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鐵路的電磁兼容通用要求
閱讀：458 發(fā)布時間：2010-11-21鐵路的電磁兼容通用要求
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介紹了EN 50121-1:2006《鐵路應(yīng)用電磁兼容第1部分:一般要求》，包括鐵路系統(tǒng)電磁兼容性的范圍、系統(tǒng)電磁兼容管理、判斷依據(jù)、電磁兼容現(xiàn)象和系統(tǒng)設(shè)備電磁兼容特性。
關(guān)鍵詞
鐵路:電磁兼容:電牽引:輻射:抗擾度
1標準介紹
EN 50121是歐洲電上技術(shù)標準委員會（CENELEC）制定的用于規(guī)范鐵路電磁兼容要求的系列標準，包含以下兒部分:
c1）總則;
c2}整個鐵路系統(tǒng)的對外發(fā)射;
（3）機車車輛列車和配套車輛;
（4）機車車輛儀器;
（5）信令和通信設(shè)備的發(fā)射和抗擾度;
（6）固定供電設(shè)施和裝置的發(fā)射及抗擾度。
該系列標準的建立提供了管理鐵路EMC的框架，也規(guī)定了鐵路對外的電磁發(fā)射限值和抗擾度要求，有軌/無軌電車和地鐵/鐵路的電磁發(fā)射限制是不同的，標準中頻率覆蓋范圍從0 Hz}400 GHz。
2標準范圍
EN 50121中的*部分略述了整個系列標準的構(gòu)架和內(nèi)容，不涉及具體的測試要求和限值，必須和其它部分一起使用才能確保系統(tǒng)符合EMC指令。
EN 50121中提到的電磁現(xiàn)象不包括核電磁脈沖、系統(tǒng)的非正常上作和遭受到直接雷擊的影響。
鐵路沿線的發(fā)射限值不適用于卞動輻射發(fā)射設(shè)備。安全要求不在此系列標準的考慮范圍內(nèi)。非游離輻射的生物影響，醫(yī)療設(shè)備如心朋_*也不考慮。
3性能判據(jù)
由于EN 50121標準范圍內(nèi)的設(shè)備的多樣性和差異性很難為評價抗擾度試驗結(jié)果制定的判定準則。
按標準規(guī)定進行試驗后，設(shè)備不應(yīng)處于危險或不安全的狀態(tài)電磁兼容性試驗過程中或試驗后的功能性描述以及性能判定準則的定義，應(yīng)由制造商按以下判
據(jù)n,B,c提供，并在試驗報告中注明。
.性能判據(jù)n
無需操作人員介入，設(shè)備應(yīng)能按預期持續(xù)上作。當按預期使用設(shè)備時，不允許出現(xiàn)低于制造廠規(guī)定的性能等級的性能降級或功能損失。可用允許的性能降級來代替性能等級。如果制造廠不規(guī)定zui低性能等級和允許的性能降低，則可從產(chǎn)品說明書或技術(shù)文件中得知，并且用戶有理由要求所使用的設(shè)備達到此規(guī)定。
.性能判據(jù)s
在試驗開始之后，無需操作人員介入，設(shè)備應(yīng)能按預期持續(xù)上作。當按預期使用設(shè)備時，在施加騷擾之后，不允許出現(xiàn)低于制造廠規(guī)定的性能等級的性能降級或功能損失。可用允許的性能降級來代替性能等級。
在試驗期間，性能降級是允許的。然而在試驗之后，上作狀態(tài)不應(yīng)改變，存儲的數(shù)據(jù)不應(yīng)丟失。
如果制造廠不規(guī)定zui低性能等級和允許的性能降低，則可從產(chǎn)品說明書或技術(shù)文件中得知，并且用戶有理由要求所使用的設(shè)備達到此規(guī)定。
.性能判據(jù)c
允許出現(xiàn)可執(zhí)行恢復或能由使用者根據(jù)制造廠說明操作之后使其恢復的功能損失。
注:zui終性能判據(jù)準則需由制造商和用戶協(xié)商決定。
4鐵路系統(tǒng)EMC特性
4.1 EMC特性介紹
在鐵路系統(tǒng)中產(chǎn)生的EMC問題不僅與機車和供電系統(tǒng)有關(guān)，還與其它的輔助系統(tǒng)有關(guān)，例如沿鐵軌的通信系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)等，
一般整個系統(tǒng)中存在五種明顯的的耦合形式，而且在某一時刻，可以有不止一種的耦合機制。
●電容耦合：一個電路中電壓的變化通過互連的電容傳遞到被干擾電路。
●電感耦合：一個電路中電流的變化通過互感傳遞到被干擾電路。
●靜電耦合：一個充電的物體向被干擾物體放電。
●傳導耦合：干擾源和被干擾電路共享一個傳導通道。
●電磁輻射：電路結(jié)構(gòu)以天線的方式接收和發(fā)送能量。
4.2區(qū)域劃分
針對鐵路通信的特點，將系統(tǒng)中通信設(shè)備的安裝環(huán)境分為四種類型的區(qū)域：
●區(qū)域1軌旁區(qū)域：在離zui近鐵軌的中心線3 m以內(nèi)
或者與30 m長的電纜相連且距離軌道區(qū)域3 m以內(nèi)。
●區(qū)域2*區(qū)域：設(shè)備沒有安放在軌旁區(qū)域或存在電磁干擾噪聲源的特殊區(qū)域。
●區(qū)域3特殊區(qū)域：車站中的存在電磁干擾噪聲源的特殊區(qū)域。
●區(qū)域4居民區(qū)域：設(shè)備所處的位置與居民區(qū)的干擾環(huán)境類似的區(qū)域。
4.3抗擾度的主要電磁現(xiàn)象
●低頻傳導現(xiàn)象
供電電壓的緩慢變化，包括跌落，浪涌，不平衡，諧波，互調(diào)失真，供電電源傳送數(shù)據(jù)，工頻變化，包括在AC網(wǎng)絡(luò)的低頻電壓和直流電壓。
●低頻場現(xiàn)象
穩(wěn)定和瞬態(tài)的磁場和電場。
●高頻傳導現(xiàn)象
單方向擺動時瞬態(tài)，作為單個或重復脈沖，感應(yīng)電流。
●高頻輻射現(xiàn)象
磁場、電場、射頻輻射波。
4.4輻射的主要電磁現(xiàn)象
主要電磁現(xiàn)象與抗擾度中的現(xiàn)象是一致的，但只針對以下三個部分有限值要求：
●工頻產(chǎn)生的磁場與諧波頻率電流，頻率zui大到9 kHz。
●工頻產(chǎn)生的電壓波動與諧波電流。
●列車產(chǎn)生的射頻場。
4.5不同電牽引系統(tǒng)的描述
可使用直流和交流電源，兩根架空導體上是帶隔離的三相線。
D C系統(tǒng)包括：
高壓：3 000 V；
中壓：1 500 V；
低壓：從600~1 400 V，包括了*的城市軌道交通。
A C系統(tǒng)包括：
工頻：50 Hz在25 kV或自耦變壓器50/25 kV；
低頻：16.7 Hz在15 kV。
4.6電牽引系統(tǒng)部件
牽引電力通常由電壓達到400 kV的高壓電力網(wǎng)或鐵路網(wǎng)系統(tǒng)供應(yīng)，其中的連接點稱為變電所，具有以下功能：
●對公共電網(wǎng)和鐵路網(wǎng)絡(luò)的保護（采用斷路器）；
●變壓器調(diào)壓；
●可能對DC供電進行整流或通過頻率變換給出低頻交流供電。
還有其它一些部件，包括架空接觸網(wǎng)，受電弓，受電靴和增壓變壓器等，不再贅述。
4.7內(nèi)部電磁噪聲源
鐵路系統(tǒng)中有些特殊部件會產(chǎn)生電磁噪聲，它們包括：
4.7.1靜態(tài)元件
鐵路的架空線和輸送給變電所的高壓線是高頻或低頻的噪聲源。
●電暈放電，在架空線路上，電荷在高電壓的作用下發(fā)生移動而進行的放電；
●刷形放電，發(fā)生于導體與絕緣體之間的一種放電形式。其一端具有放電集中點，另一端放電通道不集中，呈分枝狀，有“啪”的較強破壞聲。帶電量大的非導
體與數(shù)公分以上的較平滑的接地導體之間易產(chǎn)生刷形放電；
●帶電體的搭接不良造成的微弧放電；
●絕緣子污閃，鐵路的架空系統(tǒng)與大多數(shù)離地較近的高壓架空線不同，有更多的易污染絕緣子。
在變電所高壓開關(guān)產(chǎn)生的瞬時低頻噪聲會影響3km范圍的區(qū)域，沿著架空線分布，當使用非線性的牽引荷載時噪聲會加強，而當閃爍發(fā)生的時候噪聲會被激勵，
如使用的是直流牽引系統(tǒng)，由于變電所的整流會產(chǎn)生低頻諧波。
4.7.2動態(tài)元件
動力單元（包括電力機車和多節(jié)車組）在正常運行時都是電磁噪聲源，主要由以下設(shè)備控制：
4.7.4列車線路
機車的供電電壓通常小于1 500 V，有時候達到3 000 V，電流會達到800 A，電流會通過一種導體（稱為列車線路）傳送到車輛上的其它電子系統(tǒng)，電流對于相鄰的設(shè)備來說也是噪聲源。
4.7.5軌道旁設(shè)備
驅(qū)動轉(zhuǎn)轍電動機，加熱器和列車預熱設(shè)備等的電力設(shè)施放置在軌道旁，雖然它們的功耗比較小，但由于離鐵路線很近，也會對鐵路的其它設(shè)備造成影響。
4.8鐵路的主要特點
電氣化鐵路與其它大型電網(wǎng)設(shè)施的不同點：
●電源系統(tǒng)配置的多樣性；
●有許多不同的電源，控制系統(tǒng)和子系統(tǒng)；
●使用滑動接觸將功率傳遞給運行中的列車車輛；
●列車的高速度；
●前面介紹的幾個移動噪聲源；
●列車上進出電流的波動和不確定性；
●在三相系統(tǒng)中，大的單相負載會引起不平衡；
●幾個噪聲源同時產(chǎn)生騷擾的可能性；
●產(chǎn)生一個覆蓋寬頻段的EM噪聲；
●車輛和供電的相互關(guān)系會增加和減小對于某些頻率的影響。
4.9外部騷擾源
一個鐵路系統(tǒng)受到來自公共區(qū)域的騷擾和暴露在不同地方的不同E M噪聲源，它們包括：
●附近的鐵路系統(tǒng)；
●軌道旁的廣播站（如GSM-R鐵路移動通信系統(tǒng)）；
●便攜式無線電收發(fā)機，如手機；
●附件的電力架空線；
●在機場，航天發(fā)射基地和類似地點的雷達；
●擾亂電網(wǎng)的工業(yè)機械設(shè)備。
5 EMC管理
鐵路是一個復雜的包含有移動的電磁能量源的設(shè)施，由好幾個子系統(tǒng)組成，例如傳輸系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)等，對整個子系統(tǒng)規(guī)定抗擾度測試的方
法和限值是不現(xiàn)實的，通常是子系統(tǒng)中的設(shè)備符合了相關(guān)的標準要求來保證整個系統(tǒng)得可靠性，但是由于系統(tǒng)運行環(huán)境的復雜和某些特殊的情況，設(shè)備可能放置在一個受限制的空間或很嚴酷的電磁環(huán)境中，要綜合考慮系統(tǒng)電磁環(huán)境的復雜性，必須要實行電磁兼容管理，準備一份EMC管理計劃，保證各設(shè)備，各子系統(tǒng)的電磁兼容性要求。如鐵軌附件有大功率的無線電發(fā)射機產(chǎn)生強電磁場，就需要對附近的設(shè)備作出相應(yīng)得特殊規(guī)定。
電磁兼容管理的主要內(nèi)容有以下幾個方面：
（1）制定和實施電磁兼容性大綱和電磁兼容性控制
計劃，明確各階段電磁兼容性的各項工作和進度，控制計劃可用于合同階段和子系統(tǒng)開發(fā)階段，例如：
●初步設(shè)計階段;
●詳細設(shè)計階段;
●建設(shè)和交付階段;
●現(xiàn)場維護階段等。
（2）建立電磁兼容性管理和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)及工作程序，落實職責和權(quán)限；
（3）選用和裁剪合適的標準和規(guī)范，考慮國內(nèi)和國外的標準差異，制定合理的電磁兼容性要求；
（4）正確運用電磁兼容性預測與分析技術(shù)，降低工程決策風險；
（5）電磁兼容性設(shè)計納入到系統(tǒng)合設(shè)備的功能設(shè)計中；
（6）加強階段分界點和階段中的評審，評估和審批工廠和現(xiàn)場測試報告；
（7）保證開展電磁兼容性工作的合理經(jīng)費和對有關(guān)人員的培訓；
（8）保持持續(xù)的電磁兼容性技術(shù)狀態(tài)的控制，通過制定和建立各種標準、規(guī)范和程序以及其他文件，使項目研發(fā)過程處于受控狀態(tài)，及時分析、評價和處理出現(xiàn)的問題，制定改進策略。