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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Fehlern in einem Fahrleitungssystem, insbesondere einem Bahn-Fahrdrahtsystem. Sie betrifft außerdem ein System zur Detektion von Fehlern in einem solchen Fahrleitungssystem.
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Fahrleitungssysteme, insbesondere Bahn-Fahrdrahtsysteme, sind Stromversorgungssysteme, die über längere Strecken hinweg die Versorgung schienengebundenen elektrischen Triebfahrzeugen (Triebwägen, Triebzüge, Lokomotiven etc.) beziehungsweise von straßengebundenen Elektrofahrzeugen wie Obussen gewährleisten. In der Regel wird über viele Kilometer hinweg Strom in ein bewegtes Fahrzeug eingespeist. Aufgrund der anliegenden Spannungen und der ebenfalls hohen fließenden Ströme ist es notwendig sicherzustellen, dass die Fahrleitungssysteme fehlerfrei funktionieren, das heißt insbesondere, dass die Leitungen intakt sind und ausreichend gegen das äußere Umfeld isoliert sind. Andernfalls ist damit zu rechnen, dass Personen, Tiere und Objekte entlang des Fahrleitungssystems gefährdet sein können und dass zudem ein unnötig hoher Energieverlust bei der Stromübertragung anfällt. Außerdem ist der Infrastrukturbetreiber bei Vorliegen solcher Fehler nicht ohne Weiteres aufrechtzuerhalten und auf Dauer gefährdet.
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Störungen in Fahrleitungssystemen sind heute nur in begrenztem Umfang detektierbar. Fehlerströme, etwa bei Kurzschlüssen, werden heute überwiegend über Schutzgeräte in Unterwerken erfasst. Unterwerke sind Umspannwerke, die für die Versorgung von Streckenabschnitten der Länge von circa 50 bis 60 km mit Bahnstrom zuständig sind. Wird in einem (oder mehreren) Unterwerk(en) ein Fehler erkannt, so muss in der Folge entlang der gesamten von diesem Unterwerk bzw. den mehreren Unterwerken versorgten Strecke der Fehler im Fahrleitungssystem gesucht werden. Eine solche Vorgehensweise ist umständlich, zeitaufwändig und kostenintensiv, alleine schon deshalb, weil die Montagehöhe von Oberleitungen z. B. bei Eisenbahn-Fahrleitungen etwa 5 bis 10 Meter betragen kann. Es lässt sich zudem meist nur der Ausfall einer Komponente erkennen – Vorschäden bzw. deren Anzahl und Größe bleiben in der Regel unbekannt.
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Spannungs- oder Stromwandler sind heute in Fahrleitungsnetzen lokal eingebaut. Sie können daher lokal Ströme innerhalb der Fahrleitungsanlage messen und hieraus theoretisch auch ableiten, ob Fehler im System vorliegen. Solche Wandler werden also derzeit als Zusatzkomponenten in das System eingefügt und stellen somit einen zusätzlichen Aufwands- und Kostenfaktor dar: Sie müssen eigens installiert und im Fahrleitungssystem vernetzt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Möglichkeit bereitzustellen, wie Fehler in einem Fahrleitungssystem detektiert werden können. Eine solche Verbesserung ist beispielsweise darin zu sehen, dass mit geringerem Aufwand und/oder zielgenauer Fehler ermittelt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 12 gelöst.
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Ein Verfahren der eingangs genannten Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass ein Erfassungsmodul mit Leckstromindikationssignalen versorgt wird, die lokal jeweils im Bereich einer Anzahl von Trennungs-Funktionskomponenten innerhalb des Fahrleitungssystems ermittelt werden. Diese Trennungs-Funktionskomponenten sind so ausgebildet, dass sie im bestimmungsgemäßen Gebrauch zwei leitende Strukturen mindestens temporär galvanisch voneinander trennen. Das Erfassungsmodul leitet, bevorzugt in einem Zustand galvanischer Trennung durch die Trennungs-Funktionskomponenten, auf Basis der Leckstromindikationssignale Fehlersignale ab.
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Die Erfindung bedient sich also sogenannter Leckstromindikationssignale, die unten noch weiter beispielhaft ausgeführt werden. Es handelt sich dabei um solche Signale, die Leckströme repräsentieren und/oder aus denen direkt oder indirekt (beispielsweise unter Zuhilfenahme von Datenbank-Daten bzw. Umrechnungsformeln) Rückschlüsse über Leckströme gezogen werden können. Solche Leckstromindikationssignale werden lokal abgefragt, das heißt irgendwo entlang der Strecke, die durch das Fahrleitungssystem mit Strom versorgt wird.
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Für die lokale Abfrage bedient sich die Erfindung so genannter Trennungs-Funktionskomponenten. Hierbei handelt es sich um solche Funktionskomponenten innerhalb des Fahrleitungssystems, die üblicherweise ohnehin vorhanden sind, um den Betrieb eines elektrischen Fahrzeugs im Fahrleitungssystem zu ermöglichen. Trennungs-Funktionskomponenten sind beispielsweise Isolatoren oder Schalter. Allen Trennungs-Funktionskomponenten ist gemein, dass sie zumindest in einem bestimmungsgemäßen Zustand eine galvanische Trennung von leitenden Strukturen gewährleisten. Beispielsweise trennt ein Isolator einen stromdurchflossenen Fahrdraht von einem metallischen Masten, der als Leiter zur Erde fungieren könnte, wäre der Fahrdraht mit dem Mast kurzgeschlossen ist. Trennungs-Funktionskomponenten dienen also in mindestens einem Betriebszustand der Verhinderung der direkten Übertragung von Strom von einer leitenden Struktur in eine andere und unterbinden daher einen galvanischen Kontakt zwischen den beiden leitenden Strukturen.
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Der Vorteil der Berücksichtigung der Trennungs-Funktionskomponenten und der Abfrage der Leckstrom-Indikationssignale im Bereich dieser Trennungs-Funktionskomponenten liegt beispielsweise darin, dass ohnehin vielfach vorhandene Funktionskomponenten, die für den Betrieb des Fahrleitungssystems zwangsweise notwendig und vielfach entlang der Strecke vorhanden sind, für einen Zusatzzweck. verwendet werden können: Eine Messung im Bereich dieser Trennungs-Funktionskomponenten ermöglicht ohne größeren Mehraufwand Rückschlüsse auf Fehler im Fahrleitungssystem. Die Trennungs-Funktionskomponenten sind gemäß ihrer eigentlichen Funktion dezidiert nicht für eine Messung von Fehlerströmen (und insbesondere deren Amplituden) beziehungsweise Fehlerspannungen ausgebildet, sondern bedienen vollkommen andere Notwendigkeiten, nämlich die der temporären oder permanenten galvanischen Trennung bzw. Isolation.
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Die Leckstromindikationssignale werden bevorzugt nur dann im Bereich Trennungs-Funktionskomponenten abgefragt bzw. berücksichtigt, wenn sie sich in einem Zustand galvanischer Trennung befinden, also wenn sie ihre trennende Funktion gerade ausüben. Es wird dadurch sichergestellt, dass an der jeweiligen Trennungs-Funktionskomponente in eine bestimmte Richtung eigentlich kein Strom fließen dürfte und dann abgefragt, ob dennoch ein solcher Strom messbar ist. Fließt ein solcher Strom, so kann ausgewertet werden, ob sich hierbei um einen solchen Strom handelt, der Rückschlüsse auf Fehler im Fahrleitungssystem zulässt.
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Die Abfrage der Leckstromindikationssignale erfolgt im Bereich der jeweiligen Trennungs-Funktionskomponenten. Es können beispielsweise innerhalb der Komponenten Parameterwerte wie Ströme oder Spannungen oder Kräfte u. v. m. gemessen werden, jedoch auch außerhalb (beispielsweise an der Oberfläche der Trennungs-Funktionskomponenten) oder den jeweiligen Komponenten unmittelbar vor- oder nachgelagert – diese Variante ist besonders bei Strommessungen möglich. ”Im Bereich einer Trennungs-Funktionskomponente” abzufragen bedeutet also: Im direkten näheren räumlichen und/oder funktionalen Umfeld der Trennungs-Funktionskomponente.
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Ein erfindungsgemäßes System der eingangs genannten Art umfasst mindestens die folgenden Bestandteile:
- – eine Anzahl von Trennungs-Funktionskomponenten, die mindestens teilweise so ausgebildet sind, dass sie im bestimmungsgemäßen Gebrauch zwei leitende Strukturen mindestens temporär galvanisch voneinander trennen,
- – ein Signal-Versorgungssystem zur Bereitstellung von Leckstromindikationssignalen, die jeweils im Bereich der Trennungs-Funktionskomponenten ermittelt werden,
- – ein Erfassungsmodul mit einer Eingangsschnittstelle, über die die Leckstromindikationssignale im Betrieb aus dem Signal-Versorgungssystem eingespeist werden, welches Erfassungsmodul im Betrieb, bevorzugt in einem Zustand galvanischer Trennung durch die Trennungs-Funktionskomponenten, aus den Leckstromindikationssignalen Fehlersignale ableitet.
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Die Detektion mithilfe des erfindungsgemäßen Systems kann mindestens teilweise digital erfolgen, so dass einzelne Komponenten, insbesondere das Erfassungsmodul, rein softwaremäßig realisiert sein können, das heißt in Form eines auf einem Prozessor operierenden Programms. Ebenso können Schnittstellen reine Softwareschnittstellen sein. Es können auch software- und hardwaremäßig kombinierte Einheiten verwendet werden.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Systems kann also das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden. Das System kann als Bestandteil in ein Fahrleitungssystem integriert sein, weshalb die Erfindung auch ein Fahrleitungssystem mit einer Anzahl von Fahrleitungen und einem erfindungsgemäßen System umfasst.
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Besondere Vorteile ergeben sich beim Betrieb des erfindungsgemäßen Systems beziehungsweise des erfindungsgemäßen Fahrleitungssystem dann, wenn es in einem Verkehrstunnel betrieben wird. In Tunnels sind nämlich speziell Trennungs-Funktionskomponenten wie Isolatoren besonderen Belastungen ausgesetzt. Beispielsweise werden Schmutz- und Russpartikeln nicht durch Regen wieder von oben abgewaschen, und zudem ist eine Sichtung von Störungen in Tunnels entlang des Fahrleitungssystems besonders erschwert, da die Lichtverhältnisse oftmals nicht ausreichend sind. Werden nun mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. mithilfe des erfindungsgemäßen Systems Fehler im Fahrleitungssystem innerhalb eines Verkehrstunnels detektiert, so hat dies den besonderen Effekt, dass die Erschwernisse bzw. Besonderheiten im Tunnel problemlos berücksichtigt werden können und zudem hohe Aufwände und Kosten wegfallen, da die Fehlerdetektion auf Basis der Erfindung im Tunnel besonders effektiv wirkt. Die Erfindung betrifft daher auch einen Verkehrstunnel mit einem erfindungsgemäßen Fahrleitungssystem.
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Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann das System auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum Verfahren weitergebildet sein und umgekehrt.
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Theoretisch ist es möglich, das Verfahren entlang eines Streckenabschnitts des Fahrleitungssystem auf Basis der Messung im Bereich genau einer Trennungs-Funktionskomponente durchzuführen. So kann beispielsweise zusätzlich zu einer Erkennung im Unterwerk eine weitere Erkennungsstelle entlang der Strecke an geeigneter Stelle erfolgen. Damit die Erfindung eine deutlich höhere Erkennungsgenauigkeit aufweist, ist es bevorzugt, dass das Erfassungsmodul mit Leckstromindikationssignalen versorgt wird, die lokal jeweils im Bereich einer Mehrzahl von Trennungs-Funktionskomponenten ermittelt werden. Diese Trennungs-Funktionskomponenten liegen bevorzugt verteilt entlang einer Strecke des Fahrleitungssystems vor, besonders bevorzugt in im Wesentlichen regelmäßigen Abständen voneinander im Fahrleitungssystem angeordnet sind. So können beispielsweise etwa alle 10 km Abfragen an Trennungs-Funktionskomponenten durchgeführt werden, wobei eine Toleranz von 1 km, das heißt generell von einem Zehntel des jeweils gewählten Abstands, berücksichtigt ist.
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Es ist auch möglich, entlang der Mehrheit (also mehr als 50%) aller Trennungs-Funktionskomponenten einer bestimmten Art, oder gar entlang ihrer Gesamtheit entsprechende Leckstrom-Indikationssignale abzufragen. Beispielsweise können entlang aller Isolatoren (oder aller Isolatoren einer bestimmten Bauart) in einem Fahrleitungssystem Leckstrom-Indikationssignale abgefragt werden. Es kann sich jedoch aus verfahrens- und kostenökonomischen Gründen als sinnvoll erweisen, größere Messabstände mithilfe einer Selektion bestimmter, aufgrund ihrer örtlichen Lage ausgewählter Trennungs-Funktionskomponenten zu wählen.
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Es ist möglich, dass die Leckstrom-Indikationssignale Signale aus optischen Messgebern umfassen. So kann beispielsweise durch Erkennung von Verfärbungen einer Trennungs-Funktionskomponenten mithilfe eines optischen Erkennungssystems entdeckt werden, dass die entsprechende Trennungs-Funktionskomponente fehlerhaft ist, bzw. dass sich entlang dieser Trennungs-Funktionskomponente unerwünschte Kriech- oder Ableitströme entwickeln. Bevorzugt umfassen die Leckstromindikationssignale Spannungswerte und/oder Stromstärkewerte. So sind beispielsweise Spitzenströme und/oder Spitzenspannungen, die an einer Trennungs-Funktionskomponente ermittelt werden so etwas wie direkte Indikatoren, dass ein Fehler im Bereich der jeweiligen Trennungs-Funktionskomponente vorliegt. Bei diesen Spitzenströmen kann es sich beispielsweise um Kurzschlussströme handeln, die das Fahrleitungssystem in hohem Grade beschädigen können. Durch die Erkennung an der jeweiligen Trennungs-Funktionskomponente ist zugleich eine Lokalisierung eines Kurzschlusses möglich und in der Folge ein gezielter Austausch der in Mitleidenschaft gezogenen bzw. zuvor fehlerhaften Trennungs-Funktionskomponente(n).
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Zusätzlich zu den Leckstrom-Indikationssignalen können bei der Detektion weitere Parameterwerte berücksichtigt werden, um zielgenauer feststellen zu können, ob es sich bei den Leckstrom-Indikationssignalen um solche handelt, die wirklich auf einen Fehler im System rückschließen lassen oder um solche, die aufgrund anderer Bedingungen entstanden sind. Insbesondere ist es bevorzugt, dass Parameterwerte zu Umweltbedingungen, insbesondere Lufttemperaturwerte und/oder Luftfeuchtigkeitswerte, des Fahrleitungssystems in einem bestimmten räumlichen Bereich von Trennungs-Funktionskomponenten in der Detektion mitberücksichtigt werden. Dieser ”bestimmte räumliche Bereich” ist als der Bereich anzusehen, in dem eine im Verfahren berücksichtigte Trennungs-Funktionskomponente selbst angeordnet ist und/oder der Komponenten umfasst, die in unmittelbarem Wirkzusammenhang mit einer solchen Trennungs-Funktionskomponente steht, also beispielsweise Drähte, die mit der Trennungs-Funktionskomponente in Kontakt stehen oder die unmittelbare Umgebungsluft. Hierbei kann nochmals auf das oben Gesagte zu Spezialbedingungen im Verkehrstunnel zurückgegriffen werden. Die Umweltbedingungen dort sind nicht in erster Linie wetterbestimmt, sondern ergeben sich im Speziellen aus der Belüftungssituation im Tunnel und aus speziellen Verschleißeffekten, die lediglich dort feststellbar sind. Beispielsweise sind im Tunnel andersartige Ablagerungen auf den Trennungs-Funktionskomponente zu erwarten als auf freier Strecke, und wie bereits erwähnt werden diese Ablagerungen nicht vom Regen wieder abgewaschen. Solche Ablagerungen können beispielsweise Rußpartikeln aus Dieselfahrzeugen, Schmutzpartikeln aus dem umgebenden Gestein beziehungsweise aus Baumaterialien im Tunnel und die üblichen Abrieb-Partikel des Fahrdrahtes beziehungsweise des Stromabnehmers bei elektrischen Fahrstromsystemen sein.
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Wie bereits erwähnt, ist das besonders vorteilhaft, wenn die Trennungs-Funktionskomponenten mindestens einen Isolator umfassen. Störströme bzw. Störspannungen, die an Isolatoren feststellbar sind, treten praktisch immer nur dann auf, wenn ein Fehler vorliegt, beispielsweise ein Kurzschluss. Dabei kann es sich jedoch um kleine Ströme handeln, beispielsweise verursacht durch eine Ablagerungen geringen Ausmaßes entlang der Außenhülle des Isolators. Es kann daher aus den Leckstrom-Indikationssignalen auch ein Rückschluss darauf erfolgen, ob der Fehler im System ein akutes Handeln erfordert, beispielsweise ein Abschalten der Versorgung einer Strecke ab dem Unterwerk, oder ob eine Behebung des Fehlers im Rahmen üblicher Wartungsarbeiten vollkommen genügt. Isolatoren sind selbstverständlich entlang der gesamten Strecke eines Fahrleitungssystems angebracht, so dass praktisch überall entlang der Strecke eine Detektion und eine Ortung von Fehlern ermöglicht werden.
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Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die Leckstromindikationssignale ein einen Ableitstrom an dem Isolator repräsentierendes Ableitstromsignal umfassen. Um einen solchen ableitet Stromsignal zu erfassen, kann an der Seite des Isolators, die vom Fahrdraht bzw. einer anderen mit Strom versorgten leitenden Struktur abgewandt ist, eine Strommesseinrichtung angebracht sein, die somit den ableitet Strom ermittelt.
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Alternativ oder ergänzend zur Verwendung von Isolatoren als Trennungs-Funktionskomponenten kann vorgesehen sein, dass die Trennungs-Funktionskomponenten mindestens einen Trennschalter umfassen. Trennschalter werden in Fahrleitungsanlagen zur Quer- und/oder Längskopplung von verschiedenen Fahrleitungsabschnitten eingesetzt. Werden an den Trennschaltern Ströme beispielsweise mit Hilfe optischer Messwertgeber, in Höhe und Richtung gemessen und an eine Zentrale weitergegeben, so können daraus genaue Angaben über den Ort eines eventuell vorhandenen Fehlers abgeleitet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn Autotransformationssysteme auf der Strecke zum Einsatz kommen, bei denen über Autotransformatoren ebenfalls Fehlerströme fließen können.
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Auch Trennschalter sind in Fahrleitungssystemen ohnehin vorgesehen, ihre jeweilige Schalterposition ist in der Regel bekannt, beziehungsweise wird in Kontrollsystemen üblicherweise abgefragt. Bevorzugt umfassen daher die Leckstromindikationssignale einen Stellungsparameterwert einer Stellung des Trennschalters. Bei einem solchen Stellungsparameterwert kann es sich beispielsweise um eine genaue Winkelposition eines bewegbaren Schalterteils handeln, jedoch auch um Kräfte, die an einem solchen bewegbaren Schalterteil anliegen. Es ist beispielsweise zu erkennen, dass in einem Kurzschlussfall Kräfte auftreten, die die bewegliche Schaltsäule des Trennschalters automatisch mit- und somit aus dem Kontakt herausbewegen. Mittels eines Sensors, beispielsweise eines Drehwinkelgebers können die Neigung, der Winkel und/oder der Abstand zu dem nicht beweglichen Schalterteil überwacht werden und so eine zeitlich sehr schnelle Änderung eines dieser Parameterwerte als Leckstrom-Indikationssignal verwendet werden. Mit anderen Worten: Es werden Stellungsmeldungen des Trennschalters überwacht, insbesondere Lageänderungen der Kontaktsätze des Trennschalters. Bei Kurzschlüssen mit großen di/dt-Anstiegen werden diese Kontakte mechanisch beansprucht und ändern ihre Lage. Wird diese Lage überwacht, so kann bei ausreichender zeitlicher Auflösung detektiert werden, dass ein Kurzschluss vorliegt. In Verbindung mit einer Strommessung und/oder einer Temperaturmessung kann ein Belastungskollektiv erstellt und somit auch der Zustand des Schalters ermittelt werden.
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Bisher kam es immer wieder vor, dass Leckströme, insbesondere Kurzschlussströme, an zwei verschiedenen Unterwerken detektiert wurden, dass deswegen aber gerade nicht festgestellt werden konnte, wie hoch der Betrag des gesamten geflossenen Stroms war. Eine solche Erfassung der Gesamt-Stromstärke von Fehlerströmen ist nun bevorzugt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, weil erstmals näherungsweise möglich. Es umfassen also die Leckstromindikationssignale und/oder die Fehlersignale Informationen zu einer Stromstärke von Leckströmen. Hierzu werden die Informationen über Leckströme so zusammengefasst, dass die Leckströme, die einzelnen Trennungs-Funktionskomponenten zugeordnet werden können, nun akkumuliert und zu einer Gesamt-Stromstärke vereint werden. Eine solche Akkumulation beziehungsweise deren Ergebnis dient als Kenngrößen für die Schwere eines Störfalls beziehungsweise des Fehlers, der im Fahrleitungssystem auftritt. Gleichzeitig charakterisiert er auch die Art des Fehlers. Liegt beispielsweise nur lokal an einer einzelnen Trennungs-Funktionskomponente ein geringfügiger Ableitstrom vor, so ergeben sich keine Fehlersignale aus anderen Trennungs-Funktionskomponenten. Es ist daher davon auszugehen, dass ein einfacher Austausch beziehungsweise eine Reinigung der betroffenen Komponente ausreicht, um das System wieder sicher zu machen. Ist hingegen irgendwo im System ein Kurzschluss festzustellen, so wird wahrscheinlich an mehreren Trennungs-Funktionskomponenten ein Teil der Leckströme gemessen und erst die Akkumulation der ermittelten Einzel-Störströme bietet ein Gesamtbild über das Ausmaß des entstandenen Fehlers.
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Entsprechend ist es besonders bevorzugt, dass die Fehlersignale ab einem bestimmten Schwellenwert der Stromstärke der Leckströme als Warnsignale ausgegeben werden. Es wird also nur bei schwereren Abweichungen von Sollwerten eine Warnmeldung abgesetzt, die beispielsweise zur Abschaltung der kompletten Stromversorgung entlang eines Versorgungsabschnitts des Fahrleitungssystems führt.
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Wie bisher gezeigt ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, Rückschlüsse auf die Art des Fehlers zu ziehen, der ermittelt wird. Bevorzugt umfassen die Fehlersignale Informationen zu einem Wirkungs- und/oder Erfassungsort der Leckströme. Eine solche Lokalisierung der Störungen ist mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise des erfindungsgemäßen Systems problemlos möglich, da die Messpunkte nun nicht mehr nur an einem bestimmten Versorgungsort (dem Unterwerk) des Fahrleitungssystems vorliegen, sondern über die gesamte Strecke des Fahrleitungssystems verteilt werden können. Dies macht erstmals eine möglichst zielgenaue Lokalisierung von Störungen bzw. Fehlern möglich.
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Es ist grundsätzlich denkbar, dass ein erfindungsgemäßes System ohne eigene Stromversorgung und/oder eigene Kommunikationsleitungen betrieben werden kann, beispielsweise auf Basis des Stromversorgungssystems der Fahrleitungen. Bevorzugt wird ein System, dessen Stromversorgung und/oder dessen Kommunikationsleitungen unabhängig vom Fahrleitungssystem ist/sind. Ein solches System ist (zumindest in einer Hinsicht) autark, was insbesondere bei größeren Störfällen von erheblichem Vorteil sein kann. Die Stromversorgung kann beispielsweise mithilfe von Solarzellen oder über entlang der Strecke verfügbare Ringnetze erfolgen. Eine Datenübertragung in eigenen Kommunikationsleitungen kann über praktisch alle gängigen Medien wie zum Beispiel Lichtwellenleiter, elektrische Leiter, Funk (zum Beispiel gemäß die IEEE 802.15.4) oder über Mobilfunk, beispielsweise über GPRS, EDGE und viele mehr, realisiert werden. Unter ”Kommunikationsleitungen” werden daher auch drahtlose Übertragungswege verstanden.
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Da jede Fahrleitung in einem Fahrleitungssystem ihre eigenen Charakteristika hat und streckenabhängige spezifische Umweltbedingungen zu verzeichnen sind, kann es von Vorteil sein, wenn das erfindungsgemäße System als selbstlernendes System ausgebildet ist, das im Betrieb die Erfassungssignale in Abhängigkeit von einem langfristig aufgezeichneten Verlauf der Leckstrom-Indikationssignale ableitet. Ein solcher langfristig aufgezeichneter Verlauf kann beispielsweise vor Inbetriebnahme des Systems aufgezeichnet werden oder es können Erfahrungswerte aus Systemen, die anderswo im Einsatz sind oder waren, in Form von in einer Datenbank hinterlegten Daten als Ausgangsinformationen herangezogen werden. Es können also Kenngrößen für die Diagnose und Überwachung des Fahrleitungssystems entwickelt werden und so eine langfristige zustandsorientierte Instandhaltung dieses Fahrleitungssystems ermöglicht werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrleitungssystems,
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2 eine Detailansicht eines Teils des Fahrleitungssystems gemäß 1,
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3 eine Detailansicht einer Trennungs-Funktionskomponente, die in einem erfindungsgemäßen Fahrleitungssystem zum Einsatz kommen kann,
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4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verkehrstunnels,
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5 eine schematische Blockdarstellung des Ablaufs einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein Fahrleitungssystem 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Es umfasst ein Unterwerk 9, das über einen Fahrdraht 5 Fahrzeuge (nicht gezeigt) versorgt, die auf einer Bahnstrecke 3 verkehren. Der Fahrdraht 5 wird über zahlreiche Masten 17 oberhalb der Bahnstrecke 3 gehalten. Diese Masten 17 sind vom Fahrdraht 5 galvanisch über Trennungs-Funktionskomponenten 19 in Form von Isolatoren 19 getrennt. Eine Datenleitung 13 verbindet die Trennungs-Funktionskomponenten 19 mit einem Erfassungsmodul 11, das über eine Eingangschnittstelle 21 mit der Datenleitung 13 verknüpft ist. Die Trennungs-Funktionskomponenten 19 zusammen mit der Datenleitung 13 bilden ein Signal-Versorgungssystem 15, das lokal an den Trennungs-Funktionskomponenten 19 ermittelte Leckstrom-Indikationssignale in das Erfassungsmodul 11 einspeist. Hieraus leitet das Erfassungsmodul 11 Fehlersignale ab, die Rückschlüsse auf Fehler im Fahrleitungssystem 1 zulassen. Somit bilden das Signal-Versorgungssystem 15 zusammen mit dem Erfassungsmodul 11 ein System 99 zur Erfassung von Fehlern im Fahrleitungssystem 1.
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Die Ermittlung der Leckstrom-Indikationssignale erfolgt im vorliegenden Beispiel an jeder Trennungs-Funktionskomponente 19 im Bereich des Fahrleitungssystems 1. Hierdurch ist gewährleistet, dass in regelmäßigen Abständen, nämlich im Abstand der Masten 17 innerhalb des Fahrleitungssystems 1 abgefragt werden kann, ob im Bereich der jeweiligen Trennungs-Funktionskomponenten 19 ein Fehler erkennbar ist. Eine genaue Lokalisierung von Fehlern im Fahrleitungssystem 1 ist damit möglich.
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2 zeigt eine Ansicht eines einzelnen Masten 17 des Fahrleitungssystems 1, der den Fahrdraht 5 oberhalb der Bahnstrecke 3 hält. Es ist erkennbar, dass zwischen der leitenden Struktur des Masten 17 und der leitenden Struktur des Fahrdrahts 5 Isolatoren, darunter ein Isolator 19a, angebracht sind. Ein Detail des Isolators 19a mitsamt einer ihm nachgelagerten Schaltung, die zwischen dem Isolator 19a und einer Erdung des Masten 17 angebracht ist, ist rechterhand im Detail in der Figur zu sehen: Vom Isolator 19a führt jenseits des Bereichs des Fahrdrahts 5 eine Erdungsleitung durch den Masten hindurch in die Erde. Diese Erdungsleitung führt durch eine Auswertebox 25, in der ein Amperemeter 23 angebracht ist. Zusätzlich können in der Auswertungsbox 25 weitere Komponenten, beispielsweise solche zur Feuchtigkeits- und/oder Temperaturmessung, integriert sein.
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Läuft ein signifikanter Strom, der durch das Amperemeter 23 erkannt werden kann, vom Isolator 19a in Richtung Erde, so kann davon ausgegangen werden, dass ein Kurzschluss den Fahrdraht 5 mit der Erde verbindet. Dies weist darauf hin, dass im Fahrleitungssystem 1 ein signifikanter Fehler vorliegt. Dieser Fehler kann beispielsweise in einer mangelnden Isolation des Isolators 19a bestehen, es kann sich jedoch auch um eine Überspannung im Fahrdraht 5 handeln, die zu einem Überschlag über den Isolator 19a hinweg führt, oder um Verunreinigungen am Außenmantel des Isolators 19a, die eine Art Strombrücke vom stromführenden Fahrdraht 5 in Richtung der Erde bilden. Die Auswertebox 25 ist mit einer Signalbox 20 verbunden, die entsprechende Leckstrom-Indikationssignale in Form der durch das Amperemeter 23 ermittelten Stromwerte an das Unterwerk 9, nämlich an das Erfassungsmodul 11 weiterleitet, beispielsweise, wenn ein solcher signifikanter Strom am Amperemeter 23 gemessen wird. Werden signifikante Ströme an mehreren Trennungs-Funktionskomponenten 19 zusätzlich zu dem am Isolator 19a gemessenen ermittelt, so können die Leckstrom-Indikationssignale, die von verschiedenen Trennungs-Funktionskomponenten 19, 19a herrühren, miteinander durch Akkumulation kombiniert werden, so dass ein Gesamtbild entsteht, welche Ströme vom Fahrdraht 5 insgesamt abgeleitet wurden.
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3 zeigt eine andere Trennungs-Funktionskomponente 19b zur Nutzung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich einen Trennschalter 19b. Der Trennschalter 19b weist eine fixierte Schaltsäule 27b und eine bewegliche Schaltsäule 27a auf, wobei die bewegliche Schaltsäule 27a um eine Achse B drehbar ist und somit in Richtung der fixierten Schaltsäule 27b oder weg von dieser verkippt werden kann. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Winkelstellungen der beweglichen Schaltsäule 27a im Verhältnis zur fixierten Schaltsäule 27b. Diese Winkelstellungen können mit einem Drehwinkelgeber 29 als Sensor 29 ermittelt werden. Im Kurzschlussfall können in diesem Bereich Kräfte auftreten, die die bewegliche Schaltsäule 27a ruckartig bewegen. Der Drehwinkelgeber 29 kann die Neigung, den Winkel oder den Abstand zwischen der beweglichen Schaltsäule 27a und der fixierten Schaltsäule 27b überwachen und beispielsweise bei einer zeitlich sehr schnellen Änderung diese Parameterwerte als Leckstrom-Indikationssignale weitergeben.
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4 zeigt einen Verkehrstunnel 77 mit einem Fahrleitungssystem 1, das wiederum eine Bahnstrecke 3 versorgt. Wie bereits oben erwähnt, ist in Tunnel 77 damit zu rechnen, dass Trennungs-Funktionskomponenten 19, 19a, 19b deutlich anders beansprucht und verunreinigt werden als außerhalb eines Tunnels auf freier Strecke. Dies rührt daher, dass andere Stäube und Verunreinigungen auf den Trennungs-Funktionskomponenten 19, 19a, 19b abgelagert werden und dass diese zudem nicht durch Regen wieder abgewaschen werden. Im Verkehrstunnel 77 ist daher die Gefahr von Fehlern an isolierenden beziehungsweise trennenden Trennungs-Funktionskomponenten 19, 19a, 19b besonders groß, so dass es leichter zu Leckströmen kommen kann. Ein erfindungsgemäßes Fahrleitungssystem 1 wie in 1 gezeigt kann daher im Tunnelbereich besonders einfach und effektiv dafür sorgen, dass Fehler rechtzeitig bzw. frühzeitig erkannt werden und dadurch größere Ausfälle vermieden werden können.
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5 zeigt in einer Blockdarstellung schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Schritt Z werden Trennungs-Funktionskomponenten 19, 19a, 19b des Fahrleitungssystems 1 in einen Zustand galvanischer Trennung gebracht. Im Bereich dieser Trennungs-Funktionskomponenten 19, 19a, 19b werden dann in einem zweiten Schritt Y Leckstrom-Indikationssignale LIS abgeleitet und an das Erfassungsmodul 11 weitergegeben. Dort werden in einem dritten Schritt X aus den Leckstrom-Indikationssignalen LIS Fehlersignale FS abgeleitet.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Komponenten des Detektionssystems lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Außerdem können „Einheiten” aus einer oder mehreren, auch räumlich verteilt angeordneten, Komponenten bestehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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