Transcript door Movares - EMC

Erwin Smulders, 3 oktober 2013, Eindhoven
Spoorwegen, een legacy systeem:
is bij toevoeging van een component EMC & safety nog gegarandeerd?
Een Portugese case study
Introductie
Dienstregeling
● Introductie Movares
● EMC in spoorwegland
o Legacy systeem
o Normkader
o Safety
● Portugal
● Refurbishment UTE
o Harmonischen
o Resonanties
● Homologatie LE4700
o Treindetectie
● Conclusies
● Vragen
Movares
Ons bureau
● Bureau van adviseurs & ingenieurs
● Omzet 2012 145,4 miljoen euro
● 1200 fte werkzaam
● Onze ambitie:
Wij willen hét bureau zijn van vormgevers voor een bereikbare
en leefbare omgeving
Movares
Onze klanten
Gemeenten
Infrabeheerders
Energie
Vervoerbedrijven
Aannemers
Provincies
en
Ministeries
Water
Vastgoed
Movares
Onze kernwaarde ‘betrokken’
● Betrokken bij de wereld waar
we in leven
● Betrokken bij de vraagstelling
van de klant
● Samenwerking met partners
● Bewust MVO
● Movares Foundation
● Meerderheid aandelen in
handen van medewerkers
30%
Movares
Lanschot
70%
Movares
Onze kernwaarde ‘vernieuwend’
● Innovatie zit in de genen van
Movares
● Innovatiestudio’s
o Zo veel mogelijk met
klanten
o Divisieoverstijgend en met
externe partners
o Bussinessgerelateerd
● Grensverleggend, creatief,
verrassend
Movares
Onze kernwaarde ‘duurzaam’
● Betrokken bij een
toekomstbestendige
samenleving
● Duurzaam ondernemend
o 5e trede CO2-ladder
o ISO 9001
o ISO 14001
o 100% neutrale
CO2-organisatie
● Sociale innovatie (proeftuinen)
Movares
Onze kracht
●
●
●
●
●
Integraal, specialistisch bureau; alle deskundigheid onder één dak
Veel ervaring in ‘bouwen met de winkel open’
Sterk in raakvlakmanagement
Excellent kennisnetwerk
Regionale kennis en context
Movares
Organogram
Railtechniek
Organogram
Bovenleiding
Elektrificatie
EMC
Portugal, case study
EMC in Spoorwegland
●
●
●
●
●
Spoorwegen stammen uit 19e eeuw
Complex systeem
Continu nieuwe systemen toegevoegd
Safety van groot belang
o SIL-4 systemen: THR 10-8 – 10-9 /h
Sinds liberalisering van de markt veel partijen:
o Overheid (NL Ministerie I & M)
o NoBo
o ISA
o TOC
o Infrastructuurbeheerder
o Leverancier
o Ingenieursbureau
o Testlaboratorium
Portugal, case study
EMC in Spoorwegland
● Normen
● EN 50121-1 t/m 5
o Radiated emission
● EN 50122-1 & 2
o Infra, geen materieel
● EN 50238
o Interactie materieel – treindetectie
o Procesnorm
● EN 50388
o Voedingssysteem
o Interactie materieel – voedingssysteem
o Procesnorm
Portugal, case study
EMC in Spoorwegland
EN 50388:
Proces is beschreven
Maar:
Niemand doet het !
Portugal, case study
EMC in Spoorwegland
Safety
● Mens
o Aanraakveiligheid
● Systemen
o Radiated emission
o Conducted emission
● Systeem interactie
o Treindetectie
o Treinbeinvloeding
o SIL-4 systemen
o Tractie-ebergievoorziening
o Overspanningen
Portugal, case study
EMC in Spoorwegland
● Refurbishment UTE Silicio
● Introductie (homologatie) LE 4700
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
●
●
●
●
●
●
Bestaand materieel
Nieuw interieur
Nieuwe cabine
Airco
Nieuwe tractie installatie
Homologatie proces niet noodzakelijk geacht,…
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Maar:
● Prototype lijkt OK
● Volledige introductie
● Overspanningen
● Defecten in Infra (transformatoren, overspanningsafleiders)
● Defecten in ander materieel
● Resonanties
Na lang aarzelen:
● Metingen
● Gestructureerde studie
Transformator
Pendoluso
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Spanningstransformatoren
BVL, 25 kV
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Tractie omvormer
● Schakelfrequentie 400 Hz
● Primaire harmonischen
750 Hz & 850 Hz
● Voedingssysteem soms
resonanties bij 850 Hz
● Resonanties tussen twee
UTE’s
● Vooral aan de “randen van
de dienstregeling”
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Oplossing:
● Kies andere schakelfrequentie
● Maar welke?
● Wellicht andere onderstations met problemen?
● Studie voor het hele Portugese net is gewenst
● Simulaties
Maar:
● Kloppen de simulaties?
● Metingen
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Simulaties
● SimspoG
● Multi conductor line model
● Carson-Pollaczek vergelijkingen
● Ontwikkeld voor 50 Hz
● Capaciteiten meenemen  hogere frequenties
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
● Complete Portugese net doorgerekend
● 21 onderstations
● ST, RT & AT-systeem
All Substations
100000
Impedance [Ohm]
10000
1000
100
10
1
100
1000
10000
Frequency [Hz]
Travagem South
Mortagua
Litém
Vila Franca de Xira South
Fogueteiro One Trafo
Ermidas
Travagem North
Gouveia
Rodão
Vila Franca de Xira North
Fogueteiro West
Santiago do Cacém
Irivo
Sobral
Abrantes
Quinta Grande
Fogueteiro East
Luzianes
Salreu South
Alfarelos South
Entroncamento South
Amadora West
Pegões
Tunes
Salreu North
Alfarelos North
Entroncamneto North
Amadora East
Monte Novo
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Vila Franca de Xira
10000
Probleem
Impedance [Ohm]
1000
South
100
North
10
1
100
1000
Frequency [Hz]
10000
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Fogueteiro
10000
OK !
Impedance [Ohm]
1000
One Trafo
100
West
East
10
1
100
1000
Frequency [Hz]
10000
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Metingen
● Met rollend materieel
● Injectie, off-line
● Injectie, on-line
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Metingen met rollend materieel
● Voordelen:
o Simpel
o Goedkoop
● Nadelen:
o Geen controle over frequenties
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Metingen met materieel
● Geen duidelijke vergelijking mogelijk
● Geeft wel vertrouwen in simulaties
180
4
Impedance (Ohm)
10
3
|Z| [Ohm]
10
2
10
Frequency (Hz)
1
10
3
10
Frequency [Hz]
OS Litem
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Off-line metingen
● Voordelen
o Simpel
o Frequentie goed instelbaar
● Nadelen
o Buitendienststelling
o Invloed HV-net
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Off-line metingen
catenary
Amp
V-Probe
1:1000
Over
voltage
protection
current clamp
running rails
Spectrum analyser
Oscilloscope
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Off-line metingen: Invloed HV-net
1E+4
Ohms
1E+3
1E+2
1E+1
With HV-Network
Without HV-Network
1E+0
1E+2
1E+3
1E+4
Frequency Hz
OS gevoed met 63 kV: invloed op 1e resonantie frequentie
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Off-line metingen
● OS gevoed met 150 kV en 220 kV: goede match
Z abs [Ohms]
1E+4
1E+3
Measurement
Simulation
1E+2
1E+1
1E+1
1E+2
1E+3
Frequency [Hz]
OS Rodão, 150 kV
1E+4
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
On-line metingen
● Voordelen
o Invloed HV-net meetbaar
● Nadelen
o Hoogspanning
o Complex
o Moelijker interpreteerbaar
o 50 Hz uitfilteren
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
On-line metingen
Frequentie & duty cycle
regelbaar
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
On-line metingen
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
60
50
Current [Apeak]
On-line metingen
40
30
20
10
On-Line Injection
0
1E+3
0
0,3
9
18
27
36
Order number harmonic
0,25
1E+2
Voltage
0,2
1E+1
0,15
1E+0
0,1
1E-1
0,05
1E-2
0
0
1000
2000
3000
4000
Frequency [Hz]
5000
6000
Current [A]
Voltage [V]
Current
45
54
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
On-line metingen
On-Line Injection
1E+4
Measurement
Simulation
Zabs [Ohm]
1E+3
1E+2
1E+1
1E+0
1E+2
1E+3
Frequency [Hz]
1E+4
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
On-line metingen
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Conclusies
● Simulaties zijn betrouwbaar
● 650 Hz is goede schakelfrequentie
● Ingevoerd
● Probleem opgelost!
Off-line gemeten
On-line gemeten
Substation
Abrantes
Alfarelos
Amadora
Entroncamento
Ermidas
Fogueteiro
Gouveia
Irivo
Litém
Luzianes
Monte Novo
Mortagua
Pegões
Quinta Grande
Rodão
Salreu
Santiago do Cacém
Sobral
Travagem
Tunes
Vila Franca de Xira
Supply
Voltage
[kV]
63
63
63
63
150
150
220
220
63
150
150
220
150
150
150
63
63
220
63
63
63
Installed
Power
[MVA]
10
2 × 16.2
2 × 16.2
2 × 10
12
20
16.2
20
10
12
12
16.2
16.2
16.2
16.2
2 × 16.2
12
16.2
2 × 16.2
12
2 × 16.2
Portugal, case study
Refurbishment UTE Silicio
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
●
●
●
●
●
●
●
●
●
Introductie van LE 4700 op REFER netwerk
Multi inzetbare loc (NL BR 189)
Reeds toegelaten in EU landen, DE, NL,…
Volledige homologatie
Eisen spec
Testplannen
Testen
ISA
NoBo
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Eisen pakket
Req. Description
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
EMC / Compatibility with Track Circuits
Radiated Emissions,Magnetic Fields, Immunity
Harmonic Content Injected on the Primary Network
4 Convel TOC
Train radio TOC
EMC / Telecommunications
EMC / Voltage on the panto when braking with
recuperative energy
Substation, EN 50388, resonances
Compatibility between Pantograph and Catenary
Running Behaviour
Forces on track
Dynamic Gauge
Primary and Secondary suspension
Wheel Profile
Track Gauge
Weight of locomotive
Anti-Slip / Slide Protection
Other requirements
19
20
21
Not used
Brake Distance
Noise Emission
Main checking authority
REFER
REFER
REFER
TOC/Manufacturer
TOC/Manufacturer
REFER
REFER
Scope of
ISA
yes
yes
yes
No
No
yes
yes
REFER
REFER
TOC/Manufacturer
TOC/Manufacturer
TOC/Manufacturer
TOC/Manufacturer
TOC/Manufacturer
TOC/Manufacturer
TOC/Manufacturer
TOC/Manufacturer
REFER
yes
yes
No
No
No
No
No
No
No
No
Yes if
used
TOC/Manufacturer
TOC/Manufacturer
No
No
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Configuraties:
● Enkel en dubbel tractie
● Normal mode
● 25 degraded
modes
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
● Radiated emission
cf EN 50121-3
● H-veld
● E-veld
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
● Radiated emission
● Quasi peak 150 kHz – 1 GHz
Passed
Travagem North
Alfarelos North
Fogueteiro One Trafo
Mortagua
Entroncamento North
Vila Franca de Xira South
Travagem South
Santiago do Cacém
Entroncamento South
Fogueteiro East
Salreu South
Monte Novo
Alfarelos South
Quinta Grande
Salreu North
Ermidas
Pegões
Vila Franca de Xira North
Gouveia
Litém
System stability
● Fogueteiro;
● Amadora;
● Irivo;
● Tunes;
● Rodão
Abrantes
Luzianes
Sobral
Amadora East
Rodão
Tunes
Irivo
Amadora West
Fogueteiro West
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Besluit TOC & leverancier: geen studie cf. EN 50388
Eis ISA: dan compatibiliteit aantonen middels testen
Getest & OK
Rodão overschrijdt limiet REN
normalised maxumum voltage
0,9
1
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
No. Name
1
FTGS 4/6
Remarks
Audio frequency,
coded, asymmetrical
No.
7
Name
ITE
Remarks
Symmetrical
2
FTGS 9/17
Audio frequency,
coded, asymmetrical
8
ER428
Level crossings
3
9
CSEE 8700 Hz Level crossings
4
Siemens 125
Asymmetrical
Hz
Ericson 125 Hz Asymmetrical
10
Axle counters
5
UM 71
Audio frequency,
coded¸ symmetrical
11
Electronic
pedal
6
Siemens DRS
un-coded d.c.
asymmetrical, only in
25 kV and diesel
areas
12
Siemens – 50
Hz
Alcatel AZA
type70/30
EFACEC
only in 1.5 kV d.c.
areas
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
● Normal mode & 25 degraded modes
o Meten van harmonischen 50 Hz – 20 kHz
o Diverse limieten, verschillende systemen
● Inrush
o Transienten
o panto-bouncing
o Schakelen
● Harmonischen OK
● Inrush probleem
● Transienten probleem
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
● 4096 mogelijkheden, 26 getest
● Driving cycles
o Stationary (limited time);
o Acceleration from stationary to maximum speed, 100 % traction effort;
o Braking from maximum speed to stationary, 100 % (electric) braking effort;
o Acceleration from stationary to maximum speed, 50 % traction effort;
o Braking from maximum speed to stationary, 50 % (electric) braking effort;
o Acceleration from stationary to maximum speed, with pulsating traction
effort (100% - 0% - 100%), with coasting at 45 km/h and 90 km/h;
o Braking from maximum speed to stationary, with pulsating (electric) braking
o effort (100% - 0% - 100%), with coasting at 90 km/h and 45 km/h;
o Acceleration from stationary to maximum speed, with pulsating traction
effort (50% - 0% - 50%), with coasting at 45 km/h and 90 km/h; Braking from
maximum speed to stationary, with pulsating (electric) braking effort (50% 0% - 50%), with coasting at 90 km/h and 45 km/h;
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
EB-SSL
DB-SSL
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
● Relais ten oprechte opbrengen: wrong side failure
● Relais ten onrechte afbrengen: normaliter right side failure
Maar:
● Indien volgorde dwang &
● Automatische Rijweg Instelling
● Relais dippen veiligheidskritisch
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
2
1
bt2
at1
bt4
at3
at5
bt6
at7
at9
3
ct1
ct3
Trein 1 heeft rijweg naar perronspoor, nadert sectie at1
Trein 2 heeft geen rijweg, maar moet naar sectie ct3
Trein 3 schakelt in
OS
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
2
bt2
1
at1
bt4
at3
at5
bt6
at7
at9
3
ct1
ct3
Sectie at9 dipt tgv inrush
Interlocking trekt rijweg trein 1 in, is afgereden
OS
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
2
bt2
1
at1
bt4
at3
at5
bt6
at7
at9
3
ct1
ARI stelt gewenste rijweg trein 2 in
Wissel at 3 loopt om
Wissel at 7 loopt om
ct3
OS
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
2
bt2
1
at1
bt4
at3
at5
bt6
at7
at9
3
ct1
Interlocking geeft rijweg vrij
ct3
OS
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
2 bt2
1
at1
bt4
at3
at5
bt6
at7
at9
3
ct1
Trein 2 gaat rijden
ct3
OS
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
2 bt2
1
at1
bt4
at3
at5
bt6
at7
at9
3
ct1
Mogelijk resultaat:
Wissel omlopen onder trein
Flank botsing
ct3
OS
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
2 bt2
1
at1
bt4
at3
at5
bt6
at7
at9
3
ct1
Mogelijk resultaat:
Wissel omlopen onder trein
Flank botsing
ct3
OS
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie Intermezzo
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
● Oude systemen
● Weinig kennis aanwezig
o Inrush
o transienten
● Siemens 125 Hz
● Ericson 125 Hz
● ER 428
● DRS
Daarom systemen doormeten !
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
● Bepaal maximale inrush van loc
● Bepaal overdrachtsfunctie spoor  relais
● Simulaties
● Metingen
● Meet gevoeligheid relais
● Model opstellen inrush  overdrachtsfunctie  relais  contacten
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
● Meten van relais
Amplifier 1
Laptop with
labview
application
DA- converter
Laptop with
labview
lap
application
AD- converter
A/D & DA
converter
lap
Amplifier 2
track phase
Oscilloscope
DRS Relay
Amplif ier
Siemens
125
Hz
lap
relay
local phase
pick-up
d.c
Current measurement
Voltage measurement
d.c. lap
source
Transformer
lap
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
● Siemens 125 Hz
Siemens 125 Hz
1
0,9
Gabarit
Current [A]
0,8
Transients measured
0,7
Main Switch
0,6
0,5
0,4
relay up
0,3
relay down
0,2
0,1
0,01
0,1
1
10
Time duration [s]
Niet OK !
100
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
● DRS
Niet OK !
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
● Overdrachtsfunctie meten
Approximately 500 m
measurement
location
I
I in
II
station
R
I out
III
IV
V
Estação Torre de Gadanha
Km 75,222
= track circuit
= cross bond
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Treindetectie
● Overdrachtsfunctie
● Metingen & simulaties
Metingen en simulaties komen overeen !
Portugal, case study
Homologatie LE 4700
Samenvatting
● Meeste eisen OK
● Treindetectie problemen
● Harmonischen richting REN probleem
Oplossing
● Tijdelijke toelating met restricties
● Filter bij OS Rodão wordt overwogen
● Geen aanpassing in materieel
● Inbouwen van vertragingsrelais bij DRS, 125 Hz
● Nu permanente toelating
Portugal, case study
EMC in Spoorwegland
Conclusies
● Spoorwegen zijn legacy systemen
● Vaak ontbreekt kennis van componenten
● Veel stakeholders , vaak lastig
● Bij toevoegen van component is safety niet gegarandeerd
● EU cross-acceptance veelal niet mogelijk
● EMC + EMC  EMC
● Zorgvuldige inpassing nieuwe elementen is noodzaak
Movares
EMC in Spoorwegland
Just when I knew the answer
they were changing the question!