Streckenkunde, Ortskunde, Kennlicht am Sperrsignal, Flipchart, Zertifizierung, IC2, Strom, Spannung, Widerstand, Ohmsches Gesetz, Geschwindigkeit, Vorbereitungsdienst, Privatbahnen
Auch wenn wir das Thema Strom und Spannung schon ein paar mal besprochen haben wollen wir heute noch einmal über die Grundprinzipien der Elektrik sprechen. Zusammen mit unserem Gast Moritz, der uns Dank seiner Ausbildung und seinem Wissen deutlich fundiertere Antworten geben kann, beschäftigen wir uns vor allem mit den Gefahren des Stroms. Natürlich kommt das Thema Bahnstrom dabei nicht zu kurz.
Mit dabei sind neben unserem Gast Moritz auch Marcus und Lukas. Sebastian hatte zum Aufnahmezeitpunkt leider mit dem Elektriker zu kämpfen.
In unserer Kategorie „Das Spiel“ befinden wir uns mittlerweile auf der Zielgeraden und sind bei dem Buchstaben „V“ angekommen.
Viel Spaß beim Reinhören!
Downloadlink: Folge als Download zf23.mp3
00:00:00 Intro
00:00:47 Begrüßung
00:03:17 Laberecke
00:28:15 Was ist Strom
00:45:42 Stromübertragung
01:14:23 Gefahren durch Strom
01:44:31 Das Spiel
02:10:33 Presseecke
02:20:29 Feedback
Links
Youtube: Strom für Hamburg – Energie für eine Metropole | NDR Doku
Wikipedia: Oberleitung
Wikipedia: Bahnerdung
Youtube: Verborgene Gefahr – Deutsche Bundesbahn
Wikipedia: Vierquadrantensteller
Wikipedia: Vorbereitungs- und Abschlussdienst
Morgenpost: Pünktlichere S-Bahn in Berlin
 | Lukas Klein |   |
 | Marcus Metzdorf | |
| Moritz |
Eure Gastgeber
Hallo Zusammen (ich habe keinen besseren Ort gefunden, um dies anzubringen),
mal eine Frage mit Bezug zu Dieselfahrzeugen: Ist mit den aktuellen Loks/Zügen denn das folgende auch möglich:
„Cables were run from the diesel engine to the nearby municipal buildings and its throttle was set to a speed which would produce roughly 375 kilowatts of power at 60 hertz (well below the locomotive’s maximum power of around 2,000 horsepower) which is the alternating frequency the North American power system runs on, and is what all of our electronics are expecting.“ [https://gizmodo.com/that-time-a-canadian-town-derailed-a-diesel-train-and-d-1846307148, aktuell erwähnt in https://youtube.com/shorts/3Q7TcTXIBz4?feature=share%5D? Bei uns natürlich mit 50 Hz. Wenn nicht: Was müsste geschehen, damit das geht (Bahn {Bahnstrom + Elektranten + Loks/Züge + …} auf 50 Hz umrüsten)?
Ihr hattet doch da so zwei „Elektriker“ zur Verfügung (Moritz & Johannes).
MfG
Random Passer By
Hallo zusammen!
Danke für die vielen tollen Erklärungen, die zum Teil auf sehr einfache Art und Weise neue Perspektiven eröffnen und damit tolle Erkenntnisse bringen! 🙂
Einige (vielleicht auch nützliche) Anmerkungen:
Um Minute 33: Bzgl. des Wassermodells kann man an Batterien denken – zwei Schalen mit jeweils einem Anschluss für den Schlauch sind dann „Plus- und Minuspol“. Spontan fällt mir außerdem noch ein, dass man das Modell auch relativ treffend mit zwei Wassersäulen und deren Wasserständen (Höhen der Wassersäulen) (statt -Schalen und des „Hochhebens“) aufbauen könnte, falls jemand mit den Schalen Probleme haben sollte: Das Synonym zur (komplett) entladenen Batterie hätte dann in beiden Säulen den identischen Wasserstand, der Potentialunterschied würde im Laufe des Entladens abnehmen (die Batteriespannung sinkt ja auch langsam ab).
Um Minute 71: Etwas Mathe, aber vielleicht doch interessant:
Stahl mag zwar nicht so gut Strom leiten wie z.B. Kupfer (grob Faktor 7, [1]), aber der Querschnitt der beiden(!) Schienen zusammen ist relativ heftig. Das UIC 60 als Standardprofil bringt etwa 60 kg pro Meter Schiene (macht 60 g pro mm Schiene) auf die Waage [2]. Bei einer Stahldichte von rund 8 kg pro Kubikdezimeter (aka Liter) [3] (rechnen wir den Querschnitt mal klein), also 0,008 g/mm^3, ergibt das einen Querschnitt von 60/0,008 mm^2 = 7.500 mm^2; und das pro Schienenstrang, also stehen insgesamt über 15.000 mm^2 Stahl zur Verfügung! Mit dem o.g. Faktor 7 in der elektrischen Leitfähigkeit bräuchte ein Kupferäquivalent also (sehr konservativ) über 2.000 mm^2. Die Schienen sollten damit sogar sehr deutlich besser leiten, als einige Oberleitungen zusammen das machen würden – wenn ich mich nicht vertan habe. 😉
These: Daraus dürfte sich dann überhaupt erst die Notwendigkeit einer expliziten Erdung ergeben – würde die Schiene sehr schlecht leiten und der Großteil des Stroms daher sowieso im näheren Zugumfeld durch bestehenden Erdkontakt relativ rasch nach unten verschwinden, bräuchte man diese (zusätzliche Erdung) ggf. großflächig garnicht.
[1] – https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leitf%C3%A4higkeit#Elektrische_Leitf%C3%A4higkeit_verschiedener_Stoffe
[2] – https://de.wikipedia.org/wiki/Schiene_(Schienenverkehr)#Standardprofile
[3] – https://de.wikipedia.org/wiki/Stahl#Allgemeine_physikalische_Eigenschaften
Um Minute 75: Wer nochmal etwas tiefer in den Strombegriff einsteigen möchte, könnte z.B. die Einheit „Ampere“ nochmal zerlegen (Ladungen pro Zeiteinheit und Rückschluss auf die Elektronenzahl pro Zeiteinheit, siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Ampere#Definition als weiteres (O-Ton Lukas:) „1 A […] viel […] ins Verhältnis setzen“). Zumindest fand/finde ich (früher wie auch heute) diese Konvertierung zum Verständnis der zunächst recht abstrakten Einheit nützlich.
Grüße!
Martin
(Und schon fällt mir ein möglicher Fehler auf: der Strom könnte unter Umständen über beide Schienenstränge in beide Richtungen (zu Erdungspunkten sowohl in, als auch entgegen der Fahrtrichtung) abfließen – unter den vielen vereinfachenden und impliziten Annahmen bräuchte ein Kupferäquivalent zurück dann nicht nur über 2.000 mm^2, sondern über 4.000 mm^2.)
Schöne Folge mal wieder! 🙂
bei ca. 9 min: 1. Vermutlich Frankfurt am Main? Scheint am besten zu passen. 2. Wie funktioniert die Warteschleife? Wenn die noch vor Einfahrt in den Bahnhof ist, braucht man dann für jede Warterunde nen Fahrplan?
Liebe Zugfunker!
Erstmal herzlichen Glückwunsch und vielen Dank für diesen, wie ich finde, großartigen Podcast. Zu wissen, von Leuten wie Euch hier in München täglich in die Arbeit gefahren zu werden, hebt die Stimmung in meinem Pendlerdasein deutlich nach oben. Ich muss zugeben, ich hab das Format des Podcasts ganz allgemein bis vor kurzem viel zu sehr ignoriert und bin natürlich jetzt in der misslichen Lage, einen dermaßen großen Nachholbedarf an stundenlagen, manningfaltigen Podcasts hier und anderswo vor mir zu haben, dass ich zeitlich beim „Nachholen“ schon ganz schön schnell an meine Kapazitätsgrenzen komme. Trotz Pendeln.
Trotzdem hab ich mir die letzten Tage mal den Großteil Eurer „Bahnstrom“-Folgen reingezogen und wollte Euch speziell dazu ein bisschen was hier an Kommentar dazu da lassen. Einige Punkte, wo in meinem Ingenieurshirnkasten das ein oder andere „Trifft den Kern der Sache irgendwie nicht so richtig!?“ aufgetaucht ist, haben meine Vorredner hier in der Kommentarspalte schon angesprochen, z.B. dass nicht nur der Fahrdraht alleine den Strom überträgt, sondern das gesamte Kettenwerk der Fahrleitung, also z.B. auch das Tragseil.
Ein relativ wichtiger und entscheidener Punkt ist aber bei allen Euren bisherigen Erklärungen, v.a. in der letzten Folge (sorry, da ich grad 3 Folgen zum Thema Bahnstrom durchgehört habe, weiß ich unter Umständen nicht mehr ganz genau, was wo gesagt wurde), meiner Meinung nach zu wenig deutlich geworden. Das 15kV-Fahrleitungsnetz ist ein vermaschtes Netz mit vielen Quellen und Senken. Daher ist das Bild „Wenn meine Lok beim Bremsen Energie in die Fahrleitung einspeist und zur nächsten Lok vor mir schickt“ dann doch zu stark vereinfacht. Die grundsätzlich richtige Betrachtung der Leitungsverluste und damit einhergehende Spannungsverluste stellen sich in der Praxis durch das vermaschte Netz ebenfalls anders da.
Markus, Du hast in Folge #09 auf den CCC-Vortrag über die Betriebsführung im Stromnetz hingewiesen und auch verlinkt. Ganz viel von dem in diesem Vortrag gesagten trifft genauso auch auf das Bahnstromnetz zu. D.h. die Aufgabe von DB Energie ist u.a. das ständige Ausgleichen von der produzierten Energie einerseits und der verbrauchten Energie andererseits. Das Netz ist nur dann stabil, wenn die produzierte Menge Energie nahezu exakt gleich zur verbrauchten Menge Energie in jedem Augenblick ist. Gradmesser dafür ist die Netzfrequenz von 16,7Hz. Ist die Frequenz kleiner, übersteigt der Energiebedarf das momentane Energieangebot (=zu viele Loks fahren gerade an), ist die Frequenz höher als 16,7Hz, wird zu viel Energie produziert. Wenn ein Tfz seine Bremsenergie ins Netz zurückspeist, ist es wie ein kleines Kraftwerk, gehört in diesem Moment also zu den Quellen im Netz. Beim Anfahren ist es logischer Weise eine Senke. Heißt auch, würden alle Loks gleichzeitig bremsen, müsste man die Kraftwerke runterfahren, genauso wie man sie hochfahren muss, wenn gerade alles anfährt.
Jetzt wär vielleicht noch interessant zu erwähnen, dass die Art, wie das Netz vermascht ist, beeinflusst werden kann. Und zwar an den zahlreichen Kuppelstellen im Netz. Die ZES kann also durch die Betätigung von Mastschaltern nicht nur Schaltgruppen in Bahnhöfen oder Streckengleise spannungsfrei schalten, sondern eben auch bestimmen, ob ein Abschnitt nun beispielsweise einseitig oder beidseitig an Unterwerke angeschlossen ist. Ob die Fahrleitung des linken Streckengleises mit der des rechten Streckengleises verbunden ist oder nicht. Und und und. Und (da Du, Markus, so begeistert warst von der redundanten Hochspannungsleitung zu dem Aluminiumwerk) ob die Fahrleitung nun aus dem A- oder dem B-System versorgt wird, denn auch die 110kV-Leitungen zu den Unterwerken sind in der Regel redundant ausgelegt. Fahrbare Unterwerke fallen mir gerade auch noch ein, aber ich schweife ab…
Eine Sache muss man vielleicht auch nochmal ein wenig glatt ziehen: die Sache mit dem Rückleiter. Ihr habt Euch mehrfach schon extrem begeistert davon gezeigt, dass es tatsächlich funktioniert, dass der Rückleiter über das Erdreich gebildet wird. Ich würde sagen: Jein. Richtig ist, dass der Rückleiter geerdet ist. Ein Teil des Rückstroms fließt damit zwangsläufig also tatsächlich über die Erde. Aber nicht ausschließlich. Der Rückleiter sind in erster Linie mal die Schienen. Da ergeben sich dann im Übrigen auch ganz tolle Schaltungskonzepte im Zusammenhang mit dem Thema Gleisfreimeldeanlagen, genauer gesagt Gleisstromkreisen und Tonfrequenzkreisen. Stichworte wären Gleisdrossel, ein- und zweiseitig isolierte Abschnitte, Spannungssicherungen, Anschließen von Erdungsstangen in solchen Bereichen und vieles mehr. Ich erzähl Euch da bei Interesse gerne mal mehr dazu. Ich möchte aber vor allem darauf hinaus, dass der Rückleiter bis zum Unterwerk v.a. die Schienen sind und es tatsächlich dicke Rückleiterkabel gibt, die am Unterwerk zwischen den Schienen und der sogenannten Nullschiene im Unterwerk verlegt sind. Außerdem sind die Rückleiterkabel auch zwischen den Schienen an vielen Stellen verlegt, damit das gesamte Gleisfeld überall ein ausgeglichenes und geerdetes Potenzial aufweist. Der Rückstrom geht auf jeden Fall nicht nur und ausschließlich über das Erdreich (Foto dazu siehe hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Rückstrom_(Bahn)). Die Sache mit der guten Erdung aller Metallteile im Bereich von 15kV-Fahrleitungen ist ja allein aus Sicherheitsgründen superwichtig. Deshalb wird es vermutlich einschienig isolierte Gleisfreimeldeanlagen auch gar nicht mehr so viele geben, das ist allerdings nur eine Vermutung von mir.
So, das soll fürs Erste mal reichen. Die wichtigsten Punkte bin ich losgeworden. Das wichtigste ist sowieso: Macht weiter so, ihr seid großartig. Und wenn der ein oder andere Hinweis von meiner Seite Euch eine Hilfe ist, dann freuts mich umso mehr. Sollte ich irgendwie unverständlich gewesen sein, einfach fragen. Wenn ich falsch lag, freu ich mich über Berichtigungen.
Bis bald, freu mich bald von Euch wieder zu hören!
Machts gut, Fabian
Hallo zusammen,
auch wenn das Thema Bahnstrom in meiner Interessenliste nicht ganz so weit oben steht habe ich mich sehr gefreut, wieder einen neuen Podcast von euch hören zu können.
Gerne hätte ich jedoch noch mehr zum Beitrag von Radio1 gehört, da es natürlich wie Ihr schon gesagt habt nicht der Rundumschlag ist und man das Ganze auch in einigen noch weiter ausdiskutieren könnte/müsste. Ist natürlich ein schwieriges Thema und ich weiß natürlich auch nicht, wie offen ihr darüber sprechen könnt.
Ansonsten würde mich noch interessieren, ob man eigentlich für jede Lok/jeden Triebwagen irgendwelche Fortbildungen machen, an der Stelle insbesondere die Unterschiede zwischen Diesel- und Elekrotriebwagen/-loks.
Und falls euch das Thema auch interessiert könntet ihr ja mal ein bisschen über Angebotsplanung und Netzvergaben, wie zum Beispiel das Netz Elbe-Spree oder den Rhein-Ruhr Express sprechen 🙂
Macht weiter so!
Viele liebe Grüße
Julia
Sehr schöner Podcast, da das Thema Bahnstrom schön aufgegriffen würde. Ich habe da auch mal eine Frage an euch.
Wie ist es mit der Sicht im ICE 4 da von außen im Vergleich zum ICE 1 oder 2 die Frontscheibe schon sehr klein aussieht?
Hallo,
Danke für das Lob. Zum ICE 4: Ja, die Sicht ist im Gegensatz zu anderen Fahrzeugen, sagen wir mal, eine andere. Persönlich finde ich die klassischen Führerstände wie im ICE 1+2 und natürlich aller Loks angenehmer.
Grüße, Marcus
Auf euren Podcast wurde ich durch eine Werbe-E-mail der Deutschen Bahn AG aufmerksam. Erst einmal Respekt, dass die Bahn AG auf etwas hinweist, was nicht durch ihre hauseigene Werbeagentur gestaltet wurde, aber vor allem Respekt -und das im Quadrat- an euch Macher dieses Projektes!.
Mag ja sein, dass da erbliche Vorbelastungen in mir schlummern, weil damals mein Ur- und mein Ur-Ur Großvater mit ihren Loks durchs Ruhrgebiet gedampft sind – jedenfalls habe ich mich bei meinen vielen Bahnfahrten, wenn’s ruckelt oder quietscht oder ich bei einer Vollbremsung meine entspannte Fahrgasthaltung verlassen muss, schon öfters gefragt, was „da vorne“ an der Zugspitze wohl so los sein mag…
Ihr schafft es durch Euren Podcast auf sehr interessante Weise zum einen diese Informationen an so Typen wie mich zu übermitteln aber darüber hinaus auch gleich ein breites Verständnis für das Tun der Lokführer – und durch das Einladen von Gästen benachbarter Gewerke für das Bahnsystem an sich – in der Öffentlichkeit zu vermitteln. Und dass ihr dabei auch gelegentlich Kritik am derzeitigen Bahnwesen äußert macht eure Leidenschaft für die Eisenbahn umso authentischer.
Für diese Leidenschaft und für euer Tun ein „großes Dankeschön“ – im Quadrat!
PS: Solltet ihr noch Themenvorschläge suchen, so würde mich interessieren, wie es dem Lokführer ergeht, wenn er ins benachbarte Ausland fährt, also beispielsweise Frankreich, Niederlande, Dänemark, Belgien (hat, dank eurer Folge über Strom, 3000 Volt Spannung in der Oberleitung!) .
Vielleicht könnt ihr auch etwas Übersicht in die Bremssysteme bringen, die einem Lokführer zur Verfügung stehen – Die Druckluftbremse habt ihr schon ausführlich vorgestellt und auch, klar gemacht, dass ihr ordentlich Sand aufwirbeln könnt, wenn’s nötig ist – aber es fielen nebenbei auch mal so Begriffe wie Hand-, Wirbelstrom- oder Magnetschienenbremse… wie arbeiten die, was können sie und wann werden sie engesetzt?
Hallo Michael,
die Werbung seitens der DB haben wir wohl hauptsächlich dem „Bloggende Bahner“ zu verdanken. Er war nicht nur in einer unsere Folgen zu Gast sondern arbeitet mittlerweile auch bei der Sozial Media Abteilung des Konzerns. Und wie in jedem größeren Unternehmen hat diese Abteilung oft etwas mehr Gespür für Öffentlichkeitsarbeit.
Grüße, Marcus
p.s. Deine Themenvorschläge sind bereits in Arbeit.
Mahlzeit,
schön erklärt 😉
Was bei eurer Betrachtung des Widerstandes der Oberleitung etwas auf der Strecke geblieben ist:
Die Oberleitung besteht nicht nur aus dem Fahrdraht sondern z. B. auch aus dem Tragseil. Bei der einfachen Oberleitungsbauarten bis Re 200 hat das zwar nur 50 mm² (Material Bronze Bz II), trägt aber auch ein wenig zur Verringerung des elektrischen Widerstandes bei. Bei Re 330 für die Schnellfahrstrecken sind wir schon bei 120 mm² für das Tragseil und ebenfalls 120 mm² Fahrdraht (allerdings dann der Zugfestigkeit wegen Cu-Mg 0,5 was einen höheren el. Widerstand als reines Kupfer hat).
Auch noch ein Fakt am Rande: Bei elektrischen Triebfahrzeugen wird eigentlich immer die Leistung am Rad angegeben. Die 101 liefert mechanische 6,4 MW, elektrisch braucht sie noch ein ganzes Stück mehr (500 A Oberstrom sind durchaus normal). Oder beim ICE 3 kommt man auf 8 MW mechanische Leistung, elektrisch rund 10 MW (Verluste, Kühlung, Heizung/Klimaanlage etc).
Im tiefen Niederbayern (Vilshofen/Sandbach) kann man übrigens auch oft die Fahrdrahtspannung mit dem Fahrschalter „regeln“. 13 kV bei maximaler Entnehme und 16 kV bei Rückspeisung sind da durchaus drin
Frage an euren Gast:
Welche FI sollen das mit 6 oder 20 mA Auslösestrom sein? Wurden hier evtl. nicht die Nennauslöseströme genannt sondern die Grenzen bei denen FI üblicherweise auslösen (meist ab 0,6 x Nennfehlerstrom)?
RCD/FI sind marktüblich mit 10, 30, 100, 300 und 500 mA.
Seit 1984 sind für Räume mit Dusche/Badewanne RCD mit Auslösestrom <= 30 mA vorgeschrieben. Nach aktueller Norm für alle Steckdosenstromkreise bis 32 A und die Beleuchtungsanlage. Küche und Bad zählen übrigens NICHT als Feuchträume.
Der Omegataupodcast hat übrigens auch schöne Folgen zum Stromnetz bei denen auch die n-1-Regel erklärt wird:
http://omegataupodcast.net/246-stromnetze-ein-uberblick/
http://omegataupodcast.net/253-hauptschaltleitung-und-umspannwerk-bei-transnetbw/
Hallo Martin,
das mit dem FI ist mir inzwischen auch aufgefallen. Aus der Sicht des Störers (als Leistungelktroniker) sind für mich die typischen minimalen Auslöseschwellen der Maßstab. Folglich hatte ich diese Zahlen im Kopf.
Wir hatten im Studium leider gar nichts zu den ganzen Regularien. Deshalb danke für die Korrekturen.
Die Anmerkungen sowohl zur Leistung als auch zur Tragseil sind echt gut und wichtig. Danke dafür. Insgesamt wird damit der Wirkungsgrad nochmal ein Stück besser, aber der Unterschied zwischen 15kV und 3kV, um den es mir ging, bleibt bestehen.
Viele Grüße Moritz
Hallo Moritz,
ja das stimmt wohl. Wer heute ein Eisenbahnnetz neu erschaffen möchte, würde sicherlich gleich auf 25 kV (50 Hz) gehen. Das würde die Leitungsverluste noch weiter minimieren, die Trafos kleiner und leichter machen (je höher die Frequenz desto kleiner die mögliche Baugröße) und auch noch Bahnstromleitungen ersparen. Den Strom kann man ja einfach aus dem Landesnetz entnehmen. Bleibt der Nachteil, dass man dann aufgrund der Phasenwechsel auch viele Trennstellen hätte.
Viele Länder die früher DC-Netze hatten, betreiben aufgrund der im Podcast beschriebenen massiven Einschränkungen ihre Hochgeschwindigkeitsstrecken mit 25 kV AC (Frankreich, Spanien, Niederlande etc.). Die Bahnen die bisher 15 kV hatten, bleiben in der Regel dabei, die Vorteile von 25 kV sind dann doch nicht so groß als dass man viele Bestandsfahrzeuge von der 25-kV-Strecke ausschließen würde.
Bin gespannt auf die nächste Folge 😉
Martin
Hallo,
Markus, bitte sag nie wieder „sorry, dass die Laberecke so lang ist“.
Das ist doch einer der besten Teile des Podcasts und mega interessant, eure Anekdoten (zumindest für mich als interessierten Zuhörer, der außer Fahrgast sein und Podcast hören nichts mit der Bahn zu tun hat) höre ich mir immer gerne an.
Ich bin als Ingenieur fürs Stromnetz bei einem Verteilnetzbetreiber (Verteilnetz=Landstraße und Anliegerstraße vs. Übertragungsnetz=Autobahnen und Bundestraßen), bin daher im Vergleich zu meinem Vor-Kommentator eher mit großen Strömen und Spannungen unterwegs und wollte euch zur Info und Vergleichbarkeit noch ein paar Infos nennen, obwohl wir natürlich i.d.R. mit Drehstrom und nicht Wechselstrom arbeiten.
Die Doku Stromnetz in Hamburg ist sehr akkurat und trifft im Prinzip auf viele Verteilnetzbetreiber zu.
Wir haben in Düsseldorf (600 T Einwohner, viel Gewerbe, etwas Industrie) eine Spitzenlast von ca. 600 MW.
Neue (1-Familien) Häuser schließen wir mit einer Leistung von 30 kW (Sicherung 63A) an, damit kann man aber locker 10-12 Wohnungen ohne elektrische Durchlauferhitzer für Warmwasser versorgen (siehe DIN 18015).
Dafür legen wir als Anschlusskabel 4×35 mm^2 Alu. Tatsächlich legen wir zu 90% Alu-Kabel, weil günstiger, leichter, weniger Diebstahlgefahr im Bau bei offenen Gräben. Wir haben aber im 110kV Bereich (unsere höchste Spannung, alles darüber ist Übertragungsnetz) aber auch schon 1600 mm^2 oder 2500 mm^2 gelegt. Das sind schon dicke Kabel, da natürlich bei der Spannung auch eine gewisse Isolierung nötig ist. Stromschienen sind übrigens ein sehr probates Mittel für große Stromstärken und man findet sie an vielen Stellen in vielen verschiedenen Formen (z.B. in allen Schaltanlagen, Verteilerschränken, in größeren Gebäuden usw.). Nur für die Erdverlegung sind sie nicht so geeignet :(. Kabelhersteller wollen perspektivisch auch 4000 mm^2 herstellen, denn die Last steigt und man versucht, Betriebsmittel (Transformatoren, Schaltanlagen usw.) zu reduzieren und zu standardisieren. Früher hatte man noch mehr verschiedene Spannungsebenen und daher auch verschiedene Transformatoren (z.B. 110/25 kV, 25/10kV oder 110/10kV und natürlich 10/0,4kV; 25kV wird eliminiert, dadurch nur noch 110/10kV und 10/0,4kV).
Hotels zum Beispiel erhalten so Anschlüsse mit einer Leistung i.d.R. zwischen 500 und 1000 kW.
Höher werden die Leistungen dann z.B. bei Hochhäusern oder Rechenzentren. Da kommen wir durchaus auch in den Bereich von mehreren MW, also 1 Taurus :).
Anschlüsse >300 kW werden i.d.R. auf Mittelspannungsebene gemacht, d.h. der Kunde hat eigene Transformatoren, um auf 400 V (oder was auch immer er braucht) zu transformieren.
Ein großer Grundsatz bei der Auslegung von Stromnetzen sind übrigens Gleichzeitigkeitsfaktoren. Man rechnet *immer* ein, dass in einem Haus nie alle Verbraucher gleichzeitig eingeschaltet sind, und dass in einem Straßenzug nie alle Häuse gleichzeitig die gesamte Leistung benötigen usw. Selbst wenn man mit der Annahme mal nicht ganz richtig liegt, muss man erwähnen, dass man elektrische Betriebsmittel bis zu einem gewissen Grad und eine gewisse Zeit überlasten kann. Das geht dann nur auf die technische Lebensdauer. Insofern ist man bei den Gleichzeitigkeitsfaktoren eigentlich nie verloren (außer die Sicherung kommt ständig :D).
Was in eurer Betrachtung übrigens fehlt (vielleicht aber auch einfach zu weit geht), ist natürlich das Thema Blindleistung und Leitungsinduktivität, ich meine, Blindleistung habt ihr in einer der anderen Stromfolgen schon erläutert. Das hat natürlich auch nochmal Auswirkungen auf die Leistung, die ich übertragen kann, da die Blindleistung in der Stromstärke enthalten ist, die Lok aber nur die Wirkleistung „verarbeiten“ kann.
Zum Thema „Arbeiten unter Spannung“ (AuS): In anderen Ländern wird durchaus wesentlich mehr unter Spannung gearbeitet, z.B. an Hochspannungs- und Höchstspannungsfreileitungen. Dort fliegen Mitarbeiter mittels Heli an die Leitung und arbeiten daran bzw. klettern dann dort herum. Darüber gibt es sehr spannende Videos. Die Notwendigkeit gibt es in Deutschland kaum, da, wie Moritz schon sagt, es überall bis zur Niederspannung das n-1 Prinzip gibt. Selbst in der Niederspannung ist das Netz häufig so vermascht, dass man über Umschaltungen alle anderen Leitungen, außer das defekte Element, wieder versorgen kann.
Beim n-1 Prinzip ist es allerdings meistens so, dass man erst umschalten muss (per Leitwarte oder vor Ort), um die Versorgung wieder herzustellen. 2 Einspeisungen werden normalerweise nie parallel gefahren (würde auch keinen Sinn machen, die Gefahr einer Sicherheitsabschaltung der zweiten Leitung bei einem Fehler auf der ersten ist viel zu groß), es ist immer eine Umschaltung nötig, die im schnellsten Fall durch eine batteriegespeiste Automatik erfolgt, während eine USV die Zwischenversorgung übernimmt.
Das ist jetzt alles wenig bis gar nicht Eisenbahn, aber ich dachte es liefert vielleicht ein bisschen Stoff um die Werte zu vergleichen.
Obligatorisch möchte ich natürlich noch den sehr Podcast loben, ich hab bald alle Folgen (inkl. EiBsonAir) nachgeholt und bin immer sehr interessiert an neuem Futter.
Falls ihr Fragen habt, gerne.
Hallo Lukas,
mit der Laberecke gebe ich dir absolut recht, ich hör da auch immer echt gern zu!
Ich muss ehrlich sagen, dass ich als Leistungselektroniker mit dem ganzen Thema Energieversorgung nicht unmittelbar zu tun habe, sodass ich mich hier über einen detaillierten Einblick sehr freue. Ich habe mich Studium mit den Themen immer gerne befasst. Gerade deine Infos aus der Praxis, finde ich sehr interessant. Da stellt sich doch glatt die Frage, warum die Bahnoberleitung aus Kupfer ist?
Beim Thema n-1-Sicherheit habe ich mich im Nachhinein auch etwas geärgert. Des kam fast so rüber, dass es jede Leitung doppelt gibt und jede nur 50 % ausgenutzt wird. Dies wäre natürlich sehr unwirtschaftlich. Da wir in Deutschland eine vermaschte Netzstruktur haben, bietet sich hier sehr viel Optimierungspotential, sodass die Leitungen stärker ausgelastet werden können. Im Fehlerfall teilt sich der Strom dann auf verschiedene Leitungen auf.
Mit dem Thema Blindleistung spricht du ein großes Thema an, dass ich ehrlich gesagt nicht zu sehr Vertiefen würde. Im Bahnbereich spielt es natürlich eine Rolle. Mit den modernen Drehstromloks bietet sich hier eine neue Stellmöglichkeit. Die Vierquadrantensteller (im Triebfahrzeug) haben ihren Namen von den vier Quadranten der Scheinleistung. Aber dazu ein wenig mehr in der nächsten Folge, in der ich Gast sein werde.
Zum Arbeiten unter Spannung ist noch hervorzuheben, dass der Hubschrauber keinen Erdbezug hat, wenn er fliegt. Folglich kann man an eine Leitung hinlangen und begibt sich dann auf das Potential dieser Leitung. Kritisch wird das dann im Bereich der Hochspannungsmasten, die geerdet sind, und gegen die anderen Leitungen.
Viele Grüße Moritz
Hallo Moritz,
sorry, lange nicht mehr hier gewesen.
Zum Thema Oberleitung aus Kupfer: Außer der historischen Gründe kann ich mir nur vorstellen, dass die Mechanik bzw. die Übertragung zwischen Stromabnehmer und Oberleitung für den kleineren Kupferleiter (bei gleicher Übertragungsleistung) spricht. Der Kontakt findet ja „nur“ an der Unterseite statt, und dort brauche ich die Kontaktfläche, um den Strom übertragen zu können. Bei Alu bräuchte ich mehr Kontaktfläche, also mehr eine Schiene als einen Draht. Das ist z.B. in Berlin Hbf (tief) umgesetzt. Eine Schiene ist aber konstruktiv wesentlich schwieriger zu befestigen, obwohl sie vermutlich gewichtstechnisch leichter ist, aber die Schwingungen usw. (die man in der Oberleitung eindeutig sieht, wenn ein Zug schnell vorbei fährt) bei hohen Geschwindigkeiten mehr Festpunkte notwendig machen, damit die Schiene statisch nicht zerbricht. Ist aber nur eine Vermutung.
Zum Thema n-1 Sicherheit: Also im Mittelspannungsnetz ist es tatsächlich so, dass wir prinzipiell einen Strang von UW nach UW von beiden Seiten komplett versorgen können. Im Normalfall gibt es irgendwie dazwischen eine Trennung (offenes Ringnetz), sodass die Strecken tatsächlich nur zu 50% belastet sind (meist noch weniger, je nach Lastgang). Man muss dazu aber auch betrachten, dass die Alterung von elektrischen Betriebsmitteln wesentlich von der (Dauer-) Belastung abhängen. Dementsprechend ist es auch wirtschaftlich nicht so schlimm, Kabel oder Transformatoren nicht zu 100% auszulasten, weil ich dadurch die Lebensdauer verlängere und die Erneuerungskosten nicht so hoch sind.
Zum 4-Q-S kann ich tatsächlich gar nichts sagen, damit hab ich nichts zu tun^^. Bin gespannt, was du da zu erzählen hast.
Servus Lukas,
der Grund für die Verwendung der Stromschiene im Berliner Nord-Süd-Tunnel liegt in der geringeren Systemhöhe. Durch den verringerten Platzbedarf konnten die Tunnel kleiner und damit kostengünstiger gebaut werden.
Der Kontaktpunkt besteht allerdings auch hier weiterhin aus einem kupfernen Rillenfahrdraht der in das Aluminium-Hohlprofil (2220 mm² Querschnitt) eingeklemmt wird. Dadurch entsteht eine beeindruckende Belastbarkeit: in Versuchen wurden 3000 A über 8 Stunden nachgewiesen, die Dauerbelastbarkeit liegt bei 2400 A.
Anstatt einer zerbrechenden Stromschiene würde ich eher einen Schleifleistenbruch vermuten… Die Stromschienenoberleitung hat übrigens in Deutschland nur eine Zulassung bis 120 km/h (SA mit Rahmenwippe) bzw. 140 km/h bei SA mit einzeln gefederten Schleifleisten. Die Stützpunktabstände liegen zwischen 8 und 12 Metern.
Schöner Artikel dazu: Stromschienenoberleitung im Nord-Süd-Tunnel Berlin in Eisenbahningenieur 8/2006
Hallo Lukas,
gut zu wissen, das euch unsere Gespräche am Anfang gefallen. Die Laberecke am Anfang wird auch zukünftig ihren berechtigten Platz und Länge behalten. Aber dennoch möchten wir in einer annehmbaren Gesamtlänge des Podcast sowohl unsere Anekdoten als auch die anderen Kategorien und natürlich das Hauptthema verpacken. Da muss dann irgendwann auch mal Schluss mit dem Gelaber sein 😉
Grüße, Marcus
Hallo Zugfunker, danke für den Podcast!
Ein Sache vorneweg: Eure „Strom“folgen waren alle super, stellt da euer Licht nicht zu sehr unter den Scheffel. Ich habe da als Elektrotechniker (nicht aus der Starkstromecke) einiges Neues mitgenommen und nie zusammengezuckt 😉 .
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Was ihr nicht explizit (aber implizit) gesagt habt, ist der Zusammenhang zwischen Strom und Verlustleistung und warum man gerne hohe Spannungen nimmt.
Der Strom ist für die Verluste in der Leitung verantwortlich (hauptsächlich).
Verlust-Leistung ist proportional zu Widerstand mal Strom zum Quadrat(!) Pvl ~ R * I²
Nutz-Leistung ist Strom mal Spannung P = U * I
Das heißt: Je mehr der Nutzleistung ich durch Spannung erbringe, desto weniger Strom brauche ich, desto weniger Verluste durch den Strom habe ich dann. Praktisch gibt es da natürlich Grenzen.
Ihr habt das von der anderen Seite über den stark steigenden Spannungsabfall schon erzählt, ich wollte es nur nochmal explizit von der anderen Seite sagen.
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Zum Stromunfall:
Wie ihr gesagt habt, funktioniert das Herz (auch) elektrisch. Wie kompliziert das ist, war mir bis vor kurzem nicht klar, dann gab es dazu einen Vortrag, den ich gehört habe. Kurz gesagt, es entsteht am Herz ein elektrischer Impuls, der dafür sorgt, dass sich die Herzmuskelzellen zusammenziehen. Der Impuls breitet sich am Herz so aus, dass die verschiedenen Herzkammern in der richtigen Reihenfolge zusammenziehen und pumpen.
https://en.wikipedia.org/wiki/File:ECG_Principle_fast.gif
bzw. https://de.wikipedia.org/wiki/Erregungsleitungssystem
Nach dem Zusammenziehen braucht die Zelle Zeit, bis sie wieder einsatzbereit ist. Wenn jetzt von außen ein elektrisches Signal/Schlag kommt, bevor alle Zellen wieder einsatzbereit sind, ziehen sich manche zusammen und das Herz flimmert nur. Das ist dann tödlich.
Viel besser ist das bei Wikipedia im Video erklärt:
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Ventricular_fibrillation_video.webm
bzw. https://de.wikipedia.org/wiki/Kammerflimmern
Die Rettung kann dann ein weiterer elektrischer Schlag per Defibrillator sein.
Der Stromunfall (auch im Haus!) ist m.M.n. ein guter Grund sich per Notruf Hilfe zu holen.
Dabei sagen, dass es ein Stromunfall war, dann kommt, wenn vorhanden ein mit speziellem EKG ausgestatteter RTW und man spart sich vielleicht den Tag im Krankenhaus zur Beobachtung. Zumindest hat man uns das so bei der Sicherheitsbelehrung gesagt.
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Am Ende habe ich noch 2 Fragen:
1. Wie geht eigentlich anfahren am Berg mit der Lok? Ihr könnt ja nicht mal so eben den Fuß von der Bremse nehmen und dann losfahren, wie man das im Auto macht. Haltet ihr den Zug per Lokbremse? Oder mit dem Motor? Oder fahrt ihr in die sich lösende Bremse?
2. Könnt ihr euch vorstellen, dass vielleicht mit „der Digitalisierung“, in (ferner) Zukunft Sensoren Auskunft über den Zustand der Bremsen geben, so dass ihr euch dann beim Vorbereitungsdienst den Rundgang um den Zug sparen könnt?
Oder ist da die Bahn (zu Recht) zu konservativ?
Hallo Matze,
ich würde mal deine 1. Frage zumindest zu einem Teil beantworten; und zwar aus Sicht eines Güterzug-Lokführers. Wie es im Personenverkehr ist, da können dir die Jungs vom Podcast bestimmt bessere Auskunft geben 😉
Wir im Cargo-Bereich lösen den Zug nach dem Anhalten in der Regel wieder komplett aus und halten ihn nur mit der Lokbremse (direkte Bremse/Zusatzbremse) fest. Festhalten heißt, dass wir nicht wegrollen, was ja bei der Eisenbahn schon bei kleinsten Steigungen passiert. Mit dem Motor festhalten geht nicht, weil dies eine sehr große mechanische Belastung auf die Fahrmotoren erzeugen würde, die nach kurzer Zeit zu schweren Schäden führen würde. Dürfen wir weiterfahren, lösen wir die Lokbremse wieder aus (geht sehr schnell) und fahren entsprechend normal weiter.
Steht man nun in einer so großen Steigung, sodass die Lokbremse den Güterzug nicht alleine festhalten kann, müssen wir mit angelegter Zugbremse (indirekte Bremse) auf die Erlaubnis zur Weiterfahrt warten. Können/dürfen wir dann weiterfahren, wird die Zugbremse wieder ausgelöst. Da dies ja ein paar Sekunden dauert, können und müssen wir gleichzeitig schon Leistung aufschalten, um ein Zurückrollen zu verhindern. Hierbei muss man allerdings aufpassen, dass man nicht zuviel Leistung aufschaltet, da sonst die Gefahr der Zugtrennung besteht, sollte einer der Zughaken (Verbindung zwischen zwei Fahrzeugen) reißen. Rollt man wegen zu geringer Leistungsaufschaltung zurück (auch nur wenige Meter), lösen viele Loks mittlerweile eine Zwangsbremsung aus. Bei aktiver LZB-Führung würde diese ebenfalls eine Zwangsbremsung auslösen. Lösen sich nun nach und nach die Bremsen im Zug und der Zug beginnt, sich in Fahrtrichtung zu bewegen, kann man mehr Leistung aufschalten, um dann etwas zu beschleunigen, wenn auch sehr zögerlich. Dies kann durchaus ein paar Minuten dauern.
Alles in allem ist es also eine Gefühlssache. Und wenn die Steigung zu groß ist und es ist noch ein wenig rutschig, dann muss im schlimmsten Fall eben eine Hilfslok ran, die einen den Berg hoch schiebt.
Ich hoffe, dass ich deine Frage aus Cargonauten-Sicht relativ verständlich beantwortet habe. Für Rückfragen bin ich selbstverständlich da. 😉
MfG, Constantin
Hallo Constantin,
in wie weit soll das Festhalten von Zügen mit den Fahrmotoren eine „sehr große mechanische Belastung“ darstellen? Die mechanische Belastung ist bei maximaler Zugkraft am größten. Sofern der Zug so leicht ist, dass man ihn auch anfahren kann (was ja so sein muss -> Grenzlast), würde das Festhalten in der Steigung eine geringere Zugkraft und damit auch eine geringere mechanische Belastung bedeuten.
Der Fahrmotor erfährt dabei allenfalls eine thermische Belastung. Bei Kommutator-Motoren (Altbau) ist die so groß, dass man die Leistung nur 5 Sekunden aufgeschaltet lassen darf sofern sich der Zug nicht in Bewegung setzt. Bei Drehstrom gibt es explizit keine zeitliche Begrenzung. Meines Wissens hatte die BR 185 sogar mal extra so eine Funktion die den Zug durch Bestromung der Fahrmotoren in der Steigung festhielt.
Aber ja, wie du sagst, im Normalfall hält man den Zug mit der Zusatzbremse fest.
Zu der zweiten Frage:
Der ICE bremst sich seit 1991 komplett selbst, da läuft niemand um den Zug herum. Beim Abstellen gibt man in das Display ein, wann der Zug wieder einsatzbereit sein muss (bis zu 7 Tage im voraus). Der Zug schläft dann gewissermaßen mit reduzierter Heiz-/Klimaleistung um Energie zu sparen. Rechtzeitig vor der Einsatzzeit wird die dann der Innenraum temperiert und 2 h vor Bereitstellungszeit beginnt die vollautomatische Bremsprobe.
Allerdings gibt es auch in jüngerer Zeit noch Fahrzeuge wo man rundum laufen muss, etwa railjet oder IC2. Alles eine Frage, welche Ausrüstung man beim Hersteller bestellt hat…
Hallo Matze,
ich gebe dir absolut recht, dass die Stromfolgen hier im Podcast richtig gut waren. Diese Folge ist nicht dazu da um die andere zu korrigieren, sondern eher um das Ganze aus einen etwas anderen Blickwinkel nochmal anzuschauen. Auch in dieser Folge werden wir Fehler gemacht haben, über deren Korrektur ich mich freue. Ein Beispiel ist die Schaltschwelle der Fehlerstromschutzschalter (siehe Kommentar von Martin).
Ich muss ehrlich sagen, dass ich Verluste in Regel immer über P = R*I^2 ausrechne. Insofern sehr gut, dass du es hier angemerkt hast. Ich fand aber zum Erklären den Weg über die Spannung besser. So wird deutlich, wie das ganze technisch wirklich umgesetzt werden kann (wobei ich hier die Blindleistung vernachlässigt habe). So wird deutlich an welcher Stelle die jeweiligen Spannungen gemessen werden. Wo der Strom fließt, ist einfach zu beantworten. Aber welche Spannung wo anliegt, war mir selber anfangs nicht so klar. Fürs Verständnis finde ich aber gerade die verschiedenen Spannungen sehr wichtig.
Viele Grüße Moritz
Danke Constantin. So hab ich das vermutet. Stelle ich mir bei so einem trägen System wie einem (Güter-)Zug trotzdem schwer vor, das in Gefühl zu bekommen.
Moritz:
Als Ergänzung hatte ich die Folge verstanden. Der Spruch am Anfang war auch augenzwinkernd auf das „dieses mal sogar mit Know How. 😉“ aus dem Tweet bezogen. Fehler hab ich keine gefunden, der FI ist mir nicht aufgefallen. Meine Erläuterungen sind auch eher als Anmerkung/Rekapitulation gemeint.
Das Pferd lässt sich, was die Erklärungen angeht, ja immer aus vielen Richtungen aufsatteln.
Ich freue mich schon auf die Folge zum 4QS.
Viele Grüße
Matze
PS: Im Übrigen bin ich der Meinung, dass die Laberecke nicht lang genug sein soll. Ich finde das alles spannend.
Hallo Martin,
ok, thermische Belastung. Punkt für dich. 😉
Wie genau der technische Hintergrund aussieht, kann ich dir nicht verraten. Die 185.2 besitzt, wie von dir richtig angesprochen, eine Funktion, die sich „Rückrollschutz“ schimpft. Aber auch hier steht dick und fett, dass man die Funktion nicht als Haltebremse nutzen darf eben aufgrund der Gefahr vor Schäden an Stromrichtern und Fahrmotoren. Auch ist die Funktion so eingestellt, dass sie sich spätestens nach zwei Minuten automatisch abschaltet.
Aber auch, wenn sich die Lok nicht bewegt, wirkt ja ständig die Zugkraft auf Fahrmotor, Achse und Getriebe. Und da sie sich nicht bewegt, punktuell. Glaube nicht, dass das auf Dauer allzu gesund ist. Ich kann dir aus eigener Erfahrung sagen, dass eine Lok es dir dankt, wenn du es nicht übertreibst mit Leistung aufschalten ohne Bewegung.
MfG, Constantin
PS zum Thema Grenzlast: Theorie und Praxis. Theoretisch sollte man unterhalb der Grenzlast überall wieder weg kommen. In der Praxis sieht das aber ganz anders aus.
Hallo Matze,
danke für dein Lob. Zu deiner ersten Frage hast du ja schon jede Menge Antworten erhalten. Da kann ich kaum noch etwas hinzufügen. Grade mit meinen Personenzügen ist das eigentlich kein Problem. Etwas problematischer ist es, wenn man nicht die geballte Kraft der 15kV Oberleitung zur Verfügung. Mit der BR 218 auf einer Steigung anfahren braucht dann noch etwas mehr Geduld.
Zu deiner 2. Fragen: Auf Triebzügen, sowohl bei Regio als auch im Fernverkehr, ist es bereits Stand der Technik, dass der Zustand der Bremsen über die Elektronik erfasst wird. Bei Lokbespannten Zügen wäre das auch möglich, wird aber wohl aufgrund der damit verbundenen Kosten nicht umgesetzt. Mal schauen, was die Zukunft bringt.
Grüße, Marcus.