Schlussbericht der Schweizerischen Unfalluntersuchungsstelle SUST

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1 Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST Service d enquête suisse sur les accidents SESA Servizio d inchiesta svizzero sugli infortuni SISI Swiss Accident Investigation Board SAIB Bereich Bahnen und Schiffe Schlussbericht der Schweizerischen Unfalluntersuchungsstelle SUST über den Brand vom 1. September 2012 in Stansstad (NW) Reg.-Nr.: Monbijoustrasse 51A, 3003 Bern Tel.: , Fax info@sust.admin.ch

2 Allgemeine Hinweise zu diesem Bericht Dieser Bericht wurde ausschliesslich zum Zweck der Verhütung von Unfällen und schweren Vorfällen beim Betrieb von Eisenbahnen, Seilbahnen und Schiffen erstellt. Gemäss Artikel 15 des Eisenbahngesetzes (EBG, SR ) sind Schuld und Haftung nicht Gegenstand der Untersuchung. Es ist daher auch nicht Zweck dieses Berichts, Schuld- und Haftungsfragen zu klären. 0 Zusammenfassung 0.1 Kurzdarstellung Der Triebzug ABe mit gekuppeltem Modul ABt der Zentralbahn (ZB) war am 1. September 2012 in Stansstad im Depotareal Gleis 22 im Freien abgestellt. Die Fahrzeuge waren unbedient, in Parkstellung und unter Fahrleitungsspannung eingeschaltet. Mitarbeitende des Baudienstes stellten um ungefähr Uhr eine starke Rauchentwicklung am ABe 130 fest. Es stellte sich heraus, dass im Elektroschrank H des Mittelwagens ein Brand ausgebrochen war. 0.2 Untersuchung Die Meldung traf um Uhr ein. Die Untersuchung wurde am gleichen Tag durch die Unfalluntersuchungsstelle SUST in Zusammenarbeit mit der Kantonspolizei Nidwalden eröffnet. Zur Abklärung der Brandursache wurde das Forensische Institut der Kantons- und Stadtpolizei Zürich (FOR) beauftragt. 0.3 Ursachen Die Ursache des Brandes im Elektroschrank H des Mittelwagens des ABe 130 konnte nicht gefunden werden. 0.4 Sicherheitsempfehlung Keine. Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST 2/9

3 1 Festgestellte Tatsachen 1.1 Vorgeschichte Der Triebzug ABe mit gekuppeltem Modul ABt der Zentralbahn (ZB) war am 1. September 2012 in Stansstad im Depotareal Gleis 22 im Freien abgestellt (Abbildung 1). Die Fahrzeuge waren unbedient, in Parkstellung und unter Fahrleitungsspannung eingeschaltet. Die Reinigungsgruppe verliess nach erledigter Arbeit den ABe 130 um Uhr ohne eine Unregelmässigkeit festgestellt zu haben. 1.2 Ablauf des Ereignisses Mitarbeitende des Baudienstes stellten um ungefähr Uhr eine starke Rauchentwicklung am ABe 130 fest. Es stellte sich heraus, dass im Elektroschrank H des Mittelwagens ein Brand ausgebrochen war. Der Hauptschalter wurde selbsttätig um Uhr ausgeschaltet. Gleis 22 ABt ABe Brand im Schrank H Abbildung 1: Gleisplan des Depots Stansstad (Quelle: ZB) 1.3 Sachschäden am Rollmaterial Der Sachschaden am Triebzug beträgt rund Fr Die Apparate im Elektroschrank H wurden komplett zerstört. Der Aussen- und Innenbereich des Elektroschranks H wurde durch die Wärmeeinwirkung stark beschädigt. Der Fahrgastraum wurde durch die Rauchentwicklung verrusst. 1.4 Feuer Da die Mitarbeitenden des Baudienstes das Feuer nicht mit dem Feuerlöscher bekämpfen konnten, wurde um Uhr die Feuerwehr aufgeboten. Diese hatte den Brand um Uhr gelöscht. Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST 3/9

4 Abbildung 2: ABe in funktionsfähigem Zustand (Quelle: SUST). Abbildung 3: Abbildung 4: ABe Aussenansicht ABe Elektroschrank H (Quelle: SUST) (Quelle: SUST) Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST 4/9

5 1.5 Schienenfahrzeuge Eigentümer: Zentralbahn ZB Zugskomposition: Triebzug ABe und Modul ABt Triebzug: ABe Kilometerstand km Inbetriebsetzung 2. Mai Feststellungen an den Schienenfahrzeugen Am 31. August 2012 wurde von der ZB eine präventive Instandhaltung gemäss der Checkliste Instandhaltung Treibfahrzeuge P1 Spatz ausgeführt. Anhand der Checkliste sind keine Kontrollarbeiten im Bereich des Elektroschranks H vorgesehen. Es wurden keine Unregelmässigkeiten betreffend den Elektroschrank H festgestellt. 1.7 Wetter, Schienenzustand Tag / Nacht: Nacht Wetter: Regnerisch Aussentemperatur: 10 C 1.8 Fahrdatenschreiber Der ABe 130 ist mit einer elektronischen Geschwindigkeitsmessanlage TRAS1000 ausgerüstet. Die Fahrdaten werden elektronisch aufgezeichnet. Sie wurden durch die Verkehrsunternehmung ausgelesen und durch die SUST ausgewertet. Die Auswertung der Fahrdaten ergab, dass der ABe 130 um Uhr abgestellt wurde und um Uhr die Speisespannung des Fahrdatenschreibers ausfiel. 1.9 Resultate aus den besonderen Untersuchungen Video-Überwachung im Fahrgastraum Der ABe 130 ist mit einer Video-Überwachung im Fahrgastraum ausgerüstet. Die Aufzeichnung endete um Uhr und meldete eine Kommunikationsstörung mit der Arbeitsplattform Fahrzeug (APFZ). Die Daten werden normalerweise auch in der Parkstellung aufgezeichnet. Durch die Kommunikationsstörung konnte der Brandverlauf im Fahrgastraum nicht mitverfolgt werden Videoaufnahmen des Brandverlaufs auf der Aussenseite Die Staatsanwältin und die Polizei des Kantons Nidwalden waren vor Ort. Der technische Dienst der Polizei erstellte Videoaufnahmen der Aussenseite des ABe 130. Der Brandverlauf konnte damit mitverfolgt werden Abklärung der technischen Brandursache durch das FOR Am 1., 6. und 7. September 2012 rückte das FOR zu weiteren Abklärungen der Brandursache am ABe 130 nach Stansstad aus. Am 10. Dezember 2012 wurden Vergleichsuntersuchungen am Elektroschrank H an einem in Revision befindlichen ABe 130 vorgenommen. Aufgrund des komplexen Spurenbildes fand am 31. Januar 2013 beim Fahrzeughersteller, der Firma Stadler AG in Altenrhein, eine Besprechung betreffend den vorläufigen Ergebnissen und Erkenntnissen statt. Anwesend waren Mitarbeitende des FOR, der ZB, der Firma Stadler AG und der SUST Spurensicherung/Untersuchungen Auszug aus dem Untersuchungsbericht des FOR: Das Wageninnere war vom brandgeschädigten Elektroschrank nach hinten abnehmend mit Russ beschlagen. Die Stahlblechtüre des H-Schrankes lag auf dem Boden im Brandschutt. Die Alu-Trennwand vom Elektroschrank zum Fahrgastraum wies im Bereich des Einzelsitzes rechts beim Durchgang zum Triebwagen auf der Höhe der Kopfstütze ein Loch auf. Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST 5/9

6 Als Folge der grossen Hitze während des Brandes im Schaltschrank entstand im Aluminiumblech ein faustgrosses Loch. Die vier Alu-Scharniere der linksgebandeten Schaltschranktüre waren geschmolzen und vermochten das Gewicht der Stahlblechtüre nicht mehr zu tragen. In der Folge kippte die Schranktüre nach vorne weg und blieb im Durchgang vor dem Schrank liegen. Im Schaltschrank waren die Apparateschienen, alle Abdeckungen und Apparate dermassen brandgeschädigt, dass alle Komponenten im und vor dem Schaltschrank am Boden lagen. Im Schaltschrank waren nur noch das Chassis als Unterkonstruktion des Tableaus aus Stahlprofilen und herunterhängende Kabel und Drähte vorhanden (Abbildung 4). Die Kabel aus der Bodendurchführung waren noch in der Klemmschiene auf der Höhe der Schranktürschwelle geklemmt. Auf der Schaltschranktüre stellten wir auf der Innenseite zwei Flecken mit aufgetragenem Material fest. Von beiden Auftragungen wurde Material entnommen und sichergestellt Laboruntersuchungen Auszug aus dem Untersuchungsbericht des FOR: Der Frequenz-Umrichter ist mit zwei Elektrolyt-Kondensatoren (Elko) bestückt. Diese beiden elektronischen Bauteile konnten im Brandschutt samt dem Chassis des Umwandlers gefunden werden (Abbildung 5). Die Aluminiumbecher der beiden in Serie geschalteten Kondensatoren wiesen Brandbeschädigungen auf. Die Verbindungsschiene der Serienschaltung von einem Elko zum zweiten ist in Folge thermischer Belastung ausgeglüht und hat sich im Bereich der Bohrung der Anschlussschraube durch die Hitze verformt. Ein Anschlusspol, Gewindebüchse aus Aluminium, des einen Elkos, ist teilweise weggeschmolzen und im Innern des Elkos unter dem Anschlussdeckel ist eine Alu-Schmelzperle zu erkennen. Bei beiden Elkos war das Überdruckventil ausgelöst worden. Ein Elko weist in seiner Wicklung aus Alufolie ein Loch, von der siebten Windung nach aussen grösser werdend, auf. Dieses Loch stammt mutmasslich von einem internen Kurzschluss. Eine mögliche Brandursache kann der Windungsschluss im Elektrolyt-Kondensator sein, bei dem sich der Elko aufbläht und explodieren kann. Dabei kann Material des Elkos mit hoher Wucht weggeschleudert werden, das sich dann in der Umgebung niederschlägt. Die an der Schaltschranktüre sichergestellten Abklatsche des unbekannten Materials und das Eigenmaterial eines der Elkos wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie mit Mikrobereichsanalyse (REM/EDX) sowie mit der Mikro-Röntgenfluoreszenzspektroskopie (μ-xrf) untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass in den schwarz krümeligen Anhaftungen an der Elektroschranktüre neben vielen Staubpartikeln und organischen Fragmenten eine Vielzahl Partikel, welche in ihrer Zusammensetzung und Form, den Partikeln des Eigenmaterials des Elektrolyt-Kondensators entsprechen, zu finden sind. Die Höhe der beiden Abklatsche an der Schranktüre korrespondiert allerdings nicht mit der Einbauhöhe der beiden Elkos. Durch die hitzebedingte Verformung der Schaltschrankkonstruktion oder der Elektrokomponenten kann die Einbaulage dieser Geräte und Apparate verändert worden sein. Die Spuren müssen daher nicht mehr unbedingt lagegerecht vorhanden sein Feststellungen der ZB an weiteren ABe 130 Der Elektroschrank H ist durch Staub verschmutzt. Er wird selten und nur während des Unterhalts oder zur Betätigung des Depotschalters geöffnet. Im Dachbereich des Elektroschranks H wurden infolge der Alterung undichte Klebestellen entdeckt, durch die Regenwasser eindrang Frequenzumrichter Altivar 31 Der Frequenzumrichter Altivar 31 in der Gehäuseausführung für Asynchronmotoren wurde von der Firma Schneider Electric hergestellt. Seine Aufgabe ist es, die vom Hilfsbetriebe-Stromrichter erzeugte Dreiphasenwechselspannung 3 x 400 V 50 Hz, in eine Dreiphasenwechselspannung 3 x 400 V mit variabler Frequenz umzuwandeln. Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST 6/9

7 Damit werden temperaturgeregelt die Asynchronmotoren der Ventilatoren des Transformators, des Stromrichters, sowie der Fahrmotoren 1 und 2 versorgt. Beim Einbau des Frequenzumrichters durch die Firma Stadler AG wurde der, in der Installationsanleitung vorgeschriebene Mindestabstand von 100 mm, nicht eingehalten. Der Abstand zur oberen Plexiglasabdeckung beträgt nur 40 mm (Abbildung 6). Die Lüfter für den Frequenzumrichter wurden während mehr als acht Jahren seit der Inbetriebsetzung des ABe 130 noch nie ausgewechselt. Im bisherigen Betrieb sind an den Frequenzumrichtern Altivar 31 keine Störungen bekannt. Elektrolyt-Kondensatoren Plexiglasabdeckung Frequenzumrichter Abbildung 5: Frequenzumrichter nach dem Brand (Quelle: SUST) Abbildung 6: Elektroschrank H (Quelle: SUST) Auszug aus der Installationsanleitung des Frequenzumrichters Altivar 31 Montage- und Temperaturbedingungen: Die Installation des Gerätes erfolgt vertikal, bis ± 10. Nicht in der Nähe von Wärmequellen einbauen. Ausreichend Freiraum lassen, damit genug Luft für die Kühlung zirkulieren kann. Das Gerät wird von unten nach oben belüftet Auszug aus der Programmieranleitung des Frequenzumrichters Altivar 31 Der Umrichter verfügt über Sicherheitsvorrichtungen, die bei Störungen das Gerät selbst und damit auch den Motor abschalten können. Der Motor kann auch durch mechanische Fehler blockiert werden. Ebenso können Schwankungen der Versorgungsspannung oder Stromausfälle die Ursache für das Anhalten der Motoren sein Wartung Der Altivar 31 erfordert keine vorbeugende Wartung. Dem Benutzer wird jedoch empfohlen, folgende Inspektionen in regelmäßigen Abständen durchzuführen: Überprüfung des Zustands und der Festigkeit der Verbindungen. Überprüfung, ob die Temperatur im Gerätebereich auf dem zulässigen Niveau bleibt, und ob die Belüftung wirksam ist (durchschnittliche Lebensdauer von Lüftern: 3 bis 5 Jahre, abhängig von den Einsatzbedingungen). Falls erforderlich, Staub vom Umrichter entfernen. Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST 7/9

8 2 Analyse 2.1 Technische Aspekte Brand Der Brand entstand vermutlich vor dem Ausschalten des Hauptschalters um Uhr. Die Speisespannung des Fahrdatenschreibers und damit auch die Batteriespannung fielen um Uhr aus. Der eingeschlossene Brand konnte unbemerkt während mehr als zwei Stunden, die gesamte Ausrüstung im Elektroschrank H zerstören. Die Feuerwehr hatte den Brand um Uhr gelöscht Undichtes Dach Es besteht die Möglichkeit, dass die mit Kitt geklebten Stösse oder Überlappungen der Carrosseriebleche des Daches im Laufe der Zeit undicht wurden und Regenwasser durch die Klebestellen eindringen und stetig hinter die Abdeckungen des Elektroschranks H auf spannungsführende Teile tropfen konnte. Durch den Lauf des Regenwassers durch Teile des Elektroschranks H wurde dieses verschmutzt und somit leitend Frequenzumrichter Altivar 31 In der Parkstellung des ABe 130 wird von der Traktionsausrüstung keine Kühlung verlangt. Daher kann davon ausgegangen werden, dass die Ventilatoren und damit auch der Frequenzumrichter nicht in Betrieb waren. Bei einer Störung, ungenügender Kühlung durch die Lüfter oder verstopfte Luftkanäle, schaltet sich der Frequenzumrichter ab oder reduziert die Leistung. Somit ist es sehr unwahrscheinlich, dass aus einer thermischen Überlastung ein Brand entstehen kann. Die beiden explodierten Elektrolyt-Kondensatoren sind in Serie geschaltet, haben je eine Kapazität von 3200 µf und eine Spannungsfestigkeit von 420 V. Bei einem internen Kurzschluss an einem der beiden Elektrolyt-Kondensatoren könnte die Spannung am andern ansteigen und diesen zur Explosion bringen. In einem Elektrolyt-Kondensator mit grosser Kapazität ist genügend Energie vorhanden um einen Brand auszulösen. 3 SCHLUSSFOLGERUNGEN 3.1 Befunde Die Untersuchungen haben ergeben, dass zwei Ursachen für den Brand in Frage kommen könnten: - Es regnete die ganze Nacht. Daher ist es durchaus denkbar, dass Regenwasser durch mögliche undichte Klebestellen im Dach in den Elektroschrank H eindrang und in den elektrischen Apparaten Kurzschlüsse verursachte. - Durch den Kurzschluss in einem der beiden Elektrolyt-Kondensator des Frequenzumrichters könnte eine Überspannung entstanden sein, die andere elektrische Bauteile miteinbezog. Für die über grosse Teile des Schaltschrankes verteilten Kurzschlussspuren und den Auslöser des Brandes konnte keine abschliessende Erklärung gefunden werden. 3.2 Ursachen Die Ursache des Brandes im Elektroschrank H des Mittelwagens des ABe 130 konnte nicht gefunden werden. Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST 8/9

9 3.3 Risikoabschätzung Ohne regelmässige Kontrollen im Unterhalt und technische Nachbesserungen könnte sich ein ähnliches Ereignis wiederholen. Ein Fahrzeugbrand in einem Tunnel könnte verhängnisvolle Folgen haben. Ist der ABe 130 durch einen Lokführer besetzt, würde sich ein Brandausbruch durch eine Störungsmeldung oder den Ausfall von Apparaten bemerkbar machen und könnte rechtzeitig bekämpft werden. Der ABe 130 besitzt keine Brandmeldeausrüstung oder Sprinkleranlage. 4 Sicherheitsempfehlung 4.1. Sicherheitsdefizit Kein Sicherheitsdefizit Getroffene Massnahmen Seit dem Brand hat die ZB für den Unterhalt aller ABe 130 folgende vorsorglichen Massnahmen getroffen: - Die Apparate im Elektroschrank H werden regelmässig visuell auf Brandspuren und lose elektrische Verbindungen untersucht sowie gründlich von Staub gereinigt. - Die Plexiglasabdeckung über dem Frequenzumrichter wird mit einer Belüftungsöffnung versehen. - Die Lüfter des Frequenzumrichters werden regelmässig auf richtige Funktion geprüft und gereinigt. - Der Dachbereich über dem Elektroschrank H wird auf Wassereintritt untersucht und undichte Klebestellen werden saniert Sicherheitsempfehlung Keine Bemerkungen Die SUST erachtet die getroffenen Massnahmen durch die ZB als ausreichend, um weitere Brände zu verhüten. Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST Bereich Bahnen und Schiffe Bern, 19. Dezember 2013 Dieser Untersuchungsbericht wurde von der Geschäftsleitung der Schweizerischen Unfalluntersuchungsstelle SUST genehmigt (Art. 3 Abs. 4g der Verordnung über die Organisation der Schweizerischen Unfalluntersuchungsstelle vom 23. März 2011). Bern, 26. Juni 2014 Schweizerische Unfalluntersuchungsstelle SUST 9/9