AUSZUG | eb - Elektrische Bahnen 10/2015

498 Fahrleitungen 113 (2015) Heft 10 Thermische Modelle für Fahrleitungen und deren Validierung Ingo Golle, Martin Holderegger, Zollikofen (CH); Urs Steinegger, Zürich (CH) Die Erwärmung der Fahrleitungskomponenten wird durch den Leiterstrom und die meteorologischen Um- gebungsbedingungen beeinflusst. Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Lufttem- peratur haben einen wesentlichen Einfluss. Innerhalb der SBB wurden Rechenmodelle für das thermische Verhalten von Fahrleitungen entwickelt, welche diese Faktoren berücksichtigen. Die Modelle wurden durch Messungen an der befahrenen Fahrleitung validiert. Die Messungen bestätigten die Rechnungen. Es ist beabsichtigt, die Ergebnisse zur Einstellung der Fahrleitungsschutzgeräte zu nutzen. THERMAL MODELS FOR OVERHEAD CONTACT LINES AND THEIR VALIDATION The heating of the components of overhead contact lines depends not only on the flowing currents but also on the ambient meteorological conditions. Solar heating, velocity and direction of the wind and air temperature form essential effects. Swiss Railways SBB developed models for calculating the thermal behavior of contact lines which adequately consider these factors. The models were vali- dated by measurements at overhead contact lines in operation. It is planned to utilize the results for parameterizing the thermal contact line protection equipment. MODÈLES THERMIQUES POUR LES CATÉNAIRES ET LEUR VALIDATION Le réchauffement des composantes des caténaires ne dépend pas seulement de la conduction du courant mais aussi des conditions environnantes. L’ensoleillement, la vitesse et la direction du vent et la température de l’air représentent des valeurs d’influence importantes. Les Chemins Fédéraux Suisses (CFF) ont développé des modèles pour calculer le comportement thermique des caténaires exposées à ces valeurs. Les modèles sont validés par des mesurages sur la caténaire. Ils sont utilisés pour l’ajustage des appareils de protection des caténaires. 1 Einführung Eine dauernde thermische Überlastung von Fahrlei- tungen kann zur Verringerung der Zug- und Bruch- festigkeit der Leiter und damit zum Verschlechtern der mechanischen Eigenschaften führen. Die Fahr- leitungen der SBB werden derzeit meist mit Schutz- geräten vom Typ Siemens 7ST6 geschützt, die ein einfaches thermisches Modell nur mit Berücksichti- gung des Leiterstromes und der Lufttemperatur zur Berechnung der Leitertemperatur verwenden. Im Bericht [1] der CIGRE werden Modelle zur Be- schreibung des thermischen Verhaltens von Freileitun- gen dargestellt. Diese berücksichtigen nicht nur den Leiterstrom und die Lufttemperatur, sondern auch die Globalstrahlung, die Windgeschwindigkeit sowie die Windrichtung relativ zu Leiter. Die Parametrierung des 7ST6 muss auch auf die Worst-Case-Bedingungen dieser meteorologischen Einflussfaktoren abgestimmt sein. Das Ziel der Untersuchung der SBB war daher die Verifikation des thermischen Verhaltens der befahrenen Fahrleitung unter Worst-Case-Bedingungen. Zu diesem Zweck wur- den Modellrechnungen mit Messungen verglichen. 2 Modelle für das thermische Verhalten von Fahrleitungen 2.1 Ersatzmodell Das thermische Verhalten wird am Beispiel der Fahr- leitung Typ R-FL-E validiert, deren Ersatzschaltbild in Bild 1 dargestellt ist. Der Buchstabe „E“ steht für Einfachgleis. Fahrdraht und Tragseil und die Strom- verbinder werden durch die Ströme I 1 und I 2 durch- flossen, die von der 15-kV-Sammelschiene in die Fahrleitung eingespeist werden. Die Aufteilung des Stromes zwischen Fahrdraht und Tragseil hängt von den Widerständen und Induktivitäten ab. 1 I 1 I 2 2 3 Bild 1: Vereinfachtes mechanisches Modell der Fahrleitung R-FL-E (alle Grafiken: SBB). 1 Tragseil TS92 2 Fahrdraht 3 Stromverbinder I 1 , I 2 Speiseströme