Elektronische Schutzsysteme für Gleichstrombahnen Perfektion entsteht aus der Zusammenarbeit von Experten Inhaltsverzeichnis Messtechnik auf höchstem Niveau 1 Witt in der Übersicht 2 Firmenvorstellung 3 Systeme für Gleichstrombahnen – Überblick 4 Erdpotentialmessgerät 5 Erdungskurzschließer 6 Fahrspannungsüberwachung 7 Kabelfehlerüberwachung 8 Messwandler 9 Spannungsbegrenzer 10 Überwachung von Spannungsdurchschlagssicherungen 11 Fahrdrahtüberwachung 12 Streustromüberwachung 13 Referenzen & Kontakt 14 Witt Industrie Elektronik Meß- und Prüftechnik auf höchstem Niveau Witt IndustrieElektronik leistet wohl alles, was Sie von einem typischen Ingenieur - Unternehmen erwarten: Wir sind absolut pünktlich und zuverlässig, wir planen exakt und handeln effizient, wir halten uns an Termine und Kosten, wir liefern durchgehend hohe Qualität. Wir sind typische Ingenieure: Unser Wissen ist gründlich, und wir suchen die Innovation. Und wir finden sie auch. Die Mess- und Prüfsysteme von Witt IndustrieElektronik messen alles, was sich messen lässt. Und reagieren entsprechend den Ergebnissen. Die partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen uns und unseren Kunden macht die passgenauen Lösungen erst möglich. Mit vielen unserer Kunden arbeiten wir über Jahre und Jahrzehnte zusammen. Auch Partnerschaftlichkeit ist Witt IndustrieElektronik. Witt IndustrieElektronik in der Übersicht + Anbieter für Mess- und Prüftechnik für Bahn und Industrie + gegründet 1972 als engagiertes Ingenieurbüro + Hauptsitz in Berlin + komplexe, intelligente und wirtschaftliche Lösungen durch die Kombination von individueller Produktentwicklung und einem umfangreichen Sortiment an Fertigerzeugnissen Seite 2 Nehmen Sie unser Know-how Produkte in den Bereichen Bahnelektronik und Industrieelektronik entwickeln wir seit 1972. Speziell für messtechnische Anwendungen, spezifisch für die Bedürfnisse des Kunden. Und innovativ, denn die Erfahrung zeigt uns, wie wir neue Wege finden. Zu unseren zufriedenen Kunden gehören Unternehmen wie die Deutsche Bahn und die Daimler AG. Systeme und Geräte Unsere Kunden bauen, betreiben oder warten schienengebundene Verkehrsmittel. Und wir unterstützen sie dabei: Gleichstrombahnen fahren sicher und zuverlässig, Menschen und Umgebung werden geschützt durch Sicherheitssysteme wie Erdungskurzschließer und Erdpotentialmessgeräte. Bahnanlagen und Fahrdrähte werden beständig überwacht durch Gleisfreierkennung, Rückleiterüberwachung, Isolierstoßüberwachung und Fahrdrahtüberwachung. Installationen von Witt-Produkten Die objektive Planung, die vorbeugende Wartung gelingen effizienter und besser mit unseren Messsystemen für die Bahninfrastruktur, mit Radvermessung und Radzustandsdiagnose, mit Vermessungssystemen für Weichen und mit Schienenzustandsdiagnosen. Kluge Wartung: mehr Sicherheit, weniger Kosten Die Instandhaltung von Bahnen, Schienen und Zügen ist ebenso unverzichtbar wie aufwändig. Doch mit geeigneter Steuerung lässt sie sich optimieren. Das Prinzip: Eine kontinuierliche und objektive Analyse der Infrastruktur macht es möglich, nur die wirklich notwendigen Wartungsarbeiten durchzuführen - und zwar so rechtzeitig, dass größere Schäden und Kosten zuverlässig vermieden werden. Stillstandszeiten können verkürzt, die Nutzung des Eisenbahnsystems kann optimiert werden. Ein System in Ihrem Auftrag stimmen wir eng mit Ihnen ab, testen es in der realen Umgebung und nehmen es gemeinsam mit Ihnen in Betrieb. Was der Tagesbetrieb und die Umwelt auch bieten mögen - Hitze, Kälte, Feuchtigkeit, Vibrationen, Staub - wird nichts ändern an der Verlässlichkeit der Messergebnisse. Seite 3 Systeme für Gleichstrombahnen Übersicht Für Gleichstrombahnen hat Witt IndustrieElektronik eine große Bandbreite von Sicherungs- und Messsystemen entwickelt und implementiert. Im Betrieb von Gleichstrombahnen besteht immer das Risiko, dass nicht akzeptable Berührungsspannungen entstehen – typischer Weise zwischen dem rollenden Gut und der Infrastruktur wie Brücken oder Bahnsteigen. Die Produktfamilie von Witt IndustrieElektronik für diesen Bereich misst dies Spannungen und initiiert weitere Aktionen. Ein Beispiel ist die Familie von Erdungskurzschließern, die für die Berliner Nahverkehrsbetriebe entwickelt wurden. Diese schützen die Passagiere von schädlichen Berührungsspannungen und die Infrastruktur vor Korrosion durch Kriechströme. Alle Systeme wurden in Zusammenarbeit mit der Deutschen Bahn oder der Berliner Verkehrs Gesellschaft BVG entwickelt. Seite 4 Witt Produkte für Gleichstrombahnen Sicherheitssysteme Erdpotentialmesser Beim Betrieb von Gleichstrombahnen mit Rückleitung über Fahrschienen entstehen durch unterschiedliche Erdungswiderstände Spannungen, die für Menschen und Bauwerke gefährlich sein können. Eine der Maßnahmen zum Schutz von Menschen vor unzulässigen Berührungsspannungen ist der zeitlich befristete Kurzschluss der verschiedenen Erdungssysteme gemäß DIN EN 50122-1. Bei Überschreiten der Grenzwerte wird ein Schaltbefehl über einen potenzialfreien Relaiskontakt zur Ansteuerung von weiterführenden Einrichtungen – Erdungskurzschliessern oder Trennern - gegeben. Dieses Messgerät überwacht die Potenziale der angeschlossenen Erden und bewertet die auftretenden Spannungen. Die Spannung zwischen den zu beobachtenden Erden bzw. dem Rückleiter wird kontinuierlich überwacht. Seite 5 Witt Produkte für Gleichstrombahnen Sicherheitssysteme Erdungskurzschließer EKS Bei Bahnen, die mit Gleichstrom betrieben werden, wird die Fahrschiene als Rückleiter für den Fahrstrom genutzt. Der durch die Schiene fließende Rückstrom führt durch den elektrischen Widerstand der Schiene zu einer Potentialdifferenz gegenüber der Erde. Diese Potentialdifferenz kann als Spannung zwischen der Schiene bzw. dem Fahrzeug und Bauwerken bzw. der Erde abgegriffen werden. Diese Spannung ist potentiell gefährlich für Personen. Deshalb ist es lt. DIN EN 50122 vorgeschrieben, ab einem definierten Schwellwert diese Spannungen abzubauen. Dies geschieht über einen temporären Kurzschluss zwischen den Schienen und der umgebenden Erde. Der EKS ist ein selbständig rückstellender Erdungskurzschließer nach DIN EN 50122. Das Gerät ist parametrierbar. Die Spannungsdifferenzen zwischen Rückleiter und Erde werden überwacht. Die Kombination aus antiparallel angeordneten Thyristoren und einem Leistungsschütz garantiert eine niedrige Schaltzeit sowie eine hohe Stromtragfähigkeit. Bei Überschreitung der eingegebenen Spannungskurve spricht der Erdungskurzschließer an, d.h. nach Eintritt der Einschaltkriterien werden zeitgleich die Thyristoren gezündet und das Schütz geschaltet. Die Thyristoren schalten in einigen Mikrosekunden; das Schütz hat eine Schließzeit von ca. 90 ms. Mit dem Zünden der Thyristoren bricht die Spannung auf wenige Volt zusammen. Die Thyristoren bleiben gezündet, bis das Schließen des Schützes anhand der Stellung der Hilfskontakte des Schützes erkannt wurde. Danach werden die Thyristoren gelöscht. Damit übernimmt das Schütz die Last. Der Erdungskurzschließer ist in seinen wesentlichen Baugruppen zweikanalig aufgebaut und verfügt über Selbsttestfunktionen. Somit ist sichergestellt, dass Fehlfunktionen sehr selten sind. Falls sie trotzdem einmal auftreten werden diese auf jeden Fall gemeldet. U = I2 x RB-W I0 RB I1 Bahnerde (BE) I0 I1 I2 RB,W RB-W I2 RW Wassererde (BE) = Abgeleiteter Fahrstrom = Zweigstrom zur Bahnerde = (I0 x RB) / (RB-W + RW) = Zweigstrom zur Wassererde = Erdungswiderstände Bahnerde, Wassererde Seite 6 Witt Produkte für Gleichstrombahnen Messsysteme Fahrspannungsüberwachung Die Fahrleitungsspannung von Gleichstrombahnsystemen muss vor dem Zusammenschalten einzelner Streckenabschnitte gemessen werden. Eine elektrische Verbindung der Abschnitte darf nur dann erfolgen, wenn alle Spannungswerte innerhalb eines bestimmten Fensters liegen. Die Geräte überwachen die Fahrleitungsspannungen der Streckenabschnitte und zeigen über potenzialfreie Relaiskontakte an, ob diese Spannungswerte innerhalb des zulässigen Fensters liegen. Das Gerät benötigt keine Hilfsspannung und ist für Hutschienenmontage vorgesehen. Liegen alle Fahrleitungsspannungen der Streckenabschnitte, die zusammengeschaltet werden sollen, innerhalb des zulässigen Bereichs, kann eine Verbindung der Abschnitte freigeschaltet werden. Sete 7 Witt Produkte für Gleichstrombahnen Messsysteme Kabelfehlerüberwachung KFÜ Das KFÜ ist eine selbständig rückstellende Kabelüberwachungseinrichtung zur Erfassung von Kabelfehlern. Zwischen Signal und Auslösung ist eine Zeitverzögerung von 4,8 sec integriert. Über einen Gleichrichter wird die Spannung zwischen dem Kabelmantel und einer Erde abgenommen. Sowie diese Spannung über eine einstellbare Schwelle steigt, spricht das Melderelais an. Das Gerät dient zur Isolationsüberwachung von Kabelanlagen bei Gleichstromanlagen. Es arbeitet ohne Hilfsspannungen. Der Anschluss erfolgt zwischen dem isolierenden Außenmantel und einer Bezugserde. Die Schaltung arbeitet nach dem Konstantstromprinzip, d.h. auch bei einem Ansteigen der Spannung auf 1000 V oder darüber steigt der Strombedarf nicht weiter an. Für die Meldung stehen zwei potentialfreie Wechsler zur Verfügung. Das Gerät ist in ein hutschienenmontierbares Kunststoffgehäuse eingebaut. Der Ableitstrom, der zur Erde fließt, ist mit 2 mA sehr gering bemessen, erst im Fehlerfall steigt die Strombelastung auf 6 mA an. Der Schaltzustand wird über eine Meldelampe lokal angezeigt. Seite 8 Witt Produkte für Gleichstrombahnen Messsysteme Messwandler MW Die Messwandler von Witt IndustrieElektronik ermöglichen die Messung von Fahrspannungen und Fahrströme sehr genau und potentialtrennend. Der Messwandler wird sowohl im gleichstrombetriebenen Fahrzeug als auch in stationären Einrichtungen verwendet. Die Spannung, die an einem externen Stromshunt abfällt, wird potentialfrei übertragen. Somit ist es möglich, auch auf der "heißen" Seite von Bahnstromversorgungen zu messen. Im Fahrzeug lässt sich somit nach dem Stromabnehmer der aufgenommene Strom messen. Ebenso kann man mit dem MW 100 den abgegebenen Strom eines Unterwerkes oder eines Streckenschalters messen Die Spannung die am Stromshunt abfällt, wird im Gerät begrenzt (Transientenschutz) und gefiltert. Danach wird diese Spannung in eine hohe proportionale Frequenz (60- 800 kHz) umgewandelt und durch einen Lichtwellenleiter galvanisch vollständig getrennt übertragen. Ein anschließender Frequenzspannungswandler erzeugt wieder eine proportionale Spannung, die nun nach Filterung in einer letzten Stufe in Strom gewandelt wird. Die benötigte Hilfsspannung wird in zwei getrennten Wandlern der Primärseite und der Sekundärseite zur Verfügung gestellt. In einem vollisolierten Kunststoffgehäuse befindet sich die komplette Elektronik. Der 4- 20 mA Ausgang ist so beschaltet, das im Fehlerfall 0 mA fließen und somit von nachfolgenden Stufen Fehler erkannt werden können. Seite 9 Witt Produkte für Gleichstrombahnen Messsysteme Spannungsbegrenzungseinrichtung SBE Bei Gleichstrombahnen muss die unmittelbare Verbindung der Rückleiter mit der Erde wegen der Gefahr des Auftretens von Streuströmen verhindert werden. Streuströme würden Gebäude, Brücken und andere metallische (elektrisch leitende) Anlagen und Anlagenteile durch Korrosion beschädigen. Gefahren entstehen auch durch die Möglichkeit des Auftretens von unzulässig hohen Berührungsspannungen. Eine der Maßnahmen zum Schutz von Menschen vor unzulässigen Berührungsspannungen ist der zeitlich befristete Kurzschluss der verschiedenen Erdungssysteme gemäß DIN EN 50122. Der SBE ist ein selbständig rückstellfähiger Erdungskurzschließer nach DIN EN 50122. Das Produkt ist parametrierbar. Durchgeführt wird die Überwachung der GS- und WSSpannungsdifferenzen zwischen Rückleiter und Erde. Die Kombination aus antiparallel angeordneten Thyristoren und einem Leistungsschütz garantiert eine niedrige Schaltzeit sowie eine hohe Stromtragfähigkeit. Bei Überschreitung der eingegebenen Spannungskurven für GS oder WS spricht der Erdungskurzschließer an, d.h. nach Eintritt der Einschaltkriterien werden zeitgleich die Thyristoren gezündet und das Schütz geschaltet. Die Thyristoren schalten in einigen Mikrosekunden, das Schütz hat eine Schließzeit von ca. 150 ms. Mit dem Zünden der Thyristoren bricht die Spannung auf wenige Volt zusammen. Die Thyristoren bleiben gezündet, bis das Schließen des Schützes anhand der Stellung der Hilfskontakte des Schützes erkannt wurde. Danach werden die Thyristoren gelöscht. Damit übernimmt das Schütz die Last. Seite 10 Witt Produkte für Gleichstrombahnen Messsysteme Überwachung der Spannungsdurchschlagsicherungen Das Gerät überwacht die im Bahnbereich eingesetzten Spannungsdurchschlagsicherungen (SDS) und meldet eine defekte SDS über ein integriertes GSM-Modem. Die SDS-Überwachung benötigt keine externe Versorgungsspannung. Die eingebaute Hochleistungsbatterie hat eine maximale Standzeit von 5 Jahren. Die SDS- Überwachung erkennt durch berührungslose Strommessung und Spannungsmessung den Zustand der Sicherung. Bei defekter Sicherung wird eine Meldung über ein GSM-Modul abgesendet. Das Gerät benötigt keine Hilfsenergie und keine Meldeleitungen. Für die Installation der Überwachungseinrichtung ist kein Leitungsaufwand erforderlich. Die Überwachungseinrichtung misst den Strom und den Spannungsverlauf an der Sicherung. Die Strommessung wird mit einem Wechselstromübertrager vorgenommen. Der beim Durchschmelzen der Sicherung entstehende Strompuls löst einen irreversiblen Meldekontakt aus. Die Spannungsmessung überwacht zusätzlich das Auslösekriterium. Bei gesetzter Meldung wird eine SMS über ein GSM-Modul abgesetzt. Dieses Gerät ist auch zum Überwachen der Spannungsbegrenzer HVL geeignet. Seite 11 Witt Produkte für Gleichstrombahnen Messsysteme Version mit Lichtleiter Version mit Druckluft Fahrdrahtüberwachung Fahrdrähte können reißen. Wenn sie dann auf die Schienen fallen besteht die Gefahr, dass dies Schienen unter Strom gesetzt und durch Personen berührt werden. Sender und Empfänger werden im Freien installiert. Um dies zu überwachen wird eine elektrisch isolierte und nicht leitende Verbindung mechanisch mit dem Fahrdraht gekoppelt. Bei einem Bruch des Fahrdrahtes reißt diese Verbindung ebenfalls. Vorteile Die Einrichtung besteht aus drei Modulen: Sender: Einprägen einer festen Information in die Überwachungsleitung Für die Installation an Streckenmasten werden Mastschellen bereitgestellt. Eine vergleichbare Anlage mit den beschriebenen Funktionen wird von keinem weiteren Hersteller angeboten. Montage- und Wartungsaufwand sind sehr gering; die Arbeiten können nach kurzer Einweisung vom eigenen Personal übernommen werden. Eine eingebaute Überwachungselektronik im Empfängermodul sichert zusätzlich das reibungslose Funktionieren der Anlage Überwachungsleitung: Information aus dem Sender übertragen Empfänger: Information des Senders empfangen und mit der Basisinformation vergleichen Seite 12 Witt Produkte für Gleichstrombahnen Messsysteme I Traktion + RFahrleitung Fahrleitungen mit positiver Polarität, Fahrschienen mit negativer Polarität ITraktion Unterwerk (DC-Einspeisung ) Bahnerde (BE) ISchiene R Schiene + + + + + ( RBewehrung ) Tunnelerde (TE) Wassererde (WE) + RSchiene-Erde IErde ++ Anodischer Bereich + - I Rohr Übergangsbereich Kathodischer Bereich Metallischer Leiter / Rohr + + Streustromkorrosionen Streustromüberwachung Ungewollte Spannungspotentiale sowie Streuströme entstehen in einem mit Gleichstrom betriebenen Schienenverkehrssystem, da für die Rückführung des Stroms üblicherweise die Fahrschienen genutzt werden. Bei nur schwer vermeidbaren Isolationsproblemen dieser Fahrschienen gegenüber Erde entstehen Potentiale und Streuströme, die Menschen gefährden und Bauwerke beschädigen. Die Messstationen sammeln die Daten und senden sie an eine zentrale Auswertestation. Die Datenübertragung erfolgt automatisiert und parametrisiert gemäß TCP/IP-Protokoll über eine Modemverbindung oder anderen Kommunikationsverfahren. Die Kommunikation zwischen Messstation und zentraler Auswerteinheit erfolgt mit dem Setzen von Parametern bidirektional. Zum Überwachen der Potentiale und der Streuströme bei einer Gleichstrombahn werden Messwerke im Streckennetz an ausgewählten Stellen angeschlossen. Die einzelnen Messstationen können als Stand-Alone Geräte (etwa das EPM der Firma Witt IndustrieElektronik ) oder auch in Kombination mit einem Erdungskurzschließer (EKS 100) ausgeführt werden. Seite 13 Witt IndustrieElektronik Referenzen (Auszug) Bahnen Diagnose von Schienen und Weichen, Spannungsbegrenzer, Erdungskurzschließer Diagnose von Rädern, Bahnhöfen, Gleisfreiheiterkennung Diagnose von Schienen und Weichen, Spannungsbegrenzer SBB CFF FFS Diagnose von Weichen Öffentlicher Nahverkehr Konzept zur Energieeinsparung, Kabelfehlermessung, Lärmmessung, Komponenten für Unterwerke Überwachungssystem für Erdungsprobleme (in Vorbereitung) Konzept zur Energieeinsparung Erdungskurzschließer Partner für Bahnprojekte Komponenten für Hochspannungstestfelder, Hochspannungsschalter Prüfstand für Komponenten Partner für Projekte im Mittleren Osten Erdungskurzschließer Fahrdrahtüberwachung Kontakt Falls Sie Interesse an unseren Systemen haben: Zögern Sie nicht uns anzusprechen! Witt IndustrieElektronik Weststr. 1 13405 Berlin Deutschland Phone: +49 30 794 884 0 [email protected] www.witt-online.com Thomas Keese Chief Operating Officer Erhard Buchberger Chief Marketing Officer
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