SIGNON IMAfeb

Programm zur Berechnung von Betriebsimpedanzen und der magnetischen und elektrischen Feldverteilung von Fahrleitungs- und Freileitungsanlagen

Das Programm SIGNON IMAfeb dient zur Berechnung der wirksamen Fahrleitungsimpedanzen von Einphasenwechselstrombahnen sowie der magnetischen und elektrischen Feldverteilungen im Querprofil um Fahrleitungs- und Freileitungsanlagen.

 

Es erlaubt eine Einschätzung der Magnetfeldemission von einer Bahnstrecke unter Vorgabe der Belastungsströme. Die Kenntnis der Fahrleitungsimpedanzen ist eine wichtige Voraussetzung für die elektrische Lastflussberechnung, unter anderem auch im Simulationssystem SIGNON WEBAnet.

SIGNON IMAfeb Benutzeroberfläche
SIGNON IMAfeb Benutzeroberfläche (zum vergrößern anklicken)


Impedanzberechnung

Die Berechnung der Impedanzen und der Stromverteilung in den einzelnen Leitern erfolgt auf der Basis der Theorie der induktiv gekoppelten Leiter-Erde-Schleifen. Diese Theorie wurde bereits 1926 von John R. Carson entwickelt. Sie umfasst die mathematische Beschreibung langer konzentrischer Leiter unter Einbeziehung der Erde als rückstromführenden Leiter.

Für die Berücksichtigung der Modellierung der ferromagnetischen Schienen wurde die Theorie

 

vom Carson um strom- und frequenzabhängige Impedanzkennlinien erweitert. Für typische Fahrschienen (z.B. UIC60, S49, S54) wurden in der Vergangenheit Messungen zur Gewinnung der Kennlinien durchgeführt. Ebenso existieren FEM-Modelle, welche die Berechnung anderer Schienenquerschnitte zulassen.

Werden Untersuchungen für höhere Frequenzen durchgeführt, so wird der auftretende Skineffekt durch das Berechnungsmodell berücksichtigt.

Magnetischen Feldstärke und Flussdichte

Die Berechnung der magnetischen Feldstärke und der magnetischen Flussdichte (Induktion) folgt dem Prinzip nach BIOT- SAVART. Das Prinzip besagt, dass die magnetische Feldstärke proportional zur Stromstärke im Leiter und umgekehrt proportional zum Abstand zum Leiter ist.

 

Die Berechnung der Feldgrößen eines beliebigen Punktes in der Querschnittsfläche einer Leiteranordnung erfolgt durch die Überlagerung der Einzelfeldstärken jeden Leiters zur jeweiligen Gesamtfeldstärke im betrachteten Punkt.

Beispiel magnetische Flussdichte
Beispiel magnetische Flussdichte (zum vergrößern anklicken)


Elektrische Feldstärke

Elektrische Felder bestehen zwischen Ladungen unterschiedlicher Polarität. Die Feldstärke des elektrischen Feldes wird auf Grundlage der Methode „gespiegelte Ladung“ mit der Erdoberfläche als Spiegelfläche berechnet. Dabei wird bei den Ladungsträgern einer Fahrleitungsanordnungen von einem Raum mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 1 As/Vm ausgegangen.

 

Das elektrische Feld einer komplizierteren Ladungsanordnung wie von Fahrleitungs- oder Freileitungsanlagen wird durch die Überlagerung der Felder der Einzelladungen gewonnen werden. Hierzu werden in jedem Raumpunkt die Feldstärkevektoren der Einzelfelder vektoriell zum Gesamtfeld summiert.

SIGNON IMAfeb kennt folgende Leiterklassifizierungen:

  • Leiter: Fahrdrähte, Verstärkungsleiter, Tragseile, Bündelleiter, Stromschienen, Negativfeeder, Kabel

 

  • Rückleiter: Schienen, Rückleiter, geerdete Bandleiter, Tunnelarmierungen, Kabel
  • Neutrale Leiter: Kabel und deren Schirme

Ergebnisse

  • Ströme, Längsspannungen und Betriebsimpedanzen aller beteiligten Leiter
  • Ströme, Längsspannungen und Betriebsimpedanzen aller vorgegebenen Verschaltungen (Querkupplungen der Hinleiter) in Tabellenform
  • Beeinflussungsspannungen in parallel verlegten Leitern
  • Gesamtimpedanz des Rückleitungssystems und Erdstrom
  • maximale Gleis-Erde-Spannung (außerhalb der Übergangslänge) für eine vorgegebene Ableitung des Rückleitungssystems
  • Berechnung der magnetischen

 

    Feldstärkeverteilung in beliebigen Gebieten um die elektrischen Leiter (Betrag und Polarisation der Feldstärke)
  • Berechnung von Profilen der magnetischen Feldstärke, der Flussdichte und des Polarisationswinkels in verschiedenen Horizontal und Vertikalebenen bzw. entlang vorgegebener Schnittlinien
  • Berechnung der elektrischen Feldstärkeverteilung in Luft oberhalb der Erdoberfläche in beliebigen Gebieten um die elektrischen Leiter einschließlich der Berechnung von Profilen der elektrischen Feldstärke
Ergebnis Beispiel Schienenimpedanzbelag
Ergebnis-Beispiel Schienenimpedanzbelag UIC 60 (zum vergrößern anklicken)