Bahnstromleitung

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Dieser Artikel handelt von den Hochspannungsleitungen für Bahnstrom. Für die direkte Versorgung entlang der Schienenwege siehe Oberleitung und Stromschiene.
Deutsche Bahnstromleitung bei Bartholomä
Österreichische Bahnstromleitung bei Breitenfurt
Schweizerische Bahnstromleitung bei Rapperswil-Jona

Eine Bahnstromleitung ist eine Hochspannungsleitung zur Stromversorgung elektrifizierter Eisenbahnen. Bahnstromleitungen versorgen die Unterwerke, die ihrerseits über den Fahrdraht an der Bahnstrecke die Triebfahrzeuge speisen (Speiseleitung).

Äußerlich sind Bahnstromleitungen meist daran zu erkennen, dass sie 2 oder 4, in seltenen Fällen auch 8 Leiterseile tragen. Das Bahnstromnetz ist weitgehend unabhängig vom Drehstromnetz ausgeführt, das der allgemeinen Stromversorgung dient und dessen Leitungen meist aus 3 oder 6 Leiterseilen bestehen.

Die Bahnstromnetze Deutschlands, Österreichs und der Schweiz sind miteinander verbunden, zum Beispiel über die Bahnstromleitung Muttenz–Haltingen.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die erste Bahnstromleitung entstand 1905 beim Bau des Wasserkraftwerks Kammerl, das die Ammergaubahn als erste Eisenbahnstrecke in Deutschland mit elektrischer Energie versorgte. Sie wurde zunächst mit einer Spannung von 5,5 kV und einer Frequenz von 15 Hz betrieben und erst 1953 auf den üblichen Bahnstrom umgestellt.

1912 wurde im sogenannten Übereinkommen betreffend die Ausführung elektrischer Zugförderung zwischen den preußisch-hessischen, badischen und bayerischen Staatsbahnen die Spannung des Fahrdrahtes einheitlich auf 15 kV bei einer Frequenz von 16⅔ Hz bestimmt (ein Drittel der üblichen Netzstromfrequenz von 50 Hz). Damit war der Grundstein für ein eigenständiges Bahnstromnetz in Deutschland, Österreich und der Schweiz gelegt.[1] Ein Jahr später, 1913, ging das Saalachkraftwerk Bad Reichenhall in Betrieb und speiste Strom in die nahegelegene Bahnstrecke Freilassing–Berchtesgaden ein.

Die ersten 110 kV-Bahnstromleitungen in Deutschland entstanden in den 1920er Jahren im Zuge des sogenannten Elektrifizierungsprogammes der Deutschen Reichsbahn, bei dem ca. 800 km Bahnstrecke im Großraum München erstmals im großen Stil auf elektrischen Betrieb umgestellt wurden. Zur Bereitstellung der elektrischen Energie wurden die Wasserkraftwerke Aufkirchen, Eitting, Pfrombach und Walchensee 1924 in Betrieb genommen und durch eigene 110 kV-Hochspannungsleitungen mit den Unterwerken der Bahnstrecken verbunden. Dabei handelte es sich um die Leitungsverbindungen Walchenseekraftwerk–Pasing, Pasing–Augsburg, Pasing–Landshut, Aufkirchen–Eitting–Pfrombach–Landshut und Walchenseekraftwerk–Holzkirchen–Rosenheim–Traunstein. Österreich wurde durch die Fortsetzung der Bahnstromleitung von Traunstein nach Steindorf an das Leitungsnetz angeschlossen.

Im Jahr 1927 wurde das Saalachkraftwerk in Bad Reichenhall über eine einkreisige 110 kV-Leitungsverbindung an die Leitung Traunstein–Steindorf angebunden und eine Leitung von Landshut nach Regensburg-Burgweinting errichtet.

Bis 1933 reichte das Netz der Bahnstromleitungen von Augsburg über Neu-Ulm, Amstetten und Plochingen bis nach Stuttgart, wo das Kraftwerk Stuttgart-Münster ebenfalls Bahnstrom erzeugte.

1939 wurde das erste Bahnstromumformerwerk in Nürnberg fertiggestellt und eine Bahnstromleitung von Grönhart über Nürnberg, Zapfendorf und Steinbach am Wald nach Saalfeld errichtet. Eine andere neue Leitung verlief von Landshut nach Vohburg. Weiterhin führte vom Walchenseekraftwerk nach Zirl eine zweite Leitung nach Österreich, um den Verbundbetrieb zwischen den Netzen zu ermöglichen.[2]

Erst nach dem Zweiten Weltkrieg, in den 1950er und 1960er Jahren, wurde das (west-)deutsche Netz an Bahnstromleitungen erheblich ausgebaut, da nun immer mehr Bahnstrecken in Richtung Norden auf elektrischen Betrieb umgerüstet wurden. Auch im Süden der DDR wurde ein Netz an Bahnstromleitungen unterhalten.[3]

Nach der Wiedervereinigung 1990 wurden beide deutsche Netze wieder miteinander verbunden. So wurde am 14. März 1995 die Leitung LehrteHeeren in Betrieb genommen und somit erstmals wieder eine Verbindung zwischen beiden Bahnstromnetzen hergestellt. Eine zweite Leitung ging am 29. Februar 1996 zwischen Bebra und Weimar in Betrieb, die weitgehend parallel der A 4 verläuft. Am 23. Juni 2001 wurde die dritte Verbindungsleitung zwischen Weimar und Saalfeld fertiggestellt.[4]

Anfang der 2000er Jahre wurden sämtliche aus den 1920er und 1930er Jahren stammende Bahnstromleitungen in Süddeutschland erneuert, wobei die alten Mastgestänge durch Neukonstruktionen auf gleicher Trasse ersetzt wurden. Da diese Leitungen ursprünglich nur für eine Betriebstemperatur von +40 °C ausgelegt waren und daher sowohl ein aus heutiger Sicht als zu niedrig gesehener Mindestabstand zum Boden eingehalten als auch ein zu niedriger Belastungsgrenzwert gewählt wurde, musste an einigen Stellen, etwa in Germering, eine komplett neue Trasse gebaut werden.[5]

Für die zahlreichen in Betrieb gegangenen Neubaustrecken der Deutschen Bahn wurden teils eigene Bahnstromleitungen neu gebaut, so etwa für die Schnellfahrstrecke Köln–Rhein/Main oder die Neubaustrecke Erfurt–Leipzig/Halle.

Ein einziger Rückbau ist derzeit bekannt: Die Bahnstromverbindung von Holzkirchen nach Rosenheim wurde zunächst nur noch einkreisig betrieben und im Sommer 2004 komplett demontiert.

Das deutsche Netz an Bahnstromleitungen hat (Stand Februar 2016) eine Länge von insgesamt 7754 km.[6]

Betriebsweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Bahnstrom

Die gebräuchlichsten Betriebsspannungen liegen in Deutschland und Österreich bei 110 kV, in der Schweiz 66 kV oder 132 kV. Im Gebiet von Wien werden einige Bahnstromleitungen mit 55 kV betrieben (HütteldorfAuhof, HütteldorfMeidling, MeidlingSimmering, HütteldorfFloridsdorf und FloridsdorfSimmering).[7] Manche Bahnstromleitungen zur Versorgung von Neubaustrecken wurden bereits so bemessen, dass sie in Zukunft auf 220 kV umgestellt werden können.

Bahnstromleitungen werden symmetrisch gegen Erde betrieben: Bei einer üblichen 110-kV-Bahnstromleitung weist jeder der beiden Leiter eine Spannung von 55 kV gegen Erde auf, wobei die Phasenlagen dieser Spannungen um 180° gegeneinander versetzt sind.

Die Frequenz des Bahnstromes wurde 1912 auf 16⅔ Hz festgelegt, ein Drittel der im öffentlichen Stromversorgungsnetz eingesetzten Frequenz von 50 Hz. Es stellte sich jedoch heraus, dass das ganzzahlige Verhältnis in Umrichterwerken, die Drehstrom in Bahnstrom umwandeln, zu nachteiligen Nebenwirkungen führte. Daher wurde die Bahnstromfrequenz 1995 einheitlich auf exakt 16,7 Hz geringfügig angehoben.

Die Erdung des Bahnstromnetzes wird in größeren Unterwerken und in Bahnkraftwerken über Petersenspulen zur Löschung des Erdschlussstroms vorgenommen. Wie bei allen symmetrischen Stromleitungen gibt es auch bei Bahnstromleitungen Verdrillungen.

Freileitungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bahnstromleitung auf Oberleitungsmasten verlegt.

Um die Leitungsführung kurz zu halten und um unnötige Beeinflussungen elektrischer Anlagen im Streckenbereich zu vermeiden, werden Bahnstromleitungen üblicherweise nicht parallel zur Bahnlinie verlegt, obwohl dies technisch möglich ist und insbesondere entlang von S-Bahnstrecken auch gemacht wird.

Die meisten Bahnstromleitungen sind als Freileitung ausgeführt. Kabelstrecken gibt es nur in der Nähe mancher Kraftwerke und Unterwerke sowie in einigen Ballungsgebieten, wie etwa in Basel. Als Masten werden in Deutschland und Österreich meistens Stahlfachwerkmasten eingesetzt, in der Schweiz ist die Verlegung auf Betonmasten verbreitet.

Eine einzelne Bahnstromleitung besitzt zwei Leiter. Eine Leitungstrasse besteht meist aus zwei voneinander unabhängig schaltbaren Leitungen, es sind somit vier Leiterseile verlegt (im Unterschied zu Drehstrom-Leitungen, deren Leiteranzahl immer ein ganzzahliges Vielfaches von Drei beträgt). Die meisten Bahnstromleitungen mit vier Leiterseilen in Deutschland sind in Einebenenanordnung ausgeführt, in Österreich und der Schweiz ist Zweiebenanordnung üblich.

Bei Bahnstromleitungen mit vier Systemen (acht Leiterseile) wird fast immer die Zweiebenenanordnung gewählt, wobei jede der beiden Traversen vier Leiterseile trägt. Die 1985 bis 1990 fertiggestellte Bahnstromleitung Flörsheim–Stuttgart, die zwischen den Unterwerken Flörsheim, Weiterstadt, Mannheim-Rheinau und Vaihingen/Enz zur Zentraleinspeisstelle Zazenhausen verläuft und zur Versorgung der Schnellfahrstrecke Mannheim–Stuttgart dient, verwendet Masten mit drei Ebenen, bei denen die oberen beiden und die unterste Traverse je zwei Systeme aufnehmen. Es gibt auch Bahnstromleitungen mit sechs Systemen (zwölf Leiterseile), die fast immer die Dreiebenenanordnung (vier Leiterseile pro Traverse) ausgeführt sind.

Wie die meisten Freileitungen mit Betriebsspannungen von 110 kV verwenden auch Bahnstromleitungen nur selten Bündelleiter. Lediglich für die Versorgung stark befahrener oder besonders leistungsbedürftiger Strecken, insbesondere der Neubau- und Ausbaustrecken für ICE-Betrieb, werden auch Zweierbündel verwendet. Die Bahnstromleitungen vom Kernkraftwerk Neckarwestheim zum Bahnstromschaltwerk Neckarwestheim und die Bahnstromleitung Neckarwestheim–Zazenhausen sind mit Viererbündeln ausgeführt.

Abgesehen von manchen an Oberleitungsmasten verlegten Abschnitten werden Bahnstromleitungen fast immer mit einem Erdseil ausgestattet, nur bei Verlegung auf Hybridmasten, etwa bei Frankfurt-Rödelheim oder Neckarwestheim, kommen gelegentlich zwei Erdseile zum Einsatz.

Manche Bahnstromleitungen führen auf einigen kurzen Abschnitten nahe den Unterwerken auch 15 kV-Speiseleitungen mit, um etwas weiter entfernt liegende Bahnstrecken zu speisen.

Mitverlegung auf anderen Trassen (Hybridleitung)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hybridleitung (links): oberste Traverse Bahnstrom (je 2 Leiter), darunter Drehstrom (je 3 Leiter). Rechts steht eine 380-kV-Drehstromleitung.

Es gibt auch Hochspannungsmasten, die sowohl Stromkreise für Bahnstrom als auch welche für Drehstrom tragen, wie zum Beispiel entlang der Bahnstromleitung Rupperswil-Muttenz. Insbesondere in der Nähe von Ballungsgebieten, Kraftwerken, die sowohl Bahnstrom als auch Strom für das öffentliche Netz liefern und um die Gemeinschaftsunterwerke von Bahngesellschaften und Elektrizitätswerken sind aus Platzgründen solche Hybridleitungen zu finden. Hierbei ist insbesondere die parallele Verlegung zu 110 kV und manchmal auch zu 220-kV-Drehstromleitungen üblich. Eine Verlegung zusammen mit 400 kV-Drehstromkreisen auf den gleichen Mast erfordert im Regelfall eine Auslegung der Isolation der Bahnstromleitung für 220 kV, da im Störungsfall der 400-kV-Leitung entlang der Bahnstromleitung Spannungsspitzen auftreten können, denen eine Isolation für 110 kV nicht gewachsen ist. Bei solchen Leitungen befinden sich die Bahnstromkreise zumindest bei den in Deutschland realisierten Leitungen meist in einer Ebene. In der Schweiz ist auch bei solchen Leitungen die Verteilung über mehrere Traversen nicht selten.

Verlegung entlang der Bahnstrecke[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der häufig auch durchgeführten Verlegung einer Bahnstromleitung entlang einer Bahnstrecke wird die Fernleitung an Traversen auf den Oberleitungsmasten oberhalb der Oberleitung geführt. Da Oberleitungsmasten einen kleineren Querschnitt besitzen als Bahnstrommasten, können die Traversen aus Festigkeitsgründen nur geringe Ausladungen haben. Daher scheidet die bei Bahnstromleitungen übliche Anordnung von vier Leiterseilen in einer Ebene meist aus. Entweder werden dann bei zweigleisigen Strecken die Oberleitungsmasten für beide Fahrtrichtungen mit einer Traverse für zwei Leiterseile ausgestattet, oder es wird eine Zweiebenenanordnung der Leiterseile angewandt, wobei jedes Leitungssystem eine Masthälfte beansprucht.

Bezeichnungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beschriftung eines Hochspannungsmasten der DB Energie GmbH

Die Bahnstromleitungen sind mit Metallschildern bezeichnet, die etwa 30×40 cm groß sind und schwarze Schrift auf weißen Grund tragen. Darauf sind verzeichnet (Klammern beziehen sich auf das Beispiel im Bild):

  • die Anordnung der Leiter (1 TR / 2 TR) in dieser Blickrichtung
  • die Leitungsbezeichnungen (linker Stromkreis Amstetten–Osterburken, rechter Stromkreis Amstetten–Aalen). Dabei wird der Name des ersten und letzten an dieses System angeschlossenen Unterwerkes genannt, Abzweige werden nicht erwähnt. Ist die Bezeichnung für beide Leitungssysteme gleich, wird sie nur einmal aufgeführt.
  • die Mastnummer (2696). Die Mastnummern sind ein- bis fünfstellig und nur pro Leitung einmalig, nicht deutschlandweit. Führende Nullen sind möglich.
  • der Betreiber (DB Energie GmbH)

Besondere Leitungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Die Bahnstromleitung der Schnellfahrstrecke Hannover–Würzburg besitzt im Stadtgebiet von Fulda 30 aufeinander folgende Abspannmasten. Ein Mast der Leitung (Nr. 9108) befindet sich in einem Lagerschuppen am Fuldaer Bahnhof und ragt aus dessen Dach.
  • Die 2002 fertiggestellte Bahnstromleitung KölnSindorf ist im Bereich der Kölner Südbrücke an Auslegern zu beiden Seiten der Brücke montiert.
  • Die 1977 fertiggestellte Bahnstromleitung Neckarwestheim–Zazenhausen ist eine der wenigen Bahnstromleitungen in Deutschland mit Viererbündeln. Eine weitere führt vom Schaltwerk Neckarwestheim zum Kernkraftwerk Neckarwestheim. Auch die Rückstromleitung von der ICE-Trasse zum Unterwerk Kreiensen ist als Viererbündel ausgeführt, allerdings ist sie nicht Bestandteil einer Bahnstromleitung, sondern einer Oberleitungsspeisung.[8][9]
  • Die Bahnstromleitung FlörsheimBingen wird auf rheinland-pfälzischem Gebiet auf Masten mit dreieckiger Grundfläche geführt. Einige dieser Konstruktionen sind heute durch moderne, konventionelle Masten mit quadratischer Grundfläche ersetzt worden.
  • Die höchsten reinen Bahnstrommasten gehören zur westlichen der Weser-Freileitungskreuzungen Bremen-Industriehafen. Sie dienen einer vierkreisigen Bahnstromleitung zur Überquerung der Weser.
  • Die in den 1990er Jahren fertiggestellte Bahnstromleitung NenndorfNeumünsterJübek nutzt vier Leiterseile der Elbekreuzung 2.
  • Die Bahnstromleitung DuisburgKirchhellen führt unter einer Straßenbrücke der L 155 (Sterkrader Straße) hindurch und verwendet Masten mit zwei übereinander liegenden Halbtraversen, um die Trassenbreite möglichst gering zu halten.

Weitere Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auch die mit Einphasenwechselstrom mit einer Frequenz von 25 Hertz betriebene Mariazeller Bahn verfügt über eigene Bahnstromleitungen mit einer Betriebsspannung von 27 kV. Diese Leitungen sind an den Oberleitungsmasten oberhalb der Oberleitung angebracht.

In den Gebieten um New York gibt es einige Bahnen, die ebenfalls mit Einphasenwechselstrom von 25 Hertz fahren. Diese Bahnen verfügen ebenfalls über Bahnstromleitungen, welche meistens an den Oberleitungsmasten befestigt sind.

In Italien wurden bis 1977 zahlreiche Bahnen mit Drehstrom von 16,667 Hertz betrieben. Auch diese Bahnen wurden über eigene Bahnstromleitungen, die mit 60 kV betrieben wurden, gespeist. Da diese Leitungen wie Drehstromleitungen des öffentlichen Netzes ausgeführt waren, waren sie weit weniger markant als die Bahnstromleitungen der deutschsprachigen Länder.

Auch bei manchen Bahnen für 50-Hertz-Betrieb gibt es Bahnstromleitungen, zum Beispiel existieren für die Energieversorgung von einigen TGV-Strecken einphasige Hochspannungsleitungen.[10]

Situation bei dezentraler Bahnstromversorgung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Schweden, Norwegen und im Nordosten Deutschlands (vorwiegend Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern) wird in dezentralen Bahnstromumformerwerken der dem öffentlichen Netz entnommene Drehstrom in Einphasenwechselstrom mit einer Frequenz von 16,7 Hz umgewandelt. In diesen Regionen gibt es keine Bahnstromleitungen.

Auch bei Bahnen, die mit Gleichstrom oder Einphasenwechselstrom der Frequenz des öffentlichen Netzes fahren, wird die Umwandlung stets in den Unterwerken vorgenommen, so dass hier üblicherweise keine Bahnstromfreileitungen existieren. Ausnahmen können in Gebieten existieren, wo die elektrische Bahn der erste Großverbraucher war, so dass die Bahngesellschaft für die Stromversorgung erst Versorgungsleitungen bauen musste oder wo eine Umelektrifizierung von einem System mit zentraler Bahnstromversorgung in ein Gleichstrom- oder Wechselstromsystem mit Netzfrequenz erfolgte. In allen diesen Fällen sind die Bahnstromleitungen Drehstromleitungen.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Übereinkommen betreffend die Ausführung elektrischer Zugförderung, elektrische-bahnen.de
  2. ETR Ausgabe 1+2 2010, Seite 14
  3. ETR Ausgabe 1+2 2010, Seite 15
  4. 20 Jahre Elektrische Wiedervereinigung Deutschlands, Verband der Elektrotechnik
  5. ETR Ausgabe 1+2 2010, Seite 16
  6. DB Informationsbroschüre Bahnstrom, S. 6
  7. Bezeichnung der Bahnstromleitungen (PDF-Datei, 55 Kb), abgerufen am 6. März 2012
  8. OpenStreetMap | Way | Kreiensen - Rethen;Bahnrückstrom (28195848)
  9. http://www2.pe.tu-clausthal.de/agbalck/vorlesung/energ2001/en-vor09/img_6848.htm
  10. http://www.justmystage.com/home/overheadtml/france1.html