Sicherheitsrelevante Messungen in verteilten Systemen bei der Bahn

Die Bahn ist eines der sichersten Verkehrsmittel. Dafür sorgen auch vollautomatische Einrichtungen wie Gleisfreimeldesysteme. Sie prüfen kontinuierlich, ob sich ein Fahrzeug auf den Gleisen befindet und warnen, wenn die Strecke nicht frei ist. Für die Informationsübertragung werden auch die Schienen genutzt, die gleichzeitig den Rückstrom der Triebfahrzeuge führen. Die Leistungselektronik moderner Triebfahrzeuge könnte durch Interferenzen und Überlagerungen die Systeme ungewollt stören. Darum sind vor der Zulassung jedes Fahrzeugtyps Störstrommessungen Pflicht. Sie stellen sicher, dass die mehrere Megawatt starken Antriebe außerhalb der kritischen Frequenzbereiche arbeiten. Zu einer Herausforderung werden die störempfindlichen Messungen, wenn mehrere Triebfahrzeuge zu einem Zug zusammengekoppelt sind. Der Strom muss dann in mehreren Fahrzeugen parallel gemessen werden, wobei zwischen den Messstellen Potentialunterschiede von mehreren hundert Volt liegen können, so dass kein einheitliches Bezugspotential existiert. Die Hochgeschwindigkeits-Messtechnik der SATURN-Serie von AMOtronics ermöglicht in solchen Mehrfachtraktionen hochsynchrone Messungen an verteilten Messstellen mit einem zentralen System. Faseroptische Leitungen widerstehen Störimpulsen Ermöglicht wird dies durch den Einsatz sogenannter Messsatelliten, welche das digitalisierte Messsignal rein optisch über Lichtwellenleiter zum Aufzeichnungs- und Auswertesystem – dem Transientenrekorder – übertragen. „Anders als herkömmliche Datenleitungen sind die faseroptischen Kabel unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Einkopplungen“, erläutert Dr.Ing. Udo Kappel diesen Vorteil des AMOtronics-Systems. Er ist verantwortlich für Beeinflussungsprüfungen bei der Ingenieurbüro Rörden GmbH, einer vom Eisenbahn-Bundesamt anerkannten Prüfstelle für Schienenfahrzeuge in Dortmund. Auch für den Bahnbetrieb typische transiente Störgrößen, die z. B. am Kontaktpunkt zwischen Stromabnehmer und Oberleitung entstehen, beeinflussen die Messsignale also nicht. „So können wir jetzt verteilte Messungen mit einem zentralen Messsystem durchführen und dabei trotz starker Störfelder immer eine größtmögliche Synchronität und Genauigkeit der Daten gewährleisten.“ Bei den Messfahrten wird der Strom mit sogenannten Rogowski-Spulen zeitgleich in den unterschiedlichen Triebfahrzeugen gemessen. Die Spulen sind dabei direkt an die Messsatelliten von AMOtronics angeschlossen und werden auch über deren Batteriemanagement ausfallsicher mit Energie versorgt und überwacht. Von den Messköpfen werden die Daten digital mit einer Übertragungsrate von 2 GBit/s zum zentralen Aufzeichnungssystem übertragen. Die unterschiedlichen Leitungslängen in den bis zu 200 Meter langen gekoppelten Zügen haben dabei keinen Einfluss. Die integrierte Software des Transientenrekorder-Systems bestimmt automatisch die Signallaufzeiten von den Messsatelliten und gleicht sie aus. Theoretisch können so nahezu beliebig große Entfernungen unter Wahrung der Synchronität aller Messkanäle überbrückt werden. „Die Zuverlässigkeit der Messtechnik ist entscheidend für unsere Arbeit. Denn nur dann können wir sicher beurteilen, ob die Leistungselektronik keine kritischen Frequenzen verursacht“, sagt Kappel. Damit leistet die Hochgeschwindigkeits-Messtechnik von AMOtronics neben zahlreichen Anwendungen in der Energieerzeugung und -übertragung auch einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit im Schienenverkehr.