PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE TRACTIUNE ELECTRICA

1
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA
2
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA
Datorate instalatiilor fixe
Datorate instalatiilor mobile
conductive
radiative
3
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• INSTALATII FIXE DE TRACTIUNE ELECTRICA

4
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Convertoarele din substatii
• Emisiile electromagnetice ale redresoarelor din
  substatii se refera la aparitia curentilor de
  comutatie si la armonicile injectate în linia de
  contact
• Spectrul de variatie este afectat si de
• asimetria sau neechilibrul în circuitul
  redresorului, generând componente armonice mici
  la toate armonicile de frecvente utile
• amplitudini diferite ale tensiunilor de faza,
  cauzând producerea de armonici pare ale
  frecventei utile
• conditii de operare anormale sau neobisnuite,
  precum situatiile de defect

5
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Linia trifazata de alimentare a substatiilor de
  tractiune este subiectul unor efecte fizice
  precum efectul Corona, produs de întreruperea
  câmpului electric în apropierea conductoarelor si
  de întreruperea locala datorata microarcurilor
  electrice la contactele metalice sau la
  suprafatele izolatoare
• Transformatoarele din substatii introduc aceste
  efecte în reteaua de tractiune pe lânga
  introducerea armonicilor superioare datorate
  formelor de unda distorsionate ale tensiunii de
  alimentare

6
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Linia de contact si sinele de cale transmit
  puterea la si de la vehiculele de tractiune si
  pot genera sau mari perturbatiile
  electromagnetice, prin
• prezenta curentilor vagabonzi si modificarea
  sarcinii vehicului de tractiune, care determina
  aparitia unor câmpuri magnetice neechilibrate în
  vecinatatea trenului
• variatia în timp a curentului de tractiune în
  linie poate actiona ca un generator de câmp
• aparitia unor tensiuni perturbatoare, datorate
  portiunilor comune de circuit

7
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Exemple de perturbatii datorate instalatiilor
  mobile (propulsia si convertoarele statice
  auxiliare de pe vehicolele de tractiune electrice
  )
• Pot injecta armonici de audiofrecventa generate
  de modularea semnalului de catre componentele de
  electronica de putere, în linia de tractiune
• Se produc radiatii în radiofrecventa datorita
  modificarilor rapide ale curentului si tensiunii
  în întreruptoare si în dispozitivele de comutatie
  
• Producerea de câmpuri apropiate sau indepartate
  datorita procesului de captare a curentului la
  interfata dintre catenara (LC) si pantograf

8
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Perturbatii electromagnetice capacitive

9
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA
OBSERVATIE. Pentru valori numerice uzuale în
tractiunea electrica feroviara de c.a. monofazat
b 6.5m c 6m rfc 6mm ULC 25 KV si d
10m , rezulta ULE 1.56 KV, adica o tensiune
electrica suficient de mare pentru a provoca
intrarea în functiune a aparatelor de protectie
de pe LE de joasa tensiune. O asemenea influenta
electrostatica perturbatoare apare mai ales în
regimul tranzitoriu de punere sub tensiune a LC
din reteaua de tractiune electrica.

• Ca masuri de reducere a influentei electrostatice
  a LC asupra LE de joasa tensiune din vecinatate,
  izolata fata de pamânt
• introducerea LE în cablu ecranat
• marirea distantei d dintre LC si LE
• micsorarea înaltimii fata de sol, c, a LE
• plasarea unui conductor de protectie legat la
  pamânt în apropierea LE sau între LC si LE.

10
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Perturbatii electromagnetice inductive datorate
  unei LC de c.a.

Linie de contact de c.a.
Linie electrica
Sina de cale
Pamant
11
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Tensiunea electromotoare indusa in linia electrica

?,ILC - pulsatia, respectiv valoarea efectiva a
curentului de tractiune l lungimea de
cvasiparalelism a sistemului linie de contact
linie electrica  M - inductanta mutuala lineica
între cele doua circuite( circuit de tractiune-
LE de joasa tensiune), ca functie de configuratia
sistemului, k - coeficient reductor al t.e.m. dat
de k kskcke,unde ks -coeficient datorat
curentilor indusi în instalatiile metalice la sol
sau îngropate din vecinatate (0.2-0.9) kc -
coeficient datorat curentilor indusi în mantaua
si armatura LE în cablu ( 0.5) ke - factor de
ecranare datorat prezentei în apropierea LC a
unor corpuri aflate la potentialul pamântului.
12
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Perturbatii electromagnetice inductive datorate
  unei LC de c.c. (determinate de armobnicele
  superioare ale curentului de tractiune)

Sina de contact
Sine de cale
13
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Tensiunea electromotoare indusa in sinele de cale

? este una din armonicele superioare ale
curentului redresat de tractiune
14
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA
Bloc de sine fara vehicul
Bloc de sine cu vehicul
Functionarea circuitului de semnalizare si
control la sisteme de tractiune cu ghidare pe
sine metalice
15
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Pentru reducerea influentei inductive a
  circuitului de tractiune asupra circuitelor de
  joasa tensiune din vecinatate se utilizeaza
• marirea distantei între cele doua circuite
• ecranarea în cablu a LE de joasa tensiune
• egarea la sina metalica a CR a LE de joasa
  tensiune si a echipamentelor aferente amplasate
  la distante mai mici de 5 m de axa CR, respectiv
  legarea la prize de pamânt a celor mai
  îndepartate
• montarea în circuitele de joasa tensiune a unor
  transformatoare de separare.

16
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Perturbatii electromagnetice conductive
• perturbatii conductive între circuite de
  alimentare, de exemplu, perturbatiile care apar
  în circuitele de semnalizare si control care se
  inchid pe sinele de cale 
• cuplaj galvanic între circuite de alimentare si
  circuite de punere la pamânt, asa numitul cuplaj
  prin bucla de pamântare acesta apare întotdeauna
  când tensiunile de mod comun provoaca curenti
  nedoriti prin puneri la pamânt multiple ale
  conductorului de referinta, ale ecranului
  cablurilor si ale carcaselor aparatelor, etc
• cuplaj galvanic datorat curentilor vagabonzi

17
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Perturbatii 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
18
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Perturbatii conductive datorate curentilor
  vagabonzi

19
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• Protectia împotriva electrocoroziunii prin
  curenti de dispersie se realizeaza prin
• Metode pasive, care asigura fie concentrarea unei
  fractiuni cât mai mari a curentului de retur prin
  sinele metalice ale CR (sudarea sau eclisarea
  electrica a joantelor, cresterea rezistentei
  electrice sina-sol pâna la o valoare limita), fie
  prin evitarea patrunderii curentilor vagabonzi în
  instalatiile metalice îngropate (izolarea lor cu
  învelisuri protectoare izolante)
• Metode active, care urmaresc redistribuirea
  judicioasa a câmpului de curenti de dispersie cu
  scopul imprimarii unui potential catodic
  protectiv pe zone cât mai extinse ale
  instalatiilor metalice îngropate. Una din
  metodele cele mai des utilizate este cea a
  drenajului electric, care consta în realizarea
  unei legaturi între instalatia metalica îngropata
  si punctul de racord al fiderului de întoarcere
  la sina CR. Astfel, curentii de dispersie, în cea
  mai mare parte, sunt drenati pe cale electrica
  prin legatura.
• conductoare între instalatia metalica îngropata
  si sina CR.

20
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA
Celula de drenaj electric pentru reducerea
curentilor vagabonzi.

• Celula redresoare care evita pericolul de
  electrocoroziune în cazul inversarii sensului
  curentilor vagabonzi.
• Pentru protectia la supratensiuni accidentale a
  CR se înseriaza un dispozitiv de protectie între
  sina CR si postul de drenaj (fuzibilul F1 si
  eclatorul cu vârfuri F2).
• Pentru limitarea curentului de drenaj se
  înseriaza rezistenta R1
• pentru ca legatura sa nu constituie o punere la
  pamânt se înseriaza o bobina de reactanta L1.

21
PERTURBATII 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

22
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• prin perturbatii conductive,
• la frecventa de lucru a chopperului sau
  armonicele acesteia (respectiv subarmonicele
  generate de chopper atunci când functioneaza cu
  frecventa de tact sub cea nominala, în perioada
  de demaraj a vehiculului electric) invadeaza
  banda de frecventa în care opereaza echipamentul
  circuitului de cale aceste perturbatii pot fi
  evitate prin functionarea circuitului de cale fie
  la frecventa industriala, fie la audiofrecvente
  de ordinul kHz. În plus,
• la anumite viteze ale vehiculului electric,
  componentele alternative pot avea frecventa de 50
  Hz si, ca urmare, pot interfera electromagnetic
  cu semnale utile din circuitele conexe de
  semnalizare si telecomunicatii de frecventa
  industriala. De aceea, în filtrul tampon se
  înglobeaza, uzual, un circuit rezonant L-C,
  acordat pe frecventa de 50 Hz

23
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• prin perturbatii inductive, datorita plasarii
  sistemului de propulsie cu chopper sau/ invertor
  dedesubtul vehiculului electric, circuitul de
  cale aflându-se, astfel, sub înlantuirea
  magnetica a bobinelor (de filtrare, de netezire,
  de oscilatie, de limitare a pantei de crestere a
  curentului) din circuitul de forta al vehiculului
  electric si sub actiunea câmpurilor magnetice de
  dispersie ale cablurilor de legatura din acest
  circuit limitarea zgomotelor electromagnetice
  induse în circuitul de cale se realizeaza prin
  ecranarea cu tabla de otel silicios sau de cupru
  a bobinelor (îndeosebi a celor de netezire si
  oscilatie), prin utilizarea cablurilor de
  conexiune ecranate si torsadate, prin înglobarea
  în aluminiu sau otel a carcasei echipamentului de
  forta a chopperului, etc

24
PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SISTEME DE
TRACTIUNE ELECTRICA

• datorita circuitului electric al chopperului
  si/sau invertorului , în care sunt comutati
  curenti de sute de amperi în cateva ?s, vehiculul
  electric cu convertoare pot perturba, prin
  radiatie electromagnetica circuitele de
  telecomunicatii din vecinatate. Reducerea
  acestora se obtine utilizând un filtru de
  paraziti radio, în serie cu filtrul tampon si
  bobine toroidale în circuitul de comutatie al
  chopperului si/sau invertorului.

25
NORME SI STANDARDE RELEVANTE CEM ÎN SISTEME DE
TRANSPORT
26
NORME SI STANDARDE RELEVANTE CEM ÎN SISTEME DE
TRANSPORT

• Principalele standarde si norme europene în
  domeniul CEM a sistemelor de transport se refera
  la
• identificarea surselor de perturbatii proprii
  sistemelor de transport
• identificarea mecanismelor de cuplaj prin care
  aceste perturbatii se regasesc la nivelul
  evetualilor receptorilor
• precizarea modului de masura a emisiilor
  perturbative si a imunitatii sistemelor de
  transport în ansamblu si ale elementelor
  componente, respectiv ale subansamblurilor
  acestora
• stabilirea domeniilor de frecventa si a limitelor
  perturbatiilor electromagnetice în sisteme de
  transport.

27
NORME SI STANDARDE RELEVANTE CEM ÎN SISTEME DE
TRANSPORT

• Directiva Comunitatii Europene 95/54/EC

• emisii radiative ale vehiculelor cu propulsie pe
  baza de motoare cu ardere interna
• emisii radiative ale subansamblurilor electrice
  si electronice aflate la bordul vehiculelor cu
  propulsie pe baza de motoare cu ardere interna.

28

• pentru vehicul în ansamblu

• acesta trebuie sa fie situat într-o zona de
  testare, la o distanta de 3m, respectiv de 10m
  fata de antena de receptie
• motoarele trebuie turate la 1500 rot/min pentru
  motoare în mai multi cilindri si la 2500 rot/min
  pentru motoare într-un cilindru
• antenele utiliate sunt polarizate atât în plan
  orizontal cât si în plan vertical
• detectoarele aparatelor de masura trebuie sa fie
  detectoare de vârf sau de cuasivârf.

29

• se considera ca vehiculul se încadreaza în
  normele europene daca emisiile sunt cu 2 dB mai
  mici decât valorile din tabel
• la masuratorile în banda îngusta, se procedeaza
  la un test initial în domeniul 88MHz-108MHz si
  daca rezultatele nu depasesc limitele impuse se
  considera ca vehiculul îndeplineste normele
  stabilite.
• zgomotul de fond trebuie masurat si înainte si
  dupa masurarea emisiilor si trebuie sa fie cu cel
  mult 10dB mai mic decât limitele impuse.

30

• pentru subansamblurile electrice si electronice
  aflate la bordul vehicului

• subansamblul este în functiune, se alimenteaza de
  la sursa printr-o retea artificiala de 5?H/50? si
  este legat la pamânt
• distanta între subansamblu si antena trebuie sa
  fie de 1 m
• se fac masuratori atât cu polarizare verticala,
  cât si cu polarizare orizontala
• zgomotul de fond trebuie masurat si înainte si
  dupa masurarea emisiilor si trebuie sa fie cu cel
  mult 10dB mai mic decât limitele impuse
• pentru masuratorile în banda îngusta se urmeaza
  acelasi procedeu ca pentru vehicul în ansamblu.

31

• CISPR 25 Limite si metode de masura a
  perturbatiilor radio în vederea protejarii
  receptorilor de pe vehicul - se refera la
  emisiile datorate motoarelor electrice si ale
  celor cu combustie interna care pot perturba
  receptorii proprii prin emisii radiative si
  conductive. Standardul acopera banda de frecventa
  150 kHz-1GHz.

• metode de masura a emisiilor electromagnetice
  determinate de sistemele electrice ale
  vehiculului
• modul de testare a componentelor si modulelor de
  pe vehicul
• limite ale emisiilor electromagnetice pentru
  componente si sisteme electrice ale vehiculelor
  pentru a preveni perturbarea receptorilor de la
  bord.

32

• CISPR 26 1995 Interferente radio datorate
  sistemelor de transport pe cale ferata - se
  refera strict la sistemele de transport pe cale
  ferata si se refera la identificarea surselor de
  perturbatii si mecanismelor de cuplaj în astfel
  de sisteme, prezentarea metodelor de testare si
  precizarea limitelor admise

9kHz-300MHz pentru instalatiile mobile,
9kHz-30MHz pentru instalatiile fixe

• categorii de teste
• teste stationare, la care antena este plasata la
  10m de cel mai apropiat conductor al retelei de
  tractiune
• teste în miscare, cu antena fixata pe un vehicul
  care se deplaseaza odata cu vehiculul testat.

33

• ENV 50121 1996 Aplicatii în sistemele de
  transport pe cale ferata compatibilitate
  electromagnetica - specifica
• limitele emisiilor electromagnetice determinate
  de sistemele de transport în ansamblu, în
  conformitate cu Directiva 89/336
• limitele emisiilor si ale imunitatii
  echipamentelor componente ale sistemelor de
  transport, limite care trebuie sa fie compatibile
  cu cele ale sistemului în ansamblu
• domeniul de frecventa acoperit de la curent
  continuu la 400 GHz, uzual pâna la 1GHz.