Elektrotechnik: "Restspannung"

[HMS Fearless]

Dieser Artikel hat bei mir Fragezeichen produziert.

Welche "Restspannung"?
Ich hatte in der Berufsschule eine Einführung in die Grundzüge der Elektrotechnik.
Dort wurde mir gesagt, damit Strom etwas machen kann, muss ein Stromkreis geschlossen sein.
Der Stromfluss wurde mir als eine Kette von Elektronen erklärt, die durch einen Leiter "geschoben" werden.
"Drückt" man ein einem Ende ein Elektron hinein, "fällt" am anderen Ende eines raus (vereinfacht gesagt) und Anfang und Ende sind die Stromquelle.
Öffnet man den Stromkreis, werden keine Elektronen mehr "nachgeschoben".
Stromkreis offen = nix geht mehr.
Warum soll es dann eine "Restspannung" in einer Leitung geben, deren Stromkreis unterbrochen ist?
Es ist ja keine Verbindung zur Quelle mehr da, also können keine Elektronen mehr "nachgeschoben" werden. Und die Fachleute werden in der Diskussion über die "Energiewende" ja nicht Müde zu erwähnen, dass eine Stromleitung selber keine Energie speichern kann.

Kann das jemand einem einfachen Mechaniker erklären?

[irony]

Welche "Restspannung"?

Jeder elektrische Leiter stellt eine Kapazität C dar, mehr oder weniger vergleichbar mit einem Plattenkondensator, und je nach Phasenlage des elektromagnetischen Wechselfeldes im Leiter ist er in bestimmter Weise mit einer Ladung Q = C U(t) aufgeladen. Wenn der Leiter plötzlich isoliert wird, verbleiben Ladungen darauf, und diese haben ein elektrisches Potential, das sich von anderen elektrischen Potentialen, z.B. dem der Erde, durch eine Differenz unterscheiden kann. Potentialdifferenzen sind Spannungen. Bei der Erdung des Leiters findet dann ein Ausgleich statt, Ladungen verschieben sich solange, bis die Potentialdifferenz ausgeglichen ist. Einfach gesagt: Ein Kabel kann auch Ladungen speichern, siehe z.B. auch http://www.sengpielaudio.com/Rechner-kabel.htm

[HMS Fearless]

Ok, was ein Kondensator ist, weiss ich.
Ich nehme an, du meinst das Ladungspotential zwichen Oberleitung und Boden (Schiene)?

Aber wenn der Zug direkten Kontakt mit der Fahrleitung hat, dann besteht doch via Chassis und Fahrwerk eine direkte verbindung zwischen Obereitung und Boden. Somit ist der Kondensator kurz geschlossen und entladen.

[Spocky]

In der Wirtschaft in meinem alten Heimatdorf stand ein relativ alter Fernseher mit einer eben so alten Fernbedienung (wir haben da immer Fußball-live-Übertragungen gesehen). Wenn man da die Batterie rausgenommen hatte, dann konnte man mit der Restspannung trotzdem noch einmal umschalten.

[HMS Fearless]

In der Wirtschaft in meinem alten Heimatdorf stand ein relativ alter Fernseher mit einer eben so alten Fernbedienung (wir haben da immer Fußball-live-Übertragungen gesehen). Wenn man da die Batterie rausgenommen hatte, dann konnte man mit der Restspannung trotzdem noch einmal umschalten.

Das ist die Ladung des Kondensators.
Aber wenn die Oberleitung runter gerissen ist, ist der Kondensator (Oberleitung und Boden) kurz geschlossen und damit entladen.

[irony]

Aber wenn der Zug direkten Kontakt mit der Fahrleitung hat, dann besteht doch via Chassis und Fahrwerk eine direkte verbindung zwischen Obereitung und Boden. Somit ist der Kondensator kurz geschlossen und entladen.

Ich denke nicht, dass während einer Zugfahrt Strom von der Oberleitung durch den Zug zu den Schienen fließt, sondern nur durch den Motor und wieder zurück zur Leitung. In dem Artikel hier wird das nicht besonders gut beschrieben: Stromabnehmer
Oberleitung

Ein bisschen im Netz suchen bringt Neues. Offenbar geht der Strom doch durch den Zug von der Oberleitung in die Schienen zur Erde, d.h. die Schienen wären der Rückleiter. Rückstrom (Bahn)

[HMS Fearless]

Ich denke nicht, dass während einer Zugfahrt Strom von der Oberleitung durch den Zug zu den Schienen fließt, sondern nur durch den Motor und wieder zurück zur Leitung. In dem Artikel hier wird das nicht besonders gut beschrieben: Stromabnehmer

Nicht während der Zugfahrt.
Im Normalbetrieb fliesst der Strom via Stromabnehmer, Motor und Fahrwerk zur Schiene.
Aber wenn die Oberleitung heruntergerissen ist und das Chassis des Zuges berührt, kann er über Chassis und Fahrwerk fliessen.

[irony]

Aber wenn die Oberleitung heruntergerissen ist und das Chassis des Zuges berührt, kann er über Chassis und Fahrwerk fliessen.

Das sollte man annehmen, aber in dem verlinkten Artikel oben im Eröffnungspost steht nichts Genaues. Ein Kabel hat ja auch eine Isolierung. Wenn das Kabel mit der Isolierung auf dem Zug liegt und der eigentliche Leiter kein Metall berührt, fließen keine Ladungen ab. Die Restspannung ist sicher keine bloße Einbildung der Bahnarbeiter.

[HMS Fearless]

Die Oberleitungen sind nicht isoliert. Sonst könnte der Stromabnehmer ja keinen Strom abnehmen.

Ich vermute, dass es keinen technischen Grund gab die Leute so lange im Zug warten zu lassen, sondern lediglich eine über vorsichtig formulierte Dienstvorschrift.

[irony]

Die Oberleitungen sind nicht isoliert. Sonst könnte der Stromabnehmer ja keinen Strom abnehmen.

Ja, das mit der Isolierung ist Unsinn. Das kommt davon, wenn man ein Haufen verschiedenes Zeug querliest. Ich habe gerade 20 Tabs offen. Eine nicht isolierte Leitung sollte bei Kontakt mit dem Chassis ihre Ladung abgeben. Ich nehme mal an, dass die Züge eine leitende Außenhülle aus Metall haben und nicht noch mit einer isolierenden Schicht überzogen sind.

- - - Aktualisiert - - -

Ich vermute, dass es keinen technischen Grund gab die Leute so lange im Zug warten zu lassen, sondern lediglich eine über vorsichtig formulierte Dienstvorschrift.

Könnte sein. Das mit der Restspannung macht nur dann Sinn, wenn die Oberleitung nach der Unterbrechung noch nicht geerdet wurde, sei es durch den Zug oder einen Bahnmitarbeiter. Da scheint es extra Lehrgänge zu geben, auch für die Feuerwehr.

[Prix]

Könnte sein. Das mit der Restspannung macht nur dann Sinn, wenn die Oberleitung nach der Unterbrechung noch nicht geerdet wurde, sei es durch den Zug oder einen Bahnmitarbeiter. Da scheint es extra Lehrgänge zu geben, auch für die Feuerwehr.

Zu dem Thema eine Beobachtung "aus längst vergangenen Tagen".

Die Schienen der Straßenbahn wurden repariert. Als Knips war das ja aufregend.
Zur Stromversorgung des Schweißtrafos wurde ein Kontakt an die Oberleitung gehängt,
der zweite an die Schiene angeschraubt.(Mit Holz?-Stange und Gummiplatte unter den Füßen)
Nach Abhängen des Fahrdrahtkontakts griff der Arbeiter den Haken der bis eben noch an der Oberleitung hing, mit bloßer Hand.
Kein "Reststrom/Spannung".

mfg

Prix

[irony]

Die Schienen der Straßenbahn wurden repariert. Als Knips war das ja aufregend.
Zur Stromversorgung des Schweißtrafos wurde ein Kontakt an die Oberleitung gehängt,
der zweite an die Schiene angeschraubt.(Mit Holz?-Stange und Gummiplatte unter den Füßen)
Nach Abhängen des Fahrdrahtkontakts griff der Arbeiter den Haken der bis eben noch an der Oberleitung hing, mit bloßer Hand.
Kein "Reststrom/Spannung".

Man müsste schon die genauen Umstände kennen. Hohe Spannungen bedeuten nicht immer hohe Stromstärken, und wenn jemand eine dicke Hornhaut an den Händen hat, ist der Widerstand sehr viel höher als bei verschwitzten Händen mit dünner Haut.

Die Physik ist einfach: Man kann ein Stück Metall über eine Spannungsquelle mit elektrischen Ladungen aufladen. Beim Wechselstrom spielt zusätzlich noch die Phasenlage zum Zeitpunkt der Isolierung eine Rolle. Wird das Metallstück nach dem Aufladevorgang isoliert, behält es seine Ladung.

Die Kapazität C eines Leiters lässt sich berechnen. Vielleicht kommt da im konkreten Fall ein niedriger Wert heraus, so dass auch bei hoher Spannung U und kleinem C nur eine geringe Ladungsmenge Q = CU gespeichert ist. Ein aufgeladener Draht stellt ja nur kurzfristig eine Spannungsquelle dar. Sobald seine Ladungen abgeflossen ist, ist er wieder neutral und ungefährlich. Wenn nur wenige Ladungen überhaupt da sind, die abfließen können, kann eh nichts passieren.

Eine Steckdose ist im Gegensatz zum geladenen Draht deshalb so gefährlich, weil ständig "nachgeliefert" wird. Restspannungen sind jedenfalls keine Erfindung. Ein elektrisches Gerät ist auch dann noch gefährlich, wenn der Stecker gezogen ist. Es kommt auf die Kapazität C an. Einen alten Röhrenfernseher stelle ich mir nicht ungefährlich vor.

[HMS Fearless]

Zu dem Thema eine Beobachtung "aus längst vergangenen Tagen".

Die Schienen der Straßenbahn wurden repariert. Als Knips war das ja aufregend.
Zur Stromversorgung des Schweißtrafos wurde ein Kontakt an die Oberleitung gehängt,
der zweite an die Schiene angeschraubt.(Mit Holz?-Stange und Gummiplatte unter den Füßen)
Nach Abhängen des Fahrdrahtkontakts griff der Arbeiter den Haken der bis eben noch an der Oberleitung hing, mit bloßer Hand.
Kein "Reststrom/Spannung".

mfg

Prix

Weil der Leiter, der den Trafo versorgte, kein Kondensator ist, sondern eben nur ein Leiter.
Schiene und Oberleitung können einen Kondensator darstellen. Aber nur solange sie nicht miteinander verbunden (kurz geschlossen) sind.

[xanrof]

Also, zunächst mal: daß es ein paar Stunden dauern kann, bis der Zug gesichert ist, macht imho schon Sinn:

• Als erstes müssen die Spezialisten mit ihren Schienenfahrzeugen vor Ort sein. So ein Wartungsfahrzeug steht nicht an jedem Bahnhof und kann sicher auch nicht sehr schnell fahren.
• Dann muss die Situation geklärt werden: Der Artikel besagt ja, daß sich die Oberleitung ''um den Zug gewickelt'' hat (wie auch immer das aussehen mag, ich denke eher, daß sie sich in den Aufbauten verklemmt hat u/o seitlich runter hing). Außerdem wurde ja auch schon gesagt, daß ein einfaches Abschalten der Oberleitung nicht ausreicht, sondern Erdungs- und Überbrückungsleitungen angebracht werden müssen. Tatsächlich kann schon ein kurzes Stück Oberleitungsdraht erheblich Kapazitäten speichern (großer Querschnitt!). Wenn die abgerissene Oberleitung den Zug mehrfach berührt (zB die metallischen Aufbauten auf dem Dach), dann sind diese kleinen (!) Berührungspunkte wie elektrische Widerstände, durch die nur ein geringer Strom abfließen kann. Entsprechend dauert es länger, bis das Kabelstück ''entladen'' ist und demzufolge müssen u. U. alle diese Kabelabschnitte separat geerdet werden.
• Ferner herrschte ein starker Sturm und Dunkelheit, was solche Arbeiten sicher auch nicht einfacher macht.
• Zu guter Letzt muss das Wartungsfahrzeug wieder vom Parallelgleis verschwinden, um dem Ersatz-Zug Platz zu machen.

Daß all dies ein paar Stunden dauern kann, erscheint mir realistisch.

Wo ich jedoch leichte Verständnisschwierigkeiten habe, ist die Aussage des Artikels, daß die eigentliche Evakuierung von 1 Uhr bis 4 Uhr, also 3 Stunden, dauerte. Wo ist bitte das Problem, die Leute in 15-30 Minuten aus dem Zug zu holen (selbst, wenn einige der Türen blockiert gewesen wären)?
Auch hätte man unter Umständen nicht auf einen Ersatzzug warten müssen. Die Strecke Mannheim-Frankfurt liegt nicht in der Pampa, da gibt es alle paar km eine Ortschaft, die Gleise verlaufen i.w. auf freier Strecke (Feld). Das Umsteigen in mehrere Busse (zumindest bis zum nächsten Bahnhof) hätte man sicher schneller organisieren können.

Solche organisatorischen Misstände kommen mir häufiger in den Sinn, wenn ich von diversen Vorfällen mit kaputten Zügen lese.
Wenn ein ICE mit elektrischen Problemen liegen bleibt, dann macht es doch mehr Sinn, erstmal ne Diesellok hinzuschicken, die den Zug in den nächsten Bahnhof zieht, anstatt über Stunden hinweg Reparaturversuche mit offenem Ausgang anzugehen.
Und das gilt besonders, wenn es im Zug sehr heiss oder sehr kalt ist.

- - - Aktualisiert - - -

Weil der Leiter, der den Trafo versorgte, kein Kondensator ist, sondern eben nur ein Leiter.

Eben nicht. Auch ein Stück Metall (Draht, Kupferblock, Eisenbahnschiene, Oberleitung) kann Kapazitäten aufbauen.

[HMS Fearless]

Also, zunächst mal: daß es ein paar Stunden dauern kann, bis der Zug gesichert ist, macht imho schon Sinn:

Durchaus. Als Pionier beim Zivilschutz weiss ich, dass gewisse Bergungs und Sicherungsarbeiten mehr Zeit verschlingen können als man zuerst denkt.
Mir ging es auch um den technischen Aspekt mit der ominösen Restspannung, nicht um die Dauer der Aktion.

• Wenn die abgerissene Oberleitung den Zug mehrfach berührt (zB die metallischen Aufbauten auf dem Dach), dann sind diese kleinen (!) Berührungspunkte wie elektrische Widerstände, durch die nur ein geringer Strom abfließen kann. Entsprechend dauert es länger, bis das Kabelstück ''entladen'' ist und demzufolge müssen u. U. alle diese Kabelabschnitte separat geerdet werden.

Ok, ich dachte bisher immer, ein kleinerer Querschnitt bzw. Berührungspunkt würde nicht den Stromfluss verlangsamen, sondern nur den Schaden am Leiter vergrössern...

Daß all dies ein paar Stunden dauern kann, erscheint mir realistisch.

Wo ich jedoch leichte Verständnisschwierigkeiten habe, ist die Aussage des Artikels, daß die eigentliche Evakuierung von 1 Uhr bis 4 Uhr, also 3 Stunden, dauerte. Wo ist bitte das Problem, die Leute in 15-30 Minuten aus dem Zug zu holen (selbst, wenn einige der Türen blockiert gewesen wären)?
Auch hätte man unter Umständen nicht auf einen Ersatzzug warten müssen. Die Strecke Mannheim-Frankfurt liegt nicht in der Pampa, da gibt es alle paar km eine Ortschaft, die Gleise verlaufen i.w. auf freier Strecke (Feld). Das Umsteigen in mehrere Busse (zumindest bis zum nächsten Bahnhof) hätte man sicher schneller organisieren können.

Nun, nach irgend einem Artikel zu den Thema (ka, wo das war) wurde der Zug durch eine einzige Tür via einer imporvisierten Brücke zum Evakuierungszug geräumt. Also so "Speed-Style".

Ich hätte auch Busse benutzt, aber wir haben es hier erstens mit deiner Bahngesellschaft zu tun, die denken automatisch zuerst an eine schienenbezogene Lösung, und zweitens haben wir es mit der DB zu tun...

Eben nicht. Auch ein Stück Metall (Draht, Kupferblock, Eisenbahnschiene, Oberleitung) kann Kapazitäten aufbauen.

Aber nicht solange es geerdet ist, oder?