Traktionsstromkreis

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Im Gegensatz zu anderen Baureihen müssen wir uns hier zuerst ein paar Gedanken machen. Die Betreiber wollten Fahrzeuge, bei denen ein Defekt nicht gleich zum Ausfall führen sollte. Das in diesem Zusammenhang immer wieder verwendete Wort war Redundanz. Dieser Begriff besagt, dass alle wichtigen Baugruppen mindestens in doppelter Ausführung vorhanden sein müssen. Wie das hier gelöst wurde, konnte bei der Druckluft bereits erahnt werden.

Vielleicht erinnern Sie sich noch, dass wir drei Kompressoren hatten, die für die Druckluft verantwortlich waren. Das wurde auch bei der weiteren Ausrüstung so weitergeführt. Diese drei Bereiche der Traktionsausrüstung wurden offiziell als «Triplette» bezeichnet.

Mit anderen Worten, der Triebzug sollte bei einem Defekt nur einen Drittel der Traktionsleistung verlieren. Eine Massnahme, die sogar besser war, als gefordert wurde.

Wenn wir Ausnahmen von dieser Regel suchen wollen, dann finden wir sie nur auf dem Dach. Denn bei den Stromab-nehmern gab es nur einen Ersatz. Das war nicht so schlimm, denn die hier auftretenden Schäden wareno selten geworden.

Viele Fahrzeuge verzichteten sogar auf den Ersatz. Bei der Baureihe ETR 470 waren aber zwei vorhanden, die wir gleich ansehen werden, denn damit wird ja in der Regel mit der Betrachtung begonnen.

Bei einem Neigezug kam aber noch dazu, dass die Bauteile der elektrischen Ausrüstung auf mehrere Fahrzeuge aufgeteilt werden mussten. Das war eine Folge der maximal zugelassenen Achslasten von lediglich 15 Tonnen. Mit der offiziellen Angabe von 14.2 Tonnen, war die Baureihe ETR 470 sogar unter diesem Wert geblieben. Erkauft werden musste das aber mit einer Leistung, die nicht in jedem Fall für alle Strecken reichte.

Bevor wir nun den Aufbau ansehen, müssen wir uns die Aufteilung ansehen und dabei noch das System für die Bezeichnung versehen. Durch die Tripletten musste ein Code eingebaut werden, der klar erkennen liess, welche der drei Stränge man nun meinte. Der Hersteller entschied sich für einen Code mit drei Buchstaben und Zahlen. Wie diese bei den einzelnen Fahrzeugen angewendet wurden, erkennen Sie in der Tabelle.

 

Wagen Bezeichnung Wagenklasse Buchstabe 1 Buchstabe 2 Buchstabe 3
1 BAC 1 1 2 Motoren Hilfsbetriebe Führerstand
2 BB 1 1 2 Motoren    
3 RA 1 1 Wagen Hilfsbetriebe  
4 RB Speisewagen Wagen    
5 BB 2 2 2 Motoren    
6 BAH 2 2 2 Motoren Hilfsbetriebe Für Behinderte
7 RA 2 2 Wagen Hilfsbetriebe  
8 BB 2 2 2 Motoren    
9 BAC 2 2 2 Motoren Hilfsbetriebe Führerstand

 

Damit haben wir zwar die Verteilung kennen gelernt, aber mehr auch noch nicht. Die drei Tripletten sind in der Tabelle farblich markiert worden und wir erkennen, dass jede Triplette zwei angetriebene Wagen und einen nicht angetriebenen Wagen besass. Bei der genauen Betrachtung können wir uns daher auf eine der drei Tripletten beschränken, denn die anderen waren nahezu baugleich. Darum auch die im mechanischen Teil erwähnten drei Kompressoren.

Wie bei allen anderen Triebfahrzeugen beginnen wir diesen Bereich mit der Fahrleitung. Diese war immer wieder wichtig, wenn es um die dort vorhandenen Spannungen ging.

So oft wurde dabei erwähnt, dass es nur ein System gab. Hier war das schlicht unmöglich, denn die Reihe ETR 470 sollte international eingesetzt wer-den. So ergeben sich automatisch mehrere Syste-me, denn die Bahnen waren sich nie einig.

Durch den geplanten Einsatz musste der Zug mit zwei Varianten versehen werden. Das waren 3 000 Volt Gleichstrom um in Italien zu fahren und 15 000 Volt 16 2/3 Hertz Wechselstrom.

Dieser wurde, wie wir ja bereits wissen, in der Schweiz benutzt. Die anderen Stromsysteme für Frankreich wurden hier jedoch nicht vorgesehen.

Noch wurden Triebzüge speziell für einen Einsatz gebaut, auch wenn das einen grossen Aufwand bedeutete.

Bei der Wahl der für die Betrachtung passenden Triplette machte ich es mit nicht unbedingt schwer. Die erste, die ich angetroffen habe, nutze ich. Das wäre dann die Nummer eins.

Wobei ich problemlos auch die Nummer drei hätte wählen können. Nur bei der Nummer zwei gab es eine kleine Abweichung, die durch die Tatsache entstand, dass es auf dem Dach zu wenige Stromabnehmer gab. Obwohl es viele waren.

Damit kommen wir zur Dachausrüstung. Diese besass die Bauteile um die Spannung von der Fahrleitung auf das Fahrzeug zu übertragen. Da wir zwei Stromsysteme haben, benötigen wir auch zwei Stromabnehmer. Jeder bekommt dann noch einen Ersatz und schon sind wir bei vier Exemplaren, die auf den ganzen Triebzug verteilt wurden. Da sich hier die beiden Stromarten über unterschiedliche Wege bewegten, trennen wir diesen Teil auf.

 

Gleichstrom

 

Ich beginne die Betrachtung der Hauptstromkreise mit dem in Italien verwendeten Stromsystem. Dieses umfasste damals eine Spannung, die nominell bei 3 000 Volt Gleichstrom lag. Auch wenn in Italien erste Strecken mit 25 000 Volt 50 Hertz versehen wurden, die Triebzüge der Cisalpino AG sollten dort nicht eingesetzt werden und so beschränkte man sich wirklich nur auf die Ausrüstung für das System mit Gleichstrom.

Auf dem Wagen BAC1 wurde der Stromabnehmer für das mit Gleichstrom betriebene Stromsystem montiert. Im Gegensatz zu konventionellen Fahrzeugen konnte das wegen der Neigetechnik nicht auf dem Dach erfolgen. Daher wurde der Stromabnehmer auf einem Portal montiert, das sich auf der Pendeltraverse und somit auf dem darunter liegenden Drehgestell, abstütze. Nur so konnte sich der Kasten unter dem Stromabnehmer seitlich bewegen.

Aufgebaut wurde hier ein Stromabnehmer nach italienischen Normen und somit jener für Gleich-strom. Das beutete, dass das Schleifstück zwar nahezu jenem der Schweiz entsprach, aber die Schleifleisten aus Kupfer und nicht aus Kohle be-standen.

Um den Verschleiss bei Reibung zwischen Kupfer und Kupfer etwas zu verringern, rüstete man diese Schleifleisten nach italienischen Vorschriften mit einer Schmierung aus.

Der für Gleichstrom benutzte Stromabnehmer wirk-te auf dem modernen Triebzug veraltet. In Europa waren diese Scherenstromabnehmer längst durch neue ersetzt worden.

In Italien waren diese aber nicht zugelassen, weil befürchtet wurde, dass die hohen Ströme unter Gleichstrom nicht übertragen werden konnten. Die Baureihe ETR 470 konnte so mit einem gehobenen Bügel und 3 000 Volt Gleichspannung eingesetzt werden.

Gehoben wurde der Stromabnehmer mit Hilfe von Druckluft. Diese hob die Kraft der Senkfeder auf. Dadurch konnte die Hubfeder ihre Kraft entfalten und den Bügel heben, bis das Schleifstück den Fahrdraht berührte und die Spannung der Fahrleitung auf das Dach des Triebzuges übertragen wurde. Wollte man den Bügel senken, musste nur die Druckluft entweichen und die Senkfeder sorgte dafür, dass sich der Stromabnehmer senkte.

Die beiden Stromabnehmer des Triebzuges wurden nicht mit einer Dachleitung verbunden. Diese war nur zwischen dem Pantograph und den weiteren Bauteilen vorhanden. Speziell war, dass durch die Neigung des Kastens, der ja der Stromabnehmer nicht folgte, ein Kabel verbaut werden musste. Nur so konnte der lange Weg ohne Probleme und ohne Kurzschluss absolviert werden. Sie sehen, man musste auch hier umdenken.

An der Dachleitung wurden die Spannungsprüfung und der Schutz vor Überspannung angeschlossen. Diese war nötig, falls die italienischen Stromabnehmer unter dem in der Schweiz verwendeten Wechselstrom gehoben wurden.

Zudem war so auch ein guter Schutz vor Blitzeinschlägen vorhanden. Wobei gerade dieser Punkt nie so richtig funktionieren sollte, denn die sehr hohen Spitzen schaffen es oft genug in den Stromkreis.

Damit kommen wir zum Hauptschalter, der mit einem Erdungsschalter ergänzt wurde. Eingebaut wurde ein Gleichstromschnellschalter der Bauart Sécheron UR 26.

Dieser Schalter war in der Lage sämtliche auftretenden Ströme sicher und zuverlässig abzuschalten. Gerade bei Bahnen, die mit Gleichstrom fuhren, können in bestimmten Situationen sehr hohe und schwer schaltbare Kurzschluss-ströme auftreten.

Nach dem Hauptschalter folgte dann die Dachleitung, die über den ganzen Zug geführt wurde. Damit waren hier die Stromrichter der drei Tripletten, sowie auch die Heiz-register der Klimaanlagen direkt angeschlossen worden.

Trenner erlaubten das Auftrennen der Leitung bei Stör-ungen, oder wenn bei Gleichstrom mit beiden Stromabnehmern gefahren werden musste. Ein Effekt, der bei geringer Spannung nötig wurde.

Mit dem Stromkreis bei Gleichstrom sind wir nun an jenem Punkt angelangt, wo dieser mit dem Teil bei Wechselstrom verbunden wurde. Daher kehren wir wieder zur Fahrleitung zurück und dabei wechseln wir auch gleich das befahrene Land, denn der Teil wurde in der Schweiz benötigt. Also bei einer Fahrleitungsspannung von 15 000 Volt und 16 2/3 Hertz. Es folgt nun der etwas kompliziertere Teil der elektrischen Ausrüstung.

Wechselstrom

 

Der grosse Unterschied bei Fahrleitungen, die mit Wechselstrom betrieben werden, ist die Tatsache, dass wegen der hohen Spannung der Strom im Stromabnehmer geringer wurde. Das führte zu einer wichtigen Änderung und wir müssen den Bügel genauer ansehen. Diese wurde auf den Wagen RA 1 montiert. Damit bleiben wir bei der ersten Triplette, denn nur so treffen wir wieder auf den Bereich, den wir vorher angesehen haben.

Verbaut wurde ein Einholmstromabnehmer, wie er in der Schweiz bei an-deren Baureihen verwendet wurde. Auch er war über das Portal mit der Pendeltraverse verbunden worden.

Die hier montierte Schleifleiste bestand nun aus Kohle und sie war dank den isolierten Notlaufhörnern mit 1 450 mm gleich Breit, wie die beim Pantograph für die FS. Wegen der fehlenden Schmierung wurde der Bügel in Italien nicht gehoben.

Die Ansteuerung des Stromabnehmers erfolgte auf die gleiche Weise, wie beim italienischen Modell. Ebenso erfolge der Anschluss zur Dachleitung mit einem Kabel. Auch in dieser Dachleitung kam ein Spannungsprüfer zur An-wendung.

Jedoch wurde nur dieser montiert und der Überspannungsableiter fehlte. Hier wurde für den Schutz vor Blitzen vor dem Hauptschalter kein Schutz vor-gesehen, denn dieser hatte mit Blitzen kein Problem.

Diese Dachleitung endete beim Hauptschalter. Hier wurde ein Modell der Firma Adtranz verwendet. Es handelte sich um einen Vakuumhauptschalter der Bauart BVAC 15.10.

Der Vorteil dieses Modells war, dass es sehr hohe Kurzschlüsse ohne Probleme abschalten konnte. Der in dem Fall gefürchtete Lichtbogen konnte wegen dem Vakuum gar nicht entstehen. Zudem konnte der Schaltvorgang auch ganz genau getaktet werden.

Ein Erdungsschalter war so eingebaut worden, dass er die Dachleitungen vor und nach dem Hauptschalter mit der Erde verband. Damit sind wir schon bei der zweiten Dachleitung angelangt. Diese wurde mit dem Transformator, den anderen beiden Einheiten und dem Überspannungsableiter verbunden. Der Unterschied dieser Anordnung liegt bei den Spannungen von Blitzen, die bei Wechselstrom erst im Transformator gefährlich wird.

Der Transformator wurde unter dem Wagenboden montiert. Zur Verbindung wurde daher ein Hochspannungskabel verwendet. Durch die tiefe Einbauweise konnte der Schwerpunkt tief gehalten werden.

Gerade hier war ein hohes Gewicht vorhanden, so dass dieses Bauteil möglichst tief und auch in einem eigens dazu vorgesehenen Wagen verbaut wurde. Wir sind also auch physisch von der vorher vorgestellten Anlage mit Gleichstrom getrennt.

Wie schwer der Transformator wirklich war, zeigt eine klare Tatsache. Die Wagen mit diesem Bauteil wurden Transformatorwagen genannt und sie waren in der Achsfolge sehr gut zu erkennen.

Der Grund fand sich in dem Punkt, dass die einzigen Fahrzeuge im Neigezug ETR 470 keine Fahrmotoren hatten, einen Transformator besassen. Das konnte beim Speisewagen durch-aus zu Problemen führen.

Die Primärspule wurde an der Dachleitung und andererseits an den Erdungsbürsten angeschlossen. Damit war diese Spule auf Erde geschaltet worden. Die Rückleitung der elektrischen Ströme zum Kraftwerk, erfolgte danach, wie bei allen elektrischen Lokomotiven und Triebwagen über die Schienen, oder das Erdreich. Wir haben so einen geschlossenen Stromkreis erhalten und es konnte ein elektrischer Strom fliessen.

Ebenfalls gegen Erde geschaltet war die zweite Spule im Transformator. Diese zweite Wicklung erzeuge eine Spannung von 3 000 Volt Wechselstrom. Damit haben wir die gleiche Spannung erhalten, wie das zuvor der Fall war. Da nun diese beiden Systeme mit einem Schalter der Leitung zugeschaltet wurden, sind wir wieder auf einem gemeinsamen Pfad. Die zuvor erwähnten Heizregister der Klimaanlagen wurden jetzt mit Wechselstrom betrieben.

Bei den Heizregistern der Klimaanlagen handelte es sich um einfache Widerstände. Diese wurden erwärmt, ob Gleichstrom, oder Wechselstrom floss. Einzig bei der Abgabe der Wärme war ein kleiner Unterschied vorhanden.

Dieser war aber so gering, dass die Einsparungen beim Gewicht keine Auswirkungen auf die Funktion der Klimaanlagen hatten. Die Zugsammelschiene für diesen Teil kennen wir, denn es war die Dachleitung bei Gleichstrom.

Die beiden weiteren sekundären Spulen waren nicht mit einer anderen Wicklung und auch nicht unter-einander verbunden worden. Sie dienten der Versorgung des Stromrichters. Zwei Spulen wurden verwendet, weil eine gegenläufige Wicklung verwendet werden musste. Erst später verband man zwei Leitungen der beiden Wicklungen. Beim ETR 470 wurden vier Leitungen vom Transformator abgeführt und gelangten so zum Stromrichter.

Die vom Transformator kommenden Leitungen endeten im Wagen BB1 und somit im Stromrichterwagen. Wie es der Name schon sagt, wurden hier die Stromrichter unter dem Wagenboden eingebaut. In diesem Fall wurde der Stromrichter bei einem Betrieb unter Wechselstrom als Gleichrichter betrieben. Ein Pfad des mit GTO-Thyristoren aufgebauten Stromrichters diente beim Betrieb mit Gleichstrom als Netzfilter.

In den Stromrichtern wurde eine Spannung von 3 000 Volt Gleichstrom erzeugt und diese dem Zwischenkreis zugeführt. Der Weg der Spannung bei Gleichstrom über den als Netzfilter arbeitenden Stromrichter sorgte nur dafür, dass die Unterschiede bei der Spannung in solchen Systemen ausgeglichen wurden. Ab dem Zwischenkreis gab es nun wirklich keinen Unterschied mehr, egal wie das Fahrzeug ab der Fahrleitung versorgt wurde.

Der offen aufgebaute Zwischenkreis werden wir später noch einmal auf-suchen. Wir hier verfolgen nun den Weg zu den Fahrmotoren. Dazu wurden an diesen Stromkreis drei weitere Stromrichter mit GTO-Thyristoren angeschlossen.

Diese waren nun als Wechselrichter geschaltet worden, dass aus dem Gleich-strom ein Drehstrom entstand, der sowohl bei der Spannung, als auch bei Fre-quenz veränderlich war. Man sprach daher auch vom Ausgangsstromrichter.

Wir haben nun die Spannungen der Fahrleitungen in einen zu den Fahrmotoren passenden Wert umgewandelt. Eine weitere Aufbereitung fand jedoch nicht mehr statt und die Leitung wurde zu den vier an einer Triplette angeschlos-senen Motoren geführt.

Diese befanden sich in unserem Fall in den Wagen BB1 (Stromrichter) und BAC1 (Endwagen). Auch jetzt vereinfachen wir, den es reicht, wenn wir uns einen Motor ansehen.

Man verwendete sechspolige eigenventilierte Asynchronmotoren. Der Vorteil dieser Motoren war klar, denn sie konnten auch beim Stillstand mit der maximalen Leistung betrieben werden, ohne dass es zu einem Schaden gekommen wäre. Da die vier Drehstrommotoren einer Triplette zudem parallel angeschlossen wurde, hatte ein defekter Fahrmotor keine grossen Auswirkungen. Lediglich bei der Zugkraft gab es eine Einbusse.

Alle Fahrmotoren zusammen konnten eine Anfahrzugkraft von 259 kN erzeugen. Diese konnte nur bis zum erreichen der Leistungsgrenze abgerufen werden. Danach sank der Wert bis zur Höchstgeschwindigkeit. Die vom Neigezug damit möglichen Werte bei der Beschleunigung wurden mit 0.8 m/s2 angegeben, was den bei Zügen des Fernverkehrs üblichen Werten entsprach. Nur in den steilen Rampen konnte es zu Problemen kommen.

Eine Eigenschaft der Drehstrommotoren ist, dass sie automatisch Energie erzeugen, wenn die Drehzahl des Rotors höher als die Frequenz des Drehfeldes ist. Diesen Effekt nutzte man um eine elektrische Bremse einzubauen.

Dabei wurde die von den Motoren erzeugte Spannung in den drei Stromrichtern der Fahrmotoren in Gleichstrom umgewandelt. Dazu kippten diese und arbeiteten nun als einfache Gleichrichter.

So gelangte die Spannung der Fahrmotoren in den Zwischenkreis und konnte dort verwendet werden. Das erfolgte auf zwei Arten, die von der Spannung in der Fahrleitung abhängig war.

Beim Einsatz unter Wechselstrom gelangte die Spann-ung zum zweiten Stromrichter und wurde dort in eine einphasige Wechselspannung umgewandelt. Dieser Wechselstrom konnte anschliessend über den Transformator an die Fahrleitung abgegeben werden.

Wir haben somit eine elektrische Nutzstrombremse erhalten, die über eine sehr gute Leistung verfügte und daher bevorzugt verwendet wurde. Jedoch konnte diese Lösung bei Fahrten mit Gleichstrom nicht genutzt werden. In solchen Netzen konnte nicht beliebig in die Fahrleitung gespeist werden. War dort die nominale Spannung vorhanden, fiel die elektrische Bremse aus. Das ist ein Effekt, der nicht gewünscht wurde.

Damit der Neigezug in diesem Fall über gleichwertige Werte verfügte, wie bei Wechselstrom, musste eine andere Lösung gefunden werden. Bei Fahrten unter Gleichstrom wurde daher ein Teil der Leistung den auf dem Dach montierten Bremswiderständen zugeführt und dort in Wärme umgewandelt. Dabei war es auch möglich, dass die volle Bremsleistung in den Widerständen verheizt wurde. Die Funktion blieb jedoch erhalten.

Wir haben damit eine Nutzstrombremse erhalten, die mit einer Widerstandsbremse kombiniert wurde. Die Lösung wird auch heute noch bei Bahnen, die mit Gleichstrom arbeiten angewendet. Sie sehen im Bereich der elektrischen Ausrüstung war der Zug gut aufgestellt worden. Jedoch mussten die stark belasteten Bauteile auch gekühlt werden und damit kommen wir zu den Hilfsbetrieben.

 

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