Der Gotthard-Basistunnel ist seit dem 11. Dezember 2016 nach über 17jähriger Bauzeit für den Personen- und Güterverkehr geöffnet. Lasermesssysteme LMS511PRO von SICK tragen - als Sensorlösung zum Schutz der Fahrleitungen - ihren Teil zum fahrplanmäßigen Betrieb des mit 57 km längsten Eisenbahntunnels der Welt bei.
Sie sind Bestandteil technischer Überwachungseinrichtungen zum Schutz sogenannter elektrischer Trennstellen in der Fahrleitung im Gotthard-Basistunnel (GBT). Die Notwendigkeit der Segmentierung der Fahrleitung ergibt sich aus betrieblichen und sicherheitstechnischen Aspekten. „Für die Instandhaltung und im Ereignisfall müssen Fahrleitungsabschnitte vom Netz getrennt sein, damit auf diesem weiterhin ein möglichst normaler Bahnbetrieb realisierbar ist, erklärt Elektro-Ingenieur (FH) Patrick Hayoz, Projektleiter Systemdesign Fahrstrom in der Abteilung Infrastruktur der Schweizer Bundesbahn SBB. Hinzu kommen Anforderungen, die sich aus der Kapazität des Tunnels - an Spitzentagen bis 260 Reise- und Güterzüge - sowie entsprechend eng getakteten Zugfolgezeiten ergeben. „Um eine hohe Verfügbarkeit der Infrastrukturanlage zu erreichen sind allfällige Störungsrisiken wenn immer möglich zu eliminieren., ergänzt Patrick Hayoz.
„Stillstehenden Stromabnehmer sicher erkennen
Der GBT ist für Geschwindigkeiten bis 250 km/h gebaut. Dies hat entsprechend hohe Windgeschwindigkeiten und Windlasten bis zu 10 kPa zur Folge. Entsprechend robust ist die gesamte, über 100 km lange Fahrleitungstechnik in den beiden Tunnelröhren ausgeführt. Aber nicht nur die Höchstgeschwindigkeit der Züge galt es zu beachten, sondern auch mögliche Auswirkungen bei einem unplanmäßigen Halt im Tunnel. „In einer elektrischen Trennstelle liegen zwei Fahrdrähte über knapp zwanzig Meter parallel nebeneinander. Bleibt ein Stromabnehmer an einer derartigen Stelle stehen, kann es durch den Ausgleichsstrom über den Stromabnehmer zu einer punktuellen Überhitzung eines der beiden Fahrdrähte kommen, skizziert Patrick Hayoz ein bekanntes Szenario. „Dies kann zu einem Bruch des Fahrdrahtes führen, was in der Regel eine mehrstündige Gleissperrung zur Folge hat. Gemeinsam mit einem Gremium von Fachexperten hat er eine Reihe von Lösungsansätzen zur Risikominimierung von Fahrdrahtbrüchen geprüft und validiert - von denen sich die Detektion der Stromabnehmer mit Lasermesssystemen LMS511PRO von SICK unter technischen, wirtschaftlichen und zeitlichen Gründen als ideal erwiesen hat.
LMS511PRO: Professionelle Lösung für präzise Detektionsaufgaben
Das Outdoor-geeignete Lasermesssystem LMS511PRO von SICK ist ein detektierender und messender 2D-Sensor mit einem Scanwinkel von 190°, einem Arbeitsbereich bis 80 Meter und einstellbaren Winkelauflösungen zwischen 0,167° und 1°. „Das System misst die Laufzeit eines gefächerten Laserstrahls zu einem Objekt - in dieser Applikation dem Stromabnehmer - und der Remission von der Objektoberfläche, erklärt Urs Baruffol, Industry Account Manager Logistic Automation der SICK AG in Stans. Die 5-Echo-Auswertetechnologie des Lasermesssystems sowie adaptierbare Software-Filteralgorithmen zur Nahimpulsunterdrückung gewährleisten dabei eine extrem sichere Erfassung der Rücklaufimpulse - und damit zuverlässige Aussagen zu Anwesenheit, Entfernung und Position des Stromabnehmers. „Diese Informationen werden bei einem stillstehenden Stromabnehmer in einer elektrischen Trennung zum Anstoss einer Umschaltung der Fahrleitungsspeisung verwendet. „Der Umschaltprozess soll nach maximal zwanzig Sekunden abgeschlossen sein, damit die Gefahr einer punktuellen Fahrdrahtüberhitzung ausgeschlossen werden kann, führt Patrick Hayoz aus.
Erfolgreich im SBB-Depot Bern validiert
Das LMS511PRO ist ein industrieerprobtes und zeitnah lieferbares Standardsystem, das sich in zahlreichen unterschiedlichen Applikationen bewährt und durch sein offenes Schnittstellenkonzept ein Höchstmaß an Konnektivität bietet. Damit erfüllte es „ab Werk wesentliche Anforderungen seitens der SBB, die sich unter anderem aus dem damaligen Projektfortschritt, der Belegung des Tunnels durch Testfahren sowie dem näher rückenden Inbetriebnahmetermin ergaben. Darauf aufbauend erfolgte im SBB-Depot in Bern die technische Validierung, die das LMS511PRO mit Bravour bestand. „Ausschlaggebend waren die Detektionssicherheit, der geringe Installationsaufwand, die Anbindung zur Außenwelt sowie die Möglichkeit zur Fernüberwachung und -Parametrierung, fasst Patrick Hayoz zusammen.
Betriebsmodus „Tunnelblick
Alle LMS511PRO im GBT sind auf einer speziell entwickelten Tragkonsole befestigt, die sich den Radien der Tunnelwände anpasst und gleichzeitig sowohl den Sensor als auch die elektrische Anschlusstechnik vor fliegenden Kleinteilen und Dejustagen durch hohe Windlasten schützt. Die Montage erfolgte über Kopf - zum einen zur Vereinfachung der Kabelführung; zum anderen, um die Anzeigeelemente vom Boden aus einsehen zu können. Im Betrieb arbeitet des Lasermesssystem im „Tunnelblick: es ist so ausgerichtet, dass es nur den Stromabnehmer im Blick hat und sich nicht von einem durchfahrenden Zug ablenken lässt.
Fernzugriff gewährleistet Verfügbarkeit
Solide Gehäusetechnik, robuste Detektions- und Auswerteverfahren - das LMS511PRO ist gerätetechnisch auf höchstmögliche Verfügbarkeit ausgelegt. „Um diese auch im rauen Betriebsalltag zu gewährleisten, wurde für die SBB ein Fernzugriff auf die Lasermesssysteme über das GSM-Netz eingerichtet, sagt Markus Schmid, Service Engineer bei der SICK AG in Stans. „Dies ermöglicht es, die Systeme trotz des erschwerten Zugangs im Tunnel beispielsweise auf Verschmutzung oder Dejustagen zu überwachen, Funktionen und Messdaten im Betrieb zu analysieren und auch nachträgliche Anpassungen einzelner Parameter per Software vorzunehmen. Der Gotthard-Basistunnel ist ein Jahrhundertbauwerk, das auch mit seiner Vielzahl modernster Sicherheitseinrichtungen einen epochalen Standard setzt. Schön, dass wir von SICK mit einer eher kleinen, aber feinen Lösung zum Schutz der Fahrleitung und somit zur Sicherstellung der geforderten Verfügbarkeit der neuen Nord-Süd-Achse durch die Alpen unseren Teil beitragen können.
- Produktinformation: 2D-LiDAR-Sensor LMS5xx
- Produktportfolio: 2D-LiDAR-Sensoren
