PERTURBAII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA CEM

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

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

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

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

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA ØLinia 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 ØTransformatoarele 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 5

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

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

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA ØPerturbaţii electromagnetice capacitive d d 2 L C LC CLC, LE LE LE b c d 1 CLC, CLE, 0 0 d 3 b c (a) (b) Sistemul linie de contact (LC) – linie electrică de joasă tensiune (LE). CEM - CURS 11 8

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA OBSERVATIE. Pentru valori numerice uzuale în tracţiunea electrică feroviară de c. a. monofazat : b= 6. 5 m; c= 6 m; rfc = 6 mm; ULC = 25 KV si d = 10 m , 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. ØCa măsuri de reducere a influenţei electrostatice a LC asupra LE de joasă tensiune din vecinătate, izolată faţă de pământ: vintroducerea LE în cablu ecranat; vmărirea distanţei d dintre LC si LE; vmicşorarea înălţimii faţă de sol, c, a LE; vplasarea unui conductor de protecţie legat la pământ în apropierea LE sau între LC şi LE. CEM - CURS 11 9

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

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA v. 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 11

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

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

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

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA v. Pentru reducerea influenţei inductive a circuitului de tracţiune asupra circuitelor de joasă tensiune din vecinătate se utilizează : ümărirea distanţei între cele două circuite; üecranarea în cablu a LE de joasă tensiune; üegarea 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; ümontarea în circuitele de joasă tensiune a unor transformatoare de separare. CEM - CURS 11 15

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA ØPerturbaţii electromagnetice conductive: vperturbaţii conductive între circuite de alimentare, alimentare de exemplu, perturbaţiile care apar în circuitele de semnalizare şi control care se inchid pe şinele de cale vcuplaj galvanic între circuite de alimentare şi circuite de punere la pământ, 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 vcuplaj galvanic datorat curenţilor vagabonzi CEM - CURS 11 16

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA ØPerturbaţii conductive între circuite de alimentare, Bloc de sine IS 1 ZS 1 e 1 Sina de cale 1 ZE ISemnalizare Sina de cale 2 ZS 2 IS 2 E ZR e 2 R Circuit de semnalizare Curentul perurbator asupra circuitului de semnalizare: CEM - CURS 11 17

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

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA v. Protecţia împotriva electrocoroziunii prin curenţi de dispersie se realizează prin: üMetode 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); üMetode 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. üconductoare între instalaţia metalică îngropată şi şina CR. CEM - CURS 11 19

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA D 1 A RN L R 2 D 2 Celula de drenaj electric pentru reducerea curenţilor vagabonzi. F 2 F 1 R 1 Şina metalică a CR Instalaţie metalică îngropată ØCelula redresoare care evită pericolul de electrocoroziune în cazul inversării sensului curenţilor vagabonzi. ØPentru protecţia la supratensiuni accidentale a CR se înseriază un dispozitiv de protecţie între şina CR şi postul de drenaj (fuzibilul F 1 şi eclatorul cu vârfuri F 2). ØPentru limitarea curentului de drenaj se înseriază rezistenta R 1 Øpentru ca legătura să nu constituie o punere la pământ se înseriază o bobină de reactantă L 1. CEM - CURS 11 20

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

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA Ø prin perturbaţii conductive, v 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 k. Hz. În plus, v 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 22

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA Ø prin perturbaţii 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 23

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA Ø 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 24

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

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

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

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

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

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

q. 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 k. Hz-1 GHz. Ømetode de măsură a emisiilor electromagnetice determinate de sistemele electrice ale vehiculului; Ømodul de testare a componentelor şi modulelor de pe vehicul; Ølimite ale emisiilor electromagnetice pentru componente şi sisteme electrice ale vehiculelor pentru a preveni perturbarea receptorilor de la bord. CEM - CURS 11 31

q. 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 9 k. Hz-300 MHz pentru instalaţiile mobile, 9 k. Hz-30 MHz pentru instalaţiile fixe Øcategorii de teste: vteste staţionare, la care antena este plasată la 10 m de cel mai apropiat conductor al reţelei de tracţiune vteste în mişcare, cu antena fixată pe un vehicul care se deplasează odată cu vehiculul testat. CEM - CURS 11 32

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