"Najlepszą metodą przewidywania przyszłości jest jej tworzenie" - Peter Drucker   

Główne Menu


Strona Główna


PSTT
· O Stowarzyszeniu
· Wydarzenia
· Statut


Redakcja wortalu
· O Nas
· Kontakt

Artykuły
· Telematics
· Transport

Inne
· Słownik telematyczny
· Konferencje
· Polecamy
· Do pobrania
· FAQ

Partnerstwo


Szukaj


Artykuły :: Transport :: Autorski

KOMPATYBILNOŚĆ ELEKTROMAGNETYCZNA URZĄDZEŃ SRK Z INNYMI URZĄDZENIAMI KOLEJOWYMI
Andrzej BIAŁOŃ
2006-08-20 22:24:52

1. WSTĘP
Wprowadzenie na PKP dużych szybkości tj. powyżej 160 km/h wymaga stosowania nowego taboru i to zarówno trakcyjnego jak i wagonów. Nowoczesny tabor (o znacznie większej mocy) z punktu widzenia kompatybilności elektrycznej i elektromagnetycznej jest jakościowo różny od taboru tradycyjnego. Pojazdy trakcyjne wyposażone są w półprzewodnikowe urządzenia regulacji rozruchu a wagony wyposażone są w tzw. przetwornice statyczne w których używane są również półprzewodniki. Oprócz niewątpliwych korzyści, wprowadzenie półprzewodnikowych regulatorów w pojazdach trakcyjnych i przetwornicach wagonowych powoduje wzrost zakłóceń powodowanych przez trakcję elektryczną w kolejowej sieci łączności przewodowej, urządzeniach srk oraz w sieci łączności użytku publicznego a zwłaszcza w liniach telekomunikacyjnych znajdujących się w zasięgu oddziaływania trakcji elektrycznej.

Wszystkie urządzenia sterowania ruchem kolejowym (srk) lokalizowane są w pobliżu torów kolejowych; w tym część tych urządzeń połączona jest bezpośrednio z tokami szynowymi. Narażone są one na poważny wpływ `innych urządzeń kolejowych, a przede wszystkim na wpływy urządzeń związanych z trakcją elektryczną. Mechanizm oddziaływań pokazany jest na rysunku 1. Chodzi tu o oddziaływanie na urządzenia srk zakłóceń generowanych przez urządzenia trakcji elektrycznej takie jak:
- pojazdy trakcyjne (lokomotyw),
- podstacje trakcyjne
- statyczne przetwornice wagonowe,
- urządzenia pomocnicze na taborze trakcyjnym zasilane bezpośrednio z sieci trakcyjnej.

Wymienione źródła zakłóceń nie mają jednakowego udziału w globalnym poziomie zakłóceń. Wynika to przede wszystkim z ich mocy, ponieważ na ogół wartość składowej przemiennej jest proporcjonalna do mocy.


Rys.1. Schemat oddziaływania zakłóceń

Urządzenia srk zapewniają bezpieczeństwo ruchu kolejowego. Ich podatność na zakłócenia musi być na tyle mała, aby nie doprowadzić do zaburzeń w ruchu pociągów lub do katastrofy.
W zależności od skutków oddziaływań niepoprawne działanie można podzielić na:
- zakłócające - to znaczy takie, kiedy zachowane są warunki bezpieczeństwa, a efektem działania zakłóceń jest zmniejszenie przepustowości np. linii kolejowej, dodatkowe - nieplanowane zatrzymanie pociągów (straty energetyczne);
- niebezpieczne - to znaczy takie, kiedy nie są zachowane warunki bezpieczeństwa (np. na sygnalizatorze przytorowym zamiast światła czerwonego pojawia się światło zezwalające na jazdę). Sytuacja taka jest niedopuszczalna, ponieważ istnieje potencjalne niebezpieczeństwo katastrofy.

Dla zapewnienia kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń srk z innymi urządzeniami kolejowymi należy wykonywać następujące prace:
· Określenie wartości dopuszczalnych parametrĂłw zakłóceń dla urządzeń zakłócanych
· Określenie wartości dopuszczalnych parametrĂłw zakłóceń dla urządzeń zakłócających
· Pomiary terenowe zakłóceń generowanych przez np. lokomotywę do sieci trakcyjnej
· Badania sprawdzające wpływu zakłóceń na urządzenia


2. KRYTERIA OCENY ZAKŁÓCEŃ
Jednym z zagadnień wpływających na jakościową ocenę urządzeń srk jest ich wrażliwość na zakłócenia zewnętrzne.
Można wyróżnić trzy rodzaje skutków zakłóceń zewnętrznych:
a) działanie odbiornika wyłącznie pod wpłwywem sygnału zakłócającego;
b) niedziałanie odbiornika przy obecności sygnału roboczego i zakłóceń;
c) uszkodzenie trwałe odbiornika.
Wymieniony w punkcie a/ skutek działania zakłóceń jest niedopuszczalny, ponieważ może doprowadzić do katastrofy, natomiast pozostałe dwa prowadzą do perturbacji ruchowych (punkt b.) lub niepotrzebnych strat (punkt c.).

Rozkład sygnałów zakłócających i sygnałów obwodów torowych dla omówionych wyżej przypadków przedstawiony jest na rysunku 2.


Rys.2. Rozkład sygnałów przy zakłóceniach

Każdy odbiornik urządzeń srk ma swoją charakterystykę czułości. Aby ją ustalić należy określić przy jakich wartościach progowych sygnału odbiornik działa prawidłowo, chodzi tu o takie parametry jak:
- amplituda,
- częstotliwość,
- czas trwania sygnału.

Charakterystyka wrażliwości na zakłócenia odbiornika urządzeń srk jest określana przez ustalenie parametrów sygnału takich jak przy określaniu czułości zakłócającego powodującego nieprawidłową jego pracę przy zasilaniu go sygnałem roboczym, a także ustalenie parametrów zakłóceń, które mogą doprowadzić do jego uszkodzenia.
Charakterystyki czułości i wrażliwości odbiorników urządzeń srk są podstawą do określania dopuszczalnych poziomów zakłóceń i wyboru kryteriów ich oceny.
Na rys.3 pokazane są przykładowe charakterystyki wrażliwości odbiorników bezzłączowych obwodów torowych.

Podstawowym kryterium oceny zakłóceń jest jego szkodliwość dla danego typu urządzeń srk. Jest to oczywiście kryterium bardzo ogólne, które należy sparametryzować. Jako punkt wyjścia należy przyjąć charakterystyki czułości i wrażliwości odbiorników urządzeń srk.
Następnie trzeba przyjąć odpowiednie współczynniki zapasu, które określałyby wymagany minimalny odstęp między charakterystykami wrażliwości i czułości a parametrami zakłóceń.


Rys.3. Charakterystyki czułości bezzłączowych obwodów torowych

Otrzyma się w ten sposób dopuszczalne parametry zakłóceń dla danego typu urządzeń srk. Zagadnieniami, które należy wziąć pod uwagę przy rozpatrywaniu zakłóceń w urządzeniach srk są zarówno mechanizmy wnikania zakłóceń jak i mechanizmy sumowania zakłóceń od wielu źródeł (w tym także zagadnienia rezonansów w sieci trakcyjnej). Upraszczając, zakłócenia powstające w sieci trakcyjnej mogą pojawiać się na wejściu odbiorników urządzeń srk dwoma drogami: galwanicznie lub indukcyjnie. Galwanicznie przedostają się zakłócenia w tych urządzeniach srk, które są bezpośrednio połączone z siecią trakcyjną (np. obwody torowe),natomiast w pozostałych urządzeniach oddziaływanie ma charakter indukcyjny. Z praktyki wiadomo, że znacznie wyższy jest poziom zakłóceń przenoszących się na wejście odbiorników drogą wpływów galwanicznych niż drogą indukcyjną.

Zakłócenia pojawiające się na wejściu odbiornika urządzeń srk zazwyczaj są sumą zakłóceń generowanych przez różne źródła. Mogą to być źródła o identycznej charakterystyce (np. kilka przetwornic wagonowych) lub o różnych charakterystykach (np. lokomotywa i przetwornice wagonowe).

Na podstawie danych literaturowych i wyników własnych badań można przyjąć, że sumowanie zakłóceń od trakcji elektrycznej ma charakter geometryczny. Fakt ten ma znaczenie przy określaniu dopuszczalnych parametrów zakłóceń dla pojedynczego źródła zakłóceń (np. lokomotywy, przetwornicy wagonowej).
Reasumując, mając charakterystyki wrażliwości i czułości odbiorników urządzeń srk po przyjęciu współczynników zapasu można określić dopuszczalne parametry zakłóceń dla odbiorników urządzeń srk. Stanowi to podstawę do określania dopuszczalnych parametrów dla źródeł zakłóceń (np. przetwornic wagonowych) po uwzględnieniu sposobu sumowania zakłóceń od wielu źródeł.


3. DOPUSZCZALNE PARAMETRY ZAKŁÓCEŃ
Problem oddziaływania taboru trakcyjnego na urządzenia bezpieczeństwa ruchu kolejowego istnieje we wszystkich zarządach kolejowych. Właściwie aktualnie brak jest unormowań zarówno w Zarządach Kolejowych członków UIC lub OSŻD a także w krajach Unii Europejskiej. Teoretycznie istnieje norma europejska opracowana przez CENELEC EN50121, która nie podaje żadnych danych dotyczących oddziaływania na urządzenia srk. W normie tej określa się dopuszczalne parametry zakłóceń jako stosowane przez każdy Zarząd Kolejowy na podstawie własnych wymagań. W związku z tym Zarządy Kolejowe stosują nie tylko różne wartości dopuszczalnych parametrów zakłóceń, ale także w różny sposób dochodzą do nich.
Na rys 4. pokazane są wymagania stosowane na PKP do roku 1998.


Rys.4. Wartości dopuszczalnych parametrów zakłóceń stosowanych na PKP do 1998 roku

Wymagania te podzielone są na trzy zakresy:
- 40 - 60 Hz,
- 990 - 2750 Hz,
- 9000 - 11000 Hz.
W pierwszym i drugim zakresie dopuszczalny czas trwania zakłócenia wynosi 150 ms, natomiast w trzecim 5 ms. Poza wymienionymi zakresami dopuszczalny prąd zakłóceń wynosi 350 ma bez względu na czas trwania zakłócenia.
Na rysunku 5 przedstawiono wymagania stosowane przez koleje SĹťD (Rosja).


Rys.5. Dopuszczalne wartości parametrów zakłóceń stosowane na RŻD

Na rysunku 6 przedstawiono wymagania kolei niemieckich(DB) a na rys.7 wymagania kolei austriackich (OBB).


Rys.6. Dopuszczalne wartości parametrów zakłóceń stosowane na DB

Wymagania te podzielone są na dwa zakresy:
- 40 - 102 Hz,
- 6940 - 16860 Hz,
W pierwszym zakresie dopuszczalny czas trwania zakłócenia wynosi 500 ms, natomiast w drugim 40 ms.


Rys.7. Dopuszczalne wartości parametrów zakłóceń stosowane na OBB

Wymagania te podzielone są na trzy zakresy:
- 93 - 106 Hz,
- 3850 - 10100 Hz,
- 28 - 58 kHz.

W pierwszym zakresie dopuszczalny czas trwania zakłócenia wynosi 3000 ms, natomiast w drugim 5 ms. W trzecim zakresie nie określa się dopuszczalnego czasu trwania zakłócenia.


4. NOWE WARTOŚCI PARAMETRÓW ZAKŁÓCEŃ NA PKP
W związku z tym, że przedstawione wyżej dopuszczalne parametry zakłóceń dla PKP zostały opracowane w 1982 roku, a od tego czasu pojawiło się dużo nowych urządzeń srk jak i nowych pojazdów trakcyjnych dla zapewnienia ich kompatybilności opracowano na nowo wartości dopuszczalnych parametrów zakłóceń.
Jako zasadę przyjęto, że istnieją na sieci kolejowej urządzenia sterowania ruchem, które powinny pracować prawidłowo w otoczeniu zakłóceń generowanych przez pojazdy trakcyjne.
Dopuszczalne parametry zakłóceń zostały określone dla obwodów torowych jako najbardziej podatnych na zakłócenia od urządzeń trakcji elektrycznej. Jako punkt wyjścia przyjmuje się wrażliwość obwodów torowych określoną wyżej oraz określone współczynniki zapasu.

Z przeprowadzonych badań teoretycznych i praktycznych wynika, że dopuszczalne parametry zakłóceń dla pojedynczego pojazdu trakcyjnego można określić jako sumę geometryczną (sumaryczny prąd zakłócający równy pierwiastkowi sumy kwadratów prądów zakłóceń od poszczególnych pojazdów) zakłóceń generowanych przez pojazdy trakcyjne znajdujące się na jednym odcinku zasilania i oddziaływujące na obwód torowy. Założono, że jednocześnie na obwód torowy nie może oddziaływać więcej niż 4 pojazdy.
Stąd też dopuszczalny prąd zakłóceń dla pojazdu trakcyjnego wynosi:

(1)

gdzie:
Idpoj - dopuszczalny prąd zakłóceń dla pojazdu trakcyjnego,
Idop -  dopuszczalny prąd zakłóceń dla obwodĂłw torowych lub urządzeń łączności przewodowej (wybierana wartość niĹźsza),
n  - ilość pojazdĂłw oddziaływujących na jeden obwĂłd torowy
 
Na podstawie przeprowadzonych badań teoretycznych i praktycznych dokonano obliczeń wartości dopuszczalnych parametrów zakłóceń dla poszczególnych urządzeń srk. Na podstawie wartości parametrów zakłóceń dla urządzeń srk obliczono dopuszczalne parametry zakłóceń dla pojazdów trakcyjnych.
Na rysunkach 8 i 9 pokazano dopuszczalne parametry zakłóceń dla pojedynczego pojazdu trakcyjnego (np. lokomotywy)

 
Rys.8 Dopuszczalne parametry zakłóceń dla lokomotywy (zakres 0-60Hz)


Rys.9 Dopuszczalne parametry zakłóceń dla lokomotywy (zakres 1,3-33,5 kHz)

Wymagania te podzielone są na trzy zakresy:
- 0- 60 Hz,
- 1300 - 33 500 Hz,
W pierwszym i drugim zakresie dopuszczalny czas trwania zakłócenia wynosi 200 ms.


5. PODSUMOWANIE
Przyjęta metoda określania dopuszczalnych parametrów zakłóceń pozwala na dokładne wyznaczenie wartości tych parametrów przy zachowaniu rzeczywistej wrażliwości urządzeń sterowania ruchem kolejowym jak i odpowiednich współczynników bezpieczeństwa. Zapewnia to kompatybilność elektromagnetyczną urządzeń srk z innymi urządzeniami kolejowymi, a przede wszystkim z taborem trakcyjnym.

 
BIBLIOGRAFIA
[1] BIAŁOŃ A. i inni, "Opracowanie dopuszczalnych parametrów zakłóceń dla urządzeń srk, łączności i pojazdów trakcyjnych. CNTK, Warszawa,1999.
[2] BIAŁOŃ A., "Ustalenie dopuszczalnych parametrów zakłóceń od prądów trakcyjnych w obwodach torowych stosowanych na PKP". CNTK, Warszawa, 1982.
[3] БЯЛОНЬ A., Значения допускаемых параметров помех для тяговых поездов. Becтник BНИИЖТ. 5/2001.
[4] BIAŁOŃ A., SZELĄG A., ZAJĄC W., Disturbing Influence of Electric Traction Vehicles on Signalling and Control Circuit on Silesian Regional Railway. (p. 222-224); International Symposium on Electromagnetic Combatibility and Electromagnetic Ecology EMC 95 EME, 1995, Saint-Petersburg.
[5] "Berechnungsmethoden fur die Bestimmung der Storungen von Schwachstromanlagen. Uberschlagsverfahren zur Abschatzung der (psophometrisch bewerten) Querspannung und seine Vervendung fur die Lokomotivenversuche in Velim".Utrecht April 1991. ORE RP-3 (A-171).
 

Logowanie

Użytkownik

Hasło


Załóż konto

Zapomniałem hasła

Nowe artykuły


Ankieta




Ogółem głosów: 0

Wyniki poprzednich ankiet


©NET-DESIGN 2007