Elektrische Ausrüstung

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Bei jedem Triebzug mit elektrischem Antrieb beginnt die elektrische Ausrüstung auf dem Dach des Fahrzeuges. Genauer genommen eigentlich schon bei der Fahrleitung, die über den befahrenden Geleisen montiert wurde. Diese musste schliesslich zum Fahrzeug passen, denn sonst hätte dieses nicht funktioniert. Daher wollen auch wir ausserhalb des Triebzuges beginnen und einen Blick in die Fahrleitung werfen.

Damit der Zug auf den vorgegebenen Strecken überhaupt fahren konnte, benötigte er bereits zwei Stromsysteme. Das waren 3 000 Volt Gleichstrom in Italien und 15 000 Volt 16.7 Hertz in der Schweiz. Damit war schon schnell klar, dass auch der ETR 610 mehrere Systeme erhalten wird, wie das schon beim älteren ETR 470 der Fall war. Jedoch gab es diesmal Veränderungen bei der Infrastruktur, die sich auf den Zug auswirkte.

In Italien rüstete man die Neubaustrecken mit einer Fahrleitung aus, die mit 25 000 Volt und 50 Hertz betrieben wurde und nicht mehr mit Gleichstrom. Nur damit konnte man auch die hohen Geschwindigkeiten dieser Strecken erreichen. Beim ETR 610, sowie beim RABe 503 musste dieses System daher auch montiert werden. Es war klar, dass der Neigezug im Raum Mailand auch auf solche Strecken gelangen konnte.

Elektrisch gesehen, ist es eine sehr ungünstige Kombination, denn diese führte dazu, dass man auch gleich 1 500 Volt Gleichstrom bereit stellen konnte. Besonders beim vergleichbaren ETR 600 war das eine Forderung, die den Einsatz nach dem Süden Frankreichs erlaubte. Weder für den ETR 610, noch für den später abgelieferten RABe 503 waren solche Einsätze jedoch nie vorgesehen. Trotzdem wurde auch dieses System installiert.

Eine Tabelle zeigt auf, wie die Konfiguration beim ETR 610 und beim RABe 503 gewählt wurde:

Stromsystem Spannung Land Bemerkungen
Gleichstrom 1 500 Volt   Nicht freigegeben
Gleichstrom 3 000 Volt Italien  
Wechselstrom 15 000 Volt 16.7 Hz Schweiz / Deutschland  
Wechselstrom 25‘000 Volt 50 Hz Italien  

 

Wir haben daher einen Triebzug erhalten, der über vier unterschiedliche Stromsysteme verfügte und damit gut bestückt war. Diese vier Stromabnehmer hätten dem Zug einen Einsatz in nahezu sämtlichen Ländern Europas ermöglicht. Doch dazu mussten auf dem Dach des Zuges auch die passenden Stromabnehmer montiert werden. Damit kommen wir nun zum Triebzug und seiner elektrischen Ausrüstung.

Die Stromabnehmer des Zuges wurden auf insgesamt vier Wagen verteilt, montiert. Das waren die Wagen drei bis sechs. Im gesenkten Zustand waren die Stromabnehmer jedoch kaum zu erkennen, so dass der Zug auch auf dem Dach sehr aufgeräumt aussah. Wir müssen uns nun jedoch jeden Stromabnehmer ansehen, denn der gab das mögliche Einsatzgebiet des Zuges vor. Beginnen werden wir, damit es logisch bleibt, beim Wagen drei.

Beim Wagen drei wurde auf Seite des Wagens vier ein einziger Strom-abnehmer montiert. Dieser Stromabnehmer wurde mit einer 1 950 mm breiten und mit Kohle bestückten Schleifleiste ausgerüstet.

Daher wurde der Stromabnehmer unter Wechselstrom von 15 000 Volt und 16.7 Hertz verwendet. Zugelassen war dieses Modell sowohl in Deutschland, als auch in Österreich.

Wobei mit den ETR 610 nur Deutschland angefahren werden sollte. Bei der Ablieferung der RABe 503 war Österreich als Option vorhanden. Dies wurde im Hinblick auf einen späteren Einsatz nach München vorgesehen.

Da man dort ein kurzes Stück auf der Infrastruktur von Österreich zurücklegen musste, war das wichtig. Die ETR 610 der Schweizerischen Bundesbahnen SBB hätten die entsprechenden Anpassungen jedoch ebenfalls benötigt.

Wenn wir nun zum Wagen vier kommen, dann folgt zuerst der Stromabnehmer für 3 000 Volt Gleichstrom. Er hatte eine 1 450 mm breite Schleifleiste aus Kupfer erhalten und wurde in Italien unter Gleichstrom benötigt.

Somit war der zweite Stromabnehmer auf dem Wagen vier jener, der für die Schweiz vorgesehen war. Hier wurde wieder eine Schleifleiste aus Kohle verwendet. Die Breite des Schleifstücks lag jedoch ebenfalls bei 1 450 mm.

Verwendet wurde dieser dritte Stromabnehmer unter dem in der Schweiz üblichen Stromsystem von 15 000 Volt und 16.7 Hertz. Zusätzlich konnte er aber auch in Italien auf den Schnellfahrstrecken mit 25 000 Volt und 50 Hertz gehoben werden. Es war somit der einzige Stromabnehmer, der in zwei Ländern und unter zwei Systemen verwendet werden konnte, denn der Zug erhielt keinen Stromabnehmer für 1 500 Volt Gleichstrom.

Bleiben eigentlich noch die Wagen fünf und sechs. Dort wurden die gleichen Stromabnehmer montiert, wie auf den bereits betrachteten Wagen. Somit hatte jedes System einen zweiten Stromabnehmer erhalten. Einzig die Reihenfolge wurde umgekehrt ausgeführt. Das heisst, dass auch jetzt wieder der Stromabnehmer für Deutschland alleine auf dem Wagen sechs montiert wurde.

Somit kommen wir zur Montage des Stromabnehmers. Der Triebzug verfügte über eine Neigetechnik. Damit neigte sich der Kasten in den Kurven um bis zu 8° gegen die Innenseite. Für die Stromabnehmer ist dies jedoch nicht zulässig. Daher mussten diese auf einer Gleitbahn montiert werden. Ein hydraulischer Zylinder sorgte dann dafür, dass sich die Stromabnehmer entgegen der Kastenneigung bewegten.

Diese sechs Einholmstromabnehmer konnten mit Hilfe von Druck-luft gehoben werden. Die Druckluft hob dabei die Kraft der Senk-feder auf und erlaubte es der Hubfeder, den Stromabnehmer zu heben.

Damit wurde der untere rot gestrichene Holm der Strom-abnehmer erkennbar und die Schleifleiste berührte den über dem Zug gespannten Fahrdraht. Der in den entsprechenden Vorschrif-ten festgelegte Anpressdruck wurde natürlich bei allen Modellen eingehalten.

Die so auf das Fahrzeug übertragene Spannung mit unterschied-lichem Wert, wurde vom Stromabnehmer über eine flexible Ver-bindung mit einer Dachleitung verbunden.

Dabei waren alle sechs Stromabnehmer an dieser Dachleitung an-geschlossen worden. Eine Unterscheidung der übertragenen Spannung fand daher in der Dachleitung nicht statt. So konnte hier Wechselstrom, aber auch Gleichstrom fliessen.

Die elektrische Ausrüstung des weiteren Zuges, können wir nun halbieren. Der Zug war so aufgebaut, dass der Zug elektrisch gesehen aus zwei Halbzügen bestand.

Damit war zumindest die Hälfte des Zuges bei einem Totalausfall noch einsatzbereit. Diese Redundanz war vorgeschrieben und musste mindestens 15 Minuten aufrechterhalten werden können. Für uns bedeutet das jedoch, dass wir uns nun auf einen halben Zug beschränken können.

An dieser gemeinsamen Dachleitung wurden die beiden Hauptschalter eines Halbzuges angeschlossen. Zudem war aber auch die eingebaute Spannungsprüfung, die letztlich den richtigen Hauptschalter freigab, an der Dachleitung angeschlossen. Das bedeutete unweigerlich, dass ein Hauptschalter für Wechselstrom und der andere für Gleichstrom genutzt wurde, und dass diese abhängig von der vorhandenen Spannung geschaltet wurden.

Als Hauptschalter, beziehungsweise Gleichstromschnellschalter, kamen die sich mittlerweile durchgesetzten Vakuumhauptschalter zur Anwendung. Diese Hauptschalter liessen keinen Löschfunken zu, so dass sie problemlos unter allen Stromsystemen eingesetzt werden konnten. Gerade der bei Stromsystemen mit Gleichstrom gefürchtete stehende Lichtbogen war bei diesen Modellen nicht mehr möglich.

Da wir nun zwei getrennte Strompfade haben, müssen wir diese getrennt ansehen. Ich beginne dabei mit dem etwas einfacheren Gleichstrom. Dieser wurde nach dem Hauptschalter einem Netzfilter zugeführt und letztlich über die Systemgruppierung in den Zwischenkreis des Umrichters geleitet. Dank dem Filter konnten Störströme im Zwischenkreis vermieden werden. Weitere Anschlüsse oder Baugruppen gab es bei Gleichstrom jedoch nicht.

Bei einem Betrieb unter Wechselstrom wurde die Spannung vom Hauptschalter einen Transformator zugeführt. Dieser Transformator wurde, wie die Haupt-schalter im Wagen vier, beziehungsweise im Wagen fünf eingebaut.

Diese Lösung musste gewählt werden, weil die schweren Transformatoren die Achslast in den anderen Fahrzeugen unzulässig erhöht hätten. Man konnte die Wagen vier und fünf daher als Transformatorwagen bezeichnen.

Der Transformator jeder Hälfte war als Trenntransformator ohne zusätzliche Anzapfungen ausgeführt worden. Er war für zwei Stromsysteme ausgelegt worden und konnte dabei mit zwei Frequenzen betrieben werden.

Da solche Transformatoren schwer sind, wurden sie leicht gebaut und der Anteil von Kupfer verringert. Das hatte aber zur Folge, dass dieses Metall mit den Strömen überfordert war.

Zur Kühlung und zur Verbesserung der Isolation, war der Transformator mit einer Flüssigkeitskühlung versehen worden. Dabei kühlte das Kühlmittel die Leiter und verbesserte die Isolation derselben.

Damit konnte auch hier Gewicht eingespart werden. So erwärmt wurde das Kühlmittel mit einer Pumpe zum Kühler befördert und wieder abgekühlt. Man kann daher sagen, dass es sich um einen handelsüblichen Transformator gehandelt hat.

Die nun dem Zwischenkreis angepasste Spannung musste nur noch in Gleichstrom umgewandelt werden. Dazu war in jedem angetriebenen Wagen ein vollständiger Umrichter vorhanden. Der Wechselstrom wurde mit Hilfe eines Stromrichters vorerst zu Gleichstrom. Dabei wurden hier die leichteren und besseren IGBT verwendet. Man kann daher behaupten, dass die Transistoren die Thyristoren abgelöst haben.

Anschliessend wurde auch diese Spannung der Systemgruppierung zugeführt. Dort wurde dann die Spannung, die vom Gleichstromteil, oder vom Wechselstromteil kam, den angeschlossenen Wechselrichtern zugeführt. Wir haben nun einen vom verwendeten System unabhängigen Strompfad erhalten und können nun den weiteren Weg verfolgen. Dabei müssen wir einfach wissen, dass wir eigentlich einen offenen Zwischenkreis hatten.

Die Rückleitung des Stromes erfolgte über, an den Achsen angebrachte, Erdungsbürsten. Diese Erdung hatte sich in den Jahren durchgesetzt und funktionierte sehr zuverlässig.

Um gefährliche Situationen zu vermeiden, mussten die unterschiedlich langen Erdungsbürsten regelmässig kon-trolliert werden.

Abgenützte Elemente wurden dabei durch neue ersetzt, so dass gesichert war, dass immer Kontakt zum Gleis bestand.

Die Spannung für die Fahrmotoren wurde nun in einem Wechselrichter, der aus dem Zwischenkreis versorgt wurde, zu einem Drehstrom unterschiedlicher Spannung und Frequenz umgewandelt.

Auch hier kamen wiederum Stromrichter mit IGBT zur Anwendung. Eine weitere Aufbereitung oder Schaltung der Spannung war jedoch nicht mehr nötig, da man bei Drehstrommotoren keine Wendeschalter und keine spe-ziellen Gruppierungen mehr benötigte.

Fiel einer der vier Stromrichter des Zuges aus, konnte der Triebzug dank den vier vollwertigen Umrichtern, noch 75% seiner Leistung abrufen. Das bedeutete für einen Neigezug eine deutliche Verbesserung, denn bisher mussten die Stromrichter auf mehrere Fahrzeuge aufgeteilt werden. Deutlicher konnte man den Vorteil der leichteren IGBT nicht aufzeigen. Zum Vergleich verlor im vergleichbaren Fall der ETR 470 einen Drittel seiner Leistung.

Die Fahrmotoren wurden als Asynchronmotoren aufgebaut. Diese hatten den Vorteil, dass sie sehr robust gegenüber hohen Strömen bei geringer Drehzahl waren. Diese seit Jahren bei der Eisenbahn bewährten Motoren konnten total eine Leistung von 5 500 kW abgeben und ermöglichten eine maximale Zugkraft von 225 kN. Für den 450 Tonnen schweren Triebzug ergab das eine maximale Beschleunigung von 0.48 m/s2.

Eine Eigenart der Drehstrommotoren ist, dass sie, wenn die Drehzahl die von der Frequenz vorgegeben war, überschritten wurde, automatisch kippten und fortan als Generatoren funktionierten. Diesen Effekt nutzte man bei den Triebzügen für eine elektrische Bremse. Diese Bremse arbeitete bei Fahrleitungen mit Wechselstrom vollumfänglich als Rekuperationsbremse mit einer Bremskraft von 150 kN auf die Fahrleitung.

Bei Gleichstrom war diese Art der elektrischen Bremse jedoch nicht möglich. Diese Netze können nur einen bestimmten Teil der Leistung aufnehmen und ermöglichen daher nicht immer die maximalen Bremskräfte. Damit die elektrische Bremse trotzdem vergleichbar arbeitete, war dem Triebzug eine Widerstandsbremse eingebaut worden. Diese wurde jedoch nur bei Bedarf und nur bei Gleichstrom zugeschaltet.

Die Bremswiderstände der Widerstandsbremse waren so ausgelegt worden, dass sie die volle Bremsleistung aufnehmen konnten. Sie wurden auf den Dächern der Wagen montiert und waren unter den Abdeckungen versteckt worden. Diese Anordnung hatte den Vorteil, dass die Widerstände durch den Fahrtwind des Zuges und über Luken gekühlt werden konnten. Damit war diese Bremse auch optimal aufgebaut worden.

Besonders umfangreich waren bei diesem Triebzug die Hilfsbetriebe ausgefallen. Hier waren sehr viele Baugruppen angeordnet worden. So zum Beispiel die Kompressoren, aber auch die Klimaanlagen oder die Batterieladung. Daher musste gesichert werden, dass diese Hilfsbetriebe jederzeit bereit standen. Daher wurde bei jedem Umrichter auch ein Bordnetzumrichter angeschlossen. Wir haben daher vier Einspeisungen erhalten.

Jeder Bordnetzumrichter wurde ab dem Zwischenkreis der Traktionsumrichter mit Spannung versorgt. Die nachgeschalteten Wechselrichter erzeugten im Bordnetz einen Drehstrom mit 400 Volt Spannung und einer Frequenz von 50 Hz. Letztlich wurde diese Spannung in einen gemeinsamen durch den ganzen Zug geführten Stromkreis gespiesen. Die Verbraucher konnten dort angeschlossen und so versorgt werden.

 

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