umwelt-online: Entscheidung 2002/733/EG über die technische Spezifikation für die Interoperabilität des Teilsystems "Energie" des transeuropäischen Hochgeschwindigkeitsbahnsystems gemäß Artikel 6 Absatz 1 der RL 96/48/EG (4)

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Nutzbremsung Anhang K


K.1 Anwendungsbereich

Dieser Anhang gilt für den interoperablen Verkehr auf Strecken, die mit einem Wechselstromsystem mit Energie versorgt werden. Er beschreibt die Bedingungen für die Anwendung der Nutzbremsung in Bahnenergieversorgungssystemen.

Anmerkung: Auf Antrag des Zugbetreibers kann der Auftraggeber die Nutzbremsung auch für Gleichstromsysteme zulassen.

K.2 Überlegungen die Fahrzeuge betreffend

Züge dürfen die Nutzbremsung nicht weiter einsetzen, wenn

Wenn keine Aufnahme der Rückspeiseenergie durch andere Verbraucher möglich ist, müssen die Fahrzeuge auf andere Bremssysteme zurückgreifen.

K.3 Überlegungen für das Teilsystem Energie

Das Teilsystem Energie ist so auszulegen, dass die Nutzbremsung als Betriebsbremse verwendet werden kann.

Der Auftraggeber muss mit dem Energieversorgungsunternehmen anstreben, die Bremsenergie in das öffentliche Netz zurückzuspeisen, wenn keine Aufnahme durch andere Bahnenergieverbraucher möglich ist.

K.4 Bewertung

Unterwerkssteuerungs- und -schutzeinrichtungen müssen das Rückspeisen der Energie in das speisende Netz ermöglichen. Die Schaltpläne müssen eine Bewertung gestatten.

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Spannung am Stromabnehmer (Qualitätsindex für die Energieversorgung) Anhang L


L.1 Anwendungsbereich

Das Ziel einer Auslegungsuntersuchung ist es, die Kennwerte der ortsfesten Anlagen festzulegen. Diese Anlagen müssen den höchsten Betriebsbelastungen genügen, die sich aus dem Fahrplan ergeben und beschrieben werden können als

Dieser Anhang gilt für:

L.2 Ziele

Es ist das Ziel, einen Richtwert für die Qualität der ortsfesten Anlagen für die elektrische Traktion anzugeben. Der Qualitätsindex hat eine rechnerische Untersuchung der Spannung entlang einer elektrifizierten Strecke zur Grundlage, wobei Züge entsprechend dem Referenzfahrplan verkehren.

Der Qualitätsindex Unutzbar wird durch Simulation berechnet und kann durch Messungen an einem kritischen Zug bestätigt werden.

Anmerkung: Um für alle Züge die für die jeweilige Streckenart festgelegten Leistungsmerkmale sicherzustellen, sollte der Auftraggeber seine Ausrüstung so gestalten, dass die mittlere nutzbare Spannung am Stromabnehmer eines jeden Zuges im Versorgungsabschnitt ausreichend hoch ist. Dies bedeutet nicht, dass Züge auch während einer sehr kurzen Zeitdauer nicht extremen Spannungen, wie in Anhang N dieser TSI festgelegt, ausgesetzt sein können.

L.3 Definition der mittleren nutzbaren Spannung

Die mittlere nutzbare Spannung Unutzbar wird durch eine Rechnersimulation eines geografischen Bereiches ermittelt und sollte alle Züge berücksichtigen, die in diesem Abschnitt während einer Zeitdauer entsprechend der Verkehrsspitze im Fahrplan verkehren. Dieser angenommene Zeitabschnitt sollte ausreichend lang sein, um die höchste Belastung eines jeden elektrischen Versorgungsabschnitts in dem geografischen Bereich zu erfassen.

Die elektrischen Kennwerte der Energieversorgungsanlage und der unterschiedlichen Arten von Zügen müssen in der Simulation berücksichtigt werden.

Die Basisspannung am Stromabnehmer eines jeden Zuges im geografischen Bereich wird in jedem Simulationszeitschritt untersucht. Für AC-Systeme wird der Effektivwert der Basisspannung verwendet. Für DC-Systeme wird der Mittelwert verwendet. Jeder Zeitschritt der Simulation muss genügend kurz sein, um allen Fahrplansituationen Rechnung zu tragen.

Die aus der Simulation erhaltenen Spannungswerte werden verwendet, um zu prüfen:

  1. Unutzbar des Energieversorgungsabschnitts

    Das ist der Mittelwert aller Spannungen, die in der Simulation berechnet werden und liefert einen Richtwert für die Qualität der Energieversorgung im gesamten Bereich.

    Die Untersuchung behandelt alle Züge im geografischen Bereich, die während des Zeitraums mit dem Spitzenverkehr betrachtet werden, gleich ob sie während eines einzelnen Simulationszeitschritts im Zustand der Traktion sind oder nicht (Stillstand, Traktion, Nutzbremsung, Rollen).

  2. Unutzbar eines Zuges

    Dies ist der Mittelwert aller Spannungen der gleichen Simulation wie bei der Untersuchung eines geografischen Bereichs, wobei nur die Spannungen für einen bestimmten Zug in jedem Zeitabschnitt untersucht werden, wenn der Zug Leistung aufnimmt (kein Stillstand, keine Nutzbremsung, kein Rollen).

    Der Mittelwert dieser Spannungen ergibt einen Nachweis der Leistungsmerkmale eines jeden in der Simulation erfassten Zuges und lässt als Ergebnis den maßgebenden Zug erkennen. Das ist der Zug, dessen Beschleunigungsvermögen am meisten durch die niedrige Spannung beschränkt wird.

L.4 Empfohlene Werte für die mittlere nutzbare Spannung Unutzbar am Stromabnehmer

Die Mindestwerte für die mittlere nutzbare Spannung Unutzbar am Stromabnehmer sind in der Tabelle L.1 angegeben.

Tabelle L.1 Minimale mittlere nutzbare Spannung Unutzbar am Stromabnehmer (kV)

Elektrifizierungssystem DC 1,5 kV DC 3 kV AC 15 kV AC 25 kV
Bereich der ortsfesten Anlagen 1,30 2,80 14,2 22,5
Betrachteter Zug 1,30 2,80 14,2 22,5

L.5 Zusammenhang zwischen mittlerer nutzbarer Spannung Unutzbar und der Spannung Umin1

Die Auslegung der Energieversorgung muss so durchgeführt werden, dass die Simulationen zur Berechnung der mittleren nutzbaren Spannung Unutzbar am Stromabnehmer nie augenblickliche Spannungswerte am Stromabnehmer irgendeines Zuges niedriger als die Grenze Umin1 gemäß Anhang N dieser TSI ergeben, wenn der Verkehr der Art der untersuchten Strecke Anhang F dieser TSI entspricht.

L.6 Auswahlkriterien für die Spannung am Stromabnehmer von Hochgeschwindigkeitszügen

Die Auslegung von ortsfesten Anlagen für die elektrische Zugbeförderung kann durch Simulation des kritischen Fahrplans unter Berücksichtigung der Leistungsaufnahme eines jeden Zuges in jedem Zeitschritt der Simulation vorgenommen werden. Zusätzlich zur Abstimmung und Auslegung der Geräte (Transformatoren, Oberleitungen, Autotransformatoren für 2 × 25 kV und Umrichter für DC) und zur Verträglichkeit mit der an den Verbindungspunkten zum Hochspannungsnetz zulässigen Scheinleistung, stellt die Güte der Energieversorgung einen wichtigen Qualitätskennwert für das untersuchte Versorgungssystem dar.

Die Zugkraft-Geschwindigkeitskennlinie eines Triebfahrzeugs ändert sich abhängig von der Spannung am Stromabnehmer. Die Hüllkurve der Zugkraft-Geschwindigkeitskennlinien bei verminderten Spannungen wird aus der Nennkennlinie durch Extrapolation über den Geschwindigkeitsbereich mit einem Proportionalitätsbeiwert ermittelt, der etwas niedriger als das Verhältnis der Spannung am Stromabnehmer zur Nennspannung (UStromabnehmer/Unenn) ist.

Die erhaltenen Spannungswerte sollten das Erreichen der gewünschten Leistungsmerkmale ermöglichen. Zum Beispiel macht es in einer Studie für die Elektrifizierzung mit 25 kV die Wahl einer Spannung von 22,5 kV möglich, dass die Spannung statistisch nicht unter die untere Grenze von 19 kV abfällt. Spannungen unter 19 kV sind in Zeitabschnitten mit nicht normalem Verkehr und bei kürzeren Zugabständen möglich, insbesondere im Fall von besonderen Zuständen, die nicht immer mit den Simulationen betrachtet werden, z.B. das Zusammentreffen von dichten Zugfolgen in beiden Zugrichtungen.

Das Auftreten von Zuständen mit gestörten Betriebsmerkmalen sowohl hinsichtlich des Energieversorgungssystems als auch des Fahrplans sollten unter Berücksichtigung von zugelassenen Einschränkungen des Leistungsvermögens bewertet werden.

Die Wahl der richtigen mittleren nutzbaren Spannung bringt folgende Vorteile mit sich:

L.7 Berechnung der mittleren nutzbaren Spannung am Stromabnehmer

Die mittlere nutzbare Spannung Unutzbar am Stromabnehmer ist wie folgt definiert:

wobei

Tj = Integrations- oder Beobachtungsdauer am Zug Nummer j;
n = Anzahl der in der Untersuchung betrachteten Züge.

Bei AC-Systemen gilt:

Upj = augenblicklicher Effektivwert der Wechselspannung am (an den) Stromabnehmer(n) des Zuges mit der Nummer j;
|Ipj| = Betrag des augenblicklichen Stromeffektivwertes, der über den Stromabnehmer am Zug Nummer j fließt.

Bei DC-Systemen gilt:

Upj = augenblicklicher Durchschnittsgleichspannungswert am (an den) Stromabnehmer(n) des Zuges Nummer j;
|Ipj| = Betrag des augenblicklichen Gleichstromdurchschnittswertes, der über den Stromabnehmer am Zug Nummer j fließt.

Dies stellt das Verhältnis zwischen der für den Betriebszyklus berechneten mittleren Leistung des Zuges und dem entsprechenden mittleren Strom dar.

Ein gleichwertiges Ergebnis lässt sich mit folgender Formel erzielen, die für manche Rechnerprogramme besser geeignet ist:

wobei

n = Anzahl der in der Simulation berücksichtigten Züge;
Uj,k = für AC-Systeme der Effektivwert der Wechselspannung, ermittelt im ersten Schritt zur Ermittlung der Spannungen;

für DC-Systeme augenblickliche Durchschnittsspannung, ermittelt im ersten Schritt zur Ermittlung der Spannungen;

M = Anzahl der Berechnungsschritte im Integrationszeitraum;
N = Anzahl der Integrationszeiträume in der Simulation;
Δt = Zeitdauer, während der jeder Schritt M simuliert wird;

Anmerkung: Dt muss ausreichend kurz sein, um alle Ereignisse im Fahrplan zu erfassen.

Dieser Ausdruck für die Spannung hat den Vorteil, dass er die Qualität der Energieversorgung bei Verkehrssituationen mit einer großen Anzahl von Zügen im betrachteten Bahnsystem recht genau wiedergibt.

Die obige Formel wird verwendet zur Untersuchung

eines geografischen Bereiches (d. h. dem zu betrachtenden Teil des Netzes) in einem festgelegten Zeitraum unter Berücksichtigung aller Züge, die in diesem Teil des Netzes verkehren unabhängig davon, in welchem Zustand sich die Züge befinden (Stillstand, Traktion, Nutzbremsung, Ausrollen). Der Wert der mittleren nutzbaren Spannung Unutzbar ist daher ein Qualitätsindex für die Energieversorgung des gesamten Bereiches; der mittleren nutzbaren Spannung am Stromabnehmer eines jeden Zuges innerhalb des betrachteten Versorgungsbereiches. Dabei werden nur die Zeiträume berücksichtigt, in dem ein Zug sich im Zustand der Traktion befindet. In diesem Fall ist in der obigen Formel n gleich 1. Dieser Wert wird in der Simulation verwendet, um das Leistungsvermögens eines jeden Zuges zu prüfen, und lässt als Ergebnis den maßgebenden Zug erkennen.

L.8 Qualitätsindex der Stromversorgung

L.8.1 Nutzbare Spannung Unutzbar im Stromversorgungsbereich

Was Wann Wie Bedingungen für Annahme
Simulation      
In einem festgelegten Bereich des Stromversorgungssystems Nach jeder Simulation Unter Verwendung der Simulationsergebnisse der Züge im betrachteten Bereich und Berechnung mit Definition in L.3 Der Wert liegt über den in der Zeile "Bereich" der Tabelle L.1 angegebenen Werten

L.8.2 Nutzbare Spannung Unutzbar am Zug

Was Wann Wie Bedingungen für Annahme
Simulation      
Für einen definierten Zug im Simulationsfahrplan - meist der Auslegungszug Als Ergebnis der Simulationen Unter Verwendung der Simulationsergebnisse der Zugberechnungen gemäß Festlegung in Abschnitt L.3 Der Wert liegt über den in der Zeile "jeder Zug" der Tabelle L.1 angegebenen Werten (TSI-Strecken oder herkömmliche Strecken)

L.8.3 Beziehung zwischen Unutzbar und Umin1

Was Wann Wie Bedingungen für Annahme
Simulation      
  Nach jeder Simulation Unter Verwendung der Simulationsergebnisse jedes im Bereich betrachteten Zuges. Prüfung nur dann auszuführen, wenn Unutzbar am Stromabnehmer über den in L.5 geforderten Werten liegt Prüfen, dass die Spannung am Stromabnehmer aller Züge nie unter Umin1 liegt

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Prüfung und Nachweis der Schleifstücke Anhang M


M.1 Anwendungsbereich

Dieser Anhang gilt für die Prüfungen und den Nachweis von Schleifstücken, die auf Stromabnehmern für den interoperablen Hochgeschwindigkeitsverkehr verwendet werden.

M.2 Schleifstücke

M.2.1 Allgemeines

Die Art der Schleifstücke muss den folgenden Anforderungen entsprechen:

Der Werkstoff der Schleifstücke muss für den Auftraggeber annehmbar sein. Allgemein verwendete Werkstoffe für Schleifstücke sind:

Bei der Verwendung anderer Werkstoffe sind Nachweise erforderlich, die zeigen, dass die Kennwerte gleich oder besser als die Kennwerte der empfohlenen Werkstoffe sind.

Der Betrieb mit unterschiedlichen Schleifstückewerkstoffen in einem Oberleitungsnetz muss zwischen Auftraggeber und Zugbetreiber vereinbart werden.

Anmerkung: Falls Werkstoffe für Schleifstücke gemischt im Netz verwendet werden, kann sich der Verschleiß der Schleifstücke und des Fahrdrahtes erhöhen.

M.3 Strom im Stillstand

M.3.1 Prüfbedingungen

Die Erwärmung des Fahrdrahtes durch den Strom im Stillstand muss bei DC-Systemen geprüft werden. Eine Prüfung ist bei AC-Systemen wegen der niedrigeren Ströme im Stillstand nicht notwendig.

Die Prüfung muss an einem mit einer Wippe mit zwei Schleifstücken ausgerüsteteten Stromabnehmer durchgeführt werden.

Die zwei Schleifstücke müssen an einer ebenen Fläche entsprechend deren Einsatzbedingungen geprüft werden.

Der Stromabnehmer muss auf einem Triebfahrzeug aufgebaut werden. Die Prüfung muss in einer geschützten Umgebung (in einer geschlossenen Halle) durchgeführt werden, um Einflüsse durch die Luftströmung zu vermeiden.

Die Prüfung muss unter einem oder zwei mit Temperaturfühlern ausgerüsteteten Fahrdrähten durchgeführt werden. Die Temperaturfühler müssen zwei Millimeter von der Kontaktfläche entfernt angeordnet sein.

M.3.2 Prüfverfahren

Die Prüfung muss mit der statischen Kontaktkraft entsprechend Abschnitt 5.3.2.6 durchgeführt werden.

Der vom Stromabnehmer übertragene Strom muss für den höchsten Verbrauch des Triebfahrzeuges mit den im Abschnitt 5.3.3.4 angegebenen Grenzen repräsentativ sein.

Jede Prüfung muss 30 Minuten dauern, es sein denn, die von einem der Sensoren angezeigte Temperatur erreicht den höchstzulässigen Wert für die Fahrdrähte. Dieser Wert ist vom Auftraggeber vorzugeben. In diesem Fall wird die Prüfung beendet.

Strom und Temperatur müssen kontinuierlich aufgezeichnet werden.

Die Prüfung muss als zufriedenstellend angesehen werden, wenn die höchste Temperatur des Fahrdrahtes nach 30 Minuten nicht höher ist als die festgelegte Grenztemperatur.

M.4 Strom bei Betriebsbelastung

M.4.1 Prüfbedingungen

Der Verschleiß der Schleifstücke durch den Strom bei elektrischer Betriebslast ist für DC-Systeme zu prüfen. Eine Prüfung ist für AC-Systeme wegen der niedrigeren Ströme bei Betriebsbedingung nicht notwendig.

Der Stromabnehmer muss auf einem Triebfahrzeug aufgebaut werden, dessen Leistungsfähigkeit mindestens die Übertragung des höchsten elektrischen Stromes zulässt.

Der mit den zu prüfenden Schleifstücken ausgerüstete Stromabnehmer muss während der Prüffahrten und vor den Messungen so aufgebaut werden, dass die ungünstigsten Bedingungen für die Stromübertragung gegeben sind.

M.4.2 Prüfverfahren

Das Triebfahrzeug muss einen Zug mit der höchsten zulässigen Masse mit einer Geschwindigkeit ziehen, die zum höchsten Strom führt.

Bei jeder Anordnung muss die höchste Stromintensität während der einschlägigen Messungen während 30 Minuten übertragen werden.

Um sicherzustellen, dass das Betriebsverhalten der Schleifstücke ausreichend repräsentativ ist, müssen zehn Messfahren mit jeder Anordnung durchgeführt werden.

Es wird empfohlen, dass die Schleifstücke in jedem Fall nach einem Zyklus von zehn Fahrten ersetzt werden.

Nach jedem Zyklus muss der Zustand der Schleifstücke inspiziert und das Ausmaß des Verschleißes in mm/1.000 km bestimmt werden, so dass deren Betriebsverhalten beurteilt werden kann.

Die Prüfung muss als erfolgreich angesehen werden, wenn keine Defekte erkannt werden, die das Betriebsverhalten der Schleifstücke beeinträchtigen können, und wenn der Verschleiß mit den in der TSI Energie enthaltenen Leistungsmerkmalen übereinstimmt.

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Spannung und Frequenz für Bahnenergie-Versorgungssysteme Anhang N


N.1 Anwendungsbereich

Dieser Anhang legt die Spannungen und Frequenzen und ihre Toleranzen an den Klemmen der Unterwerke und am Stromabnehmer fest.

N.2 Spannung

Die Kenndaten der wichtigsten Spannungssysteme (Überspannungen ausgeschlossen), sind im Einzelnen in Tabelle N.1 dargestellt.

Tabelle N.1 Nennspannungen und ihre zulässigen Grenzen nach Größe und Dauer

Elektrifizierungssystem Niedrigste nicht-dauernde Spannung Niedrigste dauernde Spannung Nennspannung Höchste dauernde Spannung Höchste nicht-dauernde Spannung
Umin2
(V)
Umin1
(V)
Un
(V)
Umax1
(V)
Umax2
(V)
DC (Mittelwerte) 400(1) 400 600 720 800(2)
400(1) 500 750 900 1.000(2)
1.000(1) 1.000 1.500 1.800 1.950(2)
2.000(1) 2.000 3.000 3.600 3.900(2)
AC (Effektivwerte) 11.000(1) 12.000 15.000 17.250 18.000(2)
17.500(1) 19.000 25.000 27.500 29.000(2)
(1) Spannungen zwischen Umin1 und Umin2 dürfen nicht länger als zwei Minuten andauern.

(2) Spannungen zwischen Umax1 und Umax2 dürfen nicht länger als fünf Minuten andauern.

Verhältnis Umax1/Umax2

Jedem Auftreten von Umax2 muss ein Spannungsniveau unter oder gleich Umax1 mit einer nicht festgelegten Zeitdauer folgen.

Niedrigste Betriebsspannung

Unter außerordentlichen Betriebsbedingungen ist Umin2 die untere Grenze für die Oberleitungsspannung mit der Züge noch betrieben werden können.

Anmerkung: Empfohlene Werte für Unterspannungsauslösung:

Die Unterspannungsrelais in ortsfesten Anlagen oder an Bord können für Werte zwischen 85 und 95 % von Umin2 eingestellt werden.

N.3 Frequenz

Die Frequenz von 50-Hz-Elektrifizierungssystemen wird vom Drehstromnetz vorgegeben. Es gelten daher die in EN 50.160 festgelegten Werte. Die Frequenz von 16,7-Hz-Elektrifizierungssystemen (ausgenommen Synchron-Synchronumformer) wird nicht durch das Drehstromnetz vorgegeben.

Tabelle N.2 enthält die für beide Elektrifizierungssysteme anzuwendenden Werte.

Tabelle N.2 Frequenz von Bahnelektrifizierungssystemen und ihre zulässigen Grenzen

Dauer

Nennfrequenz des Systems

Die Bahnenergieversorgung wird gespeist durch

Drehstromverbundnetz Drehstrominselnetz
95 % einer Woche

50 Hz

50,50 Hz 51,00 Hz
49,50 Hz 49,00 Hz

16,7 Hz

16,83 Hz n.a.
16,50 Hz n.a.
100 % einer Woche

50 Hz

52,00 Hz 57,50 Hz
47,00 Hz 42,50 Hz

16,7 Hz

17,36 Hz 17,00 Hz
15,69 Hz 16,17 Hz
n.a.: nicht anwendbar.

Anmerkung: In der Praxis wird die Frequenzspannbreite in Europa enger gesteuert als oben angegeben.

N.4 Prüfverfahren

N.4.1 Messen der Spannung auf der Strecke

N.4.1.1 Fahrzeuge

Fahrzeuge müssen wie in EN 50.215: 1999, Abschnitt 9.15, beschrieben geprüft werden.

N.4.1.2 Ortsfeste Anlagen

Wo Wann Wie Bedingungen für Annahme
N.4.1.2.1 Sammelschiene des Unterwerks

Leistungsschalter geöffnet, normale Betriebsbedingungen

Bei Inbetriebnahme
  • Spannungs-Registrierinstrument für die Basisfrequenz oder
  • digitale Datenschreiber mit einem Frequenzbereich größer gleich 2 kHz
    Mittelung über 1 Sekunde
  • Messdauer 1 Minute
Alle Spannungswerte sind kleiner oder gleich Umax1
N.4.1.2.2 Wenn eine Spannungshaltungseinrichtung an der Strecke installiert ist

Messung auf beiden Seiten des Gerätes ohne Last und unter normalen Betriebsbedingungen

Bei Inbetriebnahme und Betrieb Ohne Last: siehe N.4.1.2.1,
im Betrieb: siehe N.4.1.2.3
Keine Last: siehe N.4.1.2.1,
im Betrieb: siehe N.4.1.2.3
N.4.1.2.3 Adhoc-Messungen

An Ort und Stelle, wo Probleme vorliegen

Beim Auftreten von Problemen
  • Spannungs-Registrierinstrument für die Basisfrequenz oder
  • digitale Datenschreiber mit einem Frequenzbereich größer gleich 2 kHz
    Mittelung über 1 Sekunde
  • Messdauer mindestens 1 Stunde, höchstens 1 Woche
  • Alle Spannungswerte sind größer gleich Umin2
  • Jede Dauer einer Spannung unter Umin1 ist kürzer als die in Abschnitt N.2, Fußnote 1, genannte Dauer
  • Der Durchschnittswert der Spannungen liegt zwischen Umin1 und Umax1
  • Jede Dauer einer Spannung über Umax1 ist kürzer oder gleich der in Abschnitt N.2, Fußnote 2, genannten Dauer
  • Alle Spannungswerte sind kleiner gleich Umax2

N.4.2 Messung der Frequenz auf der Strecke

Wo Wann Wie Bedingungen für Annahme
Kontinuierliche Überwachung

Nur bei Netzen, die nicht vom Drehstromnetz abhängen

Kontinuierlich in Verbindung mit der Frequenzregelung in den Kraftwerken oder der Netzleitstelle

Bei Inbetriebnahme und im Betrieb Digitale Datenschreiber mit einem Frequenzbereich> 2 kHz Alle Frequenzwerte befinden sich in den in Tabelle N.2, letzte Spalte, genannten Grenzen

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Begrenzung der höchsten Leistungsaufnahme Anhang O


O.1 Anwendungsbereich

Dieser Anhang enthält Anforderungen für Einrichtungen zur Strom- und Leistungsbegrenzung an Bord von Triebfahrzeugen.

O.2 Höchster Zugstrom 12

Der höchste zulässige Zugstrom ist in Tabelle O.1 angegeben. Die Werte gelten sowohl für den Zustand der Traktion wie auch der Nutzbremsung.

Tabelle O.1 Höchste zulässige Zugströme (Ampere)

Energieversorgungssystem Hochgeschwindigkeitsstrecken Ausbaustrecken Anschlussstrecken
DC 750 V - - 6.800
DC 1.500 V(1) - 5.000 5.000
DC 3.000 V 4.000 4.000 2.500
AC 15.000 V 16,7 Hz 1.700 1.000 900
AC 25.000 V 50 Hz 1.500 600 500
(1) Auf besonderen Strecken (z.B. Güterstrecken in Gebirgsgegenden, Vorstadtnetze) können diese Werte überschritten werden.

O.3 Automatische Steuerung

Die Züge müssen mit einer automatischen Einrichtung ausgestattet werden, die die Leistungsaufnahme abhängig von der Oberleitungsspannung im stationären Zustand anpasst. Das Bild O.1 gibt den Zusammenhang zwischen Strom und Oberleitungsspannung wieder.

Dieses Bild gilt nicht für den Zustand der Nutzbremsung.

Bild O.1 Höchster Zugstrom abhängig von der Spannung

Imax höchster vom Zug aufgenommener Strom

Iaux Strom für Hilfsbetriebe

a keine Traktion

B zulässiger Strom ist überschritten

C Bereich der zulässigen Ströme

a in Tabelle O.2 angegebener Faktor.

Tabelle O.2 Werte für den Faktor a

Energieversorgungssystem AC 25.000 V 50 Hz AC 15.000 V 16,7 Hz DC 3.000 V DC 1.500 V DC 750 V
Faktor a 0,9 0,95 0,9 0,9 0,8

O.4 Leistungs- oder Strombegrenzungseinrichtung 12

Um ein leistungsfähiges Triebfahrzeug überall betreiben zu können (auf schwach als auch auf ausreichend elektrifizierten Strecken), ist es notwendig, an Bord eine Strom- oder Leistungswahleinrichtung zu installieren, die die Leistungsaufnahme des Zugs entsprechend der elektrischen Leistungsfähigkeit der Strecke begrenzt. Dies gilt nur auf Ausbau- und Anschlussstrecken des transeuropäischen Hochgeschwindigkeitsbahnnetzes und nicht auf allen anderen Linien des konventionellen Netzes.

Die Einstellung kann manuell durch den Triebfahrzeugführer oder, wenn die Strecke entsprechend ausgerüstet ist, automatisch vorgenommen werden.

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Oberwellencharakteristiken und zugehörige Überspannungen an der Oberleitung Anhang P


P.1 Anwendungsbereich

Dieser Anhang legt die notwendigen Anforderungen fest, um unzulässige Überspannungen auf den Oberleitungen, hervorgerufen durch von Triebfahrzeugen erzeugte Oberwellen, zu vermeiden.

P.2 Allgemeines

Die Oberwellencharakteristiken der Energieversorgung und der Triebfahrzeuge bestimmen in einem elektrifizierten Bahnsystem die Überspannungen auf den Oberleitungen. Um eine elektrische Systemkompabilität im stationären Zustand und unter dynamischen Bedingungen zu erreichen, müssen diese Überspannungen unter kritische, für den betreffenden Frequenzbereich einzuhaltende Werte begrenzt werden. Wenn Schutzeinrichtungen eingebaut sind, verursachen Überspannungen eine Unterbrechung des Normalbetriebs und sind daher mehr vom Gesichtspunkt des Betriebs kritisch, als aus der Sicht der Sicherheit.

Die folgenden physikalischen Erscheinungen verursachen Überspannungen:

Überspannungen verursacht durch Netzinstabilität

Moderne Triebfahrzeuge mit Wechselrichterantriebs- und Hilfsbetriebssystemen wie auch starre Frequenzumrichter sind im Allgemeinen aktive Einrichtungen, die in der Lage sind, Energie von einer Frequenzkomponente im Spektrum auf eine andere zu übertragen. Ihr Übertragungsverhalten wird hauptsächlich von der Regelung, aber auch von den passiven Bauelementen bestimmt.

Die Regelung muss so abgestimmt werden, dass sich für alle Betriebsbedingungen ein stabiles Verhalten ergibt. In einem nicht stabilen Netz streben die physikalischen Größen (als Spannungen oder Ströme) gegen unendlich und verursachen in Wirklichkeit eine Schutzabschaltung (dies gilt für lineare und nicht lineare Systeme) oder schwingen dauernd (stabiler Zustand) mit einer oder mehreren Frequenzen (das ist nur in nicht linearen Systemen möglich).

Stabilitätsfragen sind in einem Netz immer mit Rückkopplungsschleifen verbunden, insbesondere über eine oder mehrere Regelungen eines oder mehrere Teilnetze. Es gibt keine besondere Erregungsquelle, kleine Störungen reichen aus. Dies muss von anderen, im Weiteren beschriebenen Fällen unterschieden werden, wo immer sowohl eine Erregungsquelle als auch ein Übertragungs-/Verstärkungspfad vorhanden sind.

Üblicherweise liegen die möglichen, von Instabilitäten verursachten Schwingungen im Frequenzbereich bis ungefähr 500 Hz (Bandbreite der einschlägigen Steuerungen). An Schwingungen mit niedriger Frequenz (unter und in der Nähe der Versorgungsfrequenz) sind die nicht linearen Charakteristiken moderner Fahrzeuge wesentlich beteiligt; höher frequente Instabilitäten können näherungsweise linearisiert werden.

Durch Oberwellen verursachte Überspannungen

Halbleiterumrichter (sowohl solche mit Phasenanschnittsteuerung als auch solche mit Zwangskommutierung), die auf Fahrzeugen oder in der Energieversorgung eingebaut sind, erzeugen Strom und Spannungsoberwellen, die durch Strom- und Spannungsquellen in einer vereinfachten Weise dargestellt werden können. Jede Art von Umrichtern erzeugt ein typisches Strom- oder Spannungsspektrum. Der Umrichter zeigt in Verbindung mit den passiven Elementen wie Transformatoren und Filter entweder ein Stromquellen- oder Spannungsquellenverhalten mit einer typischen inneren Impedanz.

Alle Energieversorgungsnetze besitzen Resonanzen wegen der Resonanzen der Übertragungsleitungen und Kabel, manche auch wegen passiver Filterelemente. Dies führt zu einer Verstärkung der Oberwellen, die von Umrichtern in das Energieversorgungsnetz eingespeist werden. Eine Verstärkung (oder teilweise Unterdrückung) tritt sowohl am Ort der Umrichter (wegen der Leitungsimpedanz vom Umrichter aus gesehen) und zwischen dem Ort des Umrichters und anderen Stellen im Netz auf (Übertragungsverhalten des Energieversorgungssystems selbst).

Eine Verstärkung von ausgeprägten Oberwellen kann zu wesentlichen Überspannungen führen, entweder am Ort der Fahrzeuge oder an einem völlig anderen Ort im Netz.

Das Versorgungssystem (Unterwerke und Oberleitungen) hat Resonanzspitzen wegen seiner verteilten Kenngrößen - der Induktivitäts- und Kapazitätsbeläge. Diese Resonanzspitzen können sehr hohe Resonanzströme und -spannungen verursachen. Das Verhältnis zwischen maximalen und mininalen entlang der Oberleitung bei spezifischen Resonanzfrequenzen beobachteten Strömen kann mehr als 100 betragen. Bei Fahrzeugen mit Vierquadrantenstellern können sich die Oberwellenströme am Stromabnehmer eines Fahrzeuges ungefähr verdreifachen, weil die Impedanz des Energieversorgungsnetzes von Null verschieden ist.

Weitere technische Phänomene, die für die elektrische Netzverträglichkeit zwischen Energieversorgung und Fahrzeugen beachtet werden müssen, sind:

Vom Standpunkt der leitungsgebundenen Störungen aus können die folgenden Effekte relevant sein:

P.3 Annahmeverfahren

Jede neue oder umgebaute Triebfahrzeugeinheit oder jede Infrastrukturkomponente (z.B. Energieversorgungseinrichtung, statische Umrichter, Hochspannungskabel) werden in ein bestehendes Energieversorgungsnetzwerk mit Triebfahrzeugen integriert.

Die Verträglichkeit zwischen bestehenden Triebfahrzeugen und der bestehenden ortsfesten Anlagen und zukünftigen Triebfahrzeugen und zukünftigen ortsfesten Komponenten muss im Hinblick auf die in Abschnitt P.2 beschriebenen Phänomene geprüft werden.

Die betroffenen Organisationen oder Parteien sind:

Eine allgemeine Festlegung für Triebfahrzeuge und Energieversorgung, die Überspannungen in jeder Situation vermeidet, müsste sehr konservativ sein und wäre nicht zu erfüllen. Daher sollte ein Verfahren wie in Abschnitt P.6 beschrieben angewandt werden, um die Verträglichkeit zu prüfen (Verträglichkeitsfall).

P.4 Kennzeichnende Darstellung der festen Anlagen der Bahnenergieversorgung

Um eine vollständige und detaillierte Darstellung der Kennwerte der festen Anlagen für Energieversorgungsnetze zu erhalten, sind sehr große Aufwendungen erforderlich. Darüber hinaus kann eine allgemeine und einfache kennzeichnende Darstellung für alle Arten von festen Anlagen, die für den Verträglichkeitsfall geeignet wäre (Abschnitt P.6), nicht angegeben werden.

Die Netzdaten müssen vom Auftraggeber angegeben werden.

P.5 Kennzeichnende Darstellung der Züge

Die Daten der Züge müssen vom Betreiber des bestehenden Zugverkehrs dem Auftraggeber mitgeteilt werden.

Bild P.1 Verfahren für die Einführung eines neuen Fahrzeugs oder einer neuen Komponente

P.6 Verträglichkeitsstudie

Die Verträglichkeitsstudie (oder der Verträglichkeitsfall) ist ein Verfahren, um die Verträglichkeit neuer Fahrzeuge oder neuer Elemente der ortsfesten Anlagen mit den vorhandenen Fahrzeugen und dem Energieversorgungsnetz nachzuweisen. Wie in Bild P.1 dargestellt, ist die erste Tätigkeit die Planung des vollständigen Verträglichkeitsfalles. Das Flussdiagramm ist für neue Fahrzeuge und auch neue Energieversorgungselemente anwendbar. Es stellt ein Verfahren für deren Einsatz in einem bestehenden Eisenbahnsystem dar.

Der Auftraggeber ist für die Darstellung der Charakteristika der ortsfesten Anlagen und des gesamten Netzes, wie in den Abschnitten P.4 und P.5 beschrieben, verantwortlich. Er ist auch verantwortlich für die Festlegung besonderer Annahmekriterien für die Fahrzeuge oder neuer Elemente der ortsfesten Anlagen, wie in den Schritten 1 bis 7 der Tabelle P.1 beschrieben. Der Käufer/Eigentümer der neuen Elemente (Triebfahrzeuge oder Energieversorgungsausrüstung) muss eine Studie erstellen, um deren Verträglichkeit nachzuweisen. Die besonderen Annahmekriterien sind notwendig, um die Verträglichkeit des gesamten Systems, wie in Punkt P.7 beschrieben, sicherzustellen.

Tabelle P.1 Beschreibung der Schritte

Nr. Titel Beschreibung Verantwortlich
1 Plan für die Verträglichkeitsprüfung Der Plan für eine spezifische Verträglichkeitsprüfung legt den Umfang der Studie sowie die genauen Aufgaben und Verantwortlichkeiten fest. Der Plan stellt eine Vereinbarung zwischen allen beteiligten Parteien dar Für die Verträglichkeitsprüfung zuständige Organisation; normalerweise der Lieferant einer neuen Komponente
2 Darstellung der Charakteristika der bestehenden ortsfesten Anlagen Die Charakteristika bestehender ortsfester Anlagen (hauptsächlich Energieversorgungssystem); relevante Angaben hinsichtlich Verträglichkeit. Die Angaben können in Form von Rechnermodellen zur Verfügung gestellt werden Auftraggeber
3 Darstellung der Charakteristika der vorhandenen Fahrzeuge Charakteristika der bereits im Netz betriebenen Fahrzeuge, relevante Angaben hinsichtlich der Verträglichkeit mit der Energieversorgung. Die Charakteristika können in Form von Rechnermodellen zur Verfügung gestellt werden Betreiber/Besitzer der Fahrzeuge
4 Darstellung der Charakteristika der vorhandenen Betriebsbedingungen Angaben über den Betrieb des bestehenden Systems: Anzahl der Züge im Betrieb, typische Fahrpläne, normale Speiseschaltpläne, Notspeisepläne Betreiber des Eisenbahnnetzes
5 Darstellung der Charakteristika des gesamten Eisenbahnsystems/-netzes Dies ist eine Zusammenfassung der Angaben zu den Punkten 2, 3 und 4. Es kann erforderlich werden, unterschiedliche Szenarien festzulegen Auftraggeber
6 Theoretische Studie des Gesamtsystems/-netzes Untersuchung der Verträglichkeitsgesichtspunkte für unterschiedliche Szenarien. In einem ersten Schritt: Bestätigung der Verträglichkeit des bestehenden Systems. In einem zweiten Schritt: Prüfung möglicher neuer Komponenten (Fahrzeuge oder Energieversorgungssysteme), Prüfung der Charakteristika, die nötig sind, um die Stabilität des Systems zu erhalten Auftraggeber
7 Annahmekriterien für neue Elemente Das Ergebnis der theoretischen Untersuchungen unter Ziffer 6 sind besondere Annahmekriterien für neue Fahrzeuge oder neue Elemente des Stromversorgungssystems (z.B. Unterwerkstransformatoren, Hochspannungskabel usw.). Die besonderen Annahmekriterien müssen verständlich und messbar sein, wenn ein neues Element ausgelegt, konstruiert und geprüft wird Auftraggeber
8 Auslegung/Konstruktion eines neuen Elements Auslegung und Konstruktion neuer Fahrzeuge oder neuer Elemente des Energieversorgungssystems, wobei auch die unter Ziffer 7 festgelegten Annahmekriterien zu beachten sind Lieferant des neuen Elements (Fahrzeug oder Energieversorgungsausrüstung)
9 Darstellung der Charakteristika des neuen Elements Das neue Element muss mit den Charakteristika dargestellt werden mit Bezug auf seine Verträglichkeit mit anderen Fahrzeugen oder Elementen der Energieversorgung. Diese Charakteristika müssen eine Ergänzung der charakteristischen Kennwerte der bestehenden Bahn, wie in den Punkten 2 und 3 gefordert, nach der Bestätigung in Schritt 15 ermöglichen Lieferant des neuen Elements (Fahrzeug oder Energieversorgungsausrüstung)
10 Theoretische Untersuchung des neuen Elements In einem frühen Zeitpunkt der Auslegung muss diese in einer theoretischen Studie geprüft werden, d. h. unter Verwendung von Rechnermodellen ist zu zeigen, dass das neue Element die Annahmekriterien erfüllen kann Lieferant des neuen Elements (Fahrzeug oder Energieversorgungsausrüstung)
11 Prüfung im Laboratorium und auf einer Prüfstrecke Wenn ein erster Prototyp gebaut ist (Fahrzeug oder Energieversorgungsausrüstung), muss dieser im Laboratorium oder auf einer Prüfstrecke geprüft werden, um nachzuweisen, dass dieser die Annahmekriterien, wie in theoretischen Studien gemäß Ziffer 10 gezeigt, auch erfüllt. Diese Prüfreihe stellt eine Typprüfung des neuen Elements dar Lieferant des neuen Elements (Fahrzeug oder Energieversorgungsausrüstung)
12(1) Prüfplan für den Verträglichkeitsfall Es ist ein Plan für die notwendigen Prüfungen aufzustellen, die, soweit dies möglich und angemessen ist, bestätigen, dass
  1. das neue Element die Annahmekriterien erfüllt;
  2. die Verträglichkeitskriterien der Norm erfüllt sind und deshalb die Annahmekriterien ausreichend sind
Organisation, die für den Verträglichkeitsfall zuständig ist
13(1) Prüfung im Laboratorium und auf einer Prüfstrecke Soweit wie möglich werden Prüfungen in Laboratorien und auf Prüfstrecken durchgeführt. Diese Prüfungen müssen offiziell zeigen, dass die Annahmekriterien erfüllt werden. Ein Nichterfüllen der Annahmekriterien bedeutet, dass das neue Element durch den Lieferanten umgestaltet werden muss Organisation, die für den Verträglichkeitsfall zuständig ist
14(1) Prüfung im Bahnnetz Prüfungen im Bahnnetz müssen die Überzeugung bestätigen, dass die Annahmekriterien ausreichen, um die Stabilität des Netzes nach der Einführung des neuen Elements sicherzustellen. Falls diese Prüfungen Verträglichkeitsprobleme aufzeigen trotz der Erfüllung der Annahmekriterien durch das neue Element, bedeutet das, dass die Annahmekriterien nicht ausreichend sind Organisation, die für den Verträglichkeitsfall zuständig ist
15 Bestätigen die Prüfungen die Verträglichkeit Wenn beide Prüfserien erfolgreich sind, ist die Verträglichkeit des neuen Elements mit dem bestehenden Netz gezeigt. Dies muss in einem Verträglichkeitsbericht dargestellt werden Organisation, die für den Verträglichkeitssfall zuständig ist
16 Ende der Verträglichkeitsprüfung Mit dem erfolgreichen Abschluss des Verträglichkeitsfalles werden(2) die neuen Elemente (Fahrzeuge oder Energieversorgungsausrüstungen) Teil des vorhandenen Bahnsystems. Die Zuständigkeit für seine Verträglichkeit geht damit auf den Betreiber des Bahnsystems über Betreiber des Bahnsystems
(1) Der Prüfplan gibt an, ob die beiden Schritte 13 und 14 oder nur einer ausgeführt werden muss.

(2) Vom Standpunkt der Verträglichkeit aus betrachtet.

Das Ergebnis ist ein Schriftstück, das die theoretischen Untersuchungen und messtechnischen Nachweise beschreibt, um sicherzustellen, dass die Fahrzeuge und ortsfesten Anlagen bezüglich der weitergeleiteten Beeinflussungsströme und der Stabilität verträglich sind.

P.7 Vorgehensweise und Annahmekriterien

Der im Abschnitt P.5 beschriebene Verträglichkeitsfall muss zeigen, dass das bestehende Bahnsystem und das (die) neue(n) Element(e) verträglich sind.

Das Gesamtkriterium für Überspannungen und Stabilität ist, dass

.

Dynamisches Zusammenwirken zwischen Stromabnehmer und Oberleitung Anhang Q


Q.1 Anwendungsbereich

Diese Anlage betrifft die Anforderungen an und die Prüfverfahren für das dynamische Zusammenwirken zwischen Stromabnehmer und Oberleitung.

Q.2 Definitionen

Kontaktkraft: durch den Stromabnehmer auf die Oberleitung ausgeübte vertikale Kraft. Die Kontaktkraft ist die Summe der Kräfte an allen Kontaktpunkten eines Stromabnehmers.

Statische Andruckkraft: mittlere vertikale Andruckkraft, die von der Wippe senkrecht nach oben auf die Fahrleitung übertragen und durch das Hubsystem des ausgefahrenen Stromabnehmers, im Stillstand des Fahrzeuges, ausgeübt wird.

Mittlere Kraft Fm: statistisches Mittel der Kontaktkraft.

Größte Kraft: Höchstwert der Kontaktkraft.

Kleinste Kraft: Mindestwert der Kontaktkraft.

Oberleitung: oberhalb (oder seitlich) der oberen Fahrzeugbegrenzungslinie angebrachte Fahrleitung, die Fahrzeuge mit elektrischer Energie über eine auf dem Dach angebrachte Stromabnahmeeinrichtung versorgt (IEC 60050-811)

Lichtbogen: Stromfluss über einen Luftspalt zwischen Schleifstück und Fahrdraht, der üblicherweise durch starke Lichtabgabe erkennbar ist (prEN 50317).

Prozentsatz der Lichtbögen: wird beschrieben durch folgende Formel:

wobei

tarc: Dauer eines Lichtbogens, der länger als 1 ms wirkt,

ttotal: Messzeit mit einem Strom > 30 % des Nennstroms.

Das Ergebnis ist in % für eine spezifische Zuggeschwindigkeit anzugeben (prEN 50317).

Stromabnehmerwippe: Bauteil eines Scheren- oder Einholmstromabnehmers, bestehend aus den Schleifstücken und ihren Halterungen.

Kontaktpunkt: Punkt des mechanischen Kontaktes zwischen Schleifstück und Fahrdraht.

Aerodynamische Kraft: zusätzliche vertikale auf den Stromabnehmer wirkende Kraft infolge der Luftströmung um die Stromabnehmeranordnung.

Quasistatische Kraft: Summe der statischen und der aerodynamischen Kraft bei einer bestimmten Geschwindigkeit. Nachspannlänge: Länge der Oberleitung zwischen zwei Abspannpunkten (EN 50119).

Auswerteabschnitt: repräsentativer Teil der gesamten Messlänge, über welchem die Messbedingungen den Anforderungen entsprechen und aufgezeichnet werden.

Stromabnehmerstrom: Strom, der über den Stromabnehmer fließt.

Q.3 Symbole und Abkürzungen

σmax größte Standardabweichung der Kontaktkraft
Fm mittlere Kraft
Fmax größte Kraft
Fmin kleinste Kraft
NQ Lichtbogenanteil
d Abstand zwischen Lichtbogensensor und Lichtquelle (Schleifstück)
y Abstand zwischen Lichtbogendetektor und Lichtquelle bei der Eichung
x Leistungsdichte des schwächsten erkennbaren Lichtbogens
Feinwirkend auf die Stromabnehmerwippe einwirkende Kontaktkraft
Fgemessen gemessene Kontaktkraft
n Anzahl der Frequenzschritte
f1 kleinste Frequenz
fn größte Frequenz
fi aktuelle Frequenz.

Q.4 Verhalten beim Zusammenwirken

Q.4.1 Mittlere Kontaktkraft während des Übergangszeitraums

Bild Q.1 Mittlere Stromabnehmerkraft, Kurve C1

Bild Q.2 Mittlere Stromabnehmerkraft, Kurve C2

Q.4.2 Anforderungen an die Ergebnisse und Validierung von Messungen des dynamischen Zusammenwirkens von Stromabnehmer und Oberleitung

Q.4.2.1 Allgemeines

Die Messung des Zusammenwirkens von Oberleitung und Stromabnehmer dient dem Nachweis der Sicherheit und der Güte des Stromabnahmesystems. Ergebnisse von Messungen an verschiedenen Stromabnahmesystemen müssen vergleichbar sein, um Komponenten für das freie Inverkehrbringen innerhalb Europas zulassen zu können.

Anmerkung: Messwerte sind auch für die Validierung von Simulationsprogrammen und anderen Messsystemen erforderlich.

Um die Leistungsmerkmale von Stromabnahmesystemen zu prüfen sind mindestens folgende Daten zu messen:

Zusätzlich zu den Messwerten müssen die Betriebsbedingungen (Zuggeschwindigkeit, Position, ...) aufgezeichnet und die Umweltbedingungen (Regen, Eis, Temperatur, Wind, Tunnel, ...) sowie die Prüfanordnung (Kennwerte und Anordnung der Stromabnehmer, Art des Oberleitungssystems, ...) während der Messung im Prüfbericht aufgezeichnet werden. Durch diese zusätzlichen Angaben müssen die Wiederholbarkeit der Messungen und die Vergleichbarkeit der Messergebnisse gesichert werden.

Q.4.2.2 Messung der Kontaktkraft

Allgemeine Anforderungen

Die Messung der Kontaktkraft muss mit Kraftsensoren am Stromabnehmer erfolgen. Die Kraftsensoren müssen so nah wie möglich an den Kontaktpunkten angeordnet werden.

Das Messsystem muss die vertikalen Kräfte ohne Beeinflussung durch Kräfte, die in andere Richtungen wirken, messen.

Die Messabweichung des Messsystems durch Temperaturänderungen muss unter allen Messbedingungen kleiner als 10 N, bezogen auf die Summe der Kräfte, aller Sensoren sein.

Für Stromabnehmer mit voneinander unabhängigen Schleifstücken muss an jedem Schleifstück getrennt gemessen werden.

Das Messsystem darf nicht durch elektromagnetische Beeinflussungen gestört werden. Der maximale Fehler des Messsystems muss kleiner als 10 % sein.

Einfluss des Messsystems

Das Messsystem darf das Messergebnis um nicht mehr als 5 % beeinflussen.

Anmerkung: Den größten Einfluss auf Veränderungen des Ergebnisses durch das Messsystem haben aerodynamische Kräfte auf die Messeinrichtung. Der verfälschende Einfluss kann durch aerodynamische Prüfungen mit und ohne Messsystem festgestellt werden.

Korrektur der Trägheit

Die Trägheitskräfte infolge der Massen zwischen den Sensoren und dem Kontaktpunkt müssen korrigiert werden.

Anmerkung: Diese Korrektur kann durch Beschleunigungsmessungen an diesen Komponenten erfolgen.

Aerodynamische Korrektur

Der Einfluss der aerodynamischen Kräfte auf die Komponenten zwischen den Sensoren und den Kontaktpunkten muss korrigiert werden.

Um die aerodynamischen Korrekturen zu erarbeiten, müssen aerodynamische Prüfungen durchgeführt werden.

Anmerkung: Der aerodynamische Einfluss kann durch Prüffahrten mit festgelegter Stromabnehmerwippe ermittelt werden.

Aerodynamische Prüfungen müssen mit der gleichen Konfiguration (Fahrdrahthöhe, Zug-Konfiguration, Messausrüstung, Umgebungsbedingungen, ...) durchgeführt werden, wie die Kontaktkraftmessung.

Anmerkung: Die aerodynamische Prüfung kann mit bei einer Versuchsfahrt ausgeführt werden.

Eichung des Messsystems

Das Messsystem muss bezüglich der Messkraft im Labor geeicht werden, um die Genauigkeit der gemessenen Kraft zu prüfen. Dieser Versuch muss mit dem kompletten Stromabnehmer, mit den vollständigen Kraftmessgeräten und Beschleunigungsmessern, dem Datenübertragungssystem (Telemetriersystem, optisches System) und Verstärkern durchgeführt werden.

Das Verhältnis zwischen eingeleiteter und gemessener Kraft (die Übertragungsfunktion des Stromabnehmers und der Instrumente) muss durch dynamische Anregung des Stromabnehmers an der Wippe für einen Frequenzbereich bestimmt werden.

Anmerkung: Wenn eine sinusförmige Anregung verwendet wird, gibt eine Amplitude (Scheitel/Scheitel) entsprechend 30 % der statischen Kraft repräsentative Ergebnisse.

Die Prüfungen müssen für zwei Fälle ausgeführt werden:

Die Prüfung muss mit der adäquaten Arbeitshöhe der Stromabnehmerwippe ausgeführt werden.

Bei der Prüfung muss die mittlere Kraft gleich der statischen Kraft sein. Wenn die Kontaktkraft des Stromabnehmers mit der Geschwindigkeit steigt, muss auch die Prüfung mit der höchsten quasistatischen Kraft durchgeführt werden.

Die Messungen der eingeleiteten Kraft und der Messkraft erfolgt bis mindestens 20 Hz in Schritten von 0,5 Hz, mit verkürzter Schrittweite an Resonanzpunkten. Die Frequenzschritte in der Nähe der Resonanzfrequenzen sind festzulegen.

Anmerkung: Die Übertragungsfunktion ist eine kontinuierliche Funktion mit größeren Änderungen im Bereich der Resonanzfrequenzen. Deshalb ist die Verkleinerung der Frequenzschritte in der Nähe der Resonanzfrequenzen notwendig.

Die Genauigkeit der Übertragungsfunktion muss nach folgender Formel berechnet werden:

Die Übertragungsfunktion des Stromabnehmer-Kraftmesssystems muss ohne Korrektur eine Genauigkeit größer als 80 % bis zu einer Grenzfrequenz von 10 Hz besitzen. Diese Genauigkeit ist eine verbindliche Anforderung an das Messsystem.

Für die Nutzung zur Messung des dynamischen Zusammenwirkens zwischen Stromabnehmer und Oberleitung muss die Genauigkeit der Übertragungsfunktion des Messsystems größer als 90 % bis zu einer Frequenz von 20 Hz betragen (in Übereinstimmung mit den allgemeinen Anforderungen). Um dies zu erreichen, können Korrekturen durch Filter vorgenommen werden.

Messparameter

Die Abtastrate muss größer als 200 Hz für Zeitschritte oder kleiner als 0,40 m bei Wegschritten sein. Die Kontaktkraft muss mit einem Tiefpass mit einer Sperrfrequenz von 20 Hz gefiltert werden. Der Messbereich muss mindestens betragen:

Messergebnisse

Die Ergebnisse müssen über einen Auswerteabschnitt ausgewertet werden.

Für die Berechnung statistischer Werte sollte der Auswerteabschnitt nicht kürzer als eine Nachspannlänge sein. Folgende statistische Werte der Kontaktkräfte für den Auswerteabschnitt müssen mindestens berechnet werden:

Q.4.2.3 Messung von Auslenkungen

Das Messsystem darf keinen Einfluss auf die gemessene Auslenkung haben, die das Ergebnis um mehr als 3 % verändern könnte.

Anhub am Stützpunkt

Der Fehler des Messsystems muss kleiner als 5 mm sein.

Vertikale Auslenkung des Kontaktpunktes

Die vertikale Auslenkung des Kontaktpunktes ist relativ zum Grundrahmen des Stromabnehmers zu messen.

Die Genauigkeit des Messsystems muss besser als 10 mm sein.

Messung anderer Auslenkungen in der Oberleitung

Die Genauigkeit des Messsystems muss besser sein als 10 % der Amplitude des Messwertes oder kleiner als 10 mm, wobei die höhere Genauigkeit maßgebend ist.

Q.4.2.4 Lichtbogenmessungen

Allgemeine Anforderungen

Zum Erkennen von Lichtbögen muss der Sensor empfindlich für Lichtwellenlängen sein, die von Kupfermaterialien ausgesandt werden. Für Kupfer und kupferlegierte Fahrdrähte muss ein Wellenlängenbereich benutzt werden, der den Bereich von 220 nm bis 225 nm oder 323 nm bis 329 nm einschließt.

Anmerkung: In diesen beiden Wellenlängenbereichen sendet Kupfer wesentliche Lichtwellen aus. Das Messsystem muss unempfindlich gegen sichtbares Licht mit Wellenlängen über 330 nm sein. Der Sensor muss

Anmerkung: Die Schwellenwerte variieren abhängig von der Entfernung zwischen Messgerät und dem Ort des Auftretens des Lichtbogens.

Die Lage des Sensors ist in Bild Q.3 ersichtlich.

Bild Q.3 Anordnung der Sensoren

Eichung des Lichtbogen-Messsystems

Der eingesetzte Sensor muss für die Leistungsdichte im adäquaten Spektralbereich geeicht werden.

Diese Empfindlichkeitskurve ist die Beziehung zwischen dem Signal des Sensors in Volt und der Leistungsdichte in µW/ cm2. Dieses Signal wird am analogen Ausgang des Sensors gemessen.

Die Leistungsdichte des schwächsten zu registrierenden Lichtbogens (x) muss festgelegt werden.

Anmerkung: Dieser Wert beträgt zum Beispiel bei 5 m Abstand.

Anpassung des Messabstandes

Falls die Entfernung zwischen dem Sensor und der Lichtquelle sich im Einsatz von der Eichentfernung (y) unterscheidet, muss der Sensor angepasst werden.

Dies muss folgendermaßen durchgeführt werden:

x ×d2/ y2

Anmerkung: Ein Lichtbogen wird als punktförmige Quelle betrachtet, und folglich ist die Leistungsdichte proportional zu 1/d2 (siehe Bild Q.3).

Zu messende Werte

Das System muss mindestens folgende Werte messen:

Der Ort des Lichtbogens entlang der Oberleitung (kilometrische Lage) soll gemessen werden. Darstellung der Werte

Die Darstellung der Werte muss für einen Auswerteabschnitt erfolgen.

Für die Ausgabe sind nur die Lichtbögen zu analysieren, die länger als 1 ms dauern.

Bei der Auswertung dürfen Messwerte für die Zeitabschnitte mit einem Stromabnehmerstrom kleiner 30 % des Stromabnehmer-Nennstroms nicht beachtet werden.

Für den Auswerteabschnitt müssen mindestens folgende Werte ermittelt werden:

Anmerkung 1: Ein anderes mögliches Kriterium ist die Anzahl der Lichtbögen je km mit einem Stromabnehmerstrom > 30 % des Stromabnehmer-Nennstroms.
Anmerkung 2: Der Auswerteabschnitt sollte nicht kürzer als 10 km sein. Dieser Abschnitt sollte mit konstanter Geschwindigkeit mit einer Toleranz von + 2,5 km/h durchfahren werden.
Anmerkung 3: Um repräsentative Ergebnisse für die Oberleitung zu erhalten, soll die Gesamtzeit der Fahrt mit einem Stromabnehmerstrom größer 30 % des Stromabnehmer-Nennstromes nicht kürzer sein, als die Gesamtfahrzeit für eine Nachspannlänge. Diese Zeit sollte nicht durch Abschnitte mit geringerem Strom unterbrochen werden und die Geschwindigkeit sollte konstant sein.


ENDE

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