Regeling indienststelling spoorvoertuigen 2020
Bijlage 5
Geldend
behorende bij artikel 10, eerste lid, onder a
Deze bijlage bevat de eisen ten aanzien van de maximaal toegelaten samenstelling van spoorvoertuigen bij inzet daarvan op hoofdspoorweginfrastructuur waar de detectie wordt geregeld door middel van laagfrequente spoorstroomlopen 75 Hz.
1. Normering
1.1. 75Hz emissie door maximale treinsamenstellingen
Voor de normering ter bescherming van laagfrequente spoorstroomlopen 75 Hz moet de volgens Tabel 1 gefilterde AC-stroom voor de maximale treinsamenstelling worden beoordeeld tegen twee curven: de curve ‘Normaal’ en de curve ‘Zelden’. Deze zijn beschreven in Figuur 1. In Figuur 1 is Ti (x -as) de integratietijd (waarover de RMS waarde van de stroom wordt bepaald) conform CLC/TS 50238-2:2015, annex B. De curven geven grenswaarden aan. |
Let op: Tijdens de test kan een snelheid gerelateerd verschijnsel door gekozen rijpatroon gedurende de testritten als kortdurend (korter dan de toegepaste integratietijd Ti volgens figuur 1) naar voren komen. Dit snelheid gerelateerde verschijnsel moet echter worden beoordeeld alsof het zich langer dan 5 seconden onafgebroken voordoet, ervan uitgaande dat het spoorvoertuig in de praktijk langere tijd met die snelheid kan rijden. |
De filterkarakteristieken van Tabel 1 zijn van toepassing op DC-lijnen. De karakteristieken zijn conform CLC/TS 50238-2:2015, A.8. [EIS 1] |
Tabel 1 Filterkarakteristieken: (1) centerfrequentie, (2) en (3) bandbreedte tussen -3 dB / -20dB punten
Figuur 1: Grenswaarden 75Hz bandpass gefilterde stoorstroom als functie van de integratietijd op basis van de curven ‘Normaal’ en ‘Zelden’.
Een spoorvoertuig moet te allen tijde voldoen aan de curve ‘Normaal’ tenzij kan worden aangetoond dat: a. de kans dat een stoorstroom de curve ‘Normaal’ overschrijdt per treinstel of locomotief kleiner is dan 10-4 (ongeveer één uur per jaar), en b. de frequentie waarmee een verschijnsel dat stoorstromen veroorzaakt die de curve ‘Normaal’ overschrijdt, per treinstel of locomotief lager is dan 10-3 per uur (ongeveer tien incidenten per jaar). [EIS 2] |
De curve ‘Zelden’ in geen geval mag worden overschreden. [EIS 3]
De omstandigheden die genoemd worden in EN 50238-1. TS50238-2 en paragraaf 5 hieronder moeten in principe worden getoetst aan de curve ‘Normaal’. [EIS 4]
Sommige verschijnselen of omstandigheden komen in Nederland echter dusdanig weinig voor dat uitgegaan mag worden van de curve ‘Zelden’. Voorbeelden hiervan zijn opgenomen in onderstaande Tabel 2.
Verschijnsel | Toetskader (curve) | |
|---|---|---|
Normaal | Zelden | |
Veranderingen pulspatronen | X | |
Pantograaf / bovenleiding interactie bij berijdbare isolatoren/ open spaninrichtingen/bruggen | X | |
Inschakeltransiënt | X | |
Wielslip, wielresonantie | X | |
Lange lijn tot 7 km onderstationsafstand (enkelzijdig gevoed) | X | |
Hoge/ lage bovenleidingspanning | X | |
Ingreep snelschakelaar (b.v. als gevolg van sluiting) onder voorwaarde dat gedurende alle testen die uitgevoerd moeten worden ter verkrijging van de materieeltoelating is vastgesteld dat het risico van een ingreep van de snelschakelaar onder normale operationele condities minder dan eens per 1.000 bedrijfsuren is. | X | |
Lange lijn bij uitval onderstation 12 km onderstationsafstand (enkelzijdig gevoed). Dus voeding via het equivalent van meer de 7 km enkelzijdig gevoegd. | X | |
Afschakeling door infra (snelschakelaar OS) [‘substation cut out’, EN 50238-1 B.4.4] | X | |
Veroorzaken mengtermen in onderstation | X | |
Rijp/ijzel [‘poor contact of current collection equipment’, EN 50238-1 B.4.4] [‘environmental conditions’, EN 50238-1 B.4.4] | X | |
25Hz-stromen tot 300 A | X | |
1.2. 75 Hz in onderstation, overige frequentiebanden
Een spoorvoertuig kan ook een frequentie produceren die leidt tot een 75Hz-stoorstroom vanuit het onderstation. Voor modulatie in het onderstation is het nodig dat het onderstation zich in een bedrijfstoestand ‘leemte bedrijf’ bevindt (dat wil zeggen: steeds in en uit geleiding komt) in combinatie met de aanwezigheid van een grote AC-stroom.
In het technisch dossier om toelating te verkrijgen tot het spoor, moet worden onderbouwd dat 75 Hz stoorstromen en overige stromen die indirect 75 Hz kunnen veroorzaken in het onderstation, niet resulteren in een overschrijding van de curve ‘Zelden’. [EIS 5]
De combinatie leemtebedrijf en productie van een stroom die elders 75 Hz kunnen veroorzaken is redelijk zeldzaam en daarom is het toegestaan deze verschijnselen tegen de curve ‘Zelden’ te beoordelen mits deze stromen niet langdurig (meer dan 1% tijd gedurende een rit) aanwezig zijn. De schaalfactoren en bijbehorende filterkarakteristieken zijn samengevat in de onderstaande Tabel 3 en Figuur 2.
Voor de afleiding van de schaalfactor wordt rekening gehouden met het maximale modulatie rendement. Voor 25 Hz en 37 Hz geldt dat ook met de gereduceerde bandbreedte. De reden hiervan is dat de stroom vanuit het spoorvoertuig niet volledig wordt omgezet naar een gemoduleerde 75 Hz-stroom in het onderstation.
Figuur 2: Frequenties die tot 75 Hz kunnen leiden
Naam | f0 | Schaalfactor | ∆f 3dB [Hz] | ∆f 20dB [Hz] | Opmerkingen |
|---|---|---|---|---|---|
75Hz-limiet GRS / ATB | 75 Hz | 100% | 20 | 40 | (Zie ook Tabel 1) Vgl. fig. 2, curve 1 |
Mengterm 25 Hz | 25 Hz | 16% | 7 | 13 | Vgl. fig. 2, curve 2 |
Mengterm 37.5 Hz | 37,5 Hz | 21% | 10 | 20 | Vgl. fig. 2, curve 3 |
Mengterm 25 Hz parallelloop | 25 Hz | 42% | 20 | 40 | Vgl. fig. 2, curve 4 Voor dubbelbenige spoorstroomlopen geldt als grenswaarde voor 75 Hz: 5,3A bij een integratietijd van 1s. |
Mengterm 125 Hz parallelloop | 125 Hz | 32% | 20 | 40 | |
Mengterm 175 Hz parallelloop | 175 Hz | 32% | 20 | 40 | |
Mengtermen onderstation | 300 Hz +/- 75 Hz, | 32% | 20 | 40 | Vgl. fig. 2, curve 5 |
600 Hz +/- 75 Hz, | 32% | 20 | 40 | ||
900 Hz +/- 75 Hz, 1.200 Hz +/- 75 Hz en hoger | 32% | 20 | 40 | Mag worden genegeerd mits passief lijnfilter met kantelpunt van 25 Hz of lager wordt gebruikt. |
Bijdragen in de verschillende banden moeten worden opgeteld conform de regels als gedefinieerd in CLC/TS 50238-2, als ware het componenten uit verschillende bronnen die, afhankelijk van het verschijnsel, al dan niet onderling afhankelijk en/of gesynchroniseerd kunnen zijn.
Bij een extern geïnjecteerde 50 Hz-component mag deze 50 Hz worden genegeerd.
2. Elektrische spoorvoertuigen
Elektrische spoorvoertuigen zijn [EIS 6, a of b]:
- a.
conform CLC/TS 50238-2 Annex B.9 voorzien van één of meerdere stoorstroomdetectoren die alle elektrische installaties bewaken, of
- b.
ontworpen en gebouwd conform de regels van EN 50126, EN 50128 en EN 50129.
In beide gevallen moet worden aangetoond dat de frequentie van optreden van stoorstromen waarbij de relevante, toegestane curve wordt overschreden, ook in geval van een defect kleiner is dan 10-7 per uur per treinstel of locomotief (zie ook paragraaf 1.1 c.q. paragraaf 4 hieronder).
3. Compatibiliteitsstudie
De compatibiliteitstudie dient te worden uitgevoerd volgens EN 50238-1 [EIS 7], CLC/TS 50238-2 [EIS 8] waarbij vereist is dat:
- a.
de effectieve waarde van de AC-component in de DC-lijnstroom zonder externe 50Hz-injectie niet meer bedraagt dan 50 A RMS gewogen over 1 seconde voor frequenties vanaf 10 Hz [EIS 9];
- b.
de psofometrische component in de DC-lijnstroom zoals gedefinieerd in NEN-EN 50121-3-1 met en zonder externe 50Hz-injectie maximaal 10 Apso RMS gewogen over 1 seconde bedraagt [EIS 10];
- c.
de impedantie tussen stroomafnemer en wielen van de maximaal toegelaten treinsamenstelling, bij een frequentie van 75 ± 3 Hz, tenminste 0,40 Ω bedraagt en niet capacitief is [EIS 11];
- d.
de impedantie tussen stroomafnemer en wielen van de maximaal toegelaten treinsamenstelling bij een frequentie van 50 Hz ± 2 Hz, ten minste 0,20 Ω bedraagt en niet capacitief is, [EIS 12] en
- e.
de effectieve waarde van de AC-component in DC-lijnstroom met externe 50Hz-injectie voor een spoorvoertuig niet meer bedraagt dan 50 A RMS 1 s voor frequenties vanaf 10 Hz, waarbij de 50 Hz-component van de AC-stroom mag worden genegeerd. [EIS 13]
4. Technisch dossier om toelating te verkrijgen op het spoor
Het technische dossier bevat ten minste; een beschrijving van de geïdentificeerde stoorstroombron(nen) (bijvoorbeeld het aantal omzetters), de karakterisering van de stoorbron(nen) (bijvoorbeeld snelheid afhankelijk) voor de selectie van de toe te passen optelregels, de onderbouwing dat deze karakterisering juist is en de maximaal gemeten grootte van de stoorstroom veroorzaakt door de stoorbron(nen). [EIS 14]
Bij toelating van een locomotief of locomotieven moet in dossier worden benoemd hoeveel budget van impedantie en stoorstroom beschikbaar is voor het combineren in een samenstelling met rijtuigen of goederenwagens met hulpnetomzetter(s). [EIS 15]
De rijtuigen of goederenwagens met hulpnetomzetter(s) dienen in een te duiden maximale samenstelling [EIS 16]:
- •
te voldoen aan het beschikbare budget van impedantie en stoorstroom bij het combineren in een samenstelling met de betreffende locomotief of locomotieven, of
- •
per rijtuig of goederenwagen te voldoen aan de limieten voor impedantie en stoorstroom volgens UIC 550, UIC550 gaat hierbij uit van maximaal 15 rijtuigen.
De hulpnetomzetters in rijtuigen en goederenwagens dienen een eigen stoorstroomdetector te hebben geïmplementeerd, tenzij de rijtuigen of goederenwagens met deze hulpnetomzetters alleen in een vaste samenstelling met een vast specifiek type locomotief mogen rijden, waarbij deze locomotief de stoorstromen ook op de 1500VDC UIC bus bewaakt. [EIS 17]
In geval toestemming voor gebruik wordt gevraagd voor een maximaal toegelaten samenstelling van spoorvoertuigen waarbij (de) stoorstroomdetector(en) ingrijpt respectievelijk ingrijpen conform de curve ‘Zelden’ zoals gedefinieerd in Figuur 1, moet worden voldaan aan de volgende voorwaarden [EIS 18]:
- a.
In het technisch dossier dient eenmalig te worden aangetoond dat de kans van overschrijden van de stoorstroomnorm, ten gevolge van niet bij de toelating opgemerkte verschijnselen, kleiner is dan 10-4 (dimensieloze fractie; ongeveer één uur per jaar) per treinstel of locomotief en de frequentie van voorkomen kleiner is dan 10-3 per uur (ongeveer tien incidenten per jaar). Dit dient te zijn aangetoond met behulp van een rapportage over de resultaten van de monitoring van betreffend treinstel of betreffende locomotief over ten minste 10.000 bedrijfsuren met daarin ten minste één winterperiode waarin ten minste één rijp- of ijzelrit moet zijn voorgekomen. Indien dit is aangetoond wordt in de vergunning respectievelijk ontheffing vermeld dat de uitschakelfunctie van de stoorstroomdetector volgens de curve ‘Zelden’ kan worden ingesteld.
- b.
In het technisch dossier dienen veiligheidsrelevante toepassingsvoorwaarden te zijn opgenomen die voorschrijven hoe gedurende de gehele levensduur van het spoorvoertuig een monitorings- en opvolgproces wordt uitgevoerd zodat het stoorstroomniveau stabiel blijft. Een nadere beschrijving en voorbeelden zijn te vinden in de ‘Application Guide’. In het technisch dossier moet worden beschreven hoe overschrijdingen van de curve ‘Normaal’ per stoorstroomdetector worden behandeld en hoe een vergelijking met andere stoorstroomdetectoren in hetzelfde spoorvoertuig- of treinsteltype wordt gemaakt. Voorwaarden hierbij zijn dat:
- •
per spoorvoertuig- of treinsteltype aan de toezichthouder en beheerder wordt gerapporteerd;
- •
de detector dient tenminste eenmaal per drie maanden (bijvoorbeeld in de onderhoudslocatie) te worden uitgelezen en de resultaten worden vergeleken met de overige voertuigen van het betreffende spoorvoertuig- of treinsteltype;
- •
de betreffende installatie wordt onderzocht op mogelijke defecten en – indien noodzakelijk – gerepareerd indien het aantal overschrijdingen van de curve ‘Normaal’ van een bewaakte installatie afwijkt van de rest van het betreffende spoorvoertuig- of treinsteltype;
- •
het spoorvoertuig met een monitorinstallatie wordt uitgerust indien er geen defect wordt gevonden maar er wel een duidelijk verhoogd aantal meldingen van overschrijdingen van de curve ‘Normaal’ is of dat er twijfel is of een defect daadwerkelijk is verholpen;
- •
de toezichthouder wordt ingelicht indien de curve ‘Zelden’ wordt overschreden.
5. Omstandigheden
Het technisch dossier om toelating te verkrijgen op het spoor dient voor compatibiliteit met spoorstroomlopen te voldoen aan de EN 50238-1 en CLC/TS 50238-2.
Note: In deze normen wordt verwezen naar onder andere de EN 50388 serie, EN50163, EN 50126, EN 50128 en EN 50129. Voor de referentie verwijzingen met paragraafnummer is uitgegaan van de EN 50238-1 en CLC/TS 50238-2.
Een trein kan onder testomstandigheden zonder invloeden van buitenaf voldoen aan stoorstroom eisen maar een trein moet in zijn normale operationele omgeving ook voldoen. In de EN 50238-1 is dit onderkend, daarom is een lijst van testomstandigheden opgenomen in EN 50238-1 § B.4.4 en CLC/TS 50238-2 B.6. In de praktijk van toelating is gebleken dat een aantal punten niet eenduidig is vastgelegd en deze worden daarom hier aangevuld.
In het technisch dossier zullen alle in EN 50238-1, CLC/TS 50238-2 beschreven omstandigheden – aangevuld met de hieronder benoemde – moeten worden getoetst. Expliciet moet per omstandigheid worden vermeld met welke test of analyse is aangetoond dat wordt voldaan aan de eisen. [EIS 19]
NB: In de EN 50238-1, CLC/TS 50238-2 en deze bijlage is een aantal testomstandigheden beschreven waarbij in het verleden is gebleken dat deze maatgevend kunnen zijn. Het kan zijn dat door nieuwe technieken in een trein aanvullende risico’s op kunnen treden. De lijst is dus slechts een minimum op basis van het reeds toegepaste dan wel bekende technische configuraties. Voor in Nederland niet eerder toegepaste technische configuraties of nieuwe technologieën moeten de testomstandigheden door de aanvrager middels een pre-analyse aangevuld worden, dit om ongewenste beïnvloeding van 75Hz spoorstroomlopen te voorkomen. [EIS 20]
Het doel hiervan is om vast te stellen of uit het ontwerp nog nieuwe risico’s naar voren komen waarvoor aanvullende omstandigheden moeten worden beschouwd.
5.1. Rijp en ijzel
In EN 50238-1:2019 B.4.4 staat gedefinieerd dat ‘environmental conditions’ moeten worden beproefd met twee specifieke situaties (bijvoorbeeld wielslip/slide bij het afremmen en versnellen ten gevolge van slechte adhesie). Rijp en ijzel staan hier echter niet bij terwijl deze in Nederland ook tot de ‘environmental conditions’ behoren. Ze zijn relevant want komen gemiddeld 14 dagen per jaar voor en bemoeilijken in de praktijk het rijden omdat de stoorstroomdetector zodanig vaak kan afschakelen dat het spoorvoertuig een traject gedurende enkele uren kan blokkeren dan wel de detector onvoldoende kan ingrijpen omdat deze vanwege overbrugging niet beschikbaar is.
Wanneer alleen de beschikbaarheid van de detector, en niet de stoorstroomproductie of impedantie, bij rijp en ijs kan worden beïnvloed moet slechts aangetoond worden dat de beschikbaarheid van de stoorstroomdetector zodanig gehandhaafd blijft dat de rit onder normale operationele omstandigheden kan worden uitgevoerd.[EIS 21]
Dit is in ieder geval van toepassing indien de 75 Hz materieel impedantie of stoorstroomonderdrukking met passief lineair lijnfilter wordt gerealiseerd en er geen actieve regelingen worden toegepast om de impedantie te verhogen c.q. stoorstroom te onderdrukken.
Indien de installatie een actieve impedantie dan wel stoorstroomonderdrukkende-regeling heeft, kan de regeling actief een langzaam verlopende 75 Hz stroom gaan produceren als reactie op een ‘momentane’ stoorstroom. Ook kan stoorstroom ontstaan doordat lijnfilters, die op een zekere onderstation-afstand samen met de lijn afgestemd staan op een sub-harmonische van 75 Hz, worden aangestoten ten gevolge van rijp/ijzel. In combinatie met een niet-lineair filter zoals een diode of verzadigbare spoel, kan zo een 75 Hz-stroom ontstaan. Niet-lineaire filters vormen daarom een risico.
Installaties voorzien van actieve filters of regelingen en niet-lineaire filters moeten op het ontstaan van stoorstromen door bovenstaande mechanismen worden onderzocht en beoordeeld op het risico met behulp van simulaties, laboratoriumtesten en/of (type)tests met voertuigen op het netwerk ten behoeve van de toelating. Daarnaast moet het gedrag in de eerste winterperiode worden gemonitord. [EIS 22]
5.2. Spanningsbereik
Er zijn spanningen/stromen gedefinieerd waarbinnen een trein vermogen mag vragen of leveren om het net stabiel te houden, bijvoorbeeld gebaseerd op de EN 50163:2005 §4.1 en EN 50388-1:2022 §7.3 en §12.2.1. De aanvrager moet erop toezien dat binnen deze grenzen een stabiele regeling wordt ingepast (rode streeplijn van Figuur 3). De ervaring leert dat regelingen in spoorvoertuigen juist op de knikpunten van deze regeling een niet-lineair karakter hebben en dat oscillaties juist op de knikpunten (B,C) en flanken (A,D) voorkomen.
In het technisch dossier moeten de werkpunten A tot en met D dan ook worden getoetst.[EIS 23]
Figuur 3: Bovenleiding spanningen; de maximale stroom als functie van de spanning.
5.3. Stabiliteit
Een installatie die met behulp van een constant vermogen regeling energie opneemt, heeft binnen het frequentiegebied waarin de vermogensregeling actief is, een negatieve impedantie en kan gaan oscilleren. Instabiel gedrag uit zich bijvoorbeeld in sterk wisselende koppelvariaties en wordt niet altijd opgemerkt, terwijl grote AC-componenten in de lijnstroom kunnen ontstaan.
Regelingen kunnen instabiel worden buiten hun normale werkgebied, bijvoorbeeld bij:
- A.
Een specifieke, vaak hoge, lijnimpedantie;
- B.
Regelingen in een ander spoorvoertuig.
De stromen met veelal lage frequenties die hierdoor ontstaan, kunnen in combinatie met het gelijkrichten in het onderstation of door niet lineaire elementen in het lijnfilter zoals een diode of verzadigbare spoel, 75 Hz-componenten vormen.
Bovenstaande twee onderwerpen worden hieronder nader toegelicht.
A Hoge lijnimpedantie:
De stabiliteit van een eigen installatie moet worden aangetoond tot een maximale netimpedantie behorend bij 7 km) enkel spoor, eenzijdig gevoed. [EIS 24]
B Regelingen andere spoorvoertuigen
Er zijn voorbeelden bekend van interacties tussen spoorvoertuigen. De regelkarakteristieken van de verschillende typen spoorvoertuigen zijn niet bij de houder en de beheerder bekend. In de Wildenrath-testen voor parallelloop zijn regelfrequenties in bestaande spoorvoertuigen tot 7 Hz waargenomen.
Indien met een tweede orde LC-filter aan beide onderstaande voorwaarden wordt voldaan [EIS 25], is aannemelijk gemaakt dat deze interactie niet plaatsvindt:
- •
de resonantiefrequentie van het filter gevormd door het ‘lijn’ filter van de maximale treinsamenstelling gecombineerd met de inductie behorende bij de in de CLC/TS 50238-2 genoemde grootst mogelijke onderstationsafstand (7 km) is groter dan 7 Hz. Dit dient berekend te worden voor een dubbelsporig baanvak, enkelzijdig gevoed.
- •
de resonantiefrequentie van de passieve lijnfilter componenten van het spoorvoertuig is kleiner dan 22 Hz.
Indien het lijnfilter niet voldoet aan bovenstaande voorwaarde moet de stabiliteit van de regelingen in interactie met andere voertuigen op een andere wijze worden aangetoond. [EIS 26]
Mogelijkheden zijn bijvoorbeeld het langdurige monitoren op instabiel gedrag in de praktijk of detecteren en ingrijpen.
5.4. 50 Hz in Parallelloop
Een deel van de 25 kV-50 Hz hoofdspoorweginfrastructuur is ingepast in de nabijheid (minder dan 700m) van bestaande 1.500 V DC hoofdspoorweginfrastructuur. Deze ‘Parallelloop’ baanvakken zijn opgenomen inde ‘Application Guide’.
Bij inzet van spoorvoertuigen op de ‘Parallelloop’ baanvakken moet worden aangetoond dat het spoorvoertuig blijft voldoen aan de eisen zoals in deze bijlage geformuleerd in geval van een 50 Hz-rimpel in de 1.500 V DC-tractiespanning van maximaal 50 V bij een inductieve bronimpedantie met een schijnbare impedantie van 0,5 Ω. [EIS 27]
5.5. Interlacing / testen meerdere installaties
Indien interlacing, zoals beschreven in CLC/TS 50238-2, tussen de tractie-installaties nodig is om aan de stoorstroomeisen van deze regeling te voldoen of indien om een andere reden de metingen niet zijn uitgevoerd aan de kleinst identificeerbare stoorstroombron in een elektrische installatie zijn sommatie regels niet zonder meer toepasbaar.
In dat geval moet door middel van een statistische analyse met 96% betrouwbaarheid worden aangetoond dat het samengestelde geheel van elektrische installaties van het spoorvoertuig de relevante curve niet overschrijdt). [EIS 28]
5.6. Stoorstroomproductie bestaande spoorvoertuigen
In eerdere versies van de RKS / RIS zijn er eisen gesteld aan de 75 Hz-band met een curve vergelijkbaar met de in Tabel 1 gedefinieerde 75 Hz curve en een 50 A wisselstroomeis die is toegepast vanaf 10 Hz. Bij de toetsing moet als uitgangspunt worden meegenomen dat er met betrekking tot de interactie tussen spoorvoertuigen, treinen op de hoofdspoorweginfrastructuur rijden die bij iedere willekeurige frequentie boven 10 Hz en buiten de stoorstroomband (75 Hz), 50 A produceren.
Eveneens zijn er defecten in twee type treinen bekend die zeer hoge 25 Hz-stromen van 300 A kunnen produceren.
Stromen in het spoorvoertuig boven de curve ‘Zelden’ als vermeld in Figuur 2 dienen hierbij te worden voorkomen. [EIS 29]
Indien dit niet door een stoorstroomdetector bewaakt wordt, kunnen aanvullende maatregelen noodzakelijk zijn.
6. Stoorstroomdetector
Omdat de spoorstroomloop niet gecodeerd is bestaat het risico dat een stoorstroomcomponent de werking kan verstoren. De kans dat een defect tot een verhoging van de stoorstroom kan leiden dient daarom klein gehouden te worden, dit wordt in de functionele eisen beschreven.
6.1. Functionele eisen
Elektrische spoorvoertuigen zijn voorzien van één of meerdere stoorstroomdetectoren die alle installaties bewaken en die ervoor zorgen dat de kans van overschrijden van de curve ‘Normaal’ – ook bij een defect – kleiner is dan 10-7 per uur per treinstel of locomotief. [Eis 30]
of
Bij ontbreken van stoorstroomdetectoren moet het treinstel of locomotief worden ontworpen en gebouwd conform de regels van EN 50126, EN 50128 en EN 50129 waarbij eveneens moet worden aangetoond dat de kans op overschrijding – ook bij een defect – kleiner is dan 10-7 per uur per treinstel of locomotief. [Eis 31]
Omdat het proces van vaststellen of aan deze eis wordt voldaan complex en zeer moeilijk te doorlopen is voor een installatie die niet ontworpen is voor een veiligheidsfunctie, ligt het voor de hand dat voor een stoorstroomdetector wordt gekozen.
Een uitzondering hierop is weerstandverwarming, omdat in EN 50129 (Annex C.7) geen faalwijzen worden gedefinieerd die tot nieuwe langdurig aanwezige harmonische componenten leiden.
Ook voor de combinatie van een defect waarbij de stoorstroomlimiet wordt overschreden en het niet ingrijpen van de detector, geldt de eis dat de faalfrequentie kleiner dient te zijn dan 10-7 per uur per trein. [EIS 32]
Omdat het een product is van een faalfrequentie en een faalkans, is dit in principe een eenvoudig te realiseren eis die niet getalsmatig, dat wil zeggen met behulp van bijvoorbeeld een foutenboom, behoeft te worden onderbouwd. De stoorstroomdetector zal namelijk worden gebruikt om een grens te bewaken, maar kan door een specifieke implementatie gevoeliger zijn dan gewenst.
De veiligheid wordt mede bepaald door:
- 1.
Het niet ingrijpen van de detector;
- 2.
Het niet beschikbaar zijn van de detector (overbrugging);
- 3.
Het zo vaak aanspreken van de detector dat het ingrijpen niet meer wordt onderzocht (gewenning).
Het niet beschikbaar zijn van de detector en het niet opvolgen van meldingen zal in de praktijk dominant zijn. De veiligheid, de beschikbaarheid alsmede het ongewenst niet aanspreken van de detector dient te worden aangetoond.
De hierboven genoemde punten 1 en 2 hangen samen met de kwaliteit van de detector.
De noodzaak tot overbrugging kan voortkomen uit een storing in de infrastructuur of een defect in het spoorvoertuig.
In paragraaf 6.2e: ‘Overbrugging’ hieronder wordt nader ingegaan op de (inrichting van) processen voor het overbruggen van de detector.
Hierboven genoemd punt 3 hangt samen met het niet meer onderzoeken van het aanspreken van de detector. Wanneer bijvoorbeeld een detector vaak aanspreekt op wielslip, zal er bij het opnieuw aanspreken van de detector niet meer worden onderzocht of het dit keer ook wielslip was. Deze menselijke neiging de meest waarschijnlijke oorzaak maar aan te nemen wordt sterk beïnvloed door het aantal keren dat de detector aanspreekt.
Hoe minder een detector aanspreekt hoe groter de kans is dat het aanspreken ook echt wordt onderzocht.
Daarom zal in het technisch dossier moeten worden aangetoond dat de detector niet aanspreekt onder alle normaal voorkomende verschijnselen [EIS 33] (zie paragraaf normering).
Dit kan door middel van een monitorperiode van tenminste 10.000 bedrijfsuren worden aangetoond.
De detector dient ongevoelig te zijn voor rijp en ijzel [EIS 34] tenzij de bestuurder van het spoorvoertuig en het onderhoudsbedrijf kunnen vaststellen of de detector heeft aangesproken ten gevolge van rijp of ijzel op de bovenleiding, bijvoorbeeld door:
- •
een automatische melding door de betreffende elektrische installatie van het spoorvoertuig zelf, dan wel;
- •
een werkinstructie die de bestuurder in staat stelt zulks vast te stellen.
De stoorstroomdetector moet afschakelen bij een te hoge 75Hz productie, voor mengtermen mag volstaan worden met alleen monitoren/registreren volgens de curve Zelden in plaats van afschakelen. Hieraan wordt de voorwaarde verbonden dat de gebruiker/onderhouder een adequate afhandeling van het registreren verzorgt binnen de bij de gebruiker/onderhouder vast te leggen procedures.
6.2. Implementatie-eisen
De stoorstroomdetector detecteert de overschrijdingen van de stoorstroomnorm ten gevolge van defecten in een installatie en schakelt de stoorstroombron uit gedurende ten minste vijf seconden met maximaal drie automatische wederinschakelingen per dag. [EIS 35]
Bij treinsamenstellingen moet de beschikbare stoorstroomruimte worden verdeeld, en dat mag onder de aanname dat alle installaties, behalve de defecte, nominaal functioneren.
a. Uitschakelcommando
Het uitschakelcommando dient te worden gegeven indien [EIS 36]:
- 1.
De curve ‘Normaal’ vanaf 1 seconde wordt overschreden of,
- 2.
De curve ‘Zelden’ wordt overschreden. De voorwaarden voor het gebruik van deze curve staan beschreven in punt 4 van deze bijlage.
Indien gebruik wordt gemaakt van de curve ‘Zelden’ dient ten behoeve van storingsonderzoek ook het overschrijden van de curve ‘Normaal’ te worden gelogd. Hierbij dient ten minste het tijdstip te worden gelogd. [EIS 37]
Het verdient aanbeveling om ook de grootte van de overschrijding en gegevens over de tractie-installatie en hulpverbruik te registreren om het storingsonderzoek te vereenvoudigen.
b. Alternatieve implementatie curven/eisen
De curven uit Figuur 1 zijn slechts een vereenvoudigde uitkomst van het track relay (TR) of track repeater relay (TPR) model van de spoorstroomloop. Om de implementatie van de curven voor het uitschakelen en het monitoren uit Figuur 1 te vereenvoudigen kan als alternatief voor paragraaf 6.2a ook aan de navolgende eisen worden voldaan:
Kies een curve onder de curven in de grafiek of •. Kies een uitschakelcommando opgebouwd uit: i. 1,7 A (curve ‘Normaal’) of 4,25 A (curve ‘Zelden’), afschakeling volgens het 30%-algoritme in combinatie met: ii. 0,5 A (curve ‘Normaal’) of 1,8 A (curve ‘Zelden’) RMS gewogen over 5 seconden. [EIS 38] |
Dit is bedoeld om de stoorstroomdetector minder gevoelig te maken voor transiënten die door de voldoende tijd tussen die transiënten als eenmalig mogen worden beschouwd hetgeen wordt gerealiseerd door middel van emulatie van het vertraagd afvallen van het TPR relais.
c. Reactietijd
De stoorstroomdetector heeft een reactietijd van ten hoogste 500 ms [EIS 39]. Daarbij wordt de reactietijd omschreven als de tijd tussen het genereren van het uitschakelcommando en het uitschakelen van de stoorstroombron.
Maximale tijd voor overschrijding tot uitschakelcommando Ti + 500 ms (Ti, integratietijd, volgens Figuur 1).[EIS 40]
d. Controle werking
De stoorstroomdetector dient te voldoen aan de eisen zoals genoemd in CLC/TS 50238-2 Annex B.9. [EIS 41]
De werking van de stoorstroomdetector en voorliggende meetketen dienen automatisch te worden gecontroleerd met behulp van een automatische zelftest van het systeem, in ieder geval bij het opstarten (opbouwen) van het spoorvoertuig. [EIS 42]
Indien de automatische zelftest na aanspreken tijdens gebruik geen uitsluitsel geeft of het aanspreken van de detector te wijten is aan een defect in een elektrische installatie van het spoorvoertuig, van de detector zelf of van een defect aan de hoofdspoorweginfrastructuur, is er een procedure beschikbaar die de bestuurder in staat stelt om de oorzaak van aanspreken vast te stellen.
Indien de automatische zelftest resulteert in een foutmelding, wordt de oorzaak vastgesteld door uitlezen van het systeem dan wel toepassen van de voornoemde procedure.[EIS 43]
Bedoelde procedure wordt als veiligheidsrelevante toepassingsvoorwaarde opgelegd aan de houder, onderhouder of gebruiker.
Is er sprake van aanspreken ten gevolge van een defect van de detector zelf of wanneer er sprake is van een defect van de railinfrastructuur, kan deze worden overbrugd (zie paragraaf e: ‘Overbrugging’ hieronder). Wanneer de detector zelf correct functioneert maar wel wordt aangesproken, dient houder de oorzaak via een testprocedure vast te stellen en storingen te herstellen.
e. Overbrugging
De stoorstroomdetector heeft een mogelijkheid het uitschakelcommando te overbruggen. [EIS 44]
Deze overbrugging mag alleen zonder aanvullende onderzoek worden toegepast als door middel van een zelftest blijkt dat de detector defect is. |
Als uit de zelftest blijkt dat de stoorstroomdetector niet defect is, mag de mogelijkheid van overbrugging alleen worden gebruikt nadat is vastgesteld of: •. Storingsonderzoek in de infra of het spoorvoertuig moet plaatsvinden; •. maatregelen noodzakelijk zijn om de trein zijn rit veilig te laten vervolgen (deze maatregelen zijn bijvoorbeeld aanrijden overwegen en geen automatische rijweginstelling afgeven). [EIS 45] |
De overbrugging van de stoorstroomdetector dient zo kort mogelijk te zijn.[EIS 46]
Het overbruggen van de detector moet procedureel worden geregeld om te voorkomen dat een detector wordt overbrugd, juist als er een defect in de installatie aanwezig is. [EIS 47]
Bedoelde procedure wordt als veiligheidsrelevante toepassingsvoorwaarde opgelegd aan de houder, onderhouder of gebruiker.
Hiermee wordt voorkomen dat de stoorstroomdetector wordt overbrugd, onder aanname dat de detector defect is, terwijl er een stoorstroomdefect in de trein aanwezig is.
De instantie die de onderhoudsvoorschriften toetst, dient expliciet te controleren dat de veiligheidsrelevante toepassingsvoorwaarden voor overbruggen zijn opgenomen in de procedures van de spoorwegonderneming [EIS 48] (waaronder de werkinstructies voor de machinist of tweedelijns ondersteuning).
Bij rijp en ijzel mag er van uit worden gegaan dat de oorzaak geen defect in de trein of in de infrastructuur is.
Het kan voor storingsonderzoek nuttig zijn om te vervolgen met een korte rit. Doel van deze korte rit is uitsluitend om vast te stellen of het probleem zich met het spoorvoertuig verplaatst (dan is er sprake van een defect spoorvoertuig) of dat het mogelijk een infraprobleem is (dan heeft waarschijnlijk een volgende trein hetzelfde probleem)
f. Detectoren op de filterspanning (spanning over condensator lijnfilter)
Aanvullend op de functionele en implementatie-eisen voor de stoorstroomdetector, gelden voor detectoren die werken op filterspanning, de volgende eisen: •. Treinmaterieel is conform CLC/TS 50238-2 Annex B.9 voorzien van één of meerdere stoorstroomdetectoren die het samenstellend geheel van alle elektrische installaties bewaken en de niet gedetecteerde productie van stoorstromen boven de relevante toegestane norm uitsluiten. •. Er worden geen niet-lineaire componenten in het lijnfilter toegepast. •. Niet alleen 75 Hz verschijnselen worden bewaakt maar ook op componenten die stoorstromen produceren die tot 75 Hz kunnen leiden. •. De kans op een ‘common cause’-fout, die zowel de stoorstroomdetector minder gevoelig maakt als de stoorstroom laat toenemen, is aantoonbaar kleiner dan 10-7 per uur. •. De kans dat een trein rondrijdt met een lijnfilterspoel waarvan de impedantie meer dan 10% is afgenomen, is aantoonbaar kleiner dan 10-7 per uur per treinstel/ locomotief. [EIS 49] |
g. Toepassing curve ‘Zelden’ in plaats van ‘Normaal’
De stoorstroomdetector dient te worden ingesteld op de curve ‘Normaal’. [EIS 50]
Indien een trein bij bijvoorbeeld ijzel een beschikbaarheidsprobleem ondervindt, kan de stoorstroomdetector ingesteld worden op de curve ‘Zelden’, indien aan alle onderstaande voorwaarden wordt voldaan: • Eenmalig wordt aangetoond dat de kans van stoorstromen ten gevolge van niet bij de toelating opgemerkte verschijnselen kleiner is dan 10-4 (één uur per jaar per treinstel/ locomotief) en een frequentie van voorkomen van 10-3 per uur (tien incidenten per jaar), gebaseerd op een monitoringsdossier van 10.000 bedrijfsuren met daarin tenminste één winterperiode; • Gedurende de gehele levensduur wordt een monitorings- en opvolgproces toegepast waarin overschrijdingen van de curve ‘Normaal’ worden onderzocht. • De gehanteerde werkwijze staat het monitoren tot het niveau van de individuele detector toe en het vergelijken van de gegevens van een afwijkende detector met de gemiddelden van het betreffende treintype. Indien het aantal en de aard van de registraties afwijkt van de rest van de vloot dient de installatie te worden onderzocht op mogelijke defecten en in gegeven geval moet reparatie volgen voordat het betrokken spoorvoertuig weer mag worden ingezet. • Elk kwartaal wordt een rapportage per materieeltype opgeleverd waarbij de gerealiseerde performance in termen van aantal en duur in dat kwartaal kan worden vergeleken met de prestaties over de gehele levensduur van de trein. [EIS 51] |
h. 30%-algoritme
Bij de berekening van het uitschakelcommando of logging van de stoorstroomdetector of bij de opbouw van het infracompatibiliteitsdossier mag rekening worden gehouden met de TPR-emulatie conform het 30%-algoritme. Het 30% algoritme heeft in zichzelf al een tijdsaspect. Daarom moet het ingrijpen volgen zodra de waarde overschreden is en zijn de tijdvensters uit de curven niet van toepassing.
Het 30%-algoritme wordt gebruikt om onderscheid te maken tussen transiënten die behoren bij een inschakelverschijnsel en stoorstromen die langere tijd aanwezig zijn. Het 30%-algoritme is een emulatie van het gedrag van de TR en het meestal daarachter geplaatste vertraagd aantrekkende TPR relais. Een TPR kan alleen opblijven indien het TR relais 70% van de tijd gedurende 1 seconde op blijft. Het volgende algoritme kan worden gebruikt:
- 1.
De (ruwe) gemeten AC component van de lijnstroom in een treinstel wordt gefilterd met een bandfilter. De karakteristieken van dit filter zijn beschreven in Tabel 2;
- 2.
De effectieve waarde (RMS) van de uitkomst wordt elke 20 ms bepaald;
- 3.
Vervolgens wordt een schuivend venster met een lengte van 1 seconde toegepast ofwel 50 samples van de RMS waarden;
- 4.
De waarden binnen dit venster worden gesorteerd in oplopende grootte. De waarde die gevonden wordt bij 30% van het venster (oftewel de 30/100*50 = 15e waarde in de gesorteerde data is dan het ‘30e percentiel’);
- 5.
De maximale waarde van alle vensters wordt bepaald en dat is dan de waarde die gerapporteerd wordt als 30e percentiel.
Onderstaande figuur 4 geeft dit schematisch weer:
Figuur 4 Figuratieve beschrijving van het 30% algoritme
