Beim zweiphasigen Autotrafosystem handelt es sich um spezielle Ausführung der Bahnstromversorgung. Mit entsprechenden Transformatoren wird im Unterwerk eine zweiphasige Wechselspannung zur Verfügung gestellt. Eine der beiden Phasen wird als Fahrleitung ausgeführt, wobei die zweite Phase entlang der Strecke isoliert mitgeführt wird. In entsprechenden Abständen befinden sich sog. Autotransformatoren, die zwischen den beiden Phasen geschaltet werden.
Aufbau
Unterwerk
Mittels eines Transformators, der am Hochspannungsnetz angeschlossen ist, wird die notwendige Bahnspannung transformiert. Bei den Transformatoren handelt es sich dabei um einen Einphasentransformator, der auf der Unterspannungsseite zwei Wicklungen besitzt. Jeweils das Ende und der Anfang einer der Wicklungen wird zusammengeschaltet, so dass sich theoretisch eine Wicklung mit einer Mittelanzapfung bildet. Gegenüber der Mittelanzapfung stehen zwei um 180° phasenverschobene Spannungen zur Verfügung. Eine der beiden Phasen wird als "positive Feeder - PF" bezeichnet und entspricht der Fahrleitung, die andere Phase wird als "negative Feeder - NF" bezeichnet und entlang der Strecke mitgeführt. Die Mittelanzapfung wird mit der Schiene verbunden und entspricht dem Rückleiter. Aufrund von starker unsymetrischer Last bei einem Transformator werden zwei Transformatoren in der sog. V-Schaltung auf die drei Phasen des Hochspannungsnetzes geschaltet.
Autotrafostation
In regelmäßigen Abständen entlang der Strecke befinden sich die sog. Autotrafostationen. Bei einem Autotrafo handelt es sich um einen Spartransformator. Der "PF" und "NF" werden an die beiden äußeren Wicklungsanschlüsse des Autotrafo geschaltet, die mittlere Wicklungsanzapfung ist dabei mit der Schiene verbunden. Je nach Systemausführung werden symetrische oder unsymstrische Wicklungsaufteilungen benutzt.
Strecke
Die Schiene wird in der Regel isoliert gegenüber der Erde ausgeführt, um die Betriebströme definiert über die Rückleiter und nicht über die Erde abfließen zu lassen. Dabei ist zu beachten, das bestimmte Grenzwerte des Schienenpotenzials gegenüber der Erde nicht überschritten werden dürfen. Die Rückstromführung erfolgt dabei über die Schiene und sog. Rückleiterseile, die an den Masten mitgeführt werden.
Prinzip
Das sich auf der Strecke befindliche Triebfahrzeug nimmt einen Strom x von der Fahrleitung ab. Dieser Strom fließt über die Fahrleitung vom Unterwerk zum Tfz und zurück in die Schiene. Der Rückstrom der Schiene fließt jetzt zu einem Teil zum Autotrafo in die Mittelanzapfung. Im Autotrafo teilt sich dieser Strom jetzt auf den "PF" und "NF" auf. In diesem Fall bedeutet, dass sich der Strom jetzt folgendermaßen aufteilt.
- ein Teil des Stromes fließt vom Unterwerk über die Fahreitung zum Tfz
- der Rückstrom fließt über die Schiene und Rückleiter zum Autotrafo (Mittelanzapfung)
- der Rückstrom im Autotrafo wird auf "PF" und "NF" aufgeteilt
- Der "PF"- Strom des Autotrafos fließt über die Fahrleitung zum Tfz
- Der "NF"- Strom des Autotrafos fließt über den "NF" zurück zum Unterwerk
Das folgende Bild verdeutlicht das Prinzip bei idealer Stromaufteilung, wenn sich das Tfz ganz in der Nähe einer Autotrafostation befindet.
Ausführungsarten
Man unterscheidet zwischen dem symetrischen und dem unsymetrischen Autotrafosystem. Ein symetrisches System weist zwei um 180° phasenverschobene Spannungen, mit gleicher Amplitude, auf. Das unsymetrische System hingegen verwendet zwei um 180° phasenverschobene Spannungen mit unterschiedlicher Amplitude. Es unterscheidet sich bei den verschiedenen Systeme dadurch die Stromaufteilung zwischen dem "PF" und "NF".
Vorteile gegenüber Einphasensystemen
- der Stromfluss in der Fahrleitung wird reduziert, wodurch die Spannungsabfälle geringer ausfallen (Verluste)
- Unterwerke können eingespart werden, in dem der Abstand zwischen den Unterwerken wesentlich größer gewählt werden kann (Kostenersparnis)