現代鐵路實施電磁相容性管理的重要性及其試驗方法
姚雲清
德國萊因TÜV大中華區 交通服務 副總經理
軌道電磁相容性(EMC)測試專家,EMC領域經驗超過15年,於2002年開始活躍在多國的EMC、無線電射頻 ( RF ) 測試服務領域。帶領的鐵路團隊為超過60個軌道專案進行EMC測試及顧問諮詢。專案地域橫跨世界各大城市,包括中國、泰國、馬來西亞、巴西、阿根廷、伊朗…等。
一、前言
軌道交通在我們日常生活中的重要性日益凸顯,現代社會高度仰賴城市間的高鐵、動車以及城市區域間的地鐵、輕軌等作為聯絡與運輸的工具。為滿足高運輸量的需求,同時帶來更便捷快速的出行體驗,現代軌道系統採用大量的電氣系統集成,應用半自動與全自動的運輸管理模式,讓整個軌道系統更加安全與可靠。同時,對軌道系統的EMC管理也帶來更高的管理要求。
軌道交通環境中,需要考慮到EMC設備廣泛且複雜,基本上涵蓋了所有軌道環境中使用的電氣設備。電磁現象是自然現象,通過有效的EMC管理可達到降低電磁現象引起的隱患。以下簡單闡述EMC管理的操作。
二、什麼是EMC :瞭解EMC的定義
歐盟最新指令2014/30/EU中,對於EMC有以下的定義:設備能夠滿足在電磁環境中正常工作的能力,並且在相同的電磁環境中不會影響其他設備工作的性能。簡單來說,EMC需要限制設備自身對外界電磁干擾的強度,也同時要求設備對電磁干擾的抗擾度能力。因此,EMC的兩項特徵就是「電磁干擾」和「電磁抗擾度」。
電磁干擾是任何可能引起設備性能減損的現象;電磁抗擾度是設備對於電磁干擾環境下還能正常工作的性能要求。在電路設計中若沒有良好的EMC管理,將引發一些非預期的信號衍生干擾,而過度的電磁干擾,將對自身以及其它設備系統造成性能減損;設備缺乏足夠的電磁抗擾設計能力將導致設備工作異常,並加速設備損耗等問題。
三、EMC 的影響:認識EMC管理的必要性
瞭解EMC的定義與特徵,可以知道由於EMC的干擾,將會導致系統設備工作異常以及系統設備損耗等問題,並且可能會引起安全隱患。因此實施有效的EMC管理尤其必要。
軌道交通上需要管理EMC的設備廣泛且複雜,涵蓋了所有軌道環境中使用的電氣設備。在基礎設備系統上,包含了車輛系統、信號系統、供電系統、通信系統、監控系統、乘客資訊系統、月臺門系統、閘機系統…等。在車輛系統上,包含了牽引系統及輔助電源系統、車載通信系統、車載信號系統、制動系統、門系統、空調系統、以及乘客資訊系統…等。所有應用電氣技術的設備都要考慮EMC的管理要求。
要實現良好的EMC管理要求,必須由車輛研發商(車輛廠)、運營業主和協力廠商共同的合作,從而建立一個完整的EMC管理系統。通過這個管理系統, 可以有效實現各個階段的EMC管理要求。
四、實施EMC 的管理:EMC的試驗與認證方法
軌道電氣系統的設計方案需要考慮並滿足軌道相關的EMC標準要求。要確認設計方案是否符合降低電磁干擾, 同時又提升電磁抗擾的能力。由於電磁現象的特性是無形, 唯有設備受到影響後才會被察覺, 在系統生產完成後,需要通過逐項的EMC試驗確認設計方案的有效性, 並實施具體的改善措施。因此,EMC的試驗與認證是管理EMC的有效方法。EMC的試驗與認證可以由以下方法完成:
1. 子系統設備的EMC試驗與驗證
子系統設備的試驗與驗證需要通過實驗室的暗室設備,在受控良好的電磁環境下進行。試驗項目包含了輻射發射、傳導發射、靜電抗擾度、射頻電場的抗擾度、電快速瞬變脈衝抗擾度、浪湧抗擾度、射頻傳導抗擾度以及工頻磁場抗擾度等,以確認設備符合軌道子系統設備的EMC要求。
2. 整車級的EMC試驗與驗證
整車級的試驗與驗證需要在鐵路現場的電磁環境下進行,由於現場的電磁環境無法被控制,因此需要通過良好的技術管控與經驗判斷實施。試驗項目包含整車級輻射發射試驗、整車級傳導發射試驗、車內低頻磁場發射試驗、車輛對計軸器探頭試驗、靜電放電抗擾試驗、射頻電場的抗擾度試驗、開關瞬態脈衝抗擾度試驗以及電快速瞬變脈衝抗擾度試驗等,以確認整車級符合軌道車輛的EMC要求。
五、結語
通過良好的鐵路EMC的管理,從設計方案到生產與營運,逐項實施EMC試驗與驗證,滿足系統EMC的要求,將能夠提高軌道交通的可靠性和安全性,降低電磁現象引起的設備損害率和故障率,減少並消除EMC對系統安全的隱患,防範於未然。同時,它提高企業的設計能力與營運優勢,與國際間能力要求接軌,達到國際水準,提升鐵路企業的實力與競爭優勢。
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