Stromabnehmertrennschalter
Der DC-Stromabnehmertrennschalter schützt die DC-Hochspannungs- und Traktionsausrüstung vor unzulässig hohen Netzspannungen. Nach dem Heben des DC-Stromabnehmers schaltet der Trennschalter automatisch in die Stellung „Betrieb“, sobald die Systemerkennung eindeutig eine DC-Netzspannung identifiziert hat. Nach dem Senken des AC-Stromabnehmers wird der zugehörige Stromabnehmertrennschalter durch die Zugsteuerung (ZSG) automatisch in die Stellung „Erden“ geschaltet. Dadurch wird das Risiko eines elektrischen Schlags beim Berühren der Stromabnehmerwippe im Bahnsteigbereich minimiert. Beim Heben des AC-Stromabnehmers erfolgt zunächst die Ansteuerung des Trennschalters in Stellung „Betrieb“, anschließend wird das Magnetventil „Heben“ aktiviert.
Dachleitungstrennschalter
Zur galvanischen Trennung der AC-Verbindungsleitung zwischen Traktionseinheiten (z. B. im Fehlerfall) sind elektropneumatisch betätigte Dachleitungstrennschalter installiert. Für die DC-Verbindungsleitung kommen elektrisch angetriebene Trennschalter zum Einsatz. Diese ermöglichen eine gezielte Isolation einzelner Traktionseinheiten zur Fehlerlokalisierung oder Systemstabilisierung.
Haupt- und Erdungsschalter AC und DC
Die AC-Hauptschalter sind als Vakuum-Leistungsschalter ausgeführt und für 15 kV- sowie 25 kV-Netze geeignet.
Die DC-Hauptschalter sind als Gleichstrom-Schnellschalter konzipiert und decken beide DC-Spannungsebenen ab.
Die jeweilige Schaltstellung wird über Rückmeldekontakte an die ZSG übertragen und kontinuierlich überwacht. Sind alle Einschaltbedingungen erfüllt, erfolgt das Zuschalten des Hauptschalters über den Kipptaster „Hauptschalter“. Im Abstellbetrieb (z. B. zur Prüfung der HS-Freigabeschleife) oder nach Netzunterspannung übernimmt das Master-ZSG die automatische Wiedereinschaltung. Nach fünf Einschaltversuchen innerhalb von 30 Minuten wird der Hauptschalter dauerhaft gesperrt und ein Fahrzeug-Hilferuf ausgelöst.
Jedem Hauptschalter ist ein Erdungsschalter zugeordnet, mit dem die Hochspannungsanlage vor und nach dem Hauptschalter geerdet werden kann. Durch Betätigen des Schlüsselschalters „Erden“ wird eine automatische Erdungssequenz ausgelöst. Hilfskontakte überwachen die Schaltzustände aller beteiligten Komponenten. Der Leuchtmelder „Geerdet“ signalisiert den sicheren Erdungszustand. Der DC-Erdungsschalter ist elektropneumatisch, der AC-Erdungsschalter elektrisch angetrieben.
Haupttransformator
Jede Traktionseinheit verfügt über einen unterflur angeordneten Haupttransformator für beide AC-Netzfrequenzen. Er besteht aus einer Primärwicklung und sechs Sekundärwicklungen. Vier Sekundärwicklungen dienen als Traktionswicklungen zur Versorgung der zwei Antriebsanlagen je Einheit (jeweils bestehend aus Traktionsstromrichter und vier Fahrmotoren) sowie der angeschlossenen Bordnetzumrichter (EVB). Die Traktionswicklungen besitzen Spannungsabgriffe zur Anpassung an unterschiedliche AC-Netzsysteme (volle oder reduzierte Windungszahl). Zwei weitere Sekundärwicklungen sind als Filterwicklungen ausgeführt.
Im DC-Betrieb fungieren die Traktionswicklungen als Induktivität der DC-Netzfilter:
- Bei 3 kV: Reihenschaltung zweier Wicklungen je Filter
- Bei 1,5 kV: Parallelschaltung
Als Kühl- und Isolationsmedium wird Ester verwendet. Kühlmittelausgleichsbehälter und Kühleinheit sind unterflur neben dem Transformator angeordnet.
Antriebsanlage
Eine Antriebsanlage besteht aus: einem Traktionsstromrichter sowie vier Fahrmotoren. Die Anlagen sind elektrisch voneinander unabhängig, sodass ein Fehler keine Beeinträchtigung der übrigen Systeme verursacht. Die Fahrzeugsteuerung kann einzelne Antriebsanlagen gezielt von der Hochspannungsversorgung trennen. Im Störungsfall kann der Triebfahrzeugführer den betroffenen Stromrichter über das MTD sperren.
Traktionsstromrichter
Die unterflur angeordneten Stromrichter bestehen aus:
- 2 Vierquadrantenstellern (4QS, AC-Betrieb)
- Gleichspannungszwischenkreis (ZK) mit Saugkreis (SK)
- WB-Steller und MUB-Steller
- 2 Pulswechselrichtern
- Zwischenkreis-, Saugkreis- und DC-Filterkondensatoren
- Messwandlern, Leistungsschaltern und Antriebssteuergerät
AC-Betrieb
Die 4QS wandeln die Eingangsspannung in eine gepulste Gleichspannung. Der Zwischenkreis glättet diese. Der Saugkreis reduziert Oberschwingungen doppelter Netzfrequenz. Für 16,7 Hz- und 50 Hz-Netze erfolgt eine frequenzabhängige Umschaltung. Die Pulswechselrichter erzeugen aus der Zwischenkreisspannung eine dreiphasige Motorversorgung. Jeder Wechselrichter speist zwei Motoren eines Drehgestells, wodurch keine elektrische Einschränkung bei unterschiedlichen Raddurchmessern besteht.
DC-Betrieb
Die Einspeisung erfolgt direkt über das DC-Netzfilter in den Zwischenkreis. Aktive Eingangssteller sind nicht erforderlich. Auch hier stehen vier elektrisch unabhängige Stromrichter zur Verfügung.
Schutz- und Kühlsysteme
Leistungskondensatoren sind mit Druckschaltern zur Überwachung mechanischer Ausdehnungen ausgestattet. Die Kühlung erfolgt wasserbasiert (Wasser-Frostschutz-Gemisch) mit unterflur angeordneter Kühleinheit. Die Drosselkombination übernimmt im AC-Betrieb die Funktion der Saugkreisdrossel, im DC-Betrieb die Funktion der Netzfilterdrossel.
MUB (Momentanüberspannungsbegrenzer)
Er schützt den Zwischenkreis bei Überspannung und dient zur Entladung im Fehlerfall. Beim Übergang von elektrischer zu pneumatischer Bremse wandelt der Widerstand überschüssige Energie in Wärme um und reduziert Bremskraftsprünge.
WB-Steller
Er wandelt Zwischenkreisspannung in Erregerspannung für die Wirbelstrombremse um. Die Regelung erfolgt durch das Antriebssteuergerät gemäß Vorgabe des Bremssteuergeräts.
Fahrmotoren
Zwei Drehstrom-Asynchronmotoren treiben über einstufige Stirnradgetriebe und Bogenzahnkupplungen die Radsätze eines Triebdrehgestells an. Pro Drehgestell ist ein separat angeordneter Fahrmotorlüfter zur Zwangsbelüftung installiert.
Störstromüberwachung (SSÜ)
Zur Einhaltung netzspezifischer Grenzwerte erfolgt eine frequenzselektive Störstromüberwachung:
- AC 15 kV (Deutschland): 100 Hz
- DC 3 kV (Belgien): 50 Hz
- DC 1,5 kV (Niederlande): 75 Hz
Für 100 Hz (DE) und 50 Hz (BE) wird ein Autarkes Digitales Störstromüberwachungsgerät (ADSG) eingesetzt. Die Messung erfolgt mittels passiver Stromwandler. Bei Grenzwertüberschreitung wird der Hauptschalter automatisch abgeschaltet.
Erdungskonzept
In jedem Führerraum befindet sich ein Schlüsselschalter „Erden“ mit den Stellungen Normal, Aus, Geerdet. Das System ist über drei redundante Erdungsschleifen verriegelt. Relais- und Schalterkontakte überwachen die korrekten Schaltstellungen aller beteiligten Komponenten und verhindern Fehlbedienungen.
Bordnetz
Die Energieversorgungsblöcke (EVB) werden aus den Zwischenkreisen der Traktionsstromrichter gespeist. Dadurch kann im generatorischen Betrieb (z. B. bei Ausfall der Oberleitung) das gesamte Bordnetz bis ca. 50 km/h weiter versorgt werden, etwa beim Durchfahren von Phasentrennstellen im 25 kV-Netz. Die EVB speisen synchron auf eine dreiphasige AC 440 V / 60 Hz-Schiene, die durch den gesamten Zug verläuft. Versorgt werden unter anderem Klimaanlagen, Luftpresser, Heizsysteme und Traktionshilfsbetriebe. Bei Segmentausfall wird die Schiene in der Zugmitte geöffnet, um Teilnetze weiterhin versorgen zu können.
DC 110 V-Netz
Jedes Batterieladegerät (BLG) besitzt zwei Module zur getrennten Ladung von Teilbatterien. Das System umfasst 4 BLG-Module, 4 Teilbatterien sowie 2 DC-Schienen mit Koppelschiene. Die Versorgungsebenen sind Batterie Direkt (BD), permanent. Und Batterie normal (BN), geschaltet. Die BN ist in BN1 und BN2 unterteilt, um die Verfügbarkeit redundanter Verbraucher, wie Notbeleuchtung oder ZSG, zu erhöhen.
DC 110 V-Abschaltprofil und Energiemanagement
Bei Ausfall der Batterieladung erfolgt ein zeitgesteuerter, spannungsüberwachter Lastabwurf durch das Master-ZSG.
Fremdeinspeisung
- DC 670 V, max. 200 kW über EVB
- DC 110 V, max. 125 A je Teilbatterie
Damit ist sowohl die Vollversorgung des Triebzugs als auch ein Wiederaufrüsten bei tiefentladener Batterie möglich.