Oberstrombegrenzung ist eine betrieblich begründete Limitierung des Eingangstromes, den elektrische Triebfahrzeuge aus der Fahrleitung über den Stromabnehmer aufnehmen dürfen. Die Festlegung von konkreten Grenzwerten erfolgt durch eine Betriebsanweisung, die sich an die Lokomotivführer richtet.
Die Grenzwerte sind abhängig von der Position des Fahrzeugs im Streckennetz, der Zugbildung, Einfach- oder Mehrfachtraktion, und auch davon, ob das Fahrzeug steht oder fährt. Da die Fahrdrahtspannung (im Fernbahnnetz von Deutschland, Österreich, der Schweiz, Schweden und Norwegen 15 kV) innerhalb zulässiger Toleranzen als konstant angesehen werden darf, wird mit der Oberstrombegrenzung auch die maximale Leistung limitiert, die elektrische Lokomotiven und Triebwagen in Traktionsenergie umsetzen können. Eine besondere Bedeutung hat die Beachtung des Oberstroms bei Fahrzeugen mit Reihenschlussmotoren, da diese im Stillstand und langsamer Fahrt bei falscher Wahl der Fahrstufe ein Vielfaches des erlaubten Stromes aufnehmen können.
Als Oberstrom wird dabei der von einem elektrischen Triebfahrzeug insgesamt aus der Fahrleitung über den Stromabnehmer aufgenommene Strom bezeichnet, der durch die Primärspule des Haupttransformators zu den Schienen läuft. Der Oberstrom wird im Triebfahrzeug laufend gemessen und der aktuelle Wert in jedem Führerstand angezeigt.
Realisierung Beim Aufschalten der Zugkraft darf die zulässige Oberstrombegrenzung nicht überschritten werden. Der für den Zug maximal zulässige Wert ist im Fahrplan bekanntgegeben. Ist infrastrukturbedingt mit niedrigeren Oberströmen zu fahren, wird dies in der Zusammenstellung der vorübergehenden Langsamfahrstellen und anderen Besonderheiten, in einer Fahrplan-Mitteilung oder beim Rangieren mündlich bekannt gegeben. Beschränkungen können auch in Weisungen des Eisenbahnverkehrsunternehmens festgelegt werden.
Bei Mehrfachtraktion, Vorspann sowie beim Einsatz von Schiebelokomotiven oder weiterer Fahrzeuge im Zug, die Energie direkt aus der Fahrleitung beziehen, darf die Summe der entnommenen Oberströme den zulässigen Höchstwert nicht überschreiten.
Bei modernen Fahrzeugen wird der Wert auf dem maschinentechnischen Display ausgewählt. Bei elektrischen Triebfahrzeugen älterer Bauart muss die maximale Stromaufnahme vom Triebfahrzeugführer hingegen am Oberstrom-Amperemeter überwacht werden. Nähert sich die Stromaufnahme der Oberstromgrenze, hat er den Fahrschalter herunterzuschalten.
In Deutschland können über die linienförmige Zugbeeinflussung oder ETCS höhere Geschwindigkeiten als die mit PZB zulässigen 160 km/h freigegeben werden. In beiden Fällen überwacht die Fahrzeugtechnik selbsttätig die Einhaltung der Oberstromgrenze. Der Triebfahrzeugführer kann bei manchen Triebfahrzeugen einen niedrigeren als den durch ETCS oder LZB freigegebenen Wert auswählen.
Durch die linienförmige Zugbeeinflussung können bis zu 1000 A Oberstrom freigegeben werden, mit CIR-ELKE (I) bis zu 1500 A.
ETCS ETCS erlaubt mit der 10-Bit-Variable M_CURRENT die Freigabe von 0 bis 10.000 A (in 10-Ampere-Schritten) sowie die Freigabe beliebiger Oberströme.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 7.5.1.62.1.
Die Oberstrombegrenzung je Zug bzw. Stromabnehmer sind darüber hinaus 2 von 15 Eigenschaften, durch die ein nationales Traktionssystem (mittels der Variable NID_CTRACTION) in ETCS beschrieben wird. Das Traktionssystem wiederum ist, neben dem Lademaß und der Achslast, eine von drei Eigenschaften, die ein Zug erfüllen muss, um eine Strecke zu befahren. Stimmt wenigstens eine von der Infrastruktur geforderte Eigenschaft nicht mit dem Zug überein, soll die Fahrterlaubnis auf den Beginn jenes Streckenabschnitts verkürzt und der Triebfahrzeugführer informiert werden.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 3.12.2. Die Liste der für das Fahrzeug zulässigen Traktionssysteme kann vom Triebfahrzeugführer nicht verändert werdenETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 3.18.3.2.2 und wird nach dem Verbindungsaufbau zum RBC vom Zug an die Infrastruktur übermittelt.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 3.18.3.4 Insgesamt sind 39 derartige Systeme in der von der Europäischen Eisenbahnagentur verwalteten Liste beschrieben, davon für Deutschland vier Stück, die sich hinsichtlich der Höhe des zulässigen Oberstoms unterscheiden: 600 A, 780 A, 1000 A oder 1500 A.
Vorausliegende Wechsel des Traktionssystems (NID_CTRACTION) werden zusammen mit der zugehörigen Spannung (M_VOLTAGE) mittels des ETCS-Pakets 39 als Track Condition angekündigt.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 7.4.2.8 Die Ankündigung des zulässigen Oberstroms (M_CURRENT) erfolgt mittels des ETCS-Pakets 40.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 7.4.2.8.1. Die beiden Eigenschaften sind 2 von 15 in ETCS definierbaren Arten von Streckeneigenschaften (track conditions). Werden keine derartigen Informationen übermittelt, bleiben Traktionssystem bzw. Oberstrombegrenzung auf dem Fahrzeug unverändert.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 3.12.1.3.
Auswirkungen des Oberstromes Betriebliche Auswirkungen Die Begrenzung der maximalen Energieumsetzung beeinflusst bei Fahrzeugen mit Reihenschlussmotoren das Beschleunigungs- oder Anfahrverhalten der Züge, da diese bei falscher Fahrstufe hohe Ströme aufnehmen. Bei umrichtergespeisten Drehstromantrieben ist diese nicht möglich. Die Oberstrombegrenzung begrenzt auch die erreichbare Geschwindigkeit des Zuges. Diese Höchstgeschwindigkeit hängt von der absoluten Stromobergrenze sowie der Zuglast, den Neigungsverhältnissen, den Bogenradien und dem Wind ab.
Oberstrombegrenzungen verhindern, dass bei Fahrten zu vieler elektrischer Triebfahrzeuge der gesamte Speisebereich wegen Überlastung abgeschaltet wird. Eine Abschaltung hätte zur Folge, dass im Speisebezirk kurzzeitig gar keine Züge mehr verkehren könnten, egal welches Triebfahrzeug letztendlich zur Überschreitung des maximalen Speisestroms des Unterwerkes beigetragen hat.
Planungen für den Digitalen Knoten Stuttgart zeigen, wie die bislang starren Oberstrombegrenzungen kontraproduktiv wirken können: Einerseits kann mit den üblichen 600 A spurtstarken Fern- und Regionaltriebzügen im Umland keine volle Beschleunigung ermöglicht werden, andererseits stoßen selbst Hochleistungsoberleitungen im Kern des Knotens perspektivisch an Grenzen, wenn einige sehr leistungsstarke Züge in sehr kurzen Abständen fahren. Die Möglichkeiten der Digitalisierung der Leit- und Sicherungstechnik sollten genutzt werden, um Zügen einerseits mehr Energie bereitstellen zu können und andererseits Lastspitzen zu vermeiden. Die im Großraum Stuttgart zukünftig eingesetzten Coradia-Max-Triebzüge haben in Einfachtraktion eine Leistung am Rad von bis zu 5,8 MW bzw. einen maximalen Oberstrom von 469 A. Sie sollen zunächst oft in Doppeltraktion und sollen längerfristig in Drei- und Vierfachtraktion eingesetzt werden. Bei 600 A gegenüber 900 oder 1500 A Oberstrombegrenzung werden auf vielen Strecken mit Fahrzeitverluste im Minutenbereich je Stunde Fahrzeit erwartet.
Induktive und kapazitive Beeinflussung Die Stromstärke, die durch Speise- und Oberleitung sowie Schienen und Erdreich (als Rückstrom) fließt, beeinflusst kapazitiv und induktiv in der Nähe verlaufende Freileitungen und Kabel. Dies kann z. B. bei Fernmeldeleitungen und -kabeln zur Störung der energieschwachen Fernmeldeströme führen, also zur Störung deren Übertragung. Das betrifft Telefon-, TV-, Funk-, Mobiltelefon-, Daten- u. a. Verbindungen.
Regelbegrenzung Zweck Der Maximalstrom wird für die einzelnen Bahnstrecken konkret definiert. Ausgangspunkt ist dabei die maximal gewünschte Leistung für die Züge auf dieser Strecke, die sich aus der Höchstgeschwindigkeit, der Maximallast, den Neigungs- und Bogenverhältnissen u. a. ergibt. Grundsätzlich gilt, je höher der maximale Traktionsstrom ist, desto höher ist auch der Kurzschlussstrom des Systems. Sind der maximale Traktions- und Kurzschlussstrom damit bestimmt, sind die Anlagen und Bauteile der Bahnenergieversorgung, der Oberleitung, der Erdung und Rückstromführung entsprechend zu dimensionieren.
Parallel muss man die Beeinflussung von in der Nähe verlaufenden Fernmelde- und Steuerungsanlagen ableiten und deren Abschirmungswiderstände gegen induktive und kapazitive Beeinflussung durch den maximalen Traktions- und Kurzschlussstrom dimensionieren.
Oberstromklassen pro Zug bei der DB Netz Die Oberstrombegrenzung im Netz der Deutschen Bahn (ohne S-Bahn-Strecken) lag im Jahr 2000 bei 600 A. Auf Schnellfahrstrecken sind 1000 bis 1500 A zugelassen, auf Ausbaustrecken in der Regel 900 A.Elektrischer Betrieb bei der Deutschen Bahn im Jahr 2000. In: Elektrische Bahnen, Heft 1-2/2001, S. 12. Später wurden die minimalen Oberstromgrenzwerte streckenspezifisch in den Netzzugangsbedingungen Netz (NBN) hinterlegt.
Klasse 1: bis 600 A für alle Züge (i. d. R. Personenzüge mit max. 160–200 km/h)
Klasse 2: bis 900 A für schnellfahrende Reisezüge (i. d. R. max. 160–230 km/h) und 600 A für alle übrigen
Klasse 3: bis 1200 A für schnellfahrende Reisezüge und 600 A für alle übrigen (Klasse 3 wurde bei der DB Netz Stand 2007 nicht genutzt)
Klasse 4: bis 1500 A für schnellfahrende Reisezüge (i. d. R. max. 230–300 km/h) und 600 A für alle übrigen
Klasse 5: Oberstrombegrenzung in konkreten Sonderfällen Eine dauernde Beschränkung des Oberstroms auf 400 A pro Zug bestand Stand 2007 auf den Strecken Ingolstadt–Donauwörth bei Umleitungsverkehr In den S-Bahn-Netzen der Regionen Rhein-Main, Stuttgart und München wurden für die Triebzüge der Baureihe 420 1050 A pro Zug freigegeben (Stand: 2007). auf den Bahnsteiggleisen des Bahnhofs Birkenwerder (b Berlin), die sowohl mit Fahrleitung als auch Stromschienen für die Berliner S-Bahn ausgerüstet sind, aufgrund der Einspeisung über einen Trenntransformator, dauerhaft auf 250 A. in zeitlich begrenzten Ausnahmefällen (s. u.)
Da zulässige Oberströme in der Regel über der Dauerstromtragfähigkeit der Oberleitung liegen, liegt die Oberstrombegrenzung für Güterzüge in der Regel unterhalb derer von Reisezügen. Während (schnelle und gut beschleunigende) Reisezüge die Oberleitung nur kurzzeitig elektrisch überbelasten, kommt es zu keiner thermischen Überbelastung. Langsamer beschleunigende Güterzüge belasten hingegen die Fahrleitungsanlage länger, womit die thermische Grenzbelastung wahrscheinlicher erreicht wird.
Oberstrombegrenzung im Stillstand Im Stillstand muss die Erwärmung und die damit einhergehende Veränderung der mechanischen Eigenschaften des Fahrdrahts berücksichtigt werden. Die Grenztemperaturen liegen abhängig vom Material und der Dauer, weniger bzw. mehr als 30 Minuten, im Bereich von 80 °C bis 150 °C.DIN EN 50119 (VDE 0115-601):2021-01 Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen – Oberleitungen für die elektrische Zugförderung; Deutsche Fassung EN 50119:2020 Die aktuelle Normenlage legt daher für Wechselspannungsfahrzeuge einen maximalen Strom von 80 A und für Gleichspannungsfahrzeuge von 300 A bei 1,5 kV und 200 A bei 3 kV fest.DIN EN 50367 (VDE 0115-605):2023-03 Bahnanwendungen – Ortsfeste Anlagen und Fahrzeuge – Kriterien zur Erreichung der technischen Kompatibilität zwischen Dachstromabnehmern und Oberleitung; Deutsche Fassung EN 50367:2020 + A1:2022 Spätestens seit 2021 wird untersucht, wie der Strom im Stillstand erhöht werden kann, um die Ladegeschwindigkeit von Akkumulatortriebwagen zu erhöhen. DB InfraGO untersagte im Dezember 2024 Schnellladen mit mehr als 80 A. Untersuchungen, inwieweit in der Praxis abschnittsweise größere Ströme zugelassen werden können, waren Anfang 2026 im Gang.
Oberstrombegrenzung in zeitlich begrenzten Ausnahmefällen Eine Oberstrombegrenzung wird außerdem notwendig, wenn Arbeiten oder Störungen im Speisebezirk die volle Speisung nicht gewährleisten, Unterwerke zu schwache Energieleistungswerte aufweisen oder