Bahntechnik

Die elektrische Sicherheitsprüfung von Schienenfahrzeugen umfasst alle Prüfverfahren, mit denen die elektrische Sicherheit von Zügen und Bahnfahrzeugen nachgewiesen wird. Im Zentrum stehen die Hochspannungsprüfung von Schienenfahrzeugen sowie die Schutzleiterprüfung und Erdungsprüfung. Beide dienen demselben Zweck: dem Schutz von Personen und dem zuverlässigen Betrieb der elektrischen Systeme.

Wegen der hohen Prüfspannungen und der Größe der Prüfobjekte kommen dabei häufig mobile Hochspannungsprüfanlagen zum Einsatz, mit denen direkt am Fahrzeug geprüft werden kann, beispielsweise die ZPA36 für Prüfspannungen bis 100 kV AC.

Geprüft wird über den gesamten Lebenszyklus: in der Fertigung als elektrische Endprüfung, später wiederkehrend in der Instandhaltung.

Elektrische Sicherheitsprüfung von Schienenfahrzeugen

Die elektrische Prüfung ist ein fester Bestandteil der Qualitätssicherung in der Bahntechnik. Sie belegt nachweisbar und mit dokumentierten Messwerten, dass ein Fahrzeug die sicherheitstechnischen Anforderungen erfüllt.

In der Produktion liegt der Schwerpunkt auf der Endprüfung jedes einzelnen Fahrzeugs. Im Betrieb geht es um die regelmäßige Kontrolle: Isolationsfehler, gelockerte Verbindungen und Übergangswiderstände, die sich über Jahre verschlechtern, lassen sich nur messtechnisch erkennen.

Normen und Anforderungen in der Bahntechnik

Die Anforderungen an die elektrische Sicherheit von Schienenfahrzeugen verteilen sich auf mehrere Normen. Einige beschreiben die Schutzkonzepte, andere die konkreten Prüfverfahren.

Für die Hochspannungsprüfung ist die DIN EN 50124-1 (VDE 0115-107) maßgeblich. Sie behandelt die Isolationskoordination für elektrische Betriebsmittel in Schienenfahrzeugen, Bahnsignalanlagen und ortsfesten Bahnanlagen und legt fest, welche Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken sowie an die zugehörigen Prüfungen gelten. Die Prüfspannung wird dabei nicht frei gewählt, sondern aus der Bemessungs-Stoßspannung des Stromkreises abgeleitet. Für die Durchführung greift die Norm auf die übergeordneten Prüfnormen zurück: im Niederspannungsbereich auf die DIN EN IEC 60664-1 (VDE 0110-1), für höhere Spannungen auf die Hochspannungs-Prüftechnik nach DIN EN 60060-1 (VDE 0432-1).

Welche Fahrleitungs- und Bordnetzspannungen dabei überhaupt auftreten, regelt die DIN EN 50163 (VDE 0115-102) mit den Hauptkennwerten der Bahnstromversorgung.

Schutz gegen elektrischen Schlag ist Sache der DIN EN 50153 (VDE 0115-2). Sie richtet sich an Entwurf und Herstellung elektrischer Einrichtungen auf Fahrzeugen und gilt nicht nur für Schienenfahrzeuge, sondern auch für Oberleitungsbusse und Magnetschwebebahnen. Kern der Norm: Berührbare leitfähige Teile, von denen im Fehlerfall eine Gefahr ausgehen kann, müssen mit dem Schutzleiter verbunden sein und auf gleichem Potential liegen. Ergänzend beschreibt das UIC-Merkblatt 533 des Internationalen Eisenbahnverbandes konstruktive Maßnahmen für Triebzüge, Reisezug- und Güterwagen. Behandelt werden die Schutzerdung metallischer Teile, der Potenzialausgleich und das Ableiten von Kurzschlussströmen.

Für die Leitungsinstallation im Fahrzeug gilt die DIN EN 50343 (VDE 0115-130). Sie regelt die Verlegung elektrischer Leitungen auf Schienenfahrzeugen und verlangt, dass die fertiggestellte Verlegung anschließend geprüft wird.

Stückprüfung oder Typprüfung?

Die Normen unterscheiden konsequent zwischen beiden Prüfarten. Das hat direkte Folgen für die Ausstattung eines Prüfplatzes.

Eine Typprüfung ist im Grunde ein Qualifikations- bzw. Lebensdauertest: Sie prüft nicht das einzelne Produkt, sondern ob die Konstruktion als solche tauglich ist. Sie erfolgt einmalig am Baumuster und kann den Prüfling erheblich belasten. Die Prüfungen nach DIN EN IEC 60664-1 sind genau so angelegt.

Eine Stückprüfung durchläuft dagegen jedes einzelne Erzeugnis. Sie muss schnell, reproduzierbar und schonend sein. Die netzfrequente Wechselspannungsprüfung nach DIN EN 50124-1 ist typischerweise eine Stückprüfung. Auch DIN EN 50343 folgt dieser Logik: Die Leitungen selbst werden typgeprüft, bevor sie verbaut werden. Die fertige Verlegung im Fahrzeug wird danach als Stückprüfung abgenommen.

Für die Praxis heißt das: Wer entwickelt, braucht Prüftechnik mit Reserve für die Belastungen der Typprüfung. Wer fertigt oder instand hält, braucht sie vor allem für den schnellen, reproduzierbaren Takt der Serie.

Typische elektrische Prüfungen in der Bahntechnik

Hochspannungsprüfung von Schienenfahrzeugen

Die Hochspannungsprüfung weist die Spannungsfestigkeit der Isolation nach. Geprüft wird üblicherweise zwischen dem hochspannungsführenden Kreis, also dem Stromabnehmer beziehungsweise Fahrdrahtanschluss, und dem Fahrzeuggehäuse.

Wie hoch die Prüfspannung ausfallen muss, hängt am Bahnstromsystem, in dem das Fahrzeug unterwegs ist. Ein ICE im deutschen Netz fährt mit 15 kV bei 16,7 Hz. Dieses Niveau ist auch in Österreich, der Schweiz, Schweden und Norwegen üblich. Daraus ergibt sich eine Prüfspannung von 34 kV. Wo mit 25 kV bei 50 Hz elektrifiziert wurde, etwa in Nordfrankreich, Dänemark, Großbritannien, Portugal und Südosteuropa, liegt die Prüfspannung bei 55 kV. Mehrsystemfähige Fahrzeuge wie die ICE-Baureihen 406 und 407, die nach Frankreich, Belgien und in die Niederlande verkehren, sind entsprechend für das höhere Niveau nachzuweisen.

Die ZPA36 deckt dieses Spektrum in mehreren Ausführungen ab, unter anderem mit 35 kV bei 300 mA oder 500 mA und mit 60 kV bei 300 mA, darüber hinaus bis 75 kV und 100 kV AC. Die Wahl fällt dabei nicht allein über die Spannung: Mit der Länge eines Zugverbands wächst die kapazitive Last, weshalb sich bei langen Fahrzeugen die Ausführungen mit größerer Stromreserve bewährt haben.

Neben der Fahrleitungsseite sind auch die Bordnetzkreise nachzuweisen, allerdings bei deutlich niedrigeren Prüfspannungen. Hier kommen das Einzelprüfgerät UH36 und das automatische Prüfsystem ATS400 zum Einsatz, das mehrere Stromkreise nacheinander abarbeitet und die Ergebnisse protokolliert.

Schutzleiterprüfung und Erdungsprüfung von Bahnfahrzeugen

Die Schutzleiterprüfung belegt, dass alle berührbaren leitfähigen Teile niederohmig angebunden sind, also Kupplungsdosen, Gerätekästen, Abzweigkästen und Schutzrohre. Nur dann ist der Potenzialausgleich wirksam und ein Fehlerstrom findet einen definierten Weg.

Geprüft wird üblicherweise mit einem Prüfstrom von rund 50 A AC. Als Grenzwert für den Übergangswiderstand gelten im Personenverkehr 50 mΩ, im Güterverkehr 150 mΩ.

Das RS36B-50 ist für genau diesen Bereich ausgelegt: 10 bis 50 A Prüfstrom, Messbereich 1 bis 500 mΩ. Die Grenzwerte beider Verkehrsarten liegen damit sicher im Messfenster. Für Märkte mit höheren Anforderungen, etwa China mit 100 A, steht das RS36B-100 bereit.

Diese Prüfung ist sowohl in der Fertigung als auch bei Wartung und Instandhaltung erforderlich.

Herausforderungen bei der Prüfung von Schienenfahrzeugen

Große Prüfobjekte

Ein Zug kann mehrere zehn Meter lang sein und lässt sich nicht in einen Prüfstand stellen. Die Prüftechnik muss zum Objekt kommen, nicht umgekehrt.

Hohe Prüfspannungen

Im Bereich bis 100 kV braucht es eigene Konzepte für Messung, Kontaktierung und Absicherung. Standardlösungen greifen hier nicht.

Sicherheitsanforderungen am Prüfplatz

Der Aufbau eines sicheren Prüfplatzes ist oft aufwendiger als die Prüfung selbst. Sicherheitsabstände, Absperrungen und Schutzmaßnahmen müssen sitzen.

Kontaktierung am Fahrzeug

Der Kontakt zum Prüfobjekt entscheidet über die Messqualität und ist am Fahrzeug selten bequem zugänglich. Auf der Erdungsseite müssen hohe Prüfströme sicher übertragen werden. Dafür gibt es Erdungszangen bis 400 A, Ausführungen mit Stahldorn bis 200 A für lackierte oder korrodierte Oberflächen, Diagonal-Schienenzangen mit Abgriff DSA sowie Erdungsklemmen für Kugelkopf. Für den Anschluss an der Schiene steht ein Kopplungsprisma mit Magnetschalter bereit. Den Hochspannungsanschluss am Stromabnehmer erreicht ein Teleskopmast mit einer Höhe von etwa 2,7 bis 5,5 m. Erdungsleitungen und HV-Kabel gibt es passend zu allen Spannungsbereichen.

Mobiler Einsatz

Die Anlage muss daher gleichzeitig transportabel sein, die geforderte Spannung liefern und den Prüfer schützen.

Prüfsysteme für die Bahntechnik

Mit der ZPA36 bietet ETL Prüftechnik eine mobile Hochspannungsprüfanlage für Prüfspannungen von 30 kV bis 100 kV AC, die sich an den Anforderungen der Bahntechnik orientiert. Die Anlage lässt sich direkt zum Fahrzeug bringen. Leistungs- und Bedienteil sind getrennt. Die Prüfung erfolgt damit aus sicherem Abstand, und die Bauweise erlaubt trotz hoher Spannung eine präzise Messung.

Ergänzt wird das Portfolio durch das RS36B-50 für die Schutzleiter- und Erdungsprüfung sowie durch UH36 und ATS400 für die Prüfung der Bordnetzkreise.