Pomiary EMC pojazdów kolejowych zgodnie z normą EN 50121 – metody, aparatura i automatyzacja
Środowisko kolejowe należy do najbardziej wymagających pod względem kompatybilności elektromagnetycznej. Silniki trakcyjne, przekształtniki energoelektroniczne i sieć trakcyjna generują silne zakłócenia, które mogą negatywnie wpływać na pracę systemów sterowania ruchem, urządzeń telekomunikacyjnych oraz elektroniki pokładowej i przytorowej. Norma EN 50121 ustanawia limity emisji i poziomy odporności elektromagnetycznej, stanowiąc podstawę prawną i techniczną przy projektowaniu, badaniach oraz certyfikacji urządzeń kolejowych w Unii Europejskiej.
Struktura normy i zakres pomiarowy
Dla pomiarów EMC pojazdów kolejowych bezpośrednie znaczenie mają cztery części normy: PN-EN 50121-1 (postanowienia ogólne), PN-EN 50121-2 (oddziaływanie systemu kolejowego na otoczenie), PN-EN 50121-3-1 (tabor – pociąg i kompletny pojazd) oraz PN-EN 50121-3-2 (tabor – aparatura).
Część EN 50121-2 definiuje limity emisji zaburzeń pochodzących ze szlaku kolejowego i podstacji energetycznych, określa metody pomiarowe dla taboru w ruchu oraz precyzuje wymagania dotyczące aparatury. Norma wyróżnia trzy zakresy częstotliwości: zakres B (150 kHz–30 MHz) z szerokością pasma RBW 9 kHz, zakres C (30 MHz–300 MHz) z RBW 120 kHz oraz zakres D (300 MHz–1 GHz) z RBW 120 kHz. Wymagania te wynikają bezpośrednio z normy EN 55016-1-1 (CISPR 16-1-1). Do pomiarów w zakresie B stosuje się antenę pętlową lub ramową do pomiaru natężenia pola magnetycznego (np. FMZB 1519C firmy Schwarzbeck), w zakresie C – antenę dwustożkową do pomiaru pola elektrycznego (np. BBA9106), a w zakresie D – antenę logarytmiczno-periodyczną (np. VULP 9118A). W praktyce zakresy C i D można obsługiwać jedną anteną hybrydową, np. VULB 9163 firmy Schwarzbeck (30 MHz–1 GHz).
Część EN 50121-3-1 określa dopuszczalne poziomy emisji dla wszystkich typów taboru, w tym pojazdów miejskich. Norma nie przewiduje badań odporności dla kompletnego pojazdu. Wprowadza natomiast dwa typy pomiarów emisji: dla zespołu trakcyjnego na postoju z użyciem detektora quasi-szczytowego oraz dla pociągów w ruchu z małą prędkością z użyciem detektora szczytowego metodą skanowania. Zalecane prędkości testowe wynoszą (20±5) km/h dla pojazdów miejskich i (50±10) km/h dla kolei dalekobieżnych.
Ograniczenie liczby przejazdów testowych dzięki odbiornikom TDEMI
Tradycyjne podejście z wykorzystaniem analizatorów widma wymagało wielokrotnego podziału pasma na podzakresy, ponieważ czas przemiatania całego pasma był zbyt długi dla wiarygodnego pomiaru podczas jednego przejazdu. W efekcie konieczne było przeprowadzenie łącznie dziewięciu przejazdów testowych.
Odbiorniki serii TDEMI M i M+ (producent: GAUSS INSTRUMENTS), wyposażone w przetwornik analogowo-cyfrowy o paśmie 1 GHz i opcję TD_EN50121, umożliwiają pomiar całego pasma częstotliwości podczas jednego przejazdu. Całkowita liczba wymaganych przejazdów zostaje tym samym zredukowana z dziewięciu do trzech: jeden dla zakresu B (150 kHz–30 MHz) i dwa dla zakresu C/D (30 MHz–1 GHz) – odpowiednio dla polaryzacji pionowej i poziomej anteny. Odbiornik jest w pełni zgodny z EN 55016-1-1 i przystosowany do pracy autonomicznej dzięki wbudowanym bateriom. Bezpośrednio po przejeździe pociągu oprogramowanie umożliwia natychmiastową ocenę wyników względem dopuszczalnych limitów emisji, przy czym współczynniki antenowe, tłumienności kabli i wzmocnienia przedwzmacniacza wczytuje się bezpośrednio z konfiguracji stanowiska pomiarowego.
Zautomatyzowana ocena wyników i generowanie raportów
Norma EN 50121 wymaga oddzielenia zaburzeń otoczenia od emisji własnej pojazdu. Oprogramowanie A_EN50121 firmy GAUSS INSTRUMENTS realizuje ten proces w sposób w pełni zautomatyzowany: pozwala zaimportować pomiary tła elektromagnetycznego (wykonane na torach bez pojazdu), porównać je z emisją pojazdu w ruchu i przeprowadzić ocenę zgodności z normą. Wynikiem jest kompletny raport zawierający osobno zestawione zaburzenia otoczenia i emisję pojazdu szynowego. Oprogramowanie oferuje również eksport danych w dodatkowych formatach oraz prezentację spektrogramową do zaawansowanej analizy zmian emisji w czasie.
Odbiorniki TDEMI® obsługują ponadto pomiary komponentów i podsystemów kolejowych. Równoległy pomiar detektorami Quasipeak i CISPR-AVG w zakresie 150 kHz–30 MHz zajmuje zaledwie kilka sekund, podobnie jak pomiar w zakresie 30 MHz–1 GHz. Tryb spektrogramu w czasie rzeczywistym, spełniający wymagania CISPR 16-1-1, umożliwia ciągłą rejestrację charakterystyki emisji badanego urządzenia bez przerw w akwizycji danych.
Pomiary EMC taboru kolejowego zgodnie z normą EN 50121 wymagają precyzyjnie dobranej aparatury oraz znajomości wymagań normatywnych. Zastosowanie odbiorników TDEMI M/M+ w połączeniu z oprogramowaniem TD_EN50121 i A_EN50121 pozwala zredukować liczbę wymaganych przejazdów testowych do trzech, skrócić całkowity czas badań i zautomatyzować proces analizy oraz raportowania wyników, co bezpośrednio przekłada się na obniżenie kosztów certyfikacji taboru. Opisane rozwiązania dostępne są za pośrednictwem firmy ASTAT, która pełni rolę dostawcy aparatury pomiarowej oraz zapewnia wsparcie techniczne w zakresie wdrożenia i realizacji badań EMC zgodnych z normą EN 50121.
Źródło: ASTAT
Więcej na astat.pl
