Rund 60% des gesamten Streckennetzes der Österreichischen Bundesbahnen sind elektrifiziert. Auf diesem ca. 3400 km langen elektrifizierten Streckennetz verkehren 96% aller Personen- und Güterzüge (Zentrale Leistelle Innsbruck: 3).
Für die Aufbringung der benötigten Traktionsenergie stehen den ÖBB sieben bahneigene Wasserkraftwerke (Braz, Enzingerboden, Fulpmes, Schneiderau, Spullersee, Obervellach, Uttendorf), fünf bahnfremde Wasserkraftwerke mit Bahnstrommaschinensätzen (Achensee, Annabrücke, St. Pantaleon, Steeg, Weyer) sowie fünf bahneigene Umformerwerke (Auhof, Bergern, Kledering, Ötztal, St. Michael) zur Verfügung, in denen 50-Hz-Drehstrom aus dem öffentlichen Verbundnetz mithilfe rotierender Umformer in den 16 2/3-Hz-Bahnstrom umgewandelt wird (Umformerwerk Ötztal: 2).
Für die Überwachung und Fernsteuerung der Kraft- und Umformerwerke sowie des gesamten 110-kV-Verbundnetzes der ÖBB zeichnet die Zentrale Leitstelle Innsbruck verantwortlich.
Die Inbetriebnahme der ersten Einrichtung dieser Art erfolgte am 09.03.1925 mit dem Zusammenschluß des Kraftwerkes Spullersee und des Ruetzkraftwerkes im Verbundbetrieb. Die Steuerung des Verbundnetzes übernimmt ein „Schalttechnischer Dienst“ der Kraftwerks- und Elektrostreckenleitung Innsbruck mit einer einfachen Schaltwarte.
Infolge des vergrößerten Verbundnetzes kam es im Jahre 1941 zur Inbetriebnahme einer Lastverteilerwarte. Diese wurde im Jahre 1983 durch eine neue Anlage ersetzt, um den abermals gestiegenen Anforderungen gerecht zu werden. Gemäß dem damaligen Stand der Technik sah auch die Ausstattung dieser neuen Lastverteilerwarte vorwiegend konventionelle Technologie mit nur geringfügiger Rechnerunterstützung vor.
Seit 1998 verfügt die Zentrale Leitstelle Innsbruck über eine der modernsten Anlagen dieser Art in gang Europa. Der jährliche Bedarf an elektrischer Traktionsenergie beläuft sich auf ca. 2100 GWh. Rund 30% dieses Bedarfes werden von den ÖBB selbst aufgebracht, die restlichen 70% müssen durch Fremdstrombezug abgedeckt werden. Die Bereitstellung der benötigen Traktionsenergie obliegt wie bereits erwähnt der Zentralen Leitstelle Innsbruck.
In Anbetracht der kurzfristig auftretenden sehr großen Bedarfsschwankungen stellt die Bahnstrombereitstellung eine besondere Herausforderung dar. Diese Lastschwankungen sind auf die Beschleunigungsphase der Lokomotiven zurückzuführen. Während dieser Phase besteht kurzzeitig ein sehr hoher Stromverbrauch, der jedoch nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit rasch abfällt.
Ein Großteil dieser Lastschwankungen wird über das Bahnstromnetz ausgeglichen, rund ein Drittel der Gesamtleistung muß jedoch laufend ausgeregelt werden.
Insbesondere durch den berufsbedingten Nahverkehr in den Ballungsräumen kommt es von Montag bis Freitag am Morgen von ca. 5 bis 8 Uhr und am Abend von ca. 16 bis 20 Uhr zu ausgeprägten Spitzenlastzeiten. Am Samstag steigt der Stromverbrauch am Vormittag noch einmal stärker an.
Die Abdeckung der Spitzenlast erfolgt mithilfe der bahneigenen Speicherkraftwerke. Hierfür stehen die Kraftwerksgruppe Klostertal sowie die Kraftwerksgruppe Stubachtal zur Verfügung.
Zur Aufbringung der Grundlast werden die bahneigenen Laufkraftwerke herangezogen. Ein Großteil der Grundlast muß jedoch durch Fremdbezug bereitgestellt werden. Dies übernehmen eigene Bahnstrommaschinensätze in Fremdkraftwerken sowie bahneigene Umformerwerke.
Jene in den Kraftwerken, Umformerwerken, Unterwerken und Schalstellen über eigene Koppelkomponenten erfaßten Prozeßdaten werden über das betriebseigene Bahndatennetz zur Zentralen Leistelle Innsbruck ferngemeldet. In der Lastverteilerwarte wird mithilfe dieser Prozeßdaten der Netzzustand ermittelt.
Leistungsfähige Rechnersysteme und sehr spezielle Softwaremodule regeln den optimalen Einsatz der Wasserkraft- und Umformerwerke nach verschiedenen Strategien bzw. Fahrweisen unter Berücksichtigung diverser Randbedingungen.
Ferner ermöglichen diese Softwaremodule die Überprüfung und Bewertung der Versorgungssicherheit mithilfe von Lastflußrechnungen und Netzanalysefunktionen, die Überprüfung der Auswirkungen einer geplanten Schalthandlung auf den Netzzustand, das Auffinden von Korrekturmaßnahmen bei Auftreten von Grenzwertverletzungen sowie die Simulation möglicher Netzbelastungen und Ausfallssituationen.
In der Zentralen Leitstelle Innsbruck sind zwei durchgehend besetzte Arbeitsplätze für den Echtzeitbetrieb vorgesehen. Darüber hinaus stehen auch Arbeitsplätze für Simulations- und Schulungszwecke zur Verfügung.
Neben den in den Kraftwerken, Umformerwerken, Unterwerken und Schaltstellten erfaßten Prozeßdaten werden auch die von Partnern (z.B. DB-Energie AG, TIWAG, VKW,…) bereitgestellten Daten nach Innsbruck übertragen. Weiters ist für die Energiewirtschaft der Einbezug meteorologischer Daten von Belang.
Das 110-kV-Hochspannungsnetz der ÖBB, DB und SBB sind im Verbundbetrieb zusammengeschlossen. Dadurch wird im Bedarfsfall der rasche und problemlose Austausch der Traktionsenergie ermöglicht (Zentrale Leistelle Innsbruck: 3-10). Österreich, Deutschland, die Schweiz, Liechtenstein, Norwegen und Schweden konnten sich im Jahre 1912 auf ein gemeinsames Stromsystem für die Schiene (15 kV, 16 2/3 Hz) einigen.
Wie bereits erwähnt kommt den bahneigenen Umformerwerken bei der Aufbringung der benötigten elektrischen Traktionsenergie eine wesentliche Rolle zu. Die Funktionsweise eines Umformerwerkes soll am Beispiel des Umformerwerkes Ötztal im folgenden Abschnitt etwas näher erläutert werden.
Das Umformerwerk Ötztal wurde in den Jahren 1992 bis 1995 errichtet. Die offizielle Inbetriebnahme erfolgte im Jahre 1996.
In der Maschinenhalle des Umformerwerkes sind zwei elastische Netzkupplungsumformer untergebracht, welche eine Ausbauleistung von je 30 MW / 40 MVA aufweisen. Ihr elektrischer und mechanischer Aufbau gestattet einen beliebigen Energieaustausch zwischen dem 220 kV 50 Hz-Netz der Verbundgesellschaft und dem 110 kV 16 2/3 Hz-Netz der ÖBB.
Der rotierende Teil jedes Umformersatzes besteht aus dem Drehstromasynchronmotor (DAM), dem Einphasensynchrongenerator (ESG) und dem Wellengenerator (WG). Alle drei Einzelmaschinen sind über eine gemeinsame Welle mechanisch gekuppelt.
Über den Drehstromtransformator, der von der 220 kV-Sammelschiene der Verbundgesellschaft mit Energie versorgt wird, erfolgt die Anspeisung des Drehstromasynchronmotors mit einer Spannung von 10,5 kV. Die Regelung der Wirkleistung geschieht mithilfe des statischen Umrichters, der dem Drehstromasynchronmotor im Rotorkreis angeschaltet ist.
Die erzeugte Energie des Einphasensynchrongenerators, welcher eine Maschinenspannung von 10 kV aufweist, wird über Blankschienen dem Einphasentransformator zugeführt, der in die 110 kV 16 2/3 Hz-Freiluftschaltanlage eingebunden ist.
Der Wellengenerator dient der Versorgung des statischen Umrichters sowie der Erregungseinrichtung des Umformersatzes mit Energie. Ferner liefert er im Bedarfsfall die Energie für die gesamte 400 V 50 Hz-Eigenbedarfsversorgung. Über die 110 kV 16 2/3 Hz-Freiluftschaltanlage wird die umgeformte Energie in das 110 kV Verbundnetz der ÖBB eingespeist.
In unmittelbarer Nähe der Umformersätze befinden sich in der Maschinenhalle die Maschinenleitstände, die das lokale Anfahren und Stillsetzen der Umformersätze ermöglichen.
Um sicherzustellen, daß die von den Umformersätzen erzeugten Schwingungen nicht auf das Bauwerk übertragen werden, ruht jedes der beiden Umformersatzfundamente, die vom übrigen Bauwerk getrennt sind, auf ca. 200 Stück Schraubenfedern. Das Gesamtgewicht eines Umformersatzfundamentes (inkl. Umformersatz) beläuft sich auf ca. 2350 t.
Die für den Betrieb der Umformersätze erforderliche Kühl- bzw. Frischluft wird über zwei den Umformersätzen zugeordnete Luftbrunnen von den Maschinen angesaugt und gelangt in die Luftwäscher, wo diese gereinigt, aufbereitet und anschließend geregelt den einzelnen Maschinen getrennt zugeführt wird. Die erwärmte Luft wird über Abluftöffnungen ins Freie abgegeben oder kann für Heizzwecke des Umformerwerkes sowie der Gemeinde Haiming herangezogen werden.
Um zu verhindern, daß es bei der Betriebsführung zu keiner Lärmbeeinträchtigung durch das Umformerwerk Ötztal kommt, welches sich am Rande des Erholungsgebietes der Gemeinde Haiming befindet, wurden die Transformatoren und alle Zu- und Abluftbereiche mit Schalldämpfern versehen sowie weitere lärmreduzierende Maßnahmen getroffen, die unter anderem die Verhaubung der Umformersätze vorsehen.
Das Umformerwerk Ötztal wird grundsätzlich unbesetzt betrieben. Die Fernsteuerung der beiden Umformersätze sowie der 110 kV 16 2/3 Hz-Freiluftschaltanlage obliegt der Zentralen Leitstelle in Innsbruck.
Die Warte des Umformerwerkes Ötztal befindet sich in dem an die Maschinenhalle angrenzenden Schalthaus. Diese ist mit zwei Bildschirmarbeitsplätzen ausgestattet. Somit besteht im Bedarfsfall die Möglichkeit der örtlichen Steuerung sämtlicher Anlagen des Umformerwerkes. Darüber hinaus steht in der Warte eine Mosaikschalttafel als Notsteuerebene für die 110 kV 16 2/3 Hz-Freiluftschaltanlage zur Verfügung.
Ferner ist im Schalthaus eine 15 kV 16 2/3 Hz-Unterwerkschaltanlage untergebracht, die von der 110 kV 16 2/3 Hz- Freiluftschaltanlage gespeist wird. Sie dient der Versorgung der Bahnstrecke mit Traktionsenergie. Für die Fernsteuerung der Unterwerkschaltanlage zeichnet die Regionale Leistelle West in Zirl verantwortlich (Umformerwerk Ötztal: 2-7).
Neben dem Unterwerk Ötztal bedarf es jedoch weiterer Unterwerke, um die Versorgung der Arlbergbahn mit elektrischer Traktionsenergie sicherzustellen. Auch diese beziehen die benötigte elektrische Energie aus dem 110 kV 16 2/3 Hz-Verbundnetz der ÖBB.
In den Unterwerken erfolgt die Transformierung der Übertragungsspannung von 110 kV auf die Fahrleitungsspannung von 15 kV. Jedes der Unterwerke speist einen bestimmten Bereich. Begrenzt werden diese Speisebereiche durch den Einbau von Schutzstrecken, die in der Regel eine Länge von ca. 100 m aufweisen und spannungslos sind.
Die Schutzstrecken sind durch Signale gekennzeichnet und dürfen von elektrischen Triebfahrzeugen nur mit ausgeschaltetem Hauptschalter befahren werden.
Mit der Aufnahme des elektrischen Fahrbetriebs auf der Arlbergbahn im Jahre 1925 erfolgte die Inbetriebnahme der Unterwerke Zirl, Roppen, Flirsch und Danöfen (heutige Bezeichnung: Wald am Arlberg).
Die Unterwerkschaltanlage des Unterwerkes Danöfen wurde im Schalthaus des Kraftwerkes Spullersee, jene der Unterwerke Zirl, Roppen und Flirsch in eigens unmittelbar an der Bahnstrecke errichteten Gebäudestationen untergebracht.
Darüber hinaus kamen auf der Arlbergbahn im Verlaufe der Jahrzehnte fahrbare Unterwerke zum Einsatz, die der Unterstützung der stationären Unterwerke dienten. Fünf dieser ursprünglich von der Deutschen Reichsbahn gebauten fahrbaren Unterwerke verblieben nach Kriegsende bei den ÖBB.
Unter anderem war auf der Arlbergbahn-Ostrampe in der Nähe von Pettneu eine dieser Anlagen stationiert. Diese mußte allerdings nach einem Brand im Jahre 1986 durch eine neu beschaffte fahrbare Unterwerksanlage ersetzt werden (Beer: 187-189).
Gegenwärtig stehen auf der Arlbergbahn die stationären Unterwerke Zirl, Ötztal, Landeck, Pettneu und Wald am Arlberg zur Verfügung. Die Fernsteuerung dieser Unterwerkschaltanlagen obliegt der Regionalen Leistelle West in Zirl.
Literaturverzeichnis:
Beer, Lothar. Die Geschichte der Bahnen in Vorarlberg. 2. Bd. Hard: Hecht, 1995.
Österreichische Bundesbahnen. Umformerwerk Ötztal. Wien: Österreichische Bundesbahnen, 1996. 2-7.
Österreichische Bundesbahnen. Zentrale Leistelle Innsbruck. Wien: Österreichische Bundesbahnen, 1998. 3-10.
(Autor: Michael Laublättner)