INSV-Weichenheizungssysteme

Einleitung

Die elektrische Weichenheizung, Bauweise INSV, von PINTSCH ABEN ist aus Modulen aufgebaut. Alle aktiven, standardisierten Systemkomponenten werden über einen PC gesteuert und überwacht. Der PC kann örtlich bei einem Fahrdienstleiter aufgestellt werden. Für INSV-Anlagen wurde von PINTSCH ABEN eine fortgeschrittene, systemspezifische Software entwickelt. Mit diesem PA LINE Softwarepaket kann jede einzelne Gruppe von am Gleis montierten Heizelementen überwacht werden.

Die Hauptsystemkomponenten sind die INSV Niederspannungsverteilungen, die entlang der Gleisanlagen aufgebaut werden. Eine INSV Niederspannungsverteilung stellt die Speisespannung für Heizelementgruppen zur Verfügung, die in einem Umkreis von Ø 400-500 m am Gleis montiert sind. Es können 24 INSV Niederspannungsverteilungen über ein Datenkabel miteinander verbunden werden. Die gesamte Länge des Kommunikationsnetzes kann maximal 20 km betragen.

Das BAE Bedienpult ermöglicht eine einfache INSV Überwachung und Steuerung auf Fahrdienstleiterbedienebene.

PA Line Software-Paket

Das PA LINE Softwarepaket ist speziell für die Steuerung und Überwachung des INSV Weichenheizungssystems entwickelt worden. Dieses Computerprogramm bietet eine Fülle von Visualisierungsmöglichkeiten. Unter anderem sind folgende Programmteile enthalten: Anlagenwahlmenü, Diagnosehauptmenü, eine Übersicht aller Meldungen und Störungsfälle, eine Übersicht des Stromverbrauches der Heizelementgruppen und eine Datenbank der Anlagenhistorie. Desweiteren können alle in der Vergangenheit gemessenen Daten graphisch aufbereitet werden.

Das INSV Diagnosehauptmenü enthält die Informationen über eingestellte Temperaturwerte, bei denen die Anlage ein- bzw. ausgeschaltet wird. Weiterhin sind hier auch die aktuellen Messwerte der Umgebungs- und Schienentemperaturfühler zu sehen. Icons informieren über den aktuellen Zustand der Hauptspannungsversorgung, der Weichenheizung und der Feuchtefühler. Die Ein- und Ausschalttemperatur für trockenen und feuchten Frost kann entsprechend der lokalen Klima- und Wetterbedingungen eingestellt werden. Das PA LINE Programm reagiert auf ein plötzliches Absinken der Umgebungstemperatur durch ein verfrühtes Einschalten, bei höheren Schienentemperaturen. Diese Funktion wurde ausgehend von jahrelangen, weltweiten Erfahrungen entwickelt.

Der Programmteil Meldungen/Störungsmeldungen meldet den aktuellen Betriebszustand der wichtigsten Systemkomponenten. Unter anderem wird der Status der Haupt- und Heizelementspannungsversorgung einschließlich einer Liste der gemeldeten Störungen (z.B. Kommunikationsfehler, defekte Sicherungen oder Transformatoren) angezeigt. Die Anzahl und Art der wiederzugegebenen Störungen kann je nach Bedarfsfall frei konfiguriert werden. PA LINE speichert alle Betriebszustände einschließlich der Störungsmeldungen in einer Datenbank ab. Zeitfensterabhängig können diese Daten ausgedruckt werden. Diese Liste enthält alle relevanten Daten, wie Zeitpunkt und Art der Meldung sowie die nachfolgenden Maßnahmen.

PA LINE zeigt für jede Heizelementgruppe den aktuellen Stromverbrauch und den Schaltkreiswiderstand an. Das Programm signalisiert direkt eine Widerstandszunahme bei Heizelementen, die sich durch Alterung oder Korrosion im Laufe der Betriebsjahre einstellt und zu Kapazitätsverlusten führt. Eine Überprüfung dieser Betriebswerte führt zu einer hohen technischen Zuverlässigkeit des INSV Weichenheizungssystems indem Heizelemente schon vor ihrem Ausfall ausgetauscht werden können. PA LINE alarmiert bei einer Widerstandszunahme von 10%. Dieser Wert ist als Standardparameter eingestellt, kann aber angepasst werden.

Ein sehr interessantes Detail des PA LINE Programmes ist die graphische Aufbereitung der Betriebs- und Messdaten aus der (historischen) Datenbank. In jedem gewünschten Zeitfenster (Tag, Woche oder Monat) können die Daten und Messwerte der Umgebungs- und Schienentemperaturfühler, der Feuchtefühler, den Stromverbrauch und Widerstandswert der verschiedenen Heizelementegruppen angezeigt werden. Hieraus sind leicht Trends zu ermitteln und somit kann ein besseres Verständnis der Prozesscharakteristik des Systems und der lokalen klimatischen Bedingungen erlangt werden.

INSV-Anlage in Deutschland

Eine INSV Weichheizungsanlage besteht aus einer oder mehreren INSV Niederspannungverteilungen. Eine INSV Niederspannungsverteilung sorgt für die Stromspeisung und Ansteuerung von Heizelementen, die in einem Umkreis von Ø 400-500 m am Gleis montiert sind. Bei der Verwendung größerer Leistungsquerschnitte bei den spannungsführenden Kabeln können auch größere Entfernungen zwischen Niederspannungsverteilung und den Heizelementen realisiert werden. Bei Standardanwendungen wird die INSV Niederspannungsverteilung am Gleis in einem Kunststoff- oder Aluminiumaußenschaltschrank aufgestellt. Die Schaltschränke und deren Fundamente entsprechen der aktuellen DIN-Norm und werden für jeden Anwendungsfall individuell ausgewählt.

In anderen europäischen Ländern verwendet PINTSCH ABEN galvanische Trennung zwischen den Heizelementgruppen auf der linken und rechten Gleisseite. Galvanische Trennung wird realisiert durch die Verwendung von Trenntransformatoren für die Stromversorgung der Heizelemente. Diese speziellen Transformatoren haben 2 gleiche sekundäre Wicklungen. Eine speist die Elemente auf der linken und eine speist die Elemente auf der rechten Gleisseite ein. Galvanische Trennung garantiert maximale Sicherheit: Zugsicherheitssysteme können auf keinerlei Weise durch INSV-Anlagen beeinflusst werden.

Bei kleineren Anlagen bis 50 kVA können die INSV Niederspannungsverteilungen zusammen mit den Trenntransformatoren in einem Schaltschrank untergebracht werden. Bei größeren Gesamtleistungen werden eine oder mehrere separate Transformatorschränke verwendet. In Europa werden die INSV Niederspannungsverteilungen häufig an das öffentliche Netz 400 V 50 Hz angeschlossen. Durch Anpassen der Wicklungen der Trenntransformatoren ist jedoch jede beliebige Speisespannung möglich.

PA LINE Steuerkomponente in der Niederspannungsverteilung

Die programmierbare Steuereinheit PCU (Process Control Unit) ist das Herzstück einer INSV-Anlage. Die PCU wird bedient mit einem 4-zeiligem Menüfenster mit dazu gehörenden Bedienungstasten. Wichtige Funktionen haben auch Kommandotasten. Das Steuermenü informiert Sie unteranderem über Ein- und Ausschaltpunkte für trockene und feuchte Witterungsverhältnisse, alle gemessenen Strom-/ Temperaturwerte und signalisierte Störungen/Meldungen. LED Indikatoren an der PCU-FRONT zeigen die aktuellen Betriebszustände der wichtigsten Systemkomponenten der INSV-Anlage. Die Sensoren der Fühlerstation Feuchte/Temperatur und des Schienentemperaturfühlers werden direkt an der PCU angeschlossen. Mit Hilfe dieser Inputs wird die Anlage ein- und ausgeschaltet. Ein PDA kann installiert werden, um die Anlage vor Ort zu diagnostizieren. Die PCU wird an einem PC (aufgestellt bei einem Fahrdienstleiter) oder an Wahl-/GSM Modems angeschlossen.

Durch den Einsatz von INSV Systemmodulen wird eine sehr hohe Systemfunktionalität erreicht. Das SW Modul überwacht das Speisespannungsniveau. Das NFS Modul macht zu jeder Zeit Handbedienung möglich, bei Ausfall der Steuerung. ERM Module ermöglichen eine Größe der Anlage bis max. 144 Gruppen. Ein SAM Modul mit gekoppeltem SEM Modulteil misst den Strom von 4 Elementgruppen.

Übrige Komponenten der INSV Niederspannungsverteilung

In jedem einzelnen sekundären Schaltkreis wird ein Motorschutzschalter eingesetzt. Diese Sicherheitskomponente sichert die Anlage gegen Kurzschluss. Motorschutzschalter werden auf einen maximal zulässigen Strom eingestellt. Wird dieser kritische Strom kontinuierlich überschritten, so unterbrechen die Motorschutzschalter den Schaltkreis.

Ein Optimum an Sicherheit wird realisiert wenn jeder einzelne sekundäre Schaltkreis (Elementengruppe) mit einem FI Schutzschalter anstatt eines Motorschutzschalters abgesichert wird. Hier werden drei Funktionen in einem Bauelement vereinigt: die FI Schutzschalter dienen als Schalter, Personenschutz bzw. Berührungsschutz. Der FI Schutzschalter wird ausgelöst, wenn ein Fehlerstrom z.B. durch Berührung fließt. Er macht damit den nachfolgenden Schaltkreis stromlos, also sicher.

Für einzelne INSV-Niederspannungsverteilungen die im stand-alone Betrieb arbeiten, kann optional ein industrielles Wahlmodem geliefert werden. Das Wahlmodem wird an die PCU und einer Telefonleitung angeschlossen. Somit kann von jedem beliebigen Ort aus die INSV-Anlage gesteuert und überwacht werden. Eine Fernsteuerung und Fernüberwachung von INSV-Anlagen mit mehreren Niederspannungsverteilungen ist auch möglich, wenn zwischen Wahlmodem und PCU ein Schnittstellenkonverter geschaltet wird.

Als Alternative zu dem oben beschriebenen Wahlmodem ist auch ein industrielles GSM Modem inkl. hochwertiger Antennenanlage lieferbar. Hierdurch kann eine drahtlose Verbindung zum Fahrdienstleiter geschaffen werden. Die Antennenanlage kann je nach Beschaffenheit des Schaltschrankes, Kunststoff oder Aluminium, innerhalb oder außerhalb des Schaltschrankes montiert werden. Bei Außenmontage sorgt PINTSCH ABEN für einen optimalen Schutz gegen äußere Einwirkungen.

Wetterstation Typ METEOSCAN

Zur Erfassung der Umweltdaten wird an jeder INSV Niederspannungsverteilung eine Wetterstation angeschlossen. PINTSCH ABEN hat eine für den internationalen Bahnmarkt spezifische Wetterstation als ein Modul der Steuerung von Weichenheizungssystemen entwickelt.

Der METEOSCAN ist in der höchsten Ausbaustufe als aktive Wetterstation in der Lage über einen zu parametrierenden Algorithmus den optimalen Einschaltpunkt für die Steuerung und thermische Regelung von Weichenheizungsanlagen zu liefern. Dabei können neben den Messwerten des Niederschlagsensors, des Schienen- und Umgebungstemperaturfühlers auch die relative Luftfeuchtigkeit zur Ermittlung des Einschaltpunktes genutzt werden. Microprozzessorgesteuerte Schaltmodule und die Sensorik sind in der Edelstahlsäule integriert. Den oberen Abschluss der Säule bildet ein vierflächiger Niederschlagsensor der kontinuierlich erwärmt wird und durch die aerodynamischen Eigenschaften in Verbindung mit den in der Säule eingelassenen Luftströmungsleiter neben fallendem Schnee auch optimal Flugschnee detektiert. Die kompakte Bauweise des METEOSCAN trägt zusammen mit den verwendeten korrosionsfreien Materialien maßgeblich dazu bei, dass die Gefahr von Vandalismus minimiert ist.

Heizstäbe

PINTSCH ABEN verwendet bei elektrischen Weichenheizungsanlagen Flachheizstäbe mit einer Speisespannung von 230 VAC und einer Heizleistung von 300 W/m. In den meisten Fällen werden Standardstäbe von 3720 mm Länge (1200 Watt) und 4750 mm Länge (1500 Watt) verwendet. Die Heizstäbe entsprechen den höchsten Qualitätsanforderungen, was sich in deren Lebensdauer niederschlägt. Ein Einsatz von zehn Jahren kann -abhängig von den Bedingungen am Einsatzort- garantiert werden.

Abhängig von der Weichenbauform und der daraus resultierenden Heizleistung wird eine fest definierte Anzahl von Heizstäben auf den Gleisen montiert. Die Anschlusshülsen an den Flachheizelementen werden durch Anschlusskopfbefestigungen schwingungsbeständig gehalten. Klemmbügel oder Montageplatten werden alle 600 mm montiert und gewährleisten so einen festen Sitz auf dem Gleis ohne ihre thermische Ausdehnung zu beeinflussen. Alle für den Anschluss am Kabelverteilerkasten benötigten Komponenten wie Kabel 2×1,5 mm, 2 Nepron Kabelschutzschläuche und nicht rostende Befestigungsmaterialien sind Bestandteile einer Lieferung.

Der solide Kunststoffkabelverteilerkasten von PINTSCH ABEN entspricht den einschlägigen Normierungen. Es können bis max. 8 Stk. Flachheizelemente angeschlossen werden.

Der Kabelverteilerkasten wird in einer Höhe von 500 mm über dem Gleisbett auf einem schwingungsfesten, gusseisernen Profilständer montiert.

Die Qualitat der Verteilerkästen hat sich an sämtlichen Anlagen in Russland bewährt.