DE10111156C1

DE10111156C1 - Verfahren zur Reduktion von Gleis-und Erdströmen längs elektrisch betriebener Bahnstrecken

Info

Publication number: DE10111156C1
Application number: DE10111156A
Authority: DE
Inventors: Christian Tuttas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2021-03-09

Abstract

Im Bahnnetz mit steuerbarem Bahnrückstromleiter tritt der Sektionseffekt auf, d. h. in der Nähe der Lokomotive fließt der gesamte Traktionsstrom über das Gleis bis zum nächsten Anschlußpunkt des Rückleiters. Dadurch erhöht sich in Gleisnähe das Magnetfeld, was sich nachteilig auf die elektromagnetische Verträglichkeit der Bahnleitung auswirkt. DOLLAR A Das Magnetfeld läßt sich beim Sektionseffekt um die Hälfte reduzieren, wenn die Regler (9) die steuerbaren Spannungsquellen (8) in den Gleis-Rückleiter Schleifen (7) so einstellen, daß die Gleisströme an den Rändern der Schleifen (7) entgegengesetzt gleich werden. DOLLAR A Der steuerbare Bahnrückstromleiter ist vorzugsweise dort einzusetzen, wo im Nahbereich von Bahnstrecken Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit auftreten. Bevorzugte Einsatzgebiete sind Hochgeschwindigkeitsstrecken und Bahnlinien in Ballungsgebieten.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion von Gleis- und Erdströmen längs elektrisch betriebener Bahstrecken.

Stand der Technik

In der Patentschrift DE 199 58 080 C1 wird ein Energieübertragungssystem für elektrische Bahnen beschrieben, das mit steuerbarem Bahnrückstromleiter arbeitet. Der Rückleiter verläuft in Fahrleitungsnähe und ist mit dem Gleis in regelmäßi gen Abständen verbunden. Dadurch entstehen Gleis-Rückleiter-Schleifen, die die Bahnstrecke in verschiedene Sektionen unterteilen. Jede Sektion enthält im Rückleiter eine steuerbare Spannungsquelle, deren Aufgabe darin besteht, den Gleisstrom in der Schleife zu unterdrücken und den Erdstrom drastisch zu reduzieren. Dazu wird der Gleisstrom an einer Stelle, vorzugsweise in Schleifen mitte erfaßt und einem Regler zugeführt. Der Regler stellt die Spannungsquelle so ein, daß der Gleisstrom am Meßpunkt zu null wird. Im Bahnnetz mit steuerbarem Rückleiter ergibt sich dann eine ähnliche Stromverteilung wie im Bahnnetz mit Boostertransformatoren. Der über die Fahrleitung transportierte Traktionsstrom fließt nahezu vollständig über den Rückleiter zum speisenden Unterwerk zurück. Ein Bahnnetz mit steuerbarem Rückleiter hat, wie in C. Tuttas, "Aktiver Bahnrückstromleiter", Elektrische Bahnen 98 (2000), 7, Seiten 227 bis 232 beschrieben, folgende Vorzüge:

- Im Nahbereich der Bahnstrecke wird das sich quer zur Fahrtrichtung ausbildende Magnetfeld deutlich reduziert.
- Die Beeinflussungsspannungen in parallel zur Bahntrasse verlegten Leitern wie Fernmeldekabeln und Rohrleitungen fallen wesentlich geringer aus.
- Dasselbe gilt für die Gleis-Erde-Spannungen (Schienenpotentiale), die sich im Bahnbetrieb einstellen.
- Der steuerbare Rückleiter verringert im Gegensatz zu Boostertransformatoren die Streckenimpedanz der Fahrleitungsanlage und verbessert damit die Spannungsstabilität im Bahnnetz.

Die beschriebenen Vorzüge sind strenggenommen auf die Gleis-Rückleiter- Schleifen oder Sektionen beschränkt, in denen sich kein Triebfahrzeug aufhält. Nur dann ist die steuerbare Spannungsquelle in der Lage, den auf ihre Sektion zufließenden Rückstrom in den Rückleiter zu drängen, so daß der Gleis-Erde- Bereich nahezu stromfrei wird. Befindet sich dagegen das Triebfahrzeug innerhalb einer Sektion, kann der in das Gleis eingespeiste Traktionsstrom nicht sofort in den Rückleiter gelangen, sondern muß bis zum nächsten Anschlußpunkt des Rückleiters über die Fahrschienen fließen. Dieser Vorgang wird als Sektionseffekt oder train-in-section-effect bezeichnet. Aufgrund des hohen Gleisstromes steigen an der Bahnstrecke während der Vorbeifahrt eines Zuges kurzzeitig Magnetfeld, Beeinflussungsspannungen und Schienenpotentiale an. Dabei kann das Magnetfeld sogar höher ausfallen als an einer Bahnstrecke ohne Rückleiter.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Bahnnetz mit steuerbarem Bahnrückstromleiter die Auswirkungen des Sektionseffektes durch Reduktion der der Gleisströme abzumildern.

Lösung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Vorteile

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere im Abbau der erhöhten Magnetfelder und Beeinflussungsspannungen, die durch den Sektionseffekt in der Nähe einer Bahnstrecke mit steuerbarem Rückleiter auftreten. So läßt sich beispielsweise das Magnetfeld in Gleisnähe um den Faktor zwei reduzieren.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die grundsätzliche Ausbildung des erfindungsgemäßen Bahnrückstromleitersystems,

Fig. 2 in vereinfachter Form die Stromverteilung im Bahnrückstromleitersystem bei einer Gleisstrommessung in der Mitte der Gleis-Rückleiter-Schleifen,

Fig. 3 in vereinfachter Form die Stromverteilung im Bahnrückstromleitersystem bei Gleisstrommessungen an den Rändern der Gleis-Rückleiter-Schleifen.

Die Ausbildung nach Fig. 1 beschreibt eine Bahnenergieversorgungsanlage. Der fahrende Zug Z ist über die Fahrleitung 2 und das Gleis 4 mit der Spannungsquelle 1 des Unterwerks verbunden. Das Gleis 4 ist erdfühlig verlegt und hat über seine Ableitwiderstände 6 Kontakt zur Bezugserde 5. Der Rückleiter 3 dient zur Verbesserung der Bahnrückstromführung. Er ist in regelmäßigen Abständen mit dem Gleis 4 verbunden. Dadurch entstehen längs der Fahrtstrecke Gleis-Rückleiter- Schleifen 7. Jede dieser Schleifen 7 enthält eine steuerbare Spannungsquelle 8, die im Rückleiter 3 liegt. Ein Regler 9 stellt die Spannungsquelle 8 jeweils so ein, daß die Regelgröße i_G an eine Führungsgröße i_Gw angepaßt wird, die null ist. Als Regelgröße i_G dienen die Gleisströme i_G1 und i_G2 an den beiden Rändern der Schleife 7. Sie werden von den Meßeinrichtungen 10 erfaßt und anschließend zur Regelgröße (i_G) addiert.

Das erfindungsgemäße Bahnnetz mit steuerbarem Rückleiter unterscheidet sich von der in DE 199 58 080 C1 vorgestellten Lösung in der Bildung der Regelgröße (i_G). In DE 199 58 080 C1 wird der Gleisstrom an einer Stelle, vorzugsweise in der Mitte der betrachteten Gleis-Rückleiter-Schleife bestimmt und als Regelgröße definiert. Das erfindungsgemäße Bahnnetz besitzt dagegen zwei Gleisstrommeß stellen, die an den Rändern der Gleis-Rückleiter-Schleife liegen. Die Regelgröße (i_G) besteht hier aus der Summe der beiden erfaßten Gleisströme (i_G1) und (i_G2). Die Wirkung der unterschiedlichen Regelkonzepte ist in Fig. 2 und 3 dargestellt. Fig. 2 beschreibt ein Bahnnetz mit zwei steurbaren Gleis-Rückleiter-Schleifen I und II. Das Triebfahrzeug ist als fahrbare Stromquelle i nachgebildet und befindet sich in der Sektion II. Die angegebene Stromverteilung gilt für den Fall, daß die Gleisströme in den Sektionsmitten unterdrückt werden. Nur die Gleis-Rück leiter-Schleife II ist vom Sektionseffekt betroffen. Der gesamte Traktions strom i fließt einseitig über das Gleis 4 zum rechten Rand der Schleife. Der hohe Gleisstrom führt zu einem Anstieg des Magnetfeldes in Gleisnähe. Auf die Gleis- Rückleiter-Schleife I wirkt sich der Sektionseffekt nicht aus. Der gesamte Rückstrom fließt hier über den Rückleiter 3 zur speisenden Spannungsquelle 1 zurück. Die in Fig. 2 vereinfacht dargestellte Stromverteilung ist typisch für das Bahnnetz aus der Patentschrift DE 199 58 080 C1.

In Fig. 3 werden die steuerbaren Spannungsquellen 8 so eingestellt, daß in jeder Sektion an den Rändern entgegengesetzt gleiche Gleisströme auftreten. Der Traktionsstrom i fließt dann jeweils zur Hälfte zum linken und rechten Rand der Sektion II. Durch die Halbierung des Gleisstromes nimmt auch das Magnetfeld im Nahbereich der Gleis-Rückleiter-Schleife II ab. Das erfindungs gemäße Regelkonzept verändert aber nicht die Stromverteilung in der Sektion I. Hier fließt nach wie vor der gesamte Rückstrom über den Rückleiter zur speisenden Spannungsquelle 1 zurück.

In Wirklichkeit läßt sich ein Zug nicht wie in Fig. 2 und 3 angenommen durch eine punktförmige Last nachbilden. Beim Überfahren einer Meßstelle 10 wirken die metallenen Zugwaggons wie zusätzliche Shunts, die eine richtige Erfassung des Gleisstromes unmöglich machen. Der Meßfehler läßt sich aber näherungsweise wieder korrigieren, indem die gemessenen Gleisströme vor ihrer Addition mit zeitabhängigen Gewichtungsfaktoren multipliziert werden. Wenn kein Zug die Meßstelle überfährt, ist der Gewichtungsfaktor eins, sonst ergibt sich ein Wert, der größer als eins ist. Dadurch kann der zu klein gemessene Gleisstrom nachträglich an den realen Wert angepaßt werden.

Claims

1. Verfahren zur Reduktion von Gleis- und Erdströmen längs elektrisch betriebener Bahnstrecken mit einem Rückleiter, der in bestimmten Abständen zur Bildung von Gleis-Rückleiter-Schleifen
mit dem Gleis verbunden ist,
wobei zumindest ausgewählte Gleis-Rückleiter-Schleifen (7) im Rückleiter (3) steuerbare Spannungsquellen (8) enthalten,
wobei an den Rändern der Gleis-Rückleiter-Schleifen (7) jeweils der Gleis strom (i_G1, i_G2) gemessen wird,
wobei die Spannungsquellen jeweils mittels Reglern (9) so eingestellt werden, dass die Summen der Gleisströme (i_G1, i_G2) Führungsgrößen (i_Gw) folgen, die null sind.

2. Verfahren zur Reduktion von Gleis- und Erdströmen längs elektrisch betriebener Bahnstrecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gleis-Rückleiter-Schleife (7) mit steuerbarer Spannungsquelle (8) ausgestattet ist.

3. Verfahren zur Reduktion von Gleis- und Erdströmen längs elektrisch betriebener Bahnstrecken nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleisströme (i_G1) und (i_G2) vor ihrer Addition zur Regelgröße (i_G) mit zeitabhängigen Gewichtsfaktoren multipliziert werden.