Anwendung von Hochspannungs-Abzweckschaltern in Traktionsstromversorgungssystemen

Traditionelle Schalter sind zunehmend unzureichend für die Betriebsanforderungen moderner Traktionsstromversorgungssysteme. Die Einführung von Hochspannungs-Abzweigern hat diese Lücke effektiv geschlossen. Hochspannungs-Abzweigersysteme optimieren die Struktur herkömmlicher Schalter, erweitern ihre Anwendbarkeit und legen einen größeren Fokus auf Feinheiten, was die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromsysteme während des tatsächlichen Betriebs erhöht. Daher ist es wesentlich, die Anwendung von Hochspannungs-Abzweigern in Traktionsstromversorgungssystemen zu analysieren und zu untersuchen.

1. Traktionsstromversorgungssysteme
Das derzeit in China verwendete elektrische Traktionsstromversorgungssystem stellt eine neue Form der schienengebundenen Traktion durch Elektrizität dar – eine sich weit verbreitende Antriebstechnologie, die in Hauptbahnen und städtischem Schienenverkehr eingesetzt wird und ausgezeichnete Leistungen erbringt sowie den Komfort des öffentlichen Verkehrs erheblich verbessert. In der praktischen Nutzung wandelt die elektrische Traktion kontinuierlich elektrische Energie in mechanische Zugkraft um, um Eisenbahnlokomotiven und Triebzüge anzutreiben.

Die derzeitigen elektrischen Traktionssysteme in China werden nach Stromart in drei Kategorien unterteilt: Wechselstrom mit Netzfrequenz, Gleichstrom und Wechselstrom mit Niedrigfrequenz. Davon ist das System mit Wechselstrom bei Netzfrequenz am häufigsten, hauptsächlich in elektrifizierten Bahnen verwendet.

Elektrische Traktion bietet drei entscheidende Vorteile:

• Elektrische Lokomotiven tragen kein Treibstoff, sondern nutzen sekundäre Energiequellen, was eine nicht-selbsttragende Traktionsenergie ermöglicht, die effektiv Züge antreibt.

• Es fördert die Energieeinsparung; mit dem Eintritt des chinesischen Bahnsektors in eine neue Entwicklungsphase werden elektrische Lokomotiven weiter ausgedehnt eingesetzt.

• Es erhöht die Betriebssicherheit. Dank Fortschritten in Mikroelektronik und Informationstechnologie unterstützen moderne elektrische Lokomotiven Echtzeit-Fehlererkennung, autonomes Fahren und Fernsteuerung, was den Informationsstand der Traktionssysteme erheblich steigert.

2. Merkmale, Funktionen, Arten und Entwicklung von Hochspannungs-Abzweigern

(1) Funktionen und Rollen
Obwohl Hochspannungs-Abzweiger erst kürzlich in chinesischen Stromsystemen weit verbreitet wurden, haben sie herausragende Leistungen gezeigt. Ihre Kernfunktionen sind zweifach:

• Wenn offen, stellen sie einen sichtbaren und elektrisch sicheren Isolationsabstand zwischen den Kontakten sicher;

• Wenn geschlossen, tragen sie zuverlässig den Nenn-Dauerstrom.

Diese Fähigkeiten verbessern sowohl die Sicherheit als auch die Betriebseffizienz erheblich. Wichtige Rollen umfassen:
• Stromisolation: Während der Wartung isolieren Abzweiger deenergisierte Geräte von lebenden Schaltkreisen, wodurch ein klar sichtbarer Trennungspunkt geschaffen wird, der Personal und Geräte schützt.
• Schaltvorgänge (Busübertragung): Sie ermöglichen sichere Übergänge von Geräten zwischen Betrieb, Standby oder Wartung, was flexible und sichere Betriebskonfigurationen erleichtert.

(2) Arten
Die Arten von Abzweigern variieren je nach mehreren Kriterien:

• Nach Installationsort: Außen vs. Innen;

• Nach Spannungsniveau: Niederspannung vs. Hochspannung;

• Nach Konstruktionsdesign: Einpfosten-, Doppelpfosten- oder Dreipfosten-Ausführung;

• Nach Betriebsmechanismus: manuell, elektrisch oder pneumatisch.

(3) Technologische Fortschritte
Traditionelle Abzweiger zeigten oft nach längerem Gebrauch eine verminderte Kontaktfläche zwischen beweglichen und festen Kontakten, was zu erhöhtem Widerstand, höheren Leitverlusten und erhöhtem Energieverbrauch führte. Neuerdings führen Innovationen wie Fingerkontakt-Technologie und geriffelte Oberflächen-Designs zu einer erheblichen Verbesserung der Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit. Diese Verbesserungen haben den Anwendungsbereich moderner Hochspannungs-Abzweiger in Chinas Strominfrastruktur erweitert.

3. Anwendungen in Traktionsstromversorgungssystemen
(1) Fernsteuerung (Fernbedienung)
Hochspannungs-Abzweiger sind nun wichtige Komponenten in elektrifizierten Bahnstromversorgungssystemen, die Fehlerisolierung und Abschnittswartung ermöglichen, was die Betriebssicherheit und -präzision erhöht. Angesichts der großen Zahl und weiten Verbreitung von Knotenpunkten im chinesischen elektrifizierten Bahnnetz ist die manuelle Vor-Ort-Bedienung ineffizient und begrenzt die Automatisierung. Daher ist die Implementierung von Fernsteuerung entscheidend für die Modernisierung der Bahn.

Dank der Fortschritte in drahtgebundener und drahtloser Kommunikation können Remote Terminal Units (RTUs) jetzt in elektrische Betriebsmechanismen integriert werden. Diese Integration löst nicht nur zentrale Herausforderungen bei der Fernbedienung von Abzweigern, sondern erhöht auch die Systemzuverlässigkeit, gewährleistet eine stabile Stromversorgung und hebt das Gesamtautomatisierungsniveau elektrifizierter Bahnen.

(2) Drahtgebundene/drahtlose Videoüberwachung
Da Abzweiger in der Regel außen installiert und unbemannt sind, ist neben der Fernsteuerung auch eine Fernüberwachung notwendig. Videosurveillance-Systeme ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung der Feldbedingungen und minimieren menschliche Fehler bei Befehlsentscheidungen.

Die Bereitstellung solcher Systeme erfordert hybride Kommunikationslösungen, die drahtgebundene und drahtlose Technologien wie Frequenzsprung-Verfahren und Wi-Fi kombinieren, die in China reif sind. Die Integration dieser fortschrittlichen Kommunikationsmethoden ermöglicht robuste Fernvideoüberwachung und verbessert die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz des Betriebs elektrifizierter Bahnen weiter.

(3) Online-Temperaturüberwachung
Trotz ihrer einfachen Struktur sind die Kontakte und Kontaktfinger von Abzweigern den harten Bedingungen der Außenumgebung ausgesetzt, was sie anfällig für Oxidation macht. Oxidation erhöht den Kontaktwiderstand und erzeugt übermäßige Wärme, was potenziell zu Geräteausfällen oder Bränden führen kann, wenn es unbehandelt bleibt.

In der Ära intelligenter Umspannwerke und unbemannter Betriebsarten ist die Fernüberwachung von Temperaturen unerlässlich geworden. In China werden hauptsächlich drei Methoden eingesetzt: drahtlose Sensoren, Faseroptik-Sensoren und Infrarot-Thermografie – wobei Faseroptik-Sensoren am weitesten verbreitet sind.

Faseroptik-Temperatursensoren werden direkt an Kontakten oder Kontaktfingern befestigt. Die Daten werden über stromtragfähige Glasfaserkabel an eine zentrale Verarbeitungseinheit übertragen und dann an Backend-Computer des Umspannwerks weitergeleitet, um in Echtzeit analysiert zu werden. Spezielle Software zur Datenverwaltung und -analyse wurde bereits in China entwickelt, um eine zuverlässige Temperaturüberwachung sicherzustellen. Allerdings bleiben hohe Geräte- und Softwareentwicklungskosten weiterhin eine Herausforderung.

4. Schlussfolgerung
Das elektrifizierte Eisenbahnsystem Chinas hat eine neue Entwicklungsphase erreicht. Die kontinuierliche Optimierung traditioneller Abschaltvorrichtungen durch Fingerkontakt- und Strukturierungs-Technologien hat die Leistung von Hochspannungsabschaltvorrichtungen in Traktionsanwendungen erheblich verbessert und die Modernisierung des nationalen Schienennetzes beschleunigt.

Im Vergleich zu herkömmlichen Stromversorgungsmodellen bietet die elektrische Traktion eine höhere Effizienz, verbesserte Sicherheit und einen geringeren Energieverbrauch. Die Integration fortschrittlicher Hochspannungsabschaltvorrichtungen in elektrische Traktionssysteme ist zum Markenzeichen der Modernisierung der chinesischen Eisenbahn geworden und stellt die Elektrifizierungstechnologie des Landes unter die besten der Welt.