Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik bei der Deutschen Bahn AG

1. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik bei der Deutschen Bahn AG Verfasser: Marcus Golle

2. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik 21.06.2002 Blitzschlag ließ die Oberleitung schmelzen. Blitze schlugen auch in ein Stellwerk am Düsseldorfer Hauptbahnhof ein. 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. Verfasser: Marcus Golle

3. 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. Verfasser: Marcus Golle

4. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik • Daten und Fakten: • 34128 km Schienennetz • Ca. 20000 Gebäude • 5730 Personenbahnhöfe • 73352 Weichen und Kreuzungen Verfasser: Marcus Golle

5. 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. Verfasser: Marcus Golle

6. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Blitzeinschlagwahrscheinlichkeit: Wird Berechnet aus dem Keraunischen Pegel und der Formel: Ng = 0,04/km² *Td1,25 Für Wuppertal ca. 2,5 (Blitze/km²)*a 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. Verfasser: Marcus Golle

7. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Schienenverkehr Eisenbahnen Straßenbahnen Private Netzbetreiber Deutsche Bahn AG Fahrzeuge Stationäre Einrichtungen Gebäude Verfasser: Marcus Golle

8. 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. Verfasser: Marcus Golle

9. 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 Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Gebäudesicherung Tabelle: Werte der Wahrscheinlichkeit PB in Abhängigkeit von den Schutzmaßnahmen zur Verringerung physikalischer Schäden Verfasser: Marcus Golle

10. 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). Verfasser: Marcus Golle

11. 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 Verfasser: Marcus Golle

12. 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 Verfasser: Marcus Golle

13. 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. Verfasser: Marcus Golle

14. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Schienenverkehr Eisenbahnen Straßenbahnen Private Netzbetreiber Deutsche Bahn AG Fahrzeuge Stationäre Einrichtungen Gebäude LST Verfasser: Marcus Golle

15. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik LST Blitzeinschläge in: Mögliche Störung: • Signalanlagen Funktionslos • Weichen „Funktionslos“ Abriss, Induktion • Oberleitung, Leitungen • Transformatoren / Umspannwerk Kurzschluss • Stellwerktechnik Überwachungs- u. Steuerfunktion eingeschränkt Verfasser: Marcus Golle

16. 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. Verfasser: Marcus Golle

17. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik LST Um die Blitzeinschlagwahrscheinlichkeit weiter zu senken bedient man sich topographischer Gegebenheiten wie: • HoheGebäude • Tunnel • Waldgebiete • Oberleitungen (Abstand) Verfasser: Marcus Golle

18. 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. Verfasser: Marcus Golle

19. 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. Verfasser: Marcus Golle

20. 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. Verfasser: Marcus Golle

21. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Schienenverkehr Eisenbahnen Straßenbahnen Private Netzbetreiber Deutsche Bahn AG Fahrzeuge Stationäre Einrichtungen Gebäude LST Datenleitungen Verfasser: Marcus Golle

22. 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. Verfasser: Marcus Golle

23. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel ESTW München HBF Verfasser: Marcus Golle

24. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel 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) Verfasser: Marcus Golle

25. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel 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) Verfasser: Marcus Golle

26. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel E = 1 - 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. Verfasser: Marcus Golle

27. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Berechnungsbeispiel Entscheidungskriterium für zusätzlichen Überspannungsschutz OZ = S * U * Ng *106 = 9,3 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 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 Verfasser: Marcus Golle

29. Blitz- und Überspannungsschutz in der Leit- und Sicherungstechnik Danke für die Aufmerksamkeit! Verfasser: Marcus Golle