DE2507394B2

DE2507394B2 - Verfahren und anordnung zur stromentlastung elektrischer fahrleitungen

Info

Publication number: DE2507394B2
Application number: DE19752507394
Authority: DE
Inventors: Karl Prof Dr-Ing 1000 Berlin Bopp
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-02-18
Filing date: 1975-02-18
Publication date: 1978-01-26
Also published as: DE2507394A1; DE2507394C3

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stromentlastung elektrischer Fahrleitungen.

Die Traktionsleistung und damit der zu übertragende Strom wacht mit der 3. Potenz der Geschwindigkeit. Bei der heutigen Tendenz zu Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen, vornehmlich des herkömmlichen Rad/Schiene-Systems, sind die Grenzen der Belastbarkeit herkömmlicher Oberleitungen als der brauchbarsten Form für die Energieübertragung bereits sichtbar. Einerseits sollen aus schwingungstechnischen Gründen die Massen von Oberleitung und Stromabnehmer abgestimmt gering gehalten werden, d. h. der Querschnitt des Fahrdrahtes sollte relativ klein sein, andererseits ist der Querschnitt aber wesentlich für die Stromtragfähigkeit und für die Erwärmung. Die Belastbarkeit des Fahrdrahtes endet in jedem Fall an der oberen Erwärmungsgrenze des Fahrleitungskupfers, darüber hinaus wird das Material spröde und bruchanfällig. Aus diesem Grunde sollen 80°C nicht überschritten werden. Da die Fahrleitung den Summenstrom aller auf der Strecke zwischen den eo Speisepunkten verkehrenden Züge führen muß und damit hoch belastet wird, wird sie warm.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entlastung der normalen Fahrleitung zu erreichen mit dem Zweck, höhere Ströme übertragen bzw. einen dichteren b5 Verkehr auf der Strecke zulassen zu können und doch die Vorteile des kleinen Querschnitts für die Dynamik und das Bewegungsverhalten zu haben. Die Erfindung behandelt ein darauf gerichtetes Verfahren zur Stromentlastung elektrischer Fahrleitungen und besteht darin, daß über das Verhältnis der Impedanzen der Fahrleitung und einer ihr parallel zu schaltenden Leitung geringer Induktivität eine selbsttätige Stromaufteilung derart erfolgt, daß die Parallelieitung ständig den Hauptanteil des Fahrstroms führt und nur der gerade vom Stromabnehmer bestrichene Fahrleitungsabscnnitt kurzzeitig mit dem vollen Fahrstrom belastet wird. Damit wird erreicht, daß 80 bis 90% des Fahrstroms über ein Parallelkabel geführt werden. Die Fahrleitung ist ständig mit 10 bis 20% belastet, was zu keiner nennenswerten Dauererwärmung führt Dadurch ist es möglich, entweder den Fahrleitungsquerschnitt zu verkleinern oder aber die übertragbare Traktionsleistung auf der Strecke erheblich zu vergrößern. Der Aufwand ist vertretbar, und vor allem sind vorhandene Oberleitungsnetze ausbaufähig und nachrüstbar.

In einer speziellen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens findet als Parallelleitung ein Kabel mit wesentlich niedriger Impedanz als bei der Fahrleitung (2) Verwendung, und durch Querverbindungen in regelmäßigen Abständen ist die Fahrleitung in Fahrleitungsabschnitte aufgeteilt. Die Versorgung innerhalb eines Speisebereiches erfolgt somit abschnittsweise. Weitere Merkmale der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen in Verbindung mit der erläuternden Beschreibung und Zeichnung zu entnehmen.

Anhand eines Schaltschemas wird die Erfindung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Fahrzeugstromabnehmer 1, der mit definierter, willkürlich vorgebbarer Geschwindigkeit eine Fahrleitung 2, die z. B. zweiseitig auf den Seiten a und b einer 16²/3-Hz-Wechselspannung gespeist wird, bestreicht. Der Fahrleitung 2 ist ein Kabel 3 besonderer Bauart, vorzugsweise ein Koaxialkabel mit sehr niedriger Impedanz, parallel geschaltet. Eine Freileitung ist aus Induktivitätsgründen schlechterdings zur Zeit nicht verwendbar. Querverbindungen 4,5, 6, 7 zum Parallel-Kabel 3, z. B. in 750-m-Abstand, teilen die Fahrleitung 2 in Abschnitte 8,9,10.

Zur Funktion ist folgendes zu bemerken:

Erfolgt z. B. eine Stromabnahme von außerhalb des Bildes, wird der Fahrstrom nur zu einem unwesentlichen Teil über die hier sichtbare Fahrleitung 2, zu einem wesentlichen Teil dagegen, z. B. zu 80%, über das hier sichtbare Parallel-Kabel 3 gehen. Die Fahrleitungsabschnitte 8, 9, 10 werden dabei kaum erwärmt. Erfolgt dagegen entsprechend der Figur die Stromentnahme im Fahrleitungsabschnitt 9, ergibt sich infolge der Impedanzverhältnisse (hohe Impedanz der Fahrleitung 2 / niedrige Impedanz des Kabels 3) eine Stromaufteilung, bei der der befahrene Abschnitt, hier 9, immer zweiseitig gespeist wird und den vollen Fahrstrom führt. Die daraus resultierende Erwärmung kann spürbar sein, stellt sich jedoch als zu vernachlässigende Kurzzeitbelastung dar. Im nächsten Moment wird in der gleichen Weise Fahrleitungsabschnitt 9 usw. gespeist.

Als besonders induktivitätsarm und frei von Querkapazitäten ist als Parallelleitung ein Zweileiter-Koaxialkabel mit Cu-Innenseele und mit geerdetem Metall-Außenleitermantel geeignet. Das Kabel kann günstig als Erdkabel verlegt werden. Zwischen Innen- und Außenleiter liegt dabei die volle Betriebsspannung. Die Querschnitte der Leiter bestimmen sich aus der Stromdichteverteilung, die für beide gleich sein sollte, um die Stromaufteilung umgekehrt wie die Impedanzen zu erzielen, d. h., bei einem Fe-Außenmantel benötigt man wegen der magnetischen Effekte und der größeren

Stromverdrängung einen größeren Querschnitt als z. B. bei einem Al-Außenmantel. Der Außenmantel muß gleichzeitig den mechanischen Schutz des Kabels ■ibernehmen können. Eine weitere Variante wäre die Verwendung des Zweileiter-Koaxialkabels als Tragseil für das Kettenwerk. In diesem Fall wäre der Innenleiter vorzugsweise aus Fe und geerdet, und der Cu-Außenmantel mit der Fahrleitung verbunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Stromentlastung elektrischer Fahrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß über das Verhältnis der Impedanzen der Fahrleitung (2) und einer ihr parallel zu schaltenden elektrischen Leitung geringer Induktivität eine selbsttätige Stromaufteilung derart erfolgt, daß die Parallelleitung ständig den Hauptanteil des Fahr-Stroms führt und nur der gerade vom Stromabnehmer (1) bestrichene Fahrleitungsabschnitt (8) kurzzeitig mit dem vollen Fahrstrom belastet wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Parallelleitung ein Kabel (3) mit wesentlich niedrigerer Impedanz als bei der Fahrleitung (2) Verwendung findet, und daß durch Querverbindungen (4,5, 6, 7) in regelmäßigen Abständen die Fahrleitung (2) in Faiirleitungsabschnitte (8,9,10) aufgeteilt ist.

3. Anordnung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Parallelieitung vorzugsweise ein induktivitätsarmes Zweileiter-Koaxialkabel (3) mit geerdetem Außenleitermantel Verwendung rindet.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte von Innenleiter und Außenleiter entsprechend einer gleichmäßigen Stromdichteverteilung bei der Betriebsfrequenz ausgelegt sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelleitung als Erdkabel verlegt ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (3) als Tragseil für das Kettenwerk der Fahrleitung (2) dient, wobei der Innenleiter geerdet ist.