünf elektrotechnischen<br />

Sicherheitsregeln in der schweizerischen Fassung:<br />

• freischalten und allseitig trennen<br />

• gegen Wiedereinschalten sichern<br />

• auf Spannungslosigkeit prüfen<br />

• erden und kurzschließen<br />

• gegen benachbarte, unter Spannung stehende<br />

Teile schützen<br />

Die beiden ersten Schritte führt im Normalfall <strong>die</strong><br />

regionale Fahrstrom-Leitstelle (FSL) mittels der übergeordneten<br />

Leittechnik aus.<br />

In zweigleisigen Tunneln wird der Interventionsbereich<br />

immer über beiden Gleise gesichert.<br />

2 Grundlagen<br />

Bild 1:<br />

Erdungsschnellschalter FES 15-40-1B in Stellung aus (rechts), Antri<strong>eb</strong>skasten (links),<br />

Verbindung mit Flexball-Zug (grün) (Fotos: Driescher).<br />

Grundlagen <strong>für</strong> <strong>die</strong> Entwicklung und Zulassung der<br />

AEE waren hauptsächlich:<br />

• Lastenheft [1] (siehe Kasten)<br />

• TSI Safety in Railway Tunnels (SRT) [2]<br />

• Ausführungsbestimmungen zur Eisenbahnverordnung<br />

[3]<br />

• Richtlinie Typenzulassung <strong>für</strong> Elemente <strong>von</strong> Eisenbahnanlagen<br />

[4]<br />

530 112 (2014) Heft 8-9

Erdung und Rückleitung<br />

TABELLE 1<br />

Merkmale <strong>von</strong> AEE (CH), OLSP (DE) und OLSIG (AT).<br />

AEE SBB OLSP DB OLSIG ÖBB<br />

Erdung einleiten <strong>von</strong> der Leitstelle 1 oder vor Ort <strong>von</strong> der Leitstelle 1 oder vor Ort <strong>von</strong> der Leitstelle 1 oder vor Ort<br />

Erdung bei Spannungführender<br />

Oberleitung einleiten<br />

Entriegelt über speziellen Schlüsselschalter<br />

Enterdung verriegeln nein in der Leitstelle vor Ort mit speziellem Schlüsselschalter<br />

Erdung aufh<strong>eb</strong>en (Enterdung) nur vor Ort mit Schlüssel <strong>von</strong> der Leitstelle <strong>von</strong> der Leitstelle<br />

Erdungsschalter einschalt- und kurzschlussfest kurzschlussfest kurzschlussfest<br />

Spannungsfreiheit erkennen<br />

Spannungswandler, alternativ<br />

Stellung der speisenden Oberleitungsschalter<br />

nein<br />

Spannungswandler<br />

Anzeige der Arbeitsgrenze 2 LED-Signaltafel mit Blitz-Symbol ortfestes Schild mechanisch abgedeckt<br />

Anzeige des geerdeten Oberleitungsbereichs<br />

LED-Signaltafel mit Erde-Symbol keine keine<br />

2<br />

Hinweis am Rettungszugang 3<br />

grüne Anzeige am Steuer- und Anzeigetableau<br />

und optional beleuchtetes<br />

Hinweisschild „Oberleitung<br />

ausgeschaltet und geerdet“<br />

1<br />

SBB: Fahrstrom-Leitstelle (FSL), DB: Zentralschaltstelle (Zes), ÖBB: Energieleitstelle (ELS)<br />

2<br />

Blickrichtung Gleis<br />

3<br />

nicht am Gleis<br />

grüne Anzeige am Steuer- und<br />

Anzeigetableau<br />

nein<br />

Spannungswandler<br />

ortsfestes Schild<br />

gelbe und grüne Anzeige am Steuer-<br />

und Anzeigetableau<br />

Dabei wurde zu [4] bereits <strong>die</strong> zu erwartende Revisionsausgabe<br />

2014 berücksichtigt.<br />

Tabelle 1 vergleicht <strong>die</strong> Hauptmerkmale der AEE<br />

mit denen der entsprechenden Anlagen OLSP bei<br />

der DB und OLSIG bei der ÖBB [5].<br />

3 Technische Realisierung<br />

3.1 Technik und Funktionen<br />

Zur Primärtechnik gehören alle Komponenten. <strong>die</strong><br />

elektrisch mit der Oberleitung verbunden sind oder<br />

verbunden werden können, im Wesentlichen Spannungswandler<br />

und Erdungsschalter.<br />

Zum Erfassen der Oberleitungsspannung <strong>die</strong>nen<br />

Spannungswandler mit 110 V Nenn-Sekundärspannung.<br />

Als einschalt- und kurzschlussfester Erdungsschalter<br />

existiert bisher nur der Erdungsschnellschalter (Fast<br />

Earthing Switch) FES 15-40-1B, welcher <strong>die</strong> geforderten<br />

40 kA Kurzschlussstromstärke <strong>für</strong> 100 ms führen kann<br />

und 100 kA Kurzschlusseinschaltvermögen bei 15 kV<br />

Nennspannung erfüllt. Die Verbindung zwischen elektrischem<br />

Motorantri<strong>eb</strong> und Erdungsschalter wird im Tunnel<br />

vorzugsweise als System Flexball ausgeführt (Bild 1).<br />

Die Sekundärtechnik der AEE besteht aus Stationen<br />

(remote terminal unit, RTU) mit Steuer- und Anzeigetableau<br />

(Bild 2), und zwar<br />

• RTU-FL bei den beiderseitigen Tunnelenden und<br />

• RTU-BS an allen zwischenörtlichen Rettungszugängen.<br />

Dabei steht FL <strong>für</strong> Fahrleitung, meistens Oberleitung<br />

oder Deckenstromschiene, und BS <strong>für</strong> Be<strong>die</strong>nstation.<br />

Alle Stationen sind über ein Glasfaserkabelnetz verbunden,<br />

kommunizieren mit dem Protokoll IEC 60870-<br />

5-104 und zeigen stets alle denselben Zustand an.<br />

Mit der Primärtechnik sind nur <strong>die</strong> RTU-FL verbunden.<br />

Sie erfassen und verarbeiten dabei kontinuierlich<br />

<strong>die</strong> Oberleitungsspannung oder alternativ<br />

<strong>die</strong> Stellung der Trennschalter zu den angrenzenden<br />

Oberleitungen sowie der Erdungsschalter, steuern<br />

<strong>die</strong>se und übertragen den Schaltzustand an alle anderen<br />

Stationen.<br />

Die Trennschalter zu den angrenzenden Oberleitungen<br />

und an eventuellen Längstrennungen im<br />

Tunnel werden <strong>von</strong> der FSL gesteuert, und <strong>die</strong> Fernwirkstationen<br />

da<strong>für</strong> gehören nicht zur AEE. Eine der<br />

RTU-FL kommuniziert mit der FSL.<br />

3.2 Be<strong>die</strong>nung<br />

Die Be<strong>die</strong>ntableaus <strong>von</strong> RTU-FL und RTU-BS haben<br />

folgende Funktionen (Bild 3):<br />

Solange <strong>die</strong> Oberleitung Spannung führt, sind<br />

alle Anzeigen dunkel und zeigen damit an, dass im<br />

Normalfall kein Erdungsvorgang eingeleitet werden<br />

kann. Dies ist erst in spannungslosem Zustand möglich,<br />

und zwar sowohl <strong>von</strong> der FSL per Fernsteuerbefehl<br />

an <strong>die</strong> AEE als auch an jedem Tableau am oder<br />

im Tunnel durch Betätigen des roten Drucktasters.<br />

Bei spannungsloser Oberleitung leuchten oben<br />

links rote Anzeigen dauernd, während des Erdungs-<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

531

Erdung und Rückleitung<br />

FSL<br />

Kommunikations-Protokoll<br />

IEC 60870-5-104<br />

AEE<br />

Signalltafel zweiseitig<br />

Blitzpfeil: Verlassen des<br />

Rettungsbereichs<br />

Kommunikations-Netzwerk im Tunnel<br />

(optischer Ring)<br />

Erdungssymbol: Betreten<br />

des Rettungsbereichs<br />

RTU-FL<br />

Optional<br />

(nur Stellungsmeldung)<br />

RTU-BS<br />

1…n<br />

RTU-FL<br />

Optional<br />

(nur Stellungsmeldung)<br />

M<br />

M<br />

Steuer- und<br />

Anzeigetableau<br />

M<br />

M<br />

M<br />

M<br />

M<br />

M<br />

FSL<br />

Sicherer Bereich<br />

FSL<br />

Bild 2:<br />

Prinzipielle Konfiguration Automatische Erdungseinrichtung (AEE) (Bilder 2 bis 5 und 7: Balfour Beatty Rail).<br />

Bei Längsunterteilungen der Oberleitung, <strong>die</strong> <strong>von</strong><br />

TSI bei über 5 km langen Tunneln vorgeschri<strong>eb</strong>en<br />

sind, werden <strong>die</strong> Abläufe projektbezogen gestaltet.<br />

3.3 Anzeigen<br />

Bild 3:<br />

AEE-Steuer- und Anzeigetableau.<br />

vorgangs blinken sie, und grüne Anzeigen oben rechts<br />

signalisieren <strong>die</strong> beidseitig geerdete Oberleitung.<br />

Anders als in Deutschland und Österreich lässt<br />

sich mit der AEE der Erdungsvorgang auch bei Spannung<br />

führender Oberleitung starten, zum Beispiel<br />

im Notfall. Dazu müssen dann gleichzeitig Schlüsselschalter<br />

und Drucktaster betätigt werden.<br />

Die AEE steuert und überwacht auch das Enterden,<br />

der Befehl da<strong>für</strong> kommt aber <strong>von</strong> einem externen, vom<br />

Betreiber einzurichtenden und zu sichernden Gerät.<br />

Ein per AEE geerdeter Oberleitungsbereich wird mit<br />

paarigen so genannten Signaltafeln angezeigt, <strong>die</strong><br />

mit den Rückseiten dicht gegeneinander montiert<br />

werden und jeweils in Blickrichtung den Anfang des<br />

Bereichs mit dem Erde-Symbol und seine Grenze mit<br />

dem Blitz-Symbol aus LED anzeigen (Bild 4).<br />

Diese Signaltafeln müssen in örtlich festzulegendem<br />

Abstand zu Spannung führenden Teilen<br />

angrenzender Oberleitungen ang<strong>eb</strong>racht werden,<br />

zweckmäßig nahe bei den Erdungsschaltern.<br />

Über seitlichen Rettungszugängen, an denen sich<br />

<strong>die</strong> RTU-BS befinden, können optional Leuchtschriften<br />

auf <strong>die</strong> geerdete Oberleitung hinweisen (Bild 5).<br />

4 Typenzulassung<br />

4.1 Rechtliche Grundlagen<br />

Das schweizerische Eisenbahnrecht besteht aus dem<br />

Eisenbahngesetz, der Eisenbahnverordnung und den<br />

Ausführungsbestimmungen zu letzterer [6]; zudem<br />

können weitere Vorschriften relevant sein (Tabelle 2).<br />

532 112 (2014) Heft 8-9

Erdung und Rückleitung<br />

Nach EBG erteilt das Bundesamt <strong>für</strong> Verkehr (BAV)<br />

eine Typenzulassung (TZ) <strong>für</strong> Fahrzeuge, Elemente<br />

<strong>von</strong> Fahrzeugen sowie <strong>für</strong> Elemente <strong>von</strong> Eisenbahnanlagen,<br />

<strong>die</strong> in gleicher Weise und Funktion verwendet<br />

werden sollen, wenn der Antragsteller den<br />

Sicherheitsnachweis erbracht hat und das Vorhaben<br />

den Vorschriften entspricht.<br />

Nach EBV kann ein solcher Antrag gestellt werden,<br />

sofern <strong>die</strong> TZ geeignet ist, Verfahren zu vereinfachen.<br />

Soweit der Antragsteller im Rahmen eines Plangenehmigungs-<br />

oder Betri<strong>eb</strong>sbewilligungsverfahrens <strong>für</strong><br />

den Bewilligungsgegenstand oder Teile da<strong>von</strong> eine<br />

oder mehrere TZ hat und <strong>die</strong> Konformität mit dem<br />

Typ erklärt, geht das BAV da<strong>von</strong> aus, dass der typenzugelassene<br />

Teil des Bewilligungsgegenstands den<br />

zum Zeitpunkt der TZ-Erteilung geltenden Vorschriften<br />

entspricht. Der Antragsteller muss jedoch darlegen,<br />

dass <strong>die</strong> TZ auf den vorgesehenen Betri<strong>eb</strong> und<br />

dessen Einsatzbedingungen anwendbar ist.<br />

Bild 4:<br />

Einbausituation Weinbergtunnel DML Zürich.<br />

1 Erdungsschnellschalter in Stellung aus<br />

2 Flexball-Zug<br />

3 Schalterstellungs-Meldeleitung<br />

4 LED-Signaltafeln (in Blickrichtung <strong>für</strong> Erde-Symbol)<br />

4.2 Einsatz eines Produkts im schweizerischen<br />

Eisenbahnnetz<br />

Für den Einsatz eines Produktes im schweizerischen<br />

Eisenbahnnetz gibt es mehrere Wege (Bild 6).<br />

Bei Variante A wird im Plangenehmigungsverfahren<br />

(PGV) bewertet und festgestellt, ob das Produkt konform<br />

mit den hoheitlichen Vorschriften in das Projekt integriert<br />

ist. Sie eignet sich <strong>für</strong> nur selten eingesetzte Produkte.<br />

Allerdings ist dann <strong>die</strong> Konformität in jedem PGV<br />

erneut zu prüfen, was dessen Durchlaufzeit verlängert.<br />

Wenn das Produkt unter gleichen Anwendungsbedingungen<br />

mehrfach eingesetzt werden soll,<br />

empfiehlt sich Variante B. Hierbei wird seine Vorschriftenkonformität<br />

unter definierten Anwendungsbedingungen<br />

einmal geprüft, und in den nachfolgenden<br />

PGV deklariert der Antragsteller <strong>die</strong> Konformität<br />

mit dem zugelassenen Typ. Das BAV prüft dann nur,<br />

ob <strong>die</strong> in der TZ festgelegten Anwendungsbedingungen<br />

zu den Projektanforderungen passen.<br />

Bild 5:<br />

Hinweis über seitlichem Rettungszugang.<br />

Bei Variante C wird <strong>die</strong> TZ im Nachgang zu einem<br />

PGV erwirkt.<br />

4.3 Typenzulassung oder Bewilligung zur<br />

Betri<strong>eb</strong>serprobung<br />

Wenn der Antragsteller nachweist, dass der Zulassungsgegenstand<br />

unter den beantragten Anwendungsbedingungen<br />

bereits eingesetzt wurde und<br />

somit Betri<strong>eb</strong>serfahrungen vorliegen, erteilt das BAV<br />

nach erfolgreicher Prüfung eine TZ. Liegen derartige<br />

Nachweise nicht vor, kann das BAV vor der Erteilung<br />

TABELLE 2<br />

Rechtsgrundlagen <strong>für</strong> Typenzulassung in Schweizer Eisenbahnwesen.<br />

Langtitel Kurztitel, Abkürzung SR-Nummer 1<br />

Eisenbahnrecht<br />

Eisenbahngesetz<br />

Verordnung über den Bau und Betri<strong>eb</strong> der Eisenbahnen<br />

Ausführungsbestimmungen zur Eisenbahnverordnung<br />

Elektrizitätsrecht<br />

Bundesgesetz betreffend <strong>die</strong> elektrischen Schwach- und Starkstromanlagen<br />

Vorordnung über elektrische Starkstromanlagen<br />

Vorordnung über elektrische Leitungen<br />

Umweltrecht<br />

Bundesgesetz über den Umweltschutz<br />

Gewässerschutzverordnung<br />

Verordnung über den Schutz vor nichtionisierender Strahlung<br />

EBG<br />

Eisenbahnverordnung, EBV<br />

AB-EBV<br />

Elektrizitätsgesetz, EleG<br />

Starkstromverordnung<br />

Leitungsverordnung, LeV<br />

1<br />

Systematische Sammlung des Bundesrechts der Schweiz (Systematische Rechtssammlung)<br />

Umweltschutzgesetz, USG<br />

GSchV<br />

NISV<br />

742.101<br />

742.141.1<br />

742.141.11<br />

734.0<br />

734.2<br />

734..31<br />

814.01<br />

814.201<br />

814.710<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

533

Erdung und Rückleitung<br />

A<br />

Plangenehmigungsverfahren (PGV)<br />

→ Vorschriftskonformität der Planung feststellen<br />

→ Einsatzeignung <strong>von</strong> Produkten entsprechend den<br />

aktuellen Projekt(haupt)anforderungen feststellen<br />

B<br />

Typenzulassung (TZ)<br />

→ Anwendungsbedingung<br />

PGV Projekt A<br />

→ (Haupt-) Anforderungen<br />

PGV Projekt B<br />

→ (Haupt-) Anforderungen<br />

C<br />

Typenzulassung (TZ)<br />

PGV Projekt n<br />

→ (Haupt-) Anforderungen, Vorschrifteneinhaltung<br />

Bild 6:<br />

Zulassungsverfahren (Grafik: BAV).<br />

TABELLE 3<br />

der eigentlichen TZ eine Bewilligung zur Betri<strong>eb</strong>serprobung<br />

verfügen. Hierbei soll aufgezeigt werden,<br />

• dass das Objekt <strong>die</strong> Anforderungen in der Praxis<br />

erfüllt,<br />

• dass im realen Betri<strong>eb</strong> keine Ereignisse auftreten,<br />

welche <strong>die</strong> Zuverlässigkeits- und Sicherheitsziele<br />

in Frage stellen,<br />

• dass <strong>die</strong> Anforderungen der Anwender erfüllt<br />

werden und<br />

• wie weit noch <strong>die</strong> Anwenderdokumente aufgearbeitet<br />

werden müssen.<br />

Unterlagen zum Antrag auf Typenzulassung.<br />

Zulassungskonzept<br />

Sicherheitsnachweisführung<br />

Lastenheft SBB<br />

Gefahrenanalyse<br />

Komponentenliste<br />

Fehlermöglichkeits- und einflussanalyse (FMEA), Fehlerbaumanalyse (FTA)<br />

Prozessbeschreibung und technische Beschreibung<br />

Instandhaltungsanleitung, Be<strong>die</strong>nungsanleitung<br />

Sachverständigenvali<strong>die</strong>rungsbericht<br />

Sachverständigenkonzeptgutachten<br />

Der Antragsteller muss dazu einen Erprobungsort<br />

auswählen, <strong>die</strong> Einwilligung und Mitarbeit des Betreibers<br />

einholen und <strong>die</strong> Betri<strong>eb</strong>serprobung im Rahmen<br />

der erteilten Bewilligung verantwortlich durchführen.<br />

Diese Bewilligung entbindet nicht <strong>von</strong> der Plangenehmigungs-<br />

oder Betri<strong>eb</strong>sbewilligungspflicht.<br />

Nach Abschluss der Betri<strong>eb</strong>serprobung reicht<br />

der Antragsteller dem BAV einen Bericht mit allen<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Beurteilung erforderlichen Inhalten und geg<strong>eb</strong>enenfalls<br />

bereinigte Nachweis- und Anwenderdokumente<br />

ein. Nach erfolgreicher Prüfung erteilt<br />

das BAV <strong>die</strong> TZ [4].<br />

4.4 Typenzulassung der AEE<br />

Im Mai 2012 hatten <strong>die</strong> deutsche Balfour Beatty Rail<br />

GmbH und <strong>die</strong> schweizerische Kummler+Matter beim<br />

BAV <strong>die</strong> TZ einer automatischen Erdungseinrichtung<br />

beantragt. Mit geplanten Anwendungen im Gotthard-Basistunnel<br />

(GBT) und bei der Durchmesserlinie<br />

(DML) Zürich war der Sachverhalt der Mehrfachanwendung<br />

und somit <strong>die</strong> Grundvoraussetzung <strong>für</strong><br />

eine TZ geg<strong>eb</strong>en. Zur Beschreibung des Antragsgegenstandes<br />

und als Sicherheitsnachweise <strong>die</strong>nten <strong>die</strong><br />

in Tabelle 3 genannten Unterlagen.<br />

Die Beurteilung stützte sich hauptsächlich auf <strong>die</strong><br />

EBV und <strong>die</strong> AB-EBV. Als anerkannte Regeln der Technik<br />

wurden zahlreiche deutsche, schweizerische, europäische<br />

und internationale Normen und Richtlinien sowie<br />

harmonisierte Dokumente herangezogen. Ferner wurde<br />

eine bestehende TZ des Eisenbahn-Bundesamtes<br />

(EBA) <strong>für</strong> <strong>die</strong> OLSP in Deutschland berücksichtigt.<br />

Die Prüfung des BAV bezüglich der Anwendungsbedingungen<br />

konzentrierte sich in erster Linie auf <strong>die</strong><br />

gesetzlichen und normativen Vorschriften und stützte<br />

sich auf <strong>die</strong> vorliegenden Sachverständigenberichte.<br />

Dabei wurde im Rahmen einer risikoorientierten,<br />

stichprobenartigen Prüfung festgestellt, dass der Antragsgegenstand<br />

den hoheitlichen Anforderungen<br />

unter Berücksichtigung <strong>von</strong> zu erteilenden Auflagen<br />

nicht widerspricht. Die TZ wurde somit erteilt.<br />

534 112 (2014) Heft 8-9

Erdung und Rückleitung<br />

Auf <strong>die</strong> Durchführung einer Betri<strong>eb</strong>serprobung im<br />

schweizerischen Eisenbahnnetz verzichtete das BAV<br />

aus folgenden Gründen:<br />

• Das Grundprinzip <strong>die</strong>ser Erdungseinrichtung<br />

wurde bereits bei anderen Produkten des Herstellers<br />

angewendet und vom EBA in Deutschland<br />

zugelassen.<br />

• Systeme, <strong>die</strong> nach <strong>die</strong>sem Grundprinzip arbeiten, sind<br />

bereits bei der DB und der ÖBB erfolgreich im Einsatz.<br />

• Eine Betri<strong>eb</strong>serprobung im eigentlichen Sinn ist<br />

nicht zielführend, weil das System nur im Ereignisfall<br />

aktiviert wird.<br />

• Die Einrichtung wird periodisch getestet.<br />

Ersatzweise ordnete das BAV mit Blick auf <strong>die</strong> speziellen<br />

Anwendungsbedingungen und <strong>die</strong> Besonderheiten<br />

des schweizerischen Eisenbahnnetzes an:<br />

• Vor der so genannten erstmaligen Inbetri<strong>eb</strong>nahme ist<br />

ein mindestens zweiwöchiger Prob<strong>eb</strong>etri<strong>eb</strong> mit mindestens<br />

20 Probeschaltungen durchzuführen, <strong>die</strong>se<br />

sind zu protokollieren und auszuwerten, dabei sind<br />

allfällige Fehler zu identifizieren und zu beh<strong>eb</strong>en,<br />

• danach ist <strong>die</strong> Anlage durch das BAV im Rahmen<br />

einer Kontrolle vor Ort abnehmen zu lassen.<br />

Bild 7:<br />

Einbausituation Weinbergtunnel DML Zürich.<br />

1 Erdungsschnellschalter in Stellung aus<br />

2 Flexball-Zug<br />

3 Schalterstellungs-Meldeleitung<br />

4 LED-Signaltafeln (in Blickrichtung <strong>für</strong><br />

Erde-Symbol)<br />

Anzeige<br />

Wir freuen uns auf Ihren<br />

Besuch auf dem DB-Stand<br />

im neuen CityCube Berlin<br />

InnoTrans Berlin, 23. – 26. September 2014<br />

Günter Koch<br />

Die ganze Welt setzt auf <strong>die</strong> Schiene.<br />

Setzen Sie auf uns. DB International<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

Engineering. System Consulting. Business Consulting.<br />

Wir entwickeln weltweit intelligente Verkehrssysteme <strong>für</strong> dynamische<br />

Wirtschaftsregionen. Von der Idee bis zur Realisierung, <strong>für</strong> Projekte jeder<br />

Größenordnung – made by Deutsche Bahn.<br />

535<br />

Für Menschen. Für Märkte. Für <strong>morgen</strong>.<br />

www.db-international.de

Erdung und Rückleitung<br />

HINTERGRUND<br />

Auszüge aus Lastenheft der SBB <strong>für</strong> Automatische Erdungseinrichtung<br />

(Dokument FS 2010-100)<br />

Mit der Automatischen Erdungseinrichtung (AEE) werden Fahrstromanlagen<br />

(Oberleitungen, Verstärkungsleitungen, usw.) eines definierten Bereiches,<br />

<strong>die</strong> sich üblicherweise in einem Tunnel befinden, sicher geerdet.<br />

Eine sichere Erdung der Oberleitung ist zum Personenschutz des Interventionspersonals<br />

bei Ereignissen (Brand, Havarie, usw.) erforderlich.<br />

Der automatische Erdungsvorgang wird in der Leitstelle oder durch<br />

Tastendruck vor Ort ausgelöst. Bei spannungsloser Oberleitung setzt <strong>die</strong><br />

AEE den Ein-Befehl an <strong>die</strong> Erdschalter ab. Bei anstehender Spannung<br />

verhindert eine Verriegelung das Kurzschließen der Oberleitung mit der<br />

Rückleitung. Diese Verriegelung kann an den da<strong>für</strong> bezeichneten Be<strong>die</strong>nstellen<br />

mit einem Schlüssel aufgehoben werden.<br />

Die Ausbefehlsgabe an <strong>die</strong> AEE kann nur an einer definierten Stelle<br />

und mit einem Werkzeug/Schlüssel erfolgen.<br />

Die AEE ist <strong>für</strong> folgende Anwendungsfälle vorgesehen:<br />

• Tunnel mit einer oder mehreren Spuren<br />

• Tunnel ohne und mit Längssektionierung<br />

• Tunnel mit oder ohne seitliche Zugänge<br />

• Tunnel mit oder ohne Abzweig<br />

• …mit Be<strong>die</strong>ntafeln an geschützten und an frei zugänglichen Orten.<br />

Die Erdungsschalter sind einschalt- und kurzschlussfest. Die Erdungsschalter<br />

können auch manuell mittels Kurbel ein- und ausgeschaltet werden.<br />

4.5 Besondere Auflagen<br />

Im Rahmen des TZ-Verfahrens waren zwei Punkte<br />

nicht vollständig spezifiziert. Der eine betraf <strong>die</strong> Eigenschaften<br />

der im Tunnel eingesetzten Kabel. Sofern<br />

<strong>die</strong>se bei einem Brand dem Feuer ausgesetzt sind,<br />

müssen sie laut AB-EBV verminderte Brandfortleitung<br />

sowie geringe Rauchdichte haben und halogenfrei<br />

sein. Diese Forderungen lassen sich mit IEC-konformen<br />

Kabeln und geeigneter Verlegung erfüllen. Der<br />

Antragsteller muss folglich <strong>die</strong> Eigenschaften der Kabel<br />

den jeweiligen Projektbedingungen anpassen.<br />

Der andere Punkt betraf <strong>die</strong> elektrischen Verbindungen<br />

des Erdungsschalters mit der Oberleitung<br />

und der Rückleitung. Hierzu hat der Antragsteller in<br />

jedem Anwendungsprojekt <strong>die</strong> Ersteller und Betreiber<br />

der Anlagen zu informieren, dass eine Risikoabschätzung<br />

durchzuführen ist. Allenfalls sind weitere<br />

Maßnahmen zum Einhalten der maximal zulässigen<br />

Berührungsspannung umzusetzen.<br />

5 Erste Anwendung<br />

Das erste Anwendungsprojekt <strong>für</strong> <strong>die</strong> AEE ist der<br />

knapp 5 km lange zweigleisige Weinbergtunnel der<br />

DML in Zürich (Bild 7). Dieser hat einen parallelen<br />

Flucht- und Rettungsstollen, an dessen Anfang und<br />

Ende jeweils eine RTU-FL und in dessen neun Querschlägen<br />

zum Fahrtunnel jeweils eine RTU-BS installiert<br />

ist. Aktuelle Projektbeschreibungen zeigen zwar<br />

Weichenverbindungen im Tunnel, <strong>die</strong> jedoch dicht<br />

bei den Portalen liegen und deren Deckenstromschienen<br />

nicht <strong>von</strong> der AEE erfasst werden.<br />

Anfang April 2014 wurde hier der geforderte<br />

zweiwöchige Prob<strong>eb</strong>etri<strong>eb</strong> mit 20 Probeschaltungen<br />

in unterschiedlichen Ausgangssituationen erfolgreich<br />

absolviert. Nachdem dann <strong>die</strong> angeordnete<br />

Kontrolle und Abnahme durch das BAV im April<br />

2014 durchgeführt war, war <strong>die</strong> AEE zur Eröffnung<br />

der DML am 12. Juni 2014 betri<strong>eb</strong>sbereit.<br />

The English translation is published in <strong>eb</strong> international<br />

2014.<br />

Literatur<br />

[1] SBB: Lastenheft Automatische Erdungseinrichtung (FS<br />

2012-100).<br />

[2] Richtlinie 2008/163/EG: Technische Spezifikation <strong>für</strong> <strong>die</strong> Interoperabilität<br />

bezüglich „Sicherheit in Eisenbahntunneln“.<br />

[3] Bundesamt <strong>für</strong> Verkehr: Ausführungsbestimmungen zur<br />

Eisenbahnverordnung, Stand 01.08.2013.<br />

[4] Bundesamt <strong>für</strong> Verkehr: Richtlinie V1.0 Typenzulassung<br />

<strong>für</strong> Elemente <strong>von</strong> Eisenbahnanlagen, Stand 01.10.2010.<br />

[5] Dölling, A.; Focks, M.; Gumberger, G.: Fahrleitungserdung<br />

– automatisiert mit Sicat ® AES. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

111 (2013), H. 3, S. 172–184.<br />

[6] Wili, U.: Neues Schweizer Vorschriftensystem <strong>für</strong> elektrische<br />

<strong>Bahnen</strong>. In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> 111 (2013), H. 5,<br />

S. 320–324; H. 10, S. 586–592.<br />

AUTORENDATEN<br />

Ingolf Zielinski (62), Studium Nachrichtentechnik,<br />

Fachrichtung Automatisierungstechnik,<br />

Fachhochschule Darmstadt<br />

bis 1974; bis 1989 Projektmanager, <strong>von</strong><br />

1989 bis 2000 Leiter Projektabwicklung bei<br />

repas AEG Automation GmbH in Dreieich;<br />

bis 2011 Projektmanager und Vertri<strong>eb</strong>s-<br />

Support <strong>für</strong> Netzleitsystem, seitdem<br />

Produktmanager Schutz-, Steuer- und<br />

Leittechnik bei Balfour Beatty Rail GmbH.<br />

Adresse: Balfour Beatty Rail GmbH,<br />

Frankfurter Straße 111,<br />

63067 Offenbach, Deutschland;<br />

E-Mail: ingolf.zielinski@bbrail.com<br />

Dipl.-Ing. Mike Schweller (49), Studium<br />

Elektrotechnik Hochschule <strong>für</strong> Verkehrswesen<br />

„Friedrich List“ Dresden bis 1992;<br />

bis 2007 Projekteur, Fachgruppenleiter<br />

und Chief Engineer <strong>für</strong> Bahnstromanlagen<br />

bei Siemens Transportation Systems in<br />

Erlangen, seitdem stellvertretender Leiter<br />

<strong>Elektrische</strong> Anlagen im Bundesamt <strong>für</strong><br />

Verkehr (BAV); Mitglied CENELEC SC9XC<br />

WG C1 und C17 sowie TK9 Schweiz.<br />

Adresse: Bundesamt <strong>für</strong> Verkehr,<br />

3003 Bern, Schweiz;<br />

E-Mail: mike.schweller@bav.admin.ch<br />

536 112 (2014) Heft 8-9

<strong>eb</strong> – Das Fachmagazin<br />

<strong>für</strong> den Bahnprofi<br />

www.elektrisch<strong>eb</strong>ahnen.de<br />

Elektrotechnik im Verkehrswesen<br />

Lesen Sie jetzt <strong>die</strong> führende Publikation <strong>für</strong> Entwicklung,<br />

Bau, Betri<strong>eb</strong> und Instandhaltung elektrischer <strong>Bahnen</strong> und<br />

Verkehrssysteme. Mit detaillierten Fachberichten über<br />

Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge, Fahrzeugausrüstung, Infrastruktur und<br />

Energieversorgung.<br />

Wählen Sie einfach das Bezugsang<strong>eb</strong>ot, das Ihnen zusagt:<br />

• Heft<br />

• ePaper<br />

• Heft + ePaper<br />

25% ersten Bezugsjahr<br />

Rabatt im<br />

<strong>eb</strong> - <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> erscheint in der DIV Deutscher Industrieverlag GmbH, Arnulfstr. 124, 80636 München<br />

WISSEN FÜR DIE<br />

ZUKUNFT<br />

Vorteilsanforderung per Fax: +49 Deutscher 931 Industrieverlag / 4170-494 GmbH | Arnulfstr. oder 124 abtrennen | 80636 München und im Fensterumschlag einsenden<br />

Ja, ich möchte <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> regelmäßig lesen und im ersten Bezugsjahr 25 % sparen.<br />

Bitte schicken Sie mir das Fachmagazin <strong>für</strong> zunächst ein Jahr (10 Ausgaben)<br />

als Heft <strong>für</strong> € 236,25 zzgl. Versand<br />

(Deutschland: € 30,- / Ausland: € 35,-).<br />

als ePaper (Einzellizenz) <strong>für</strong> € 236,25<br />

als Heft + ePaper <strong>für</strong> € 337,13<br />

inkl. Versand (Deutschland) / € 342,13 (Ausland).<br />

Für Schüler / Studenten (gegen Nachweis) zum Vorzugspreis<br />

als Heft <strong>für</strong> € 118,13 zzgl. Versand<br />

(Deutschland: € 30,- / Ausland: € 35,-).<br />

als ePaper (Einzellizenz) <strong>für</strong> € 118,13<br />

als Heft + ePaper <strong>für</strong> € 183,56 inkl. Versand<br />

(Deutschland) / € 188,56 (Ausland).<br />

Alle Preise sind Jahrespreise und verstehen sich inklusive Mehrwertsteuer. Nur wenn ich nicht bis 8 Wochen<br />

vor Bezugsjahresende kündige, verlängert sich der Bezug zu regulären Konditionen um ein Jahr.<br />

Firma/Institution<br />

Vorname, Name des Empfängers<br />

Straße / Postfach, Nr.<br />

Land, PLZ, Ort<br />

Antwort<br />

Leserservice <strong>eb</strong><br />

Postfach 91 61<br />

97091 Würzburg<br />

Telefon<br />

E-Mail<br />

Branche / Wirtschaftszweig<br />

Telefax<br />

Widerrufsrecht: Sie können Ihre Vertragserklärung innerhalb <strong>von</strong> zwei Wochen ohne Angabe <strong>von</strong> Gründen in Textform (z.B.<br />

Brief, Fax, E-Mail) oder durch Rücksendung der Sache widerrufen. Die Frist beginnt nach Erhalt <strong>die</strong>ser Belehrung in Textform. Zur<br />

Wahrung der Widerrufsfrist genügt <strong>die</strong> rechtzeitige Absendung des Widerrufs oder der Sache an den Leserservice <strong>eb</strong>, Postfach<br />

9161, 97091 Würzburg.<br />

✘<br />

Ort, Datum, Unterschrift<br />

PAEBAH2014<br />

Nutzung personenbezogener Daten: Für <strong>die</strong> Auftragsabwicklung und zur Pflege der laufenden Kommunikation werden personenbezogene Daten erfasst und gespeichert. Mit <strong>die</strong>ser Anforderung erkläre ich mich damit einverstanden,<br />

dass ich vom DIV Deutscher Industrieverlag oder vom Vulkan-Verlag per Post, per Telefon, per Telefax, per E-Mail, nicht über interessante, fachspezifische Me<strong>die</strong>n und Informationsang<strong>eb</strong>ote informiert und beworben werde.<br />

Diese Erklärung kann ich mit Wirkung <strong>für</strong> <strong>die</strong> Zukunft jederzeit widerrufen.

Erdung und Rückleitung<br />

Beanspruchungsermittlung <strong>von</strong><br />

Niederspannungsbegrenzern bei<br />

Gleichstrombahnen durch Simulation<br />

Pascal Höfig, Sven Körner, Arnd Stephan Dresden; Bernhard Richter, Bernhard Doser,<br />

Wettingen (CH)<br />

Spannungsbegrenzungseinrichtungen (VLD) werden bei Gleichstrombahnen zur Gewährleistung<br />

des Personenschutzes an den Streckenanlagen eingesetzt. Für <strong>die</strong> Festlegung geeigneter Einbauorte<br />

<strong>von</strong> VLD und <strong>für</strong> ihre Dimensionierung sind Kenntnisse über <strong>die</strong> Beanspruchung bei typischen<br />

Bahnbetri<strong>eb</strong>sszenarien notwendig. Durch den Einsatz <strong>von</strong> Simulationsprogrammen werden Aussagen<br />

zum Problemkreis gewonnen.<br />

INVESTIGATION OF THE LOAD OF VOLTAGE LIMITING DEVICES IN DC RAILWAYS USING SIMU-<br />

LATION<br />

In DC railways voltage limiting devices (VLD) are used for protection of human health against electrical<br />

hazards in facilities along the line. The determination of suitable positions and rating of VLDs<br />

require knowledge about the load in railway-specific applications. Simulation software can be used<br />

to answer question regarding the complex of problems.<br />

CALCUL DES CONTRAINTES DE LIMITEURS DE BASSES TENSIONS SUR LES LIGNES À COURANT<br />

CONTINU PAR SIMULATION<br />

Les limiteurs de tension (VLD) sont utilisés sur les lignes électrifiées en courant continu pour garantir<br />

la sécurité des personnes travaillant sur les voies. Pour déterminer des emplacements appropriés<br />

pour l’installation de VLD ainsi que leur dimensionnement, il est nécessaire de connaître les<br />

contraintes dérivant de scénarios typiques d’exploitation. Le recours à des programmes de simulation<br />

donne des informations sur cette problématique.<br />

1 Einführung<br />

Spannungsbegrenzungseinrichtungen (englisch:<br />

Voltage Limiting Device; VLD) werden bei mit<br />

Gleichstrom betri<strong>eb</strong>enen elektrischen <strong>Bahnen</strong> zur<br />

Gewährleistung des Personenschutzes an den Streckenanlagen<br />

zwischen Erde und isoliert verlegter<br />

Gleisanlage zur Potentialüberwachung eingesetzt.<br />

Bei Überschreitung normativ festgelegter Grenzwerte<br />

[1] sollen sie einen temporären Potenzialausgleich<br />

herstellen und somit das Abgreifen der<br />

Berührungsspannungen im Fehlerfall (VLD-F) oder<br />

der abgreifbaren Spannung im Betri<strong>eb</strong> (VLD-O)<br />

durch Personen verhindern.<br />

Für <strong>die</strong> Festlegung geeigneter Einbauorte der VLD<br />

und <strong>für</strong> ihre elektrotechnische Bemessung ist <strong>die</strong><br />

Kenntnis der zu erwartenden Beanspruchungen eine<br />

wesentliche Voraussetzung. Die Höhe und <strong>die</strong> Dauer<br />

der tatsächlich auftretenden Potenzialdifferenzen<br />

und Ableitströme sind jedoch <strong>von</strong> zahlreichen gleisbau-,<br />

bahnstrom- und fahrzeugtechnischen Parametern<br />

sowie <strong>von</strong> bahnbetri<strong>eb</strong>lichen und äußeren<br />

Randbedingungen abhängig.<br />

2 Ausgangslage<br />

2.1 Untersuchungsmethodik<br />

Zu den Grundlagen gehören <strong>die</strong> Darstellung der<br />

relevanten Normen und der Funktionsweise <strong>von</strong><br />

Niederspannungsbegrenzern, <strong>die</strong> Definition wesentlicher<br />

physikalischer Einflussparameter auf <strong>die</strong><br />

Gleis-Erde-Spannung und <strong>die</strong> Beschreibung der<br />

Anforderungen <strong>für</strong> <strong>die</strong> Umsetzung der Aufgabe in<br />

einem Simulationsmodell. Die Simulationsmodelle<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Beschreibung der elektrotechnischen Verhältnisse<br />

der Stromableitung gegen Erde basieren<br />

auf den Ausführungen in [2] bis [5]. Nach erfolgter<br />

Grundlagenaufbereitung wurden parametersensitive<br />

Simulationsszenarien <strong>für</strong> Gleichstrombahnsysteme<br />

erstellt und <strong>die</strong> Gleis-Erde-Spannungen durch<br />

Simulationsrechnungen ermittelt. In Abhängigkeit<br />

der Höhe der Gleis-Erde-Spannungen wurden Einbauorte<br />

<strong>für</strong> VLD bestimmt. Die VLD sind in Form<br />

<strong>von</strong> Schaltern mit Innenwiderstand und durch <strong>die</strong><br />

Definition <strong>von</strong> Schaltbedingungen modellierbar. In<br />

<strong>die</strong> Simulationsszenarien wurde das Modell der VLD<br />

538 112 (2014) Heft 8-9

Erdung und Rückleitung<br />

entsprechend der Einbauorte integriert. Bei weiteren<br />

Simulationen wurden <strong>die</strong> Höhe und <strong>die</strong> Dauer<br />

der Ableitströme durch <strong>die</strong> Niederspannungsbegrenzer<br />

im geschlossenen Zustand berechnet. Die<br />

Erg<strong>eb</strong>nisse aus der Simulation wurden zusammengestellt<br />

und bewertet. Aufbauend auf den Erg<strong>eb</strong>nissen<br />

wurden Empfehlungen <strong>für</strong> den Einsatz und <strong>die</strong><br />

Dimensionierung <strong>von</strong> VLD abgeleitet.<br />

2.2 Normative Grundlagen und<br />

Wirkungsprinzipien<br />

Die EN 50122-1 [1]unterscheidet zwei Typen <strong>von</strong><br />

Spannungsbegrenzungseinrichtungen.<br />

Der VLD-F (F: Failure) schützt vor unzulässigen Berührungsspannungen<br />

im Fehlerfalle dadurch, dass er<br />

berührbare leitende Teile mit dem Rückleiter verbindet<br />

was zum Abschalten der Leitung führt.<br />

Der VLD-O (O: Operation) schützt vor unzulässigen<br />

Berührungsspannungen, <strong>die</strong> im normalen Betri<strong>eb</strong><br />

und im Fehlerfall (Strompfad identisch) auftreten.<br />

Er verbindet geerdete Strukturen mit dem<br />

Rückleiter. Das Abschalten der Leitung durch das<br />

Ansprechen des VLD-O ist nicht beabsichtigt.<br />

Im Jahre 2014 ist <strong>die</strong> Norm EN 50526-2 [6] erschienen,<br />

welche <strong>die</strong> Anforderungen und Prüfungen<br />

an Spannungsbegrenzungseinrichtungen<br />

beschreibt, <strong>die</strong> in ortsfesten Gleichstrombahnanwendungen<br />

genutzt werden. Diese Norm unterscheidet<br />

vier verschiedene Klassen <strong>von</strong> Spannungsbegrenzungseinrichtungen:<br />

• Klasse 1: Spannungsdurchschlagssicherungen<br />

• Klasse 2: Spannungsbegrenzungseinrichtungen<br />

basierend auf elektronischen Schaltelementen<br />

wie Thyristoren<br />

• Klasse 3: Spannungsbegrenzungseinrichtungen<br />

basierend auf einem mechanischen Schalter<br />

• Klasse 4: Spannungsbegrenzungseinrichtungen<br />

basierend auf einem mechanischen Schalter und<br />

zusätzlichen elektronischen Schaltelementen,<br />

beispielsweise Thyristoren<br />

Die Geräte der Klassen 1 und 2 sind passiv, das heißt<br />

sie benötigen keine Energieversorgung und können<br />

auf der Strecke eingesetzt werden. Die Geräte der<br />

Klassen 3 und 4 benötigen eine Energieversorgung<br />

und sind <strong>für</strong> den Einsatz in den Stationen vorgesehen.<br />

Die Geräte der Klasse 1 sind in der Regel nicht<br />

rückstellbar, da <strong>die</strong> Elektroden nach dem Stromfluss<br />

verschweißen und einen Kurzschluss bilden.<br />

Die Geräte der Klasse 2 sind im spezifizierten<br />

Belastungsbereich reversibel, bei darüber hinausgehenden<br />

Belastungen legieren <strong>die</strong> elektronischen<br />

Schaltelemente durch und bilden einen Kurzschluss.<br />

Diese Geräte benötigen zum Löschen einen Stromnulldurchgang.<br />

Die Geräte der Klassen 3 und 4 sind reversibel im<br />

spezifizierten Belastungsbereich und können spezifizierte<br />

Lastströme abschalten.<br />

2.3 Einflussparameter auf <strong>die</strong> Gleis-Erde-<br />

Spannung<br />

Spannungsbegrenzungseinrichtungen als elektrische<br />

Betri<strong>eb</strong>smittel haben <strong>die</strong> Aufgabe unzulässig hohe<br />

Gleis-Erde-Spannungen zu begrenzen. Bei Gleichstrombahnen<br />

werden <strong>die</strong> Schienen eines Gleises<br />

und <strong>die</strong> Gleise einer Strecke elektrisch untereinander<br />

querverbunden. Damit kann anstelle <strong>von</strong> den in [1]<br />

definierten Schienenpotenzialen synonym <strong>von</strong> Gleis-<br />

Erde-Spannung gesprochen werden [2].<br />

Um Aussagen über Einsatzorte und <strong>für</strong> <strong>die</strong> Dimensionierung<br />

im Betri<strong>eb</strong> zu treffen, ist zunächst eine<br />

Analyse der <strong>die</strong> Höhe der Gleis-Erde-Spannung bestimmenden<br />

Parameter erforderlich. Als wesentliche<br />

Einflussparameter werden festgelegt:<br />

• der Rückstrom der Fahrzeuge zum Unterwerk<br />

• der Längswiderstand der Fahrschienen<br />

• der Ableitungsbelag Gleis-Erde<br />

• <strong>die</strong> Länge der Speiseabschnitte<br />

Diese Parameter werden im Folgenden detailliert diskutiert.<br />

Bei der Leistungsübertragung zwischen Unterwerk<br />

und Fahrzeug fließt bei positiver Polarität der Fahrleitung<br />

ein entsprechender Traktionsstrom durch <strong>die</strong> Fahrleitung,<br />

der als Rückstrom durch <strong>die</strong> Schiene zum Unterwerk<br />

zurückfließt. Diese Rückströme in der Fahrschiene<br />

erzeugen sowohl Längsspannungsfälle in der Schiene<br />

als auch Spannungen zwischen der Fahrschiene und<br />

dem Erdreich, <strong>die</strong> sogenannte Gleis-Erde-Spannung.<br />

Die Höhe des Rückstroms hängt <strong>von</strong> dem sich einstellenden<br />

Spannungsniveau auf Basis der Leistungsaufnahme,<br />

oder Leistungsabgabe beim Bremsen,<br />

der Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge und den Widerstandsverhältnissen<br />

des elektrischen Kreises ab. Dieses Spannungsniveau<br />

wird zusätzlich durch <strong>die</strong> Nennspannung des<br />

<strong>Bahnen</strong>ergieversorgungssystems bestimmt. Bei gleichem<br />

Strom steigt <strong>die</strong> übertragbare Leistung linear<br />

mit der Spannung an.<br />

Möglichkeiten zur Reduzierung des Rückstromanteils<br />

in den Schienen sind <strong>die</strong> zweiseitige Speisung<br />

einer Strecke, <strong>die</strong> Verlegung zusätzlicher Rückleitungskabel<br />

und <strong>die</strong> Querkupplung der Gleise.<br />

Der Längswiderstand R der Fahrschienen geht<br />

nach dem Ohmschen Gesetz in gleicher Weise wie<br />

der Betri<strong>eb</strong>sstrom in <strong>die</strong> Berechnung der Gleis-Erde-<br />

Spannung ein. Bei der Betrachtung sind auch mögliche<br />

Schienen- und Gleisquerverbindungen zu berücksichtigen.<br />

Um <strong>die</strong> Gleis-Erde-Spannung zu verringern, muss<br />

der Rückleitungswiderstand reduziert werden. Eine<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

539

Erdung und Rückleitung<br />

zweiseitige<br />

Speisung<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

Fahrzeug<br />

BR 481<br />

Möglichkeit der Reduzierung ist <strong>die</strong> Nutzung aller<br />

Fahrschienen als Rückleiter. Diese Konfiguration ist<br />

bei Gleisstromkreisen, <strong>die</strong> nur eine Fahrschiene als<br />

Rückleiter gestatten, nicht möglich.<br />

Um den Längswiderstand weiter zu senken, sollten<br />

<strong>die</strong> Schienen außerdem nach dem Stand der Technik<br />

längsverschweißt sein. Falls Längsverlaschungen<br />

zur elektrischen Durchverbindung genutzt werden,<br />

sollten <strong>die</strong>se dabei so niederohmig wie möglich sein,<br />

um den Längswiderstand der Fahrschienen nicht signifikant<br />

zu erhöhen.<br />

Eine weitere Möglichkeit zur Senkung des Rückleitungswiderstands<br />

ist <strong>die</strong> zusätzliche Nutzung <strong>von</strong><br />

Rückleitungsverstärkungsleitungen. Verwendet werden<br />

heutzutage Kabel, bestehend aus Aluminium<br />

oder Kupfer mit einem Querschnitt <strong>von</strong> 300 mm²<br />

bis 500 mm². In älteren Anlagen können auch Querschnitte<br />

bis zu 1 000 mm² aus der Parallelschaltung<br />

mehrerer Einzelkabel vorhanden sein.<br />

Durch <strong>die</strong> Rückleitungsverstärkung wird der nutzbare<br />

Rückleitungsquerschnitt erhöht und somit der<br />

gesamte Längswiderstand gesenkt. Dieser zusätzliche<br />

geschaffene Rückleitungspfad ermöglicht dem<br />

Strom außerdem einen weiteren Rückleitungsweg<br />

anstelle der Schiene, so dass <strong>die</strong> Gleis-Erde-Spannung<br />

gesenkt wird.<br />

Bei dem Einfluss der Gleisisolierung auf <strong>die</strong> Gleis-<br />

Erde-Spannung kann man zwei unterschiedliche Fälle<br />

analysieren. Bei Nahverkehrsbahnen mit kurzen<br />

Unterwerksabständen ist der Einfluss der Gleisisolierung<br />

<strong>von</strong> geringer Bedeutung. Bei Gleichstrom-<br />

Fernbahnen mit langen Rückleitungsabschnitten ist<br />

der Einfluss signifikant höher, da bei gleicher Querableitung<br />

hohe Ströme in <strong>die</strong> Erde fließen können.<br />

G<strong>eb</strong>räuchliche Werte <strong>für</strong> den kilometrischen Ableitungsbelag<br />

G‘, sind in Tabelle 1 angeg<strong>eb</strong>en.<br />

Um Streustromkorrosion bei Gleichstrombahnen zu<br />

vermeiden, sind kleine Ableitungsbeläge G‘ notwendig,<br />

damit der Übertritt <strong>von</strong> Strömen in das Erdreich<br />

einseitige<br />

Speisung<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

Variante 5<br />

S-Bahn<br />

U di0 = 1800 V<br />

G‘ = 0,5 S/km<br />

R‘ = 0,0273 Ω/km<br />

Bild 1:<br />

Variantenübersicht S-Bahn (alle Grafiken: Autoren).<br />

zweiseitige<br />

Speisung<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

Fahrzeug<br />

BR 474<br />

einseitige<br />

Speisung<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

Zugfolge: 5 min<br />

Variante 8<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

begrenzt wird. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, ist der<br />

Ableitungsbelag <strong>von</strong> der Konstruktion des Oberbaus,<br />

der Gestaltung des Unterbaus, dem Verschmutzungsgrad<br />

des Oberbaus, den Witterungsbedingungen und<br />

dem spezifischen Erdwiderstand abhängig.<br />

Bei der Konstruktion des Oberbaus ist zusätzlich<br />

zu beachten, dass der Bettungswiderstand zwischen<br />

den Schienen eines Gleises nicht unterschritten werden<br />

darf, da sonst <strong>die</strong> sichere Funktion <strong>von</strong> Sicherungsanlagen<br />

auf Basis <strong>von</strong> Gleisrelais nicht mehr<br />

gewährleistet ist.<br />

Der letzte maßg<strong>eb</strong>liche Einflussparameter auf <strong>die</strong><br />

Gleis-Erde-Spannung ist <strong>die</strong> Speiseabschnittslänge.<br />

Nimmt man bei Betrachtung der Länge des Speiseabschnittes<br />

einen konstanten Strom an, so hat <strong>die</strong><br />

Länge einen linearen Einfluss auf <strong>die</strong> Gleis-Erde-Spannung,<br />

das heißt <strong>die</strong> Gleis-Erde-Spannung erhöht sich<br />

linear mit der Länge des Speiseabschnittes. Der dargestellte<br />

Zusammenhang kann über <strong>die</strong> Berechnung<br />

des Widerstands aus dem Widerstandsbelag mit der<br />

Länge der elektrischen Leiter nachvollzogen werden.<br />

3 Simulation der<br />

Beanspruchungen<br />

3.1 Anforderungen an ein Simulationssystem<br />

Um Aussagen über <strong>die</strong> Belastung der Spannungsbegrenzungseinrichtungen<br />

treffen zu können, ist<br />

es notwendig, <strong>die</strong> Vorgänge im <strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsnetz<br />

mathematisch abzubilden. Bei <strong>die</strong>ser Abbildung<br />

kommt es darauf an, <strong>die</strong> Wechselwirkungen<br />

zwischen den ortsveränderlichen Verbrauchern und<br />

den ortsfesten Anlagen des elektrischen Netzes in<br />

Form <strong>von</strong> Daten und Datenflüssen nachzustellen.<br />

Ein Abbild der physikalischen Realität kann in<br />

Form eines großen Systemmodells oder durch <strong>die</strong><br />

geschickte Verknüpfung mehrerer kleinerer Teilsysteme<br />

geschaffen werden. Prinzipiell haben sich bei der<br />

Simulation <strong>von</strong> Bahnnetzen mindestens zwei Teilsysteme<br />

herauskristallisiert. Auf der einen Seite gibt es<br />

ein Systemmodell <strong>für</strong> <strong>die</strong> Abbildung des Ortsveränderungsprozesses<br />

der Fahrzeuge: <strong>die</strong> digitale Bahnbetri<strong>eb</strong>ssimulation.<br />

Auf der anderen Seite wird das<br />

<strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsnetz mit einem System in<br />

Form einer elektrischen Netzberechnung modelliert.<br />

Notwendige Eingangsdaten und damit auch<br />

Einflussparameter <strong>für</strong> eine digitale Betri<strong>eb</strong>ssimulation<br />

sind<br />

• Fahrzeugdaten,<br />

• Daten über Fahrweg und Sicherungstechnik und<br />

• Fahrplandaten.<br />

Mithilfe <strong>die</strong>ser Daten ist eine Bahnbetri<strong>eb</strong>ssimulation<br />

möglich.<br />

540 112 (2014) Heft 8-9

Erdung und Rückleitung<br />

Fernbahn<br />

U n = 3000 V<br />

Als Basis <strong>für</strong> <strong>die</strong> Untersuchung wurden drei Grundszenarien<br />

(Nahverkehrs-, S-Bahn- und Fernbahnstrecke)<br />

modelliert und entsprechend der Einflusspara-<br />

Hochgeschwindigkeitsverkehr<br />

(RŽD EWG 1/2)<br />

Allgemeiner<br />

Fernverkehr<br />

(SŽ EMG 312)<br />

zweiseitige<br />

Speisung<br />

einseitige<br />

Speisung<br />

zweiseitige<br />

Speisung<br />

einseitige<br />

Speisung<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

G‘ = 0,5 S/km<br />

R‘ = 0,0273 Ω/km<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

G‘ = 0,5 S/km<br />

R‘ = 0,0273 Ω/km<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

G‘ = 0,5 S/km<br />

R‘ = 0,0273 Ω/km<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

G‘ = 0,5 S/km<br />

R‘ = 0,0273 Ω/km<br />

Variante 3<br />

Variante 12<br />

Variante 9<br />

Variante 18<br />

Hochleistungsverkehr<br />

(ES64U2)<br />

zweiseitige<br />

Speisung<br />

einseitige<br />

Speisung<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

G‘ = 0,5 S/km<br />

R‘ = 0,0273 Ω/km<br />

G‘ = 0,01 S/km<br />

R‘ = 0,0482 Ω/km<br />

G‘ = 0,5 S/km<br />

R‘ = 0,0273 Ω/km<br />

Variante 6<br />

Variante 15<br />

Bild 2:<br />

Variantenübersicht Fernbahn.<br />

Die elektrische Netzsimulation benötigt Werte folgender<br />

Eingangsdaten:<br />

• Antri<strong>eb</strong>sdaten der elektrischen Fahrzeuge (elektrische<br />

Fahrzeugdaten)<br />

• Daten der ortsfesten Anlagen des <strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsnetzes<br />

(elektrische Netzdaten)<br />

Diese Daten allein reichen aber nicht aus, um eine<br />

Netzberechnung durchzuführen. Vielmehr sind <strong>für</strong><br />

<strong>die</strong> Kopplung der Bahnbetri<strong>eb</strong>ssimulation und der<br />

elektrischen Netzberechnung <strong>die</strong> folgenden detaillierten<br />

Informationen erforderlich:<br />

• Fahrzustände aller elektrischen Fahrzeuge mit<br />

angeforderter Leistung<br />

• Positionen aller elektrischen Fahrzeuge im Strecken-<br />

und damit im <strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsnetz<br />

• Struktur, Schaltung und Leistungsfähigkeit des<br />

<strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsnetzes zum aktuellen<br />

Simulationsschritt<br />

Erst durch das Zusammenwirken aller Daten kann<br />

<strong>die</strong> Simulation <strong>die</strong> Lastflüsse im elektrischen Netz berechnen.<br />

Dabei bestimmt <strong>die</strong> Spannungssituation im<br />

<strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsnetz <strong>die</strong> Lastflüsse und wirkt<br />

auf <strong>die</strong> elektrischen Antri<strong>eb</strong>e der Fahrzeuge zurück:<br />

• Mit abnehmendem Spannungsniveau steigen <strong>die</strong><br />

Beträge der Ströme und <strong>die</strong> Verluste.<br />

• Bei geringer Spannung greifen Strom- oder Leistungsbegrenzungen<br />

der Antri<strong>eb</strong>sregelung ein,<br />

<strong>die</strong> Auswirkungen auf <strong>die</strong> Fahrdynamik haben.<br />

• Die Spannungsverteilung im <strong>Bahnen</strong>ergieversorgungsnetz<br />

beeinflusst maßg<strong>eb</strong>lich <strong>die</strong> Bremsenergierückspeisung.<br />

An der Professur <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> sind das Simulationssystem<br />

OpenTrack [7] als Bahnbetri<strong>eb</strong>ssimulator<br />

und OpenPowerNet [8] als Simulationsprogramm <strong>für</strong><br />

<strong>die</strong> Antri<strong>eb</strong>ssimulation der Fahrzeuge und <strong>die</strong> Lastfluss-<br />

und Energi<strong>eb</strong>erechnung im Einsatz.<br />

Das Simulationssystem, <strong>die</strong> Arbeitsweise in Form<br />

der gekoppelten Online-Simulation, auch als Co-Simulation<br />

bezeichnet, und einzelne Anwendungsfälle<br />

wurden in [9] vorgestellt.<br />

3.2 Untersuchungsszenarien<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

541

Erdung und Rückleitung<br />

U GE<br />

U GE<br />

160<br />

V<br />

140<br />

120<br />

100<br />

80<br />

60<br />

40<br />

20<br />

0<br />

0<br />

160<br />

V<br />

140<br />

120<br />

100<br />

80<br />

60<br />

40<br />

20<br />

Station A Station B Station C Station D<br />

5 10 15 20 25 30 km 40<br />

x<br />

Bild 3:<br />

Maximale Gleis-Erde-Spannung, Hochgeschwindigkeitsverkehr, Variante 3 (EN 50122-1).<br />

blau U max, links<br />

grau Rückleitungskabel<br />

rot U max, rechts grün<br />

U GE, max<br />

Station A<br />

Station B<br />

Station C<br />

Station D<br />

0<br />

0 5 10 15 20 25 30 km 40<br />

x<br />

Bild 4:<br />

Maximale Gleis-Erde-Spannung, Hochgeschwindigkeitsverkehr, Variante 12<br />

(Legende siehe Bild 3).<br />

meter variiert und simuliert. Generell wurde durch<br />

Parameterkombinationen versucht, eine Gleis-Erde-<br />

Spannung <strong>von</strong> 120 V als dauerhaft zulässiger Wert<br />

<strong>für</strong> Berührspannung nach EN 50122-1 im Betri<strong>eb</strong> zu<br />

überschreiten, um ein Ansprechen der Spannungsbegrenzungseinrichtungen<br />

in der Simulation zu realisieren.<br />

Die Bilder 1 und 2 zeigen beispielhaft <strong>die</strong><br />

prinzipielle Variantenübersicht <strong>für</strong> den S-Bahn und<br />

Fernbahnverkehr. In den einzelnen Varianten sind<br />

<strong>die</strong> zu untersuchenden Haupteinflussparameter aufgeführt:<br />

Leerlaufspannung der Unterwerke, verwendeter<br />

Fahrzeugtyp, Speiseart, Ableitungsbelag Gleis-<br />

Erde und spezifischer Längswiderstand einer Schiene.<br />

Für <strong>die</strong> Simulationen wurden verschiedene Fahrzeuge<br />

und Zugkonfigurationen gewählt <strong>die</strong> auf Basis<br />

der Fahrzeugtypen BR 474, BR 481, SŽ EMG 312, Siemens<br />

ES64U2, und der RŽD EWG 1/2 modelliert. Für<br />

<strong>die</strong> S-Bahn-Varianten wurden auf fiktiven Strecken<br />

Zugfolgezeiten <strong>von</strong> 5 min angenommen, Ausnahme<br />

ist <strong>die</strong> Variante mit den Fahrzeugen der BR 474, dort<br />

wurde bei der zweiseitigen Speisung und einer Variante<br />

der einseitigen Speisung an Streckenenden eine<br />

Zugfolgezeit <strong>von</strong> 3,5 min angenommen.<br />

Bei den Simulationen zum Hochgeschwindigkeits-<br />

und dem Hochleistungsverkehr findet nur eine<br />

Hin- und Rückfahrt statt, <strong>die</strong>se beginnen zum gleichen<br />

Zeitpunkt. Bei den Simulationen zum allgemeinen Fernverkehr<br />

wurde eine Zugfolge <strong>von</strong> 7,5 min gewählt.<br />

Bei den grün hinterlegten Varianten in den Bildern<br />

1 und 2 wurden <strong>die</strong> gewünschten Überschreitungen<br />

des Gleis-Erde-Spannungen in Höhe <strong>von</strong><br />

120 V ermittelt. Diese Simulationsvarianten wurden<br />

unter Berücksichtigung <strong>von</strong> Spannungsbegrenzungseinrichtungen<br />

erneut simuliert.<br />

N<strong>eb</strong>en dem dauernd höchstzulässigen Wert der<br />

Berührspannung <strong>von</strong> 120 V nach EN 50122-1 ist<br />

auch der Wert <strong>von</strong> 60 V beispielsweise als Grenzwert<br />

<strong>für</strong> Werkstätten und vergleichbare Orte sowie als national<br />

festgelegten Grenzwert in der Schweiz eine<br />

mögliche Auslösespannung <strong>für</strong> VLD. Auch mit <strong>die</strong>sem<br />

Grenzwert wurden Simulationen durchgeführt<br />

und <strong>die</strong> Erg<strong>eb</strong>nisse analysiert.<br />

3.3 Gleis-Erde-Spannungen ohne Einsatz<br />

<strong>von</strong> VLD<br />

Um Einsatzg<strong>eb</strong>iete oder Anschlusspositionen der VLD<br />

im elektrischen Netz bestimmen zu können, wurden<br />

zunächst <strong>die</strong> maximalen Gleis-Erde-Spannungen in<br />

den Simulationsvarianten ermittelt und über dem<br />

Ort dargestellt. Aus der Vielzahl der ausgewerteten<br />

Simulationen werden nachfolgend einzelne Simulationen<br />

dargestellt, in <strong>die</strong> VLD implementiert wurden.<br />

Die Diagramme in den Bildern 3 und 4 zeigen <strong>die</strong><br />

maximale Gleis-Erde-Spannung bei dem simulierten<br />

Hochgeschwindigkeitsverkehr. Dabei gibt es jeweils<br />

drei Kennlinien: eine blaue Linie <strong>für</strong> <strong>die</strong> Gleis-Erde-<br />

Spannung der linken Schiene, eine rote Kennlinie<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Gleis-Erde-Spannung der rechten Schiene<br />

und eine grüne Linie, <strong>die</strong> den normativen Grenzwert<br />

zeigt. Die Linien der maximalen Gleis-Erde-Spannungen<br />

liegen in den Diagrammen übereinander.<br />

Die vertikalen, grau gestrichelten Linien zeigen <strong>die</strong><br />

Anschlussorte <strong>für</strong> <strong>die</strong> Rückleitungskabel an.<br />

Für <strong>die</strong> simulierten S-Bahn-Varianten ergibt sich<br />

ein Verlauf der maximalen Gleis-Erde-Spannung, wie<br />

er in Bild 5 dargestellt ist.<br />

Bei den Varianten des Hochgeschwindigkeitsverkehrs<br />

wurden maximale Gleis-Erde Spannungswerte<br />

<strong>von</strong> bis zu 150 V in der Simulation ermittelt, beziehungsweise<br />

große G<strong>eb</strong>iete, in denen der zulässige<br />

Grenzwert überschritten wurde. In den Varianten der<br />

S-Bahn wurden Annäherungen oder geringfügige<br />

Überschreitungen an den Grenzwert vor allem bei<br />

langen einseitig gespeisten Abschnitten festgestellt.<br />

542 112 (2014) Heft 8-9

Erdung und Rückleitung<br />

3.4 Nachbildung und Positionierung <strong>von</strong><br />

VLD in der Simulation<br />

In Abhängigkeit der maximal aufgetretenen Gleis-<br />

Erde-Spannung wurden VLD an <strong>die</strong> Orte des absoluten<br />

Maximums der Spannung sowie an den Rückleitungsanschluss<br />

der Unterwerke in <strong>die</strong> elektrische<br />

Netzkonfiguration der Simulation eingefügt.<br />

Mit den folgenden Werteannahmen wurden <strong>die</strong><br />

VLD in das Netzmodell <strong>für</strong> OpenPowerNet integriert:<br />

• Widerstand im geschlossenen Zustand Rclose<br />

5,6 mΩ<br />

• Widerstand im geöffnetem Zustand Ropen 1 mΩ<br />

• Widerstand zwischen VLD und Gleis RRail 1 mΩ<br />

• Widerstand zwischen VLD und Erde REarth 15 mΩ<br />

Das Kriterium <strong>für</strong> das Schließen eines VLD in der<br />

Simulation ist <strong>die</strong> Überschreitung eines zu definierenden<br />

Spannungsgrenzwertes über eine bestimmte<br />

Zeitdauer. Im Fall der Untersuchung wurden 120 V<br />

oder 60 V als Grenzwert <strong>für</strong> eine Dauer <strong>von</strong> einer Sekunde<br />

entsprechend der Simulationszeitschrittweite<br />

gewählt. Als Kriterium zum Öffnen des VLD wurde<br />

zunächst <strong>die</strong> Unterschreitung eines definierten Ableitstroms,<br />

hier I = 0 A ausgewählt.<br />

Die angeg<strong>eb</strong>en Konfigurationswerte <strong>für</strong> einen<br />

VLD haben Einfluss auf <strong>die</strong> Höhe und <strong>die</strong> Dauer des<br />

Stromflusses und damit auf <strong>die</strong> Belastung des Niederspannungsbegrenzers.<br />

Die Verbindung zwischen VLD und Erdungsanlage<br />

wurde niederohmig modelliert. Im Hinblick auf das Simulationsmodell<br />

erg<strong>eb</strong>en sich bei geschlossenem VLD<br />

maximale Ableitströme in Größenordnungen auftretender<br />

Traktionsströme, da der geringe Ausbreitungswiderstand<br />

der Erdungsanlage mit den Fahrschienen<br />

einen parallelen Pfad bildet. Dies stellt aus technischer<br />

Sicht den schlechtesten Fall und damit <strong>die</strong> höchste<br />

Belastung <strong>für</strong> einen VLD dar. Einen realitätsnahen Eindruck<br />

kann man generieren, wenn projektspezifische<br />

Werte <strong>für</strong> den Ausbreitungswiderstand der Erdungsanlage<br />

in der Simulation verwendet werden.<br />

U GE<br />

140<br />

V<br />

120<br />

100<br />

80<br />

60<br />

40<br />

20<br />

0<br />

0 2 4 6 8 10 12 14 km 16<br />

x<br />

Bild 5:<br />

Maximale Gleis-Erde-Spannung, S-Bahn Verkehr, Variante 8 (Legende siehe Bild 3).<br />

x<br />

40<br />

km<br />

35<br />

30<br />

25<br />

20<br />

15<br />

10<br />

5<br />

0<br />

0 100 200 300 400 500 600 700 800 s 1000<br />

t<br />

Bild 6:<br />

Verlauf der Gleis-Erde-Spannung über Zeit und Ort in Volt, Variante 3 (siehe Bild 3).<br />

2,5<br />

kA<br />

2,0<br />

100<br />

V<br />

50<br />

0<br />

–50<br />

–100<br />

3.5 Gleis-Erde-Spannung mit VLD<br />

Eine Darstellung der Gleis-Erde-Spannung in Abhängigkeit<br />

des Ortes und der Simulationszeit bei Einsatz<br />

der VLD wurde <strong>für</strong> jede Simulationsvariante generiert.<br />

Die Höhe der Gleis-Erde-Spannung ist über eine Farbe<br />

co<strong>die</strong>rt. In <strong>die</strong>sen Diagrammen sind vertikale Unstetigkeiten<br />

in Form eines diskontinuierlichen Farbverlaufs<br />

zu erkennen. Diese Unstetigkeiten im zeitlichen Verlauf<br />

der Gleis-Erde-Spannung deuten auf <strong>die</strong> Zu- oder Abschaltung<br />

eines VLD hin. Für <strong>die</strong> Variante 3: Fernbahn,<br />

Hochgeschwindigkeitsverkehr, zweiseitige Speisung,<br />

geringer Ableitungsbelag ist exemplarisch Bild 6 dargestellt.<br />

Die maximale Gleis-Erde-Spannung ohne den<br />

Einsatz <strong>von</strong> VLD zeigte Bild 3.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

1,5<br />

I<br />

1,0<br />

0,5<br />

0,0<br />

0 100 200 300 400 500 600 700 800 s 1000<br />

t<br />

Bild 7:<br />

Belastungsstrom der VLD, Hochgeschwindigkeitsverkehr, Variante 3.<br />

blau I VLD1, pos<br />

grün I VLD1, neg<br />

rot I VLD2, pos lila<br />

I VLD2, neg<br />

543

Erdung und Rückleitung<br />

I<br />

1,6<br />

kA<br />

1,4<br />

1,2<br />

1,0<br />

0,8<br />

0,6<br />

0,4<br />

0,2<br />

0,0<br />

1600 2100 2600 3100 3600 s 4100<br />

t<br />

Bild 8:<br />

Belastungsstrom der VLD, S-Bahn Verkehr, Variante 5 (Legende siehe Bild 7).<br />

Speiselänge,<br />

Entfernung<br />

Unterwerk<br />

Unterwerksleerlaufspannung<br />

stark<br />

mittel<br />

Längswiderstand<br />

Schiene<br />

schwach<br />

Speiseart<br />

Bild 9:<br />

Einfluss der Parameter auf <strong>die</strong> Höhe der Gleis-Erde-Spannung.<br />

In den Bildern 7 und 8 sind <strong>die</strong> Ableitströme durch<br />

<strong>die</strong> VLD über <strong>die</strong> Zeit dargestellt. Die Bezeichnung<br />

„pos“ oder „neg“ in der Legende steht stellvertretend<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Polarität der Verschaltung im Simulationsmodell.<br />

VLD mit der Kennzeichnung „pos“<br />

schalten ein, wenn der Spannungsgrenzwert erreicht<br />

wird. Bei positiver Polarität der Fahrleitung<br />

treten Ströme <strong>von</strong> den Schienen über <strong>die</strong> VLD ins<br />

Erdreich über. VLD mit der Kennzeichnung „neg“<br />

schalten ein, wenn der negative Spannungsgrenzwert<br />

erreicht wird.<br />

Die Diagramme zeigen, dass Ableitströme in<br />

Größenordnungen <strong>von</strong> Traktionsströmen vorkommen<br />

können. Sie zeigen <strong>eb</strong>enfalls, wie bei<br />

der Darstellung mit der Gleis-Erde-Spannung mit<br />

VLD, dass der Stromnulldurchgang teilweise erst<br />

nach mehr als 60 s erreicht wird. Nach Einschalten<br />

des VLD gibt es immer einen starken Anstieg des<br />

Ableitstroms, da sich <strong>die</strong> Widerstandsverhältnisse<br />

durch <strong>die</strong> Schaltänderung augenblicklich ändern.<br />

In Abhängigkeit des Fahrzustandes und damit der<br />

Leistungsaufnahme der Fahrzeuge sinkt der Strom<br />

durch <strong>die</strong> VLD auf einen geringeren Wert ab. Dies<br />

hat zwei mögliche Ursachen: zum einen verändert<br />

sich der Fahrzeugort geschwindigkeits- und damit<br />

zeitabhängig und <strong>die</strong> Gleis-Erde-Spannung am Ort<br />

der VLD verringert sich. Eine zweite Ursache ist,<br />

dass das Fahrzeug <strong>die</strong> zulässige Endgeschwindigkeit<br />

erreicht hat und keine Traktionsleistung mehr<br />

aufnimmt. Die zweite Ursache führt direkt zu einer<br />

starken Verminderung des Ableitstroms.<br />

In dem Belastungsdiagramm des S-Bahn-Szenarios<br />

(Bild 8) ist <strong>die</strong> Zugfolge anhand der wiederkehrenden<br />

gleichen Verläufe des Ableitstroms ablesbar.<br />

Mit den ermittelten zeitlichen Verläufen des<br />

Stroms sind weitere Berechnungen beispielsweise<br />

zum Effektivwert des Stromes über <strong>die</strong> Gesamtöffnungsdauer<br />

möglich.<br />

Eine Einschätzung des Einflusses der variierten Parameter<br />

auf <strong>die</strong> Höhe der Gleis-Erde-Spannung zeigt<br />

Bild 9. Aus den Erg<strong>eb</strong>nissen lässt sich ableiten, dass<br />

ein Ansprechen <strong>von</strong> Niederspannungsbegrenzern im<br />

Betri<strong>eb</strong> <strong>von</strong> Gleichstrombahnen bei<br />

• sehr geringen Ableitungsbelägen Gleis-Erde (trockene<br />

Witterung, hoher Isolationswiderstand des<br />

Oberbaus, hoher Erdwiderstand),<br />

• schwachen elektrischen Netzen (geringe<br />

Speisespannung, geringe Fahrleitungsquerschnitte),<br />

Ableitungsbelag<br />

Gleis-Erde<br />

Fahrzeugleistung/<br />

Strom<br />

In <strong>die</strong>ser Variante wurden unter anderem <strong>die</strong> VLD<br />

am km 5 und 15 positioniert und mit einem Spannungsgrenzwert<br />

<strong>von</strong> 120 V modelliert. Im Bild 6 ist<br />

zu sehen, dass dennoch im Bereich des km 13 bis<br />

15 zurzeit 480 s der Spannungsgrenzwert <strong>von</strong> 120 V<br />

überschritten wurde. Der Grund <strong>für</strong> <strong>die</strong>ses Verhalten<br />

ist, dass der VLD an den Ort der höchsten Gleis-Erde-Spannung<br />

(etwa 157 V, siehe Bild 3) angeschlossen<br />

wurde. Der VLD löst erst aus, wenn das Fahrzeug<br />

am VLD eine Gleis-Erde-Spannung über dem<br />

Spannungsgrenzwert erzeugt. Um <strong>die</strong>sen Effekt zu<br />

umgehen, ist es notwendig, mehrere VLD in einem<br />

G<strong>eb</strong>iet, beispielsweise zwischen km 13 und km 16<br />

in Bild 5, zu verteilen, um so eine G<strong>eb</strong>ietsüberwachung<br />

zu realisieren.<br />

4 Beanspruchungen der VLD<br />

544 112 (2014) Heft 8-9

Erdung und Rückleitung<br />

• hohen Fahrzeugleistungen (zum Beispiel viele<br />

Fahrzeuge bei Sonderverkehren in einem<br />

Unterwerksspeiseabschnitt oder nach einer<br />

Stauauflösung) und<br />

• lange einseitige Speisung der Strecke (Streckenausläufer,<br />

oder Unterwerksausfall)<br />

zu erwarten sind.<br />

Abschließend bleibt festzustellen, dass bei der Projektierung<br />

und Dimensionierung elektrischer Bahnsysteme<br />

auf <strong>die</strong> Einhaltung der normativ zulässigen<br />

Grenzwerte geachtet wird. Der Nachweis wird oft<br />

über worst-case-Szenarien durch Simulation ermittelt<br />

und durch Messungen überprüft. Dies gilt selbstverständlich<br />

auch <strong>für</strong> <strong>die</strong> Einhaltung der zulässigen<br />

Gleis-Erde-Spannung im Betri<strong>eb</strong>.<br />

Mit der durchgeführten Stu<strong>die</strong> wurden explizit<br />

Szenarien generiert, <strong>die</strong> eine Überschreitung des<br />

zulässigen Grenzwertes <strong>für</strong> <strong>die</strong> Gleis-Erde Spannung<br />

zur Folge hatten, um so das Ansprechen der simulierten<br />

Spannungsbegrenzungseinrichtungen in der<br />

Simulation zu erzwingen und eine Berechnung des<br />

Belastungsstroms zu ermöglichen. Die gewonnenen<br />

Erkenntnisse können <strong>für</strong> <strong>die</strong> Dimensionierung der<br />

Spannungsbegrenzer und <strong>für</strong> <strong>die</strong> Bestimmung <strong>von</strong><br />

Einbauorten genutzt werden.
<br />

The English translation is published in <strong>eb</strong> International<br />

2014.<br />

Literatur + Links<br />

[1] EN 50122-1:2011 + A1:2011: Bahnanwendungen Ortsfeste<br />

Anlagen – Teil 1: Schutzmaßnahmen in Bezug auf<br />

elektrische Sicherheit und Erdung.<br />

[2] Biesenack, H.; George, G.; Hofmann, G.; Schmieder, A.,<br />

u. a.: Energieversorgung elektrischer <strong>Bahnen</strong>. Wiesbaden,<br />

Leipzig: B.G. Teubner, 2006.<br />

[3] Kießling, F.; Puschmann, R.; Schmieder, A.; Schmidt, P.:<br />

Fahrleitung elektrischer <strong>Bahnen</strong> : Planung, Berechnung,<br />

Ausführung ; mit 121 Tabellen. 2. Aufl. Stuttgart: B.G.<br />

Teubner, 1998.<br />

[4] Röhlig, S.: Dissertation, Beschreibung und Berechnung<br />

der Bahnbelastung <strong>von</strong> Gleichstrom-Nahverkehrsbahnen,<br />

Dresden, 1992.<br />

[5] Schranil, S.: Stu<strong>die</strong>narbeit, Modellbildung <strong>für</strong> das elektrische<br />

Strömungsfeld im Bereich der Schienenrückleitung<br />

<strong>von</strong> Gleichstrombahnen, Dresden, 2009.<br />

[6] EN 50526-2:2014: Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen<br />

– Überspannungsableiter und Spannungsbegrenzungseinrichtungen<br />

– Teil 2: Spannungsbegrenzungseinrichtungen.<br />

[7] www.OpenTrack.ch<br />

[8] www.OpenPowerNet.de<br />

[9] Ufert, M.; Körner, S.: Bahnbetri<strong>eb</strong>ssimulation mit online<br />

gekoppelter elektrischer Netzberechnung. In Verkehr<br />

und Technik 66 (2013), H. 11, S. 420-424.<br />

AUTORENDATEN<br />

Pascal Höfig (29), Studium des Verkehrsingenieurwesens an<br />

der TU Dresden, Spezialisierung Planung und Betri<strong>eb</strong> elektrischer<br />

Verkehrssysteme;<br />

seit 2014 Projektingenieur bei Rüdiger ITM – Ingenieurbüro <strong>für</strong><br />

Technisches Management, Abteilung Forschung und Entwicklung,<br />

Consulting.<br />

Adresse: Rüdiger ITM – Ingenieurbüro <strong>für</strong> Technisches Management,<br />

Wiener Str. 80a, 01219 Dresden, Deutschland;<br />

Fon: +49 351 417495-0; Fax -13;<br />

E-Mail: hoefig@ruediger-itm.com<br />

Dipl.-Ing. Sven Körner (35), Studium des Verkehrsingenieurwesens<br />

an der TU Dresden, Spezialisierung Planung und Betri<strong>eb</strong> elektrischer<br />

Verkehrssysteme; 2007 bis 2013 Stipendium der Siemens<br />

AG und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur <strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong>; seit 2013 Projektleiter beim IFB – Institut <strong>für</strong> Bahntechnik<br />

GmbH, Fachbereich Antri<strong>eb</strong>stechnik und <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung.<br />

Adresse: IFB – Institut <strong>für</strong> Bahntechnik GmbH, Wiener Str.<br />

114/116, 01219 Dresden, Deutschland;<br />

Fon: +49 351 87759-52; Fax: -90;<br />

E-Mail: sk@bahntechnik.de<br />

Prof. Dr.-Ing. Arnd Stephan (49), Studium Elektrotechnik/<strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong> an der Hochschule <strong>für</strong> Verkehrswesen (HfV) „Friedrich<br />

List“ Dresden; 1990 bis 1993 Forschungsstudium an der HfV/<br />

TU Dresden; 1995 Promotion zum Dr.-Ing.; 1993 bis 2008 IFB –<br />

Institut <strong>für</strong> Bahntechnik GmbH, ab 1995 Niederlassungsleiter des<br />

IFB Dresden; 1995 Sachverständiger des Eisenbahn-Bundesamtes<br />

<strong>für</strong> elektrotechnische Anlagen, seit 1999 <strong>für</strong> Magnetbahnsysteme;<br />

2002 Honorarprofessor an der TU Dresden; seit 2008 Professor <strong>für</strong><br />

<strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> an der TU Dresden; seit 2012 Geschäftsführer<br />

IFB – Institut <strong>für</strong> Bahntechnik GmbH Berlin und Dresden.<br />

Adresse: TU Dresden, Fakultät Verkehrswissenschaften „Friedrich<br />

List“, Professur <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>, 01062 Dresden Deutschland;<br />

Fon: +49 351 463-36730;<br />

E-Mail: arnd.stephan@tu-dresden.de<br />

Bernhard Richter (64), Studium Elektrotechnik/Hochspannungstechnik<br />

an der Technischen Universität Berlin; 1979 bis<br />

1985 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut <strong>für</strong> Hochspannungstechnik<br />

und Starkstromanlagen; seit 1985 bei BBC/ABB in<br />

der Entwicklung, Prüfung und Anwendung <strong>von</strong> Überspannungsableitern<br />

tätig; zurzeit Technology Center Manager und Global<br />

R&D Manager Überspannungsableiter bei ABB Schweiz; Convenor<br />

der Arbeitsgruppe A3.25 des SC A3 der Cigré; Experte im TC 37<br />

Überspannungsableiter des IEC; Repräsentant des TC 37 im Advisory<br />

Committee Transmission and Distribution (ACTAD) des IEC;<br />

Experte im SC 37A Niederspannungsableiter des IEC und TC 37A<br />

der CENELEC; Experte in CENELEC SC9XC WG C16; Arbeitsgruppenmitglied<br />

im VDV.<br />

Adresse: ABB Schweiz AG, PPHV-TA, Jurastr. 45, 5430 Wettingen,<br />

Schweiz;<br />

Fon: +41 58585 3950; Fax: +41 58585 5570;<br />

E-Mail: bernhard.richter@ch.abb.com<br />

Dipl.-Ing. Bernhard Doser (60), Studium der Elektrotechnik an<br />

der Technischen Universität München; seit 1980 in verschiedenen<br />

Funktionen bei ABB, derzeit Produktmanager <strong>für</strong> Überspannungsableiter<br />

bei der ABB Schweiz AG; Mitglied in Arbeitsgruppe bei IEC<br />

und CENELEC.<br />

Adresse: ABB Schweiz AG, PPHV-APM, Jurastr. 45, 5430 Wettingen,<br />

Schweiz;<br />

Fon +41 5858 5-3347, Fax: -4310;<br />

E-Mail: bernhard.doser@ch.abb.com<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

545

Historie<br />

Beginn des elektrischen Zugbetri<strong>eb</strong>s in<br />

<strong>die</strong> schlesischen Berge vor 100 Jahren<br />

Am 1. Juni 1914 wurde in Schlesien der planmäßige elektrische Betri<strong>eb</strong> eröffnet. Hauptziel war, <strong>die</strong> neue<br />

Traktionsart auf mit Reise- und mit Güterverkehr hoch belasteten und g<strong>eb</strong>irgigen Strecken zu erproben.<br />

Die 1914 als erste fertige Elektrifizierung<br />

der als N<strong>eb</strong>enbahn klassifizierten,<br />

aber wie eine Hauptbahn<br />

trassierten 35 km langen<br />

eingleisigen Strecke vom preußischen<br />

Nieder Salzbrunn über Bad<br />

Salzbrunn und Fellhammer zum<br />

böhmischen, damals zu Österreich-Ungarn<br />

gehörenden Halbstadt<br />

war Teil eines Programms<br />

<strong>für</strong> hoch belastete G<strong>eb</strong>irgsstrecken,<br />

das der Preußische Landtag<br />

1911 verabschiedet hatte (Bild 1).<br />

Dieses umfasste zunächst 137 km<br />

zweigleisige und 133 km eingleisige<br />

Strecken. Bis 1945, als mit<br />

Ausnahme der Stadt Görlitz ganz<br />

Schlesien an Polen fiel, war das<br />

elektrifizierte Netz zwischen Görlitz<br />

und Breslau auf rund 400 km<br />

Länge gewachsen [1]. Dabei<br />

wurde mit 1 AC 15 kV 16 2 / 3 Hz<br />

TABELLE 1<br />

Trassenvergleich Schlesische G<strong>eb</strong>irgsbahn (SGB) und Lötschbergbahn.<br />

Entfernung Luftlinie<br />

Höhenunterschied 1<br />

Streckenlänge<br />

mittlere Neigung<br />

größter Streckenwiderstand 2<br />

Zahl der Kehrbögen >90 ˚<br />

km<br />

m<br />

km<br />

‰<br />

daN/t<br />

<strong>von</strong> Anfang an und erstmals in<br />

Mitteleuropa genau <strong>die</strong> 1912/13<br />

festgelegte Fahrleitungsspannung<br />

und Frequenz verwendet.<br />

Im Gange waren 1914 auch<br />

schon <strong>die</strong> Elektrifizierungsarbeiten<br />

<strong>von</strong> Königszelt bis Lauban<br />

auf der zweigleisigen Hauptbahn<br />

durch das Rieseng<strong>eb</strong>irgsvorland<br />

und auf der 49 km langen, das<br />

SGB Ostanstieg<br />

Freiburg – Fellhammer<br />

≈15<br />

≈300<br />

26<br />

11<br />

20<br />

≈10<br />

Lötschberg-Nordrampe<br />

Frutigen – Kandersteg<br />

≈11<br />

≈400<br />

18<br />

22<br />

27<br />

2<br />

1<br />

bei Freiburg bezogen auf ursprünglichen Kopfbahnhof in der Stadt = Beginn der Rampe<br />

2<br />

vermutlich einschließlich Krümmungswiderstand<br />

Rieseng<strong>eb</strong>irge überwindenden<br />

N<strong>eb</strong>enbahn Hirschberg – Grünthal<br />

(Bild 1). Erstere hat ab Freiburg<br />

(Schlesien) über Nieder Salzbrunn<br />

bis Dittersbach bis zu 20 ‰ maßg<strong>eb</strong>ende<br />

Neigung bei vielen Serpentinenbögen<br />

mit nur 180 m<br />

Halbmesser, ansonsten viele Abschnitte<br />

mit Neigungen bis 12 ‰<br />

und erreicht in Fellhammer 546 m<br />

Bild 1:<br />

Streckenkarte Elektrifizierung Schlesien, Planung 1911 und erreichter Stand 1945 (Quelle: Slg. P. Glanert).<br />

elektrischer Betri<strong>eb</strong> ab 1. Juni 1914<br />

elektrischer Betri<strong>eb</strong> etappenweise ab 1916<br />

elektrischer Betri<strong>eb</strong> ab 1921<br />

elektrischer Betri<strong>eb</strong> über Planung <strong>von</strong> 1911 hinaus streckenweise ab 1923<br />

546 112 (2014) Heft 8-9

Historie<br />

Bild 2:<br />

Höhenplan Schlesische G<strong>eb</strong>irgsbahn, Bahnhof Gottesberg kurz links <strong>von</strong> Fellhammer (Bild 2 aus EB 2/1928, S. 40–41).<br />

Höhe über NN (Bild 2, Tabelle 1);<br />

letztere überquert sogar mit langen<br />

25-‰-Rampen einen 886 m<br />

hohen Pass.<br />

Die <strong>Bahnen</strong>ergie wurde im<br />

Dampfkraftwerk Mittelsteine aus<br />

billiger Abfallkohle mit anfangs<br />

vier 4-MW-Blöcken erzeugt und<br />

über eine 38 km lange zweischleifige<br />

Bahnstromleitung mit 2 AC<br />

80 kV 16 2 / 3 Hz zu Unterwerken<br />

(Uw) in Nieder Salzbrunn, Ruhbank,<br />

Hirschberg und Lauban geführt<br />

(Bild 1). Dabei hatten Nieder<br />

Salzbrunn anfänglich 4,8 MVA und<br />

Ruhbank, Hirschberg sowie Lauban<br />

je 3,2 MVA. Die Leistungen wurden<br />

im Laufe der Jahrzehnte erhöht,<br />

das Uw Ruhbank wurde dagegen<br />

1922 zum 15-kV-Schaltposten.<br />

Für den l<strong>eb</strong>haften industriellen<br />

Güterverkehr wurde schon<br />

1912/13 <strong>die</strong> Beschaffung <strong>von</strong><br />

drei Lokomotivbauarten mit sechs<br />

Treibradsätzen und ohne Laufradsätze<br />

eingeleitet sowie <strong>für</strong> den<br />

schweren Personenzugverkehr<br />

einer Lokomotivbauart mit Zentralmotor,<br />

<strong>die</strong> damals <strong>die</strong> nominell<br />

stärkste in Europa war (Tabelle 1).<br />

Wenn auch durch den Kriegsbeginn<br />

verzögert, konnten sie <strong>von</strong><br />

1915 bis 1925 geliefert und bis<br />

1945 eingesetzt werden (Bilder 3<br />

bis 6). Der Einsatz elektrischer<br />

Tri<strong>eb</strong>wagen wie auf der Eröffnungsstrecke<br />

(Bild 7) war auch auf<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

TABELLE 2<br />

Hauptdaten elektrische Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge <strong>für</strong> Schlesische G<strong>eb</strong>irgsbahn.<br />

Daten überwiegend aus 939 c Merkbuch <strong>für</strong> <strong>die</strong> Fahrzeuge der Reichsbahn Teil III Ausgabe 1941, vereinzelt<br />

aus Fachliteratur<br />

erstes Fahrzeug<br />

später Baureihe<br />

gelieferte Zahl<br />

in Dienst gestellt<br />

Hersteller<br />

mechanisch<br />

elektrisch<br />

Radsatzfolge<br />

Länge über Puffer<br />

Dienstmasse<br />

Stundenleistung<br />

spezifische Leistung<br />

Höchstgeschwindigkeit<br />

mm<br />

t<br />

kW<br />

kW/t<br />

km/h<br />

EG 538abc EG 551/552<br />

E 91 3 E 90 5<br />

12<br />

1915–1922<br />

LHW<br />

SSW<br />

B+B+B<br />

17 200<br />

102<br />

1<br />

1 135<br />

11<br />

50<br />

10<br />

1919–1923<br />

EG 571ab EP 235<br />

E 92 7 †1927<br />

9<br />

1923–1925<br />

3<br />

1<br />

1917<br />

Bild 3:<br />

Dreiteilige preußische Güterzuglokomotive EG 538abc mit Stangenantri<strong>eb</strong>en über außen<br />

gelagerte Hallsche Kurbeln (Foto: 1916, Bildstelle ehem. Bundesbahndirektion Nürnberg).<br />

2<br />

BBC<br />

C+C<br />

17 450<br />

102<br />

1 530<br />

15<br />

50<br />

AEG<br />

AEG<br />

Co+Co<br />

17 700<br />

117<br />

850<br />

7<br />

65<br />

LHB<br />

BEW<br />

2’D1’<br />

14 400<br />

4<br />

110<br />

2 200<br />

20<br />

90<br />

1<br />

abweichend Dauerleistung<br />

2<br />

verschiedene<br />

3<br />

1922 bis 1925 gefolgt <strong>von</strong> EP 236 bis 246, später E 50 3 , mit etwas anderen Kenndaten<br />

4<br />

auf Treibradsätzen 66 t<br />

5<br />

113 Sitzplätze + 18 m 2 Ladefläche<br />

6<br />

auf Treibradsätzen 31 t<br />

E.T. 831/832<br />

5<br />

ET + ES 87<br />

5<br />

1914–1915<br />

LHW<br />

AEG<br />

2’ 1+B’1+1 2’<br />

45 520<br />

6<br />

108<br />

500<br />

70<br />

547

Historie<br />

Bild 4:<br />

Preußische Güterzug-<br />

Doppellokomotive<br />

EG 559/560 mit<br />

Stangenantri<strong>eb</strong>en<br />

(Foto: BBC, 1921).<br />

Bahnhof Jannowitz<br />

mit SSW-Querseiltragwerken<br />

anstelle Portalen,<br />

erste versuchsweise<br />

Anwendung<br />

<strong>für</strong> eine Bahnhofsüberspannung<br />

<strong>die</strong>ser<br />

Spannweite<br />

Bild 5:<br />

Zweiteilige preußische<br />

Güterzuglokomotive<br />

EG 575ab mit Einzelachsantri<strong>eb</strong>en<br />

(Foto:<br />

etwa 1925, Sammlung<br />

B. Rampp).<br />

Bild 6:<br />

Preußische Personenzug-Einrahmenlokomotive EP 235 mit Dreieck-Schrägstangenantri<strong>eb</strong> im Vorspann<strong>die</strong>nst<br />

(Foto: AEG/P. Müller, 1917, Sammlung C. Tietze).<br />

anderen N<strong>eb</strong>enbahnen geplant,<br />

wurde ab 1922 wesentlich erweitert<br />

und war sehr erfolgreich.<br />

Schon im Januar 1916 ging der<br />

28 km lange, besonders schwierige<br />

erste Abschnitt <strong>von</strong> Freiburg<br />

über Nieder Salzbrunn bis Gottesberg<br />

kurz hinter dem Scheitelpunkt<br />

in elektrischen Betri<strong>eb</strong><br />

und konnte <strong>die</strong> Überlegenheit der<br />

elektrischen Traktion eindrucksvoll<br />

zeigen (Bild 2). Dabei musste<br />

zeitweise auf <strong>für</strong> den G<strong>eb</strong>irgseinsatz<br />

weniger geeignete Lokomotiven<br />

zurückgegriffen werden, <strong>die</strong><br />

aus dem mitteldeutschen Flachland-Versuchsbetri<strong>eb</strong><br />

Dessau –<br />

Bitterfeld durch <strong>die</strong> dortige kriegsbedingte<br />

Betri<strong>eb</strong>seinstellung frei<br />

geworden waren [2].<br />

Dieser Streckenabschnitt der<br />

so genannten Schlesischen G<strong>eb</strong>irgsbahn<br />

(SGB) erschloss mit<br />

Waldenburg und Dittersbach<br />

das damals bedeutende niederschlesische<br />

Industrieg<strong>eb</strong>iet<br />

mit Steinkohle-Bergbau und<br />

entsprechenden chemischen<br />

Veredelungsanlagen (siehe Hintergrund).<br />

Zahlreiche Werkanschlussgleise<br />

sorgten <strong>für</strong> l<strong>eb</strong>haften<br />

Quell- und Zielverkehr.<br />

Einen Eindruck <strong>von</strong> der hohen<br />

Industriedichte, aber auch der<br />

einhergehenden Landschaftszerstörung<br />

vermittelt Bild 8. Der<br />

548 112 (2014) Heft 8-9

Historie<br />

Bild 7:<br />

Erste Fahrt mit dreiteiligem Tri<strong>eb</strong>zug E.T. 831/831a/832 am 2. April 1914 (Foto: Nachlass W. Usbeck, Sammlung Deutsches Technik-Museum Berlin).<br />

überwiegend lokale Personenverkehr<br />

war durch Arbeiterpendelzüge<br />

geprägt, jedoch gab es<br />

<strong>von</strong> Berlin und <strong>von</strong> Breslau her<br />

überregionalen Durchgangsverkehr,<br />

auch zu den vielen Thermalbädern<br />

und im schon damals<br />

gepflegten Tourismus.<br />

Dieser – heute weitgehend vergessene<br />

– Betri<strong>eb</strong> war um 1916<br />

wirklich eine schwere Herausforderung<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> elektrische Zugförderung<br />

und durchaus vergleichbar<br />

mit den Frühphasen bei BLS<br />

und SBB; er ver<strong>die</strong>nt es, nicht im<br />

Schatten stehen gelassen zu werden<br />

(Tabelle 2).<br />

Christian Tietze<br />

[1] Glanert, P.; Scherrans, T.; Borbe, T.;<br />

Lüderitz, R.: Wechselstrom-Zugbetri<strong>eb</strong><br />

in Deutschland – Band 2:<br />

Elektrisch in <strong>die</strong> schlesischen Berge<br />

– 1911 bis 1945. München: Oldenbourg<br />

Industrieverlag, 2011.<br />

[2] Glanert, P.; Graßmann, S.; Scherrans,<br />

T.: 100 Jahre Fernbahnelektrifizierung<br />

in Deutschland. In: <strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong> 109 (2011), H. 4-5,<br />

S. 247–253.<br />

Bild 8:<br />

Bahnhof und Industrieort Rothenbach (siehe Streckenkarte in Hintergrund)<br />

im Jahr 1921 (Sammlung Deutsches Technik-Museum Berlin).<br />

HINTERGRUND<br />

Die ab 1863 als Kgl. Schlesische G<strong>eb</strong>irgsbahn (SGB) g<strong>eb</strong>aute<br />

und 1867 mit einer Zweigstrecke Lauban – Görlitz eröffnete<br />

preußische Staatsbahn Kohlfurt – Lauban – Dittersbach hatte<br />

das erklärte Ziel, <strong>die</strong> Steinkohleabfuhr aus dem Raum Waldenburg<br />

nach Berlin zu erleichtern und außerdem eine durch soziale<br />

Unruhen wie den W<strong>eb</strong>eraufstand 1844 betroffene arme<br />

G<strong>eb</strong>irgsregion zu erschließen und zu fördern.<br />

Aus der Gegenrichtung war der Steilstreckenabschnitt Freiburg<br />

in Schlesien – Nieder Salzbrunn (damals Sorgau) – Altwasser mit<br />

Anschluss einiger Kohlegruben schon 1853 als Verlängerung<br />

der 1843 eröffneten privaten Breslau-Schweidnitz-Freiburger<br />

Eisenbahn in Betri<strong>eb</strong> genommen worden. Diese Gesellschaft<br />

baute auch bis 1877 <strong>die</strong> eingleisige Hauptstrecke <strong>von</strong> Nieder<br />

Salzbrunn über Bad Salzbrunn und Fellhammer nach Halbstadt<br />

in Österreich-Böhmen.<br />

Die SGB bekam 1868 mit einer Zweigbahn ab Dittersbach talwärts<br />

bis Altwasser den Anschluss nach Breslau. Bis 1880 wurde<br />

sie nach Glatz und weiter zur böhmischen Grenze verlängert.<br />

Seit den Verstaatlichungen in Preußen um 1890 wurde<br />

der Begriff Schlesische G<strong>eb</strong>irgsbahn allgemein <strong>für</strong> <strong>die</strong> Strecke<br />

Kohlfurt – und Görlitz – Königszelt verwendet.<br />

CTB<br />

Preußische Schlesische G<strong>eb</strong>irgsbahn<br />

eröffnet 1867 – 1868 – 1880<br />

Breslau-Schweidnitz-Freiburger Eisenbahn<br />

zweigleisig, eröffnet 1843 – 1853<br />

eingleisig, eröffnet 1877<br />

Niederschlesische Elektricitäts- und Kleinbahn<br />

meterspurige Straßenbahn<br />

Jahreszahlen elektrischer Betri<strong>eb</strong> eröffnet<br />

→<br />

Rothenbach<br />

1919/20<br />

Hirschberg – Görlitz<br />

Gr. Wildberg<br />

r (836m)<br />

Hochwald<br />

r (850m)<br />

1914<br />

Gottesberg<br />

Pbf<br />

1916<br />

Gbf<br />

Fellhammer<br />

(548m) 1915<br />

→<br />

Halbstadt<br />

Weißstein<br />

1914<br />

Hermsdorf<br />

1914<br />

Bad Salzbrunn<br />

1917<br />

(248m)<br />

Freiburg in<br />

Schlesien (278m)<br />

<strong>Bahnen</strong> im Waldenburger Industrieg<strong>eb</strong>iet um 1920 (Basisdatei: C. Tietze).<br />

1916<br />

Dittersbach bei<br />

Waldenburg (508 m)<br />

Langwaltersdorf<br />

1916<br />

→<br />

→<br />

Nieder Salzbrunn<br />

(385m)<br />

Altwasser (415m)<br />

Waldenburg<br />

Ochsenkopf<br />

r (668m)<br />

Königszelt – Breslau<br />

1916<br />

Vogelkoppe<br />

r (590m)<br />

Steingrund<br />

Glatz<br />

→<br />

Breslau<br />

Bad Charlottenbrunn<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

549

Nachrichten <strong>Bahnen</strong><br />

Neue elektrisch betri<strong>eb</strong>ene Strecke bei der DB<br />

Ab Mitte Juli 2014 ist <strong>die</strong> elektrifizierte<br />

eingleisige Güterbahn Strecke<br />

1153 Lün<strong>eb</strong>urg – Stelle, <strong>die</strong><br />

als drittes Gleis n<strong>eb</strong>en der Nord-<br />

Süd-Strecke liegt, auch auf dem<br />

19 km langen Abschnitt Lün<strong>eb</strong>urg<br />

– Winsen (Luhe) in Betri<strong>eb</strong>.<br />

Der Abschnitt Winsen (Luhe)<br />

– Ashausen – Stelle – Maschen<br />

Rbf war schon in den vergangenen<br />

Jahren etappenweise <strong>von</strong><br />

Norden her, also in umgekehrter<br />

Reihenfolge in Betri<strong>eb</strong> gegangen<br />

(<strong>eb</strong> 12/2013, S. 790).<br />

Elektrifizierung der Südbahn plötzlich ungewiss<br />

Für <strong>die</strong> Elektrifizierung der<br />

104 km langen Südbahn Ulm<br />

Hbf– Friedrichshafen Stadt<br />

und der anschließenden 24 km<br />

Friedrichshafen – Lindau hat das<br />

Land Baden-Württemberg schon<br />

2012 <strong>die</strong> hälftige Übernahme<br />

der veranschlagten 226 Mio. EUR<br />

Investitionen zugesagt und<br />

90 Mio. EUR im Landeshaushalt<br />

eingestellt, <strong>die</strong> Region über den<br />

Interessenverband Südbahn <strong>die</strong><br />

Planung mit finanziert und das<br />

Regierungspräsidium Tübingen<br />

das Planfeststellungsverfahren<br />

eingeleitet. Letzteres ist so auf<br />

dem Weg, dass bei günstigem<br />

Verlauf im ersten Quartal Baurecht<br />

erlangt werden könnte. Der<br />

Bund hat jedoch Anfang August<br />

2014 dem Land überraschend<br />

mitgeteilt, dass <strong>die</strong> haushaltsrechtlichen<br />

Voraussetzungen<br />

<strong>für</strong> den Baubeginn gegenwärtig<br />

nicht geg<strong>eb</strong>en sind und <strong>die</strong><br />

Finanzierungsvereinbarung<br />

zwischen Bundesregierung und<br />

DB deshalb noch nicht terminiert<br />

werden kann. Die Landesregierung<br />

ist verärgert, zumal der<br />

Bundesverkehrsminister noch gut<br />

vier Wochen vorher das „prinzipiell<br />

herausragende Kosten-Nutzen-Verhältnis“<br />

bestätigt und sich<br />

gegen regionale Be<strong>für</strong>chtungen<br />

verwahrt habe, der Bund wolle<br />

das Projekt hinausschi<strong>eb</strong>en.<br />

Quelle: Südkurier vom 4. August 2014<br />

HINTERGRUND<br />

Die Ausrüstung mit Level 1 LS ist vorgesehen <strong>für</strong> Strecken<br />

mit Geschwindigkeiten bis 160 km/h, <strong>die</strong> mit<br />

dem nationalen Zugsicherungssystem Punktförmige<br />

Zugbeeinflussung (PZB) ausgerüstet sind. Wirtschaftlich<br />

vorteilhaft ist hierbei, dass vorhandene Stellwerke<br />

auf Streckenabschnitten genutzt werden können,<br />

deren Kapazität derzeit ausreicht.<br />

Die leistungsfähigere Version Level 2 FS nutzt den<br />

Funk GSM-R und ist <strong>für</strong> Strecken mit Geschwindigkeiten<br />

über 160 km/h vorgesehen, <strong>die</strong> mit dem<br />

nationalen Zugsicherungssystem Linienförmige Zugbeeinflussung<br />

(LZB) ausgerüstet sind. Voraussetzung<br />

sind elektronische Stellwerke.<br />

ERMTS <strong>für</strong> Korridor A<br />

Der deutsche Abschnitt Emmerich<br />

– Basel des europäischen Güterverkehrskorridors<br />

A Rotterdam<br />

– Genua wird mit dem European<br />

Rail Traffic Management System<br />

(ERMTS) ausgerüstet. Damit folgt<br />

Deutschland einer Vorgabe der<br />

Europäischen Kommission <strong>von</strong><br />

2008, in der das auch <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

deutschen Abschnitte der Korridore<br />

Stockholm – Neapel und<br />

Dresden – Budapest sowie <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

Relation Aachen – Horka (Grenze)<br />

verbindlich vorgeschri<strong>eb</strong>en ist.<br />

Solltermin <strong>für</strong> Korridor A ist Ende<br />

2018. Das Umsetzungsszenario<br />

sieht abschnittsweise Ausrüstung<br />

mit dem European Train Control<br />

System (ETCS) in den Versionen<br />

Level 1 Limited Supervision (L1 LS)<br />

oder Level 2 Full Supervision (L2<br />

FS) vor. Letztere wird zum Einsatz<br />

kommen, wo <strong>die</strong> Stellwerke alle<br />

Voraussetzungen erfüllen oder<br />

wo es aus Kapazitätsgründen<br />

erforderlich ist.<br />

Verlagerung Bahnhof Hamburg-Altona<br />

Der heutige Fern- und Regionalverkehrs-Kopfbahnhof<br />

Hamburg-<br />

Altona soll durch einen neuen<br />

Durchgangsbahnhof in knapp<br />

2 km Luftlinie nördlich beim heutigen<br />

S-Bahn-Haltepunkt Di<strong>eb</strong>steich<br />

ersetzt werden. Die bestehenden<br />

Anlagen mit dem 1979<br />

g<strong>eb</strong>auten Empfangsg<strong>eb</strong>äude sind<br />

so marode, dass ihre Sanierung<br />

ähnlich teuer würde wie der Neubau;<br />

geschätzt wird ein „spürbarer“<br />

dreistelliger Millionenbetrag.<br />

Mit der Neubaulösung kann <strong>die</strong><br />

DB <strong>die</strong> Verbindungskurven <strong>von</strong><br />

und nach Hamburg-Dammtor –<br />

Hauptbahnhof mit den aufwändigen<br />

100º-Kreuzungsbauwerken<br />

aufg<strong>eb</strong>en und endende Züge<br />

in gerader Verlängerung zum<br />

unmittelbar anschließenden<br />

Betri<strong>eb</strong>sbahnhof Hamburg-Langenfelde<br />

mit Abstellanlagen, Behandlungsanlagen<br />

und Werkstatt<br />

<strong>für</strong> Reisezugwagen und Lokomotiven<br />

oder etwas weiter zum<br />

Bahnhof Hamburg-Eidelstedt<br />

mit den gleichen Anlagen <strong>für</strong><br />

ICE-Tri<strong>eb</strong>züge überführen. Sie hat<br />

bisher 13 Mio. EUR Planungsmittel<br />

freigeg<strong>eb</strong>en und will bis Ende<br />

2015 <strong>die</strong> Unterlagen <strong>für</strong> das Planfeststellungsverfahren<br />

erarbeiten<br />

lassen. Der neue Bahnhof soll<br />

drei Bahnsteige <strong>für</strong> Fern- und Regionalverkehr<br />

und einen <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

S-Bahn bekommen. Der Hamburger<br />

Landesbetri<strong>eb</strong> Immobilienmanagement<br />

und Grundvermögen<br />

soll zum 30. Juni 2015 <strong>für</strong> knapp<br />

40 Mio. EUR <strong>die</strong> Grundflächen<br />

erwerben, aber ihre Nutzung bis<br />

zur Inbetri<strong>eb</strong>nahme des neuen<br />

Bahnhofs gestatten, <strong>die</strong> <strong>für</strong> 2023<br />

geplant ist. Als denkmalgeschütz-<br />

550 112 (2014) Heft 8-9

<strong>Bahnen</strong> Nachrichten<br />

te G<strong>eb</strong>äude auf dem Gelände bleiben eine historische<br />

Kleiderkasse, ein Wasserturm sowie <strong>die</strong> ehemaligen Güterhallen<br />

bestehen, in <strong>die</strong> Supermärkte, Gastronomi<strong>eb</strong>etri<strong>eb</strong>e<br />

und Gewerbeunternehmen einziehen sollen. Darum herum<br />

sollen in der so genannten Mitte Altona auf zwei benachbarten,<br />

aber <strong>von</strong>einander unabhängigen Abschnitten rund<br />

3 600 Wohnungen g<strong>eb</strong>aut werden.<br />

Anzeige<br />

S-Bahngleise auf Berliner<br />

Stadtbahn erneuert<br />

Die beiden S-Bahngleise auf dem Stadtbahnviadukt mit ihren<br />

engen Krümmungsra<strong>die</strong>n sind sehr stark belastet, sodass <strong>die</strong><br />

Schienen stark abgenutzt werden. Deshalb wurden sie im Juli<br />

und August 2014 <strong>für</strong> 17 Mio. EUR vollständig erneuert, zuerst<br />

<strong>von</strong> Friedrichstraße bis Zoologischer Garten und dann <strong>von</strong><br />

Ostbahnhof bis Friedrichstraße. Dabei wurden 32 km Schienen<br />

erneuert und 2 500 t Schallabsorber entsorgt und neue<br />

verlegt. Wegen geringer Gleisabstände musste im jeweiligen<br />

Abschnitt der S-Bahnverkehr ganz eingestellt werden, gearbeitet<br />

wurde manuell oder nur mit kleinen Maschinen.<br />

LICHT AUF DEN PUNKT<br />

BELEUCHTUNGSLÖSUNGEN FÜR DEN GLEISNAHEN BEREICH<br />

Keine weitere Erneuerung am<br />

südlichen Berliner Innenring<br />

Die DB hat das Projekt aufgeg<strong>eb</strong>en, auf dem südlichen Berliner<br />

Innenring <strong>die</strong> Gleise der parallel zur S-Bahn liegenden<br />

Güterbahn Strecke 6170 wieder aufzubauen (<strong>eb</strong> 10/2013,<br />

S. 569 und 12/2013, S. 795). Begründet wird das mit fehlender<br />

Wirtschaftlichkeit, unter anderem durch hohe Ausgaben<br />

<strong>für</strong> Brückenerneuerungen. Allerdings wurde das zweigleisige<br />

Kreuzungsbauwerk n<strong>eb</strong>en der Halle des S-Bahnhaltepunktes<br />

Schön<strong>eb</strong>erg hoch über der S-Bahnstrecke 6033 nach Berlin-<br />

Wannsee bereits als klassische Fachwerkbrücke erneuert.<br />

Quelle: SIGNAL 3/2014<br />

E-Highway <strong>für</strong> Lastkraft wagen in Kalifornien<br />

• 1:1 Austausch<br />

• Maßgeschneiderte Lumenpakete<br />

• Energieersparnis bis 50%<br />

• Systemeffizienz 110 Lumen / Watt<br />

• - 25°C bis + 40°C<br />

• IP65 bis IP69K, Zone 2 / 22, SK II<br />

• Sofortlicht, dimmbar, Notlicht<br />

Lichttechnische Spezialfabrik · Sportallee 8 · 22335 Hamburg<br />

T. +49.40.51 30 09-0 · info@norka.de · www.norka.de<br />

INNOTRANS 2014<br />

23.-26.09.2014<br />

Sie finden uns hier:<br />

HALLE 5.2 | STAND 407<br />

140718_NORKA_AZ_NVP_90x131_HF_dt_isoV2_print Kopie.indd 1 18.07.14 10:36<br />

Elektromobilität Nachrichten<br />

Nach rund zweijährigen Gesprächen<br />

hat Siemens <strong>von</strong> der südkalifornischen<br />

Umweltbehörde <strong>für</strong><br />

Luftreinhaltungspolitik (South Coast<br />

Air Quality Management District,<br />

SCAQMD) den Zuschlag <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

Installation einer E-Autobahn zu<br />

Testzwecken in der Nähe der Häfen<br />

<strong>von</strong> Los Angeles und Long Beach<br />

erhalten. Der US-Bundesstaat<br />

Kalifornien ist <strong>für</strong> seine strengen<br />

Umweltschutzvorschriften bekannt<br />

und häufig das erste Einsatzg<strong>eb</strong>iet<br />

zum Testen neuer emissionsarmer<br />

Antri<strong>eb</strong>skonzepte. Die Behörde<br />

spricht <strong>von</strong> einem 5-Mio.-USD-<br />

Projekt, das im Sommer 2015<br />

anlaufen soll und zunächst auf ein<br />

Jahr angelegt ist. Der Auftragnehmer<br />

hat mit der Volvo Group und<br />

deren Marke Mack <strong>für</strong> das Projekt<br />

ein Vorführfahrzeug entwickelt,<br />

jedoch könnten eventuell auch Lkw<br />

anderer Marken an dem Versuch<br />

teilnehmen. Zunächst sollen jeden<br />

Tag bis zu vier Lkw <strong>die</strong> Strecke<br />

im Pendelverkehr befahren. Die<br />

Technik wurde in den vergangenen<br />

zwei Jahren auf einem Testgelände<br />

bei Berlin erprobt (<strong>eb</strong> 5/2012,<br />

S. 175–176). Der dabei entwickelte<br />

intelligente Stromabnehmer ermöglicht<br />

das Überholen mit 90 km/h<br />

ohne Kontakt zur Oberleitung und<br />

anschließendes Wiederankoppeln.<br />

– Das Unternehmen sieht <strong>die</strong> Lösung<br />

mit Oberleitung als Zukunftsmodell,<br />

dagegen zur induktiven<br />

Übertragung keine technische<br />

Lösung <strong>für</strong> genügend Leistungsübertragung<br />

während der Fahrt.<br />

[1] Bühs, F.; Keil, G.; Lehmann, M.:<br />

Stromabnehmer <strong>für</strong> schwere Nutzfahrzeuge.<br />

In: <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

111 (2013), H. 4, S. 249–256<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

551

Nachrichten Energie und Umwelt<br />

Windenergieübertragung<br />

www.artemisip.com<br />

Hydraulische Übertragungen<br />

galten wegen ihrer Robustheit und<br />

Leistungsdichte schon lange als<br />

geeignet <strong>für</strong> Windturbinen, litten<br />

jedoch bisher an niedrigen Teillastwirkungsgraden.<br />

Jetzt hat <strong>die</strong><br />

britische Artemis Intelligent Power,<br />

seit 2010 Tochter <strong>von</strong> Mitsubishi<br />

Heavy Industries, zusammen mit<br />

dem Mutterkonzern ihre verlustarme<br />

Digital Displacement ® Technology<br />

(DDT) so weit entwickelt, dass<br />

sie mit direkten oder Getri<strong>eb</strong>eübertragungen<br />

technisch und wirtschaftlich<br />

konkurrieren kann. Dabei<br />

erzeugt eine niedrig drehende<br />

Pumpe ein jederzeit dem wechselnden<br />

Wind angepasstes Rotordrehmoment,<br />

während zwei drehzahlkonstante<br />

Hydraulikmotoren je<br />

einen Standard-Synchrongenerator<br />

versorgen. Ein Hydraulikwandler<br />

entkoppelt beide Seiten besonders<br />

bei Windböen. Die Generatoren<br />

arbeiten ohne Umrichter direkt am<br />

Netz und stützen es. Der Jahresarbeitsgrad<br />

wird dadurch verbessert,<br />

dass bei mäßigem oder wenig<br />

Wind ein Generator abgeschaltet<br />

wird. Die DDT ® ist leichter als<br />

andere Übertragungen und wegen<br />

der inhärent ausbalancierten<br />

Lastverteilung und der druckbegrenzenden<br />

Eigenschaft hydraulischer<br />

Maschinen extrem robust.<br />

Pumpe und Motoren sind als<br />

Module ausgeführt und lassen sich<br />

wie andere Komponenten in der<br />

Gondel mit dem Bordkran wechseln.<br />

Nach erfolgreichen Tests einer<br />

1,6-MW-Prototypübertragung ab<br />

2011 arbeitet seit Anfang 2013<br />

eine 2,4-MW-DDT im Mitsubishi-<br />

Innenraumtestzentrum in Yokohama.<br />

Eine erste 7-MW-Übertragung<br />

kommt auf ein Offshore-Testfeld<br />

bei Glasgow und zwei weitere<br />

sollen in schon arbeitende Turbinen<br />

vor der Küste <strong>von</strong> Fukushima<br />

getauscht werden.<br />

Nachrichten Produkte und <strong>Lösungen</strong><br />

Einschaltfester Erdungsschalter<br />

TABELLE<br />

Hauptdaten Erdungsschalter FES.<br />

Bemessungswerte<br />

Spannung und Frequenz<br />

Halte-Kurzzeitstrom<br />

Kurzschlussstromdauer<br />

Halte-Stoßstrom<br />

Einpoliger Erdungsschnellschalter (Zeichnung: Fritz<br />

Driescher & Söhne, www.driescher.de)<br />

kV / Hz<br />

kV / Hz<br />

kA<br />

s<br />

kA<br />

17,5 / 16,7<br />

27,5 / 50<br />

40<br />

1<br />

100<br />

Kurzschlusseinschaltvermögen kA 100<br />

Hauptkomponente des neuen<br />

aktiven Erdungssystems <strong>für</strong><br />

Oberleitungen und Deckenstromschienen<br />

ist ein Erdungsschnellschalter<br />

(Fast Earthing<br />

Switch, FES). Er kann, als derzeit<br />

einziger am Markt, <strong>die</strong> Fahrleitung<br />

bei jedem Betri<strong>eb</strong>szustand<br />

erden, das heißt auch bei eingeschalteter<br />

Fahrleitung eine sichere<br />

Erdung herstellen. Das gelingt<br />

aufgrund seiner extrem kurzen<br />

Schaltzeit. Dazu wird ein Kraftspeicher<br />

aufgeladen, in der Regel<br />

durch einen ferngesteuerten Motorantri<strong>eb</strong>,<br />

bei Störungen auch<br />

mittels Handkurbel am Antri<strong>eb</strong>.<br />

Wenn der Kraftspeicher voll ist,<br />

lässt ein Schnappmechanismus<br />

<strong>die</strong> primären Erdungskontakte<br />

durch <strong>die</strong> Speicherenergie<br />

innerhalb weniger Millisekunden<br />

selbsttätig schließen. Die besondere<br />

Stärke des Systems ist,<br />

dabei den hohen Kräften durch<br />

Kurzschluss-Einschaltströme bis<br />

100 kA standzuhalten. Andererseits<br />

ist <strong>die</strong> mechanische L<strong>eb</strong>ensdauer<br />

mit 2 000 Schaltspielen<br />

sehr hoch. Die Bauteile sind aus<br />

rostbeständigem und feuerverzinktem<br />

Stahl, <strong>die</strong> Kontakte<br />

sind versilbert. Der Schalter<br />

wiegt rund 40 kg und kann<br />

wie im Bild horizontal, aber<br />

auch vertikal oder über Kopf<br />

montiert werden. Er ist geprüft<br />

nach IEC 62505-2 / EN 62271-<br />

1 und -102. Derzeit gibt es ihn<br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Nennspannungen DC<br />

3 kV, AC 15 kV 16,7 Hz und AC<br />

25 kV 50 Hz. Sein Einsatz ist<br />

nicht nur zunehmend in langen<br />

Bahntunneln sowie in Anlagen<br />

zur Fahrzeugbehandlung und<br />

-instandhaltung zu erwarten,<br />

sondern auch als Standard-Streckenausrüstung.<br />

Das Motiv ist<br />

hier weniger, möglichst schnell<br />

<strong>die</strong> Sicherheit <strong>für</strong> Personen herzustellen;<br />

vielmehr lassen sich<br />

damit bei Bau- oder Instandhaltungsarbeiten<br />

erh<strong>eb</strong>liche<br />

Personal- und Maschinenzeiten<br />

gegenüber manueller Erdung<br />

gewinnen.<br />

552 112 (2014) Heft 8-9

Produkte und <strong>Lösungen</strong> Nachrichten<br />

Dynamische Zugbeleuchtung<br />

SFB Spezialleuchten erprobt<br />

derzeit in zwei ICE-T-Wagen<br />

einen Umrüstsatz, der klassische<br />

Leuchtstoffröhren und Halogenspots<br />

durch LED-Leisten und<br />

-Spots ersetzt. Als erstes Unternehmen<br />

stattet es <strong>die</strong> Hauptbeleuchtung<br />

<strong>von</strong> Schienenfahrzeugen<br />

nach DIN EN 13272 in<br />

Tunable White aus, dem künstlichen<br />

Tageslicht mit simuliertem<br />

Farbtemperaturverlauf. Hinzu<br />

kommt eine farbige Ambient<strong>eb</strong>eleuchtung<br />

(RGB), <strong>die</strong> sich nach<br />

gewünschter Atmosphäre mischen<br />

lässt, etwa um eine Happy<br />

Hour im Bistro zu erzeugen.<br />

Eine zukünftige Tri<strong>eb</strong>zugserie<br />

der Rhätischen Bahn bekommt<br />

eine bisher einzigartige tageslichtabhängig<br />

gesteuerte<br />

LED-Ausrüstung mit drei Leuchtenarten,<br />

<strong>die</strong> Licht in den Farbtemperaturen<br />

warmweiß, neutral<br />

oder kaltweiß abstrahlen. Durch<br />

Mischung lassen sich Farbtemperatur<br />

und Lichtintensität beli<strong>eb</strong>ig<br />

und übergangslos verändern. Die<br />

Innenbeleuchtung passt sich so<br />

an Tageslicht, Wetter, Jahreszeit<br />

und Temperatur an. An einem<br />

ICE-T-Großraumwagen mit dynamischer Beleuchtung (Designstu<strong>die</strong>: SFB,<br />

www.sbf-germany.com).<br />

hellen, warmen Sommertag ist<br />

<strong>die</strong> Innenbeleuchtung beispielsweise<br />

kaum wahrnehmbar und<br />

hat einen höheren Blauanteil,<br />

was dem Tageslicht unter<br />

Sonneneinstrahlung entspricht.<br />

Gleichzeitig wirkt das Licht<br />

kühlend, was bei hohen Außentemperaturen<br />

vorteilhaft ist. An<br />

grauen Wintertagen dagegen<br />

erzeugt warmweiße bis neutrale<br />

Lichtfarbe eine warme stimmungsaufhellende<br />

Atmosphäre.<br />

Dazu bekommen <strong>die</strong> Züge ein<br />

Tunnelprogramm, das Lichtstärke<br />

und Lichtfarbe automatisch über<br />

<strong>die</strong> Zugsteuerung einstellt.<br />

In Entwicklung sind virtuelle<br />

Panoramadecken, <strong>die</strong> beispielsweise<br />

geschwindigkeitsgerecht<br />

den vorbeiziehenden Himmel simulieren.<br />

Ang<strong>eb</strong>oten wird schon<br />

eine spezielle App, mit der Fahrgäste<br />

per Smartphone oder -pad<br />

Beleuchtungsstärke und Lichtfarbe<br />

an ihrem Sitzplatz individuell<br />

einstellen und das <strong>für</strong> <strong>die</strong> nächste<br />

Zugfahrt speichern können.<br />

Leistungsstarke Führerstanddisplays<br />

Mit Einsatz neuer Prozessorgenerationen<br />

schafft GERSYS leistungsstarke<br />

Human-Machine Interface<br />

(HMI) Systeme <strong>für</strong> Anwendungen<br />

bei ETCS, maschinentechnische<br />

Anzeigesysteme oder als CCTV-<br />

Displays. Besonderes Merkmal<br />

ist <strong>die</strong> hohe Grafikleistung, <strong>die</strong><br />

<strong>für</strong> ruckfreie Darstellung <strong>von</strong><br />

Videostreams sorgt, aber immer<br />

noch mindestens 50 % der<br />

Prozessor-Rechenleistung <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

eigentliche Anwendungssoftware<br />

frei lässt. Das Chipdesign mit<br />

PowerSave-Funktionen besorgt<br />

geringe Leistungsaufnahme,<br />

sodass <strong>die</strong> Prozessoren auch im<br />

industriellen Temperaturbereich<br />

spezifiziert sind. Sie werden<br />

vom Hersteller mit si<strong>eb</strong>en bis<br />

Foto: GERSYS (www.gersys.de).<br />

zehn Jahren Langzeitverfügbarkeit<br />

ang<strong>eb</strong>oten, was durch das<br />

Obsoleszenz-Management des<br />

Unternehmens um weitere fünf<br />

oder noch mehr Jahre verlängert<br />

werden kann. Die Geräte<br />

entsprechen den Bahnnormen<br />

EN 50155 und EN 45545 und<br />

haben Weitbereichsnetzteile, um<br />

Logistikaufwand <strong>für</strong> fahrzeugspezifische<br />

Varianten zu vermeiden.<br />

Das modulare Konzept bietet<br />

verschiedene Bildschirmauflösungen,<br />

Tastatur- oder Touch-<br />

Varianten und Schnittstellen. Ein<br />

Mini-PC-Steckplatz gestattet <strong>die</strong><br />

Aufrüstung mit speziellen oder<br />

kundenspezifischen Baugruppen.<br />

Als Betri<strong>eb</strong>ssysteme stehen Embedded<br />

Windows 7 oder Embedded<br />

Linux zur Wahl. Für enge<br />

Platzverhältnisse gibt es Geräte<br />

mit nur 45 mm Einbautiefe.<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

553

Nachrichten Produkte und <strong>Lösungen</strong><br />

Überspannungsableiter <strong>für</strong><br />

anspruchsvolle Anlagen<br />

Fotomontage: DEHN + SÖHNE (www.dehn.de).<br />

Nachrichten Unternehmen<br />

Die Überspannungsableiter<br />

DEHNguard ® SE H LI sind <strong>für</strong> <strong>die</strong><br />

steigenden Verfügbarkeitsansprüche<br />

der elektrischen Systeme<br />

in empfindlichen Anlagen wie<br />

Powerlines Group<br />

Kraftwerken, Offshore-Windkraftanlagen<br />

und Rechenzentren<br />

konzipiert. Es gibt sie <strong>für</strong> AC-Spannungen<br />

<strong>von</strong> 75 bis 1 000 V. Sie<br />

sind Typ-2-Ableiter (SPD Typ 2)<br />

und entsprechen den Anforderungen<br />

der DIN EN 61643-11; bei<br />

230 V Nennspannung haben sie<br />

1,5 kV Schutzpegel. Das Ableitvermögen<br />

geht bis 65 kA bei 8/20 µs.<br />

Als Einbaubreite werden nur 1,5<br />

Teilungseinheiten beansprucht.<br />

Alle weiteren Merkmale der modularen<br />

DEHNguard-Familie wie<br />

verwechselungssichere Ko<strong>die</strong>rung,<br />

Modulverriegelung und -entriegelungstaste<br />

wurden beibehalten,<br />

<strong>eb</strong>enso <strong>die</strong> Vibrations-und Schockprüfung<br />

nach EN 60068-2. Eine<br />

Besonderheit ist <strong>die</strong> dreistufige<br />

Lifetime Indication-Funktion durch<br />

Sichtanzeigen grün – gelb – rot<br />

und potenzialfreien Wechslerkontakt<br />

zur Fernmeldung. Wenn sich<br />

nach einer erhöhten Belastung <strong>die</strong><br />

Varistorstruktur irreversibel verändert<br />

haben könnte, empfiehlt <strong>die</strong><br />

gelbe Sichtanzeige mit aktivierter<br />

Fernmeldung den Wechsel<br />

des Moduls, das jedoch bis zur<br />

roten Anzeige voll funktionsfähig<br />

bleibt. Damit ist <strong>die</strong> Einbindung<br />

in Condition Monitoring Systeme<br />

und präventive Wartungskonzepte<br />

möglich, zum Beispiel bei<br />

Offshore-Windenergieanlagen.<br />

SBF Spezialleuchten<br />

Powelines Group ist ein europäischer<br />

Spezial-Nischenplayer <strong>für</strong><br />

<strong>die</strong> Elektrifizierung <strong>von</strong> Bahnstrecken<br />

im Fern- und Nahverkehr<br />

einschließlich U- und Straßenbahnen<br />

sowie <strong>für</strong> <strong>die</strong> Errichtung<br />

<strong>von</strong> Hochspannungsleitungen <strong>für</strong><br />

Energieversorger, hauptsächlich<br />

im deutschsprachigen Raum, in<br />

Skandinavien und in Großbritannien.<br />

Die Unternehmensgruppe<br />

zählt zu den 500 größten Unternehmen<br />

Österreichs und setzte<br />

im Geschäftsjahr 2013/14 rund<br />

190 Mio. EUR um.<br />

Die SBF Spezialleuchten GmbH<br />

mit Hauptsitz in Leipzig führt<br />

sich auf <strong>die</strong> 1862 gegründete<br />

Sächsische Broncewarenfabrik zurück<br />

und ist seit 1968 auf Fahrzeug-Innen-<br />

und Außenbeleuchtungseinrichtungen<br />

spezialisiert.<br />

Das Unternehmen begann 2007<br />

als weltweit erstes, LED-Beleuchtungen<br />

<strong>für</strong> Schienenfahrzeuge<br />

herzustellen. Derzeit beschäftigt<br />

es rund 100 Mitarbeiter, da<strong>von</strong><br />

mehr als 30 Entwicklungsingenieure,<br />

Licht- und Anwendungsspezialisten.<br />

Bei der Entwicklung<br />

<strong>von</strong> Beleuchtungssystemen<br />

arbeitet SBF unter anderem mit<br />

den Technischen Universitäten<br />

Ilmenau und Dresden sowie<br />

mit einem Fraunhofer-Institut<br />

zusammen.<br />

Nachrichten Personen<br />

Neuer Leiter <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung bei Balfour Beatty Rail<br />

Dr.-Ing. Steffen Röhlig (51),<br />

Mitherausg<strong>eb</strong>er und Chefredakteur<br />

der <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>,<br />

ist seit Mitte Juli 2014 Leiter<br />

des neu strukturierten Bereichs<br />

<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung und<br />

Mitglied des Managementteams<br />

der Balfour Beatty Rail GmbH mit<br />

Dienstsitz in Offenbach. S. Röhlig<br />

stu<strong>die</strong>rte und promovierte an<br />

der Hochschule <strong>für</strong> Verkehrswesen<br />

„Friedrich List“ in Dresden.<br />

Im Jahr 1991 war er einer der<br />

Mitgründer und Geschäftsführer<br />

der ELBAS <strong>Elektrische</strong> Bahnsysteme<br />

Ingenieur-Gesellschaft bis zu<br />

deren Verschmelzung mit der<br />

SIGNON Deutschland GmbH,<br />

einem Tochterunternehmen<br />

der TÜV SÜD AG (<strong>eb</strong> 8-9/2013,<br />

S. 561). Dan<strong>eb</strong>en war er <strong>von</strong><br />

2009 bis 2012 innerhalb der<br />

niederländischen KEMA verantwortlich<br />

<strong>für</strong> den Bahnbereich.<br />

Er arbeitet auch aktiv in europäischen<br />

Normungsgremien,<br />

beispielsweise als Convenor der<br />

Arbeitsgruppe C1 des CENELEC<br />

SC 9XC, <strong>die</strong> <strong>die</strong> Normengruppe<br />

EN 50122 betreut.<br />

554 112 (2014) Heft 8-9

Me<strong>die</strong>n Nachrichten<br />

Bücher<br />

Siemens Historical Institute<br />

(Hrsg.): Stromzeiten<br />

Pionierleistungen der Elektrotechnik<br />

– Fotografien aus dem Siemens<br />

Historical Institute. Berlin,<br />

München: Deutscher Kunstverlag,<br />

2014; 272 S., 295 s-w Abb., dav.<br />

18 ganzseit.; 23,5 cm x 30,5 cm,<br />

Hardcover, 1,6 kg; 29,80 EUR;<br />

ISBN 978342207-2350.<br />

Ein Band wie <strong>die</strong>ser hieß im<br />

19. Jahrhundert bei Werken der<br />

Bildungsliteratur Illustrierte Prachtausgabe.<br />

Er bringt einführend<br />

Das Haus Siemens im Überblick<br />

1880 – 1930 und beschreibt das<br />

unglaubliche Wachsen des Unternehmens<br />

mit der Siemensstadt vor<br />

Berlin, den Ausbau des internationalen<br />

Geschäftes mit beispielhaft<br />

ausgewählten Standorten und<br />

<strong>die</strong> Dezentralisierung und Spezialisierung.<br />

Dann werden in drei<br />

Hauptteilen auf je rund 60 Seiten<br />

zehn Großprojekte aus dem Bereich<br />

Energie, 16 aus dem Bereich<br />

<strong>Mobilität</strong> und 17 aus dem Bereich<br />

Industrie vorgestellt, gefolgt <strong>von</strong><br />

si<strong>eb</strong>en Projekten der Kommunikation.<br />

Jedes Projekt wird zunächst<br />

auf maximal einer Seite Text<br />

vorgestellt, <strong>die</strong> Bildunterschriften<br />

sind <strong>eb</strong>enso sparsam wie präzise.<br />

Natürlich sind <strong>die</strong> Üblichen<br />

dabei wie Großkraftwerk Franken,<br />

Lokalbahn Murnau – Oberammergau<br />

und Zeche Zollern II, aber<br />

geografisch reicht <strong>die</strong> Spanne bis<br />

zu einem argentinischen Wasserkraftwerk,<br />

einer indonesischen<br />

Straßenbahn, einer Förderbahn in<br />

Südafrika und einem Fernsprechamt<br />

in China. N<strong>eb</strong>en Bildern <strong>von</strong><br />

Großgeräten und Fahrzeugen im<br />

Einsatz gibt es Blicke in <strong>die</strong> Fertigung<br />

und bei Wasserkraftwerken,<br />

U-<strong>Bahnen</strong> und Kabelstrecken in<br />

<strong>die</strong> Baustellen. Zum Schluss wird<br />

noch das Bildarchiv des Siemens<br />

Historical Institute vorgestellt,<br />

beginnend <strong>von</strong> der Festanstellung<br />

eines Fotografen 1878 bis zur<br />

digitalen Archiviereng. Natürlich<br />

stammen alle Fotos im Band noch<br />

<strong>von</strong> analoger Fotografie und sind<br />

entsprechend brillant auf kartonähnlichem<br />

Papier wiedergeg<strong>eb</strong>en.<br />

Das inhaltliche Niveau und <strong>die</strong> gestalterische<br />

Qualität ließen zu dem<br />

unglaubhaft niedrigen Ladenpreis<br />

rückfragen, der aber stimmt.<br />

SBB; Kr<strong>eb</strong>s, P. (Hrsg.): Durchmesserlinie<br />

Das Wunder <strong>von</strong> Zürich. Zürich:<br />

AS, 2014; 208 S., 233 arb. Abb.,<br />

vielf. ganz- od. doppelseit., 2<br />

Tab.; 25 cm x 30,5 cm, Hardcover;<br />

88,00 CHF, DE 69,90 EUR, AT<br />

71,90 EUR; ISBN 978-3-90605-<br />

518-3. Nach drei gehörigen<br />

Vorworten behandelt ein erster<br />

Abschnitt Vorgeschichte und Bedeutung<br />

des Projektes. Letztere<br />

wird in ihrer Wirkung erst später<br />

sichtbar werden, und zu ersterer<br />

heißt es vielsagend, dass es<br />

vermutlich chancenlos gewesen<br />

wäre, wenn <strong>die</strong> SBB es initiiert<br />

hätte; vielmehr sei es aus den Vorschlägen<br />

der Opponentenkreise<br />

gegen deren Pläne entstanden.<br />

Diese und noch viel frühere werden<br />

gezeigt, und <strong>die</strong> Klimmzüge<br />

zur Finanzierung sind aufgezählt.<br />

Das Projekt selbst ist in den vier<br />

Teilen Ausbau Oerlikon, Weinbergtunnel,<br />

Bahnhof Löwenstraße und<br />

Ausfahrt nach Westen dargestellt.<br />

Ein dritter Hauptteil beleuchtet in<br />

zwei Abschnitten <strong>die</strong> Wechselwirkungen<br />

mit der Stadt. Am Schluss<br />

jedes der si<strong>eb</strong>en Abschnitte sind<br />

zwei Seiten einer Person gewidmet,<br />

<strong>die</strong> intern an dem Projekt<br />

hauptbeteiligt oder extern <strong>von</strong><br />

ihm betroffen war. Die Aufmachung<br />

des Werkes entspricht generell<br />

schweizerischem und im Besonderen<br />

AS-Standard; sie braucht<br />

deshalb keinen Kommentar.<br />

Fröhberg, U.: Die Straßenbahn<br />

in Hannover 1945 bis 1985<br />

Erfurt: Sutton, 2014; 124 S.,<br />

233 Abb., dav. 22 farb.; 17 cm<br />

x 24 cm, Hardcover; 19,90 EUR,<br />

ISBN 978395400-368-6.<br />

Der Autor hat aus seinem<br />

eigenen Archiv, einem weiteren<br />

privaten und dem des Historischen<br />

Museums Hannover einen<br />

Bildband geschaffen, der <strong>die</strong><br />

Veränderungen der hannoverschen<br />

Straßenbahn über 40 Jahre<br />

dokumentiert. Das Büchlein besticht<br />

durch Präzision und klares<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

555

Nachrichten Me<strong>die</strong>n<br />

Layout. Auf zwei als „Einleitung“<br />

kaschierten Seiten den öffentlichen<br />

Personenverkehr einer<br />

Hauptstadt <strong>von</strong> 1872 bis 1977<br />

abzuhandeln und dabei auch<br />

<strong>die</strong> Maschseeschifffahrt anzusprechen,<br />

ver<strong>die</strong>nt einigen Respekt.<br />

Es folgen Abschnitte Die Fahrzeuge<br />

der Üstra (38 S.), Betri<strong>eb</strong>shöfe<br />

und Arbeitswagen (14 S.), Der Güterverkehr<br />

(6 S.) und Unterwegs<br />

auf dem Netz (48 S.); ein kleines<br />

Kaleidoskop sind noch <strong>die</strong> elf<br />

Schlussseiten Die Straßenban in<br />

Farbe. Die Abschnitte haben nach<br />

dem Anfangsblatt immer zwei<br />

Fotos pro Seite, naturgemäß oft<br />

unterschiedlichen Formats, wobei<br />

<strong>die</strong> gezeigten Fahrzeuge mit ihren<br />

äußeren Merkmalen und <strong>die</strong><br />

Örtlichkeit mit jeweils nur zwei<br />

bis höchstens sechs Zeilen l<strong>eb</strong>endig<br />

kommentiert sind. Eindrucksvoll<br />

sind immer wieder Bilder aus<br />

den ersten Nachkriegsjahren; der<br />

Rezensent erinnert sich, wie er<br />

1947 den ersten Straßenbahnwagen<br />

mit wieder kompletten<br />

Fensterscheiben gesehen hat.<br />

Berliner S-Bahn-Museum<br />

(Hrsg.): Jubiläen bei der<br />

Berliner S-Bahn<br />

Daten, Erinnerungen, Feiern. Berlin:<br />

GVE, 2014; 32 S., 84 farb. u. 30<br />

s-w Abb.; 21 cm x 21 cm, Softcover;<br />

5,80 EUR; ISBN 9783892181163.<br />

Die S-Bahn Berlin hat den<br />

90. Jahrestag der Aufnahme des<br />

elektrischen Betri<strong>eb</strong>s auf der<br />

Strecke vom Stettiner Vorortbahnhof<br />

(heute Nordbahnhof)<br />

nach Bernau am 8. August 1924<br />

gefeiert. Dabei gab es noch zwei<br />

andere markante und zeitweise<br />

gefeierte Tage: Zu Rückblicken<br />

veranlasste 1938 <strong>die</strong> Aufnahme<br />

des durchgehenden elektrischen<br />

Betri<strong>eb</strong>s Erkner – Potsdam 1928<br />

und <strong>eb</strong>enso 1963 der 1903<br />

begonnene elektrische Betri<strong>eb</strong><br />

Potsdamer Ringbahnhof – Groß<br />

Lichterfelde Ost,<br />

übrigens auf<br />

über 20 Seiten<br />

beschri<strong>eb</strong>en im<br />

Heft 2 der gerade<br />

neu gegründeten<br />

Zeitschrift <strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong> [1].<br />

Mit einer Fülle<br />

zeitgenössischer<br />

Fotos und Reproduktionen<br />

<strong>von</strong><br />

Dokumenten führt<br />

<strong>die</strong> Broschüre,<br />

jeweils wohltuend<br />

konzentriert<br />

und konsequent<br />

gegliedert in Der<br />

gesellschaftliche Rahmen – Die<br />

betri<strong>eb</strong>liche Situation – Die<br />

Feiern vom Anfang in 1924 zum<br />

aktuellen Jubiläum über acht<br />

Zwischentermine, da<strong>von</strong> zwei<br />

getrennt <strong>für</strong> Ost und West.<br />

[1] N. N.: Die elektrische Vorortbahn<br />

Berlin-Potsdamer Bahnhof – Groß-<br />

Lichterfelde-Ost, ausgerüstet <strong>von</strong><br />

der Union Elektrizitäts-Gesellschaft,<br />

Berlin. (Bericht der bauausführenden<br />

Gesellschaft). In: <strong>Elektrische</strong><br />

<strong>Bahnen</strong> 1 (1903), H. 2, S. 57–79.<br />

Eisenbahnatlas Deutschland<br />

Köln: Schweers + Wall;<br />

9. Auflage 2014; 272 S.; g<strong>eb</strong>.;<br />

23,5 x 27,5 cm; 44,00 EUR;<br />

ISBN 978‐3-89494-145-1.<br />

In nunmehr 9. Auflage ist in<br />

<strong>die</strong>sem Frühjahr der 1994 erstmals<br />

aufgelegte „Eisenbahnatlas<br />

Deutschland“ erschienen<br />

und begeht mit <strong>die</strong>ser Auflage<br />

sein zwanzigjähriges Jubiläum.<br />

Der Band, welcher mit Unterstützung<br />

der Deutschen Bahn<br />

AG (DB) und des Verbandes<br />

Deutscher Verkehrsunternehmen<br />

(VDV) erstellt wurde,<br />

gibt einen umfassenden<br />

Überblick über <strong>die</strong> gesamte<br />

Eisenbahnstreckeninfrastruktur<br />

in Deutschland, sowohl in der<br />

Gegenwart, als auch in der<br />

Vergangenheit und Zukunft.<br />

Nach verlagseigener Angabe<br />

ist der Streckenbestand<br />

im Frühjahr 2014 überwiegend<br />

im Maßstab 1 : 300 000<br />

wiedergeg<strong>eb</strong>en, <strong>für</strong> Ballungsg<strong>eb</strong>iete<br />

gibt es Detailkarten<br />

im Maßstab 1 : 50 000 oder<br />

1 : 100 000. Stillgelegte<br />

Strecken sind <strong>eb</strong>enso eingezeichnet<br />

wie in Planung oder<br />

in Bau befindliche Neubaustrecken,<br />

so zum Beispiel<br />

<strong>die</strong> VDE 8.1 und 8.2 oder der<br />

zweite Münchner S-Bahn-<br />

Tunnel. Auch sind geplante<br />

556 112 (2014) Heft 8-9

Me<strong>die</strong>n Nachrichten<br />

Ausbaumaßnahmen in den<br />

Karten gekennzeichnet.<br />

Die elektrisch betri<strong>eb</strong>enen<br />

Strecken sind farblich besonders<br />

hervorgehoben, wobei grundsätzlich<br />

zwischen Gleich- und<br />

Wechselstrom unterschieden<br />

wird und <strong>die</strong> Nennspannung<br />

farblich gekennzeichnet ist.<br />

Strecken mit seitlicher Stromschiene<br />

sind besonders gekennzeichnet.<br />

Im Gleichstrombereich<br />

gibt es zwar insbesondere bei<br />

den Niederspannungen DC<br />

600 V und DC 750 V keine Unterscheidung<br />

mehr, <strong>die</strong> Spannung<br />

ist aber zumeist in den<br />

Legenden der jeweiligen Karten<br />

angeg<strong>eb</strong>en. U-Bahn-Netze sind<br />

vollständig wiedergeg<strong>eb</strong>en,<br />

Straßenbahnnetze hingegen<br />

nur in einigen Städten. Eine<br />

vollständige Kartierung der<br />

Straßenbahnnetze wenigstens<br />

im derzeitigen Zustand wäre<br />

wünschenswert. Industri<strong>eb</strong>ahnen<br />

wie beispielsweise jene in<br />

der Lausitzer Braunkohleregion<br />

oder auch Hafenbahnen sind<br />

dargestellt.<br />

Grundsätzlich wird in den<br />

Karten farblich auch zwischen<br />

Staats- und Privatbahnen unterschieden,<br />

wobei in Deutschland<br />

<strong>die</strong> Farbe Rot den mit AC 15 kV<br />

16,7 Hz elektrifizierten Strecken<br />

der DB vorbehalten ist.<br />

Aufgrund der weiteren Farbunterscheidung<br />

hinsichtlich des<br />

<strong>Bahnen</strong>ergieversorgungssystems<br />

bringt das einige Probleme<br />

mit sich, insbesondere in<br />

den Grenzregionen, bei denen<br />

<strong>die</strong> Kennzeichnung hinsichtlich<br />

des Eigentums nicht eindeutig<br />

ist oder in der Schweiz und<br />

in Österreich alle elektrifizierten<br />

Strecken in DB-Rot gekennzeichnet<br />

sind. Durch das<br />

Farbschema zu erkennen sind<br />

hingegen <strong>die</strong> nichtbundeseigenen<br />

elektrifizierten Strecken wie<br />

beispielsweise <strong>die</strong> in Eschwege<br />

und Lindern – Heinsberg<br />

mit AC 15 kV 16,7 Hz oder<br />

Chemnitz – Stollberg mit DC<br />

750 V. Es würde mehr Farben<br />

erfordern, alle vorhandenen<br />

Eigentum/<strong>Bahnen</strong>ergieversorgungssystem-Kombinationen<br />

eineindeutig darzustellen.<br />

Das Kartenmaterial wird<br />

durch einen Kommentar zur<br />

Entwicklung des Bahnbetri<strong>eb</strong>s in<br />

Deutschland sowie Übersichtskarten<br />

ergänzt. Für den elektrischen<br />

Betri<strong>eb</strong> <strong>von</strong> Bedeutung<br />

sind hier beispielsweise Übersichten<br />

über <strong>die</strong> DB-<strong>Bahnen</strong>ergieversorgung,<br />

über elektrifizierte<br />

Strecken in Deutschland einschließlich<br />

nichtbundeseigener<br />

Strecken, <strong>die</strong> Lage <strong>von</strong> DB-Werken,<br />

Instandhaltungswerken <strong>von</strong><br />

Privatbahnen und Herstellerwerken<br />

der Bahnindustrie.<br />

Zusammengefasst: Das Buch<br />

ist <strong>die</strong> wohl umfassendste<br />

Übersicht über <strong>die</strong> gesamte<br />

Eisenbahninfrastruktur in<br />

Deutschland.<br />

andere Informationsträger<br />

Übersichtskarte zum Kursbuch<br />

der Deutschen Bundesbahn<br />

und der Deutschen Reichsbahn<br />

Stand 1970. Nachdruck; Berlin:<br />

GVE, 2014; 59,4 cm x 84,1 cm<br />

= DIN A1, gefaltet auf DIN A4,<br />

m. Folder im Schutzumschl.;<br />

9,90 EUR; ISSN 2194-5187, EAN<br />

978-3-89218-970-1.<br />

Diese seltene Übersichtskarte<br />

der Deutschen Reichsbahn (DR)<br />

zeigt <strong>die</strong> Eisenbahnstrecken in der<br />

ehemaligen DDR und der Bundesrepublik<br />

Deutschland mit Stand<br />

1970. Sie war nur <strong>für</strong> den Dienstg<strong>eb</strong>rauch<br />

bestimmt, während auf<br />

den üblichen, den Kursbüchern<br />

der DR beiliegenden und somit<br />

öffentlich zugänglichen Karten nur<br />

<strong>die</strong> DDR gezeigt war, das angrenzende<br />

westliche und südliche<br />

Deutschland dagegen nur angeschnitten<br />

dargestellt oder sogar<br />

ausg<strong>eb</strong>lendet. Komplett restaurierte<br />

Version der Originalkarte auf<br />

hochwertigem Kunstdruckpapier.<br />

Berliner S-Bahn-Museum<br />

(Hrsg.): Amtlicher Taschenfahrplan<br />

der Berliner S-Bahn<br />

Gültig ab 28. Mai 1961. Nachdruck;<br />

Berlin: GVE, 1. Aufl., 2013; 21 cm<br />

x 14,5 cm, Softcover; 8,80 EUR;<br />

ISBN 978-3-89218-113.2.<br />

Das 42 Seiten starke Fahrplanheft<br />

der Deutschen Reichsbahn<br />

war das letzte vor dem Beginn des<br />

Mauerbaus am 13. August 1961.<br />

Die Übersichtskarte zeigt das noch<br />

ungeteilte Streckennetz mit Stadt-,<br />

Nord-Süd- und Ringbahn sowie<br />

Außenstrecken, deren elektrischer<br />

Betri<strong>eb</strong> überall nur kurz über <strong>die</strong><br />

Außengrenze <strong>von</strong> Berlin West<br />

hinausging; weiter und auf dem<br />

Berliner Außenring gab es Dampfbetri<strong>eb</strong>.<br />

In Hinweise <strong>für</strong> <strong>die</strong> Reisenden<br />

steht zweimal unauffällig der Begriff<br />

„Währungsg<strong>eb</strong>iet“. Mindestens so<br />

interessant wie <strong>die</strong> Fahrpreise und<br />

<strong>die</strong> Fahrpläne der sechs Linien ist<br />

<strong>die</strong> zeitgenössische Werbung.<br />

Bezugsquellen: GVE-Verlag Berlin, Fon:<br />

+30 787055-11, Fax: -10, E-Mail: info@<br />

gve-verlag.de; www.BahnBuchShop.de<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

557

Nachrichten Berichtigungen und Nachträge<br />

zu „Neue elektrisch betri<strong>eb</strong>ene Strecken ...“ in <strong>eb</strong> 12/2013 Seite 790<br />

Die Strecke Reichenbach (Vogtland)<br />

– Hof wird im Norden<br />

nicht <strong>von</strong> den Unterwerken (Uw)<br />

Gößnitz und Chemnitz gespeist,<br />

sondern vom Uw Werdau (siehe<br />

<strong>eb</strong> 7/2014 Seite 403 Bild 14).<br />

zu „<strong>Elektrische</strong> Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge bei DB Regio“ in <strong>eb</strong> 7/2014 Seite 384–386<br />

Die fünf Tri<strong>eb</strong>züge Baureihe<br />

(BR) 429 sind <strong>die</strong> Anfang 2009<br />

aus der BR 427 umgenummerten<br />

fünfteiligen FLIRT <strong>für</strong> den<br />

Verkehr an der Ostseeküste<br />

<strong>von</strong> Rostock bis Sassnitz und<br />

Ostse<strong>eb</strong>ad Binz. – Bei den DB-<br />

Zweisystemtri<strong>eb</strong>zügen BR 450<br />

ist <strong>die</strong> DC-Nennspannung 750 V<br />

(Tabelle 1). – Die noch im Bestand<br />

befindlichen Lokomotiven<br />

BR 143 wurden <strong>von</strong> 1984 bis<br />

1990 in Betri<strong>eb</strong> genommen (Tabelle<br />

2). – Der Tri<strong>eb</strong>zug BR 430,<br />

dessen Kopf als Bild 2 gezeigt<br />

ist, ist nicht <strong>für</strong> <strong>die</strong> S-Bahn<br />

Rhein-Ruhr, sondern <strong>für</strong> <strong>die</strong> S-<br />

Bahn Rhein-Main bestimmt.<br />

zu „<strong>Elektrische</strong>r Betri<strong>eb</strong> bei der Deutschen Bahn ...“ in <strong>eb</strong> 7/2014 Seite 392–416<br />

Im Bild 5 „Elektrifizierte Strecken<br />

...“ auf Seite 396 fehlt als<br />

Verlängerung der Strecke 4132<br />

<strong>von</strong> Bruchsal deren Abschnitt<br />

Graben-Neudorf – Rheinsheim –<br />

Grenze und seine Fortsetzung als<br />

Strecke 3450 bis Germersheim,<br />

elektrisch betri<strong>eb</strong>en seit Dezember<br />

2011; <strong>die</strong>ser Streckenwechsel<br />

liegt an der Landesgrenze Rheinland-Pfalz<br />

/ Baden-Württemberg,<br />

<strong>die</strong> hier ausnahmsweise nicht<br />

im Rhein, sondern auf 2 km<br />

Flusslänge am westlichen Land<br />

verläuft. Ferner fehlt der der DB<br />

gehörende Abschnitt Enzingen<br />

(Baden) – Schaffhausen (SBB)<br />

der Strecke 4000, elektrisch<br />

betri<strong>eb</strong>en seit Dezember 2013;<br />

<strong>die</strong> Kilometrierung <strong>die</strong>ser Strecke<br />

beginnt in Mannheim Hbf, läuft<br />

über Heidelberg und über Basel<br />

Badischer Bahnhof und endet<br />

nach 414 km in Konstanz.<br />

Auf der Strecke Knappenrode<br />

– Horka hat der Abbau der<br />

Altanlagen schon im Jahr 2014<br />

begonnen. Ein Grund <strong>für</strong> <strong>die</strong>sen<br />

Abbau ist, dass nach Stilllegung<br />

der großen Braunkohle-<br />

Tag<strong>eb</strong>aue in der Region <strong>die</strong><br />

Grundwasserverhältnisse sich so<br />

gravierend verändern, dass der<br />

Streckenunterbau verfestigt werden<br />

muss, und zwar stellenweise<br />

bis 40 m Tiefe.<br />

Nachrichten Blindleistung<br />

Rein induktiver Frequenzwandler<br />

Modulationswunder<br />

„... (das Unternehmen) liefert <strong>die</strong> ...<br />

Tonfrequenz-Gleichstromkreise ..“ (aus<br />

Pressemitteilung des Unternehmens).<br />

Ach nein!<br />

„Die zusätzliche Breite der Stadtbahnen<br />

macht sich durch mehr Platz<br />

im Innenraum bemerkbar.“ (aus<br />

Pressemitteilung des Herstellers).<br />

(aus Präsentation des Fahrzeugherstellers)<br />

Deutlicher<br />

sprechen!<br />

„Die Ursache <strong>für</strong> den Defekt an<br />

der 50.000-Volt-Leitung war<br />

zunächst unklar.“ (aus Online-<br />

Dienst zu Oberleitungsschaden<br />

in Kassel-Wilhelmshöhe).<br />

558 112 (2014) Heft 8-9

Auch unter<br />

www.<strong>eb</strong>-info.eu<br />

Unternehmensportrait/<br />

Recruiting<br />

in <strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

Präsentieren Sie Ihr Unternehmen in<br />

<strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong> und auf<br />

unserer W<strong>eb</strong>präsenz www.<strong>eb</strong>-info.eu.<br />

Gewinnen Sie qualifizierte Fachkräfte aus den<br />

Bereichen Entwicklung, Bau, Betri<strong>eb</strong> und<br />

Instandhaltung elektrischer <strong>Bahnen</strong> und neuer<br />

Verkehrssysteme mit den Schwerpunkten<br />

Energieversorgung und elektrische Tri<strong>eb</strong>fahrzeuge.<br />

Folgende Unternehmen stellen sich vor:<br />

Ihre Ansprechpartner im Verlag:<br />

Kirstin Sommer<br />

VERLAGSLEITUNG & MEDIABERATUNG<br />

Telefon: +49 89 203 53 66-36, Telefax: +49 89 203 53 66-99<br />

E-Mail: sommer@di-verlag.de<br />

Angelika Weingarten<br />

MEDIABERATUNG<br />

Telefon: +49 89 203 53 66-13, Telefax: +49 89 203 53 66-99<br />

E-Mail: weingarten@di-verlag.de<br />

www.<strong>eb</strong>-info.eu

Unternehmensportrait DB Energie GmbH<br />

Pfarrer-Perabo-Platz 2<br />

60326 Frankfurt/Main<br />

www.dbenergie.de<br />

DB Energie GmbH<br />

Als Manager eines der größten energieartenübergreifenden<br />

Portfolios und als Versorger der Eisenbahnen<br />

in Deutschland verfügt <strong>die</strong> DB Energie GmbH über<br />

<strong>die</strong> Erfahrung, das Know-how und <strong>die</strong> Technologie <strong>für</strong><br />

eine zuverlässige, wirtschaftliche und umweltfreundliche<br />

Energieversorgung. Mit 1.700 Mitarbeitern, einem<br />

Umsatz <strong>von</strong> 2,7 Milliarden Euro und einem Absatz <strong>von</strong><br />

14 TWh ist DB Energie fünftgrößter Stromversorger in<br />

Deutschland und der größte unabhängige Energieversorger<br />

im Lande. Über <strong>die</strong> reine Versorgung mit Strom<br />

und Gas bieten wir unseren Kunden aus Industrie,<br />

Gewerbe und Handel eine breite Palette an Dienstleistungen:<br />

Wir analysieren den Energi<strong>eb</strong>edarf, erarbeiten<br />

Beschaffungsstrategien und verhandeln Netznutzungsund<br />

Energielieferverträge. Als Partner <strong>für</strong> Elektromobilität<br />

übernehmen wir alle Dienstleistungen rund um <strong>die</strong><br />

Lade-Infrastruktur <strong>für</strong> Elektroautos in Deutschland. Als<br />

Umweltvorreiter bietet DB Energie Unternehmen, <strong>die</strong><br />

ihre ökologische Bilanz verbessern wollen, auf ihre Bedürfnisse<br />

abgestimmte Grünstromprodukte an.<br />

Über den Arbeitg<strong>eb</strong>er<br />

Branche: Energieversorgung<br />

Kompetenzen: Branchenübergreifende Erfahrung, jahrzehntelange Expertise entlang der gesamten<br />

Energieversorgungskette<br />

Leistungen: Energieversorgung (Strom (16,7-Hz/50-Hz), Diesel, Gas), energiewirtschaftliche<br />

Beratung, technische Dienstleistungen<br />

Benefits<br />

• Fahrvergünstigungen wie z. B. Jobticket, private Freifahrten<br />

• Der DB-Konzern hat <strong>für</strong> seine Mitarbeiter bei vielen Wohnungsbaugesellschaften und -genossenschaften<br />

Vorteile gesichert.<br />

• Familenplanung: Wir bieten unseren Mitarbeitern flexible Beschäftigungsmodelle zur Verbesserung<br />

der Vereinbarkeit <strong>von</strong> Beruf, Familie und Privatl<strong>eb</strong>en.<br />

• Kinder und Jugendliche: Umfassendes Ang<strong>eb</strong>ot <strong>für</strong> kleine „Bahner“ wie Kindertageseinrichtungen,<br />

Ferienbetreuung oder Notfallbetreuung<br />

• Individuelle Gesundheitsmaßnahmen<br />

• Betri<strong>eb</strong>liche Altersversorgung<br />

• Versicherungsschutz & vergünstigte Versicherungstarife<br />

Anzeige<br />

Die DB Energie GmbH sucht<br />

Nachwuchskräfte <strong>für</strong> <strong>die</strong> Bereiche<br />

• Anlagenmanagement<br />

• Anlagenplanung<br />

• Projektleitung Energieanlagen<br />

• Bauüberwachung Bahn<br />

• <strong>Elektrische</strong> Betri<strong>eb</strong>sführung<br />

• Vertri<strong>eb</strong><br />

• Einkauf<br />

• Portfoliomanagement<br />

Ansprechpartner<br />

Gelfo Kröger<br />

Pressesprecher DB Energie<br />

gelfo.kroeger@deutsch<strong>eb</strong>ahn.com<br />

Pfarrer-Perabo-Platz 2<br />

60326 Frankfurt/Main, Deutschland<br />

Telefon: +49 (0)30 297 62729<br />

Telefax: +49 (0)30 297 61715<br />

Mehr Informationen unter www.dbenergie.de/karriere

SIGNON Unternehmensportrait<br />

Unter<br />

SIGNON Deutschland GmbH<br />

SIGNON steht <strong>für</strong> ein einzigartiges Portfolio an Consulting-<br />

und Engineering-Leistungen <strong>für</strong> <strong>die</strong> Ausrüstungstechnik<br />

des internationalen Schienenverkehrs.<br />

Wir beraten, begleiten und unterstützen Bahnbetreiber<br />

und Infrastrukturunternehmen, Systemlieferanten,<br />

Zulassungsbehörden und Ministerien weltweit<br />

entlang der gesamten Prozesskette Planung,<br />

Realisierung und Betri<strong>eb</strong>.<br />

Um dem wachsenden Projektumfang gerecht zu<br />

werden, suchen wir engagierte neue Kolleginnen<br />

und Kollegen zur Verstärkung unseres Teams. Wir<br />

bieten ein hoch interessantes Umfeld, ausgezeichnete<br />

Perspektiven, spannende Projekte auf der<br />

ganzen Welt und nicht zuletzt <strong>die</strong> einzigartige<br />

Chance, <strong>die</strong> Zukunft der weltweiten <strong>Bahnen</strong> mit<br />

zu gestalten.<br />

Über den Arbeitg<strong>eb</strong>er<br />

Firmengröße: 170 Mitarbeiter<br />

Branche: Ingenieur-Unternehmen, Engineering und Consulting<br />

Kompetenzen: Leit- und Sicherungstechnik, <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung, Fahrzeugtechnik, IT-<strong>Lösungen</strong><br />

Leistungen: Planungsleistungen, Stu<strong>die</strong>n, Simulationen, Gutachten, Risikoanalysen, Bauüberwachung<br />

Benefits<br />

Mitwirkung an interessanten Projekten im In- und Ausland, Eingliederung in motivierte Teams, Einsatzmöglichkeiten<br />

an verschiedenen Standorten, auch in der Schweiz und in Österreich, umfangreiche Weiterbildungsmöglichkeiten,<br />

leistungsgerechtes Gehalt, flexible Arbeitszeiten, betri<strong>eb</strong>liche Altersvorsorge, weitere<br />

Leistungen wie beispielsweise Firmenticket, auf Wunsch Einsatzmöglichkeit im außereuropäischen Ausland<br />

Ansprechpartner<br />

Klaus Orphal<br />

Fon: +49 30 247387-32<br />

Fax: +49 30 247387-11<br />

E-Mail:<br />

klaus.orphal@signon-group.com<br />

Internet: www.signon-group.com<br />

Standorte<br />

10117 Berlin, Deutschland, Schützenstraße 15-17<br />

47051 Duisburg, Deutschland, Neudorfer Straße 41<br />

01099 Dresden, Deutschland, Königsbrücker Straße 34 und 49<br />

80339 München, Deutschland, Barthstraße 16<br />

1010 Wien, Österreich, Elisabethstraße 1/202<br />

8048 Zürich, Schweiz, Aargauerstrasse 250<br />

Anzeige

Unternehmensportrait DB Balfour Energie Beatty GmbH Rail GmbH<br />

DB Energie GmbH<br />

Als Manager eines der größten energieartenübergreifenden<br />

Balfour<br />

Portfolios<br />

Beatty<br />

und als Versorger<br />

Rail GmbH<br />

der Eisenbahnen<br />

in Deutschland verfügt <strong>die</strong> DB Energie GmbH über<br />

<strong>die</strong><br />

Balfour<br />

Erfahrung,<br />

Beatty<br />

das<br />

Rail<br />

Know-how<br />

GmbH ist<br />

und<br />

einer<br />

<strong>die</strong> Technologie<br />

der führenden<br />

<strong>für</strong><br />

eine<br />

Anbieter<br />

zuverlässige,<br />

in der Systemauslegung<br />

wirtschaftliche und<br />

und<br />

umweltfreundliche<br />

-optimierung,<br />

Planung,<br />

Energieversorgung.<br />

Integration, Realisierung,<br />

Mit 1.700 Mitarbeitern,<br />

Wartung und<br />

einem<br />

Instandhaltung<br />

Umsatz <strong>von</strong> 2,7<br />

der<br />

Milliarden<br />

Eisenbahninfrastruktur.<br />

Euro und einem Absatz<br />

Er bietet<br />

<strong>von</strong><br />

14<br />

das<br />

TWh<br />

gesamte<br />

ist DB<br />

Spektrum<br />

Energie fünftgrößter<br />

– beginnend<br />

Stromversorger<br />

<strong>von</strong> der ersten<br />

in<br />

Deutschland<br />

Fragestellung<br />

und<br />

bis<br />

der<br />

hin<br />

größte<br />

zur<br />

unabhängige<br />

Umsetzung <strong>von</strong><br />

Energieversorger<br />

Komplettlösungen<br />

im Lande.<br />

in<br />

Über<br />

den<br />

<strong>die</strong><br />

Bereichen<br />

reine Versorgung<br />

systemtechnische<br />

mit Strom<br />

Auslegung, Fahrleitung, <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung,<br />

50 Über Hz-Anlagen, den Arbeitg<strong>eb</strong>er<br />

Signaltechnik, Großgeräte und<br />

Pfarrer-Perabo-Platz 2<br />

60326 Frankfurt/Main<br />

Garmischer www.dbenergie.de<br />

Str. 35<br />

81373 München<br />

www.bbrail.de<br />

info.de@bbrail.com<br />

und Gas bieten wir unseren Kunden aus Industrie,<br />

Gewerbe und Handel eine breite Palette an Dienstleistungen:<br />

Wir analysieren den Energi<strong>eb</strong>edarf, erarbeiten<br />

Beschaffungsstrategien<br />

Gleisanlagen. Als ingenieurgetri<strong>eb</strong>enes<br />

und verhandeln Netznutzungs-<br />

Technologieunternehmen<br />

und Energielieferverträge.<br />

ist der<br />

Als<br />

Bahninfrastrukturausrüster<br />

Partner <strong>für</strong> Elektromobilität<br />

Balfour<br />

übernehmen<br />

Beatty Rail<br />

wir<br />

GmbH<br />

alle Dienstleistungen<br />

seit über 100<br />

rund<br />

Jahren<br />

um<br />

eine<br />

<strong>die</strong><br />

Lade-Infrastruktur<br />

feste Größe in der<br />

<strong>für</strong> Elektroautos<br />

Bahnindustrie,<br />

in Deutschland.<br />

weltweit. Mit<br />

Als<br />

Umweltvorreiter<br />

eigenen Produkten<br />

bietet<br />

und<br />

DB<br />

Systemen<br />

Energie Unternehmen,<br />

und dem Know<strong>die</strong><br />

ihre<br />

How<br />

ökologische<br />

aus der gesamten<br />

Bilanz verbessern<br />

Historie<br />

wollen,<br />

ist Balfour<br />

auf ihre<br />

Beatty<br />

Bedürfnisse<br />

Rail GmbH<br />

abgestimmte<br />

ein Treiber<br />

Grünstromprodukte<br />

<strong>von</strong> innovativen<br />

an.<br />

<strong>Lösungen</strong><br />

<strong>für</strong> <strong>die</strong> Bedarfe der Kunden. Die Anforderungen des<br />

Kunden stehen dabei stets im Vordergrund.<br />

Branche: Energieversorgung<br />

Kompetenzen: Branchenübergreifende Erfahrung, jahrzehntelange Expertise entlang der gesamten<br />

Über den Arbeitg<strong>eb</strong>er<br />

Energieversorgungskette<br />

Leistungen:<br />

Firmengröße: Energieversorgung 1.700 Mitarbeiter (Strom (16,7-Hz/50-Hz), Diesel, Gas), energiewirtschaftliche<br />

Beratung, technische Dienstleistungen<br />

Branche: Bauindustrie, Energieversorgung, Elektrotechnik<br />

Benefits<br />

Kompetenzen: Gesamtleistungen der <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung, Systemtechnik, Fahrleitungen,<br />

• Fahrvergünstigungen Stromversorgung, wie z. B. Jobticket, Gleisbau, private Services Freifahrten<br />

• Der DB-Konzern hat <strong>für</strong> seine Mitarbeiter bei vielen Wohnungsbaugesellschaften und -genossenschaften<br />

Vorteile gesichert.<br />

Benefits<br />

• Familenplanung: Wir bieten unseren Mitarbeitern flexible Beschäftigungsmodelle zur Verbesserung<br />

Förderprogramm <strong>für</strong> Schulen: Balfour Beatty Rail hat das Projekt „Balfour Beatty Rail Partnerschule“<br />

der Vereinbarkeit <strong>von</strong> Beruf, Familie und Privatl<strong>eb</strong>en.<br />

• Kinder<br />

ins L<strong>eb</strong>en<br />

und<br />

gerufen.<br />

Jugendliche:<br />

Das Unter<br />

Umfassendes<br />

nehmen übernimmt<br />

Ang<strong>eb</strong>ot <strong>für</strong><br />

dabei<br />

kleine<br />

gesellschaftliche<br />

„Bahner“ wie Kindertageseinrichtungen,<br />

Verantwortung im<br />

Ferienbetreuung Einklang mit den oder Unternehmens Notfallbetreuung werten und unterstützt Schulprojekte in der direkten Umg<strong>eb</strong>ung<br />

• Individuelle seiner Unternehmensstandorte.<br />

Gesundheitsmaßnahmen<br />

• Betri<strong>eb</strong>liche Praktika, Werkstudententätigkeiten, Altersversorgung Bachelor-/Masterarbeiten in allen Bereichen, individuelle<br />

• Versicherungsschutz Traineeprogramme <strong>für</strong> & vergünstigte Einsteiger Versicherungstarife<br />

Anzeige<br />

Die DB Energie GmbH sucht<br />

Nachwuchskräfte Ansprechpartner <strong>für</strong> <strong>die</strong> Bereiche<br />

• Anlagenmanagement Michael Lotz<br />

• Anlagenplanung Fon: +49 234 29844-210<br />

• Projektleitung Fax: Energieanlagen<br />

+49 234 29844-224<br />

• Bauüberwachung E-Mail: Bahn personal@bbrail.com<br />

• <strong>Elektrische</strong> Betri<strong>eb</strong>sführung<br />

Internet: http://karriere.bbrail.de/<br />

• Vertri<strong>eb</strong><br />

• Einkauf<br />

• Portfoliomanagement<br />

Ansprechpartner<br />

Standorte<br />

Gelfo Kröger<br />

81373 München, Pressesprecher Garmischer Str. DB 35 Energie<br />

10247 Berlin, Pettenkoferstr. gelfo.kroeger@deutsch<strong>eb</strong>ahn.com<br />

4a<br />

44799 Bochum, Pfarrer-Perabo-Platz Wasserstr. 221 2<br />

38112 Braunschweig, 60326 Schmalbachstr. Frankfurt/Main, 17 Deutschland<br />

63067 Offenbach/Main, Telefon: +49 Frankfurter (0)30 297 Str. 62729 111<br />

39418 Staßfurt, Telefax: Maybachstr. +49 (0)30 16 297 61715<br />

Mehr Informationen unter www.dbenergie.de/karriere

Messen, Tagungen, Fachausstellungen<br />

Termine<br />

42. Tagung „Moderne Schienenfahrzeuge<br />

07.-10.09.2014 Technische Universität Graz<br />

Graz (AT) Fon: +43 316 8-736216, Fax: -16896,<br />

E-Mail: office@schienenfahrzeug.at,<br />

Internet: www.schienenfahrzeugtagung.at<br />

InnoTrans 2014<br />

23.-26.09.2014 Messe Berlin GmbH<br />

Berlin (DE) Fon: +49 30 3038-2376, Fax: -2190,<br />

E-Mail: innotrans@messe-berlin.com,<br />

Internet: www.innotrans.com<br />

FORMS/FORMAT 2014 – 10th Symposium on<br />

Formal Methods<br />

30.09.- TU Braunschweig<br />

02.10.2014 Fon: +49 531 391-3317, Fax:-5197,<br />

E-Mail: e.schnieder@tu-bs.de,<br />

Internet: www.iva.ing.tu-bs.de<br />

Entwicklungen des Sicherungswesens in Theorie und Praxis<br />

09.-10.10.2014 TU Dresden<br />

Dresden (DE) Fon: +49 351 463-36697, Fax: -36644,<br />

E-Mail: sicherungstechnik@mailbox,<br />

tu-dresden.de, Internet: http://tu-dresden.de<br />

DMG-Jahrestagung 2014<br />

20 Jahre Bahnreform – Blick zurück – nach vorn<br />

09.-11.10.2014 DMG – Bezirksgruppe Nord<br />

Hannover (DE) Fon: 49 531 314354,<br />

E-Mail: A.Kallmerten@gmx.de,<br />

Internet: www.dmg-berlin.info<br />

14. Intern. Signal+Draht-Kongress<br />

06.-07.11.2014 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 />

Internet: www.eurailpress.de<br />

Nicht mit dem Strom schwimmen – mit dem Strom fahren!<br />

60 Jahre Professur <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

07.11.2014 Technische Universität Dresden<br />

Dresden (DE) Fon: +49 351 463-36730, Fax: -36825,<br />

E-Mail: E<strong>Bahnen</strong>@mailbox.tu-dresden.de,<br />

Internet: www.e-vs.de<br />

7. Fachtagung More drive 2014 – Wie umweltschonend<br />

ist <strong>die</strong> E-<strong>Mobilität</strong>?<br />

13.11.2014 OVE<br />

Wien (AT) Fon: +43 1 5876373-23,<br />

Fax: +43 1 3705806370,<br />

E-Mail: k.stanka@ove.at,<br />

Internet: www.ove.at/gesellschaften/ogma/<br />

IZBE/VDE-Fachtagung – <strong>Elektrische</strong> Fahrzeugantri<strong>eb</strong>e<br />

und –ausrüstungen<br />

04.-05.12.2014 IZBE e.V. / VDE/ETG-Fachbereich A2<br />

Dresden (DE) Fon: +49 351 4-769857, Fax: -519675,<br />

E-Mail: info@izbe.eu,<br />

Internet: www.vde.com<br />

Eisenbahnverkehr: Bau- und Betri<strong>eb</strong>srecht<br />

08.09.2014 Informationen zur Sicherheit und<br />

München zur neuen Bauaufsicht EBA – bleiben<br />

Sie auf dem aktuellen Stand!<br />

Eisenbahnverkehr: Umweltrecht<br />

09.09.2014 Überblick über <strong>die</strong> wesentlichsten<br />

München Vorschriften des Umweltrechts<br />

beim Bau und Betri<strong>eb</strong> <strong>von</strong><br />

Eisenbahninfrastruktur<br />

Prüfstandstechnik in der Betri<strong>eb</strong>sfestigkeit<br />

11.-12.09.2014 Wie man Prüfstände entwirft<br />

Essen<br />

und betreibt<br />

Kalt- und Heißrissbildung in geschweißten<br />

Verbindungen und deren Vermeidung<br />

Erg<strong>eb</strong>nis- und kosteneffiziente Strategien in der<br />

Schadensanalyse<br />

17.09.2014 Nach dem Schaden klug handeln<br />

Berlin<br />

Psychoakustik und Produkt Sound Design<br />

25.-26.09.2014 Von den Grundlagen zur<br />

Berlin<br />

Anwendung<br />

Haus der Technik am Alexanderplatz<br />

Karl-Li<strong>eb</strong>knecht-Str. 29, 10178 Berlin<br />

Fon: +49 30 3949-3411, Fax: -3437<br />

E-Mail: h.cramer-jekosch@hdt-essen.de<br />

Internet: www.hdt-eisenbahn.de<br />

17.09.2014 Grundlagen – Prüftechniken –<br />

Berlin<br />

Vermeidung<br />

Schwingungsmesspraxis<br />

112 (2014) Heft 8-9<br />

17.-18.09.2014<br />

München<br />

563

Impressum<br />

5. und<br />

6. März<br />

2015<br />

7.<br />

Fachtagung<br />

Diesen Termin<br />

sollten Sie sich merken:<br />

5. und 6. März 2015<br />

Programm und Anmeldung<br />

ab 1. September 2014 unter<br />

www.acrps.info<br />

<strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong><br />

Gegründet 1903 <strong>von</strong> Prof. Wilhelm Kübler,<br />

Königlich Sächsische Technische Hochschule zu Dresden.<br />

Herausg<strong>eb</strong>er:<br />

Dipl.-Ing. Roland Edel, Chief Technology Officer of the Mobility and Logistics Division in the Infrastructure<br />

and Cities Sector, Siemens, 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 Universität Berlin<br />

Dr.-Ing. Steffen Röhlig, Direktor <strong>Bahnen</strong>ergieversorgung, Balfour Beatty Rail GmbH, Offenbach am Main<br />

Prof. Dr.-Ing. Andreas Steimel, Forschungsgruppe elektrische Energietechnik und Leistungselektronik, Bochum<br />

Beirat:<br />

Dipl. El.-Ing. ETH Martin A<strong>eb</strong>erhard, Leiter Systemdesign, SBB AG Infrastruktur Energie, Zollikofen (CH)<br />

Dipl.-Ing. Dirk Behrends, Eisenbahn-Bundesamt, Bonn<br />

Dipl.-Ing. Christian Courtois, Leiter des Geschäftsg<strong>eb</strong>ietes Traktionsenergie-Versorgungssysteme<br />

in der Direction de l‘ingénière der SNCF, Paris (FR)<br />

Dr.-Ing. Thomas Dreßler, Experte <strong>für</strong> Energie, RailConCert, Wien (AT)<br />

Dr.-Ing. Gert Fregien, Bereichsleiter Betreuung Bahnbetreiber, Knorr-Bremse Systeme <strong>für</strong> Schienenfahrzeuge<br />

GmbH, München<br />

Dr. Andreas Fuchs, Principal Engineer, Siemens Rail Systems, Erlangen<br />

Dipl.-Ing. Axel Güldenpenning, Bad Homburg<br />

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtschaftsing. Wolfgang Harprecht, Senior Consultant, Marburg an der Lahn<br />

Dipl.-Verwaltungsbetri<strong>eb</strong>swirt Alfred Hechenberger, Standortverantwortlicher München und Leiter<br />

Öffentlichkeitsarbeit, DB Systemtechnik, München<br />

Dr. Dieter Klumpp, Mannheim<br />

Dr. Werner Krötz, Abteilungsleiter Stromabnehmer und Oberleitungsanlagen, DB Netz AG, Frankfurt am Main<br />

Dipl.-Ing Hans-Peter Lang, Vorsitzender der Geschäftsführung DB Systemtechnik, Minden<br />

Dipl.-Ing. Martin Lemke, Leiter Planung und Projekte, DB Energie GmbH, Köln<br />

Prof. Dr.-Ing. Adolf Müller-Hellmann, Geschäftsführer VDV-Förderkreis e.V., Köln<br />

Dr. Dipl.-Ing. Johann Pluy, Geschäftsbereichsleiter Energie, ÖBB-Infrastrukturtechnik AG, Wien (AT)<br />

Dr. Thorsten Schütte, Senior Scientist, Atkins Sverige AB, Västerås (SE)<br />

Dipl.-Ing. Peter Schulze, Bauherrenfunktion Großprojekte, DB Netz AG, Berlin<br />

Dipl.-Ing. Udo Stahlberg, Fachbereichsleiter Nahverkehrs-Schienenfahrzeuge, elektrische Energieanlagen<br />

und Standseilbahnen, Verband Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV), Köln<br />

Prof. Dr.-Ing. Arnd Stephan, Lehrstuhl <strong>für</strong> <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>, Technische Universität Dresden<br />

Dipl.-Ing. (FH) Mike Walter, Leiter Kompetenzcenter Elektrotechnik,<br />

Balfour Beatty Rail GmbH, Offenbach am Main<br />

Dipl. El.-Ing. ETH Urs Wili, Geschäftsleitung Furrer + Frey AG, Bern (CH)<br />

Chefredakteur:<br />

Dr.-Ing. Steffen Röhlig (verantwortlich), E-Mail: roehlig@di-verlag.de<br />

Redaktion:<br />

Dipl.-Ing. Andreas Albrecht, Dresden<br />

Dipl.-Ing. Uwe Behmann, St. Ingbert<br />

Dipl.-Ing. Martin Binswanger, Mering<br />

Dr.-Ing. Friedrich Kießling, Baiersdorf<br />

Redaktionelle Mitarbeit:<br />

Dipl.-Ing. Walter Gunselmann, Siemens Railsystems, Erlangen<br />

Dipl.-Ing. Wolfgang Kropp, Balfour Beatty Rail GmbH, Offenbach am Main<br />

Redaktionsbüro:<br />

Ursula Grosch, Fon: +49 89 3105499, E-Mail: grosch@di-verlag.de<br />

Verlag:<br />

DIV Deutscher Industrieverlag GmbH, Arnulfstraße 124,<br />

80636 München, Deutschland, Fon: +49 89 203 53 66-0, Fax: -99,<br />

Internet: http://www.di-verlag.de<br />

Geschäftsführer:<br />

Carsten Augsburger, Jürgen Franke<br />

Verlagsleitung/Spartenleitung/Mediaberatung:<br />

Kirstin Sommer, Fon: +49 89 203 53 66-36, Fax: -99,<br />

E-Mail: sommer@di-verlag.de<br />

Zurzeit gilt Anzeigenpreisliste Nr. 60.<br />

Mediaberatung:<br />

Angelika Weingarten, Fon: +49 89 203 53 66-13, Fax: -99, E-Mail: weingarten@di-verlag.de<br />

Satz und Layout:<br />

Carolin Sehnem, DIV Deutscher Industrieverlag GmbH<br />

Herstellung:<br />

Dipl.-Ing. Annika Seiler, DIV Deutscher Industrieverlag GmbH<br />

Abonnement/Einzelheftbestellungen:<br />

DataM-Services GmbH, Marcus Zepmeisel, Franz-Horn-Str. 2, 97082 Würzburg, Deutschland,<br />

Fon: +49 931 4170-459, Fax: +49 931 4170-494,<br />

E-Mail: leserservice@di-verlag.de<br />

Bezugsbedingungen:<br />

„<strong>eb</strong> – <strong>Elektrische</strong> <strong>Bahnen</strong>“ erscheint 10 x jährlich (da<strong>von</strong> 2 Doppelhefte).<br />

Jahresinhaltsverzeichnis im Dezemberheft<br />

Jahresabonnement Print (AboBasic) 315,00 € (inkl. MwSt.)<br />

Porto Inland 30,00 € (inkl. MwSt.) / Porto Ausland 35,00 €<br />

Einzelheft 37,00 € (inkl. MwSt.), Porto (Deutschland 3,00 € / Ausland 3,50 €)<br />

Einzelausgabe als ePaper 37,00 €<br />

Weitere Abo-Varianten wie AboPlus und AboPremium auf Anfrage.<br />

Die Preise enthalten bei Lieferung in EU-Staaten <strong>die</strong> Mehrwertsteuer, <strong>für</strong> das übrige 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 />

Mikrofilmausgaben ab Jahrgang 44 (1973), sind durch University Mikrofilms Ltd., St. John‘s Road Tylers<br />

Green High Wycombe, Buckinghamshire, England, HP 108 HR, zu beziehen.<br />

Diese Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urh<strong>eb</strong>errechtlich geschützt.<br />

Mit Ausnahme der gesetzlich zugelassenen Fälle ist eine Verwertung ohne Einwilligung des Verlages strafbar.<br />

ISSN 0013-5437<br />

Gedruckt auf chlor- und säurefreiem Papier<br />

564

Besuchen Sie uns auf der InnoTrans 2014<br />

vom 23. bis 26. September in Berlin<br />

Halle 5.2, Stand 214<br />

PLANUNG · ENTWICKLUNG · PROJEKTIERUNG<br />

FERTIGUNG · MONTAGE · INBETRIEBNAHME<br />

schlüsselfertiger Anlagen und Komponenten <strong>für</strong> den öffentlichen<br />

Personennahverkehr und <strong>die</strong> Hauptbahnen:<br />

▪<br />

▪<br />

▪<br />

▪<br />

▪<br />

▪<br />

Gleichrichterunterwerke<br />

DC Schutz- und Steuerungstechnik<br />

Schnellschaltmodul SSM DC 1000 V<br />

Klein- und Schienentrenner DC 1000 V, DC 3,6 kV<br />

Normschaltanlagen AC 110/15 kV - 16,7 Hz<br />

Infrastrukturprojekte <strong>für</strong> <strong>die</strong> DB AG<br />

Elpro GmbH<br />

Bahnstromanlagen<br />

Marzahner Straße 34<br />

13053 Berlin<br />

Tel.: +49 30 9861 2253<br />

www.elpro.de

HOCHLEISTUNG I PRÄZISION I ZUVERLÄSSIGKEIT<br />

HOCHLEISTUNG I PRÄZISION I ZUVERLÄSSIGKEIT<br />

Spannung in jeder Phase<br />

Fahrleitungsumbaumaschinen <strong>von</strong> Plasser & Theurer haben den Vorteil,<br />

dass Fahrdraht und Tragseil gleichzeitig, mit der endgültigen Zugspannung<br />

und im korrekten Zick-Zack-Verlauf verlegt werden. Nur <strong>die</strong>se<br />

Technologie gewährleistet <strong>die</strong> sofortige Befahrbarkeit ohne Nacharbeiten<br />

mit der zulässigen Streckenhöchstgeschwindigkeit nach Arbeitsende.<br />

Geringer Personalbedarf und <strong>die</strong> vollständige Bearbeitung einer Sektion<br />

innerhalb weniger Stunden sorgen <strong>für</strong> einen wirtschaftlichen Um- und<br />

Neubau <strong>von</strong> Fahrleitungen.<br />

www.plassertheurer.com<br />

„Plasser & Theurer“, „Plasser“ und „P&T“ sind international eingetragene Marken

logo

Produkte

Ressourcen

Unternehmen

AGB
Datenschutzerklärung
Cookie-Richtlinien
Cookie-Einstellungen
Impressum
Change language
Made with love in Switzerland
© 2024 Yumpu.com all rights reserved

Hurra! Ihre Datei wurde hochgeladen und ist bereit für die Veröffentlichung.

Erfolgreich gespeichert!

Leider ist etwas schief gelaufen!