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Die Ursachen für Verspätungen oder Ausfälle im SPNV können vielfältig sein: Blitzeinschlag, Personen auf dem Gleis oder ein vom Sturm gefällter Baum. Der Frust bei den Passagieren ist der gleiche. Werden die Verkehrsmittel durch regelmäßige Probleme als unzuverlässig wahrgenommen, greifen Fahrgäste oft lieber auf das Auto zurück. Im Umkehrschluss ist ein zuverlässiges Schienennahverkehrsnetz der Garant einer nachhaltigen Mobilität in Städten, Kommunen und ganzen Regionen, denn es macht den Verzicht auf das Auto einfacher, weil komfortabler.
Vorfälle wie Bäume auf den Schienen nach einem Sturm oder Personen auf dem Gleis treten relativ selten auf und können kaum verhindert werden. Gegen technische Störungen der Leit- und Sicherungstechnik, einer der häufigsten Ursachen für Betriebsstörungen, lassen sich hingegen durchaus Präventivmaßnahmen ergreifen. Solche Störungen entstehen häufig durch Fehlerpotenziale in der Stromversorgungsinfrastruktur, sprich Überspannungen oder Kurzschlüsse. Zuverlässige Überspannungsschutzkonzepte können hier Abhilfe schaffen.
Überspannungsschutz schützt Mensch und Technik
Zum einen lässt sich durch Überspannungsschutzlösungen das Risiko von strombedingten technischen Störungen und dadurch auch Ausfällen minimieren – wovon auch die Pünktlichkeit der Bahn profitiert. Oberste Priorität hat in jedem Fall der Personenschutz. Denn gerade im Personennahverkehr bewahrt der Überspannungsschutz nicht nur Betriebsmittel vor kostspieligen Schäden, sondern schützt vor allem Fahrgäste und Personal vor der hohen Spannung auf den Infrastrukturen.
Zwischen den geerdeten Metallinstallationen im Bahnumfeld, etwa Wartehäuschen oder Mülleimern, sowie der isolierten Schiene besteht ein großer Spannungsunterschied. Wenn im schlimmsten Fall eine beschädigte Fahrleitung auf die Schiene fällt, überträgt sich ihr Potenzial auf die isolierte Schiene – zwischen 750 V bis zu 1.000 V, eine lebensgefährliche Berührspannung. Auch andere Defekte in der Stromversorgung oder Blitzeinschläge können das Schienenpotential plötzlich in die Höhe treiben.
Spannung im Schienenbereich sicher begrenzen
Vor diesem Hintergrund empfiehlt der VDV (Verband Deutscher Verkehrsunternehmen) in der Schrift 525 „Überspannungsschutz für Fahrstromversorgungsanlagen von Gleichstrom-Nahverkehrsbahnen“ den Einsatz von sogenannten A2-Ableitern. Diese Spannungsbegrenzer (engl. Voltage Limiting Devices, kurz: VLDs) werden zwischen dem Rückstrompfad (isolierte Fahrschiene) sowie den geerdeten Installationen neben dem Gleis (beispielsweise Oberleitungsmasten) installiert.
Genau diesen Bedarf adressiert der Blitz- und Überspannungsschutzexperte Raycap mit seinem VLD-Portfolio an RVLs und TVLs (Bild 1). Diese Überspannungsschutzlösungen eignen sich für den Einsatz direkt an der Schiene in allen Arten des SPNV, ob U-Bahn, Stadtbahn, Trambahn oder Regionalbahn – insbesondere für kleinere Stationen. Sie bieten nicht nur zuverlässigen Schutz, sondern sind auch sehr schnell installierbar und nahezu wartungsfrei im Betrieb.
RVLs und TVLs kombinieren den Schutz für Personal, Fahrgäste und Betriebsmittel und erfüllen dabei die Anforderungen der Bahnnorm für Spannungsbegrenzungseinrichtungen EN 50526-2. Tritt im Bahnbereich eine Überspannung auf, reduziert der RVL beziehungsweise TVL die Spannung auf ungefährliche Werte. Bei Fehlern wie Kurzschlüssen mit der Fahrleitung stellen die Geräte zudem einen dauerhaft leitenden Strompfad zum Unterwerk her. Damit sorgen sie dafür, dass das Unterwerk die Überstrombelastung registriert und der Leistungsschalter ausgelöst wird.
An größeren Stationen mit komplexerem Aufbau, beispielsweise mehrstöckigen U-Bahnhöfen mit mehreren Gleisen auf verschiedenen Ebenen oder regionalen Verkehrsknotenpunkten, schaffen RH-SCDs (Raycaps High Performance Short Circuiting Devices) die nötige Sicherheit für Menschen und Technik. Das Wirkungsprinzip der SCDs basiert auf dem Erzeugen von Kurzschlüssen. Wenn auf einer Schiene eine unzulässige Berührungsspannung entsteht, schließt der RHP-SCD die negative Schiene mit der Erde kurz und reduziert die Spannung so auf einen sicheren Wert.
Zudem werden dank der automatischen Öffnung des RH-SCD die Auswirkungen von Streuströmen begrenzt. Bei Isolationsfehlern, etwa wenn fälschlicherweise Kurzschlüsse mit den Fahrleitungen entstehen, erzeugt der RH-SCD einen dauerhaften Leitweg zwischen dem überlasteten Bereich und dem Unterwerk. Über diesen Leitweg wird der Traktionsfehlerstrom geführt, bis der Fehler behoben wurde.
Heterogene Bahnsysteme brauchen individuelle Lösungen
Ob kleine Station oder großer Bahnhof, ob städtische oder ländliche Umgebung: Bei der Implementierung einer passenden Überspannungsschutzlösung müssen die individuellen Begebenheiten und der Schutzbedarf des jeweiligen Betreibers beachtet werden. Diese können selbst innerhalb eines regionalen Schienennetzes je nach Streckenabschnitt stark variieren. Mehrstöckige U-Bahnhöfe benötigen komplexere Schutzkonzepte als kleinere Regionalbahn-Stationen, die lediglich im Stundentakt angefahren werden.
Manchmal sind die Anforderungen einzelner Verkehrsunternehmen so individuell, dass sie von den Raycap-Ingenieuren Anpassungen an den bestehenden Produkten oder gar Neuentwicklungen erfordern. Hier arbeitet Raycap direkt mit den Betreibern zusammen, um die optimale Überspannungsschutzlösung für die individuellen Bedürfnisse des jeweiligen Verkehrssystems zu entwickeln und zu implementieren (Bild 2).
Expertise für langlebigen Schutz
Mit speziellen Testgeräten lässt sich die Funktionsfähigkeit der RVLs innerhalb der vorgegebenen Prüfungsintervalle testen, alternativ ist auch eine Fernüberwachung möglich. In der Praxis kommen die VLDs von Raycap ohne (vorsorgliche) Wartung aus. Für die Wartung der Überspannungsschutzgeräte muss daher der Bahnverkehr nicht streckenweise unterbrochen werden.
Besonders langlebig sind die Raycap-VLDs aufgrund ihrer sogenannten Rückstellbarkeit, die einzigartig für diese Art von Überspannungsschutzlösungen ist. Durch ein Überspannungsereignis werden die Spannungsbegrenzer nicht zerstört, sondern stellen sich nach der Behebung automatisch zurück und sind wieder voll funktionsfähig. Dank dieser Eigenschaften schützen die Überspannungsschutzlösungen nicht nur das Leben von Fahrgästen und Personal, sondern helfen indirekt, Verspätungs- und Ausfallzeiten aufgrund von technischen Störungen an der Stromversorgungsinfrastruktur zu minimieren. Dadurch steigt die Zufriedenheit der Fahrgäste, die sich auf pünktlichen und sicheren SPNV verlassen können, und die Akzeptanz des SPNV als Alternative zum Auto steigt.
