Keine Angst vor der Kälte! Welche technischen Tricks stecken hinter der Frostschutzfunktion der Hochgeschwindigkeitszüge?

Anfang Februar kommt es in den zentralen und östlichen Regionen zu weit verbreitetem Regen, Schnee und Frost, der den Reiseansturm zum Frühlingsfest behindert und für die Passagiere, die nach Hause reisen, erhebliche Hindernisse mit sich bringt. Im Notfall aktivierte die China Railway Corporation den Notfallplan und entsandte eine große Anzahl Ersatzdiesellokomotiven, um mit der Katastrophenhilfe und Rettungsmaßnahmen zu beginnen. Die gestrandeten Passagiere wurden nach und nach evakuiert und Videos von grünen Lokomotiven, die silberweiße Hochgeschwindigkeitszüge ziehen, wurden im Internet immer beliebter.

Viele Internetnutzer beklagten: In kritischen Momenten sind wir immer noch auf den „alten Vater“ angewiesen! Viele Menschen fragen sich auch: Warum können normale Züge bei Eisregen problemlos fahren? Heute werden wir die oben genannten Probleme im Einzelnen erläutern und den Lesern die wirksamen Maßnahmen vorstellen, die Hochgeschwindigkeitszüge angesichts extremer Wetterbedingungen wie Eisregen ergreifen.

01 Warum kamen viele Hochgeschwindigkeitszüge wegen Eisregen nicht mehr zum Einsatz?

Eisregen, dieser „bodendurchdringende“ Regen, der wie Regen, Schnee und Eis aussieht, ist in vielen Gebieten außerhalb des Nordens meines Landes selten. Aufgrund der zunehmenden Kälteeinbrüche in den letzten Jahren kam es in vielen Provinzen wie Nord-, Süd- und Südwestchina jedoch auch im Winter häufig zu Eisregen, was schwerwiegende Auswirkungen auf die Kommunikation, die Stromversorgung und den Transport hatte und leicht zu volkswirtschaftlichen Einbußen führen konnte.

Bei Eisenbahnen, insbesondere Hochgeschwindigkeitszügen, konzentrieren sich die Gefahren durch Eisregen vor allem auf folgende Ausrüstung: erstens Schienen, zweitens Weichen, drittens Fahrleitungsnetze und viertens elektrische Triebzüge . Eis auf den Schienen führt dazu, dass die Fahrzeuge rutschen und die Traktion stark beeinträchtigt wird. Eis auf den Weichen führt zum Einfrieren der beweglichen Weichen, wodurch das Öffnen und Schließen der Weichen behindert wird und ein Sicherheitsrisiko entsteht. Eis, das die Karosserie des EMU bedeckt, erhöht den Fahrwiderstand des Fahrzeugs. Am schwerwiegendsten ist eine Eisbedeckung des Kontaktnetzes, die Unfälle wie Überlastungsbrüche, Eisblitze und Behinderungen der Stromaufnahme verursachen kann.

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Wenn die Eisdicke des Oberleitungsnetzes die Eisbedeckungsgrenze überschreitet, können Probleme wie Drahtbrüche, Brüche und Verformungen von Pfeilern oder Stützvorrichtungen auftreten, was zu großflächigen Zugausfällen führen kann.

Wenn die Oberleitung mit Eis bedeckt ist, frieren einige leitfähige Partikel auf der Oberfläche der Isolatorkette ein. Wenn das Eis schmilzt, erhöht sich die Leitfähigkeit der Oberfläche der Isolatorkette erheblich, was sehr wahrscheinlich zu „Eisblitz“-Unfällen führen kann, die häufige Leitungsauslösungen und Karbonisierungsschäden an der Isolatorkette zur Folge haben.

Wenn der Fahrdraht mit Eis bedeckt ist, bildet sich zwischen der Kontaktplatte und dem Fahrdraht eine Eisschicht, die keinen direkten Kontakt herstellen kann. Dadurch entsteht ein Lichtbogen, der die Stromabnehmerplatte und den Fahrdraht verbrennt.

Darüber hinaus sind Eisknollen und Eiszapfen Fremdkörper im Kontaktnetz, die nicht nur die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Kontaktnetzes beeinträchtigen, sondern auch zu Stromausfällen oder Bugnetzstörungen führen können, die zu Stolperfallen und Stromausfällen führen können.

Aus diesem Grund kann es bei Hochgeschwindigkeitszügen, die auch bei starkem Schneefall und starkem Wind verkehren können, zu Störungen kommen, wenn sie auf Eisregen treffen. Es ist nicht so, dass die Bahnbehörde bei solchen Wetterbedingungen keine Hochgeschwindigkeitszüge einsetzen möchte, aber wenn sie erst einmal gezwungen sind, den Betrieb aufzunehmen, birgt dies größere Risiken.

02 Der grüne Zug „steht“: Warum haben normale Züge keine Angst vor Eisregen?

Der Hochgeschwindigkeitszug hatte eine Panne und der grüne „Vorfahr“-Zug übernahm die Aufgabe und zog sogar den Hochgeschwindigkeitszug. Ist die Hochgeschwindigkeitsstrecke zu heikel? NEIN! Wie kann ein Hochgeschwindigkeitszug, der konstant mit einer Geschwindigkeit von 350 km/h fahren kann, so empfindlich sein? Sind konventionelle Züge langlebiger? NEIN! Der grundlegende Grund, warum der grünhäutige Zug von der Eisenbahnbehörde als „Notdiesel-Hot-Standby-Lokomotive“ bezeichnet wird, sind die beiden Faktoren „Zuggeschwindigkeit“ und „Antriebsmethode“.

Diesellokomotive Dongfeng 4. Copyright-Bilder in der Galerie. Der Nachdruck und die Verwendung können zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen.

Lassen Sie uns zunächst über die „Traktionsmethode“ sprechen. Derzeit gibt es zwei gängige Antriebsmethoden für Eisenbahnzüge: Diesel und Elektro. Dampflokomotiven wurden bereits 2005 alle ausgemustert und zählen nicht. Eine Lokomotive, die mit Diesel betrieben wird, ist eine Diesellokomotive, und eine Lokomotive, die über ein Kontaktnetz angetrieben wird, ist eine Elektrolokomotive. In unserem Land gibt es immer weniger gewöhnliche Personenkraftwagen mit Verbrennungsmotor, da die Elektrifizierungsrate der Eisenbahnen in unserem Land bis 2022 73,8 % erreicht hat und daher sowohl Hochgeschwindigkeitszüge als auch gewöhnliche Personenkraftwagen überwiegend mit Elektroantrieb fahren .

Die elektrische Traktion ist gut, wird jedoch leicht durch extreme Wetterbedingungen wie Eisregen beeinträchtigt. Obwohl Diesellokomotiven nicht besonders umweltfreundlich sind und eine etwas geringere Zugkraft aufweisen, können sie bei extrem schlechtem Wetter sehr nützlich sein. Dies ist auch einer der Gründe, warum bei Eisregen im Süden Diesellokomotiven für Rettungseinsätze auf Hochgeschwindigkeitszügen eingesetzt wurden.

Ein weiterer Faktor, die „Zuggeschwindigkeit“, ist leicht zu verstehen. Die Schienen sind so rutschig, dass die Züge sich nicht trauen, schnell zu fahren. Im Gegenteil, normale Personenzüge mit langsamer Geschwindigkeit können sich an diese Umgebung anpassen. Je langsamer die Zuggeschwindigkeit, desto höher der Sicherheitsfaktor bei schlechtem Wetter .

03Wie löst das Hochgeschwindigkeitsbahnsystem die Eisregenkrise?

In Nordostchina und der Inneren Mongolei, wo Regen und Schnee häufig sind, muss die Eisenbahnbehörde jedes Jahr mit widrigem Regen- und Schneewetter fertig werden, um den sicheren Zugbetrieb zu gewährleisten. Dementsprechend hat es eine Reihe von „magischen Waffen“ entwickelt, um den Feind zu besiegen und den scheinbar lästigen Eisregen in eine wunderschöne Landschaft entlang der Eisenbahn zu verwandeln.

Vereisungsschutz und Enteisung des Kontaktnetzes - Es gibt zwei Gegenmaßnahmen für das Kontaktnetz der Eisenbahnstromversorgung, um mit Eisregenkatastrophen fertig zu werden: eine ist der Vereisungsschutz und die andere ist die Enteisung. Bei der Vereisungsverhütung handelt es sich um eine Vorsichtsmaßnahme, während die Enteisung eine passive Reaktion darstellt. Maßnahmen zur Vereisungsverhütung können durch das Aufbringen elektrisch beheizter, photothermischer, eisschmelzender und hydrophober Vereisungsverhütungsbeschichtungen auf die Fahrdrähte, sogenannter „elektrisch beheizter Vereisungsverhütungsbeschichtungen“, ergriffen werden. Nach dem Hinzufügen leitfähiger Füllstoffe fließt ein Leckstrom innerhalb der Halbleiterbeschichtung, wodurch Joule-Wärme, Feldeffektwärme usw. erzeugt werden, wodurch die Beschichtung sich erwärmt und eine bestimmte Temperatur beibehält, wodurch ein Vereisungsschutzeffekt erzielt wird.

Während der Sperrzeit führten Mitarbeiter der Stromversorgung Enteisungsarbeiten an den Oberleitungsnetzanlagen der Bahn durch.

Bildquelle: Nachrichtenagentur Xinhua

Eine weitere Anti-Icing-Maßnahme ist die „aktuelle Thermal Online Anti-Icing-Technologie“. Vereinfacht ausgedrückt: Solange Züge fahren, herrscht Strom im Kontaktnetz. Durch den Strom wird Wärmeenergie erzeugt, die ein Einfrieren der Leitungen verhindern kann. Allerdings hat diese Methode auch offensichtliche Nachteile. Wenn die Zahl der fahrenden Züge zu gering ist, kommt es zu Stromausfällen in den Leitungen und die Vereisungsschutzwirkung ist unzureichend.

Es gibt auch ein Gerät namens „Contact Network Icing Early Warning Monitoring“, das Geländedaten, Klimadaten und Vereisungsdaten in Gebieten sammeln kann, in denen die Kontaktnetze meines Landes anfällig für Vereisung sind. Dabei kommen Wettersatelliten und Bodenstationen zum Einsatz und die Hilfe von Supercomputerzentren ermöglicht die Bildung von Gittern auf der Grundlage unterschiedlicher Auflösungsgenauigkeiten auf dem Anzeigebildschirm, die gitterbasierte Überwachung des Vereisungsprozesses im Kontaktnetz der Mikrotopografie und die automatische Umkehrung der betroffenen Leitungsabschnitte. Es handelt sich außerdem um eine proaktive Präventionsmaßnahme.

Was die Enteisung des Kontaktnetzes betrifft, gibt es viele Möglichkeiten. Die direkteste Methode besteht beispielsweise darin, Leute loszuschicken, die das Eis mit der Hand abschlagen. Bei fortgeschritteneren Methoden können Roboter zum Enteisen, Windenergie zum Enteisen, chemische Mittel zum Schmelzen von Eis, Mikrowellen, Lasergeräte usw. zum Einsatz kommen. Die Acht Unsterblichen überquerten das Meer und jeder von ihnen zeigte seine magischen Kräfte.

Enteisung von Elektrotriebzügen – Elektrotriebzüge sind Präzisionsgeräte und es ist definitiv nicht angebracht, sie über längere Zeit durch manuelles Klopfen und Hämmern zu enteisen. Daher ist die Entwicklung intelligenter Enteisungsgeräte eine naheliegende Sache. Beispielsweise erfordert die von der Harbin Railway Bureau Group Co., Ltd. eigenständig konzipierte und entwickelte Hochtemperatur-Eisschmelz- und Schneeräumvorrichtung HTK-CBXO für Hochgeschwindigkeitszüge nur zwei Personen zur Bedienung und kann das Eis von acht Elektrotriebzügen in einer Stunde schmelzen. Früher hätten 16 Personen für dieselbe Arbeit vier Stunden gebraucht, was die Effizienz der EMU beim Schmelzen von Eis erheblich verbessert hat.

Weichenenteisung – Die Weiche ist eine der zentralen Einrichtungen im Gleissystem und für den Gleiswechsel der Züge zuständig. In den extrem kalten nördlichen Regionen meines Landes werden Schneeschmelze und Eisentfernung auf den Weichen hauptsächlich durch elektrische Heizungen durchgeführt. Beispielsweise wird das elektrisch beheizte Weichen-Schneeschmelzsystem RD1 häufig im Eisenbahnsystem eingesetzt. Das Hauptfunktionsprinzip dieses Geräts besteht darin, die Temperatur der Weiche durch elektrische Heizung zu erhöhen, um Schnee zu schmelzen und Eis zu entfernen. Solche Weichen-Schneeschmelzgeräte weisen zwar eine ordentliche Arbeitsleistung auf, sind jedoch wahre Stromfresser, die im Betrieb eine große Menge Strom verbrauchen. Die Kosten sind nach wie vor hoch und können den Anforderungen des Hochgeschwindigkeitsausbaus moderner Eisenbahnen nicht mehr gerecht werden.

Zugpersonal enteist Weichen mit Lötlampen. Bildquelle: Xinhuanet

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler und Techniker der Eisenbahn ein intelligentes Schneeschmelzsystem entwickelt, das auf meteorologischen Informationen und Zugfahrplänen basiert. Über die Wetterstation lässt sich ein automatischer Start und Stopp der Anlage realisieren. Anhand der Daten des Zugbetriebsplans kann die entsprechende Tabelle mit der Startsequenz der Weichenaktion im Bahnhof abgefragt werden. Die Weichen auf der Zufahrtsstrecke können vorab beheizt und vom Schnee befreit werden. Dadurch wird der manuelle Start- und Steuerungsmodus des bestehenden Systems, bei dem alle Weichen im Bahnhof nach dem Start beheizt werden, geändert. Das System kann nun automatisch gestartet und gestoppt werden, was zu Energieeinsparungen und einer Reduzierung des Verbrauchs führt.

Ich bin überzeugt, dass die Eisenbahnbehörde mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von technischen Materialien und Informationstechnologie effizientere und energiesparendere Enteisungsgeräte entwickeln wird, um den sicheren Betrieb von Hochgeschwindigkeitszügen zu gewährleisten.

Das Jahresende naht und ich hoffe, dass alle, die zum neuen Jahr nach Hause fahren, sicher ankommen.

Autor: Wang Lin, leitender Eisenbahningenieur, Mitglied der Chinese Writers Association, Mitglied der Chinese Science Writers Association, Direktor der Tianjin Science Writers Association

Gutachter: Zhao Hongyu, Elektrifizierungsexperte der China Railway Design Group

Produziert von: Science Popularization China

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