Grundlagen und Anforderungen an die Teilsysteme elektrischer Bahnen bei Nennspannungen über 25 kV AC und 3 kV DC:
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| Sprache: | German |
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Aachen
Shaker
2010
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VIL
INHALTSVERZEICHNIS
A ABBILDUNGSVERZEICHNIS X
B TABELLENVERZEICHNIS XII
C VERZEICHNIS DER FORMELZEICHEN UND INDIZES XIV
D ABKUERZUNGSVERZEICHNIS XVIII
1 EINLEITUNG 1
2 KONZEPTE UND ERFAHRUNGEN MIT HOHEN SPANNUNGEN IN BAHNSYSTEMEN 3
2.1 EINSATZ HOHER GLEICHSPANNUNGEN 3
2.1.1 HOHE GLEICHSPANNUNGEN IN DER FAHRLEITUNG 3
2.1.2 HOHE GLEICHSPANNUNGEN IN UEBERTRAGUNGSSYSTEMEN 5
2.2 EINSATZ HOHER WECHSELSPANNUNGEN 7
2.2.1 HOHE WECHSELSPANNUNGEN IN DER FAHRLEITUNG 7
2.2.2 MEHRSPANNUNGSSYSTEME BEI WECHSELSTROMBAHNEN 9
2.3 ZUSAMMENFASSUNG UND EINGRENZUNG DER KONZEPTE 12
3 GRUNDLAGEN FUER BAHNSYSTEME MIT HOHEN SPANNUNGEN 15
3.1 SPANNUNGSEBENEN UND SICHERHEIT IN BAHNSYSTEMEN 15
3.1.1 MINIMALE UND MAXIMALE SPANNUNGEN IN BAHNSYSTEMEN 15 3.1.2
AUSWIRKUNGEN HOHER SPANNUNGEN AUF DIE SICHERHEIT 16 3.1.2.1 ABGRENZUNG
ZWISCHEN ELEKTROSICHERHEIT UND FUNKTIONALER SICHERHEIT. 16 3.1.2.2
SCHUTZMASSNAHMEN ZUR GEWAEHRLEISTUNG DER ELEKTROSICHERHEIT 17
3.2 SPANNUNGSHALTUNG UND UEBERTRAGUNGSVERLUSTE 19
3.2.1 GLEICHSTROMBAHNEN 19
3.2.1.1 EIN ZUG IM ABSCHNITT 19
3.2.1.2 MEHRERE ZUEGE IM ABSCHNITT 20
3.2.1.3 GRENZWERTBETRACHTUNG ZUR MAXIMALEN SPEISELAENGE 21 3.2.2
WECHSELSTROMBAHNEN 23
3.2.2.1 EIN ZUG IM ABSCHNITT 23
3.2.2.2 MAXIMALE SPEISELAENGE BEI MEHREREN ZUEGEN IM ABSCHNITT 25 3.2.3
VERGLEICHSFAKTOREN 27
3.3 IMPEDANZEN VON MEHRLEITERSYSTEMEN DER BAHNENERGIEVERSORGUNG 28 3.3.1
BERECHNUNGSVERFAHREN 28
3.3.2 VERGLEICH VON RECHEN- UND MESSERGEBNISSEN 32
3.3.3 IMPEDANZBELAEGE EINGLEISIGER STRECKEN 35
3.4 TRANSFORMATOREN FUER BAHNSYSTEME MIT HOHEN SPANNUNGEN 36 3.4.1
EINSATZGEBIETE UND UNTERSUCHTE FRAGESTELLUNGEN 36
3.4.2 UNTERWERKSTRANSFORMATOREN FUER MEHRSPANNUNGSSYSTEME 37 3.4.3
ZWISCHENUNTERWERKE IN MEHRSPANNUNGSSYSTEMEN 41 3.4.4
TRIEBFAHRZEUGTRANSFORMATOREN FUER HOEHERE SPANNUNGEN 45
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DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
VIII INHALTSVERZEICHNIS
3.4.5 TRANSFORMATOREN FUER HOEHERPULSIGE GLEICHRICHTERSCHALTUNGEN 50
3.5 LEISTUNGSELEKTRONISCHE KOMPONENTEN 51
3.5.1 GRUNDSAETZLICHE BETRACHTUNGEN 51
3.5.2 UNTERWERKSGLEICHRICHTER FUER HOHE FAHRLEITUNGSSPANNUNGEN 54 3.5.3
UMRICHTERTOPOLOGIEN FUER TRIEBFAHRZEUGE 57
3.6 EINFLUSS DER NENNSPANNUNG AUF DEN WIRKUNGSGRAD DES GESAMTSYSTEMS 59
3.6.1 BESTIMMUNGSMOEGLICHKEITEN UND WIRKUNGSKETTEN 59
3.6.2 SYSTEMZUSTANDSABHAENGIGER WIRKUNGSGRAD 60
3.6.3 VERKETTUNG VON WIRKUNGSGRADEN DER HAUPTBAUGRUPPEN 62
4 HOHE SPANNUNGEN IN DER BAHNENERGIEVERSORGUNG 65
4.1 ISOLATIONSKOORDINATION FUER STATIONAERE ANLAGEN 65
4.1.1 ISOLATIONSKOORDINATION FUER UNTERWERKE 65
4.1.2 ISOLATIONSKOORDINATION FUER FAHRLEITUNGEN 68
4.2 AUFGABEN UND AUFBAU DER UNTERWERKE 70
4.2.1 UNTERWERKE FUER WECHSELSTROMBAHNEN 70
4.2.2 UNTERWERKE FUER GLEICHSTROMBAHNEN 74
4.3 FAHRLEITUNGEN FUER HOHE SPANNUNGEN 76
4.3.1 FAHRLEITUNGEN FUER WECHSELSTROMBAHNEN 76
4.3.2 FAHRLEITUNGEN FUER GLEICHSTROMBAHNEN 80
4.4 RUECKSTROMFUEHRUNG UND ERDUNG 81
4.4.1 RUECKSTROMFUEHRUNG BEI WECHSELSTROMBAHNEN 81
4.4.1.1 SCHIENENPOTENTIAL UND ERDUNG 81
4.4.1.2 STROMAUFTEILUNG IM RUECKSTROMPFAD UND EMV 83
4.4.2 RUECKSTROMFUEHRUNG BEI GLEICHSTROMBAHNEN 86
4.5 SCHUTZ DES TEILSYSTEMS BAHNENERGIEVERSORGUNG 89
4.5.1 SCHUTZ VON WECHSELSTROMBAHNEN 89
4.5.1.1 EINSPANNUNGSSYSTEME 89
4.5.1.2 SCHUTZ VON MEHRSPANNUNGSSYSTEMEN 91
4.5.2 SCHUTZ VON GLEICHSTROMBAHNEN 96
4.5.2.1 SCHUTZ DER UNTERWERKE 96
4.5.2.2 FAHRLEITUNGSSCHUTZ UND KURZSCHLUSSSTROEME 97
5 TRIEBFAHRZEUGE FUER HOHE FAHRLEITUNGSSPANNUNGEN 100
5.1 ISOLATIONSKOORDINATION BEI TRIEBFAHRZEUGEN 100
5.2 SCHUTZ DES TEILSYSTEMS TRIEBFAHRZEUG 102
5.2.1 SCHUTZ VON WECHSELSTROMTRIEBFAHRZEUGEN 102
5.2.2 SCHUTZ VON GLEICHSTROMTRIEBFAHRZEUGEN 103
5.3 TRIEBFAHRZEUGE FUER HOHE WECHSELSPANNUNGEN 106
5.3.1 AENDERUNGSBEDARF 106
5.3.2 AUSGEFUEHRTE BEISPIELE 108
5.4 TRIEBFAHRZEUGE FUER HOHE GLEICHSPANNUNGEN 110
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS IX
6 SIMULATION DER BAHNENERGIEVERSORGUNG VON HOCHLEISTUNGSBAHNEN 111
6.1 GRUNDLAGEN UND VORBEMERKUNGEN 111
6.1.1 ZIELE DER SIMULATIONSRECHNUNGEN 111
6.1.2 VORSTELLUNG DES SIMULATIONSTOOLS 112
6.1.3 ANNAHMEN UND VERGLEICHSKRITERIEN 113
6.2 SIMULATION VON BAHNSYSTEMEN FUER DEN HOCHGESCHWINDIGKEITSVERKEHR 115
6.2.1 VORSTELLUNG DER STRECKE UND DES BETRIEBSPROGRAMMS 115 6.2.2
AUSWAHL UND AUSLEGUNG DER SYSTEME 115
6.2.3 AUSWERTUNG DER SIMULATIONEN 120
6.2.3.1 SPANNUNGSHALTUNG IM FAHRLEITUNGSNETZ 120
6.2.3.2 SCHIENENPOTENTIALE 122
6.2.3.3 STROMBELASTBARKEIT UND -BELASTUNG DER FAHRLEITUNG 123 6.2.3.4
ENERGIEBILANZ, UEBERTRAGUNGSVERLUSTE UND SYSTEMWIRKUNGSGRAD 124 6.2.4
VORZUGSVARIANTEN 128
6.3 ENERGIEVERSORGUNG EINER 50-KV-STRECKE DES HOCHLEISTUNGSGUETERVERKEHRS
129 6.3.1 CHARAKTERISIERUNG DER STRECKE 129
6.3.2 VORSTELLUNG DER AUSBAUSTUFEN UND UNTERSUCHUNGSSZENARIEN 130 6.3.3
EINGANGSDATEN ZU ENERGIEVERSORGUNG UND FAHRZEUGEN 131 6.3.4 AUSWERTUNG
DER SIMULATIONEN 133
6.3.4.1 ISTZUSTAND OHNE AUSBAU DER BAHNENERGIEVERSORGUNG 133 6.3.4.2
AUSWIRKUNGEN DES TRIEBFAHRZEUGEINSATZES 133
6.3.4.3 VARIANTENVERGLEICH BEI MAXIMALER STRECKENKAPAZITAET 134 6.3.4.4
SPANNUNGSUNSYMMETRIE IN DEN SPEISENDEN DREHSTROMNETZEN 136 6.3.5
VORZUGSVARIANTEN UND UMGESETZTE LOESUNG 138
7 KOSTENBETRACHTUNGEN 139
7.1 VORBEMERKUNGEN 139
7.2 KOSTENSTRUKTUREN DER TEILSYSTEME 140
7.2.1 EINFLUSS DER NENNSPANNUNG AUF DIE KOSTEN DER UNTERWERKE 140 7.2.2
EINFLUSS DER NENNSPANNUNG AUF DIE KOSTEN DER FAHRLEITUNG 142 7.2.3
EINFLUSS DER NENNSPANNUNG AUF DIE KOSTEN DER TRIEBFAHRZEUGE 143
7.3 ENERGIEBEDARF UND ENERGIEKOSTEN 147
8 VORZUGSLOESUNGEN FUER BAHNSYSTEME MIT HOHEN SPANNUNGEN 148
9 AUSBLICK 150
A LITERATURVERZEICHNIS I
B LEBENSLAUF XVIII
C ANLAGENVERZEICHNIS A-1
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