Zugenergieversorgung

Vier Fotos von Zugsammelschienen

Die Zugsammelschiene (ZS) ist ein Kabel, das alle Wagen eines Zugs untereinander und mit der Lokomotive verbindet, um alle Einheiten von zentraler Stelle mit elektrischer Energie zu versorgen. Sammelschiene bezeichnet hier eine elektrotechnische Einrichtung. Den Rückleiter der einpoligen Zugsammelschiene bilden die Gleise.

Wegen ihres ursprünglichen Einsatzes ist die Zugsammelschiene auch als Heizleitung bekannt. Bei technischen Daten zu Lokomotiven wird oft neben der Fahrleistung auch die Heizleistung angegeben, womit die maximale Leistung auf der Zugsammelschiene gemeint ist.

In den Gleichstromsystemen 1,5 kV und 3 kV wird der Strom für die Zugenergieversorgung direkt aus der Oberleitung entnommen und in die Zugsammelschiene gespeist. In den Wechselstromsystemen 15 kV, 16,7 Hz und 25 kV, 50 Hz wird der Strom für die Zugenergieversorgung in einer besonderen Heizwicklung im Lokomotiv-Transformator erzeugt.

Bei einer Diesellok wird der benötigte Strom durch einen Generator erzeugt und anschließend mit einem elektronischen Umrichter auf 1000 V 16,7 oder 22 Hz gebracht. Der Umrichter ist notwendig, weil die Dieselmotordrehzahl im Betrieb schwankt. Die Norm verlangt 940 bis 1060 V und 16,7 Hz. Eingesetzt wurden als erstes Hüllkurvenumrichter, bei denen durch Thyristoren die höherfrequenten Phasen eines 6-Pol-Generators so lange eingeschaltet wurden, bis die Halbwelle lang genug war. Anschließend wurde auf die andere Halbwelle gewechselt und der Vorgang wiederholt. Solange der Strom nur für Heizzwecke gebraucht wurde, war das ausreichend. Batterieladegeräte und Klimaanlagen erzeugen aber eine induktive elektrische Last auf der Zugsammelschiene, bei der Umrichter dieser Bauart versagen; die Thyristoren verlöschen nicht mehr bei Abschluss der Halbwelle. Der gegenpolige Thyristor wird gezündet und es kommt zu einem Generatorkurzschluss. Aus diesem Grunde gilt für entsprechend ausgerüstete Waggons ein Verbot des Betriebs mit Dieselloks.

Die nächste Generation von Umrichtern arbeitet mit einem Gleichstromzwischenkreis und baut die Halbwelle als Rechteckhalbwelle mit einen Einschalt- und einem Löschthyristor auf oder verwendet GTO-Thyristoren. Diese Generatoren vertragen zwar induktive Lasten, aber die nicht sinusförmige Halbwelle führt zu starken harmonischen Oberwellen. Da es immer noch Bahnsicherungssyteme mit Gleisfreimeldekreisen auf 50-Hz-Basis gibt und 50 Hz eine harmonische Oberwelle von 16,7 Hz ist, besteht das EBA auf einer Umstellung der Umrichterfrequenz auf 22 Hz, um eine Beeinflussung auszuschließen.

Dampfloks hatten keine Zugsammelschiene. Zu Heizzwecken wurde Dampf aus dem Kessel durch eine Rohrleitung in die Wagen geleitet (Dampfheizung).

Die Versorgung der elektrischen Verbraucher eines Eisenbahnwagens geschieht meist indirekt über den im Wagen eingebauten Akkumulator („Batterie“), der über die Zugsammelschiene geladen wird. So kann z. B. die Beleuchtung auch während eines Lokomotivwechsels eingeschaltet bleiben. Alle nicht allzu alten Reisezugwagen werden heute über die Zugsammelschiene mit Energie zum Laden der Batterien, für die Wagenbeleuchtung und für die Heizung / Klimatisierung versorgt. In den Reisezugwagen selbst wird die Spannung der Zugenergieversorgung in der Regel mit Hilfe von Umrichtern auf ein normales Maß herabgesetzt (z.B. 400V, 230V).

Damit Wagen unterschiedlicher Hersteller auch international kompatibel zueinander sind, wurde die Zugsammelschiene von der UIC in der Norm UIC 552 vereinheitlicht. Sie führt je nach Einsatzbedingung eine Wechselspannung von 1000 V mit 16,7 Hz, oder von 1000 V mit 50 Hz oder Gleichspannungen von 1500 V= bzw. 3000 V=, daneben sind bei Betrieb mit Diesellokomotiven wie oben erläutert Rechteck- oder Trapezwechselspannungen möglich. Bei der früheren Deutschen Reichsbahn wurde über die Zugsammelschiene bei Diesellokomotiven der damaligen Baureihe 132 eine Wechselspannung von 1000 V mit 22 Hz eingespeist.

Neben der 1-poligen Zugsammelschiene für die Energieversorgung sind die Wagen normalerweise auch noch mit einem 13-poligen Kabel nach UIC 568 zum Datenaustausch (z.B. für Zugzielanzeiger, Durchsagen etc.) verbunden.

Eine einzelne elektrische Kupplung darf mit maximal 600 A belastet werden. Die im Wagen verbauten Kabel lassen aber heute meist eine Belastung von 800 bis 1000 A zu. Da ein einzelner moderner Wagen problemlos über 50 kVA Leistung beziehen kann, werden auf Anweisung der Bahnen bei einigen langen Zügen beide Kupplungen zwischen den Wagen benutzt, um eine Überlastung dieser zu vermeiden.

Siehe auch

• Zugvorheizanlage