Sammelschiene
Englisch: electrical bus
Ein elektrischer Leiter oder Verbindungselement, das als gemeinsame Verbindung für zwei oder mehrere Stromkreise oder Komponenten dient.
Stromschiene: die gemeinsame Verbindungsleitung für Stromfluss
Eine Stromschiene ist ein Leiter, normalerweise ein Metallstab oder Kabel, der als Verbindungspunkt dient, an dem mehrere Stromkreise oder Komponenten parallel angeschlossen werden. In einem Stromsystem sammelt die Schiene Strom von einer oder mehreren Quellen (Generatoren, Transformatoren oder eingehende Leitungen) und verteilt ihn gleichzeitig an mehrere Verbraucher oder ausgehende Stromkreise. Jedes angeschlossene Gerät hat über die Schienenpole die gleiche Spannung anliegen.
In Umspannwerken erscheinen Schienen als starre Kupfer- oder Aluminiumstäbe, oft in einer Schaltanlage angeordnet, wo sie mehrere Meter lang sein können und Ströme im Bereich von Hunderten bis Tausenden Ampere führen. In kleineren Industrieanlagen oder Schaltschränken können Schienen aus isoliertem Kabel oder Schienensystemen mit Dauerbelastungsklassifizierung bestehen. Die Wahl des Materials und des Querschnitts hängt von der Stromstärke und der Umgebungstemperatur ab; größere Anlagen verwenden Hohlaluminiumrohre, um das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Leitfähigkeit beizubehalten, während die Kühlung durch Vergrößerung der Oberfläche verbessert wird.
Anordnung und Schutz
Stromsysteme verwenden typischerweise mehrere unabhängige Schienen, um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Ein Einzelschienensystem birgt das Risiko eines vollständigen Ausfalls, falls die Schiene beschädigt wird; eine Doppel- oder Ringschienenanordnung ermöglicht den Betrieb auch dann, wenn eine Schiene zu Wartungszwecken abgeschaltet wird. Schienenbereiche werden durch Leistungsschalter isoliert, wodurch Betreiber das System unterteilen und Fehler daran hindern können, sich auszubreiten. Eine Spannungsabsenkung oder ein Spannungskollaps entsteht, wenn ein größerer Fehler an einer Schiene die Spannung über alle angeschlossenen Geräte hinweg senkt, was Schienenkonstruktion für Stabilität kritisch macht.
Die Schienenpannung muss in enger Toleranz gehalten werden, typischerweise plus oder minus fünf Prozent der Nennspannung, um Motor-Blockieren, Flimmern der Beleuchtung und Geräteschäden zu verhindern. Spannungsregler, Kondensatorbänke und Stufenschalttransformatoren werden eingesetzt, um Spannungsschwankungen bei sich ändernder Nachfrage über den Tag verteilt zu bewältigen. In Gleichstromsystemen (DC-Systemen), wie Flugzeugbornetzen oder Batteriespeicheranlagen, werden Schienen ähnlich dimensioniert, sehen sich aber anderen Herausforderungen gegenüber: geringe Spannungsabfälle werden kritischer, da die Spannungen niedriger sind (28 V DC in der Luftfahrt, 48 V in Rechenzentren), sodass auch kleine Verluste durch Widerstände zu erheblichen Prozentanteilen führen.
Der Begriff "Schiene" ist aus der Anatomie entlehnt: sie wirkt als Rückgrat oder Hauptschlagader und verteilt Versorgung auf verzweigte Stromkreise. Fehler an einer Schiene, wie Isolationsausfälle oder Verschmutzung, die zu Überschlag führt, sind katastrophal und erfordern sofortige Isolierung. Moderne Umspannwerke verwenden gasisolierte Schienen (GIS), bei denen die Stäbe in Schwefelhexafluorid-Gas (SF6) eingehüllt sind, um Platzanforderungen zu verringern und die Zuverlässigkeit in feuchten oder verschmutzten Umgebungen zu verbessern, obwohl SF6 ein hohes Treibhauspotenzial hat und in einigen Ländern nun eingeschränkt ist.