Nachdruck - ABB Technik 2/2010 Eisenbahnland Schweiz
30 ABB technik 2 10 2 Eisenbahnland Schweiz ABB Technik 2/2010 - Nachdruck
Eisenbahnland Schweiz ABB liefert die Energietechnik für die bedeutendsten Eisenbahnprojekte des Landes RENÉ JENNI, REMIGIUS STOFFEL, MELANIE NYFELER Die Schweiz gilt gemeinhin als Vorreiterin in Sachen öffentlichem Verkehr. Nirgends auf der Welt werden Zug, Tram und Bus so oft genutzt wie in dem kleinen Alpenland. Das öffentliche Verkehrssystem ist so beliebt, dass in mehreren Volksabstimmungen der weitere Ausbau des bereits dichten Schienennetzes beschlossen wurde. Das Ziel ist es, mehr Reisende mit öffentlichen Verkehrsmitteln zu transportieren und mehr Gütertransporte von der Straße auf die Schiene zu verlegen. ABB ist ebenso an der Stromversorgung für die beiden neuen Basistunnel durch die Alpen am Lötschberg und Gotthard beteiligt wie an der Energieverteilung im Agglomerationsverkehr rund um die Städte Zürich, Bern und Luzern. V erschiedene Studien zeigen es immer wieder: Die Schweizerinnen und Schweizer sind Weltmeister im Zugfahren. Im Durchschnitt fährt jeder Einwohner der Schweiz 40-mal im Jahr mit der Bahn. Das entspricht einem Fahrgastaufkommen auf dem Schweizer Schienennetz von 900.000 Personen am Tag [1,2] 1. Da ist es wenig überraschend, dass die Schweiz die weltweit höchste Taktfrequenz im Bahnverkehr aufweist. Foto AlpTransit AlpTransitGotthard GotthardAG AG Foto: Dank der strategischen Verkehrspolitik des Bundesrates verfügt die Schweiz über ein sehr gut ausgebautes Schienennetz, das die Erreichbarkeit im ländlichen Raum ebenso sichert wie die Zugsverbindungen zwischen den Städten im Stunden- oder sogar im Halbstundentakt. Um den steigenden Kundenbedürfnissen gerecht zu werden, verdichten die Schweizer Bahnbetriebe nicht nur ihren Fahrplan, sondern rüsten auch ihr Rollmaterial immer wieder auf. Im internationalen Schienenverkehr setzt das Alpenland ebenfalls Meilensteine und verfolgt eine aktive Politik mit dem Ziel, Güter möglichst per Bahn und nicht per Lkw zu transportieren. Schon heute ist die Schweiz das wichtigste Transitland für den alpenquerenden Güterverkehr auf der Schiene. Im Jahr 2008 wurden 40 Millionen Tonnen Fracht durch die Schweiz transportiert, wovon mehr als die Hälfte rund 25 Millionen Tonnen per Bahn befördert wurden [3]. Die Schweizer Bevölkerung hat sich in verschiedenen Volksabstimmungen dafür ausgesprochen, den Gütertransport auf die Schiene zu verlagern. Ein wichtiger Schritt hierfür ist der Eisenbahnland Schweiz 31 ABB Technik 2/2010 - Nachdruck Eisenbahnland Schweiz 3
1 Vergleich europäischer Bahnen (2007) [1] 2 Basistunnel in den Alpen ( AlpTransit Gotthard AG). Bahnverbindung von Basel (Schweiz) nach Mailand (Italien) durch den 57 km langen Gotthard-Basistunnel Land Strecken- Bahnkilometer fahrten gesamt pro Einwohner Schweiz 3.158 40 Luxemburg 275 33 Dänemark 2.133 29 Österreich 5.702 24 Deutschland 33.890 22 Niederlande 2.776 20 Belgien 3.374 19 Tschechische Republik 9.460 17 Frankreich 29.918 16 Spanien 13.368 11 Italien 16.335 9 Meter über dem Meeresspiegel 2.500 2.000 1.500 1.000 500 Basel 0 Gotthard-Basistunnel Göschenen Arth-Goldau Zürich Zug Erstfeld Geplanter Zimmerberg-Basistunnel Airolo Biasca Ceneri-Basistunnel Lugano Chiasso Mailand Bellinzona Bau der Neuen Eisenbahn-Alpentransversale (NEAT), die die Schweiz in das wachsende europäische Hochgeschwindigkeitsnetz integriert. Dank der beiden NEAT-Achsen am Gotthard und Lötschberg wird sich die jährliche Kapazität des Schienengüterverkehrs nach Fertigstellung der beiden Strecken von 20 Mio. Tonnen im Jahr 2003 auf rund 50 Mio. Tonnen im Jahr 2017 mehr als verdoppeln. Bahnstrom für den Lötschbergtunnel Im Dezember 2007 wurde nach rund 10 Jahren Planungs- und Bauzeit der Lötschberg-Basistunnel eröffnet. Der neue Bahntunnel reduziert die Reisezeit von Norden ins Wallis beträchtlich. Seit der Eröffnung des Tunnels passieren täglich rund 40 Reise- und 110 Güterzüge auf einer Scheitelhöhe von etwa 800 Metern die Alpen etwa doppelt so viele wie auf der bisher auch für Autozüge genutzten, viel höher gelegenen Verbindung zwischen Goppenstein und Kandersteg. Das Jahrhundertwerk mit seinen zahlreichen Querstollen und riesigen Ausschachtungen für die technischen Anlagen war eine große Herausforderung auch für ABB, die für die Planung, Lieferung, Installation und Inbetriebnahme der 16,7-Hz-Bahnstromversorgung sowie der 50-Hz-Energieverteilung verantwortlich zeichnete. Die gelieferten Mittelspannungsanlagen stellen sowohl die Stromversorgung für die Beleuchtungs-, Signal-, Kommunikations-, Lüftungs- und Klimaanlagen als auch für die Sicherheitstüren im gesamten Tunnel sicher. Die 50-Hz-Energieverteilung umfasst 21 Transformatorenstationen mit luftisolierten Schaltfeldern vom Typ UniGear ZS1, 30 Verteiltransformatoren und zwei 5-MVA-Kuppeltransformatoren zur Kopplung der beiden Netze der lokalen Energieversorger. Der zweite Teil des Auftrags umfasste die 16,7-Hz-Bahnstromversorgung. Um die Anbindung an das europäische Hochgeschwindigkeitsnetz zu ermöglichen, wurden die Fahrleitungen im Tunnel speziell für hohe Bahngeschwindigkeiten von bis zu 250 km/h konzipiert. Zudem wurde die Bahnstromversorgung so ausgelegt, dass gleichzeitig mehrere Zugkonfi gurationen mit bis zu 6 Lokomotiven und bis zu 1,5 km lange Güterzüge mit Energie versorgt werden können. Das bedeutet, dass die Schalt- und Schutzeinrichtungen im Bedarfsfall in der Lage sein müssen, Kurzschlussströme von über 40 ka zu bewältigen. Für diese anspruchsvolle Aufgabe installierte ABB luftisolierte, einpolige Schaltfelder vom Typ Uni- Gear R36, die eine höchstmögliche Personen- und Anlagensicherheit bieten. Die Bahnstromversorgungseinheiten und die dazugehörigen Schutz- und Automatisierungssysteme sind in Containern installiert, die an verschiedenen Standorten entlang des Tunnels in Kavernen platziert sind. Dort sind alle Systeme untergebracht, die für einen sicheren Streckenbetrieb erforderlich sind. Die Steuerung und Überwachung der Bahnstromversorgung erfolgt von zwei lokalen Leitstellen aus, die sich in der Nähe der nördlichen und südlichen Tunnelportale befi nden. Der längste Bahntunnel der Welt Östlich des Lötschbergs, fast in der Landesmitte, sind die Arbeiten an der zweiten Alpentransversale der Schweiz noch voll im Gange. Der Basistunnel am Gotthard ist das Herzstück der NEAT-Bahnverbindung und wird zu einer erheblichen Verbesserung der Reise- und Transportmöglichkeiten im Herzen Europas führen. Nach seiner geplanten Inbetriebnahme im Jahr 2017 wird der Gotthard-Basistunnel mit seinen rund 57 km der längste Tunnel der Welt sein 2. Das Bauvorhaben ist riesig und eine immense Pionierleistung. Für die Doppelröhre mit ihren Verbindungsstollen müssen Felsen auf einer Strecke von insgesamt 152 km Länge in mehreren Teilstücken ausgebrochen werden. Diese Arbeiten sollen im Herbst 2010 abgeschlossen sein, während in einigen Teilen des Tunnels die elektrischen Anlagen bereits installiert werden. Im Jahr 2008 wurden 40 Millionen Tonnen Fracht durch die Schweiz transportiert, mehr als die Hälfte davon per Bahn. Auch hier liefert ABB die Energietechnik, darunter gasisolierte Mittelspannungsschaltfelder und Schutzeinrichtungen für die 50-Hz-Energieversorgung der Tunnelinfrastruktur. Die 875 Mittelspannungseinheiten werden die zuverlässige Stromversorgung der Infrastruktur gewährleisten und müssen gleichzeitig erschwerten klimatischen Bedingungen bei minimiertem Wartungsaufwand standhalten. 4 Eisenbahnland Schweiz ABB Technik 2/2010 - Nachdruck
3 Schematische Darstellung des Gotthard-Basistunnels ( AlpTransit Gotthard AG, bearbeitet von ABB) 4 Sorgt für Sicherheit im Gotthardtunnel: die Schutz- und Steuereinheit REF542plus Multifunktionsstelle Faido Bodio Sedrun Multifunktionsstelle Sedrun Nothaltstelle 57 km Zugangsstollen Faido REF542plus Erstfeld Kabelstollen Zugangsstollen Amsteg Leitzentrale (50 Hz) 50-Hz-MS-Anlage System- & Maintenance-LAN Die zwei parallelen, einspurigen Tunnelröhren sind alle 325 m durch einen 40 m langen sogenannten Querschlag miteinander verbunden. In diese Querschläge, die als Fluchtwege zwischen den beiden Tunnelröhren dienen, werden die elektrischen Versorgungsanlagen für die Tunnelinfrastruktur installiert 3. Aufgrund der erschwerten Bedingungen im Tunnel mit Salzeintrag, Bremsstaub, Rußpartikeln, Schienen- und Fahrdrahtabrieb kommen gasisolierte Schaltanlagen vom Typ ZX0 zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch eine äußerst kompakte Bauweise bei einer Feldbreite von lediglich 400 mm aus. Durch die Kombination von bis zu sechs Feldern zu einem voll funktionsfähigen Schaltanlagenblock können die Anlagen im Störungsfall innerhalb kürzester Zeit komplett ausgetauscht werden. Diese Funktionalität ist für den Betrieb des Gotthard-Basistunnels von zentraler Bedeutung, da der Schienenverkehr unterbrochen werden muss, um Zugang zum Querschlag zu gewähren. Den Elementen ausgesetzt Aufgrund der aggressiven Umgebungsbedingungen müssen die entsprechenden Steuerschränke gemäß Schutzklasse IP65 ausgeführt sein. Außerdem sind die Hochspannungsteile der Schaltanlagen standardmäßig gasdicht verschweißt. So wird jeglicher Eintritt von Elementen aus der Umgebung wie Staub oder Sprühwasser ausgeschlossen. rungen an das Material. Da die Züge die Querschläge mit bis zu 250 km/h passieren, ergeben sich Druckschwankungen von ±10 kpa. Folglich musste auch die Druckfestigkeit der ZX0-Schaltanlagen einschließlich der Steuerschränke sichergestellt werden. Die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit dieser Anlagen sind für die Sicherheit im Tunnel von wesentlicher Bedeutung. Dafür sorgt maßgeblich die multifunktionelle Schutz- und Steuereinheit REF542plus, die bereits seit über zehn Jahren auf dem Markt ist 4. Über 500 Geräte dieses Typs werden an verschiedenen Punkten entlang des gesamten Tunnels installiert. Ihre wesentliche Aufgabe im Tunnelbereich erfüllt REF- 542plus mit dem neu entwickelten, mehrstufi gen Distanzschutz: Um in einem Netz eine optimale Selektivität bei gleichzeitig stabiler Versorgungssicherheit zu gewährleisten, ist eine schnelle Ermittlung der Fehlerart und des Fehlerorts wichtig, damit fehlerhafte Teile des Netzes gezielt ausgeschaltet werden können. Beide Informationen werden unverzüglich an das Tunnelleitsystem übertragen. REF542plus bietet zusätzlich einen Remote-Service, mit dem gespeicherte Programme und Schutzdaten bei Bedarf per Ethernet-LAN nicht nur aus der Ferne abgefragt, sondern auch geändert und ersetzt werden können. Dies ist bei einem Schutzgerät bisher einzigartig. Die Installation der bahntechnischen Ausrüstung hat bereits begonnen, und die erste Etappe der 50-Hz-Versorgung soll 2011 in Betrieb Auch die starken Druckschwankungen in den Querschlägen stellen hohe Anfordegehen. Dann werden die Schaltanlagen über Jahre mithelfen, Millionen Passagiere sicher durch das einzigartige Tunnelsystem zu schleusen. Neue Stadtbahn im Großraum Zürich ABB sorgt nicht nur im alpendurchquerenden Bahnverkehr für die nötige Stromversorgung, auch im städtischen Nahverkehr haben sich die Energieversorgungssysteme von ABB mehrfach bewährt. In der ABB liefert die 50-Hz-Energieversorgung für die Tunnelinfrastruktur mit 875 gasisolierten Mittelspannungsschaltfeldern und Schutzeinrichtungen für den Gotthardtunnel. Region Zürich wird eine neue Stadtbahn gebaut, die den angrenzenden Lebensund Wirtschaftsraum des Glatttals an das pulsierende Zentrum der größten Stadt der Schweiz anbindet. In ihrem Einzugsgebiet werden 150.000 Einwohner und 120.000 Beschäftigte von der modernen, 12,7 km langen Tramlinie profi tieren, die in Etappen bis Ende 2010 fertiggestellt wird 5. ABB Technik 2/2010 - Nachdruck Eisenbahnland Schweiz 5
5 Die Glattalbahn auf dem Balsberg-Viadukt (Foto: Daniel Boschung) Gleichrichteranlagen an die übergeordnete Leittechnik des örtlichen Energieversorgungsunternehmens angebunden. Weitere Aufträge wie die Erneuerung von Gleichrichteranlagen für Trolleybuslinien der Verkehrsbetriebe der Stadt Luzern befi nden sich bei ABB momentan in der Ausführung. Bis 2012 liefert ABB fünf Gleichrichterstationen zur Versorgung der Berner Tramlinien mit 600-V-Gleichspannung sowie den entsprechenden Fahrleitungsschutz. Bei der neuen Glattalbahn erstellt ABB als Generalunternehmerin in Zusammenarbeit mit den lokalen Baufi rmen Implenia Bau und Walo Bertschinger die gesamten Systeme zur Energieversorgung. ABB zeichnet für die Planung, Lieferung, Installation und Inbetriebnahme der Gleichrichterunterwerke verantwortlich. Das Energieversorgungssystem umfasst acht Gleichrichterstationen, die auf der ganzen Strecke Strom mit einer Nenngleichspannung von 600 V in das Fahrleitungsnetz einspeisen. Die Gleichrichtertransformatoren sind je nach Örtlichkeit für eine Leistung von 900 oder 1.400 kva ausgelegt. ABB ist ebenfalls für die Niederspannungs- Hauptverteilung verantwortlich, die alle 22 Haltestellen der Glattalbahn mit der nötigen Energie von 230 V versorgt, damit Fahrscheinautomaten, Infotafeln und Weichen einwandfrei funktionieren. Auch die Beleuchtungs-, Lüftungs- und Brandmeldesysteme in den Gleichrichterstationen werden von ABB geliefert und installiert. Ausbau des Agglomerationsverkehrs Ähnlich wie in Zürich boomen auch die Agglomerationsgemeinden und damit auch das Verkehrsaufkommen rund um die Hauptstadt Bern. Die Stadt setzt dabei auf die Straßenbahn als öffentliches Verkehrsmittel. Zwei neue Tramlinien schaffen anders als die bisherigen Trolleybusse neue, umsteigefreie Verbindungen zwischen dem Westen, der Innenstadt und dem Osten der Stadt. Bis 2012 liefert ABB fünf Gleichrichterstationen zur Versorgung der Tramlinien mit 600-V-Gleichspannung sowie den entsprechenden Fahrleitungsschutz. Über das Fernwirksystem RTU560D werden die Die Schweiz als Musterbeispiel Dank ihres gut ausgebauten öffentlichen Verkehrsnetzes gilt die Schweiz als Musterbeispiel und hat den Trend in Richtung beschleunigter Ökologisierung beeinfl usst. Ziel der Regierung ist es, die Bevölkerung vor allem in den dicht besiedelten Gebieten der Schweiz und auch die Alpen von den negativen Auswirkungen des Transitverkehrs zu entlasten. Und auch aus wirtschaftlichen Gründen müsse es nach Aussagen des Direktors des Schweizerischen Bundesamtes für Verkehr gelingen, den Verkehr und vor allem dessen erwartetes Wachstum auf die Schiene zu bringen [4]. Einen wichtigen Beitrag dazu leistet ABB mit ihren innovativen Technologien im Bahnbereich. René Jenni ABB Power Systems Baden, Schweiz rene.jenni@ch.abb.com Remigius Stoffel ABB Power Products, Automation & Protection Baden, Schweiz remigius.stoffel@ch.abb.com Melanie Nyfeler ABB Communications Baden, Schweiz melanie.nyfeler@ch.abb.com www.abb.com/abbreview Literaturhinweise [1] SBB AG: Geschäftsbericht Schweizerische Bundesbahnen 2008. Bern, Schweiz [2] UIC (2007) in SBB AG (2009): Statistisches Vademecum: Die SBB in Zahlen 2008 : S. 27 [3] Schweizerisches Bundesamt für Verkehr (März 2009): Güterverkehr durch die Schweizer Alpen 2008. Bericht. Bern, Schweiz [4] Friedli, M. (23. Mai 2007): Schweizer Verkehrspolitik: Konstanz und Innovation. Referat. Basel, Schweiz 6 Eisenbahnland Schweiz ABB Technik 2/2010 - Nachdruck
Energie um Züge auf Kurs zu halten? Absolut. ABB s Schaltanlagen liefern zuverlässige Traktionsenergie für den schienengebundenen Verkehr. Optimierte Bahnstromversorgungslösungen gewährleisten die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der AC- und DC-Energieversorgung und ermöglichen hohe Leistungsfähigkeit und Effizienz. Unser Fachwissen sowie globale Erfahrung ermöglichen uns, schlüsselfertige Lösungen anzubieten. Eine weltweite Präsenz gewährleistet Kundenbetreuung über den gesamten Lebenszyklus des Umspannwerkes. ABB ist der weltweit führende Anbieter von luft- und gasisolierten Schaltanlagen für Spannungsebenen bis 1100kV, mit einer grossen globalen installierten Basis. www.abb.com/substations ABB Schweiz AG Tel. +41 58 588 38 12 Fax. +41 58 588 23 35
Kontakt ABB Schweiz AG Power Systems Bruggerstrasse 72 CH-5400 Baden, Schweiz Tel: +41 58 588 38 12 Fax: +41 58 588 23 35 www.abb.com/substations 1KHA - 001 153, SEN - 09.10 - Printed in Switzerland ABB Switzerland Ltd, September 2010. The right to modifications or deviations due to technical progress is reserved.