DE19903041A1 - Anordnung zur Kompensation von niederfrequenten Magnetfeldern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kompensation niederfrequenter Magnetfelder, insbesondere an Stromversorgungsanlagen für elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge, bei denen die Schienenfahrzeuge den von einer Einspeisungsstelle in eine Oberleitung eingespeisten Betriebsstrom abnehmen und über die Schienen zurückführen. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, die darin besteht, eine Anordnung zu schaffen, bei der niederfrequente Magnetfelder, die insbesondere in unmittelbarem Umfeld des Verlaufes von Stromversorgungsanlagen für Schienenfahrzeuge auftreten, minimiert werden, so, daß daraus resultierende Störungen an elektrischen und elektronischen Geräten weitestgehend vermieden werden, wird dadurch gelöst, daß im Oberleitungs- und Schienenbereich eine Kompensationsleitung (3) angeordnet ist, deren Stromfluß der Flußrichtung des Betriebsstromes (I) entgegengerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kompensation nieder­ frequenter Magnetfelder, insbesondere an Stromversorgungs­ anlagen für elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge, bei denen die Schienenfahrzeuge den von einer Einspeisungsstelle in eine Oberleitung eingespeisten Betriebsstrom abnehmen und über die Schienen zurückführen.

Sich negativ auswirkende Beeinflussungen durch niederfrequente magnetische Felder, die durch stromführende elektrische Leiter erzeugt werden, sind in der Vergangenheit entweder nicht be­ wußt wahrgenommen oder aus Unkenntnis nicht beachtet worden. Hierbei ist nicht in erster Linie auf gesundheitliche Beein­ flussung oder Schädigungen von Mensch oder Tier abzustellen, sondern auf negative Auswirkungen an elektrischen oder elek­ tronischen Geräte.

So wurden vermehrt Fälle bekannt, nach denen festgestellt werden mußte, daß Computeranlagen und hier insbesondere die üblicherweise eingesetzten Elektronenstrahlmonitore, die sich im nahen oder näheren Einflußbereich von niederfrequenten Magnetfeldern befinden, in unregelmäßigen Abständen Bildstö­ rungen aufwiesen. Elektronenstrahlmonitore haben aufgrund ihres physikalischen Prinzips nur eine Störfestigkeit gegen­ über magnetischer Erregung durch Magnetfelder von ca. 1 A/m. Im Gegensatz dazu erzeugt eine Oberleitung einer Bahnstrom­ versorgungsanlage, in der zum Beispiel ein Strom von 1000 A fließt, gemessen in einem seitlichen Abstand von bei­ spielsweise 10 m von der Stromversorgungsanlage entfernt, noch eine magnetische Erregung von ca. 8 A/m. Fließt ein Strom von 2 000 A, beträgt die magnetische Erregung in 10 m Entfernung ca. 16 A/m. Durchgeführte Messungen haben gezeigt, daß Bild­ störungen immer dann verstärkt auftreten, wenn sich der Moni­ tor beispielsweise im näheren Umfeld einer Stromversorgungs­ anlage einer Straßenbahn- oder Eisenbahnlinie befindet und zwar nur dann, wenn die Anlage stromführend ist, das heißt eine Bahn auf dieser Strecke fährt. Besonders stark treten diese negativen Einflüsse auf, wenn die Bahn anfährt, da hier der Stromfluß am größten ist und demzufolge große magnetische Felder erzeugt werden. Dabei ist unerheblich, ob sich die Bahn im direkten Gefährdungsbereich befindet oder nicht. Sie muß lediglich die Stromführungsanlage in diesem Bereich auch stromführend halten.

Negativ wirkt sich der Einfluß niederfrequenter Magnetfelder nachgewiesenermaßen auch in medizinisch-technischen Bereichen aus, beispielsweise sind EKG-Aufzeichnungsgeräte im Bereich magnetischer Felder mit einem Erregungswert größer 0,1 A/m bei 50 Hz nicht voll funktionsfähig oder gar nicht einsetzbar.

Bekannt ist, solche Störungen dadurch zu beseitigen oder zu­ mindest wesentlich zu reduzieren, daß das Gerät mit einer Eigenschirmung versehen wird. Größe und Ausführung des Ab­ schirmgehäuses und damit dadurch eintretende Mehrkosten sind dabei maßgeblich abhängig von der Größe des abzuschirmenden magnetischen Feldes. Nachdem der Einsatz von Computertechnik sowohl in der Wirtschaft als auch im privaten Bereich ständig zunimmt und davon auszugehen ist, daß in einem Bürogebäude in fast jedem Zimmer wenigstens ein Monitor steht, erreichen Aufwand und Kosten für die Abschirmungsmaßnahmen kaum noch vertretbare Größen, wenn jeder Bildschirm ein Abschirmungs­ gehäuse benötigt, um ein ungehindertes oder weitestgehend störungsfreies Arbeiten zu ermöglichen. Dabei ist auch noch zu klären, wer die Kosten für die Abschirmung zu tragen hat.

Sind mehrere Monitore im Bereich des störenden Magnetfeldes vorhanden, so ist jeder Monitor mit seiner eigenen Schirmung zu versehen. Eine Raumschirmung kommt aus den gegebenen physi­ kalischen Randbedingungen nicht in Betracht.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaf­ fen, bei der niederfrequente Magnetfelder, die insbesondere in unmittelbarem Umfeld des Verlaufes vom Stromversorgungsanlagen für Schienenfahrzeuge auftreten, minimiert werden, so daß daraus resultierende Störungen an elektrischen und elektro­ nischen Geräten weitestgehend vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Ober­ leitungs- und Schienenbereich eine Kompensationsleitung an­ geordnet ist, deren Stromfluß der Flußrichtung des Betriebs­ stromes entgegengerichtet ist.

Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird wirksam die nega­ tive Beeinflussung elektrischer und elektronischer Geräte unterbunden, da die Größe der magnetischen Felder, die norma­ lerweise an Stromversorgungsanlagen für Schienenfahrzeuge entstehen, auf ein Minimum reduziert wird. Entsprechende Be­ rechnungen haben ergeben, daß die magnetische Erregung bereits bei einem Abstand von 5 m von der Stromversorgungsanlage, in der ein Strom von beispielsweise 1000 A fließt, nur noch 1,3 A/m beträgt, während dieser Wert im unkompensierten Zustand 24,7 A/m beträgt. Befindet sich der Monitor in 10 m Entfernung von der Stromversorgungsanlage, so beträgt die magnetische Erregung im kompensierten Zustand noch 0,32 A/m. Negative Einflüsse durch das Magnetfeld sind in einem solchen Bereich somit bereits ausgeschlossen.

Soll der Grenzwert von 0,1 A/m, der für die sichere Funktion elektrischer oder elektronischer Geräte zum Einsatz in der Medizintechnik relevant ist, erreicht werden, so müßten diese Geräte zwischen 15 m und 20 m von der Stromversorgungsanlage entfernt installiert werden, wo hingegen im unkompensierten Zustand weit mehr als 50 m Abstand notwendig sind.

Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Stromführung der Oberleitung an vorgegebener Stelle unterbrochen und der Betriebsstrom wird in die mit der Unterbrechungsstelle verbundene Kompensationsleitung einge­ speist. Dabei weißt die Kompensationsleitung eine solche Streckenführung auf, daß sie von der Unterbrechungsstelle aus in den Schienenbereich und entgegen der Stromrückführrichtung entlang der Schienen verläuft, an vorgegebener Stelle in den Bereich der Oberleitung und von da zurück zur Unter­ brechungsstelle führt. Die Kompensationsleitung ist außerdem im Bereich der Unterbrechungsstelle mit dem weiterführenden Teil der Oberleitung so verbunden, daß der rückgeführte Be­ triebsstrom in diesen Teil der Oberleitung eingespeist wird.

Nach dieser Ausführungsform ist auf kostengünstige Art jede bereits vorhandene Stromversorgungsstrecke von Schienenfahr­ zeugen schnell nachrüstbar, wobei sich der technische Aufwand in Grenzen hält. Die Führung des Betriebsstromes über einen Teil der Stromversorgungsstrecke entgegen der eigentlichen Stromführungsrichtung sowohl im Schienen- als auch im Oberlei­ tungsbereich unterbindet sicher das Entstehen großer magneti­ scher Felder infolge eines hohen Stromflusses.

Technisch vorteilhaft ist auch, wenn bei Rückstrom des Be­ triebsstromes über beide Schienen die Kompensationsleitung im Schienenbereich etwa mittig zwischen beiden Schienen im Boden verläuft.

Wird dagegen der Rückstrom des Betriebsstromes über eine fest­ gelegte Schiene geführt, so ist von Vorteil, wenn die Kompen­ sationsleitung im unmittelbaren Bereich dieser Schiene ver­ läuft.

Für die Verlegung der Kompensationsleitung kann beispielsweise eine notwendige Reparatur des Gleisbettes genutzt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungs­ gemäßen Anordnung wird die Kompensationsleitung im Bereich der Oberleitung im geringen Abstand zu dieser zur Unterbrechungs­ stelle zurückgeführt.

Der Abstand zwischen Oberleitung und Kompensationsleitung sollte dabei so gering wie möglich gehalten werden, um das Entstehen magnetischer Felder auf ein Minimum zu reduzieren beziehungsweise nahezu auszuschließen. Wird ein Abstand klei­ ner 10 cm realisiert, so ist davon auszugehen, daß Störungen durch niederfrequente Magnetfelder ausgeschlossen sind.

Wenn zur Abstandshaltung zwischen Kompensationsleitung und Oberleitung isolierte Distanzstücke angeordnet sind, so wird auf technisch einfache Weise gewährleistet, daß der Abstand zwischen beiden Leitungen immer annähernd gleich bleibt und die Kompensationsleitung gleichzeitig fixiert wird.

Nach einer anderen Fortbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, Oberleitung und Kompensationsleitung in einer Leitung anzuordnen.

Durch den Einsatz von speziell hierfür gefertigten Kabeln können niederfrequente magnetische Felder komplett kompensiert werden.

Von funktioneller Wichtigkeit ist, daß die Kompensationslei­ tung so angeordnet ist, daß die Stromabnehmer der Schienen­ fahrzeuge nur an der Oberleitung entlang gleiten.

Dies ist beispielsweise dadurch realisierbar, daß die Kompen­ sationsleitung oberhalb der Oberleitung angeordnet ist. So kann wirksam verhindert werden, daß Stromabnehmer auch in nicht vorhersehbaren Situationen mit der Kompensationsleitung in Berührung kommen.

Erfindungsgemäß ist des weiteren vorgesehen, daß die Strecken­ länge der Kompensationsleitung vor und hinter einem zu ent­ störenden Gebiet jeweils wenigstens das Zehnfache des Abstan­ des zwischen Oberleitung und Schienen beträgt.

Diese Länge ist ausreichend, um Beeinträchtigungen des Um­ feldes wirksam zu unterbinden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt dabei in

Fig. 1 die schematische Darstellung des Stromflusses einer Stromversorgungsanlage für ein Schienenfahrzeug nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 die schematische Darstellung des Stromflusses mit angeordneter Kompensationsleitung.

Nach Fig. 1 besteht eine Stromversorgungsanlage für Schienen­ fahrzeuge im wesentlichen aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Stromeinspeisungsstelle, die den Betriebsstrom I in die Oberleitung 1 der Anlage einspeist. Die Oberleitung 1 wird über entsprechende Stützmasten in genau festgelegtem Höhenabstand zu den Schienensträngen 2 geführt, wobei auch der seitliche Abstand zu den beiden Schienensträngen 2 genau fest­ gelegt ist. In der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt ist das Schienenfahrzeug, daß mit entsprechenden Stromabnehmern ausgestattet ist, die den Strom von der Oberleitung 1 durch das Fahrzeug leiten und über die Schienenstränge 2 zurückfüh­ ren.

Ist beispielsweise eine Bahn im Anfahren begriffen, so fließt von der Einspeisungsstelle bis zum Stromabnehmer zunächst ein sehr hoher Betriebsstrom I, der um den stromführenden Teil der Oberleitung 1 und um den rückführenden Teil der Schienen 2 ein Magnetfeld entsprechender Feldstärke aufbaut, was sich besonders negativ auf im nahen Umfeld befindliche elektro­ nische Geräte auswirken kann. Aber auch im weiteren Umfeld, bis weit über 50 m Entfernung können noch Störungen an dort befindlichen Geräten auftreten. Auch bei normalem Fahrbetrieb der Bahn oder nach Verlassen des gefährdeten Bereiches durch die Bahn, ist die Störung durch das magnetische Feld vorhanden und zwar so lange, wie Oberleitung 1 und Schienen 2 stromfüh­ rend sind. Die Störung ist erst dann beseitigt, wenn die Bahn beispielsweise eine neue Einspeisungsstelle passiert hat.

In Fig. 2 ist gezeigt, wie durch den Richtungswechsel des Betriebsstromes I innerhalb einer bestimmten Strecke durch Anordnung einer Kompensationsleitung 3 verhindert wird, daß es zum Entstehen störend wirkender magnetischer Felder kommt.

Dazu ist die Oberleitung 1 vor dem Störungsbereich unterbro­ chen und an der Unterbrechungsstelle 4 wird die Oberleitung 1 so mit der Kompensationsleitung 3 verbunden, daß der Betriebs­ strom I in die Kompensationsleitung 3 eingespeist wird. Die Streckenführung der Kompensationsleitung 3 ist so ausgeführt, daß die Kompensationsleitung 3 von der Unterbrechungsstelle 4 aus in den Schienenbereich führt und dort etwa mittig zwischen beiden Schienensträngen 2 in Stromflußrichtung der Oberleitung 1 über eine vorausberechnete Strecke entlanggeführt wird. Die Kompensationsleitung 3 wird nach einer Streckenlänge, die sich aus der zu schützenden Gebietslänge und zwei Übergangsberei­ chen ergibt, die jeweils in etwa die zehnfache Länge des Ab­ standes h zwischen Oberleitung 1 und Schienen 2 aufweisen, wieder in Richtung Oberleitung 1 und über dieser in einem geringen Abstand D zur Oberleitung 1 zurück zur Unter­ brechungsstelle 4 geführt. Dort ist die Kompensationsleitung 3 so mit dem weiterführenden Teil 5 der Oberleitung 1 verbun­ den, daß der Betriebsstrom I wieder in die Oberleitung 1 ein­ gespeist wird.

Zur Abstandshalterung und zur Fixierung der Kompensations­ leitung 3 sind zwischen beiden Leitungen 1, 3 abstandsweise isolierte Distanzstücke angeordnet, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Sie müssen so ausgebildet sein, daß sie das Entlanggleiten der Stromabnehmer an der Oberleitung nicht behindern und sicher ausschließen, daß die Stromabnehmer mit der Kompensationsleitung 3 in Berührung kommen.

Durch die vorbeschriebene Anordnung der Kompensationsleitung 3 im Bereich der Bahnstromversorgungsanlage, in dessen un­ mittelbarem Umfeld sich elektrische oder elektronische Geräte befinden, die in ihrer Funktion durch niederfrequente magneti­ sche Felder gestört werden, wird die Erzeugung magnetischer Felder auf ein Minimum reduziert. Dies geschieht dadurch, daß durch Umkehr der Durchflußrichtung des Betriebsstromes I so­ wohl im Schienen- als auch Oberleitungsbereich die um die einzelnen Leitungen entstehenden magnetischen Felder kompen­ siert werden.

Bezugszeichenliste

1

Oberleitung

2

Schienen

3

Kompensationsleitung

4

Unterbrechungsstelle

5

weiterführender Teil
I Betriebsstrom
h Abstand zwischen Oberleitung und Schienen
D Abstand zwischen Oberleitung und Kompensationsleitung

Claims (9)

1. Anordnung zur Kompensation niederfrequenter Magnetfelder, insbesondere an Stromversorgungsanlagen für elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge, bei denen die Schienenfahr­ zeuge den von einer Einspeisungsstelle in eine Oberleitung eingespeisten Betriebsstrom abnehmen und über die Schienen zurückführen, dadurch gekennzeichnet, daß im Oberleitungs- und Schienenbereich eine Kompensa­ tionsleitung (3) angeordnet ist, deren Stromfluß der Fluß­ richtung des Betriebsstromes (I) entgegengerichtet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stromführung der Oberleitung (1) an vorgegebener Stelle unterbrochen ist und der Betriebs­ strom (I) in die mit der Unterbrechungsstelle (4) verbun­ dene Kompensationsleitung (3) eingespeist wird,
daß die Kompensationsleitung (3) eine solche Streckenfüh­ rung aufweist, daß sie von der Unterbrechungsstelle (4) aus in den Schienenbereich und entgegen der Stromrückführ­ richtung entlang der Schienen (2) verläuft, an vorgegebe­ ner Stelle in den Bereich der Oberleitung (1) und von da zurück zur Unterbrechungsstelle (4) führt und
daß die Kompensationsleitung (3) so mit dem weiterführen­ den Teil der Oberleitung (1) verbunden ist, daß der rück­ geführte Betriebsstrom (I) in diesen Teil der Oberleitung (1) eingespeist wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Rückstrom des Be­ triebsstromes (I) über beide Schienen (2) die Kompensa­ tionsleitung (3) im Schienenbereich etwa mittig zwischen beiden Schienen (2) verläuft.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Rückstrom des Betriebs­ stromes (I) über eine festgelegte Schiene (2) die Kompen­ sationsleitung (3) im unmittelbaren Bereich dieser Schiene (2) verläuft.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kom­ pensationsleitung (3) im Bereich der Oberleitung (1) in geringem Abstand (D) zu dieser zur Unterbrechungsstelle (4) zurückgeführt wird.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Abstandshaltung zwischen Kompen­ sationsleitung (3) und Oberleitung (1) isolierte Distanz­ stücke angeordnet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Oberleitung (1) und Kompensations­ leitung (3) in einer Leitung angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kompensationsleitung (3) so angeordnet ist, daß die Stromabnehmer der Schienenfahr­ zeuge nur an der Oberleitung (1) entlanggleiten.

9. Anordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckenlänge der Kompensationsleitung (3) im Schienen- und Rückführbereich über die zu schützende Gebietslänge hinaus wenigstens noch jeweils die zehnfache Länge des Abstandes (h) zwischen Oberleitung (1) und Schienen (2) beträgt.