AŽD Praha s.r.o. Nadstandardní zkoušky odolnosti železničního návěstidla využívajícího LED technologie vůči EMI. Ing. M. Pavel, Ing. L.

Transkript

1 AŽD Praha s.r.o. Nadstandardní zkoušky odolnosti železničního návěstidla využívajícího LED technologie vůči EMI Ing. M. Pavel, Ing. L. Štangler Květen 2013, K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě VIII, Plzeň

2 Agenda Důvody ověřování a zvyšování odolnosti venkovních prvků vůči atmosférickým poruchám Způsoby, podmínky a scénáře měření odolnosti návěstidel v laboratoři Výsledky měření v laboratoři Řešení ke zvýšení odolnosti 2

3 Důvody Vlastní analýzy provozních parametrů RAMS i reklamace klíčových zákazníků (primárně SŽDC) Odhalují nezanedbatelný podíl poruch způsobených atmosférickými výboji Naznačují velký vliv kvality zemnění na odolnost vůči atmosférickým poruchám Poukazují na omezenou vypovídací schopnost standardu ČSN EN o skutečné odolnosti zařízení vůči atmosférickým poruchám, neboť všechny návěstní prvky a jejich příslušná budicí elektronika jí plně vyhovují 3

4 Důvody a souvislosti Další důvody: Velký skok v oblasti využití elektronických prvků v návěstidlech (LED), vč. již absolvovaného kroku směrem k plné elektronizaci budicí elektroniky, vyžaduje lepší verifikaci a validaci Export do zemí s odlišnými klimatickými podmínkami vyžaduje kritičtější pohled na odolnost venkovních prvků a připojené budicí elektroniky Souvislosti: Přímočará opatření pro zvýšení odolnosti jako jsou aplikace běžných externích prvků SPD jsou obtížně obhajitelná z hlediska zajištění bezpečnosti v souladu s požadavky EN na SIL 4 4

5 Souvislosti a motivace Řada dříve provedených laboratorních měření jednotlivých ochranných prvků a budicích systémů neprokázala podstatný pozitivní vliv ani na odolnost ani na bezpečnost Laboratorní měření za standardních podmínek a parametrů dle EN nelze vztáhnout na situaci návěstní svítilny na návěstním stožáru To vše vyvolalo potřebu provést měření systémů jako celku tak, aby zapojení a podmínky co nejvíce simulovaly realitu 5

6 Měřicí laboratoř Prověřili jsme cca 10 českých a slovenských laboratoří schopných generovat rázovou vlnu s úrovněmi zásadně vyššími než dle ČSN EN 50121, vč. ČVUT, VUT, Škoda Výzkum, EGÚ, Zkušebna Běchovice, Hakel HK, aj. Jediný generátor generující rázovou vlnu s max. amplitudou nad 50 kv a současně se špičkovým proudem nad 10 ka v ČR je na VŠB TÚ Ostrava Dokáže emulovat přímý úder menšího blesku s hraničními hodnotami 200 kv / 18 ka při parametrech proudového impulsu 8/20 µs Zajištění vyšších úrovní by vyžadovalo zajednat zahraniční laboratoř, např. KEMA v Nizozemsku, což by celkově vedlo k min. 10násobně vyšším nákladům 6

7 Měřicí laboratoř 7

8 Měřicí laboratoř Stav napětí na generátoru těsně před výbojem -200 kv 8

9 Zkušební konfigurace 2,80 m 9

10 Zkušební konfigurace Celkový pohled na generátor a zkoušené návěstidlo o výšce 3 m se svítilnami LED, v popředí dělič napětí měřiče průběhu vlny 10

11 Zkušební konfigurace Zkoušený stožár obě svítilny svítí 11

12 Zkušební konfigurace Pohled na pracovní a zemnicí odpory a přívody ke zkoušenému návěstnímu stožáru 12

13 Zkušební konfigurace Pohled na návěstní transformátory ve skříni v patě stožáru, stožár izolován od podložky 13

14 Zkušební konfigurace Detail přívodu zkušební vlny na vrchol tělesa svítilen z obrázku je patrné, že tělesa návěstních svítilen a výložníky jsou v tomto případě české 14

15 Zkušební konfigurace Detail přívodu zkušební vlny na vrchol tělesa svítilen v tomto případě jsou tělesa návěstních svítilen a výložníky litevské 15

16 Zkušební konfigurace Zemnicí kontakt stožáru 16

17 Přehled provedených zkoušek 17

18 Zkušební konfigurace Konfigurace s budicími obvody ABE-1/EDOS-1 a svítilnami LED 18

19 Scénáře zkoušek Uvedená konfigurace byla jednou z mnoha konfigurací, které předepisovaly scénáře zkoušek. Konfigurace a průběhy zkoušek se lišily zejména v těchto bodech: Typ svítilny žárovková a LED Typ těles návěstních svítilen a výložníků Typ budičů EIP/SLI-1/SLI-2 a ABE-1/EDOS-1 Typ propojovacích kabelů stíněné, nestíněné Hodnota zemního odporu návěstního stožáru: nulová 3 Ω, 6 Ω (vyšší hodnota nebyla možná) 19

20 Scénáře zkoušek Uvedená konfigurace byla jednou z mnoha konfigurací, které předepisovaly scénáře zkoušek. Konfigurace a průběhy zkoušek se lišily zejména v těchto bodech: Typ svítilny žárovková a LED Typ těles návěstních svítilen a výložníků Typ budičů EIP/SLI-1/SLI-2 a ABE-1/EDOS-1 Typ propojovacích kabelů stíněné, nestíněné Hodnota zemního odporu návěstního stožáru: nulová 3 Ω, 6 Ω (vyšší hodnota nebyla možná) 20

21 Zkoušky bez dodat. ochran nominální vrcholový vrcholové poč stav svítilen a BO napětí proud napětí u paty et generátoru stožárem stožáru (vypočtené) výboj ů 25 kv 2,2 ka 6,6 kv 1 svítí 50 kv 4,4 ka 13,2 kv 1 svítí 100 kv 8,7 ka 26,1 kv 1 červ. svítí, zel. nesvítí, EDOS neopravitelná porucha 60 kv 5,2 ka 15,6 kv 1 červ. svítí, zel. nesvítí, náhradní EDOS neopravitelná porucha 21

22 Problém s jističem nominální vrcholový vrcholové po stav svítilen a BO napětí proud napětí u paty čet generátoru stožárem stožáru výboj (vypočtené) ů 30 kv 2,9 ka 8,7 kv 1 svítí 40 kv 3,9 ka 11,7 kv 1 svítí 50 kv 4,6 ka 13,8 kv 1 svítí 60 kv 5,6 ka 16,8 kv 2 vypnula povolující svítilna, ale po resetu EIP opět svítí, dochází k přeskoku na kostru z tělesa jističe 70 kv 6,6 ka 19,8 kv 1 svítí, stále dochází k přeskoku 80 kv 7,5 ka 22,5 kv 1 svítí, stále dochází k přeskoku 90 kv 8,4 ka 25,2 kv 1 svítí, stále dochází k přeskoku 100 kv 9,2 ka 27,6 kv 1 svítí, stále dochází k přeskoku 22

23 Problém s jističem Výboj si nalezne vždy nejkratší cestu do země 23

24 Poškození budičů EIP GENERÁTOR IMPULZU LEMP zem generátoru spojená se zemí budovy EIP U/I LLA-1 2x L E D Konfigurace s budicími obvody EIP/SLI-2 a svítilnami LED NZ BO 230V / 24V PSU 4 kv OSC L PEN P O OT 15 HIS SLI-2 + MS-0,25 A nestíněný kabel ST-6 2x NT zem rozvodné sítě 3 x 400 V st. jiskřiště kabel položen na podlaze Rz Legenda: BO - budicí obvody zem 24

25 Poškození budičů EIP Optočlen na cestě výboje do země 25

26 Zkoušky s otevřeným jiskřištěm Konfigurace s budicími obvody EIP/SLI-2, jiskřištěm a svítilnami LED 26

27 Zkoušky s otevřeným jiskřištěm nominál ní napětí generátoru vrchol ový proud stožárem ové vrchol napětí u paty stožáru (vypočte né) 20 kv 1,9 ka 5,7 kv 1 ANO svítí kv 3,9 7,5 ka 22,5 11,7 kv 12 NE NE svítí, svítí jiskří kv 40 kv 3,9 ka 11,7 kv 2 ANO svítí kv 5,6 7,5 ka 22,5 kv 16,8 kv 12 ANO NE svítí, jiskří 100 kv 9,2 27,6 kv 1 NE 60 kv 5,6 ka 16,8 kv 2 ANO svítí, jiskří 100 kv 9,2 ka 27,6 kv 1 ANO svítí, jiskří 150 kv 13,9 ka 41,7 kv 2 NE svítí, jiskří 150 kv 13,9 ka 41,7 kv 1 ANO svítí, jiskří, porucha ST kv 18,2 ka 54,6 kv 1 NE svítí, jiskří, porucha ST kv 18,2 ka 54,6 kv 1 ANO svítí, jiskří, porucha ST-6 čet po výboj ů ené připoj stínění na zem stav svítilen a BO, funkce jiskřiště 20 kv 1,9 ka 5,7 kv 1 NE svítí 27

28 Zkoušky s otevřeným jiskřištěm U [kv] přepěťová vlna bez jiskřiště U [kv] přepěťová vlna s jiskřištěm T [µs] 20 T [µs] 28

29 Zkoušky vyvinutého jiskřiště FLA-300 Zapojení jiskřiště přímo do obvodu impulsního generátoru Opakovaná vlna o max. proudu 18,2 ka G zdroj přepětí omezovací impedance jiskřiště zem obvodu 29

30 Zkoušky vyvinutého jiskřiště FLA-300 Uzemnění zpětného proudu jiskřiště 30

31 Zkoušky vyvinutého jiskřiště FLA-300 Kontakty jiskřiště přestály bez viditelného poškození 31

32 Aplikace jiskřiště FLA-300 Pohled na montáž kabeláže 32

33 Aplikace jiskřiště FLA-300 Pohled na uzemnění zemní lištou zezadu 33

34 Závěry Návěstní svítilny odolávají rázovým vlnám až do maximálních úrovní, které lze v našich podmínkách generovat Měření bez jiskřiště a s jiskřištěm potvrdila zásadní vliv jiskřiště typu FLA-300/301 na zvýšení odolnosti elektronických budičů jak ABE-1, tak ESA 33 EIP Zvýšení odolnosti je přibližně 4násobné Výhodou otevřeného jiskřiště je: možnost vizuální kontroly jeho stavu nulové nebezpečí degradace plnicího plynu oproti bleskojistkám další výhody specifikované v rozboru bezpečnosti 34

35 Děkuji za pozornost Květen 2013 K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě VIII 35