CC BY
118
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
АВТОМАТИЗОВАН1 СИСТЕМИ УПРАВЛ1ННЯ НА ТРАНСПОРТ1
УДК 621.33:656.259.12/.2
В. И. ГАВРИЛЮК1*, В. И. ЩЕКА2*, В. В. МЕЛЕШКО3*
1 Каф. «Автоматика, телемеханика и связь», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 04, эл. почта diitats@mail.ru, ОЯСГО 0000-0001-9954-4478
2*Каф. «Автоматика, телемеханика и связь», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 04, эл. почта, shcheka_v@mail.ru, ОЯСГО 0000-0002-2184-2827
3*Главное управление автоматики, телемеханики и связи ГП «Укрзализныця», ул. Тверская, 5, Киев, Украина, 03680, эл. почта soyuz_at@mail.ru, ОЯСГО 0000-0001-6833-964Х
ИСПЫТАНИЯ НОВЫХ ТИПОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ СОВМЕСТИМОСТЬ С УСТРОЙСТВАМИ СИГНАЛИЗАЦИИ И СВЯЗИ
Цель. В работе предусматривается проведение сравнительного анализа норм и методов измерений электромагнитных помех, создаваемых электрооборудованием новых типов подвижного состава при электротяге переменного и постоянного тока в соответствии с нормативными документами, принятыми в Украине и Евросоюзе. Необходимой также является разработка на этой основе метода измерений тока помех в тяговой сети, генерируемых электрооборудованием электроподвижного состава (ЭПС), применимого для испытаний новых типов подвижного состава на электромагнитную совместимость (ЭМС) с различными системами железнодорожной сигнализации. Методика. Предложена методика испытаний, включающая измерения как в силовых цепях ЭПС, так и в путевых устройствах систем сигнализации. Результаты. Проведен анализ норм и методов испытаний подвижного состава на электромагнитную совместимость с рельсовыми цепями (РЦ). Установлено, что большое разнообразие систем электроснабжения, сигнализации и связи в европейских странах вызывает необходимость проведения испытаний новых типов электроподвижного состава на электромагнитную совместимость с рельсовыми датчиками в каждой стране отдельно, с учетом особенностей используемых в ней систем. Это значительно увеличивает стоимость внедрения новых типов подвижного состава. Разработан метод испытаний ЭПС на ЭМС с рельсовыми цепями, включающий измерения как в силовых цепях ЭПС, так и в путевых устройствах систем сигнализации. Проведены измерения в соответствии с предложенной методикой для ЭПС с асинхронным тяговым приводом при движении по участкам, электрифицированным на постоянном и переменном токе. Определены значения тока помех в рельсовых цепях для всех частот сигнального тока РЦ. Показано, что при некоторых режимах ведения поезда ток помех превышает допустимые значения. Научная новизна. Предложен метод измерения тока помех в тяговой сети, генерируемых электрооборудованием ЭПС. Метод предполагает одновременную регистрацию сетевого тока электропоезда, сигнала автоматической локомотивной сигнализации, скорости поезда, положения рукоятки контроллера машиниста. А также обратного тягового тока в рельсовой линии при проезде поезда по измерительному участку с последующей компьютерной обработкой результатов и применением компьютерного и физического моделирования. Практическая значимость. Использование разработанной методики повышает достоверность испытаний и снижает расходы на их проведение.
Ключевые слова: электроподвижной состав; электромагнитная совместимость; рельсовые цепи
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
Введение
Электромагнитной совместимостью (ЭМС) технических средств называется способность их функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех (ЭМП) другим техническим средствам [5, 10, 14]. Электрифицированные железные дороги (ЭЖД) являются мощным пространственно распределенным источником электромагнитных помех. Вопросы обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) ЭЖД со слаботочными линиями автоматики и связи решались в процессе электрификации железных дорог. Однако проблема ЭМС на ЭЖД сохраняет свою актуальность и в настоящее время. Этому способствует широкое применение на магистральном транспорте электроподвижного состава (ЭПС) с асинхронным тяговым приводом (АТП), увеличение скорости движения поездов, внедрение новых микропроцессорных систем управления движением. Новые типы подвижного состава (ПС) перед вводом в эксплуатацию подвергают испытаниям по определенной программе, которая включает испытания на ЭМС [7, 10-12, 17].
Проблемы, возникающие при испытании новых типов ЭПС на ЭМС заключаются в следующем. Большое разнообразие систем электроснабжения, сигнализации и связи в европейских странах вызывает необходимость проведения испытаний в каждой стране отдельно, с учетом особенностей, используемых в ней систем, что значительно увеличивает стоимость внедрения новых типов подвижного состава.
Национальными нормативными документами определены предельно допустимые нормы электромагнитных помех, создаваемых ЭПС [5, 14]. В условиях расширения кооперации украинских железных дорог в плане модернизации подвижного состава с использованием асинхронного тягового привода на ЭПС необходимо совершенствование национальной нормативной базы путем гармонизации с европейскими стандартами.
В последнее время в рамках Евросоюза разрабатываются общеевропейские нормы на электромагнитные помехи, генерируемые ЭПС. Несмотря на то, что нормативные значения допустимых по условиям безопасности помех
разработаны с достаточным запасом, на отдельных участках железной дороги наблюдаются сбои в работе систем сигнализации и связи при проезде новых типов подвижного состава. Особенно это проявляется в случае экстремальных условий работы железнодорожных систем.
Цель
Целью работы является проведение анализа норм и методов измерений электромагнитных помех, создаваемых электрооборудованием новых типов подвижного состава при электротяге переменного и постоянного тока, определенных нормативными документами Евросоюза и Украины, а также разработка на этой основе метода измерений тока помех в рельсовой линии, генерируемых электрооборудованием ЭПС.
Методика
В процессе испытаний новых типов ПС на электромагнитную совместимость с устройствами сигнализации и связи проводят измерения следующих параметров:
— уровень мешающего и опасного влияния электрооборудования ПС на рельсовые цепи, путевые устройства сигнализации;
— уровень мешающего напряжения, наведенного в контрольной цепи связи;
— уровень напряженности поля радиопомех от оборудования ПС;
— уровень радиопомех, создаваемых на частотах технологической радиосвязи и передачи данных.
Ниже приведено краткий обзор норм и методов контроля трех первых параметров, а также более подробный анализ метода измерения помех от подвижного состава в рельсовой линии.
Уровень мешающего напряжения, наведенного в контрольной цепи связи. В качестве расчетного принимается контрольный участок кабеля типа МКПАБ 7 х 4 х1,05 + 5 х 2 х 0,7 + 1 х 0,7 при длине сближения линии связи с тяговой сетью 25 км и ширине сближения между проводом связи и влияющей линией 25 м. На расчетном участке принимается консольное электроснабжение двухпутного участка на плече 25 км. Удельная проводимость земли о при-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2015, № 5 (59)
нимается равной 0,025 см/м. Расчетный уровень мешающего напряжения (его псофометри-ческое значение) определяется по формуле:
3450
s U2
50
ш/
где иш/ - уровень гармонической составляющей мешающего напряжения с частотой / в диапазоне 50-3 450 Гц, мВ. Псофометриче-ское значение мешающего напряжения иш
не должно превышать уровень 1,2 мВ.
Уровень напряженности поля радиопомех от оборудования ПС. Нормы и методы измерений радиопомех от электротранспорта устанавливает ГОСТ 29305 в полосе частот 0,15-300 МГц. Для частот 0,15-30 МГц допустимые значения напряженности поля радиопомех (Е , дБ) вычисляют по следующим формулам:
— для электровоза в установившемся режиме при частотах / = 0,15...30 МГц:
E = 66 -11,3 lg
0,15
а при частотах / = 30..300 МГц - Е = 46 дБ;
E = 60 -11,3 lg
0,15
а при частотах / = 30..300 МГц - Е = 40 дБ;
E = 70 -11,3 lg
0,15
signaling and telecommunications apparatus, - Part 5: Emission and immunity of fixed power supply installations and apparatus [10, 14].
Предельные нормы радиопомех от электроподвижного состава определены частью 3-2 стандарта EN 50121 для полосы частот 9 кГц до 1 ГГц. В Украине из этих стандартов введены в действие только части 1 i 4.
Уровень радиопомех, создаваемых на частотах технологической радиосвязи и передачи данных. Допустимые уровни радиопомех приведены в табл. 1.
Таблица 1 Допустимые уровни радиопомех
Table 1
Permissible levels of radio interference
для пригородного электропоезда в установившемся режиме при частотах / = 0,15..30 МГц:
Уровень радиопомех, дБ,
Вид ЭПС на частоте в МГц
2,1 153,0 2,1 153,0
на стоянке при движении
Электровоз:
постоянного тока 3 кВ 45 18 58 30
переменного тока 25 кВ 50 Гц 46 26 60 46
для пригородного электропоезда в переходном режиме при / = 0,15.. 30 МГц:
В Евросоюзе нормы электромагнитных помех радиопомехам железнодорожного транспорта установлены стандартом EN 50121 Railway applications - Electromagnetic compatibility, который состоит из 6-ти частей: Part 1: General, Part 2: Emission of the whole railway system to the outside world, Part 3-1: Rolling stock - Train and complete vehicle, Part 3-2: Rolling stock -Apparatus, Part 4: Emission and immunity of the
Испытания на электромагнитную совместимость с рельсовыми цепями. Уровни влияния электрооборудования ЭПС на рельсовые цепи и путевые устройства сигнализации определены нормами безопасности для всех частот, на которых работают рельсовые цепи (25, 50, 420, 480, 580, 720, 780, 4 545, 5 000, 5 555 Гц). Требования по ЭМС подвижного состава с рельсовыми датчиками в Евросоюзе определены нормами EN 50238:2003: Railway applications - Compatibility between rolling stock and train detection systems, EN 50238:2003: Railway applications - Compatibility between rolling stock and train detection systems - Part 2: Compatibility with track circuits.
Измерения проводят в определенных диапазонах частот, соответствующих частотам сигнального тока РЦ, при максимальной тяговой мощности ПС во всех эксплуатационных режимах работы электрооборудования, предусмотренных технической документацией.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
Разнообразие систем электроснабжения, сигнализации и связи в европейских странах вызывает необходимость проведения испытаний для каждой системы сигнализации и электроснабжения. [3, 4, 6, 15] Разработанный в Евросоюзе новый стандарт призван унифицировать методику испытаний подвижного состава на ЭМС с рельсовыми цепями. В стандарте указаны ограничения на ток ЭПС в зависимости от типа РЦ и методы измерений для определения показателей электромагнитной совместимости электроподвижного состава и рельсовых цепей.
Измерения тока помех в РЦ производят в цепи средней точки дроссель-трансформатора с помощью бесконтактного датчика тока (катушки Роговского), сигнал от которого подают через делитель напряжения на АЦП (в нашем случае использовался 12-разрядный АЦП) и регистрируют на персональном компьютере с соответствующим программным обеспечением [2-4, 8, 17].
К ограничениям методики следует отнести то, что ток помех в рельсовой линии измеряется в течение ограниченного периода времени между моментами вхождения головы поезда на участок непосредственно перед точкой измерения, в течение проезда поезда и удалении его хвоста на расстояние в несколько метров. Ограничения вызваны тем, что по мере удаления поезда от точки измерения ток в рельсовой линии уменьшается вследствие стекания его в землю, а также растекания от поезда в две стороны по рельсовой линии и земле.
В дополнение к измерениям в рельсовой линии проводят измерения тока помех в силовых цепях ЭПС. В этом случае возможна длительная регистрация тягового тока при движении поезда с реализацией всех требуемых режимов ведения. Токовый датчик включается в общую цепь «заземления» силового оборудования ЭПС, регистрацию тока проводят аналогично описанной выше методике.
В работе предлагается метод, при котором регистрируют одновременно ряд параметров, а именно: сетевой ток электропоезда, сигнал автоматической локомотивной сигнализации, скорость поезда, положение рукоятки контроллера машиниста, а также обратный тяговый ток в рельсовой линии. Анализ измеренных данных
производят с применением компьютерного и физического моделирования. [1, 2, 13, 17].
Спектральный анализ обратного тягового тока проводят с помощью математического пакета Ма1ЬаЬ с предварительной фильтрацией измеренного тока для устранения высокочастотных помех и с последующим применением быстрого преобразования Фурье с окном Ханна с перекрытием ~75-80 %. Длительность окна Ханна выбирают по минимальной длительности помехи, способной вызывать сбои в нормальной работе путевого приемника. [2, 11, 16].
Результаты
Для апробации методики и программ обработки результатов проведены измерения обратного тягового тока для электропоезда с АТП на участках с электротягой постоянного и переменного тока. Некоторые результаты приведены ниже. На рис. 1 приведена временная зависимость и спектральный состав обратного тягового тока электропоезда с асинхронным тяговым приводом в режиме тяги при наборе скорости до ~ 140 км/ч на участке с подъемом ~ 5 %о.
Рис. 1. Временная зависимость (а) и спектральный состав (б) обратного тягового тока электропоезда в режиме тяги при наборе скорости до ~140 км/ч
Fig. 1. Time dependence (a) and spectral composition (b) of the reverse traction current of an electric train in traction mode at a set rate to ~140 km/h
Как видно из рисунка, в спектре обратного тягового тока присутствуют помехи с частотами, близкими к частотам работы рельсовых це-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
пей 25, 480 и 580 Гц, причем уровень помех в полосе частот ~25 Гц близок к опасному значению, а в полосе частот ~480 Гц уровень помехи кратковременно превышал допустимое значение.
На рис. 2 приведен фрагмент временной зависимости и спектральный состав обратного тягового тока электропоезда с асинхронным тяговым приводом в режиме экстренного торможения без рекуперации от ~140 км/ч на ровном участке.
Рис. 2. Временная зависимость (а) и спектральный состав (б) обратного тягового тока электропоезда в режиме экстренного торможения
Fig. 2. Time dependence (a) and spectral composition (b) of the reverse traction current of the electric train at emergency braking mode
Несмотря на небольшие значения обратного тягового тока (~20 А) в спектре наблюдалась помеха с частотой ~480 Гц и уровнем, превышающем предельно допустимое значение.
После обработки результатов измерения помех при движении электропоезда во всех режимах, предусмотренных нормативными документами, максимальное значение тока помех на частотах работы рельсовых цепей для электротяги переменного и постоянного тока сведены в табл. 2, 3.
Таблица 2
Ток помехи в рельсовой линии при электротяге переменного тока
Table 2
The interference current in a rail line with electric traction of AC
Частота, Гц Диапазон частот, Гц Максимально допустимый ток помехи, А Максимальный измеренный ток помехи, А
25 21-29 1 1,41
420 408-432 0,35 0,37
480 468-492 0,35 0,40
580 568-592 0,35 0,55
720 708-732 0,35 0,12
780 768-792 0,35 0,52
4 545 4 508-4 583 0,2 0,50
5 000 4 963-5 038 0,2 0,15
5 555 5 518-5 593 0,2 0,13
Таблица 3
Ток помехи в рельсовой линии при электротяге постоянного тока
Table 3
The interference current in a rail line with electric traction of DC
Частота, Гц Диапазон частот, Гц Максимально допустимый ток помехи, А Максимальный измеренный ток помехи, А
25 21-29 1 0,39
50 46-54 1,3 0,10
420 408-432 0,35 0,42
480 468-492 0,35 0,48
580 568-592 0,35 0,36
720 708-732 0,35 0,06
780 768-792 0,35 0,38
4 545 4 508-4 583 0,2 0,12
5 000 4 963-5 038 0,2 0,30
5 555 5 518-5 593 0,2 0,13
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&тзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
Научная новизна и практическая значимость
Предложен метод измерения тока помех 1. в тяговой сети, генерируемых электрооборудованием ЭПС, который предполагает одновременную регистрацию сетевого тока электропоезда, сигнала автоматической локомотивной сигнализации, скорости поезда, положения рукоятки контроллера машиниста, а также обрат- 2. ного тягового тока в рельсовой линии при проезде поезда по измерительному участку с после -дующей компьютерной обработкой результатов и с применением компьютерного и физического моделирования.
Выводы 3
Проведен анализ норм и методов измерений электромагнитных помех, создаваемых электрооборудованием новых типов подвижного состава при электротяге переменного и постоянного тока в соответствии с нормативными документами, принятыми в Украине и Евросоюзе.
Большое разнообразие систем электроснабжения, сигнализации и связи в европейских странах вызывает необходимость проведения испытаний в каждой стране отдельно, с учетом особенностей используемых в ней технических 5. систем, что значительно увеличивает стоимость внедрения новых типов подвижного состава. Особенно это относится к испытанию воздействия ЭМП на рельсовые путевые датчики. Разработанный в Евросоюзе новый стандарт призван унифицировать методику испытаний подвижного состава на ЭМС с рельсовыми цепями.
Решение проблемы применимости результатов испытаний ЭПС к другим национальным 7. системам сигнализации и связи возможно путем применения расширенной методики измерений тока помех в тяговой сети, генерируемых электрооборудованием ЭПС с последующей компьютерной обработкой результатов и применением 8. компьютерного и физического моделирования.
Разработан метод и методика испытаний подвижного состава на электромагнитную совместимость с рельсовыми цепями.
Предложенная методика апробирована при 9. испытаниях новых типов ЭПС с асинхронным тяговым двигателем.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Гаврилюк, В. I. Розробка математично! моделi для дослвдження електромагштних завад ввд тягових перетворювачiв з асинхронним двигу-ном / В. I. Гаврилюк, В. I. Щека // Вюн. Днш-ропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Дшпропетровськ, 2010. - Вип. 31. - С. 221-225.
Исследование электромагнитной совместимости обратной тяговой сети с устройствами сигнализации, централизации и блокировки / А. М. Безнарытний, В. И. Гаврилюк, И. О. Ро-манцев, В. И. Щека // Наука та прогрес трансп. Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. -
2014. - № 3 (51). - С. 7-14. doi: 10.15802/stp-2014/25778.
Сердюк, Т. Н. Измерение электромагнитных помех в обратной тяговой сети / Т. Н. Сердюк,
A. В. Завгородний, В. И. Гаврилюк // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад.
B. Лазаряна. - Дшпропетровськ, 2009. - Вип. 29. - С. 134-139.
Bellan, D. Monitoring of Electromagnetic Environment Along High-Speed Railway Lines Based on Compressive Sensing / D. Bellan, S. A. Pignari // Progress In Electromagnetics Research C. -
2015. - Vol. 58. - P. 183-191. doi: 10.2528/pierc-15051103 .
CENELEC DS/CLC/TS 50238-2:2010. Railway Applications - Compatibility Between Rolling Stock And Train Detection Systems. - Part 2 : Compatibility With Track Circuits. - ERTMS. -2010. - 42 p.
Fedeli, E. Fast and accurate measurement of radiated emissions of moving trains according to IEC 62236 / E. Fedeli, S. A. Pignari, G. Spadacini // Proc. 9th World Congress on Railway Research (WCRR 2011). - Lille, France, 2011. - С. 1-8. Holmstrom, F. R. Rail transit EMI-EMC Electromagnetic Compatibility / F. R. Holmstrom, D. Turner, E. Fernald // Magazine IEEE. - 2012. - Vol. 1. - Iss. 1. - P. 79-82. doi: 10.1109/MEMC.-2012.6244954.
Measuring, modeling and correction actions for EMC assessment between high speed railway and medical equipment / D. Alonso, J. Rulf, F. Silva, M. Pous // Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion (ESARS). - 2010. -P. 1-5. doi:10.1109/ESARS.2010.5665252. Mitigation of Electromagnetic Interference in Rolling stock / Pranay Soni, Prerna Soni, L. P. Singh, S. S. Deswal // Intern. J. of Electrical, Electronics and Computer Engineering. - 2013. - Vol. 2, № 1. - P. 22-27.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
10. Pignari, S. A. Measurement of rolling-stock radiated emissions according to standard EN 50121 / S. A. Pignari, D. Bellan, G. Spadacini // 17th Intern. Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility. - Singapore, 2006. - P. 250-255.
11. Place, C. Managing rolling stock EMC / C. Place, D. Hayes // Electromagnetic Compatibility in Railways. IET Seminar. - London, 2009. - P. 1-8.
12. Rhee, E. Electromagnetic Compatibility Analysis for the Railway Telecommunication Intrasubsystem / E. Rhee, K. Changjae // Intern. J. Of Software Engineering & Its Applications. - 2014. -Vol. 8, № 5. - P. 115-126. doi: 10.14257/-ijseia.2014.8.5.10.
13. Space-frequency analysis and experimental measurement of magnetic field emissions radiated by high-speed railway systems / D. Bellan, G. Spa-dacini, E. Fedeli, S. A. Pignari // Electromagnetic Compatibility, IEEE Transactions on. - 2013. -
Vol. 55, № 6. - P. 1031-1042. doi: 10.1109/TE-MC.2013.2258150.
14. Standard EN 50121. Railway applications. Electromagnetic compatibility. - London : BSI. -2015. - 24 p.
15. Study on Distribution Coefficient of Traction Return Current in Highspeed Railway / W. Huang, Zh. He, H. Hu, Q. Wang // Energy and Power Engineering. - 2013. - Vol. 5. - Iss. 4. - P. 12531258. doi: 10.4236/epe.2013.54B238.
16. Test Analysis and Modeling of Power Frequency Magnetic-Field Environment in Carbodies of Electrified Trains / F. Zhu, L. Guanghui, Y. Jiaq-uan, D. Hui // J. of Southwest Jiaotong University. - 2015. - Vol. 50. - P. 400-404.
17. Zhao, L.-H. Induction coupling between jointless track circuits and track-circuit-reader antenna / L.-H. Zhao, W.S. Shi // Progress in Electromagnetics Research. - 2013. - Vol. 138. - P. 173-196. doi: 10.2528/pier13012904.
В. I. ГАВРИЛЮК1*, В. I. ЩЕКА2*, В. В. МЕЛЕШКО3*
1 Каф. «Автоматика, телемеханжа та зв'язок», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (056) 373 15 04, ел. пошта diitats@mail.ru, ОЯСГО 0000-0001-9954-4478
2*Каф. «Автоматика, телемеханжа та зв'язок», Дншропетровський нацюнальний утверситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (056) 373 15 04, ел. пошта shcheka_v@mail.ru, ОЯСГО 0000-0002-2184-2827
3*Головне управлшня автоматики, телемеханжи та зв'язку ДП «Укрзал1зниця», вул. Тверська, 5, Кшв, Украша, 03680, ел. пошта soyuz_at@mail.ru, ОЯСГО 0000-0001-6833-964Х
ВИПРОБУВАННЯ НОВИХ ТИП1В РУХОМОГО СКЛАДУ НА ЕЛЕКТРОМАГН1ТНУ СУМ1СНОСТЬ 13 ПРИСТРОЯМИ СИГНАЛ13АЦП ТА ЗВ'ЯЗКУ
Мета. В робот передбачаеться проведення порiвняльного аналiзу норм i методiв вимiрювань елект-ромагнггних завад, що створюються електроустаткуванням нових тишв рухомого складу при електротязi змшного та постшного струму у ввдповвдносп до нормативних докуменпв, прийнятих в Укрш'ш та Свросо-юзг Необхвдним е також розробка на цш основi методу вимiрювань струму перешкод у тяговiй мереж^ що генеруються електроустаткуванням електрорухомого складу (ЕРС). Вш може застосовуватися для випробу-вань нових типiв рухомого складу на електромагштну сумiснiсть iз рiзними системами залiзничноi сигналь заци. Методика. Запропоновано методику випробувань, що включае вимiрювання як у силових колах ЕРС, так i в колшних пристроях систем сигналiзацii'. Результата. Проведено аналiз норм i методiв випробувань рухомого складу на електромагштну сумюшсть iз рейковими колами (РК). Встановлено, що велика рiзнома-штшсть систем електропостачання, сигналiзацii та зв'язку в европейських крашах викликае необхщшсть проведення випробувань нових типiв електрорухомого складу на електромагнггау сумiснiсть iз рейковими датчиками в кожнiй кра!ш окремо, з урахуванням особливостей кожноi iз систем. Це значно збшьшуе вар-тiсть впровадження нових тишв рухомого складу. Розроблено метод випробувань ЕРС на ЕМС iз рейковими колами, що включае вимiрювання як у силових колах ЕРС, так i в колшних пристроях систем сигналiзацii. Проведено вимiрювання у ввдповщносп з запропонованою методикою для ЕРС iз асинхронним тяговим приводом при руа по дiлянках, електрифiкованих на постшному та змiнному струмi. Визначено значення струму завад у рейкових колах для вах частот сигнального струму РК. Показано, що при деяких режимах ведення поiзда струм перешкод перевищуе допустимi значення. Наукова новизна. Запропоновано метод вимiрювань струму перешкод у тяговш мережi, що генеруються електроустаткуванням ЕРС. Метод зумов-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
люе одночасну реестрацш мережевого струму електропойда, сигналу автоматично! локомотивно! сигналь заци, швидкосп по!зда, положения рукоятки контролера машишста. А також зворотного тягового струму в рейковт лши при про!зд1 пойда по вим1рювальн1й дшьнищ з подальшою комп'ютерною обробкою результата i застосуванням комп'ютерного та ф1зичного моделювання. Практична значимкть. Використання розроблено! методики пiдвищуe достовiрнiсть випробувань та знижуе витрати на !х проведення.
Ключовi слова: електрорухомий склад; електромагнiтна сумiснiсть; рейковi кола
V. I. HAVRILYUK1*, V. I. SHCHEKA2*, V. V. MELESHKO3*
1 Dep. «Automation, Telemechanics and Communications», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 04, e-mail diitats@mail.ru, ORCID 0000-0001-9954-4478
2*Dep. «Automation, Telemechanics and Communications», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 04, e-mail shcheka_v@mail.ru ORCID 0000-0001-9954-4478
3*Head Dep. «Automation, Telemechanics and Communications», Ukrzaliznytsia, Tverskaia St., 5, Kiev, Ukraine, 03680, e-mail soyuz_at@mail.ru, ORCID 0000-0001-6833-964X
TESTING NEW TYPES OF ROLLING STOCK
FOR ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY WITH SIGNALING
AND COMMUNICATION DEVICES
Purpose. In the paper there is the comparative analysis of standards and methods of measurements of electromagnetic interference, those are caused by electrical equipment of new types of rolling stock with AC and DC-current electric traction in accordance with the normative documents are adopted in Ukraine and the EU. The development on this basis the measuring method of current interference in traction network, generated by the electrical equipment of electric rolling stock (ERS) applicable to testing the new types of rolling stock for electromagnetic compatibility (EMC) with different systems of railway signaling is also needed. Methodology. The testing method has been offered. It includes measurements in power circuits of rolling stock, as well as in track devices of signaliza-tion systems. Findings. Norms and methods tests of a rolling stock on electromagnetic compatibility with track circuits (TC) were analyzed. It was found that a large variety of electricity supply systems, signalization and link in Europe makes it necessary to test new types of electric rolling stock for electromagnetic compatibility with pick up unit in each country separately, taking into account the features used in its systems. It is greatly increases the cost of introducing new types of rolling stock. The test method of electric rolling stock EMC with track circuits has been developed; it includes measurement in power circuits of rolling stock, as well as in track devices of signalization systems. Measurements in accordance with the proposed methodology for electric rolling stock with asynchronous traction drive when driving on sections electrified at AC and DC have been carried out. The values of the interference current in track circuit to all the frequencies of the signal current have been defined. It is shown that under some modes of the train the interference current exceed the permissible values. Originality. The method for measuring interference current generated by rolling stock electrical equipment in the traction network was offered. The method assumes the simultaneous recording of the network current of electric train, automatic locomotive signaling current, train's speed, driver's controller handle position and reverse traction current in a track line when trains passing over the measuring section with subsequent computer processing results, computer and physical simulations. Practical value. Using of the developed method improves the accuracy of the tests and reduces their cost.
Keywords: electric rolling stock; electromagnetic compatibility; track circuits
REFERENCES
1. Havryliuk V.I., Shcheka V.I. Rozrobka matematychnoi modeli dlia doslidzhennia elektromahnitnykh zavad vid tiahovykh peretvoriuvachiv z asynkhronnym dvyhunom [The development of mathematical model for the study of electromagnetic interference from the traction converters with asynchronous motor]. Visnyk Dni-propetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2010, issue 31, pp. 221-225.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
2. Beznarytniy A.M., Gavrilyuk V.I., Romantsev I.O., Shcheka V.I. Issledovaniye elektromagnitnoy sovmesti-mosti obratnoy tyagovoy seti s ustroystvami signalizatsii, tsentralizatsii i blokirovki [Electromagnetic compatibility research of return traction network with signaling devices, centralization and blocking]. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu - Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2014, no. 3 (51), pp. 7-14. doi: 10.15802/stp2014/25778.
3. Serdyuk T.N., Zavgorodniy A.V., Gavrilyuk V.I. Izmereniye elektromagnitnykh pomekh v obratnoy tyagovoy seti [The measurement electromagnetic interference in the reverse traction network]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2009, issue 29, pp. 134-139.
4. Bellan D., Pignari S.A. Monitoring of Electromagnetic Environment Along High-Speed Railway Lines Based on Compressive Sensing. Progress In Electromagnetics Research C, 2015, issue 58, pp. 183-191. doi: 10.2528/pierc15051103 .
5. CENELEC DS/CLC/TS 50238-2:2010. Railway Applications - Compatibility Between Rolling Stock And Train Detection Systems. Part 2: Compatibility With Track Circuits. ERTMS, 2010. 42 p.
6. Fedeli E., Pignari S.A., Spadacini G. Fast and accurate measurement of radiated emissions of moving trains according to IEC 62236. Proc. 9th World Congress on Railway Research (WCRR 2011). Lille, France, 2011, pp. 1-8.
7. Holmstrom F.R., Turner D., Fernald E. Rail transit EMI-EMC Electromagnetic Compatibility. Magazine IEEE, 2012, vol. 1, issue 1, pp. 79-82. doi: 10.1109/MEMC.2012.6244954.
8. Alonso D., Rulf J., Silva F., Pous M. Measuring, modeling and correction actions for EMC assessment between high speed railway and medical equipment. Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion (ESARS), 2010, pp. 1-5. doi:10.1109/ESARS.2010.5665252.
9. Soni Pranay, Soni Prerna, Singh L.P., Deswal S.S. Mitigation of Electromagnetic Interference in Rolling stock. Int. Journal of Electrical, Electronics and Computer Engineering, 2013, vol. 2, no. 1, pp. 22-27.
10. Pignari S.A., Bellan D., Spadicini G. Measurement of rolling-stock radiated emissions according to standard EN 50121. 17th Intern. Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility. Singapore, 2006, pp. 250-255.
11. Place C., Hayes D. Managing rolling stock EMC. Electromagnetic Compatibility in Railways. IET Seminar. London, 2009, pp. 1-8.
12. Rhee E., Changjae G. Electromagnetic Compatibility Analysis for the Railway Telecommunication Intrasubsystem. Int. Journal of Software Engineering & Its Applications, 2014, vol. 8, no. 5, pp. 115-126. doi: 10.14257/-ijseia.2014.8.5.10.
13. Bellan D., Spadacini G., Fedeli E., Pignari S.A. Space-frequency analysis and experimental measurement of magnetic field emissions radiated by high-speed railway systems. Electromagnetic Compatibility, IEEE Transactions on, 2013, vol. 55, no. 6, pp. 1031-1042. doi:10.1109/TEMC.2013.2258150.
14. Standard EN 50121. Railway applications. Electromagnetic compatibility. London, BSI, 2015. 24 p.
15. Huang W., He Zh., Hu H., Wang Q. Study on Distribution Coefficient of Traction Return Current in HighSpeed Railway. Energy and Power Engineering, 2013, vol. 5, issue 4, pp. 1253-1258. doi: 10.4236/epe.2013.54B238.
16. Zhu F., Guanghui L., Jiaquan Y., Hui D. Test Analysis and Modeling of Power Frequency Magnetic-Field Environment in Carbodies of Electrified Trains. Journal of Southwest Jiaotong University, 2015, vol. 50, pp. 400-404.
17. Zhao L.-H., Shi W.S. Induction coupling between jointless track circuits and track-circuit-reader antenna. Progress in Electromagnetics Research, 2013, vol. 138, pp. 173-196. doi: 10.2528/pier13012904.
Статья рекомендована к публикации д.т.н., проф. В. В. Скалозубом (Украина);
д.физ.-мат.н., проф. О. В. Коваленко (Украина)
Поступила в редколлегию: 02.07.2015
Принята к печати: 10.09.2015
