Titel: Kompensierung des Spannungsabfalles in Eisenbahnschienen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1904, Band 319/Miszelle 2 (S. 446–447)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj319/mi319mi28_2

Kompensierung des Spannungsabfalles in Eisenbahnschienen.

In einem vor kurzem in der E. T. Z. veröffentlichten Aufsatz berichtet Dr. Behn-Eschenburg über die Versuche, welche zur Feststellung des Spannungsabfalles in Eisenbahnschienen beim Betriebe mit Wechselstrom durchgeführt worden sind. Der Spannungsabfall in Eisenbahnschienen spielt in der Praxis der Telephon- und Telegraphenbetriebe eine wichtige Rolle. Da diese Schwachstromanlagen in der Regel die Erde als Rückleiter benutzen, so liegen sie zu der (geerdeten) Schienenleitung parallel. Je nach dem Spannungsunterschied an den Endpunkten der Schwachstromleitung, d.h. je nach dem Spannungsabfall in den Schienen wird ein gewisser Bruchteil des Arbeitstromes der Bahnanlage seinen Weg nach der Zentrale durch die Telephon- und Telegraphenleitung nehmen. Die Folgen sind: Ansprechen der Relais der Telegraphenämter, oder der Signalglocken der Telephonapparate und Summen in den Hörröhren der Fernsprecher. Das störende Geräusch in den Hörröhren der Fernsprecher nimmt mit der Periodenzahl des Wechselstromes oder der Zahl der periodischen Stromschwankungen in der Sekunde (beim Gleichstrombetrieb) zu und erreicht bei einer Frequenz von etwa 400 /sek. sein Maximum. Von dieser Grössenordnung ist die Frequenz der kleinen Spannungsschwankungen der Gleichstromgeneratoren, die durch den Kommutierungsvorgang verursacht sind. Beim Betriebe mit Wechselstrom sind es die höheren harmonischen Pulsationen, die den Telephonbetrieb ungünstig beeinflussen. Aus diesem Grunde kann die Erniedrigung der bei dem Bahnbetrieb üblichen Frequenz (20 bis 30 /sek.) allein das Uebel nicht abschaffen, ganz abgesehen davon, dass die in den Schwachstromanlagen gebräuchlichen Relais und Signalapparate gerade gegen die Stromschwankungen niedriger Frequenz sehr empfindlich sind. Nur durch die tunlichste Erniedrigung oder Kompensierung des Spannungsabfalles in den Schienen kann man die Beeinflussung der Schwachstrombetriebe beheben.

Der Gleichstromwiderstand einer 7 Meter langen Eisenbahnschiene von 45 qcm Querschnitt beträgt etwa 0,000218 Ohm. Dieser wächst infolge des Sinkeffektes beim Betrieb mit Wechselstrom von 500 /sek. auf das 65 - fache, bei einer Frequenz von 1960 /sek. auf das 187-fache. Der Widerstand einer 1 km langen Strecke ist danach, wenn die beiden Schienen parallel geschaltet sind, bei 500 /sek. gleich etwa 100 Ohm. Bei 25 /sek. bis 50 /sek. ist die Zunahme des Widerstandes |447| nicht so gross. Immerhin ist bei 50 /sek. der Widerstand eines Eisenstabes von 30 mm Durchmesser 20 Mal so gross, wie bei Gleichstrom. Zu dem Widerstände der Schienen selbst kommt noch der Widerstand der Verbindungsstellen, Schienenstösse, der, wenn die Verbindung alt ist und sich im Betriebe gelockert hat, den Widerstand der Schienen selbst nicht selten übersteigt. Bei Wechselstrom kommt zu dem ohmschen Spannungsabfall noch der induktive hinzu, der von der gegenseitigen induktiven Beeinflussung der Schienen und der Oberleitung herrührt. Um die Grössenordnung des Spannungsabfalles in der Schienenleitung zu bestimmen, sind von der Maschinenfabrik Oerlikon Messungen an einer Versuchsgleisanlage ausgeführt worden. Die Gleisanlage war 400 m lang und bestand aus 6,5 m langen Schienen von 37 qcm Querschnitt. Die Oberleitung (aus Kupferdraht von 8 mm Durchmesser) war von den Schienen um etwa 4 Meter entfernt. Die beiden Schienen waren parallel geschaltet und die Schienenstösse durch 10 mm starke Kupferdrähte von 1 Meter Länge überbrückt. Aus einer langen Versuchsreihe ergab sich der Spannungsabfall bei 100 Ampére und 25 /sek. gleich etwa 35 Volt für den Kilometer Entfernung, bei 50 /sek. gleich etwa 58 Volt (Bei Gleichstrom 20 Volt).

Textabbildung Bd. 319, S. 447

Um den Spannungsabfall in den Schienen tunlichst zu kompensieren, schlägt die Maschinenfabrik Oerlikon folgende Anordnung vor. Parallel zu den Schienen 5 und der Oberleitung O (Fig. 1) wird eine starke Hilfsleitung L gezogen, die an einzelnen Stellen mit den Schienen leitend verbunden ist und diese jn mehrere Einzelstrecken teilt. In einzelnen Strecken dieser Hilfsleitung sind nun sekundäre Wicklungen W2 eines Transformators geschaltet, dessen Primärspulen W1 von dem Strom der Oberleitung durchflössen sind. Diese Transformatoren sind so berechnet, dass sie sekundär eine elektromotorische Kraft erzeugen, die gleich dem Spannungsabfalle in der Strecke der Hilfsleitung ist. Dadurch wird erreicht, dass der Strom nur auf derjenigen Strecke die Schienen durchfliesst, auf der sich gerade der Wagen befindet, in allen übrigen aber seinen Wegdurch die Hilfsleitung L nimmt. Dies lässt sich leicht wie folgt erweisen. In der Strecke a b der Hilfsleitung L erzeugt der Transformator eine Spannungsdifferenz V. Wird a b nicht vom Strom durchflössen, so ist in a das Potential höher als in b und in dem Stromkreise ab c d wird ein Strom erzeugt, der in der Schienenstrecke c d die Richtung von c nach d hat und sich dem Arbeitsstrom entgegensetzt. Fliesst aber der gesamte Rückstrom durch L, so ist der ohmsche Spannungsabfall im a b gleich V und die beiden Punkte a und b befinden sich auf gleichem Potential.

Die Schiene wird stromlos. Der Spannungsabfall in den Schienen wird durch diese Anordnung nahezu vollständig ausgeglichen, derjenige in der Oberleitung dementsprechend um den Spannungsabfall in den Primärspulen der Transformatoren T erhöht. Der gesamte Spannungsabfall wird so von der Oberleitung allein übernommen. Die Schwachstromanlagen sind dadurch vor den Abzweigströmen geschützt.

Gegenüber einer Anlage mit besonders verlegter Rückleitung hat die beschriebene Einrichtung den Vorzug, dass durch sie die Anordnung des zweiten Stromabnehmers entbehrlich wird, da die Räder als ein Stromabnehmer wirken.

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