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
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
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 50121 o skutečné odolnosti zařízení vůči atmosférickým poruchám, neboť všechny návěstní prvky a jejich příslušná budicí elektronika jí plně vyhovují 3
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 50129 na SIL 4 4
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 50121 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
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
Měřicí laboratoř 7
Měřicí laboratoř Stav napětí na generátoru těsně před výbojem -200 kv 8
Zkušební konfigurace 2,80 m 9
Zkušební konfigurace Celkový pohled na generátor a zkoušené návěstidlo o výšce 3 m se svítilnami LED, v popředí dělič napětí měřiče průběhu vlny 10
Zkušební konfigurace Zkoušený stožár obě svítilny svítí 11
Zkušební konfigurace Pohled na pracovní a zemnicí odpory a přívody ke zkoušenému návěstnímu stožáru 12
Zkušební konfigurace Pohled na návěstní transformátory ve skříni v patě stožáru, stožár izolován od podložky 13
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
Zkušební konfigurace Detail přívodu zkušební vlny na vrchol tělesa svítilen v tomto případě jsou tělesa návěstních svítilen a výložníky litevské 15
Zkušební konfigurace Zemnicí kontakt stožáru 16
Přehled provedených zkoušek 17
Zkušební konfigurace Konfigurace s budicími obvody ABE-1/EDOS-1 a svítilnami LED 18
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
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
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
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
Problém s jističem Výboj si nalezne vždy nejkratší cestu do země 23
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 14 05 09 - 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
Poškození budičů EIP Optočlen na cestě výboje do země 25
Zkoušky s otevřeným jiskřištěm Konfigurace s budicími obvody EIP/SLI-2, jiskřištěm a svítilnami LED 26
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 40 80 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 60 80 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-6 200 kv 18,2 ka 54,6 kv 1 NE svítí, jiskří, porucha ST-6 200 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
Zkoušky s otevřeným jiskřištěm U [kv] přepěťová vlna bez jiskřiště U [kv] přepěťová vlna s jiskřištěm 10 10 20 T [µs] 20 T [µs] 28
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
Zkoušky vyvinutého jiskřiště FLA-300 Uzemnění zpětného proudu jiskřiště 30
Zkoušky vyvinutého jiskřiště FLA-300 Kontakty jiskřiště přestály bez viditelného poškození 31
Aplikace jiskřiště FLA-300 Pohled na montáž kabeláže 32
Aplikace jiskřiště FLA-300 Pohled na uzemnění zemní lištou zezadu 33
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
Děkuji za pozornost Květen 2013 K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě VIII 35