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
2,80 m
Zkušební konfigurace
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
napětí
proud
napětí u paty
et
generátoru
stožárem
stožáru
výboj ů
25 kV
2,2 kA
(vypočtené) 6,6 kV
50 kV
4,4 kA
100 kV
8,7 kA
stav svítilen a BO
1
svítí
13,2 kV
1
svítí
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
napětí
proud
napětí u paty
čet
generátoru
stožárem
stožáru
výboj
(vypočtené)
ů
stav svítilen a BO
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
60 kV
5,6 kA
16,8 kV
2
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
svítí vypnula povolující svítilna, ale po resetu EIP opět svítí, dochází k přeskoku na kostru z tělesa jističe
22
Problém s jističem
Výboj si nalezne vždy nejkratší cestu do „země” 23
Poškození budičů EIP Konfigurace s budicími obvody EIP/SLI-2 a svítilnami LED
GENERÁTOR IMPULZU LEMP
U/I zem generátoru spojená se zemí budovy
L E D LLA-1 2x
EIP BO
NZ 230V
/
PSU
24V
OT
L PEN
OSC
4 kV
SLI-2
P O
MS-0,25 A 15
HIS 14
zem rozvodné sítě 3 x 400 V st. Legenda: BO - budicí obvody
05
ST-6 2x
+
09-
nestíněný kabel
jiskřiště
NT
kabel položen na podlaze Rz
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
vrchol
vrchol
po
připoj
stav svítilen
ní napětí
ový proud ové
čet
ené
a BO, funkce
generátoru
stožárem
napětí u
výboj
stínění
jiskřiště
paty
ů
na zem
stožáru (vypočte
20 kV
1,9 kA
né) 5,7 kV
20 kV
1,9 kA
5,7 kV
1
80 kV 40
7,5 kA kA 3,9
22,5 11,7 kV
1 2
40 kV
3,9 kA
2
80 kV kV 60
7,5 kA kA 5,6
100kV kV 60
9,2 kA kA 5,6
100 kV
9,2 kA
11,7 22,5 16,8 27,6 16,8 27,6
150 kV
13,9 kA
41,7 kV
2
NE
150 kV
13,9 kA
41,7 kV
1
ANO
200 kV
18,2 kA
54,6 kV
1
NE
200 kV
18,2 kA
54,6 kV
1
ANO
kV
kV kV kV kV kV kV
1
NE
svítí
ANO NE NE
svítí svítí, svítí jiskří
1 2
ANO ANO NE
svítí svítí, svítí, jiskří jiskří
1 2
NE ANO
svítí, svítí, jiskří jiskří
1
ANO
svítí, jiskří svítí, jiskří svítí, jiskří, porucha ST-6 svítí, jiskří, porucha ST-6 svítí, jiskří, porucha ST-6
27
Zkoušky s otevřeným jiskřištěm U [kV]
přepěťová vlna bez jiskřiště
přepěťová vlna s jiskřištěm U [kV]
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
omezovací impedance
G
zdroj přepětí
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
