mini|110-kV-Bahnstromleitung, zwei Stromkreise, mit Abzweig Eine Bahnstromleitung ist eine Hochspannungsleitung zur Stromversorgung elektrifizierter Eisenbahnen. Bahnstromleitungen versorgen über Unterwerke die Speiseleitungen einer Bahnstrecke, die wiederum über die Einspeisung des Stroms in die Fahrleitung den elektrischen Antrieb der Triebfahrzeuge ermöglichen. Dieses System wird auch als zentrale Bahnstromversorgung bezeichnet – im Unterschied zur dezentralen Bahnstromversorgung, bei der die Unterwerke aus dem öffentlichen Stromnetz versorgt werden.
Ein separates Netz ausschließlich zur Versorgung von Bahnstrecken existiert in dieser Form nur im größten Teil Deutschlands, in Österreich und der Schweiz. Dieses Netz besteht aus Leitungen, die – im Unterschied zu den Drehstromleitungen des öffentlichen Netzes – mit Einphasenwechselstrom und einer Frequenz von 16,7 Hz betrieben werden. Betreiber der Leitungen sind Tochterunternehmen der jeweiligen nationalen Bahngesellschaften. Zwischen den Bahnstromnetzen der drei Länder existieren mehrere grenzüberschreitende Verbindungen.
Da die Einphasen-Reihenschlussmoteren der Eisenbahn nur mit der reduzierten Frequenz 16,7 Hz betrieben werden konnte, muss auch das zugehörige Verteilnetz mit dieser Frequenz betrieben werden. Seit den 1950er Jahren gibt es technische Lösungen für den elektrischen Eisenbahnbetrieb unter der Frequenz des Landesnetzes, sodass die Notwendigkeit zum Aufbau eines autarken Leitungsnetzes mit Niederfrequenz entfallen ist.
Technischer Aufbau Betriebsweise
Bahnstromleitungen werden, anders als Leitungen des öffentlichen Stromnetzes, nicht mit Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom), sondern mit Einphasenwechselstrom betrieben. Anders als beim Drehstrom umfasst ein Stromkreis somit nicht mehrere Phasen. In der Praxis werden diese Leitungen allerdings in einem Zweiphasensystem symmetrisch gegen Erde betrieben, sodass auf jeder Phase die halbe Nennspannung anliegt. Bei einer mit der in Deutschland und Österreich üblichen Spannung von 110 kV weist eine Leitung somit auf jeder der beiden Phasen eines Stromkreises eine Spannung von 55 kV auf. Deswegen wird für dieses System auch die Bezeichnung 2 × 55 kV verwendet. Die Phasenlagen beider Spannungen sind hierbei um 180° gegeneinander versetzt, im Unterschied zu Drehstrom, wo die Phasenverschiebung 120° beträgt. Wie bei allen symmetrischen Stromleitungen gibt es auch bei Bahnstromleitungen Verdrillungen, also ein Tausch der Phasenanordnung innerhalb einer Leitungsstrecke.
Um einerseits eine niedrigere Frequenz zu erhalten und gleichzeitig eine Speisung aus dem Landesnetz zu ermöglichen, wurde die Frequenz des Bahnstroms 1912 auf Hz= Hz festgelegt. Da dies bei Maschinensätzen mit Asynchronmaschinen in relevanten Betriebszuständen zu technischen Problemen führte, wurde die Bahnstromfrequenz 1995 teilweise formal, in Deutschland, Österreich, Schweiz real auf 16,7 Hz mit einer Toleranz von angehoben. Der Wert Hz liegt in diesem Toleranzbereich. Das Thema führt immer wieder zu Diskussionen, da die Norm EN50163:2004 die Änderung von Hz zu 16,7 Hz als Vereinfachung darstellt.
Die Erdung des Bahnstromnetzes wird in größeren Unterwerken und in Bahnkraftwerken über Petersenspulen zur Löschung des Erdschlussstroms vorgenommen. Diese Vorgehensweise entspricht der im öffentlichen Netz, im Unterschied zur Bahnerdung entlang der Strecke. Es handelt sich um das größte zusammenhängende gelöschte Hochspannungsnetz weltweit.Walter Schossig: . In: EW, Jg. 104, 2005, Heft 21–22, S. 80–83 – "Mit dem Verbund des österreichischen Bahnnetzes stellt das 110-kV-Netz DB/ÖBB aufgrund der Stromkreislänge von 19 100 km und der flächenmäßigen Ausdehnung das größte, gelöscht betriebene Hochspannungsnetz der Welt dar."
Masten und Leiterseile Folgende Spannungen werden bei Bahnstromleitungen angewendet: 132 kV: Schweiz (SBB) 110 kV: Deutschland (DB Energie AG), Österreich (ÖBB Infrastruktur AG) 66 kV: Schweiz: SBB (einzelne Gebiete im Jura), RhB 55 kV: Österreich (S-Bahn Wien)Bezeichnung der Bahnstromleitungen in Österreich (PDF-Datei, 55 kB), abgerufen am 6. März 2012 In den 1980er Jahren wurden in Deutschland zur Versorgung von Schnellfahrstrecken auch Leitungen gebaut, die für einen späteren 220-kV-Betrieb dimensioniert wurden. Bis vor einigen Jahren gab es in der Westschweiz auch 33-kV-Bahnstromleitungen.
Um die Leitungsführung kurz zu halten und um unnötige Beeinflussungen elektrischer Anlagen im Streckenbereich zu vermeiden, werden Bahnstromleitungen üblicherweise nicht parallel zur Bahnlinie verlegt. Eine Ausnahme bilden Leitungen in dicht besiedeltem Gebiet, etwa entlang von S-Bahn-Strecken. Erdkabelstrecken gibt es im Bahnstromnetz nur vereinzelt im Umfeld von Bahnkraftwerken, einigen Unterwerken und dicht besiedeltem Gebiet.
Der Aufbau von Bahnstrommasten ähnelt dem der Masten des öffentlichen Stromnetzes und ist im Regelfall an die Ausführung und Dimensionierung der Leitungen des Verteilnetzes angelehnt. In Deutschland und Österreich sind daher Stahlfachwerkmasten am weitesten verbreitet, in der Schweiz Betonmasten. Während die meisten deutschen Bahnstromleitungen für zwei Stromkreise über eine Traverse verfügen, sind es in Österreich und der Schweiz meistens zwei. Bei Leitungen mit vier Systemen, wie sie bei der Zuführung zu Unterwerken häufig vorkommen, werden in Deutschland meistens zwei Traversen verwendet – je eine für zwei Systeme – während in Österreich meistens Masten mit drei Traversen anzutreffen sind. Hierbei sind zwei Stromkreise auf den oberen beiden und zwei weitere auf der untersten Traverse montiert. In Deutschland existiert zwischen Flörsheim und Stuttgart eine Leitung mit derartigen Masten, da diese Verbindung für einen späteren 220-kV-Betrieb dimensioniert wurde.
Wie die meisten Freileitungen mit Betriebsspannungen von 110 kV werden bei Bahnstromleitungen in der Regel Einzelleiter verwendet. Bei Leitungen mit höherer Auslastung, etwa bei Kraftwerken oder zur Versorgung einer Schnellfahrstrecke, werden auch Bündelleiter verwendet. Wie für Hochspannungsleitungen üblich, verfügen auch Bahnstromleitungen fast immer über Erdseile. Die Verlegung von Bahn- und Drehstromleitungen auf denselben Masten aus Platzgründen ist in Deutschland und besonders in der Schweiz durchaus verbreitet, man spricht hier von Gemeinschafts- oder Hybridleitungen. Diese Leitungen verfügen meistens über zwei Bezeichnungen, jeweils für Bahn- und Drehstromleitungen. Die gemeinsame Führung von Drehstrom- und Bahnstromkreisen ist aufgrund der kapazitiven Kopplung meistens auf kurze Strecken beschränkt. Eine ungewöhnlich lange kombinierte Bahnstromleitung, zusammen mit 220 kV Drehstrom, verläuft im Sauerland zwischen Garenfeld und Elverlingsen. Manche Bahnstromleitungen führen auf einigen kurzen Abschnitten nahe den Unterwerken 15-kV-Speiseleitungen auf denselben Masten mit, um etwas weiter entfernt liegende Bahnstrecken zu speisen.
mini|Mastenschild Wie auch Leitungen des Drehstromnetzes sind Bahnstromleitungen durch die Betreibergesellschaft, die zur jeweiligen nationalen Bahngesellschaft gehört, kategorisiert. In Deutschland wird ein System verwendet, bei dem die Stromkreise nach ihren beiden Anfangs- bzw. Endpunkten benannt werden. Die Trasse selbst besitzt eine dreistellige Nummer. Hierbei werden Nummern im 300er-Bereich für Leitungen auf dem Gebiet der damaligen DDR verwendet, 400er-Nummern für meistens ältere Bahnstromleitungen in Westdeutschland und 500er-Nummern für in der Regel später gebaute Leitungen im Westen. Die Namen der Stromkreise sind auf an den Masten angebrachten Metallschildern aufgeführt, die etwa 30×40 cm groß sind und schwarze Schrift auf weißem Grund tragen. Die Beschriftung ist wie folgt aufgebaut: die Anordnung der zwei 110-kV-Systeme 2 und 1 und deren Leiter T und R in dieser Blickrichtung. Die Leiter bei Drehstromübertragungsleitungen sind mit R, S und T gekennzeichnet die Leitungsbezeichnungen (beide Systeme Aschaffenburg–Weiterstadt). Abzweige, die die Leitung nicht unterbrechen, werden nicht erwähnt. Bei unterschiedlichen Bezeichnungen werden die Namen der Systeme separat aufgeführt. die Mastnummer (10116). Die Mastnummern sind ein- bis fünfstellig und nur pro Leitung einmalig, nicht deutschlandweit. Führende Nullen sind möglich. der Betreiber (DB Energie GmbH, bei älteren Leitungen aus der Zeit vor der Bahnreform 1994 ist z. T. noch Deutsche Bundesbahn aufgeführt)
Trassenführung In der Regel folgt die Trassenfindung und -führung von Bahnstromleitungen denselben Anforderungen wie bei Drehstromleitungen des öffentlichen Netzes. Wo möglich, wird eine Trassenbündelung mit Drehstromleitungen angestrebt. Aufgrund ihrer spezifischen Funktion als Versorgung elektrifizierter Bahnstrecken können auch andere Formen der Verlegung realisiert werden. Insbesondere in städtischen Ballungsräumen werden Bahnstromleitungen aus Platzgründen mitunter auch entlang einer Bahnstrecke verlegt. Hierbei werden entweder Vollwandmasten mit schmalerem Trassenprofil erstellt und die Freileitung nah an der Bahnstrecke entlanggeführt, oder die Bahnstromleitung ist an Auslegern der Oberleitungsmasten oberhalb der Fahrleitung aufgehängt. Da Oberleitungsmasten einen kleineren Querschnitt besitzen als übliche Bahnstrommasten für zwei Systeme, können die Traversen aus Festigkeitsgründen nur geringe Ausladungen haben. Daher ist es in der Regel nicht möglich, die Leitung mit beiden Stromkreisen in Einebenenanordnung auf den Oberleitungsmasten zu führen. Neben der Verwendung der Zweiebenenanordnung können bei zweigleisigen Strecken daher beide Stromkreise getrennt an den Oberleitungsmasten zu beiden Seiten der Strecke geführt werden. Verlaufen Bahnstromleitungen durch Bahnhöfe, werden sie meist auch an Fahrleitungsmasten geführt. Es werden hohe Turmmasten eingesetzt, an denen auch Quertragwerke, Seitenausleger und Speiseleitungen aufgehängt sind. Beispiele für Bahnhöfe mit durchgeführter 110-kV-Leitung sind Böblingen, Duisburg Hbf, Essen Hbf, Fulda, Golm (Berliner Außenring), Nürnberg Hbf, Offenbach (Main) Hbf, und Singen (Hohentwiel).
Ungewöhnlich ist die Tatsache, dass vereinzelt nicht mehr benötigte oder nie genutzte Drehstromleitungen eine Verwendung als Bahnstromleitung fanden. Die Kreuzungsmasten der Elbekreuzung 2 wurden bei ihrem Bau als Vorleistung mit vier 380-kV-Stromkreisen ausgeführt, obwohl die Leitung selbst nur mit zwei Stromkreisen betrieben wurde. Mit der Elektrifizierung der Bahnstrecke Neumünster–Flensburg wurde im Jahr 1996 eine neue Bahnstromleitung gebaut, die vier der sechs ungenutzten Leiterseile nutzte. Mit dem Neubau der 380-kV-Leitung Dollern–Audorf („Mittelachse“) wurde die Bahnstromleitung 2018 auf die parallele Elbekreuzung 1 verlegt, da die 220-kV-Stromkreise nicht mehr benötigt wurden. Weitere Beispiele für die Umwidmung von Drehstrom- in Bahnstromleitungen finden sich zwischen Kierdorf und Türnich (Donaumasten einer 110-kV-Leitung mit zwei entfernten Leiterseilen) und zwischen Neckarrems und Aichschieß (Masten einer alten 220-kV-Leitung mit neu installierter Traverse).
Dezentrale Bahnstromversorgung Bei Bahnen, die mit Gleichstrom oder Einphasenwechselstrom der Frequenz des öffentlichen Netzes versorgt werden, wird die Umwandlung stets in den Unterwerken an der Bahnstrecke vorgenommen, so dass hier kein separates Bahnstromnetz existiert. Auch in Regionen, in denen kein zentrales Bahnstromnetz existiert, die Bahnstromfrequenz aber trotzdem von der des Drehstromnetzes abweicht, werden elektrifizierte Bahnstrecken über Umformerwerke aus dem öffentlichen 50-Hz-Drehstromnetz versorgt. Dies ist in Schweden, Norwegen und im Nordosten Deutschlands (vorwiegend Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern) der Fall.