PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA

1. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA CEM - CURS 11

2. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA Datorate instalatiilor fixe Datorate instalatiilor mobile conductive radiative CEM - CURS 11

3. PLP PLP LC LC SSTE SSTE PSS PSS PS FA FA FI LC VEM CR PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • INSTALATII FIXE DE TRACTIUNE ELECTRICA CEM - CURS 11

4. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Convertoarele din substatii • Emisiile electromagnetice ale redresoarelor din substaţii se referă la apariţia curenţilor de comutaţie şi la armonicile injectate în linia de contact • Spectrul de variaţie este afectat şi de • asimetria sau neechilibrul în circuitul redresorului, generând componente armonice mici la toate armonicile de frecvenţe utile • amplitudini diferite ale tensiunilor de fază, cauzând producerea de armonici pare ale frecvenţei utile • condiţii de operare anormale sau neobişnuite, precum situaţiile de defect CEM - CURS 11

5. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Linia trifazată de alimentare a substaţiilor de tracţiune este subiectul unor efecte fizice precum efectul Corona, produs de întreruperea câmpului electric în apropierea conductoarelor şi de întreruperea locală datorată microarcurilor electrice la contactele metalice sau la suprafaţele izolatoare • Transformatoarele din substaţii introduc aceste efecte în reţeaua de tracţiune pe lângă introducerea armonicilor superioare datorate formelor de undă distorsionate ale tensiunii de alimentare CEM - CURS 11

6. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Linia de contact şi şinele de cale transmit puterea la şi de la vehiculele de tracţiune şi pot genera sau mări perturbaţiile electromagnetice, prin: • prezenţa curenţilor vagabonzi şi modificarea sarcinii vehicului de tracţiune, care determina apariţia unor câmpuri magnetice neechilibrate în vecinătatea trenului • variaţia în timp a curentului de tracţiune în linie poate actiona ca un generator de câmp • apariţia unor tensiuni perturbatoare, datorate porţiunilor comune de circuit CEM - CURS 11

7. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Exemple de perturbatii datorate instalatiilor mobile (propulsia şi convertoarele statice auxiliare de pe vehicolele de tracţiune electrice ): • Pot injecta armonici de audiofrecvenţă generate de modularea semnalului de către componentele de electronică de putere, în linia de tracţiune • Se produc radiaţii în radiofrecvenţă datorită modificărilor rapide ale curentului şi tensiunii în întreruptoare şi în dispozitivele de comutaţie • Producerea de câmpuri apropiate sau indepărtate datorită procesului de captare a curentului la interfaţa dintre catenară (LC) şi pantograf CEM - CURS 11

8. d LC d2 LE d1 CLC,LE LC LE b CLC,0 CLE,0 c d3 c b (a) (b) Sistemul linie de contact (LC) – linie electrică de joasă tensiune (LE). PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Perturbaţii electromagnetice capacitive CEM - CURS 11

9. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA OBSERVATIE. Pentru valori numerice uzuale în tracţiunea electrică feroviară de c.a. monofazat : b= 6.5m; c= 6m; rfc = 6mm; ULC = 25 KV si d = 10m , rezultă ULE = 1.56 KV, adică o tensiune electrică suficient de mare pentru a provoca intrarea în funcţiune a aparatelor de protecţie de pe LE de joasă tensiune. O asemenea influenţă electrostatică perturbatoare apare mai ales în regimul tranzitoriu de punere sub tensiune a LC din reţeaua de tracţiune electrică. • Ca măsuri de reducere a influenţei electrostatice a LC asupra LE de joasă tensiune din vecinătate, izolată faţă de pământ: • introducerea LE în cablu ecranat; • mărirea distanţei d dintre LC si LE; • micşorarea înălţimii faţă de sol, c, a LE; • plasarea unui conductor de protecţie legat la pământ în apropierea LE sau între LC şi LE. CEM - CURS 11

10. RLC LLC ILC ILE = 0 RLE LLE ULC IS lLS RS El Circuit electric echivalent pentru studiul perturbaţiilor inductive în sisteme de tracţiune electrică de c.a. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Perturbaţii electromagnetice inductivedatorate unei LC de c.a. Linie de contact de c.a. Linie electrica Sina de cale Pamant CEM - CURS 11

11. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Tensiunea electromotoare indusa in linia electrica • ,ILC - pulsaţia, respectiv valoarea efectivă a curentului de tracţiune; • l – lungimea de cvasiparalelism a sistemului linie de contact – linie electrică ; • M- inductanţa mutuală lineică între cele două circuite( circuit de tracţiune- LE de joasă tensiune), ca funcţie de configuraţia sistemului, • k - coeficient reductor al t.e.m. dat de k = kskcke,unde • ks-coeficient datorat curenţilor induşi în instalaţiile metalice la sol sau îngropate din vecinătate (0.2-0.9); • kc - coeficient datorat curenţilor induşi în mantaua şi armătura LE în cablu ( 0.5); • ke- factor de ecranare datorat prezenţei în apropierea LC a unor corpuri aflate la potenţialul pământului. CEM - CURS 11

12. I x h r Câmpul magnetic al armonicii I a curentului de tracţiune în planul dintre şinele de cale. P d e BP PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Perturbaţii electromagnetice inductivedatorate unei LC de c.c. (determinate de armobnicele superioare ale curentului de tractiune) Sina de contact Sine de cale CEM - CURS 11

13. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Tensiunea electromotoare indusa in sinele de cale esteuna din armonicele superioare ale curentului redresat de tracţiune CEM - CURS 11

14. ISemnalizare ISemnalizare E R E R PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA Bloc de sine fara vehicul Bloc de sine cu vehicul Funcţionarea circuitului de semnalizare şi control la sisteme de tractiune cu ghidare pe sine metalice CEM - CURS 11

15. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Pentru reducerea influenţei inductive a circuitului de tracţiune asupra circuitelor de joasă tensiune din vecinătate se utilizează : • mărirea distanţei între cele două circuite; • ecranarea în cablu a LE de joasă tensiune; • egarea la şina metalică a CR a LE de joasă tensiune şi a echipamentelor aferente amplasate la distanţe mai mici de 5 m de axa CR, respectiv legarea la prize de pământ a celor mai îndepărtate; • montarea în circuitele de joasă tensiune a unor transformatoare de separare. CEM - CURS 11

16. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Perturbaţii electromagnetice conductive: • perturbaţii conductive între circuite de alimentare, de exemplu, perturbaţiile care apar în circuitele de semnalizare şi control care se inchid pe şinele de cale  • cuplaj galvanic între circuite de alimentare şi circuite de punere la pământ, aşa numitul cuplaj prin bucla de pământare; acesta apare întotdeauna când tensiunile de mod comun provoacă curenţi nedoriţi prin puneri la pământ multiple ale conductorului de referinţă, ale ecranului cablurilor şi ale carcaselor aparatelor, etc • cuplaj galvanic datorat curenţilor vagabonzi CEM - CURS 11

17. IS1 ZS1 e1 ZE ZR ISemnalizare ZS2 IS2 e2 E R PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Perturbaţii conductive între circuite de alimentare, Bloc de sine Sina de cale 1 Sina de cale 2 Circuit de semnalizare Curentul perurbator asupra circuitului de semnalizare: CEM - CURS 11

18. LC de c.c. ILC FA SSTE Fî VEM IS Punct de racord al FI la şina de cale Curenţi de dispersie Instalaţie metalică îngropată Zona anodică Zona catodică PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Perturbaţii conductive datorate curenţilor vagabonzi CEM - CURS 11

19. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • Protecţia împotriva electrocoroziunii prin curenţi de dispersie se realizează prin: • Metode pasive, care asigură fie concentrarea unei fracţiuni cât mai mari a curentului de retur prin şinele metalice ale CR (sudarea sau eclisarea electrică a joantelor, creşterea rezistenţei electrice şină-sol până la o valoare limită), fie prin evitarea pătrunderii curenţilor vagabonzi în instalaţiile metalice îngropate (izolarea lor cu învelişuri protectoare izolante); • Metode active, care urmăresc redistribuirea judicioasă a câmpului de curenţi de dispersie cu scopul imprimării unui potenţial catodic protectiv pe zone cât mai extinse ale instalaţiilor metalice îngropate. Una din metodele cele mai des utilizate este cea a drenajului electric, care constă în realizarea unei legături între instalaţia metalică îngropată şi punctul de racord al fiderului de întoarcere la şina CR. Astfel, curenţii de dispersie, în cea mai mare parte, sunt drenaţi pe cale electrică prin legătură. • conductoare între instalaţia metalică îngropată şi şina CR. CEM - CURS 11

20. D1 R2 D2 A RN L F2 F1 R1 Şina metalică a CR Instalaţie metalică îngropată PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA Celula de drenaj electric pentru reducerea curenţilor vagabonzi. • Celula redresoare care evită pericolul de electrocoroziune în cazul inversării sensului curenţilor vagabonzi. • Pentru protecţia la supratensiuni accidentale a CR se înseriază un dispozitiv de protecţie între şina CR şi postul de drenaj (fuzibilul F1 şi eclatorul cu vârfuri F2). • Pentru limitarea curentului de drenaj se înseriază rezistenta R1 • pentru ca legătura să nu constituie o punere la pământ se înseriază o bobină de reactantă L1. CEM - CURS 11

21. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • INSTALATII MOBILE DE TRACTIUNE ELECTRICA (VEHICULE) • Perturbatii proprii sistemelor de actionare electrica • Sistemul colector- perii • Elemente de comutatie din circuite (contactoare, relee, etc) • Datorate convertoarelor de putere CEM - CURS 11

22. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • prin perturbaţii conductive, • la frecvenţa de lucru a chopperului sau armonicele acesteia (respectiv subarmonicele generate de chopper atunci când funcţioneaza cu frecvenţa de tact sub cea nominală, în perioada de demaraj a vehiculului electric) invadează banda de frecvenţă în care operează echipamentul circuitului de cale; aceste perturbaţii pot fi evitate prin funcţionarea circuitului de cale fie la frecvenţă industrială, fie la audiofrecvenţe de ordinul kHz. În plus, • la anumite viteze ale vehiculului electric, componentele alternative pot avea frecvenţa de 50 Hz şi, ca urmare, pot interfera electromagnetic cu semnale utile din circuitele conexe de semnalizare şi telecomunicaţii de frecvenţă industrială. De aceea, în filtrul tampon se înglobează, uzual, un circuit rezonant L-C, acordat pe frecvenţa de 50 Hz; CEM - CURS 11

23. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • prinperturbaţii inductive, datorită plasării sistemului de propulsie cu chopper sau/ invertor dedesubtul vehiculului electric, circuitul de cale aflându-se, astfel, sub înlănţuirea magnetică a bobinelor (de filtrare, de netezire, de oscilaţie, de limitare a pantei de creştere a curentului) din circuitul de forţă al vehiculului electric şi sub acţiunea câmpurilor magnetice de dispersie ale cablurilor de legătură din acest circuit; limitarea zgomotelor electromagnetice induse în circuitul de cale se realizează prin ecranarea cu tablă de oţel silicios sau de cupru a bobinelor (îndeosebi a celor de netezire şi oscilaţie), prin utilizarea cablurilor de conexiune ecranate şi torsadate, prin înglobarea în aluminiu sau oţel a carcasei echipamentului de forţă a chopperului, etc; CEM - CURS 11

24. PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA • datorită circuitului electric al chopperului şi/sau invertorului , în care sunt comutaţi curenţi de sute de amperi în cateva s, vehiculul electric cu convertoare pot perturba, prin radiaţie electromagnetică circuitele de telecomunicaţii din vecinătate. Reducerea acestora se obţine utilizând un filtru de paraziţi radio, în serie cu filtrul tampon şi bobine toroidale în circuitul de comutaţie al chopperului şi/sau invertorului. CEM - CURS 11

25. NORME ŞI STANDARDE RELEVANTE CEM ÎN SISTEME DE TRANSPORT CEM - CURS 11

26. NORME ŞI STANDARDE RELEVANTE CEM ÎN SISTEME DE TRANSPORT • Principalele standarde şi norme europene în domeniul CEM a sistemelor de transport se referă la: • identificarea surselor de perturbaţii proprii sistemelor de transport; • identificarea mecanismelor de cuplaj prin care aceste perturbaţii se regăsesc la nivelul evetualilor receptorilor; • precizarea modului de măsură a emisiilor perturbative şi a imunităţii sistemelor de transport în ansamblu şi ale elementelor componente, respectiv ale subansamblurilor acestora; • stabilirea domeniilor de frecvenţă şi a limitelor perturbaţiilor electromagnetice în sisteme de transport. CEM - CURS 11

27. NORME ŞI STANDARDE RELEVANTE CEM ÎN SISTEME DE TRANSPORT • Directiva Comunităţii Europene 95/54/EC • emisii radiative ale vehiculelor cu propulsie pe bază de motoare cu ardere internă; • emisii radiative ale subansamblurilor electrice şi electronice aflate la bordul vehiculelor cu propulsie pe bază de motoare cu ardere internă. CEM - CURS 11

28. pentru vehicul în ansamblu: • acesta trebuie să fie situat într-o zonă de testare, la o distanţă de 3m, respectiv de 10m faţă de antena de recepţie; • motoarele trebuie turate la 1500 rot/min pentru motoare în mai mulţi cilindri şi la 2500 rot/min pentru motoare într-un cilindru; • antenele utiliate sunt polarizate atât în plan orizontal cât şi în plan vertical; • detectoarele aparatelor de măsură trebuie să fie detectoare de vârf sau de cuasivârf. CEM - CURS 11

29. se consideră că vehiculul se încadrează în normele europene dacă emisiile sunt cu 2 dB mai mici decât valorile din tabel; • la măsurătorile în bandă îngustă, se procedează la un test iniţial în domeniul 88MHz-108MHz şi dacă rezultatele nu depăşesc limitele impuse se consideră că vehiculul îndeplineşte normele stabilite. • zgomotul de fond trebuie măsurat şi înainte şi după măsurarea emisiilor şi trebuie să fie cu cel mult 10dB mai mic decât limitele impuse. CEM - CURS 11

30. pentru subansamblurile electrice şi electronice aflate la bordul vehicului: • subansamblul este în funcţiune, se alimentează de la sursă printr-o reţea artificială de 5H/50 şi este legat la pământ; • distanţa între subansamblu şi antenă trebuie să fie de 1 m; • se fac măsurători atât cu polarizare verticală, cât şi cu polarizare orizontală; • zgomotul de fond trebuie măsurat şi înainte şi după măsurarea emisiilor şi trebuie să fie cu cel mult 10dB mai mic decât limitele impuse • pentru măsurătorile în bandă îngustă se urmează acelaşi procedeu ca pentru vehicul în ansamblu. CEM - CURS 11

31. CISPR 25: Limite şi metode de măsură a perturbaţiilor radio în vederea protejării receptorilor de pe vehicul- se referă la emisiile datorate motoarelor electrice şi ale celor cu combustie internă care pot perturba receptorii proprii prin emisii radiative şi conductive. Standardul acoperă banda de frecvenţă 150 kHz-1GHz. • metode de măsură a emisiilor electromagnetice determinate de sistemele electrice ale vehiculului; • modul de testare a componentelor şi modulelor de pe vehicul; • limite ale emisiilor electromagnetice pentru componente şi sisteme electrice ale vehiculelor pentru a preveni perturbarea receptorilor de la bord. CEM - CURS 11

32. CISPR 26 1995: Interferenţe radio datorate sistemelor de transport pe cale ferată - se referă strict la sistemele de transport pe cale ferată şi se referă la identificarea surselor de perturbaţii şi mecanismelor de cuplaj în astfel de sisteme, prezentarea metodelor de testare şi precizarea limitelor admise 9kHz-300MHz pentru instalaţiile mobile, 9kHz-30MHz pentru instalaţiile fixe • categorii de teste: • teste staţionare, la care antena este plasată la 10m de cel mai apropiat conductor al reţelei de tracţiune • teste în mişcare, cu antena fixată pe un vehicul care se deplasează odată cu vehiculul testat. CEM - CURS 11

33. ENV 50121 1996: Aplicaţii în sistemele de transport pe cale ferată – compatibilitate electromagnetică - specifică: • limitele emisiilor electromagnetice determinate de sistemele de transport în ansamblu, în conformitate cu Directiva 89/336; • limitele emisiilor şi ale imunităţii echipamentelor componente ale sistemelor de transport, limite care trebuie să fie compatibile cu cele ale sistemului în ansamblu; • domeniul de frecvenţă acoperit: de la curent continuu la 400 GHz, uzual până la 1GHz. CEM - CURS 11