5. Stoorstroomanalyse en beoordelingsmethode voor spoorvoertuigen
[Regeling vervallen per 01-05-2020]
5.1. Optelregels voor meervoudige stoorbronnen in één ‘verstorende eenheid’
[Regeling vervallen per 01-05-2020]
De gehele trein vormt, met betrekking tot verstoring van spoorstroomkringen, één ’verstorende
eenheid’ (IU). Alle grenswaarden voor stoorstromen die in deze bijlage genoemd worden,
zijn geldig voor één IU.
Een trein kan bestaan uit meerdere tractie-eenheden (TU), vaak gemodelleerd als één
stoorbron. Elke tractie-eenheid wordt gevoed vanuit één stroomafnemer. Eén TU kan
zijn:
-
– een locomotief
-
– een elektrisch treinstel, met één of meer tractie-installaties of motorwagens
-
– een complete reizigerstrein, bestaande uit maximaal 16 rijtuigen.
Het aantal TU’s dat één IU vormt, is afhankelijk van het type spoorvoertuig en zijn
inzet. Daarom valt de definitie van dergelijke aantallen buiten de scope van deze
bijlage. De afbeelding toont enkele voorbeelden van diverse typen en samenstellingen
van tractie-eenheden, die samen één ‘verstorende eenheid’ vormen.
Figuur 3 – samenstelling van tractie-eenheden
Engelse tekst
|
Vertaling
|
1 Loc + Freight train
|
1 locomotief + goederentrein
|
2 Locs + Freight train
|
2 locomotieven + goederentrein
|
1 Loc + Pass. train
|
1 locomotief + reizigerstrein
|
1 EMU
|
1 elektrisch treinstel
|
2 EMU’s
|
2 elektrische treinstellen
|
4 Locomotives
|
4 locomotieven
|
De meting van de totale harmonische stroom van een trein is moeilijk, aangezien een
true-fase optelling van signalen van verscheidene sensoren, ook voor hogere frequenties,
nodig is. Om het goedkeuringsproces voor deze gevallen te vereenvoudigen, wordt de
stoorstroom van slechts één TU gemeten, en met een factor K vermenigvuldigd om de
totale stroom voor N eenheden af te leiden. Om K te bepalen moet onderscheid gemaakt
worden tussen de volgende drie typen harmonischen:
Tabel 1 – Optelregels
Gesynchroniseerd met gemeenschappelijke referentie
|
Gesynchroniseerd met onafhankelijke klokken
|
Geen correlatie
|
K = N
|
K = f(N)
(zie figuur en noot 1)
|
K = √N
|
Synchronisatie met
– gemeenschappelijke interne klok
– of AC lijnspanning
|
Synchronisatie met
– onafhankelijke klokken
– motor hoek positie
|
Geen synchronisatie
|
Voorbeelden:
– harmonische van het onderstation
– sprongen in de lijnspanning
– niet-interlaced PWM harmonischen synchroon met AC lijnspanning
|
Voorbeelden:
– harmonische van vaste frequentie PWM
– motor invertor harmonische met alleen faseafhankelijke motor hoek positie
|
Voorbeelden:
– hogere order harmonische, afhankelijk van converter parameters
– verstoring door stuiteren van de stroomafnemer, spanningssluizen, onderbrekingen
|
Figuur 4 – K factor
Engelse tekst
|
Vertaling
|
Synchronised to common reference
|
Gesynchroniseerd met gemeenschappelijke referentie
|
Synchronised to independent clocks
|
Gesynchroniseerd met onafhankelijke klokken
|
Completely uncorrelated
|
Geen correlatie
|
De overeenkomstige numerieke waarden zijn:
Table 2 – K factor
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
1
|
1.95
|
2.76
|
3.38
|
3.86
|
4.27
|
4.63
|
4.98
|
5.30
|
5.60
|
5.90
|
6.17
|
6.44
|
6.68
|
6.91
|
7.12
|
1
|
1.41
|
1.73
|
2.00
|
2.23
|
2.45
|
2.65
|
2.82
|
3.00
|
3.16
|
3.32
|
3.46
|
3.61
|
3.74
|
3.87
|
4.00
|
Welke van deze drie categorieën van toepassing is, moet worden beoordeeld voor elke
frequentieband waarvoor grenswaarden zijn bepaald. De beoordeling kan op het algemene
ontwerp van de tractie-eenheid en het overheersende verstoringmechanisme voor elke
frequentieband worden gebaseerd, en vergt geen extra metingen. Het is niet mogelijk
om een algemene frequentiegrens te geven waarboven de niet-synchronisatie van toepassing
is. Dit hangt van de technologie van de invertors, andere componenten en hun besturing
af en is aan technologische ontwikkelingen onderhevig.
Voor multiple tractie van twee of meer TU’s met systematische interlacing tussen PWM
patronen (met betrekking tot AC lijnspanning of een gemeenschappelijke klok), kan
de gedeeltelijke of volledige eliminatie van sommige harmonische worden bereikt. Dergelijke
gevallen moeten afzonderlijk worden behandeld, nochtans kan K nooit kleiner zijn dan
1. Als de gedeeltelijke of volledige eliminatie van harmonische wordt geëist, moet
de correcte werking van de interlacing door metingen worden aangetoond. Speciale aandacht
moet aan degraded modes of verschillen in werkingspunten tussen TU’s worden gegeven,
waar de eliminatie van harmonische onvolledig zou kunnen zijn.
De optelregels voor harmonische die door diode en fasehoek gecontroleerde convertors
worden geproduceerd, worden behandeld volgens UIC 550.
Noot: waarden K voor volledig niet correlerende harmonische zijn gelijk aan de vierkantswortel
van aantal eenheden N. Numeriek komen deze waarden overeen met het 99% percentiel
van de som van N fasoren met willekeurige lengte tussen 0 en 1 en willekeurige fase
(d.w.z. de absolute waarde van de som van N dergelijke fasoren is kleiner dan of gelijk
aan K = F (N) met 99% waarschijnlijkheid). Voor waarden K van gesynchroniseerde harmonische
worden gegevens verwerkt op de zelfde manier, maar met N fasoren met lengte 1 en willekeurige
fase. Dit geeft weer dat de harmonische die aan onafhankelijke klokken worden gesynchroniseerd
gelijke omvang kunnen hebben, maar bijna nooit samenvallen met stijgend aantal N.
Optelregels hoeven niet beschouwd te worden als emissies van de ‘stoorbron’ worden
gemeten.
5.2. DC-tractie:
[Regeling vervallen per 01-05-2020]
In het geval van gelijkstroomtractie moet rekening gehouden worden met harmonische
frequenties als gevolg van het rectificerende proces. Over het algemeen zijn dit harmonische
van 50Hz die met 6, 12, 18, etc.... worden vermenigvuldigd, zodat rekening gehouden
moet worden met 300Hz, 600Hz ....enz.
In het geval dat het DC-onderstation weinig stroom levert, zullen de gelijkrichterdioden
als modulator werken. Vandaar: indien een trein een stroom met een frequentie van
bijv. 225 Hz produceert, kan dit resulteren in een stroom van 75 Hz als gevolg van
het modulatieproces.
Dit fenomeen leidt tot eisen ten aanzien van stromen met frequentiebanden rond 25
Hz, 125 Hz, 175 Hz, 225Hz, 375Hz, 525Hz en 675Hz.
5.3. Eisen aan infrastructuur tijdens de metingen
[Regeling vervallen per 01-05-2020]
De harmonische metingen met een tractie-eenheid moeten op een spoorweginfrastructuur
met geschikte kenmerken worden gedaan zoals hieronder bepaald. Als aan alle infrastructuurvereisten
is voldaan, is een herhaling van de harmonische metingen met dezelfde tractie-eenheid
op andere spoorweginfrastructuren met hetzelfde voedingssysteem niet meer nodig (1500
V gelijkstroom, 15 kV 16.7 Hertz, 25 kV 50 Hertz) (wederzijdse erkenning).
De eisen aan de infrastructuur moeten ervoor zorgen dat de testtrein onder representatieve
omstandigheden op de elektrische interfaces tussen infrastructuur en trein gemeten
wordt (stroomafnemer/wielen). Dit betreft:
-
– Spanningsspectrum: correcte vertegenwoordiging van de invloed van andere treinen en/of
onderstation/frequentieomvormers
-
– Impedantie/resonanties voeding: versterking of vermindering van geproduceerde harmonische
De volgende eisen aan de infrastructuur zijn van toepassing voor harmonische metingen
die voor wederzijdse erkenning geschikt zijn:
AC voeding (15 kV, 16.7 Hz alsook 25 kV, 50 Hz):
-
– Metingen zowel dichtbij het onderstation als ver verwijderd van het onderstation (minimaal
20 km)
-
– Metingen zowel op open lijn als op een gebied met grotere geconcentreerde elektrische
capaciteit (b.v. grote stations, of tunnels met kabels)
-
– De laagste voedingsresonantie moet gelijk zijn aan of lager dan 80% van de laagste
centrumfrequentie van een audiofrequentie spoorstroomkring
-
– De testritten moeten uitgevoerd worden op verschillende secties van een netwerk met
verschillende numerieke waarden voor de resonanties. Dit kan worden bereikt door minimaal
door drie fasesecties van verschillende lengte te rijden in een 50-Hertz netwerk
-
– Andere voertuigen op hetzelfde net kunnen aanwezig zijn of niet, aangezien hun invloed
in de meeste gevallen te verwaarlozen is. Uitzondering: situatie met capacitieve input
impedantie/lange kabels op het dak.
-
– Geïsoleerde netwerken mogen niet gevoed worden door een statische frequentie omzetter
(hoewel zonder betekenis in de meeste gevallen, zou dit eisen ten aanzien van spoorvoertuigen
en statische omzetters kunnen mengen en de interpretatie van resultaten bemoeilijken)
DC voeding (1500 V):
-
– Metingen zowel dichtbij het onderstation als ver verwijderd van het onderstation (minimaal
7 km voor 1500-V systemen)
-
– Metingen zowel op open lijn als op een gebied met grotere geconcentreerde elektrische
capaciteit (b.v. grote stations, of tunnels met kabels);
-
– Voor 75 Hz beïnvloeding wordt ervan uitgegaan dat geen resonanties optreden.
-
– Het netwerk moet minstens uit drie verschillende voedingssecties met scheidingen daartussen,
moeten bestaan, leidend tot sprongen in de lijnspanning bij passage met tractie.
-
– Voeding vanuit een onderstation met 6-puls gelijkrichter zonder uitgangsfilter moet
meegenomen worden.
-
– Er zijn geen eisen voor de aanwezigheid van andere voertuigen of specifieke configuraties
van de 75Hz spoorstroomlopen.
-
– Het is gebruikelijk dat de 75Hz stoorstroomproductie gemeten wordt op infrastructuur
waarin geen 75Hz bronnen aanwezig zijn, het baanvak wordt daarvoor buiten dienst genomen
en de GRS detectie apparatuur wordt uitgeschakeld.
Geïsoleerde netwerken en testringen bieden in beginsel alleen vaste resonantiecondities
die mogelijk niet aan de eisen voldoen. Nochtans is het aanvaardbaar om de resonantiecondities
van een testring te wijzigen om aan de eisen te voldoen, bijvoorbeeld door het schakelen
of anders configureren van extra hoogspanningskabels.
Tractie-eenheden die verschillende softwareconfiguraties hebben voor één voedingssysteem,
bijvoorbeeld om aan de stoorstroomeisen van twee verschillende landen te voldoen,
kunnen nog steeds op slechts één netwerk worden getest zolang er geen spoorstroomkringen
zijn geïnstalleerd die in conflict komen met één van de configuraties van de tractie-eenheid.
Anders moeten enkele testen op een andere infrastructuur zonder een dergelijk conflict
worden gedaan.
Alle testen moeten zodanig gepland worden dat de herhalingen van operationele parameters,
zoals versnelling, niet op dezelfde locatie worden gedaan. Een goede mix van de invloed
van inzet en infrastructuur zal een beter algemeen beeld geven van de toekomstige
inzet van het spoorvoertuig.