Technisches Konzept Rückleiterüberwachung Rü ckleiterü berwachung(RLU) Ausgangssituation Aufgrund von massiven Kabeldiebstählen an Rückleitungsverstärkungen (PRL) im Bereich der Gleich‐ strombahnen wurde eine Modifikation der eingesetzten Einleiterkabel 1x500 mm² für Rückleitungs‐ verstärkung notwendig. Die durch Kabeldiebstähle verursachten Schäden sind erheblich und übersteigen den Materialwert der entwendeten Kabel durch die Kosten für Instandsetzung und Zugausfälle um ein Vielfaches. Jedoch ist auch das Umrüsten der Rückleitungsverstärkung im gesamten Berliner S‐Bahnnetz sehr aufwändig und dementsprechend teuer. Dazu kommt, dass Rückleitersysteme mit den derzeit beste‐ henden Mitteln nicht auf ihre Funktionsfähigkeit hin überwacht werden. Ein Kabelbruch oder eine lose elektrische Verbindung wird messtechnisch nicht erkannt. Defekte Rückleitersysteme können zu gefährlichen Berührungsspannungen und damit zur Gefähr‐ dung von Personen und Anlagen führen. Aufgabenstellung Durch die Ausgangssituation stellt sich die Aufgabe, Rückleitungssysteme permanent so zu überwa‐ chen, dass Defekte schnellstmöglich erkannt werden. Bei einer Schadenserkennung sollen Einsatz‐ kräfte alarmiert und an den Schadensort geleitet werden. Die Schadensursachen können dabei vielfältig sein. Defekte durch mutwillige Zerstörung oder ver‐ suchten Diebstahl müssen erkannt werden aber auch fahrlässige Fremdeinwirkung (z.B. Schäden durch Bauarbeiten) oder Alterungseffekte (z.B. Korrosion) sollten zu einer Fehlermeldung mit Orts‐ angabe führen. Die Rückleiterüberwachung muss dabei den rauen Bedingungen an der Strecke standhalten und zu‐ verlässig bei allen Witterungsbedingungen arbeiten. Die Überwachung soll während des Fahrbetrie‐ bes und in Fahrpausen erfolgen. LösungsvorschlagRLÜ Die Firma Witt IndustrieElektronik bietet zur Lösung der Aufgabe das System „Rückleiterüberwa‐ chung“ (kurz: RLÜ) mit den unter Features aufgeführten Funktionen an. Features Kabeldiebstahl wird erkannt Kabelfunktion wird überwacht gute Ortsauflösung von 300 Metern keine neuen PRL‐Kabel nötig einfache Montage der Sensoren preiswert arbeitet mit allen LST Bauarten zusammen (AB 70, Achszähltechnik, FTGS, … ) unabhängig gegen Witterungseinflüsse WITT IndustrieElektronik GmbH, Weststraße 1, D – 13405 Berlin, Tel. +49/30/795 20 97 Seite 1 von 4 Technisches Konzept Rückleiterüberwachung Funktionsbeschreibung Konzept Der elektrische Strom durch zwei parallele Widerstände gleicher Größe ist gleich. Für die Rücklei‐ tungsverstärkung wird stets ein Leiterpaar gleicher Länge (Paralleler Rückleiter, kurz: PRL) und damit gleichen Widerstandes verwendet. Jeder Strom durch den PRL muss sich gleich zwischen den beiden Leitern aufteilen. Folglich ist die Differenz dieser Ströme gleich Null. Wird einer der beiden Rückleiter beschädigt oder durchtrennt ändert sich sein Widerstand, damit auch der Strom und letztlich die Differenz der beiden Ströme. Diesen Effekt macht sich RLÜ zunutze um eine Überwachung der Rückleitungsverstärkung realisieren zu können. Dadurch lassen sich Kontaktierungsschäden, Korrosionseffekte und Beschädigungen, ob durch ver‐ suchten Diebstahl oder durch Bauarbeiten ausgelöst, sofort erkennen. Aufbau Für die Rückleiterüberwachung sind Sensoreinheiten längs der Strecke zu montieren. Für ein lücken‐ loses Netz muss eine Einheit an jedem zweiten Gleisverbinder (etwa alle 600 m) errichtet und mit Fernmeldeleitungen sowie mit Hilfsenergie verbunden werden. Die Gesamtstruktur der Anlage wird in Abbildung 1 dargestellt. Die Sensoreinheiten sind über eine eindeutige, codierte Identifikationsnummer einem bestimmten Streckenabschnitt zugeordnet, um den Störungsort im Schadenfall bestimmen zu können. Sie beste‐ hen aus vier Stromsensoren, dem Fahrpausenschalter und der Überwachungseinrichtung. Die Stromsensoren erfassen permanent die Ströme durch den PRL. RLÜ arbeitet nur wenn Strom fließt. Um dies zu gewährleisten schaltet der Fahrpausenschalter ent‐ sprechende Ströme auf den PRL sobald der Betrag der einzelnen Teilströme über eine definierte Zeit Null bleibt. Die Überwachungseinheit wertet die auflaufenden Sensorsignale aus, steuert den Fahrpausenschal‐ ter und gibt im Störungsfall eine Meldung an das Unterwerk. Dort werden Störungen mittels Fern‐ melder an eine zentrale Warte übermittelt. WährenddesFahrbetriebes Über die Züge wird während des normalen Fahrbetriebes fortwährend ein Strom in das Rückleitungs‐ system eingespeist. Vorzeichen, Betrag und Flankensteilheit variieren dabei stark in Abhängigkeit davon ob ein oder mehrere Züge im Speiseabschnitt fahren, ob beschleunigt oder gebremst (Rekupe‐ ration) wird, Zugbeleuchtung oder Heizungen eingeschaltet sind usw. Wie der Strom durch die Rückleiter sich auch gestaltet, er wird sich immer gleichmäßig auf die bei‐ den Leiter des PRL aufteilen. Hierfür müssen folgende Bedingungen erfüllt sein: ‐ ‐ Für den PRL sind in einer Masche stets die gleichen Kabeltypen zu verwenden. Zum Anschluss der Abzweigkabel sind stets PRL‐Klemmen zu verwenden. WITT IndustrieElektronik GmbH, Weststraße 1, D – 13405 Berlin, Tel. +49/30/795 20 97 Seite 2 von 4 Technisches Konzept Rückleiterüberwachung ‐ Innerhalb einer Masche dürfen keine Anschlüsse an den PRL erfolgen. ‐ Die Länge der PRL darf sich nicht signifikant unterscheiden. Sind diese Forderungen erfüllt, teilt sich der PRL‐Strom in einer Masche symmetrisch in dessen Lei‐ tern auf. Diese Ströme werden mit Sensoren permanent erfasst und es wird ihre Differenz gebildet. Überschreitet die Stromdifferenz einen definierten Grenzwert muss eine Funktionsstörung in einem der beiden Leiter vorliegen und es erfolgt eine Meldung an das jeweilige Unterwerk. Was geschieht wenn beide Leiter gleichzeitig durchtrennt werden? Die Stromdifferenz wäre dann ebenfalls Null. Um diesen Störungsfall erfassen zu können gibt es zusätzlich den Fahrpausenschalter. WährendderFahrpausen Damit die RLÜ funktioniert muss ein Strom durch das Rückleitersystem fließen. Dies ist jedoch nicht immer gegeben. Es gibt folgende Ursachen für das Ausbleiben eines Stromes in einer Sensoreinheit während des normalen Betriebes (keine Baumaßnahmen oder bewusstes abschalten des Stromes aus anderen Gründen): ‐ ‐ ‐ ‐ Es fahren wenige Züge wegen einer planmäßigen, langen Zugfolge bspw. in Randbezirken oder auf Stichstrecken. Es fahren keine Züge in den Zeiten der nächtlichen Betriebspause. Es fließt kein Strom wegen eines oder mehrerer unterbrochener Gleisverbinder. Es fließt kein Strom wegen einer gleichzeitigen Unterbrechung beider Leiter des PRL. Die beiden ersten Möglichkeiten dürfen nicht als Fehler erkannt werden. Bei den beiden letzten han‐ delt es sich jedoch um Störungen. Um die Fälle unterscheiden zu können wird ein System bereitge‐ stellt, welches einen Prüfstrom während der Fahrpausen in das Rückleitungssystem einspeist. Dabei handelt es sich um einen steuerbaren Schalter, den Fahrpausenschalter. Dieser versorgt sich über die Fahrspannung. Bleibt der Strom in allen Sensoren einer Einheit über eine definierte Zeit Null wird ein Prüfstrom erzeugt. Der Prüfstrom wird über die PRL‐Klemme eingespeist und fließt über das Rückleitungssystem (Fahr‐ schiene und Verstärkungsleitung) zurück zum Unterwerk. Dort wird der Stromkreis über die Sauglei‐ tungen und zuletzt die Sammelschiene geschlossen. Die Speisemethode via Fahrspannung hat den Vorteil, dass die galvanische Trennung erhalten bleibt. Weiterhin ist nicht noch eine zusätzliche Ver‐ sorgungsleitung nötig. Der Prüfstrom wird auf wenige Ampere begrenzt. Wird der Prüfstrom aufgeschaltet und es ist immer noch kein Maschenstrom messbar, liegt eine Stö‐ rung vor. Es wird eine entsprechende Meldung abgesetzt. WITT IndustrieElektronik GmbH, Weststraße 1, D – 13405 Berlin, Tel. +49/30/795 20 97 Seite 3 von 4 Technisches Konzept Rückleiterüberwachung Fernmelder Gleisverbinder GUw Gleis 1 Gleis 2 Fahrpausen‐ schalter Sensoreinheit Sensoreinheit Stromsensoren PRL PRL‐Klemme Überwachung Überwachung Abbildung 1: RLÜ Gesamtsystem WITT IndustrieElektronik GmbH, Weststraße 1, D – 13405 Berlin, Tel. +49/30/795 20 97 Seite 4 von 4
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