TCVN 12090-2:2017 EN 50121-2:2015 Ứng dụng đường sắt-Tương thích điện từ-Phần 2: Độ phát xạ của hệ thống đường sắt ra môi trường

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12090-2:2017

EN 50121-2:2015

ỨNG DỤNG ĐƯỜNG SẮT - TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ - PHẦN 2: ĐỘ PHÁT XẠ CỦA HỆ THỐNG ĐƯỜNG SẮT RA MÔI TRƯỜNG BÊN NGOÀI

Railway applications - Electromagnetic compatibility - Part 2: Emission of the whole railway system to the outside world

Lời nói đầu

TCVN 12090-2: 2017 hoàn toàn tương đương với EN 50121-2: 2015.

TCVN 12090-2: 2017 do Cục Đăng kiểm Việt Nam biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

ỨNG DỤNG ĐƯỜNG SẮT - TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ - PHẦN 2: ĐỘ PHÁT XẠ ĐIỆN TỪ CỦA HỆ THỐNG ĐƯỜNG SẮT RA MÔI TRƯỜNG BÊN NGOÀI

Railway applications - Electromagnetic compatibility - Part 2: Emission of the whole railway system to the outside world

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này xác định môi trường điện từ của toàn bộ hệ thống đường sắt, bao gồm cả hệ thống đường sắt đô thị và hệ thống đường sắt nhẹ. Trong đó mô tả phương pháp đo để kiểm chứng mức độ phát xạ điện từ và đưa ra giá trị theo biểu đồ của các trường điện từ thường gặp.

Tiêu chuẩn này cũng quy định các giới hạn phát xạ điện từ của toàn bộ hệ thống đường sắt ra môi trường bên ngoài.

Các thông số phát xạ điện từ được lấy theo các điểm đo cụ thể được quy định trong Điều 5. Tiêu chuẩn này giả định những giá trị phát xạ điện từ này tồn tại ở tất cả các điểm trong mặt phẳng thẳng đứng cách 10 m so với tim đường ray điện khí, hoặc cách 10 m so với hàng rào trạm biến áp.

Ngoài ra, các khu vực ở trên và dưới hệ thống đường sắt cũng có thể bị ảnh hưởng bởi độ phát xạ điện từ, do đó phải xem xét từng trường hợp cụ thể.

Các quy định cụ thể trong tiêu chuẩn này được sử dụng cùng với các quy định chung trong TCVN 12090-1 (EN 50121-1).

Đối với các tuyến đường sắt hiện có, giả thiết mọi sự phù hợp với các yêu cầu phát xạ điện từ của tiêu chuẩn TCVN 12090-3-1 (EN 50121-3-1), TCVN 12090-3-2 (EN 50121-3-2), TCVN 12090-4 (EN 50121-4) và TCVN 12090-5 (EN 50121-5) cũng sẽ đảm bảo phù hợp với các giá trị phát xạ điện từ được đưa ra trong tiêu chuẩn này.

Đối với các hệ thống đường sắt xây dựng mới, áp dụng tối ưu nhất là phải phù hợp các giới hạn phát xạ điện từ đưa ra trong tiêu chuẩn này (được xác định trong kế hoạch EMC theo TCVN 12090-1).

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu ghi năm công bố thì áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

TCVN 12090-1:2017 (EN 50121-1), Ứng dụng đường sắt - Tương thích điện từ - Phần 1: Tổng quan;

EN 55016-1-1:2010, Specification for radio disturbance and immunity measuring appratus and methods - Part 1-1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus - Measuring apparatus (Yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị đo và phương pháp đo nhiễu và miễn nhiễm tần số rađiô - Phần 1-1: Thiết bị đo nhiễu và miễn nhiễm tần số rađiô - Thiết bị đo) (CISPR 16-1-1:2010).

EN 55016-1-4:2010, Specification for radio disturbance and immunity measuring appratus and methods - Part 1-4: Radio disturbance and immunity measuring apparatus - Antennas and test sites for radiated disturbance measurements (Yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị đo và phương pháp đo nhiễu và miễn nhiễm tần số rađiô - Phần 1-4: Thiết bị đo nhiễu và miễn nhiễm tần số radio - Anten và vị trí thử nghiệm dùng để đo nhiễu bức xạ) (CISPR 16-1-4:2010).

IEC 60050-161, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) (từ vựng điện kỹ thuật quốc tế).

3  Thuật ngữ, định nghĩa và viết tắt

3.1  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau

3.1.1

Thiết bị (apparatus)

Một sản phẩm điện hoặc điện từ mà chức năng chính của nó được sử dụng trong việc cấu thành một hệ thống đường sắt cố định.

3.1.2

Môi trường (environment)

Các đối tượng hoặc khu vực xung quanh có thể ảnh hưởng đến sự hoạt động của hệ thống và/hoặc có thể bị ảnh hưởng bởi hệ thống đang xem xét.

3.1.3

Trạm biến áp đường sắt (railway substation)

Tổng thành lắp đặt có chức năng chính là chuyển đổi điện áp (và trong một số trường hợp là chuyển đổi tần số) của hệ thống cung cấp chính thành điện áp, tần số phù hợp để cấp điện cho đường dây tiếp xúc.

3.1.4

Phương tiện giao thông đường sắt (rolling stock)

Bao gồm các phương tiện động lực kéo tàu và các đoàn tàu đường sắt, kể cả các phương tiện đô thị sử dụng trong thành phố.

3.2  Từ viết tắt

4  Giới hạn phát xạ điện từ

4.1  Phát xạ điện từ của hệ thống đường sắt mở trong quá trình tàu vận hành

Các giới hạn phát xạ điện từ nằm trong dải tần số từ 150 kHz đến 1 GHz được đưa ra trong Hình 1 và phương pháp đo được quy định tại Điều 5.

Phụ lục B đưa ra các giá trị tham khảo cho các giá trị trường điện từ tối đa điển hình có thể xuất hiện ở tần số cơ bản của các hệ thống điện khác nhau. Các giá trị này phụ thuộc nhiều vào các tham số hình học và vận hành thu được từ đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng.

Không thể tiến hành các thử nghiệm hoàn chỉnh bằng cách dò giá trị tựa đỉnh, theo các lý do được đưa ra trong Phụ lục A.

Có thể có các trường hợp các sóng vô tuyến hoặc các ứng dụng ngoài đường sắt có các tần số làm việc ở dưới 150 kHz hoạt động gần hệ thống đường sắt. Kế hoạch quản lý EMC phải đề cập đến cả những trường hợp này, và có thể tham khảo các giá trị đưa ra trong Phụ lục tham khảo C về mức độ phát xạ điện từ phù hợp từ hệ thống đường sắt ở các tần số làm việc này. Do đó không thể đảm bảo được sự vận hành hoạt động mà không bị nhiễu điện từ.

4.1.1  Phát xạ điện từ tần số vô tuyến từ các trạm biến áp đường sắt

Độ phát xạ nhiễu điện từ tần số vô tuyến phát ra từ trạm biến áp đường sắt vào môi trường được đo theo phương pháp quy định tại Điều 5 không được vượt quá các giới hạn trong Hình 2.

Các giới hạn này được xác định là các giá trị tựa đỉnh và độ rộng băng thông là những giá trị sử dụng trong EN 55016-1-1:

Khoảng cách 10 m quy định trong Điều 5 phải được đo từ hàng rào của trạm biến áp. Nếu không có hàng rào, phải thực hiện đo khoảng cách 10 m từ tổng thành thiết bị hoặc từ bề mặt ngoài của tường trạm nếu được làm kín.

Phải áp dụng giới hạn và khoảng cách đo như trên đối với các loại thiết bị lắp đặt cố định khác như các máy biến áp tự động.

Có thể có các trường hợp các sóng vô tuyến hoặc các ứng dụng ngoài đường sắt có các tần số làm việc ở dưới 150 kHz hoạt động gần hệ thống đường sắt. Kế hoạch quản lý EMC phải đề cập đến cả những trường hợp này, và có thể tham khảo các giá trị đưa ra trong Phụ lục tham khảo D về mức độ phát xạ điện từ phù hợp từ hệ thống đường sắt ở các tần số làm việc này, do đó không thể đảm bảo được sự vận hành hoạt động mà không bị nhiễu điện từ.

5  Phương pháp đo phát xạ điện từ từ phương tiện đang di chuyển và các trạm biến áp

CHÚ THÍCH: Phương pháp đo được hiệu chỉnh theo EN 55016-2-3 cho hệ thống đường sắt có phương tiện di chuyển và các trạm biến áp. Cơ sở của phương pháp đo được đưa ra trong Phụ lục A.

5.1  Các thông số đo chung và cụ thể

5.1.1  Các thông số đo chung

5.1.1.1  Dải tần số

Sử dụng dải tần số và độ rộng băng thông ở -6 dB cho các phép đo phù hợp với EN 55016-1-1.

Bao gồm

Có thể chọn độ rộng băng thông khác cho các phép đo giá trị đỉnh theo EN 55016-1-1. Phải ưu tiên đo dữ liệu theo độ rộng băng thông khuyến nghị.

5.1.1.2  Độ không đảm bảo đo

Sai số của thiết bị đo phải phù hợp với với các yêu cầu trong EN 55016-1-1 và EN 55016-1-4.

Theo phương pháp đo, độ suy giảm tại hiện trường tiêu chuẩn có thể được bỏ qua trong quá trình đánh giá độ chính xác phép đo.

5.1.1.3  Loại ăng-ten

Để đo được toàn bộ dải tần số, yêu cầu ăng-ten có các thiết kế khác nhau. Thiết bị đo điển hình được mô tả dưới đây:

- Đối với tần số từ 150 kHz - 30 MHz, sử dụng ăng-ten khung hoặc vòng để đo từ trường H (xem hình 3);

- Đối với tần số từ 30 MHz - 300 MHz, sử dụng ăng-ten lưỡng cực côn hai đầu để đo điện trường E (xem hình 4);

- Đối với tần số từ 300 MHz -1,0 GHz, sử dụng ăng-ten ghi định kỳ để đo điện trường E (xem hình 5).

Đối với các phép đo trong dải tần số từ 30 MHz đến 1 GHz, có thể sử dụng kết hợp các ăng-ten.

Sử dụng các hệ số hiệu chuẩn ăng-ten để chuyển đổi điện áp tại thiết bị thành cường độ trường điện từ.

5.1.1.4  Khoảng cách và chiều cao đo

Khoảng cách khuyến nghị của ăng-ten đo đến tim đường ray có phương tiện đang di chuyển (đường thử nghiệm) là 10 m. Trong trường hợp sử dụng ăng-ten ghi định kỳ, khoảng cách 10 m được đo theo đường trung tâm của mặt đo.

Khoảng cách khuyến nghị của các ăng-ten đo khi đo độ phát xạ điện từ của trạm biến áp là 10 m, tính từ hàng rào phía ngoài của trạm, ở điểm giữa của 3 mặt, ngoại trừ mặt đối diện hệ thống đường sắt, trừ khi khoảng cách tới mặt này lớn hơn 30 m tính từ tim của đường ray điện khí gần nhất. Trong trường hợp này, phải đo cả 4 mặt. Nếu chiều dài của mặt phía trạm biến áp là trên 30 m, phải thực hiện các phép đo bổ sung ở các góc.

Khi khoảng cách các ăng-ten không phải là 10 m, các kết quả có thể được chuyển đổi theo giá trị tương đương 10 m bằng công thức dưới đây:

E₁₀ = E_x + n . 20. log₁₀ (D/10)

Trong đó

E₁₀ là giá trị tại 10 m

E_x là giá trị đo tại D m

n là hệ số lấy theo Bảng 1 dưới đây

Bảng 1 - Hệ số chuyển đổi n

Các giá trị đo (tại khoảng cách tương đương 10 m) không được vượt quá các giới hạn được đưa ra trong Hình 3 cho điện áp hệ thống thích hợp.

Không cần thực hiện đo đạc cho các hệ thống đường sắt ngầm toàn bộ, không có khu đoạn lộ ra ngoài (do không có đối tượng nào nằm bên ngoài hệ thống này bị ảnh hưởng).

Chiều cao trên mặt quy chiếu của đường tâm ăng-ten phải nằm trong dải từ 1,0 m đến 2,0 m cho các ăng-ten khung vòng, và từ 2,5 m đến 3,5 m tính từ đường tâm của ăng-ten đo có tần số trên 30 MHz. Chỉ cần một giá trị chiều cao đo nằm trong dải trên là đủ và không cần thiết thực hiện các phép đo với các chiều cao ăng-ten khác trong dải này. Phải ghi lại chiều cao lựa chọn trong báo cáo thử nghiệm

Mặt quy chiếu của trạm biến áp là mặt đất.

Mặt quy chiếu của các đoàn tàu đang di chuyển là mặt trên ray.

Nếu chiều cao thực tế của đất tại vị trí gắn ăng-ten chênh so với mặt trên ray quá 0,5 m, phải ghi lại giá trị thực tế trong báo cáo thử nghiệm.

Chấp nhận các giá trị nhỏ hơn giá trị tuyệt đối lớn nhất ở một vài tần số do vị trí ăng-ten bị cố định.

5.1.1.5  Các giá trị đo

Các giá trị đo được tính như sau:

- dBμA/m đối với từ trường,

- dBμV/m đối với điện trường.

Tính toán các giá trị thu được bằng cách sử dụng các hệ số ăng-ten thích hợp và công thức chuyển đổi.

5.1.1.6  Vị trí ăng-ten và hướng

Mặt phẳng của ăng-ten vòng phải ở vị trí sao cho đo được thành phần nằm ngang của từ trường vuông góc với đường ray tương ứng theo tường của trạm biến áp. Ăng ten lưỡng cực côn 2 đầu phải được đặt theo trục thẳng đứng và nằm ngang. Ăng-ten ghi định kỳ phải được bố trí sao cho đo được các tín hiệu phân cực thẳng đứng và nằm ngang, với các ăng-ten được hướng về phía đường ray tương ứng theo tường của trạm biến áp.

Vị trí thử nghiệm nên tránh mọi vật thể làm thay đổi các đặc tính của trường điện từ như vị trí bẻ ghi, tường và dưới cầu.

Hình 3, 4, 5 thể hiện ví dụ về vị trí và cách bố trí thẳng đứng các ăng-ten cho các phép đo trên đường.

5.1.1.7  Môi trường tạp xung quanh

Tại thời điểm bắt đầu và kết thúc chuỗi thử nghiệm, phải ghi lại độ nhiễu điện từ xung quanh.

Nếu tại các tần số cụ thể hoặc trong dải tần số cụ thể, độ nhiễu xung quanh lớn hơn giá trị giới hạn 6 dB, khi đó không cần xét các phép đo tại các tần số này. Các tần số này phải được ghi lại trong báo cáo thử nghiệm.

5.1.2  Thông số đo của đoàn tàu đang chạy

Mục này tổng hợp các điều kiện cụ thể đối với các phép đo phương tiện đang di chuyển

Không nhất thiết tiến hành 2 thử nghiệm để kiểm tra cả 2 mặt của phương tiện giao thông đường sắt, kể cả khi có các tổng thành thiết bị khác nhau ở 2 mặt, do trong phần lớn các trường hợp, cường độ trường điện từ là do sự phát xạ của bộ lấy điện trên cao chứ không phải là do hướng phát xạ từ đoàn tàu. Đối với các hệ thống có ray thứ 3, phải thực hiện các phép đo ở cùng mặt bên với ray này.

- Sử dụng phương pháp đo giá trị đỉnh. Khoảng thời gian duy trì tần số lựa chọn phải đủ để có thể đọc được giá trị chính xác. Khoảng thời gian này là tính năng được thiết lập khi đo và giá trị khuyến nghị là 50 ms.

- Độ nhiễu điện từ có thể không đạt được giá trị lớn nhất khi phương tiện kéo đi qua điểm đo, nhưng có thể xuất hiện khi phương tiện ở khoảng cách xa. Do đó, việc thiết lập phép đo phải chủ động về khoảng thời gian duy trì đủ trước và sau khi phương tiện đi qua, từ đó đảm bảo đo được mức độ nhiễu điện từ lớn nhất.

- Trong trường hợp các hệ thống đường sắt trên cao, nếu không thể đạt được các chiều cao ăng-ten quy định ở trên, chiều cao của đường tâm ăng-ten có thể tính từ mặt đất thay vì mặt trên ray. Phải sử dụng công thức chuyển đổi trong 5.1.1.4, trong đó D là khoảng cách nghiêng giữa đoàn tàu và ăng-ten. Đoàn tàu phải nhìn thấy được từ vị trí của ăng-ten và trục của ăng-ten phải được nâng cao để hướng trực tiếp vào đoàn tàu. Khuyến nghị khoảng cách đo là 30 m tính từ tim đường ray đối với các hệ thống đường sắt trên cao. Phải ghi lại chi tiết các bố trí trong báo cáo thử nghiệm.

- Nếu các thử nghiệm được tiến hành ở hệ thống đường sắt cấp điện trên cao, điểm đo phải ở chính giữa các cột đỡ đường dây tiếp xúc trên cao và không thuộc vị trí gián đoạn của đường dây tiếp xúc. Có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong hệ thống cấp điện trên cao ở tần số vô tuyến, khi đó cần sự thay đổi các giá trị tần số đo đã được chọn. Nếu có xảy ra hiện tượng cộng hưởng, phải ghi lại hiện tượng này trong báo cáo thử nghiệm

Độ phát xạ điện từ tần số vô tuyến sẽ bị ảnh hưởng bởi tình trạng của hệ thống cấp điện cho hệ thống đường sắt. Sự chuyển đổi của các trạm cấp điện và các công việc tạm thời sẽ ảnh hưởng đến sự phản hồi của hệ thống. Do đó, cần ghi lại điều kiện của hệ thống trong báo cáo thử nghiệm và tất cả các thử nghiệm tương tự nên được tiến hành trong cùng ngày làm việc (nếu có thể). Trường hợp hệ thống đường sắt được cung cấp điện qua ray cấp điện bên đường, vị trí thử nghiệm nên cách xa ít nhất 100 m tính từ khoảng trống giữa các ray, để tránh lọt vào các trường điện từ quá độ khi đóng và ngắt bộ phận tiếp điện. Ray dẫn điện và các ăng-ten phải ở cùng một phía của đường.

- Hiện trường thử nghiệm sẽ không phải là hiện trường lý tưởng do bị ảnh hưởng bởi các kết cấu trên cao, ray và cần lấy điện. Các ăng-ten phải được lắp đặt cách đủ xa các đối tượng phản xạ nếu có thể. Nếu gần đường dây điện cao áp HV (không phải là các đường dây thuộc phạm vi mạng lưới đường sắt), các đường dây này không nên ở gần quá 100 m so với hiện trường thử nghiệm.

5.1.3  Thông số đo của trạm biến áp đường sắt

Mục này tổng hợp các điều kiện cụ thể khi đo các trạm biến áp.

Cấu hình thử nghiệm: Hệ thống cấp điện cho hệ thống đường sắt có cấu tạo hình học đặc biệt. Do đó cần phải tiến hành đo độ phát xạ điện từ ở cấu hình cấp điện của hệ thống này.

- Phụ tải trạm biến áp: Đặc tính của các các trạm biến áp đường sắt là tải có thể có thay đổi lớn trong thời gian ngắn. Do độ phát xạ điện từ có thể liên quan tới tải, phụ tải thực tế của trạm biến áp phải được ghi lại trong quá trình thử nghiệm độ phát xạ điện từ.

- Mỗi phép đo phải bắt đầu bằng cách quét từ giá trị đỉnh. Nếu các giới hạn bị vượt quá do trạm biến áp, khi đó cần thực hiện phép đo giá trị tựa đỉnh trong toàn bộ dải tần số cụ thể có các giới hạn bị vượt quá. Chú ý rằng, không thể tái lập lại một cách chính xác tình trạng của tải trong quá trình đo với nhiễu này, do đó tình trạng tải nên chọn tương đương.

5.2  Phương pháp thu thập

5.2.1  Tổng quan

Độ nhiễu điện từ phát sinh từ mạng đường sắt, bao gồm cả các phương tiện giao thông đường sắt đang vận hành sẽ được đo theo 2 phương pháp

1) Phương pháp tần số cố định

2) Phương pháp quét tần số

Phải lựa chọn phương pháp đo theo chế độ hoạt động của phương tiện (xem 5.4.2), phụ thuộc vào tốc độ đoàn tàu.

- Khi thử nghiệm ở tốc độ cao, phải tính tới các yếu tố sau đây:

Có thể sử dụng phương pháp tần số cố định do phương pháp này cho phép giám sát liên tục ở từng tần số.

Cho phép sử dụng các phương pháp thay thế nếu chu kỳ quét tương đương tối thiểu phải như giá trị quy định trong Bảng 2, các giá trị này đủ ngắn để phát hiện ra nguồn di động.

Giá trị này sẽ đảm bảo đo được các kết quả theo tần số ở tối thiểu từng 5 m di chuyển của đoàn tàu.

Ở tốc độ cao hơn, phương pháp quét tần số kết hợp phân tích phổ có thể không thực hiện được nhưng kỹ thuật chuyển đổi Fourier FFT có thể khả thi. Thiết bị đo phải phù hợp với EN 55016-1-1.

Bảng 2 - Chu kỳ quét

- Khi phương tiện di chuyển ở tốc độ thấp hơn với công suất định mức lớn nhất (xem 5.4.2), phải sử dụng phương pháp quét tần số.

5.2.2  Phương pháp tần số cố định

Phương pháp tần số cố định gồm các phép đo độ phát xạ bức xạ điện từ chỉ ở một vài tần số (khuyến nghị lấy ít nhất 3 tần số trong mỗi 10 đơn vị) sử dụng chế độ chuẩn không (zero span) của máy phân tích phổ hoặc thiết lập bộ nhận tín hiệu đo ở tần số được kiểm tra.

Phải lựa chọn các tần số cố định theo độ nhiễu điện từ xung quanh, ví dụ: trong các khu vực có trường điện từ xung quanh là thấp nhất.

Phải thực hiện việc đo cường độ trường điện từ cho từng tần số trong quá trình đi qua ăng-ten của đoàn tàu.

5.2.3  Phương pháp quét tần số

Trong kỹ thuật quét tần số, dải tần số phải được chia nhỏ thành một số dải nhỏ hơn theo tốc độ của đoàn tàu để có được thời gian quét tương ứng khi so sánh theo tốc độ đoàn tàu.

Phải tiến hành đo cường độ trường điện từ ở từng dải nhỏ trong quá trình đoàn tàu đi qua ăng-ten. Phải sử dụng chế độ quét mức lớn nhất (max hold) của máy phân tích phổ.

5.3  Các hiện tượng quá độ

Trong quá trình thử nghiệm, có thể phát hiện ra các hiện tượng quá độ do chuyển mạch, ví dụ như các hiện tượng gây ra bởi sự hoạt động của cầu dao mạch công suất. Các hiện tượng này cần được bỏ qua khi lựa chọn cường độ tín hiệu lớn nhất cho thử nghiệm.

5.4  Các điều kiện đo

5.4.1  Điều kiện thời tiết

Để giảm thiểu các tác động có thể của thời tiết đến các giá trị đo được, nên thực hiện các phép đo ở thời tiết khô (sau 24 h không có mưa rơi quá 0,1 mm), nhiệt độ tối thiểu 5 °C, và tốc độ gió nhỏ hơn 10 m/s.

Độ ẩm nên đủ thấp để chống đọng hơi nước ở các bộ tiếp điện nguồn.

Do cần phải lập kế hoạch các thử nghiệm trước khi biết được các điều kiện thời tiết, các thử nghiệm sẽ được tiến hành ở điều kiện thời tiết hiện tại. Trong những trường hợp này, phải ghi lại các điều kiện thời tiết thực tế trong báo cáo thử nghiệm.

5.4.2  Các chế độ vận hành hệ thống đường sắt

Hai điều kiện thử nghiệm được quy định cho các chế độ kéo là:

a) Đo tại tốc độ lớn hơn 90% tốc độ khai thác lớn nhất, (để đảm bảo rằng động năng của bộ lấy điện ảnh hưởng tới cường độ nhiễu điện từ) và ở công suất lớn nhất có thể tạo ra tốc độ đó.

b) Ở công suất định mức lớn nhất và ở tốc độ lựa chọn.

Nếu phương tiện có khả năng hãm điện, yêu cầu các thử nghiệm ở hiệu suất hãm bằng tối thiểu 80 % hiệu suất hãm lớn nhất.

5.4.3  Nguồn nhiễu từ các tàu ở xa

Với mục đích giới hạn, ảnh hưởng về độ nhiễu điện từ vô tuyến của các phương tiện “về mặt vật lý là xa nhưng về mặt điện năng thì lại ở gần” nằm ngoài vùng thử nghiệm được coi là không đáng kể.

5.5  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải có các thông tin sau:

- Mô tả hiện trường;

- Mô tả hệ thống đo;

- Mô tả các phương tiện giao thông đường sắt (loại, cấu hình và chế độ hãm điện);

- Các kết quả số học;

- Các kết quả bằng biểu đồ có liên quan (Các kết quả sẽ bao gồm các thông tin như băng thông, ngày, thời gian, độ nhiễu điện từ xung quanh và các tần số ngoại trừ (xem 5.1.1.7);

- Các điều kiện thời tiết;

- Tên hoặc xác minh tương đương của người xác nhận báo cáo thử nghiệm

Các giá trị được đo cách đường ray 10 m

Hình 1 - Giới hạn phát xạ điện từ của toàn bộ hệ thống trong dải tần số 150 kHz đến 1 GHz

Hình 2 - Giới hạn phát xạ điện từ của trạm biến áp ra ngoài môi trường

Hình 3 - Vị trí ăng-ten để đo thành phần hướng ngang của từ trường ở dải tần số 150 kHz đến 30 MHz

Hình 4 - Vị trí (phân cực thẳng đứng) của ăng-ten để đo điện trường trong dải tần số từ 30 MHz đến 300 MHz

Hình 5 - Vị trí (phân cực thẳng đứng) của ăng-ten để đo điện trường trong dải tần số 300 MHz đến 1 GHz

Phụ lục A

(Tham khảo)

Cơ sở của phương pháp đo độ nhiễu điện từ

A.1  Tổng quan

Phụ lục này mô tả phương pháp đo độ nhiễu điện từ phát ra từ mạng lưới đường sắt khi phương tiện giao thông đường sắt di chuyển. Các phương pháp hiện có không được coi là phù hợp do các phương tiện có thể di chuyển ở các tốc độ lớn. TCVN 12090-3-1 (EN 50121-3-1) sẽ đề cập đến các trường hợp phương tiện đứng yên và di chuyển chậm. Cả phương tiện kéo và kéo theo nên được kiểm tra do phương tiện kéo có thể có thiết bị điện phát sinh ra nhiễu điện từ. Cần thử nghiệm các phương tiện kéo bằng động cơ diesel do các phương tiện này có thể có các nguồn phát xạ điện từ vô tuyến. Phương pháp đo trình bày trong phụ lục cho phép đánh giá được các nhiễu của phổ điện từ gây ra cho người sử dụng khác.

A.2  Yêu cầu về phương pháp đo đặc biệt

Đối với các tần số trên 150 kHz, có một phương pháp đo tiêu chuẩn áp dụng cho trường sóng vô tuyến và được mô tả trong EN 55016-1-1.

Mạng đường sắt có các đặc tính riêng nên cần sử dụng phương pháp đo riêng. Các đặc tính này bao gồm nguồn di chuyển nhanh và khả năng phát xạ từ loại ăng ten dài tạo thành từ bộ truyền dẫn điện nguồn của hệ thống đường sắt chạy điện.

Phương pháp đo độ nhiễu điện từ của hệ thống đường sắt không phải lúc nào cũng sử dụng phương pháp đo giá trị tựa đỉnh trong EN 55016-1-1 do các phép đo được thực hiện trên cơ sở phương pháp này là không đủ (do nguồn phát di động) để có thể xác định được hết toàn bộ mức độ nhiễu điện từ ảnh hưởng tới các hệ thống khác trong khu vực lân cận.

Khó có thể lập được một liên hệ chính xác giữa giá trị thu được bằng các phương pháp giá trị đỉnh và tựa đỉnh. Chú ý rằng độ nhiễu điện từ do phương tiện tạo ra có thể hoàn toàn ở dạng hình sin không đổi tại tần số làm việc của một vài thiết bị truyền điện từ mạch dưới đất lên trên tàu, hoặc là một loạt các xung lặp lại cho các nguồn phát khác như bộ lấy điện/ tiếp xúc điện trên cao. Tuy nhiên, trong tất cả các trường hợp, giá trị đo được bằng hệ thống phát hiện giá trị đỉnh sẽ lớn hơn hoặc bằng giá trị đo được bằng hệ thống tựa đỉnh, theo EN 55016-1-1.

A.3  Căn cứ để sử dụng phương pháp đo đặc biệt

Với các trường điện từ được đo mà không sử dụng phương pháp trong EN 55016-1-1, thì sử dụng khung thời gian ngắn để dò giá trị đỉnh. Khuyến nghị là 50 ms ở dải tần số lựa chọn vì:

- Khung thời gian này sẽ thể hiện tốt hơn tác động của trường điện từ tới mọi hệ thống (điện tử hoặc máy tính), khi áp dụng các nguyên tắc đo giá trị tựa đỉnh chỉ thể hiện ảnh hưởng tới việc truyền sóng vô tuyến. Với khung thời gian 50 ms sẽ dò được giá trị đỉnh của nhiễu phát xạ thường xuất hiện khi đảo chiều dòng điện trong các hệ thống đường sắt dùng dòng xoay chiều, ở tần số 16,7 kHz, các đảo chiều này cách nhau 33 ms, và sẽ luôn luôn dò được một giá trị trong khung thời gian 50 ms.

- Phép đo này cũng sẽ nhanh hơn. Đối với một số hệ thống dò giá trị tựa đỉnh, khung thời gian cần thiết lên tới 1 s do các yêu cầu của thiết bị đo loại điện kế. Khung thời gian này sẽ là quá dài trong trường hợp đoàn tàu di chuyển.

- Khung thời gian này cũng sẽ đưa ra được giá trị lớn nhất có thể đo được bằng phương pháp quy định trong EN 55016-1-1 và thể hiện được “tình huống xấu nhất có thể” ảnh hưởng tới sóng truyền vô tuyến.

A.4  Dải tần số

Mặc dù phương tiện và bộ lấy điện tiếp xúc trượt cũng là nguồn nhiễu điện từ trên 1 GHz nhưng các mức phát xạ điện từ là thấp và độ suy giảm theo khoảng cách là cao. Do đó, không khuyến nghị thực hiện các phép đo trên 1 GHz.

A.5  Vị trí ăng-ten

Có các lựa chọn về khoảng cách từ ăng-ten đến tim đường. Các khoảng cách thường được sử dụng trong các thử nghiệm tần số vô tuyến là 1 m, 3 m, 10 m và 30 m. Giá trị 1,0 m là không thể ứng dụng ở đây; Nếu chọn khoảng cách 3 m, có khả năng thân phương tiện tạo ra hiệu ứng địa phương mạnh, điều này có thể gây sai lệch rõ rệt trị số đo của trường ở các khoảng cách lớn hơn. Khoảng cách 10 m được khuyến nghị do trong hệ thống cung cấp điện kéo, quá trình trượt tiếp điện sẽ hướng trực tiếp vào ăng-ten và các tác động của thân phương tiện là ít hơn. Có thể đo đạc dễ hơn ở các địa hình cụ thể ở khoảng cách tiêu chuẩn 30 m, nhưng tín hiệu yếu hơn và độ nhiễu điện từ cục bộ có thể làm cho khó thu được các giá trị nhiễu. Do đó, khoảng cách lựa chọn cho các đo đạc là 10 m, tính từ tim đường có phương tiện đang chạy.

Các bước tiến hành phải đảm bảo sao cho thiết bị đo, các nguồn cấp điện và thiết bị liên quan không ảnh hưởng tới trị số đo.

A.6  Chuyển đổi các kết quả nếu không đo ở khoảng cách 10 m

Giá trị n dựa trên các quan sát được thực hiện với các đường dây cấp điện trên cao và ở các khu vực nông thôn trống trải. Giá trị n được đưa ra trong 5.1.1.4 được xem như là có đủ độ chính xác do giá trị n ở tần số 100 MHz được đo riêng cho hệ thống đường sắt và được tính là 1,25 đối với các khoảng cách lên tới 100 m.

Khi thử nghiệm ở khoảng cách 10 m, cần lưu ý là trường cảm ứng điện từ và trường bức xạ điện từ có các đặc tính khác nhau khi ở gần nguồn phát. Nếu khoảng cách là nhỏ so với bước sóng, trường cảm ứng sẽ mạnh hơn. Vị trí tương ứng với điểm phát nguồn mà ở đó 2 trường điện từ có biên độ lớn bằng nhau chính là khoảng cách lý thuyết trong công thức (bước sóng / 2 π). Do đó, nếu lấy khoảng cách 10 m làm khoảng cách đo, khi đó tất cả các thử nghiệm ở tần số dưới 5 MHz sẽ ở trong trường điện từ gần có tín hiệu cảm ứng từ mạnh. Các kết quả sau đó sẽ thể hiện chính xác bằng A/m. Trong trường điện từ gần, điện trường E là thấp và thường không phải là nguyên nhân gây nhiễu điện từ. Với nguồn phát trải rộng như đoàn tàu, khu vực trường điện từ gần có thể mở rộng hơn so với lý thuyết “điểm nguồn” đưa ra.

Sử dụng một giá trị chiều cao cho ăng-ten lưỡng cực và ăng-ten ghi định kỳ do không thể sử dụng chiều cao thay đổi như khi thử nghiệm độ phát xạ điện từ.

Vị trí của các ăng-ten ở chính giữa các cột sẽ giảm ảnh hưởng hiệu ứng màn chắn của cột và các hiện tượng cục bộ do đánh lửa thường thấy ở cột khi xảy ra thay đổi đột ngột trở kháng cơ học của cột. Tương tự, nên tránh các máy tăng áp, phần đường trùng các tín hiệu đường sắt (overlap), các vị trí cách điện phân đoạn, các khu vực trung tính vá các vị trí bất thường quan trọng khác.

A.7  Độ khuếch đại đo đạc

Đối với thang đo logarit: 1μV/m là 0 dBμV/m và 1,0 V/m là 120 dBμV/m (áp dụng tương tự cho 1μA/m và dBμA/m).

Các giá trị giới hạn có thể thể hiện bằng A/m và V/m và có thể tính quy đổi nếu cần thiết.

Cường độ điện trường tính bằng dBμV/m = cường độ từ trường tính bằng dBμA/m + 51,5 nếu thực hiện đo đạc ở trường điện từ xa (51,5 = 20 log₁₀ (trở kháng của sóng không gian tự do)).

A.8  Mức độ lặp lại của các kết quả đo

Trong các phép đo độ phát xạ điện từ tần số vô tuyến của hệ thống đường sắt, nguồn phát chạy di động dọc theo hệ thống đường. Điều này sẽ gây ra khó khăn khi thu thập số lượng lớn các kết quả từ bên đường và do đó cần thiết phải xác định các điều kiện đo để có thể thu được kết quả đo có mức độ lặp lại nào đó.

Để giảm thiểu các khả năng phương tiện từ xa tạo ra độ phát xạ điện từ lớn cho điểm thử nghiệm, do các hiện tượng như cộng hưởng, các phương tiện khác, nếu được cấp điện từ cùng bộ lấy điện trên cao hoặc cùng đường ray cấp, nên cách điểm thử nghiệm một khoảng cách đủ lớn. Đối với loại cấp điện trên cao, khuyến nghị khoảng cách 20 km và khoảng cách 2 km đối với các hệ thống ray cấp điện.

Ngay cả khi đáp ứng đủ các điều kiện trên, các kết quả thử nghiệm cũng sẽ có những sai lệch.

A.9  Các điều kiện hệ thống đường sắt

A.9.1 Thời tiết

Do đặc điểm vận hành ngoài trời nên yếu tố thời tiết sẽ ảnh hưởng đến độ nhiễu vô tuyến được tạo ra trên hệ thống đường sắt. Đối với các đường dây cấp nguồn điện cao áp, độ nhiễu sẽ tăng khoảng 20 dB khi mưa. Trong hệ thống đường sắt, độ nhiễu từ tiếp xúc của cần lấy điện có thể giảm trong mưa, do lớp carbon ở dây tiếp xúc bị bong ra, làm khoảng cách giữa dây và cần lấy điện gần hơn. Nếu có băng đá hình thành ở bộ tiếp điện, hiệu ứng phóng điện cung lửa tăng lên và làm tăng độ nhiễu. Nếu tốc độ gió lớn, cơ cấu tiếp điện trên cao sẽ bị ảnh hưởng và tiếp xúc giữa dây và cần lấy điện cũng sẽ bị tác động. Các tác động của thời tiết đến độ phát xạ nhiễu điện từ của các phương tiện giao thông đường sắt đến nay vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ.

A.9.2  Tốc độ, nguồn điện kéo

Để có được sự so sánh chính xác, các phép đo độ nhiễu điện từ của một phương tiện đang di chuyển sẽ được thực hiện dưới các điều kiện cụ thể khi phương tiện di chuyển ở một số vận tốc nhất định. Đối với các phương tiện kéo, các phép đo sẽ được thực hiện dưới các điều kiện cụ thể khi phương tiện cung cấp một phần công suất định mức liên tục. Các giá trị vận tốc hay công suất trên cần được lựa chọn trước và cần tính tới giới hạn vận hành của phương tiện. Điều kiện lý tưởng là phương tiện nên vận hành ở điều kiện tạo ra độ nhiễu điện từ vô tuyến lớn nhất, nhưng do chưa có phương pháp để xác định giá trị này nên yêu cầu này không được đặt ra.

A.9.3  Nhiều nguồn phát từ các đoàn tàu từ xa

Trong thực tế, tại khu vực mà đối tượng bị ảnh hưởng nhiễu điện từ có thể có mặt nhiều phương tiện kéo. Để đơn giản hóa, có thể coi sự xuất hiện của các phương tiện “về mặt vật lý là xa nhưng về mặt điện thì lại ở gần” nằm ngoài khu vực thử nghiệm là không có khi xem xét độ nhiễu điện từ vô tuyến. Từ đó thừa nhận các nguồn phát là di động và mặc dù phương tiện từ xa là nguồn nhiễu điện từ, nhưng độ suy giảm theo khoảng cách đối với các tần số cao thường là lớn. Khi xem xét các trường điện từ trong các phép đo ở tần số thấp, độ suy giảm là thấp và tất cả các phương tiện trong khu vực bị ảnh hưởng (có thể mở rộng tới vài km) có thể tác động đến mức độ nhiễu điện từ. Tuy nhiên, tác động của các yếu tố bổ sung sẽ nằm trong lỗi lặp lại của thử nghiệm và độ phát xạ điện từ từ một đoàn tàu đơn lẻ có thể được đánh giá theo giá trị giới hạn.

A.10  Số lượng các phương tiện kéo trong một đoàn tàu

Khi phương tiện kéo được móc nối với nhau, chất lượng tiếp xúc của cần lấy điện kéo theo có thể bị giảm và có thể xuất hiện độ phát xạ nhiễu điện từ cao hơn. Nếu các thử nghiệm được thực hiện với số lượng toa tàu tối đa móc nối với nhau thì đoàn tàu này phải được xem xét theo các yêu cầu cụ thể.

Liên quan đến độ phát xạ điện từ cho phép của thử nghiệm này, còn phải xét đến việc các đoàn tàu có thể vận hành cùng lúc và do đó có thể tạo ra nhiều nhiễu điện từ hơn.

Phụ lục B

(Tham khảo)

Bảng giá trị điện trường và từ trường ở các tần số điện kéo

Bảng B.1 đưa ra các giá trị cụ thể mô tả độ phát xạ điện từ của hệ thống đường sắt ra môi trường bên ngoài.

Các số liệu dưới đây là các thành phần cơ bản của điện trường E và từ trường H dòng một chiều hoặc xoay chiều, số liệu được tính cho các bố trí lấy điện điển hình trong các hệ thống tương ứng.

Bảng B.1 - Các giá trị điện trường và từ trường lớn nhất phổ biến ở tần số cơ bản của các hệ thống điện khác nhau

(Các giá trị được tính toán cho khoảng cách 10 m tính từ tim của đường ray gần nhất, 1m trên mặt ray)

Phụ lục C

(Tham khảo)

Giá trị phát xạ điện từ ở dải tần số thấp

Vào đầu những năm 1990, các phép đo độ phát xạ điện từ của hệ thống đường sắt và phương tiện trong hệ thống được thực hiện để lấy thông tin về các giá trị mong muốn trong các hệ thống liền kề với hệ thống đường sắt. Chú ý rằng do một số lý do nên các kết quả của các phép đo từ trường ở khoảng cách 10 m khó có thể sử dụng lại cho các tần số dưới 150 kHz.

Do sự thay đổi rộng trong các giá trị đo được (lên tới 20 dB) ở trên cùng một phương tiện, phụ thuộc vào vị trí và các yếu tố khác nên không thể sử dụng lại các giá trị này, tính hữu ích của nó vẫn đang là một vấn đề gây tranh cãi.

Do các giá trị này được đưa ra trong phiên bản đầu tiên của EN 50121-2, nên những biểu đồ và số liệu trong phụ lục này chỉ mang tính chất tham khảo và không bắt buộc phải tuân thủ.

Hình C.1 - Giá trị phát xạ điện từ cho các tuyến đường sắt mở

Hình C.2 - Giá trị phát xạ điện từ cho các trạm biến áp đường sắt

MỤC LỤC

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ, định nghĩa và viết tắt

4  Giới hạn phát xạ điện từ

5  Phương pháp đo phát xạ điện từ từ phương tiện đang di chuyển và các trạm biến áp

Phụ lục A (Tham khảo): Cơ sở của phương pháp đo độ nhiễu điện từ

Phụ lục B (Tham khảo): Bảng giá trị điện trường và từ trường ở các tần số điện kéo

Phụ lục C (Tham khảo): Giá trị phát xạ điện từ ở dải tần số thấp