- Zugsammelschiene
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Vier Fotos von Zugsammelschienen
Die Zugsammelschiene (ZS) ist ein Kabel, das alle Wagen eines Zuges 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 Traktionsleistung auch die Heizleistung angegeben, womit die maximale Leistung auf der Zugsammelschiene gemeint ist.
In den Gleichstrom-Systemen 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. Auf französischen Einfluss geht die Spannungsebene von 1,5kV der 50Hz-Systeme zurück. Frankreich war das erste Land mit Fahrdrahtspannungen von 1,5kV und 25kV, 50Hz. Damit können die Wagen ohne technische Änderungen in beiden Teilnetzen eingesetzt werden. Aus demselben Grund gibt es in der ehemaligen Tschechoslowakei eine weitere, international nicht genormte Heizwechselspannung von 3kV mit 50Hz.
Bei einer Diesellok wird der benötigte Strom durch einen Generator erzeugt und anschließend mit einem elektronischen Umrichter auf 1000 V, 16,7 Hz oder 22 Hz gebracht. Der Umrichter ist notwendig, weil die Drehzahl des Dieselmotors im Betrieb schwankt. Die Norm verlangt 940 V 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 Wagen ein Verbot des Betriebs mit Dieselloks.
Die nächste Generation von Umrichtern arbeitet mit einem Gleichstromzwischenkreis und baut die Halbwelle als Rechteckhalbwelle mit einem 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 im nicht elektrifizierten Netz in Deutschland noch immer Sicherungsanlagen mit 50Hz-Gleisstromkreisen 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 mit Elektroenergie geschah über Achsgeneratoren und im Stand durch von während der Fahrt geladenen Akkumulatoren
Die Versorgung der elektrischen Verbraucher eines Eisenbahnwagens geschieht inzwischen in der Regel indirekt über den im Fahrzeug eingebauten Akkumulator („Batterie“), der über die Zugsammelschiene geladen wird. So kann zum Beispiel die Beleuchtung auch während eines Lokomotivwechsels eingeschaltet bleiben. Da die Sammelschiene auch im Stand Spannung führt, kann die Kapazität der Akkumulatoren gegenüber der Speisung durch Achsgeneratoren halbiert werden. In den Reisezugwagen selbst wird die Spannung der Zugenergieversorgung in der Regel mit Hilfe von Umrichtern auf ein normales Maß herabgesetzt (zum Beispiel auf 400 V oder 230 V).
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 1500 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 Deutschen Reichsbahn in der DDR wurde über die Zugsammelschiene bei Diesellokomotiven wegen der möglichen Beeinflussung der mit 50 Hertz gespeisten Gleisstromkreise eine Wechselspannung von 1000 V mit 22 Hz eingespeist. Ebenfalls funktionieren die meisten modernen Bordnetzumrichter auch mit 1000 Volt 50 Hertz, was es ermöglicht, bei stationärer Einspeisung, den Strom aus dem Ortsnetz zu beziehen.
Neben der einpoligen Zugsammelschiene für die Energieversorgung sind die Wagen normalerweise auch noch mit einem 18- oder 13-poligen UIC-Kabel für die Türschließung, Beleuchtungssteuerung und zum Datenaustausch (zum Beispiel für Zugzielanzeiger, Durchsagen etc.) verbunden.
Eine einzelne elektrische Kupplung darf mit maximal 600 A belastet werden. Die in den Wagen verbauten Leitungen lassen aber heute meist eine Belastung von 800 A 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
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