Bahnstrom: Sind verschiedene Bahnstromsysteme am selben Gleis möglich?

  • Hallo zusammen!


    Die Überschrift gibt schon meine ganze Frage her: Können zwei verschiedene Bahnstromsysteme am selben Gleis eingesetzt werden?


    Zum Beispiel: 15 kV Wechselstrom in der Oberleitung und 750 V Gleichstrom in der Stromschiene. Sprich: Könnte man in Berlin die S-Bahn über Regionalbahngleise verlängern, indem man dort eine Stromschiene dranmontiert?


    Ich weiß, dass es das zu Vorwendezeiten am Bahnhof Friedrichstraße gegeben hat. Aber musste dafür nicht immer jeweils eines der beiden Systeme abgeschaltet gewesen sein? Was ist die physikalische Erklärung dafür? (Ach ja, der Physikunterricht ist ja so lange her ...)

    "Phantasie ist wichtiger als wie wo Wissen!"


    (Etwas frei nach Albert Einstein)

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  • Im Bereich Oranienburg/Birkenwerder/Karower Kreuz gab oder gibt es das wenn ich mich recht erinnere.

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  • Soweit ich mich erinnere, entstehen bei gleichzeitigem Betrieb von Gleichstrom- und Wechselstromanlagen am Gleis Kriechströme zwischen den beiden Stromkreisen. Sollte man es ohne Probleme schaffen, diese Schaltbar zu machen, könnte eine solche Verlängerung baubar sein, aber ich bezweifle, dass man das ordentlich und Signaltechnisch gesichert usw. ohne Riesen-Aufwand hinkriegt. Ein zusätzliches Problem könnte das Lichtraumprofil bieten, da weiß ich aber auch nichts genaues drüber.

  • Die Kriechströme sind das größere Problem. Außerdem hat man dann auch wieder das Problem mit dem Mischverkehr und allen Nachteilen.
    In Zürich gibt es Gleich und Wechselstrom per zwei verschiedenen Fahrdrähten. Keine Ahnung, wie die Stromkreise dort entkoppelt sind.

  • Leider weiß ich über Kriechströme nicht genug. Und mit Wikipedia komme ich nicht weiter. Kann das mal jemand erklären, wie das mit dem Kriechstrom abläuft? Also nicht abstrakt, sondern konkret am Beispiel Stromschiene und Oberleitung?

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  • Am/Im BF Bln-Friedrichstrasse und der Stadtbahn gab es zu DDR Zeiten keine 15kv Fahrleitung, es gab nur Dieselbetrieb ( und S-Bahn natürlich...). Ich war dort oft genug unterwegs.

  • Das ist in der Tat möglich. Das folgende habe ich 2007 zusammengetextet.


    Bei der Berliner S-Bahn wurde es in 2 Ausführungen genutzt.


    Die einfache Variante, bei der das Gleis jeweils nur von einem System befahren wird und dem entsprechend nur ein Netz geschaltet ist. Natürlich mit entsprechenden Trennungen zum übrigen Netz.
    Die war auf den Bahnhöfen Erkner und Königs Wusterhausen der Fall.
    Ob es in KW noch die Gleiskreuzung gibt, weiß ich grad nicht


    Die aufwendige Variante, der paralelle Verbundbetrieb. Hier sind die beiden Netze gleichzeitig geschaltet. Damit ist zeitgleicher Betrieb beider Systeme möglich. Dies wurde im Bahnhof Birkenwerder genutzt.


    Dabei müssen aber besondere Anlagen (Trenntransformatoren) für die Wechselstrombahn gabaut werden.
    Während die Gleichstrombahn den Gemeinschaftsstrombetrieb relativ gelassen hinnimmt,
    gibt es im Wechselstromsystem u.a. ein sehr schnellen Stromabfall nach bereits kurzen Entfernungen.


    Da diese Konstruktion recht kostenintensiv war, wird diese Geschichte auf diesen einen Fall beschränkt bleiben.



    Unter diesem Link gibt es einen kleinen Text aus dem Jahr 1983 dazu:
    http://home.snafu.de/mat/birkenwerder.html


    Im Buch
    Vorsicht Hochspannung!
    75 Jahre Berliner S-Bahn
    Strom für "zügigen" Großstadtverkehr
    http://www.gve-verlag.de/_gve_s_bahn_alt.php#hochspannung
    gibt es ein eigenes Kapitel dazu.

  • Leider weiß ich über Kriechströme nicht genug. Und mit Wikipedia komme ich nicht weiter. Kann das mal jemand erklären, wie das mit dem Kriechstrom abläuft? Also nicht abstrakt, sondern konkret am Beispiel Stromschiene und Oberleitung?


    Wie bereits erklärt, gibt es Gemeinschaftsabschnitte. Das mit den Kriechströmen ist vielleicht "unelektrisch" besser so erklärt: Gleichstrom sucht sich seinen Weg "überall" entlang und damit würde er auch eine auf dem Gleis stehende AC-Lok (und deren Fahrmotoren) als Rückleiter verwenden. Das mag der Wechselstrommotor nun nicht wirklich. Also mußt Du auf solchen Abschnitten dafür Sorge tragen, daß jede Stromart nur da langfließt, wo das der Erfinder auch vorgesehen hat. Das ist vergleichsweise aufwändig zu realisieren und außerdem sind die gesamten Trenneinrichtungen nicht für starke Ströme ausgelegt. Ich meine, daß in den Gemeinschaftsgleisen eine Oberstrombegrenzung auf irgendwas um die 300 A vorgegeben ist und selbst bei moderneren Anlagen wohl nicht viel mehr möglich wäre.

  • Wie bereits erklärt, gibt es Gemeinschaftsabschnitte. Das mit den Kriechströmen ist vielleicht "unelektrisch" besser so erklärt: Gleichstrom sucht sich seinen Weg "überall" entlang und damit würde er auch eine auf dem Gleis stehende AC-Lok (und deren Fahrmotoren) als Rückleiter verwenden. Das mag der Wechselstrommotor nun nicht wirklich.

    Kann es dann auch Probleme mit einer (meines Wissens nach so oder so ähnlich genannten) Gleichspannungssättigung des Trafos an Bord besagter Wechselstromlok geben, oder träte das nur ein, wenn beispielsweise der unwahrscheinliche Fall vorläge, dass eine Wechselstromlok unter einer Gleichspannungs-Fahrleitung aufbügelt und der Hauptschalter eingeschaltet wird?

    Fág an Bealach!

  • Zitat

    Kann es dann auch Probleme mit einer (meines Wissens nach so oder so ähnlich genannten) Gleichspannungssättigung des Trafos an Bord besagter Wechselstromlok geben, oder träte das nur ein, wenn beispielsweise der unwahrscheinliche Fall vorläge, dass eine Wechselstromlok unter einer Gleichspannungs-Fahrleitung aufbügelt und der Hauptschalter eingeschaltet wird?


    Das ist ausschließlich ein Problem des Transformators (Der Motor der Lok würde auch mit Gleichstrom funktionieren), und tritt schon bei sehr wenig Gleichspannung auf der Fahrleitung auf.
    Beim versehentlichen Einschalten unter DC wird vermutlich lediglich ein Schutzschalter auslösen.


    Wir betrachten hier ausschließlich die Primärwicklung des Trafos (also die, die an die Fahrleitung angeschlossen ist).
    Bei Gleichstrom stellt die WIcklung einen sehr geringen Widerstand dar. Je größer der Trafo ist, desto niedriger ist sein Gleichstromwiderstand (im Verhältnis zum Wechselstromwiderstand unter Last).
    Bei einer Lok (mit ziemlich großem Trafo) ist der Gleichstromwiderstand also sehr niedrig. Exakte Werte habe ich nicht vorliegen.
    Bei einem maximalen Oberstrom von 500A müsste aber, um die Verlustleistung auf unter 50kW zu halten, der Gleichstromwiderstand unter 0,1 Ohm liegen. Nehmen wir mal 0,1 Ohm als Rechenbeispiel an.


    Der Trafo funktioniert näherungsweise mit Magnetfeldern, die auf zwei Pfaden laufen. Der eine führt durch den Eisenkern. Dieses wird immer periodisch auf- und abgebaut, unabhängig von der Belastung. Hierbei ist der Trick, dass bei Magnetfeldänderung eine Spannung in die Primärwicklung induziert wird, die der Fahrleitungsspannung entgegenwirkt. So fließt immer genauso viel Strom, wie zum Auf- und Abbau des Magnetfeldes benötigt wird. Der Strom, der dafür aufgebracht werden muss, ist ungefähr ein Zehntel des Stromes, der bei Vollast fließt. Allerdings kann das Magnetfeld (genauer gesagt, der magnetische Fluß) nicht beliebig stark werden, da das Eisen nicht beliebig hohe Flußdichten zulässt. Irgendwann kann man beliebig viel Strom reinpumpen und der Fluß wird nicht mehr größer. Dann ist das Eisen gesättigt. Übliche Trafos sind genau an diese Grenze gezüchtet (weil man sonst mehr Eisen bräuchte).
    Ein zweiter magnetischer Kreis verbindet Sekundär- und Primärspule. Hieran ist das Eisen des Trafos unbeteiligt!. Dadurch können erheblich größere Ströme fließen, wenn der Trafo belastet ist, ohne dass der Eisenkern in Sättigung geht.


    Also: wir wissen: Unser Trafo zieht bei 15kV 500A bei Vollast. Er wird also im Leerlauf ungefähr 50A aufnehmen, mit Spitzen um die 100A. Der hier aufgenommene Strom ist in der Praxis verzerrt und phasenverschoben, so dass kaum Leistung aus dem Netz entnommen wird.


    Wenn wir jetzt 1V Gleichspannung zusätzlich anlegen, fließen 10A mehr in eine Richtung. Damit bauen wir im Eisenkern ein zusätzliches Magnetfeld auf, dessen Fluss ungefähr 1/10 des vorherigen maximalen Fluss ist. Damit wird die Flussdichte um 10% erhöht und kommt gefährlich nah an die Sättigung. Man kann es auch so formulieren:


    Jedes Volt Gleichspannung belastet unseren Trafo so wie 10% der Fahrleitungsspannung extra bei 16,7Hz (also 1,5kV).


    Wenn die Sättigung erreicht ist, fängt der Trafo an, brutal zu scheppern und viel Strom zu ziehen (und sich dabei heftig zu erwärmen).


    Dass der Trafo bei 20kV AC nicht mehr mag, ist wahrscheinlich jedem offensichtlich. Für den gleichen Effekt kann man aber eben auch 3V Gleichspannung hinzufügen, und dafür braucht es nur einen kleinen gemeinsamen Strompfad mit dem Gleichstromnetz, in dem außerdem noch deutlich höhere Ströme fließen.
    Ein Aufbügeln unter DC würde einen extrem hohen Strom verursachen, der den Hauptschalter oder den Netzschutz auslösen sollte (ist aber unwahrscheinlich, da es hier ja wohl eher um DC per Stromschiene ging). Ob der (für 15kV AC ausgelegte) Hauptschalter einen 600VDC-Lichtbogen löschen kann ist dann auch noch fraglich.


    Gleichstromfahrzeuge sind diesbezüglich gegenüber Wechselspannung deutlich unempfindlicher. Außerdem sind im Wechselstromnetz die Ströme geringer, was das Risiko einer Beeinflussung reduziert.
    Da die Feldwicklungen der Gleichstrommotoren (und die Entstördrosseln der Stromrichter, falls Drehstromkiste, genauso) eine hohe Induktivität haben, werden geringe Wechselstromanteile einfach ausgefiltert und richten keinen Schaden an.

  • Besten Dank für diese ausführliche Erläuterung! Dass gleich mehrere Sicherheitsebenen versagen müssen, um es hinzubekommen, eine Wechselstromlok unter Gleichstromfahrleitung sowohl aufzubügeln als auch einzuschalten, ist natürlich klar; es kam mir auf die physikalischen Gegebenheiten an, die hier zum Tragen kommen, auch wenn wir eingangs von Stromschienen- und Fahrleitungsbetrieb auf dem selben Gleis sprachen.

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  • Ich stelle gerade fest, ganz am Anfang einen Fehler gemacht zu haben.
    Bei 0,1Ohm und 500A beträgt die Verlustleistung 25kW. Bei einer Auslegung auf 50kW Verlustleistung in der Primärwicklung (die mir sinnvoll erscheint; ich kenne die tatsächlichen Werte nicht), ergäbe sich ein Widerstand von 0,2Ohm, und damit am Ende, dass 1V Gleichspannung vom Magnetfeld her 750V~ entspricht. Damit ist die Chose nur halb so wild, dennoch bleibt die Aussage, dass wenig Gleichspannung für ein Problem ausreicht, bestehen.

  • Kleine Korrektur zum damaligen Text.
    In Birkenwerder gibt es den gleichzeitigen Betrieb weiterhin. Eine Entkopplung durch den Bau separater RB-Bahnsteige hat der VBB auf dem Wunschzettel.
    Zur Eröffung des 2-Strombetriebs



    Die Kreuzungen in Königs Wusterhausen gibt es weiterhin.
    Erkner ist Geschichte.



  • Vielen Dank Euch allen für die vielen interessanten Infos!


    Ich werde bis Ende der Woche ziemlich mit Arbeit vollgepackt sein. Am Wochenende werde ich dann Eure Postings nochmal mit mehr Ruhe lesen und ggf. nochmals nachfragen, wenn mir was unklar ist.

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  • Am/Im BF Bln-Friedrichstrasse und der Stadtbahn gab es zu DDR Zeiten keine 15kv Fahrleitung, es gab nur Dieselbetrieb ( und S-Bahn natürlich...). Ich war dort oft genug unterwegs.


    Im Bahnhof Friedrichstraße war es meines Wissens damals so:

    • Nördlicher Bahnsteig: 2 Gleise S-Bahn Ost (mit Prellböcken gen Westen)
    • Mittlerer Bahnsteig: 2 Gleise S-Bahn West (mit Prellböcken gen Osten)
    • Südlicher Bahnsteig: 2 Gleise Fernbahn

    Die S-Bahn-Verkehre für den Ostteil und den Westteil Berlins waren also baulich strikt getrennt im Bahnhof Friedrichstraße. Ein "Grenzübertritt" eines S-Bahn-Zuges wäre über die S-Bahn-Gleise demnach nicht möglich gewesen.


    Da es aber nur einen S-Bahn-Betrieb für ganz Berlin gab, eben die "S-Bahn-Berlin" (die Reichsbahn aus dem Osten hat also den S-Bahn-Verkehr im Westteil mitbetrieben), wurden die Fahrzeuge hier wie dort eingesetzt, so dass Fahrzeuge eben doch die Grenze passieren mussten. In Friedrichstraße geschah das nach Wikipedia wie folgt: "Der Fahrzeugaustausch der S-Bahn war nur über die mit Stromschiene ausgerüsteten Ferngleise möglich."


    Es gab also wohl doch Gleise im Bahnhof Friedrichstraße, die zwei Stromsysteme hatten. Oder war die Fernbahn nicht elektrifiziert?

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  • Es gab also wohl doch Gleise im Bahnhof Friedrichstraße, die zwei Stromsysteme hatten. Oder war die Fernbahn nicht elektrifiziert?


    Die Fernbahngleise der Stadtbahn wurden (erst) 1993 elektrifiziert.

    Jakkeline, nich den Marzel mit die Schüppe auf'n Kopp kloppen!
    ________ _ _ _ _ _ _


    Freundliche Grüße!


  • Die Fernbahngleise der Stadtbahn wurden (erst) 1993 elektrifiziert.


    Ab Sommer 1993 rechte der Fahrdraht auf dem westlichen Ast nur bis zum Zoo. Somit wurde an der Friedrichstraße weiter gedieselt. Ab Herbst 1994 gab es an der Friedrichstraße gar keinen Fernbahnbetrieb mehr. Bei der Stadtbahnsanierung nutze die S-Bahn die Fernbahngleise. Somit war es nicht notwendig Anfang der 90er Jahre den Fahrdraht aufzuhängen. Im Mai 1998 erfolgte dann die Wiedereröffnung der Stadtbahn für den Fern- und Regionalverkehr und das erstmals mit Fahrdraht an der Friedrichstraße.

  • Der Ostbereich endete nicht direkt am Bahnsteig. Die beiden Gleise liefen an einer folgenden Weiche zusammen und es gab noch ein Wendegleis in Vollzuglänge. Allerdings war dieser Weg dirkt hinter dem Bahnsteig jeweils durch ein Tor gesichert. Die Betätigung der Signalanlagen, Weiche und der Tore war den Eisenbahnern nur möglich, wenn die MfS-Vertreter dies per Schlüsselung gestatteten. Genutzt wurde das nur im äußersten Notfall, wenn es gar nicht anders ging. Praktisch fast nie.
    Ausnahme soll das Jahr 1962 gewesen sein. Als eine 7. Zuggruppe im Normalfahrplan stand. Deswegen wurde der Fernbahnbereich zwischen Friedrichstraße und Alex 1964 auf ein Gleis zurückgebaut, um am Alex 3 Gleise und eine Wendeanlage für die S-Bahn zu haben.


    Gleisplan 1976


    Eines der beiden Fernbahngleise hat irgendwann die Stromschine verloren.


    Im November 1989 wurden über das Fernbahngleis die ersten DR-S-Bahnen für die BVG überführt. Im Dezember 1989 gab es auf gleichen Wege den ersten durchgängigen S-Bahnzug mit Fahrgästen. Es war ein Sonderzug mit westberliner Kindern die in den Friedrichstadtpalast eingeladen wurden. Denen wollte man das Umsteigen in diesem Moloch von Bahnhof ersparen.




    Bei Großveranstaltungen wurden Hochleistungsfahrpläne mit 8 bis 9 Zugwenden bis Friedrichstraße gefahren.
    Dabei verließ der Stammtriebfahrzeugführer eine Station vor der Endstation den Zug und 2 Pendelfahrer übernahmen den Zug für die letzte Station.
    Eine Zuggruppe fuhr im 20 Minutentakt.



  • Ich hab noch mal ein bisschen nachgelesen:
    Das Problem ist in der Tat der Trafo der Wechselstromloks. Wir haben hier zwei Stromkreise, die jeder in sich geschlossen sein sollten (Kraftwerk, Fahrdraht, tranformatoren der Lok, Rückleiter). Aber jeder für sich!
    Da nun die Elektronen faul sind, suchen sie sich den Weg des geringsten Widerstandes. Gleichstrom nutzt die Fahrschiene als Rückleiter, diese bieten aber einen relativ hohen ohmschen Widerstand auf. Daher ist es möglich -und auch schon vorgekommen-, das der (Gleich)Strom den "Rückweg" über die Wechselstromlok und Fahrdraht nimmt. Die S-Bahnen haben niedrige Spannung und sehr hohe Ströme, die Wechselstromloks haben hohe Spannung und kleine Stromstärken.
    Sehr hohe (Gleich)Ströme bewirken im Transformator eine enorme Wärmeentwicklung, bis hin zum Trafobrand.
    Die Fern- und S-Bahn sind durch Erdungskabel zusätzlich "getrennt", um vagabundierende Ströme zu verhindern oder bei Gleisberührungen besonders Isoliert und gesichert.
    Ähnliches habe ich auch zum S-Bahn/C-Tunnel unter der Zeil in Erinnerung


    In Hamburg trat diese Effekte nicht zu häufig auf, da zum einen der Spannungsunterschied relativ gering war und die Leistungsaufnahme der Gleichstromzüge nicht zu hoch war.

  • In Hamburg trat diese Effekte nicht zu häufig auf, da zum einen der Spannungsunterschied relativ gering war und die Leistungsaufnahme der Gleichstromzüge nicht zu hoch war.


    Kannst Du das erläutern? Wo soll es überhaupt zu dem Effekt gekommen sein? Insbesondere schreibst Du in der Vergangenheit, als in Bezug auf eine ehemalige Situation?


    Vermeidbar müssten die Effekte sein, wenn auch die Rückleitung über Stromschiene läuft. Das setzt aber eine entsprechende Ausrüstung der Fahrzeuge und des Gleichstromzug-Netzes voraus (und zwar des gesamten Netzes, denn die Räder müssen dann elektrisch isoliert sein). Also wohl ohne praktische Relevanz.

    Glaubst Du einem Wörterbuch, in dem man Müll nicht trennen kann, wohl aber gu-te Freun-de?