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27.06.07Verfasser: Marcus Golle1 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik bei der Deutschen Bahn AG.

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Präsentation zum Thema: "27.06.07Verfasser: Marcus Golle1 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik bei der Deutschen Bahn AG."—  Präsentation transkript:

1 Verfasser: Marcus Golle1 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik bei der Deutschen Bahn AG

2 Verfasser: Marcus Golle2 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Blitzschlag löste Transformatorbrand aus. Bahnverkehr in der Westschweiz lahmgelegt Ein Blitz ist in eine Weiche in Vémars eingeschlagen. Sieben Hochgeschwindigkeitszüge konnten nicht fahren Störung durch Blitzeinschlag in Solingen-Ohligs. Züge aus Richtung Wuppertaler und Köln kamen gar nicht oder mit großer Verspätung Blitzschlag ließ die Oberleitung schmelzen. Blitze schlugen auch in ein Stellwerk am Düsseldorfer Hauptbahnhof ein.

3 Verfasser: Marcus Golle3 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik In Thüringen sorgten Blitzeinschläge in die Stellwerkstechnik dafür, dass auf der Bahnstrecke zwischen Erfurt und Eisenach über Stunden lang gar nichts mehr ging Auf der ICE-Strecke zwischen Hannover und Hamburg kam es zu Verspätungen, nachdem ein Blitz die Signaltechnik nahe der Stadt Celle lahm gelegt hat. 26. Mai 2007 Ein Blitzeinschlag in Signalanlagen der Deutschen Bahn löste ein Chaos auf dem Hauptbahnhof Hannover aus.

4 Verfasser: Marcus Golle4 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Daten und Fakten: km Schienennetz Ca Gebäude 5730Personenbahnhöfe 73352Weichen und Kreuzungen

5 Verfasser: Marcus Golle5 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Kennwerte von Blitzen: Stromstärke: Spitzenwerte von I = 200kA Üblicherweise I = 20-60kA Zeitlicher Verlauf: Ansteigen von wenigen µs Abklingen von einigen 100µs Dadurch können Ströme von einigen 1000V Induziert werden.

6 Verfasser: Marcus Golle6 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik In der DDR ist man von einem Blitzeinschlag je 100 Schienenkilometer und Jahr ausgegangen. Das wären heute ca. 1 Blitzeinschlag pro Tag auf das Deutsche Schienennetz. Blitzeinschlagwahrscheinlichkeit: Wird Berechnet aus dem Keraunischen Pegel und der Formel: N g = 0,04/km² *T d 1,25 Für Wuppertal ca. 2,5 (Blitze/km²)*a

7 Verfasser: Marcus Golle7 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Schienenverkehr Straßenbahnen Eisenbahnen Private Netzbetreiber Deutsche Bahn AG Fahrzeuge Stationäre Einrichtungen Gebäude

8 Verfasser: Marcus Golle8 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Gebäudesicherung DIN VDE 0185 schreibt vor, dass die notwendige Schutzklasse einer Blitzschutzanlage durch eine Risikobewertung ausgewählt werden muss. Bahnanlagen sind jedoch vom Anwendungsbereich der DIN VDE 0185 ausgenommen. Aus wirtschaftlichem Aspekt bedient man sich jedoch dieser Norm und setzt für alle Gebäude die Schutzklasse III an. Eine Ausnahme stellt nur das ESTW dar.

9 Verfasser: Marcus Golle9 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Tabelle: Werte der Wahrscheinlichkeit P B in Abhängigkeit von den Schutzmaßnahmen zur Verringerung physikalischer Schäden Eigenschaft der Baulichen AnlageBlitzschutzklassen PBPB Bauliche Anlage ist nicht durch LPS geschützt-1 Bauliche Anlage ist durch LPS geschützt IV0,2 III0,1 II0,05 I0,02 Gebäudesicherung

10 Verfasser: Marcus Golle10 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Gebäudesicherung Äußerer Blitzschutz Soll verhindern, dass größere Blitzströme in das Gebäudeinnere und in die Daten- u. Energieleitungen fließen. Wesentliche Bestandteile sind: Fangeinrichtungen Ableitungen Erdungsanlage Bahnerde, wegen hohem Stoßerdungswiderstands u. Längsinduktivität als Blitzschutzerde nicht geeignet (für PA).

11 Verfasser: Marcus Golle11 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Gebäudesicherung Innerer Blitzschutz Notwendig, da die Maßnahmen des Äußeren Blitzschutz signaltechnische Anlagen mit elektronischen Komponenten nicht hinreichend schützen. Standardmaßnamen: Optionale Maßnahmen: Blitzschutzpotenzialausgleich Kabelschirmung Potenzialtrennung Schutzschaltungen

12 Verfasser: Marcus Golle12 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Gebäudesicherung Einschub: Potenzialausgleich In Stellwerksräumen wird ein Potenzialausgleich gefordert. Dieser hat u.a. folgende Aufgaben: Verbessern des Schutzes gegen Blitzeinwirkung Sichern des Personenschutz Herstellen der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) Unterdrücken von hochfrequenten Störfeldern Ausgleich von kurzfristigen Potenzialdifferenzen Reduzierung der Einwirkungsmöglichkeiten von Überspannungen

13 Verfasser: Marcus Golle13 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Gebäudesicherung An dieser Stelle muss ausdrücklich darauf hingewiesen werden, dass die DB damit nicht nur eine Sicherung gegen Blitzeinschläge betreibt. Mit dieser Maßnahme werden auch Gefahren, die durch gerissene Oberleitungen (z.B im Umfeld eines Bahnhofes) hervorgerufen werden können, abgedeckt.

14 Verfasser: Marcus Golle14 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Schienenverkehr Straßenbahnen Eisenbahnen Private Netzbetreiber Deutsche Bahn AG Fahrzeuge Stationäre Einrichtungen GebäudeLST

15 Verfasser: Marcus Golle15 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Blitzeinschläge in: Signalanlagen Weichen Oberleitung, Leitungen Transformatoren / Umspannwerk Stellwerktechnik Funktionslos Abriss, Induktion Kurzschluss Überwachungs- u. Steuerfunktion eingeschränkt Mögliche Störung: LST

16 Verfasser: Marcus Golle16 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik LST Aufstellung von Außenkomponenten Bei Direkteinschlag muss mit Zerstörung gerechnet werden. Schaden ist nur begrenzt, daher tolerierbar. Schutz durch Anordnung der Außenanlage oder Stanortwahl. Eine spezielle äußere Blitzfangeinrichtung wird als unwirtschaftlich angesehen.

17 Verfasser: Marcus Golle17 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik LST Um die Blitzeinschlagwahrscheinlichkeit weiter zu senken bedient man sich topographischer Gegebenheiten wie: Hohe Gebäude Tunnel Waldgebiete Oberleitungen (Abstand)

18 Verfasser: Marcus Golle18 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik LST Übergang Außenanlage – Stellwerkgebäude Einleitung von Fehlströmen unter Umgehung des Äußeren Blitzschutzes, durch - Stromversorgung - Signaltechnische Verkabelung - Datenverkabelung In Stellwerksgebäuden wird daher ein umfassender Überspannungsschutz gefordert.

19 Verfasser: Marcus Golle19 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik LST Einschub: Überspannungsschutz Ziel: Überspannungen mittels des PA auf Erde abzuleiten Im Hochspannungsbereich werden Thyrister verwendet, die bei Spannungsspitzen einen Kurzschluss Induzieren. Im Niederspannungsbereich werden hauptsächlich Zenerdioden eingesetzt, die ab einem Wert x Stromdurchlässig werden und die Überspannung gegen Erde ableiten. In selten fällen werden auch Schmelzsicherungen eingesetzt.

20 Verfasser: Marcus Golle20 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik LST Fazit: Erst wenn die Stellwerkselemente eine höhere Spannungsfestigkeit besitzen als der Schutzpegel der Schutzschaltungen, kann ein Schutz der Stellwerkselemente erreicht werden.

21 Verfasser: Marcus Golle21 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Schienenverkehr Straßenbahnen Eisenbahnen Private Netzbetreiber Deutsche Bahn AG Fahrzeuge Stationäre Einrichtungen GebäudeLSTDatenleitungen

22 Verfasser: Marcus Golle22 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Datenleitungen Schutzbausteine für Datennetze Datenleitungen sollten geschirmt sein und EMV-gerecht mit dem PA verbunden sein. Bei Langen Leitungsstrecken ist eine PA- Trennung unbedingt vorzunehmen um ein ungewolltes Anheben des Potenzials vorzubeugen.

23 Verfasser: Marcus Golle23 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel ESTW München HBF

24 Verfasser: Marcus Golle24 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel E = 1 - A 1 = Bauart der Wände (Mauerwerk = 0,5) A 2 = Dachkonstruktion (Stahlbeton = 2) A 3 = Dachdeckung (Kiespressdach = 0,5) A 4 = Dachaufbauten (Elektrogeräte = 0,2) B = Einflussfaktoren Nutzung / Inhalt (const. = 0,08) C = Einflussfaktoren der Folgeschäden ( const. = 0,01) C 4 = Streckennutzung (Besonders stark belastete Strecken des Fernverkehrs = 0,01)

25 Verfasser: Marcus Golle25 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel E = 1 - l = Länge (ca.18m) b = Breite (ca. 7,5m) h = Höhe (ca. 22m) } des Gebäudes T d = Anzahl der Gewittertage je Jahr aus den isokeraunischen Pegeln (München = 30-35) C e = Relative Lage der Baulichen Anlage (Umgeben von kleineren Gebäuden = 0,5)

26 Verfasser: Marcus Golle26 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel E = 1 - E > 0,95 Äußerer Blitzschutz der Schutzklasse I 0 < E < 0,95 Äußerer Blitzschutz der Schutzklasse II E < 0 Kein Blitzschutz erforderlich Anmerkung: Wegen der Bedeutung von elektronischen Stellwerken sollen die Blitzschutzklassen III +IV nicht angewendet werden.

27 Verfasser: Marcus Golle27 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel Entscheidungskriterium für zusätzlichen Überspannungsschutz OZ = S * U * N g *10 6 OZ = Orientierungszahl für weitere Bewertungen S = Streckenbedeutungsfaktor (Besonders Stark belastete Strecke = 3) U = Umgebungsfaktor (Große Bahnanlage min. 6 parallel Gleisen = 1) N g = Wahrscheinliche Blitzeinschlagdicht je Quadratmeter (München = 3,1*10 -6 ) OZ > 7,5 Zusätzlicher Überspannungsschutz sollte installiert werden OZ < 7,5 Keine Empfehlung für zusätzlichen Überspannungsschutz = 9,3

28 Verfasser: Marcus Golle28 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel Fazit: Für das ESTW München HBF, Wird eine Blitzschutzanlage der Schutzklasse I gefordert Eine Empfehlung für zusätzlichen Überspannungsschutz gegeben

29 Verfasser: Marcus Golle29 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Danke für die Aufmerksamkeit!


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