Energieversorgung des Transrapid-Fahrzeugs

Dieser Artikel befasst sich mit dem Energieversorgungskonzept des Transrapid-Fahrzeugs. Ein bald folgender zweiter Teil wird das Energieversorgungskonzept des Fahrwegs näher erläutern.

Einführung

Bekanntlich existieren beim Transrapid keine Oberleitungen. Doch der Energiebedarf für alle Verbraucher im Fahrzeug, darunter beispielsweise Trag/Führ-Magnetmodule oder Beleuchtungen in der Fahrgastzelle, muss trotzdem gedeckt werden. Dieser Artikel erläutert, wie und woher der Transrapid im Regelbetrieb die erforderliche Energie bezieht.

Energiezufuhr

Für die Energiezufuhr in das Fahrzeug werden im Regelbetrieb die pro Sektion 160 Lineargeneratoren und Stromschienen bzw. Inductive Power Supply (bei neueren Fahrzeugen wie TR09) verwendet.

Ab ungefähr 20 km/h beginnen die Lineargeneratoren, Energie zu erzeugen. Bei 20 km/h generieren die Lineargeneratoren jedoch zu wenig Energie. Ab 30 km/h reicht die generierte Energie bereits aus, um den Energiebedarf von Niederspannungsverbrauchern zu decken, darunter Pneumatik, Sicherheitskreise und die Prüfung der Wirbelstrombremse. Ab ca. 70 km/h reicht die generierte Energie aus, um den Energiebedarf der Tragmagnete zu decken. Ab ca. 100 km/h reicht die generierte Energie aus, um auch den Energiebedarf der Führmagnete zu decken. Das bedeutet, dass der gesamte Energiebedarf der Sektion ab 100 km/h bereits gedeckt ist.

Lediglich für die Maximalleistung der Klimatisierung und der Wirbelstrombremse reicht die Energie bei 100 km/h noch nicht. Das bedeutet jedoch keinesfalls, dass Klimatisierung und Wirbelstrombremsen bei 100 km/h nicht funktionieren. Diese werden weiterhin durch die Nickel-Cadmium-Batterien im Fahrzeug gepuffert.

Die Wirbelstrombremse ist lediglich die Notfallbremse des Transrapid, die im Fahrzeug verbaut ist. Anders als die Betriebsbremse, die durch den Linearmotor im Fahrweg erzeugt wird, wird beim Wirbelstrom-Bremsvorgang keine Energie zurück in das öffentliche Netz bzw. Bremswiderstände gespeist, im Gegenteil, das Fahrzeug wendet den Strom für den Notfall-Bremsvorgang alleine auf.

Die durch die Lineargeneratoren erzeugte Energie wird durch mehrere Hochsetzsteller pro Sektion gleichgerichtet und direkt in die verschiedenen Bordnetze des Transrapid gespeist.

Doch bevor die Geschwindigkeit von 100 km/h erreicht wird, ist eine zusätzliche Energiezufuhr notwendig.

Zusätzliche Energiezufuhr

Bei neueren Fahrzeugen wie TR08, TR09 und CRRC 600 sind zusätzliche Energiezufuhrsysteme verbaut.

Stromschienen kommen beim TR08 und CRRC 600 zum Einsatz. Die Stromschienen beliefern die Fahrzeuge mit 400V Gleichstrom. Dafür fährt das Fahrzeug bei Geschwindigkeiten von 0 bis 100 km/h seine mechanischen Stromabnehmer heraus, die dann einen mechanischen Kontakt zum Fahrweg herstellen. So wird das Fahrzeug mit Energie versorgt, bevor das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von 100 km/h erreicht. Bei Geschwindigkeiten über 100 km/h sind Stromschienen überflüssig.

Inductive Power Supply (IPS) kommt beim TR09 zum Einsatz. Das System wurde gemeinsam mit der Technischen Universität Braunschweig entwickelt, um eine sekundäre Energiezufuhr für das Fahrzeug zu bieten, ohne, dass dafür mechanischer Kontakt zum Fahrweg (wie bei den Stromschienen) hergestellt werden muss. Das System nutzt 400V Wechselstrom bei einer Frequenz von 20 kHz, die eine berührungsfreie Energieübertragung zur Sekundärspule im Fahrzeug ermöglicht. Eine modifizierte bzw. angepasste Version dieser Technologie wird von INTIS verfolgt. Die INTIS hat das System auf weitere elektrische Fahrzeuge angepasst, sodass auch E-Autos, E-Busse und E-Scooter von dieser Technologie profitieren. Vorteil ist, dass ein sehr hoher Wirkungsgrad erzielt wird, und die Ladegeschwindigkeit verglichen mit Kabel nicht kürzer ist, teilweise sogar schneller.

Es ist anzumerken, dass die Bordnetze im Transrapid durch eine Nickel-Cadmium-Batterie gepuffert sind. Das bedeutet, dass ein (kurzzeitiger) Verzicht auf Stromschienen oder IPS bei unter 100 km/h keinen Ausfall des Schwebezustands oder sonstige Einschränkungen zur Folge hat. Beim TR06 und TR07 gab es keine sekundäre Energiezufuhr, die Fahrzeuge haben an Haltestationen lediglich ihre Batterie durch ein Kabel aufgeladen. Die gerade genannten Systeme (Stromschienen und IPS) sind ebenfalls bei Notfällen zur Sicherung der Fahrzeug-Energieversorgung notwendig. Beim TR06 und TR07 hat man auf der TVE daher Abschleppübungen mit speziellen Fahrzeugen durchgeführt, die im Fall der Fälle zum Fahrzeug gefahren sind, und es mit Strom versorgten. Dafür hatten beide Fahrzeuge (TR06/TR07) an der Vorderseite herausnehmbare Klappen, hinter welchen sich die Anschüsse für die Energiezufuhr befinden. Ab dem TR08 ist das Abschleppen nicht mehr erforderlich, da entlang der Strecke die Stromschienen verbaut waren. Im Jahr 2005 wurde das IPS-System erstmalig auf der TVE erprobt, nicht jedoch mit dem TR09, sondern mit dem TR08. Dafür hat man in der E2 (Endsektion 2) an einem TFMM (TragFührMagnetModul) die dementsprechende Sekundärspule installiert. Die Tests bewiesen, dass das System mindestens genau so zuverlässig funktioniert, wie der mechanische Kontakt zu Stromschienen, wie nativ beim TR08. In China setzt CRRC mit seinem neusten Fahrzeug jedoch nicht auf IPS, da CRRC nicht über die Lizenzen für diese verfügt. Ebenfalls ist anzumerken, dass von der 29.9 km langen SMT-Strecke in Shanghai 23.8 km mit Stromschienen versehen sind. Theoretisch würde das für den CRRC 600 die Kompatibilität mit der SMT-Strecke steigern, abgesehen von der inkompatiblen Betriebsleittechnik (BLT).

Die Bordnetze des Transrapid

Jede Fahrzeugsektion verfügt über drei verschiedene Bordnetze. Darunter sind je Sektion vier voneinander unabhängige 440V (Gleichstrom) Bordnetze versehen, ebenfalls vier voneinander unabhängige 24V-Netze, und auch ein 230V Bordnetz. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Redundanz, die die Sicherheit des Transrapid, auch bei Stromausfällen, gewährleistet.

Die 4x 440V Bordnetze speisen die Trag/Führmagnete, Wirbelstrombremse und Klimaanlagen. Wie vorher bereits erwähnt, sind diese Bordnetze durch eine Nickel-Cadmium-Batterie gepuffert.

Die 4x 24V Bordnetze speisen die sicherheitsrelevanten Verbraucher der Fahrzeugsektion, darunter Fahrzeugsteuerung, Betriebsleittechnik und Kommunikationskomponenten. Die 24V Bordnetze werden redundant (mehrfach gesichert) aus dem 440V Bordnetz gespeist.

Das 1x 230V Bordnetz speist die Verbraucher der Fahrgastzelle, darunter Fahrgastinformation, Beleuchtungen und nach heutigem Standard ebenfalls (USB-)Steckdosen, mit welchen die Fahrgäste ihre Endgeräte aufladen können. Im CRRC 600 sind tatsächlich USB-Anschlüsse in den Sitzen der ersten Klasse verbaut, die ein Aufladen eines Endgeräts ermöglichen. Es handelt sich hierbei um ein Wechselstromnetz mit einer haushaltsüblichen Frequenz von 50 Hz, welches durch Wechselrichter ebenfalls aus dem 440V Bordnetz gespeist wird.

Selbstverständlich sind alle Bordnetze und Batteriekreise des Transrapid erd- und kurzschlusssicher ausgeführt. Wie vorher bereits erwähnt, sind diese Netze durch Batterien gepuffert. Typischerweise werden die Netze durch die Hochsetzsteller und Lineargeneratoren gespeist (energieversorgt), doch auch durch eine Energiequelle im Fahrzeug, den Batterien.

Durch die hohe Redundanz ist ein Stromausfall im gesamten daher unmöglich. Mehr als 25 Mio. gefahrene Kilometer des Systems in Shanghai bestätigen die hohe Redundanz und eine MTBF (Mean-Time-Between-Failure) von (beim TR08) mindestens 35 Jahren. 

Damit ist die Energieversorgung des Transrapid-Fahrzeugs erklärt. In einem bald folgenden zweiten Teil werde ich ebenfalls die Energieversorgung der Strecken erläutern, darunter die Antriebsblöcke, Streckenabschnitt-Wechselverfahren, und viele mehr.

Comments are closed.