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Fahrleitungen elektrischer Bahnen
Publicis Publishing
Planung Berechnung Ausfuumlhrung Betrieb
von Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder
3 wesentlich uumlberarbeitete und erweiterte Auflage 2014
Autoren
Dr-Ing Friedrich Kieszligling (verantwortlich fuumlr Kapitel 2 5 6 7 8 10 13) Rosenstrasse 18 91083 Baiersdorf Deutschland fkiessjosebusorg
Dipl-Ing Rainer Puschmann (verantwortlich fuumlr Kapitel 3 4 12 15 16 17) Unterer Kirchenweg 11 91338 Igensdorf Deutschland rainerpuschmannpowerlines-groupcom
Dr-Ing Axel Schmieder (verantwortlich fuumlr Kapitel 1 9 11 14) Hans-Geiger-Strasse 3 91052 Erlangen Deutschland axelschmiedersiemenscom
Titelbild
Oberleitungsbauart Sicat H10 auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke FrankfurtM- Koumlln mit ICE 3 Das Bild wurde mit freundlicher Unter-stuumltzung der Deutschen Bahn AG bereitgestellt
Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uumlber httpdnbd-nbde abrufbar
Autoren und Verlag haben alle Texte in diesem Buch mit groszliger Sorgfalt erarbeitet Dennoch koumlnnen Fehler nicht ausgeschlossen werden Eine Haftung des Verlags oder der Autoren gleich aus welchem Rechtsgrund ist ausgeschlossen Die in diesem Buch wiedergegebenen Bezeichnungen koumlnnen Warenzeichen sein deren Benutzung durch Dritte fuumlr deren Zwecke die Rechte der Inhaber verletzen kann
wwwpublicis-booksde
Print ISBN 978-3-89578-407-1 EPDF ISBN 978-3-89578-916-8
3 Auflage 2014
Herausgeber Siemens Aktiengesellschaft Berlin und Muumlnchen Verlag Publicis Publishing Erlangen copy 2014 by Publicis Erlangen Zweigniederlassung der PWW GmbH
Das Werk einschlieszliglich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschuumltzt Jede Verwendung auszligerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulaumlssig und strafbar Das gilt insbesondere fuumlr Vervielfaumlltigungen Uumlbersetzungen Mikroverfilmungen Bearbeitungen sonstiger Art sowie fuumlr die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen Dies gilt auch fuumlr die Entnahme von einzelnen Abbildungen und bei auszugsweiser Verwendung von Texten
Printed in Germany
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
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handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Fahrleitungen elektrischer Bahnen
Publicis Publishing
Planung Berechnung Ausfuumlhrung Betrieb
von Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder
3 wesentlich uumlberarbeitete und erweiterte Auflage 2014
Autoren
Dr-Ing Friedrich Kieszligling (verantwortlich fuumlr Kapitel 2 5 6 7 8 10 13) Rosenstrasse 18 91083 Baiersdorf Deutschland fkiessjosebusorg
Dipl-Ing Rainer Puschmann (verantwortlich fuumlr Kapitel 3 4 12 15 16 17) Unterer Kirchenweg 11 91338 Igensdorf Deutschland rainerpuschmannpowerlines-groupcom
Dr-Ing Axel Schmieder (verantwortlich fuumlr Kapitel 1 9 11 14) Hans-Geiger-Strasse 3 91052 Erlangen Deutschland axelschmiedersiemenscom
Titelbild
Oberleitungsbauart Sicat H10 auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke FrankfurtM- Koumlln mit ICE 3 Das Bild wurde mit freundlicher Unter-stuumltzung der Deutschen Bahn AG bereitgestellt
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Print ISBN 978-3-89578-407-1 EPDF ISBN 978-3-89578-916-8
3 Auflage 2014
Herausgeber Siemens Aktiengesellschaft Berlin und Muumlnchen Verlag Publicis Publishing Erlangen copy 2014 by Publicis Erlangen Zweigniederlassung der PWW GmbH
Das Werk einschlieszliglich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschuumltzt Jede Verwendung auszligerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulaumlssig und strafbar Das gilt insbesondere fuumlr Vervielfaumlltigungen Uumlbersetzungen Mikroverfilmungen Bearbeitungen sonstiger Art sowie fuumlr die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen Dies gilt auch fuumlr die Entnahme von einzelnen Abbildungen und bei auszugsweiser Verwendung von Texten
Printed in Germany
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Autoren
Dr-Ing Friedrich Kieszligling (verantwortlich fuumlr Kapitel 2 5 6 7 8 10 13) Rosenstrasse 18 91083 Baiersdorf Deutschland fkiessjosebusorg
Dipl-Ing Rainer Puschmann (verantwortlich fuumlr Kapitel 3 4 12 15 16 17) Unterer Kirchenweg 11 91338 Igensdorf Deutschland rainerpuschmannpowerlines-groupcom
Dr-Ing Axel Schmieder (verantwortlich fuumlr Kapitel 1 9 11 14) Hans-Geiger-Strasse 3 91052 Erlangen Deutschland axelschmiedersiemenscom
Titelbild
Oberleitungsbauart Sicat H10 auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke FrankfurtM- Koumlln mit ICE 3 Das Bild wurde mit freundlicher Unter-stuumltzung der Deutschen Bahn AG bereitgestellt
Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek
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Print ISBN 978-3-89578-407-1 EPDF ISBN 978-3-89578-916-8
3 Auflage 2014
Herausgeber Siemens Aktiengesellschaft Berlin und Muumlnchen Verlag Publicis Publishing Erlangen copy 2014 by Publicis Erlangen Zweigniederlassung der PWW GmbH
Das Werk einschlieszliglich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschuumltzt Jede Verwendung auszligerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulaumlssig und strafbar Das gilt insbesondere fuumlr Vervielfaumlltigungen Uumlbersetzungen Mikroverfilmungen Bearbeitungen sonstiger Art sowie fuumlr die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen Dies gilt auch fuumlr die Entnahme von einzelnen Abbildungen und bei auszugsweiser Verwendung von Texten
Printed in Germany
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
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handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
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3 Auflage 2014
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Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
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handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
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handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
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handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
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handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
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handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
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handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
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handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Geleitwort zur dritten deutschenAuflage
Die zweite deutschsprachige Auflage des Buches Fahrleitungen war seit vielen Jahrenvergriffen Fuumlr alle im Fachgebiet Taumltigen bei Bahnbetreibern Beraterfirmen und Be-houmlrden sowie in der Bahnindustrie ist es eine groszlige Freude dass nun eine dritte neugestaltete Auflage vorliegt Diese Auflage entstand mit Unterstuumltzung der Siemens AGund wurde von den Autoren neben ihrer beruflichen Taumltigkeit erstelltIn seinem Geleitwort zur ersten deutschen Auflage wies Klaus Niekamp auf die Bedeu-tung der Fahrleitung fuumlr die elektrischen Bahnen des Nah- und Fernverkehrs als Medi-um zur Uumlbertragung der in ortsfesten Kraftwerken oder in Umformeranlagen erzeugtenelektrischen Energie auf die Fahrzeuge hin Die Fahrleitung muss staumlndig verfuumlgbarsein die Instandhaltungsaufwendungen sollen uumlber die gesamte Lebensdauer der Anla-ge gering sein mechanischer Verschleiszlig sollte moumlglichst nicht stattfinden Kurzschluumlsseduumlrfen keine Schaumlden verursachen hohe und niedrige Temperaturen und auch Eisansatzan den Leitern sollten keinen Einfluss auf die Energieuumlbertragung haben Aus techni-schen Gruumlnden laumlsst sich die Fahrleitung nicht redundant ausfuumlhren Im Schadensfallsoll sich die Fahrleitung schnell wieder in Betrieb nehmen lassen koumlnnen und auch mitnotwendigen Investitionen muss die elektrische Bahn wirtschaftlich bleibenMit Zunahme der Leistungen und Fahrgeschwindigkeit elektrischer Bahnen im Fern-verkehr haben auch die Anforderungen an die Fahrleitungen staumlndig zugenommen Invielen Laumlndern entstehen neue Bahnstrecken fuumlr den Schienenschnellverkehr Reisege-schwindigkeiten bis 350 kmh sind in mehreren Laumlndern so z B in Frankreich Spanienund China bereits erreicht Mit 575 kmh stellten Versuchsfahrten in Frankreich einenHoumlchstwert fuumlr schienengebundene Fahrzeuge auf Dafuumlr ist die zuverlaumlssige Versorgungder ortsveraumlnderlichen Verbraucher mit elektrischer Energie eine wesentliche Vorausset-zung Dieses Ziel zu erfuumlllen erfordert auch Weiterentwicklungen der FahrleitungenDie Harmonisierung europaumlischer Bahnen um den grenzuumlberschreitenden Betrieb ohnetechnische Hindernisse zu ermoumlglichen wurde und wird von der Europaumlischen Unionweiter vorangetrieben Hierfuumlr entstanden Richtlinien technische Spezifikationen undneue Normen Diese brachten fuumlr die Fahrleitungen wichtige Vorgaben die bei der Ge-staltung der Anlagen zu erfuumlllen sind Eine sorgfaumlltige Analyse der Anforderungen undderen Beachtung bei der Auslegung der Oberleitungen und bei der Errichtung sind Vor-aussetzung fuumlr den interoperablen Betrieb der Bahnen Der Aufbau und der gegenuumlberden fruumlheren Ausgaben erweiterte Inhalt des Buches folgen dem Systemgedanken undtragen diesen Anforderungen Rechnung
ndash Nach einer Einfuumlhrung in die heute verwendeten Bahnenergieversorgungsartenfolgen die grundlegenden Anforderungen an Fahrleitungen mit den AuspraumlgungenOberleitungen und Stromschienen
ndash Die elektrischen und mechanischen Grundlagen fuumlr Oberleitungen schlieszligen sichan wobei auch die Auswirkungen auf bahneigene und bahnfremde Anlagen be-
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
6
handelt werden Beispiele ergaumlnzen die Theorie Das Zusammenwirken zwischenStromabnehmer und Fahrleitung ist dabei von besonderer Bedeutung
ndash Die elektrische und mechanische Auslegung die Bemessung der Tragwerke unddie Anlagenplanung werden ausfuumlhrlich behandelt
ndash Weltweit ausgefuumlhrte Anlagen erlauben dem Leser einen internationalen Vergleichndash Die Kapitel Errichtung Betrieb und ein eigenes Kapitel zur Instandhaltung geben
die umfangreichen Erfahrungen der Autoren widerAusfuumlhrliche Unterlagen uumlber internationale europaumlische und nationale Normen sowieRichtlinien der Bahnbetreiber sind in Anhaumlngen zum Buch enthalten Darin spiegeltsich auch die zunehmende Internationalisierung der Normen fuumlr Bahnen wider die heutenicht mehr national sondern regional bei CEN und CENELEC und international beiISO und IEC entstehenDas Buch ist fuumlr den taumlglichen Gebrauch bei der Planung und Ausfuumlhrung von Ober-leitungen als auch insbesondere fuumlr das Studium und fuumlr die Aus- und Weiterbildungder in der Praxis in diesem Fachgebiet taumltigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter derBahnunternehmen wichtig Die Deutsche Bahn begruumlszligt daher die neue Auflage des Bu-ches ausdruumlcklich und dankt sowohl den Autoren fuumlr ihre erhebliche Muumlhe das rund1 000 Seiten umfassende Buch zu erstellen der Siemens AG fuumlr die Unterstuumltzung derAutoren bei der Gestaltung des Inhalts sowie dem Verlag fuumlr die gute Ausstattung desWerkes
Berlin Dr Volker Keferim Oktober 2012 Vorstand Technik Systemverbund
Dienstleistungen und Infrastrukturder DB AG
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Vorwort zur ersten Auflage
Im Jahr 1866 fand der deutsche Ingenieur und Unternehmer Siemens das dynamoelek-trische Prinzip und schuf damit die Grundlage fuumlr die Erzeugung und Anwendung derelektrischen Energie im heutigen Ausmaszlig Auf dieser Basis baute er auch die erste elek-trisch angetriebene Lokomotive fuumlr Eisenbahnen die am 31 Mai 1879 mit drei Wagenauf der Gewerbeausstellung in Berlin erstmals fuhr Da die elektrische Energie nichtausreichend speicherbar ist erfordert ihre Anwendung fuumlr den Bahnbetrieb von Aus-nahmen bei Speichertriebwagen geringer Leistung abgesehen eine staumlndige Verbindungzwischen dem Kraftwerk und dem Triebfahrzeug Bei der ersten Bahn fuumlhrten die bei-den Fahrschienen der Lokomotive die Leistung von 22 kW mit einer Gleichspannungvon 150 V zu dies auch bei der ebenfalls von Siemens 1881 gebauten ersten elektrischenStraszligenbahn der Welt jedoch mit einer Nennspannung von 180 V Es kam dabei zu Un-faumlllen mit Pferden durch gleichzeitiges Beruumlhren beider Schienen Diese Uumlbertragungsartist bei ausgedehnten Bahnsystemen technisch nicht realisierbar und daruumlber hinaus beigroumlszligeren Leistungen wie das Beispiel zeigt auch gefaumlhrlich Der bei der Weiterfuumlhrungder Straszligenbahn 1882 in Spandau eingesetzte zweipolige an Draumlhten uumlber dem Gleisaufgehaumlngte und nachgezogene Kontaktwagen entgleiste haumlufig und erwies sich nichtals dauerhaft brauchbar Erst der 1889 von dem Siemens-Ingenieur Reichel vorgeschla-gene Buumlgelstromabnehmer der von einem oberhalb des Gleises einpolig aufgehaumlngtenFahrdraht den Stromfluszlig mit Ruumlckleitung uumlber die Fahrschienen ermoumlglichte brachteden Durchbruch fuumlr in der Praxis anwendbare Oberleitungen zur Leistungsuumlbertragungauf fahrende ZuumlgeDie ersten elektrischen Bahnen verwendeten Gleichspannungen und fuumlr den Bahnbe-trieb gut geeignete Reihenschluszligmotoren Dies hatte den Nachteil daszlig die Leistungden Triebfahrzeugen mit der niedrigen Betriebsspannung der Motoren zugefuumlhrt wer-den musste was die Leistungen begrenzte und groszlige Leiterquerschnitte erforderte Esgab daher schon fruumlhzeitig Bemuumlhungen Wechselspannungen entweder Drehstrom oderEinphasenwechselstrom fuumlr den Bahnbetrieb zu verwenden und mit der Transformier-barkeit auf den Fahrzeugen die Uumlbertragungsspannung von der Motorspannung unab-haumlngig zu machen Wechselspannungssysteme lieszligen sich mit einer niedrigeren Frequenzals bei der allgemeinen Elektrizitaumltsversorgung verwirklichen die den Bau von zuverlaumls-sigen einfachen Bahnmotoren gestattete In Deutschland setzte sich nach Anwendungenfuumlr die Strecken MurnaundashOberammergau und BitterfeldndashDessau die Frequenz 167 Hzmit dem 191213 geschlossenen Vertrag der preussisch-hessischen bayerischen und ba-dischen Staatsbahnen durch der auch die Spannung mit 15 kV die Fahrdrahthoumlhe mit60 m und die damit einhergehende Stromabnehmerbreite mit 210 m festlegteDie Entwicklung und Anwendung der Leistungselektronik ebnete schlieszliglich den Wegfuumlr die Industriefrequenz auch bei Bahnsystemen so daszlig neue Vollbahnanlagen heutevorwiegend mit 50 oder 60 Hz und meist mit 25 kV versorgt werden Vor rund 25 Jahrenist die Bahnenergieversorgung in ein neues Stadium getreten das durch die Unabhaumln-gigkeit der Uumlbertragung von der Antriebstechnik gekennzeichnet ist Seitdem laumlsst sich
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
8 Vorwort zur ersten Auflage
fuumlr den Antrieb die vorteilhafte Drehstromtechnik nutzen und fuumlr die Leistungsuumlber-tragung das hierfuumlr jeweils guumlnstigste System im Hinblick auf Frequenz und SpannungverwendenMit diesen Entwicklungen ist die elektrische Bahn in Bereiche vorgedrungen die vorrund 20 Jahren noch als nahezu utopisch galten Die Betriebsgeschwindigkeiten stiegenauf 300 kmh und demnaumlchst 350 kmh an bei Hochgeschwindigkeitsfahrten erreichteder ICE der DB 1988 mit 407 kmh erstmals mehr als 400 kmh auf Eisenbahnschienenund der TGV-A der SNCF stellte 1990 mit 515 kmh den noch heute guumlltigen Ge-schwindigkeitsrekord auf Entscheidend gerade fuumlr die beiden letzten Erfolge war einezuverlaumlssige Zufuumlhrung der hohen elektrischen Leistung uumlber Oberleitung und Strom-abnehmer die vorher unter diesen Bedingungen als kaum moumlglich galtDie beschriebene Entwicklung der elektrischen Bahntechnik ging einher mit der Steige-rung sowohl der Geschwindigkeiten als auch der Uumlbertragungsleistungen auf die ZuumlgeDie Oberleitungen der Deutschen Bahn fuumlr Geschwindigkeiten von 160 kmh 200 kmh250 kmh und 330 kmh belegen diese AussageFahrleitungen dienen im Bahnenergieversorgungssystem sowohl als Verteilungsleitun-gen als auch als gleitende Kontakte zu den Stromabnehmern der Fahrzeuge Sie muumlssendiese Aufgaben unter extremen Witterungsbedingungen und bis zu houmlchsten Geschwin-digkeiten sicher erfuumlllen Daraus leiten sich entsprechend hohe Anforderungen elektri-scher und mechanischer Art ab Uumlber die Kontaktstelle flieszligen Stroumlme bis zu mehreren1 000 Ampere mit der Steigerung der Geschwindigkeiten nehmen dynamische Kriteri-en an Bedeutung zu Aus der raumlumlichen Trennung von Hin- und Ruumlckleitung koumlnnenBeeinflussungen anderer Systeme und Gefaumlhrdungen folgen Da Fahrleitungen aus tech-nischen und wirtschaftlichen Gruumlnden im Gegensatz zu vielen anderen Komponentender Eisenbahntechnik nicht redundant gestaltet sind bestimmen sie im starken Maszligdie Zuverlaumlssigkeit des Betriebs zumal vielfach Grenzleistungen hinsichtlich Strom undGeschwindigkeit zu erbringen sind Bahnenergieversorgungssysteme und Fahrleitungenals wesentlicher Bestandteil hiervon sind langlebige Wirtschaftsguumlter die mit hohenInvestitionen verbunden sindDie genannten Aspekte verlangen daher eine sachkundige Gestaltung der Fahrleitungs-komponenten eine gewissenhafte Projektierung jeder einzelnen Anlage und eine sorg-faumlltige Errichtung mit ausgereiften gepruumlften Bauelementen die bei sachgemaumlszliger In-standhaltung eine lange Lebensdauer sicherstellenIn dem Buch bdquoElektrische Bahnenldquo erschienen 1929 widmete Houmlring im deutschspra-chigen Raum dem Thema Fahrleitung ein eigenes Kapitel Erstmals behandelte 1938Sachs in dem Buch bdquoOrtsfeste Anlagen der elektrischen Zugfoumlrderungldquo das FachgebietFahrleitungen sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Aspektezusammenfassend und ausfuumlhrlich Suumlberkruumlb befasste sich in seinem 1971 erschiene-nen Buch bdquoTechnik der Bahnstromleitungenldquo vorwiegend mit mechanischen FragenDiese stehen auch in dem 1975 herausgegebenen VEM-Handbuch bdquoEnergieversorgungelektrischer Bahnenldquo im Mittelpunkt Das 1985 erschienene Buch bdquoOberleitungen fuumlrhochgespannten Einphasenwechselstrom in Deutschland Oumlsterreich und der Schweizldquovon Schwach stellt detailliert und fachlich fundiert die Entwicklung der 1623-Hz-Fahr-leitungen in Mitteleuropa dar und bildet eine Fundgrube fuumlr viele Details
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Vorwort zur ersten Auflage 9
Die Steigerung der Fahrgeschwindigkeiten und elektrischen Leistungen beim Hochge-schwindigkeitsverkehr stellte auch an Fahrleitungen Anforderungen die zur Entste-hungszeit der genannten Buumlcher noch keine Rolle spielten Das Uumlberwiegen des dy-namischen Zusammenwirkens von Oberleitungen und Stromabnehmern die Auslegungfuumlr sehr hohe Stroumlme und Sicherheitsaspekte die aus den hohen Belastungen aberauch aus neuen Oberbauformen resultieren seien erwaumlhnt Im Hinblick auf Kosten fuumlrBetrieb und Instandhaltung kommt der korrosionsfesten instandhaltungsarmen Aus-fuumlhrung und der Verlustminimierung zunehmende Bedeutung zuDiese Gesichtspunkte haben die Verfasser veranlaszligt ein aktuelles Fachbuch uumlber Fahr-leitungen elektrischer Bahnen vorzulegen das die Grundlagen fuumlr Planung Bau undBetrieb von Fahrleitungen darstellt die in den letzten Jahren erreichten Fortschritteim Verstaumlndnis fuumlr die Leistungsuumlbertragung behandelt die heutigen Methoden fuumlrProjektierung und Berechnung enthaumllt und moderne Ausfuumlhrungen von Fahrleitungenbeschreibt Das Buch ist als Unterlage fuumlr Planung mechanische elektrische und ther-mische Auslegung konstruktive Gestaltung und Baudurchfuumlhrung gedacht Es wendetsich an interessierte Studierende Berufsanfaumlnger und an mit dem Fachgebiet bei Bahn-unternehmen und einschlaumlgigen Baufirmen befasste IngenieureDie mit dem einheitlichen europaumlischen Markt eng verknuumlpfte Neugestaltung aller tech-nischen Normen betrifft auch das Fachgebiet Fahrleitungen elektrischer Bahnen DieseNeugestaltung ist zwar voll im Gang aber noch nicht vollstaumlndig abgeschlossen Umdem Leser das Arbeiten mit den einschlaumlgigen Normen zu erleichtern ist dem Buch ei-ne Uumlbersicht uumlber Fahrleitungsanlagen betreffende oder tangierende Normen mit Standvom Juli 1997 angefuumlgt Im Buchtext werden deswegen nur die Normennummern aufdie Bezug genommen wird angegeben Der Titel der jeweiligen Norm kann aus An-hang 1 entnommen werden Anhang 2 enthaumllt mehrfach verwendete AbkuumlrzungenDas Buch entstand mit wohlwollender Foumlrderung des Bereichs Verkehrstechnik der Sie-mens AG Erlangen des Instituts Elektrische Verkehrssysteme der Technischen Univer-sitaumlt Dresden und des Instituts fuumlr Bahntechnik Niederlassung Dresden Die Autorendanken fuumlr diese Foumlrderung ohne die das Buch nicht zu schaffen gewesen waumlreWeiter danken die Autoren Dr-Ing K Muumlller Dr-Ing A Kontcha Dipl-Ing R Sei-fert Dipl-Ing M Semrau und Dipl-Ing (FH) K Dollack fuumlr Beitraumlge Hinweise undAnregungen zur inhaltlichen Gestaltung Dr rer nat H Wonn half bei der Manuskript-gestaltung mit und gab hierfuumlr viele Anregungen ebenso wie M Schwarz und D Schlegldie wesentliche Teile des Manuskripts zum Druck vorbereiteten Der Verlag kam denVerfassern bei Umfang und Ausstattung des Buches groszligzuumlgig entgegenDie Autoren widmen dieses Buch dem Bereich Verkehrstechnik der Siemens AG ausAnlaszlig des 150-jaumlhrigen Bestehens des Hauses Siemens dessen Gruumlnder und Mitarbeiterviele grundlegende Beitraumlge zum behandelten Fachgebiet leisteten
Moskau Erlangen Dresden Anatoli Ignatjewitsch Gukow Friedrich Kieszliglingim September 1997 Rainer Puschmann Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Vorwort zur zweiten Auflage
Wenige Monate nach dem Erscheinen der ersten Auflage war das Buch bdquoFahrleitun-gen elektrischer Bahnenldquo das die elektrotechnischen mechanischen bautechnischenund bahnbetrieblichen Gesichtspunkte des Errichtens und Betreibens von Fahrleitun-gen darstellt bereits vergriffen Verlag und Autoren werten dies als Beleg dafuumlr dassdas Buch eine Luumlcke in der technischen Literatur uumlber ein komplexes Fachgebiet fuumlllenkonnte Besonders freuten sich die Autoren uumlber zahlreiche zustimmende Aumluszligerungenzu diesem Buch und viele Hinweise auf missverstAtildecurrenndliche Darstellungen Fehler undwuumlnschenswerte Ergaumlnzungen Die Autoren danken allen Lesern fuumlr ihre Anregungenund insbesondere den Herren Georg Schwach und Guumlnther Tix fuumlr die ausfuumlhrlichegewissenhafte Durchsicht des BuchesIn der vorliegenden kurz nach der ersten Auflage neu bearbeiteten zweiten Auflagedes Buches waren die Autoren bemuumlht die erhaltenen Anregungen weitgehend zu be-ruumlcksichtigen erkannte Druckfehler zu beseitigen und wichtigen Neuerungen aus derWeiterentwicklung Europaumlischer Normen Rechnung zu tragen Eine vollstaumlndige Uumlber-arbeitung muszlig jedoch einem spaumlteren Zeitpunkt nach der Konsolidierung der Europaumli-schen Fachnormen fuumlr ortsfeste Bahnanlagen vorbehalten bleibenHerr Professor A I Gukow ist aus dem Autorenkreis ausgeschieden Fuumlr seine Beitraumlgezur ersten Auflage auch an dieser Stelle vielen DankDie Autoren danken dem Geschaumlftszweig Bahnelektrifizierung insbesondere dessen Lei-ter Hans Habermann fuumlr die Unterstuumltzung auch bei der Vorbereitung der zweitenAuflage und dem Verlag fuumlr deren gute technische Ausstattung
Erlangen Dresden Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Maumlrz 1998 Axel Schmieder Peter Schmidt
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Vorwort zur dritten Auflage
Die erste deutsche Auflage des Buches bdquoFahrleitungen elektrischer Bahnenldquo erschien1997 im Verlag B G Teubner Stuttgart ndash Leipzig und war schnell ausverkauft wes-halb bereits 1998 im gleichen Verlag eine zweite uumlberarbeitete Auflage erschien Auchdiese zweite Auflage ist seit vielen Jahren vergriffen Die Leser mussten daher auf die2001 erschienene erste englische Ausgabe bdquoContact Lines for Electric Railwaysldquo verfasstvon den Autoren Friedrich Kieszligling Rainer Puschmann und Axel Schmieder zuruumlck-greifen Die Mitautoren der deutschen Auflagen Anatoli I Gukow und Peter Schmidtwaren zwischenzeitlich verstorben Eine zweite englische Ausgabe folgte 2009 Dabeiwirkte als weiterer Autor Egid Schneider mit Die Ausgaben in englischer Sprache er-schienen im Verlag Publicis MCampD Erlangen-Muumlnchen als Fachbuch der Siemens AGUumlbersetzungen in die chinesische und spanische Sprache erschienen 2003 bzw 2008wobei zur letzteren Tomas Vega wesentlich beitrugNach der Fertigstellung der zweiten englischen Ausgabe hatten der Verlag und die Sie-mens AG den Wunsch eine aktualisierte dritte Auflage dieses Fachbuches in deutscherSprache herauszubringen Diese Auflage nutzt die Inhalte der englischen Fassung von2009 fuumlr das Anwendungsgebiet in Deutschland Der Inhalt ist nunmehr in siebzehnstatt bisher vierzehn Kapiteln gegliedert Der Umfang stieg von bisher 994 Seiten auf1 250 Seiten Aus dem Autorenkreis ist Egid Schneider ausgeschieden Wesentliche Teileder dritten deutschen Ausgabe gehen auch auf seine Beitraumlge zuruumlckIm Jahr 1996 begann mit der Herausgabe der Richtlinie 9649EG uumlber die Interopera-bilitaumlt des europaumlischen Hochgeschwindigkeitssystems der Uumlbergang von der nationalenBahnnormung auf regionale und internationale Normen Die Grundlagen fuumlr die Pla-nung und Errichtung von Fahrleitungen haben damit zunehmend die internationalenNormen in IEC und CENELEC zur Basis Auf dem Gebiet der elektrischen Bahnen undinsbesondere der stationaumlren Anlagen veraumlnderten sich viele wichtige Berechnungsan-nahmen und -ablaumlufe Die Norm fuumlr Oberleitungen DIN EN 50 119 wurde verfasst undeine Reihe anderer Normen die fuumlr das Fachgebiet wesentlich sind kam hinzuDie letzten Jahre brachten eine deutliche Erhoumlhung der Fahrgeschwindigkeiten sowohlim kommerziellen Betrieb als auch bei Hochgeschwindigkeitsfahrten welche erhebli-che Auswirkungen auf Fahrleitungen hatten Ein Meilenstein dieser Entwicklung war2002 die Rekordfahrt eines Hochgeschwindigkeitszuges der SNCF auf der Strecke ParisndashStraszligburg wobei die noch heute guumlltige Houmlchstmarke mit 575 kmh erreicht wurdeIn einigen europaumlischen und asiatischen Laumlndern so in Oumlsterreich der Schweiz und inChina wurde der Hochgeschwindigkeitsbetrieb neu aufgenommen Die Hochgeschwin-digkeitsnetze in Deutschland Italien Spanien und Frankreich wurden erweitert Insbe-sondere in China entstand das groumlszligte Hochgeschwindigkeitsnetz mit Betriebsgeschwin-digkeiten bis 350 kmh das staumlndig erweitert wirdIn der Schweiz ging der Loumltschberg-Tunnel als erste Hochgeschwindigkeitsverbindungdurch die Alpen in Betrieb der Gotthardbasistunnel ist im Bau und wird 2016 fertigge-stellt werden Fuumlr all diese Anlagen waren angepasste Bauweisen fuumlr die Fahrleitungen
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
12 Vorwort zur dritten Auflage
erforderlich Die Anforderungen und die Ausfuumlhrungen fuumlr solche Anlagen nehmen einenwesentlichen Teil dieser neuen Auflage einDas Buch gliedert sich in die grundlegenden Kapitel mit der Darstellung der Theorie derEnergieuumlbertragung mit den Anforderungen und den prinzipiellen Moumlglichkeiten zurAusfuumlhrung Ein Kapitel erlaumlutert die Bauteile und Baugruppen der Fahrleitung Wei-tere Kapitel behandeln die Planung der Fahrleitungsanlagen Hierfuumlr finden zunehmendRechner mit entsprechenden Programmen VerwendungEinige Kapitel sind der Errichtung der Anlagen den ausgefuumlhrten Anlagen und der In-standhaltung gewidmet Die fuumlr die Errichtung und Instandhaltung verwendeten Werk-zeuge und Maschinen wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt unter anderemauch angepasst an die fuumlr Hochgeschwindigkeitsstrecken erforderlichen Fahrdrahtwerk-stoffe mit spezifischen EigenschaftenDas Kapitel uumlber ausgefuumlhrte Anlagen behandelt Straszligenbahnen Stadt- und U-BahnenS-Bahnen sowie Bahnen des Regionalverkehrs konventionellen und insbesondere desHochgeschwindigkeitsfernverkehr in vielen LaumlndernEin Buch wie das vorliegende schreibt sich nicht von selbst sondern bedarf vieler Stun-den Arbeit und auch vielfaumlltiger Unterstuumltzung beim Erstellen der Manuskripte derBearbeitung der Zeichnungen des Layouts und der Druckvorbereitung Fuumlr die man-nigfaltige Unterstuumltzung danken die Autoren insbesondere
ndash Der Siemens AG Sektor Infrastructure and Cities mit den GeschaumlftsbereichenRail Electrification und Customer Service Roland Edel Mirko Duumlsel JohannesEmmelheinz Daniel Leckel Bernhard Brauns foumlrderten das Buch
ndash Vielen Personen und Einrichtungen die mit Zuarbeiten das Entstehen des Buchesunterstuumltzten Genannt seien die Fachkollegen Andreas Bauer Albrecht BrodkorbHartmut Buumllow Wieland Burkert Andre Doumllling Markus Franke Ralf HickethierRalf Knode Sonja Leistner Hans-Herbert Meyer Dietwalt Moschkau ThomasNickel Konrad Puls Egid Schneider Jan-Thomas Walter und Steffen Walter
ndash Gerhard Seitfudem von Publicis MCampD Erlangen fuumlr die exzellente Ausstattungdes Buchs mit Vierfarbendruck und verstaumlndnisvoller Unterstuumltzung
ndash Allen Lesern fuumlr die Erkennung von Fehlern und Vorschlaumlge fuumlr Verbesserungenndash Dorle Puschmann fuumlr die Erledigung der umfangreichen Schreibarbeitenndash Michael Schwarz der Manuskripte und Layout bearbeitete
Die Autoren hoffen dass die uumlberarbeitete und stark erweiterten dritte Auflage desBuches bdquoFahrleitung elektrischer Bahnenldquo die Interessen der Fachwelt erfuumlllt und so zurWeiterentwicklung des Fachgebietes sowie zur flaumlchendeckenden Einfuumlhrung der Inter-operabilitaumlt in Europa beitragen kann Die Autoren sind fuumlr Hinweise und Anregungendankbar Nur durch die Anwendung des Buches in der Praxis werden SchwachstellenFehler und Notwendigkeiten zu Verbesserungen erkannt
Erlangen Friedrich Kieszligling Rainer Puschmannim Oktober 2013 Axel Schmieder
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Inhaltsverzeichnis
1 Bahnenergieversorgung 3710 Symbole und deren Bedeutung 3711 Aufgaben der Bahnenergieversorgung 3812 Bahnstromarten 3813 Aufbau der Bahnenergieversorgung 43131 Bereitstellung und Uumlbertragung 43132 Verteilung und Zufuumlhrung 44
14 Gleichstrombahnnetze 45141 Allgemeines 45142 Metro Ankaray in Ankara 461421 Streckenversorgung und Schaltung 461422 Unterwerke und Komponenten 47
143 Speisung mit DC30 kV in Spanien 481431 Einfuumlhrung 481432 Unterwerke 491433 Steuerung und Schutz 49
15 AC-167-Hz-Bahnnetze 51151 Energieerzeugung 51152 167-Hz-Bahnenergienetze in Europa 55153 167-Hz-Bahnenergieversorgung der DB AG 561531 Energieerzeugung 561532 Energieuumlbertragung und Streckenspeisung 581533 Bahnstromschaltanlagen Funktion und Bauarten 591534 110-kV-Freiluftschaltanlagen 601535 15-kV-Innenraumschaltanlagen 631536 Eigenbedarfsversorgung 671537 Schutz 671538 Stationsleittechnik 691539 Ortssteuereinrichtungen und Fernwirktechnik 7215310 Gebaumlude und Tragwerke 73
154 Netzleittechnik der DB AG 731541 Entwicklung Aufgaben und Aufbau 731542 Zentralschaltstellen 751543 Hauptschaltleitung 76
16 AC-50-Hz-Bahnnetze 76161 Energiebereitstellung und Netzaufbau 76162 Zweispannungs-Energieversorgung 79163 Vergleich der Einspannungs- und Zweispannungs-Energieversorgung 80164 Strecke MadridndashSevilla Versorgung mit AC 25 kV 50Hz 81
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
14 Inhaltsverzeichnis
1641 Beschreibung der Anlage 811642 Beschreibung der elektrischen Auslegung 821643 Unterwerke 831644 Fernsteuerung 84
165 Strecke HSL Zuid Versorgung mit 2 AC 5025 kV 50Hz 851651 Beschreibung der Anlage 851652 Unterwerke und Autotransformatorstationen 85
17 Literatur 88
2 Anforderungen und Vorgaben 9320 Symbole und deren Bedeutung 9321 Allgemeine Anforderungen 94211 Einfuumlhrung 94212 Mechanische Anforderungen 95213 Elektrische Anforderungen 96214 Umgebungsbedingte Anforderungen 97215 Anforderungen aus der Interoperabilitaumlt 97216 Wirtschaftliche Anforderungen 99
22 Bahnbautechnische und betriebliche Vorgaben 100221 Einfuumlhrung 100222 Betriebliche Anforderungen 1002221 Fernverkehr uumlber lange Strecken 1002222 Nahverkehr 102
223 Anforderungen aus dem Gleisabstand 1032231 Fernverkehr 1032232 Nah- und Regionalverkehr 104
224 Anforderungen aus Gleisquer- und -laumlngsneigungen 1042241 Fernverkehr 1042242 Nahverkehr 104
225 Anforderungen aus den Lichtraumprofilen 1062251 Lichtraumprofil nach EBO fuumlr Fernverkehrsstrecken 1062252 Lichtraumprofil nach TSI Energie fuumlr Fernverkehrsstrecken 1072253 Nahverkehr 113
23 Vorgaben durch die Stromabnehmer 114231 Auslegung und Funktion 114232 Eigenschaften von Schleifstuumlcken 120233 Kontakte zwischen Stromabnehmer und Oberleitung 1222331 Statische Kontaktkraft 1222332 Aerodynamische Kontaktkraft 1232333 Fahrdynamische Kontaktkraft 124
24 Klimatische Bedingungen 124241 Temperaturen 124242 Windgeschwindigkeiten und Windlasten 1252421 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit und der Standsicherheit 125
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Inhaltsverzeichnis 15
2422 Basis- und Boumlenwindgeschwindigkeit 1272423 Wiederkehrdauer von Windgeschwindigkeiten 1282424 Windzonenkarte 1292425 Basisstaudruck 1302426 Houmlhenabhaumlngiger Bemessungsstaudruck 1302427 Windlast auf Leiter 1312428 Windgeschwindigkeit und Staudruck einschlaumlgiger Normen 131
243 Schnee- und Eislasten 132244 Atmosphaumlrilien 134245 Blitzuumlberspannungen 134
25 Vorgaben fuumlr Zuverlaumlssigkeit und Sicherheit 136251 Regeln und Normen 136252 Beanspruchung und Beanspruchbarkeit 136253 Gefaumlhrdungen infolge des Stromes 136254 Isolationskoordination 137255 Schutz gegen elektrischen Schlag 1392551 Allgemeiner Schutz gegen elektrischen Schlag 1392552 Schutz gegen elektrischen Schlag durch direktes Beruumlhren 1392553 Schutz gegen elektrischen Schlag durch indirektes Beruumlhren 1412554 Schutz gegen elektrischen Schlag durch das Schienenpotenzial 141
26 Umweltvertraumlglichkeit 142261 Allgemeines 142262 Schadstoffemmision 143263 Landschaftsverbrauch 143264 Natur- und Vogelschutz 143265 Aumlsthetik 143266 Elektrische und magnetische Felder 144
27 Literatur 145
3 Fahrleitungsbauweisen und -arten 14930 Symbole und deren Bedeutung 14931 Historische Entwicklung der Fahrleitungen 149311 Allgemeines 149312 Fernbahnen 154313 Oberleitungen fuumlr Straszligenbahnen 159314 Oberleitungen fuumlr gleislose Fahrzeuge 160315 Stromschienen fuumlr Stadtbahnen und Metros 162
32 Begriffe 16333 Oberleitungen 167331 Aufbau und Eigenschaften 167332 Einfachoberleitungen 1693321 Eigenschaften 1693322 Einpunktaufhaumlngung mit fest abgespanntem Fahrdraht 1703323 Pendelaufhaumlngung mit oder ohne selbsttaumltige Nachspannung 170
16 Inhaltsverzeichnis
3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
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651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
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3324 Gleitende Aufhaumlngung 1713325 Elastische Stuumltzpunkte 1713326 Einfachoberleitung mit Beilseilaufhaumlngung 172
333 Hochkettenoberleitungen 1723331 Ausfuumlhrungsarten 1723332 Kettenwerk mit Haumlngern am Stuumltzpunkt 1733333 Kettenwerk mit versetzten Stuumltzpunkthaumlngern 1733334 Kettenwerk mit Y-Beiseil 1743335 Kettenwerk mit windschiefer Anordnung 1753336 Kettenwerk mit elastischen Haumlngerelementen 1763337 Kettenwerk mit Hilfstragseilen als Verbundoberleitung 177
334 Flachkettenoberleitungen 177335 Wahl der Bauweise Gestaltung und Kennwerte 1783351 Grundlagen 1783352 Leiterquerschnitte und Zugkraumlfte 1793353 Spannweitenlaumlnge 1793354 Systemhoumlhe 1803355 Kettenwerke im Tunnel 1813356 Vordurchhang 1813357 Y-Beiseil 1823358 Nachspannlaumlnge 1823359 Festpunkte 18333510 Nachspannung 18633511 Feste Endverankerungen 18733512 Nicht isolierende und isolierende Uumlberlappungen 18733513 Elektrische Trennungen und Trenneinrichtungen 18933514 Elektrische Verbindungen 18933515 Schutzstrecken und Phasentrennstellen 189
34 Stromschienenoberleitung 19235 Dritte-Schienen-Anlagen 19336 Bahnenergieleitungen 19537 Literatur 195
4 Berechnungen fuumlr Fahrleitungen 19940 Symbole und deren Bedeutung 19941 Lasten und Belastbarkeiten 205411 Einfuumlhrung 205412 Eigenlasten 205413 Fahrdrahtverschleiszlig 207414 Senkrechte Kraftkomponenten 208
42 Zugspannungen und -kraumlfte in Leitern 209421 Gleichbleibende Zugspannungen und -kraumlfte 209422 Aumlnderung der Zugspannungen und -kraumlfte 2134221 Einzelleiter 213
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Inhaltsverzeichnis 17
4222 Kettenwerke 2184223 Bahnenergieleitungen 222
43 Durchhaumlnge und Zugspannungen 224431 Leiter mit gleich hohen Aufhaumlngungen 224432 Leiter mit ungleich hohen Aufhaumlngungen 227
44 Hochzug am Stuumltzpunkt 22945 Radiale Kraftkomponenten 232451 Allgemeines 232452 Fahrdrahtseitenlage am Stuumltzpunkt in der Gleisgeraden 233453 Gleisbogen 235454 Endverankerungen 237455 Festpunktverankerung 238456 Ruumlckstellkraumlfte 242
46 Fahrzeug- und Lichtraumbegrenzungslinien 24347 Mechanisches und elektrisches Lichtraumprofil 24548 Grenzen der Fahrdrahtseitenlage 245481 Allgemeines 245482 Vorsorgewerte fuumlr die Fahrdrahtseitenlage 247483 Fahrdrahtseitenlage fuumlr nicht interoperable Strecken 247484 Fahrdrahtseitenlage fuumlr interoperable Strecken 2484841 Konventionelle Strecken 2484842 Hochgeschwindigkeitsstrecken 2554843 Horizontale Zuschlaumlge 261
49 Fahrdrahtauslenkung unter Wind 262491 Windlasten auf Leiter 262492 Auslenkung in der Geraden 266493 Fahrdrahtseitenlage und Windabtrieb in Gleisboumlgen 2694931 Fahrleitungsseitenlage ohne Wind 2694932 Fahrdrahtlage mit Wind 271
494 Fahrdrahtseitenlage in Uumlbergangsboumlgen 2764941 Fahrdrahtseitenlage ohne Wind 2764942 Fahrdrahtseitenlage mit Wind 279
495 Windabtrieb des Kettenwerks 281410 Fahrdrahtseitenlage und Spannweite 2854101 Anforderungen 2854102 Fahrdrahtseitenlage und Radialkraft am Stuumltzpunkt 286
411 Spannweitenlaumlnge 2904111 Allgemeines 2904112 Einfluumlsse auf die Spannweite 2914113 Zulaumlssige Spannweitenlaumlngen 293
412 Ablauf zum Nachweis der Gebrauchsfaumlhigkeit 299413 Literatur 300
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
18 Inhaltsverzeichnis
5 Stroumlme und Spannungen im Fahrleitungsnetz 30350 Symbole und deren Bedeutung 30351 Elektrische Eigenschaften von Fahrleitungen 307511 Grundlegende Zusammenhaumlnge 307512 Impedanzen 3095121 Komponenten 3095122 Widerstandsbelag 3095123 Induktivitaumlt Reaktanz und Impedanz 3125124 Impedanz der Fahrschienen 3145125 Impedanz der AC-Oberleitungen 3155126 Messung von Oberleitungsimpedanzen 3195127 Berechnete und gemessene Impedanzbelaumlge 323
513 Kapazitaumltsbelag 32452 Spannungen im Fahrleitungsnetz 325521 Grundlegende Anforderungen und Prinzipien 325522 Spannungsfall 3275221 Einfuumlhrung 3275222 Einseitige Speisung 3275223 Zweiseitige Speisung 329
523 Weitere Berechnungsalgorithmen 332524 Mittlere nutzbare Spannung 3345241 Anforderungen und Begriffe 3345242 Berechnung 335
53 Elektrische Traktionslasten 336531 Einfuumlhrung 336532 Zeitgewichtete Belastungsdauerlinie 338533 Bahnen des allgemeinen Verkehrs 340534 Leistungsfaktor 346535 Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbahnen 346536 Zulaumlssige Zugstroumlme 347537 Kurzschlusslasten 348
54 Fahrleitungsschaltungen 352541 Grundlegende Anforderungen 352542 Grundschaltungen 353543 Fahrleitungsschaltungen bei AC-167-Hz-Bahnen 3555431 Entwicklung 3555432 Fahrleitungsschaltungen bei der Deutschen Bahn 3565433 In den Schaltplaumlnen verwendete Bezeichnungen 3585434 Schaltungen europaumlischer 167-Hz-Bahnen 360
55 Eis an Oberleitungen 362551 Eisansaumltze an Oberleitungen 362552 Mechanische Methoden 363553 Chemische Methoden 364554 Elektrische Methoden 364
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Inhaltsverzeichnis 19
555 Kombination mehrerer Enteisungsmethoden 36956 Literatur 370
6 Stromruumlckleitung und Erdung 37560 Symbole und deren Bedeutung 37561 Einfuumlhrung 37762 Begriffe und Definitionen 378621 Einfuumlhrung 378622 Erde 378623 Erder und Erdelektroden 379624 Boden- und Erdungswiderstand 379625 Bauwerkserde Tunnelerde 379626 Schienenpotenzial und Gleis-Erde-Spannung 379627 Beruumlhrungsspannung 380628 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 380629 Ruumlckleitung 3806210 Streustrom 381
63 Auslegungsprinzipien und Anforderungen 382631 Prinzipien bei AC- und DC-Bahnen 382632 Ruumlckleitung von DC-Bahnen 382633 Ruumlckleitung von AC-Bahnen 383634 Personenschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 383635 Zulaumlssige Beruumlhrungsspannungen 3866351 Anforderungen 3866352 Koumlrperstrom Koumlrperspannung und Beruumlhrungsspannung 3866353 Messungen der Beruumlhrungsspannungen 389
636 Beeinflussung 389637 Streustromkorrosion 390638 Messungen zur Ruumlckleitungsauslegung 390
64 Ruumlckstroumlme und Schienenpotenzial 391641 Spezifischer Bodenwiderstand und Leitfaumlhigkeit 391642 Erder in der Naumlhe von Bahnen 3926421 Erdungswiderstand von Erdern und Masterdungen 3926422 Wirksamer Ableitbelag zwischen Gleisen und Erde 395
643 Gleis-Erde-Schleife 3986431 Allgemeines 3986432 Gleis-Erde-Schleife bei DC-Stromversorgungsanlagen 3986433 Gleis-Erde-Schleife bei AC-Bahnen 400
644 Schienenpotenziale 4066441 AC-Energieversorgungen 4066442 DC-Versorgungsanlagen 4076443 Schienenpotenzial im Betrieb 4086444 Gleis-Erde-Spannungen im Kurzschlussfall 410
65 DC-Stromversorgungsanlagen 411
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
20 Inhaltsverzeichnis
651 Grundlagen 411652 Personensicherheit 412653 Streustromschutz 4146531 Elektro-chemische Korrosion 4146532 Spannungs- und Stromverteilung 4156533 Einfluss der Polaritaumlt 4176534 Vorgaben zum Schutz gegen Streustromwirkungen 4186535 Maszlignahmen an beeinflussten Bauwerken 4196536 Messungen und Pruumlfungen 4236537 Der Einfluss des Streustroms auf metallene Anlagen 4246538 Streustromsammelnetze 425
654 Gestaltung im Hinblick auf Ruumlckleitung und Erdung 4276541 Grundlegende Empfehlungen 4276542 Bahneigene Erdungsanlagen 4276543 Drehstromenergieversorgung 4286544 Traktionsunterwerke 4286545 Offene ebenerdige Streckenabschnitte 4296546 Bahnhoumlfe fuumlr den Personenverkehr 4306547 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4306548 Depot- und Werkstattbereiche 4306549 Tunnel 43265410 Blitzschutz 43465411 Erdung bahnfremder Anlagen 43465412 Durchfuumlhrung von Elektrifizierung 43565413 Messungen fuumlr Nachweise 435
655 Erdung und Ruumlckleitung bei der LRT-Anlage Ankaray 4366551 Messungen des Erdausbreitungswiderstandes 4366552 Messung der Schienenpotenziale 4366553 Messung der Schienenisolierung 4366554 Messung des Potenzials zwischen Bauwerks- und Bezugserde 4366555 Spannungsbegrenzungseinrichtungen in den Bahnhoumlfen 437
656 Instandhaltung 437657 Schlussfolgerungen fuumlr Ruumlckleitung und Erdung in DC-Anlagen 438
66 AC-Stromversorgungsanlagen 438661 Grundlagen 438662 Personensicherheit 440663 Ruumlckleitung 4426631 Ruumlckleitung durch Schienen und in der Erde verlegte Leiter 4426632 Ruumlckleiter 4426633 Autotransformatoren 4446634 Boostertransformatoren 445
664 Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung 4476641 Grundlegende Empfehlungen 4476642 Unterwerke und Bahnhoumlfe 447
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
Inhaltsverzeichnis 21
6643 Freie Strecken zur ebenen Erde 4496644 Tunnelabschnitte 4496645 Viadukte 4516646 Depots und Werkstattbereiche 4516647 Signal- und Telekommunikationsanlagen 4516648 Bahnfremde Erdungsanlagen 4526649 Blitzschutz 45366410 Abstimmung mit Baumaszlignahmen 45466411 Nachweise fuumlr die Erdung und Pruumlfungen durch Messungen 45466412 Verringerung der Gefahren durch Beruumlhrungsspannungen 455
665 Erdung und Vermaschung in Anlagen der DB 4566651 Ausfuumlhrung der Ruumlckleitung 4566652 Gleise mit nicht isolierten Schienen 4576653 Gleise mit einschieniger Isolierung 4586654 Gleise mit zweischieniger Isolierung 4586655 Gleise mit Tonfrequenzgleisstromkreisen 4596656 Anforderungen an die Gleis- und Schienenverbinder 4606657 Vermaschung zwischen der Ruumlckleitung und den Stahlbewehrungen
von Betonbauwerken und Schallschutzwaumlnden 460666 Erdung und Vermaschung der Hochgeschwindigkeitsstrecke Madridndash
Sevilla 461667 Schlussfolgerungen fuumlr die Gestaltung der Ruumlckleitung und Erdung
bei AC-Anlagen 46467 Parallelbetrieb von AC- und DC-Bahnen 465671 Einfuumlhrung 465672 Bereiche der gegenseitigen Beeinflussung 466673 Grenzwerte fuumlr Beruumlhrungsspannungen 466674 Technische Anforderungen 466
68 Oberleitungs- und Stromabnehmerbereich 468681 Definition 468682 Schutzmaszlignahmen 468
69 Literatur 469
7 Thermische Bemessung 47370 Symbole und deren Bedeutung 47371 Stromtragfaumlhigkeit 475711 Einfuumlhrung 475712 Einfachleiter 4757121 Grundlegende Beziehungen 4757122 Lang anhaltende Betriebslasten 4767123 Kurzschlussstromtragfaumlhigkeit 4837124 Veraumlnderliche Betriebslasten 4877125 Stromschienen 489
713 Kettenwerke 491
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
22 Inhaltsverzeichnis
714 Berechnungen fuumlr thermische Auslegungen 4947141 Ausgangsalternativen 4947142 Auslegung nach dem houmlchsten Strom 4947143 Vergleich von Belastungs- und Tragfaumlhigkeitskennlinien 495
72 Leitertemperatur und Fahrdrahteigenschaften 498721 Einfuumlhrung 498722 Eigenschaften der Fahrdrahtwerkstoffe 500723 Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit 501724 Einfluss der Erwaumlrmungsdauer auf die Zugfestigkeit 503725 Fahrdrahterwaumlrmung an Stellen erhoumlhten Verschleiszliges 504726 Schnittstelle zwischen Fahrdraht und Schleifstuumlck 506
73 Literatur 509
8 Beeinflussung 51180 Symbole und deren Bedeutung 51181 Einfuumlhrung 51282 Beeinflussung durch die elektrische Traktion 51383 Kopplungsmechanismen 514831 Allgemeines 514832 Galvanische Beeinflussung 515833 Induktive Beeinflussung 5168331 Induktive Beeinflussung bei Betriebsfrequenz 5168332 Induktive Beeinflussung infolge von Oberschwingungen 521
834 Kapazitive Beeinflussung 52584 Elektrische und magnetische Felder im Fahrleitungsbereich 527841 Grundlagen 527842 Wirkungen von Feldern auf Menschen 528843 Auswirkungen der Felder auf technische Geraumlte 5308431 Allgemeine Auswirkungen 5308432 Herzschrittmacher 5318433 Technische Anlagen 5318434 Elektrische Bahnen als Quelle von Funkstoumlrpegeln 532
85 Schlussfolgerungen 53386 Literatur 534
9 Fahrleitungsschutz und Fehlerortung 53790 Symbole und deren Bedeutung 53791 Fahrleitungsschutz 537911 Aufgaben Anforderungen Wirkungsweise 537912 Ausfuumlhrung und Komponenten 5409121 Uumlberblick 5409122 Hochstrom- und Uumlberstromzeitschutzstufen 5429123 Distanzschutz 5429124 Anfahrstromschutz 543
