27.06.07 Verfasser: Marcus Golle 1
Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik bei der Deutschen Bahn AG
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
23.06.2005 Blitzschlag löste Transformatorbrand aus. Bahnverkehr in der Westschweiz lahmgelegt.
23.06.2005 Ein Blitz ist in eine Weiche in Vémars eingeschlagen. Sieben Hochgeschwindigkeitszüge konnten nicht fahren.
04.07.2005 Störung durch Blitzeinschlag in Solingen-Ohligs. Züge aus Richtung Wuppertaler und Köln kamen gar nicht oder mit großer Verspätung.
21.06.2002 Blitzschlag ließ die Oberleitung schmelzen. Blitze schlugen auch in ein Stellwerk am Düsseldorfer Hauptbahnhof ein.
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
02.09.2005 In Thüringen sorgten Blitzeinschläge in die Stellwerkstechnik dafür, dass auf der Bahnstrecke zwischen Erfurt und Eisenach über Stunden lang gar nichts mehr ging.
02.09.2005 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.
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Daten und Fakten:
•34128 km Schienennetz
•Ca. 20000 Gebäude
•5730 Personenbahnhöfe
•73352 Weichen und Kreuzungen
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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.
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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:
Ng = 0,04/km² *Td 1,25 Für Wuppertal ca. 2,5 (Blitze/km²)*a
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Schienenverkehr
StraßenbahnenEisenbahnen
Private NetzbetreiberDeutsche Bahn AG
Fahrzeuge
Stationäre Einrichtungen
Gebäude
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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.
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Tabelle:
Werte der Wahrscheinlichkeit PB in Abhängigkeit von den Schutzmaßnahmen
zur Verringerung physikalischer Schäden
Eigenschaft der Baulichen Anlage Blitzschutzklassen PB
Bauliche Anlage ist nicht durch LPS geschützt - 1
Bauliche Anlage ist durch LPS geschützt
IV 0,2
III 0,1
II 0,05
I 0,02
Gebäudesicherung
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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).
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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
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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
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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.
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Schienenverkehr
StraßenbahnenEisenbahnen
Private NetzbetreiberDeutsche Bahn AG
Fahrzeuge
Stationäre Einrichtungen
Gebäude LST
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Blitzeinschläge in:
•Signalanlagen
•Weichen
•Oberleitung, Leitungen
•Transformatoren / Umspannwerk
•Stellwerktechnik
Funktionslos
„Funktionslos“
Abriss, Induktion
Kurzschluss
Überwachungs- u. Steuerfunktion eingeschränkt
Mögliche Störung:
LST
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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.
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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)
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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.
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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.
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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.
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Schienenverkehr
StraßenbahnenEisenbahnen
Private NetzbetreiberDeutsche Bahn AG
Fahrzeuge
Stationäre Einrichtungen
Gebäude LST Datenleitungen
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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.
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Berechnungsbeispiel
ESTW München HBF
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Berechnungsbeispiel
ed Chpiblhbl
m
T
CCCCBBBBAAAA
*)**9)(*6*)(*10*04,0
(
)***)(***)(***(
22
25,16432143214321
E = 1 -
A1= Bauart der Wände (Mauerwerk = 0,5)
A2 = Dachkonstruktion (Stahlbeton = 2)
A3 = Dachdeckung (Kiespressdach = 0,5)
A4 = Dachaufbauten (Elektrogeräte = 0,2) B1+2+3+4 = Einflussfaktoren Nutzung / Inhalt (const. = 0,08)
C1+2+3 = Einflussfaktoren der Folgeschäden ( const. = 0,01)
C4 = Streckennutzung (Besonders stark belastete Strecken des Fernverkehrs = 0,01)
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Berechnungsbeispiel
ed Chpiblhbl
mT
*)**9)(*6*)(*10*04,0
(
00000008,0
22
25,16
E = 1 -
l = Länge (ca.18m)
b = Breite (ca. 7,5m)
h = Höhe (ca. 22m) } des Gebäudes
Td = Anzahl der Gewittertage je Jahr aus den isokeraunischen Pegeln (München = 30-35)
Ce = Relative Lage der Baulichen Anlage (Umgeben von kleineren Gebäuden = 0,5)
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Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Berechnungsbeispiel
E = 1 - 9999969968,05,0*)77,17185(*)10*1,3(
00000008,06
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.
27.06.07 Verfasser: Marcus Golle 27
Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Berechnungsbeispiel
Entscheidungskriterium für zusätzlichen Überspannungsschutz
OZ = S * U * Ng *106
OZ = Orientierungszahl für weitere Bewertungen
S = Streckenbedeutungsfaktor (Besonders Stark belastete Strecke = 3)
U = Umgebungsfaktor (Große Bahnanlage min. 6 parallel Gleisen = 1)
Ng = 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
27.06.07 Verfasser: Marcus Golle 28
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
27.06.07 Verfasser: Marcus Golle 29
Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik
Danke für die Aufmerksamkeit!