鉄道および輸送用サージ保護デバイスおよび電圧制限デバイス向けのソリューション
なぜ保護するのですか？
鉄道システムの保護：電車、地下鉄、路面電車
地下、地上、路面電車を問わず、一般的な鉄道輸送は、交通の安全性と信頼性、特に人の無条件の保護に大きな重点を置いています。 このため、すべての高感度で洗練された電子デバイス（制御、信号、情報システムなど）は、人の安全な操作と保護のニーズを満たすために高レベルの信頼性を必要とします。 経済的な理由から、これらのシステムは、過電圧による影響のすべての可能なケースに対して十分な絶縁耐力を備えていないため、最適なサージ保護を鉄道輸送の特定の要件に適合させる必要があります。 鉄道の電気および電子システムの複雑なサージ保護のコストは、保護された技術の総コストのほんの一部であり、機器の故障または破壊によって引き起こされる可能性のある結果的な損傷に関連するわずかな投資です。 損傷は、直接または間接の両方の落雷、スイッチング操作、故障、または鉄道機器の金属部分に誘導される高電圧によるサージ電圧の影響によって引き起こされる可能性があります。
最適なサージ保護設計の主な原則は、SPDの複雑さと調整、および直接または間接接続による等電位ボンディングです。 複雑さは、デバイスとシステムのすべての入力と出力にサージ保護デバイスをインストールすることによって保証され、すべての電力線、信号、および通信インターフェイスが保護されます。 保護の調整は、保護されたデバイスの安全レベルにサージ電圧パルスを徐々に制限するように、異なる保護効果を持つSPDを正しい順序で連続してインストールすることによって保証されます。 電圧制限装置は、電化された線路の包括的な保護の重要な部分でもあります。 それらは、導電性部品と牽引システムの戻り回路との一時的または永続的な接続を確立することにより、鉄道機器の金属部品への許容できない高い接触電圧を防ぐのに役立ちます。 この機能により、主にこれらの露出した導電性部品に触れることができる人々を保護します。
何をどのように保護しますか？
鉄道駅および鉄道用のサージ保護デバイス（SPD）
電源ラインAC230 / 400 V
鉄道駅は、主に乗客の発着のために列車を停止する役割を果たします。 敷地内には、鉄道輸送のための重要な情報、管理、制御、安全システムがありますが、待合室、レストラン、ショップなど、共通の電源ネットワークに接続され、電気的に近接しているため、さまざまな施設もあります。場所、それらは牽引電源回路の故障の危険にさらされている可能性があります。 これらのデバイスの問題のない動作を維持するには、AC電源ラインにXNUMXレベルのサージ保護を取り付ける必要があります。 LSPサージ保護デバイスの推奨構成は次のとおりです。
- 主分電盤（変電所、電力線入力）– SPDタイプ1、例 FLP50、または雷電流アレスタとサージアレスタタイプ1 + 2の組み合わせ、例： FLP12,5.
- サブ分電盤–第2レベルの保護、SPDタイプXNUMX、例 SLP40-275.
- テクノロジー/機器–第3レベルの保護、SPDタイプXNUMX
–保護されたデバイスが分電盤内またはその近くにある場合は、3mmなどのDINレールへの取り付けにSPDタイプ35を使用することをお勧めします。 SLP20-275.
–コピー機、コンピューターなどのITデバイスを接続できる直接ソケット回路保護の場合、ソケットボックスへの追加の取り付けに適したSPDです。 FLD.
–現在の測定および制御技術のほとんどは、マイクロプロセッサーとコンピューターによって制御されています。 したがって、過電圧保護に加えて、プロセッサの「フリーズ」、データまたはメモリの上書きなど、適切な動作を妨げる可能性のある無線周波数干渉の影響を排除する必要もあります。 これらのアプリケーションでは、LSPはFLDを推奨します。 必要な負荷電流に応じて、他のバリエーションも利用できます。
独自の鉄道ビルに加えて、インフラストラクチャ全体のもうXNUMXつの重要な部分は、さまざまな制御、監視、および信号システム（信号灯、電子連動、交差バリア、荷馬車の車輪カウンターなど）を備えた線路です。 サージ電圧の影響に対するそれらの保護は、トラブルのない動作を保証するという観点から非常に重要です。
- これらのデバイスを保護するには、SPDタイプ1を電源ピラーに取り付けるか、FLP12,5、SPDタイプ1 + 2の範囲のより優れた製品を取り付けるのが適切です。これにより、保護レベルが低くなり、機器がより適切に保護されます。
レールに直接接続されている、またはレールの近くに接続されている鉄道機器（ワゴンカウントデバイスなど）の場合、レールと機器の保護接地との間で発生する可能性のある電位差を補償するために、電圧制限デバイスであるFLDを使用する必要があります。 35mmのDINレールに簡単に取り付けられるように設計されています。
通信技術
鉄道輸送システムの重要な部分は、すべての通信技術とその適切な保護でもあります。 従来の金属ケーブルまたはワイヤレスで動作するさまざまなデジタルおよびアナログ通信回線があります。 これらの回路に接続された機器を保護するために、たとえば次のLSPサージアレスタを使用できます。
- ADSLまたはVDSL2を使用した電話回線（例：RJ11S-TELE）は、建物の入り口で、保護された機器の近くにあります。
- イーサネットネットワーク– DT-CAT-6AEAなど、PoEと組み合わせたデータネットワークおよび回線のユニバーサル保護。
- 無線通信用の同軸アンテナライン–例：DS-N-FM
制御およびデータ信号線
もちろん、鉄道インフラストラクチャの測定および制御機器のラインも、最大限の信頼性と操作性を維持するために、サージや過電圧の影響から保護する必要があります。 データおよび信号ネットワークに対するLSP保護の適用例は次のとおりです。
- 鉄道機器への信号および測定ラインの保護–サージアレスタST 1 + 2 + 3、例：FLD。
何をどのように保護しますか？
鉄道駅および鉄道用の電圧制限装置（VLD）
手すりの通常の動作中、戻り回路の電圧降下のため、または障害状態に関連して、戻り回路とアース電位の間のアクセス可能な部分、または接地された露出した導電性部分（極）に許容できない高い接触電圧が発生する場合があります、手すりおよびその他の機器）。 駅や線路など人がアクセスできる場所では、電圧制限装置（VLD）を設置して、この電圧を安全な値に制限する必要があります。 それらの機能は、タッチ電圧の許容値を超えた場合に、露出した導電性部品とリターン回路の一時的または永続的な接続を確立することです。 VLDを選択するときは、EN 50122-1で定義されているように、VLD-F、VLD-O、またはその両方の機能が必要かどうかを考慮する必要があります。 架空線または牽引線の露出した導電性部分は、通常、直接またはVLD-Fタイプのデバイスを介してリターン回路に接続されます。 したがって、電圧制限デバイスタイプVLD-Fは、障害が発生した場合の保護を目的としています。たとえば、導電性部分が露出した電気牽引システムの短絡などです。 デバイスタイプVLD-Oは通常の操作で使用されます。つまり、列車の操作中にレール電位によって引き起こされるタッチ電圧の増加を制限します。 電圧制限デバイスの機能は、雷やスイッチングサージに対する保護ではありません。 この保護は、サージ保護デバイス（SPD）によって提供されます。 VLDの要件は、標準EN 50526-2の新しいバージョンで大幅に変更されており、現在、VLDに対する技術的要求はかなり高くなっています。 この規格によれば、VLD-F電圧リミッターはクラス1に分類され、VLD-Oタイプはクラス2.1およびクラス2.2に分類されます。
LSPは鉄道インフラを保護します
システムのダウンタイムと鉄道インフラストラクチャの中断を回避する
鉄道技術の円滑な運営は、さまざまな高感度の電気および電子システムが適切に機能するかどうかにかかっています。 ただし、これらのシステムの永続的な可用性は、落雷や電磁干渉によって脅かされています。 原則として、損傷および破壊された導体、インターロックコンポーネント、モジュール、またはコンピュータシステムは、中断と時間のかかるトラブルシューティングの根本的な原因です。 これは、順番に、遅い列車と高いコストを意味します。
特別な要件に合わせて調整された包括的な雷およびサージ保護の概念により、コストのかかる中断を減らし、システムのダウンタイムを最小限に抑えます。
混乱と損傷の理由
これらは、電気鉄道システムの中断、システムのダウンタイム、および損傷の最も一般的な理由です。
- 直接落雷
架空の接触線、線路、またはマストでの落雷は、通常、混乱またはシステム障害につながります。
- 間接落雷
近くの建物や地面に落雷があります。 次に、過電圧がケーブルを介して分散されるか、保護されていない電子部品を誘導的に損傷または破壊します。
- 電磁干渉場
過電圧は、異なるシステムが互いに近接しているために相互作用する場合に発生する可能性があります。たとえば、高速道路上の照明付きサインシステム、高電圧送電線、鉄道の架空連絡線などです。
- 鉄道システム自体の中での発生
スイッチング操作とヒューズのトリガーは、サージを発生させて損傷を引き起こす可能性があるため、追加のリスク要因です。
鉄道輸送では、一般的に、安全性と運用上の非干渉、特に人の無条件の保護に注意を払う必要があります。 上記の理由により、鉄道輸送に使用される装置は、安全な操作の必要性に対応する高レベルの信頼性を備えている必要があります。 落雷電流防止装置とLSP製サージ保護装置を使用することにより、予想外の高電圧による故障発生の可能性を最小限に抑えます。
230/400 VAC電源メインの保護
鉄道輸送システムの欠陥のない動作を保証するために、SPDのXNUMXつのステージすべてを電源ラインに設置することをお勧めします。 最初の保護ステージはFLPシリーズのサージ保護デバイスで構成され、XNUMX番目のステージはSLP SPDで構成され、保護された機器のできるだけ近くに設置されたXNUMX番目のステージはHF干渉抑制フィルタを備えたTLPシリーズで表されます。
通信機器および制御回路
通信チャネルは、使用する通信技術に応じて、FLDタイプシリーズのSPDで保護されます。 制御回路とデータネットワークの保護は、FRD落雷電流アレスタに基づくことができます。
雷保護：その列車を運転する
産業や災害に関連する避雷について考えるとき、私たちは明白なことを考えます。 石油とガス、通信、発電、公益事業など。しかし、電車、鉄道、輸送全般について考える人はほとんどいません。 何故なの？ 列車とそれを実行するオペレーティングシステムは、他のものと同じように落雷の影響を受けやすく、鉄道インフラストラクチャへの落雷の結果は、妨げになり、時には悲惨なものになる可能性があります。 電気は鉄道システムの運用の主要な部分であり、世界中の鉄道を建設するために必要な多数の部品やコンポーネントが多数あります。
電車や鉄道システムが打撃を受けて影響を受けることは、私たちが思っているよりも頻繁に起こります。 2011年、中国東部（浙江省温州市）の列車が落雷に見舞われ、停電により文字通り線路が止まりました。 高速新幹線が無力化した列車にぶつかった。 43人が死亡し、さらに210人が負傷した。 災害の既知の総費用は15.73百万ドルでした。
英国のNetworkRailsに掲載された記事の中で、英国では「落雷は192年から2010年の間に毎年平均2013回鉄道インフラを損傷し、各ストライキは361分の遅延につながりました。 また、落雷による被害により、年間58本の列車が欠航しました。」 これらの出来事は、経済と商業に大きな影響を及ぼします。
2013年、日本で電車に当たるカメラの稲妻に住人が捕まりました。 ストライキが怪我をしなかったのは幸運でしたが、ちょうどいい場所に当たっていれば壊滅的だったかもしれません。 彼らのおかげで、鉄道システムに避雷を選択しました。 日本では、実績のある避雷ソリューションを使用して鉄道システムを保護するための積極的なアプローチを取ることを選択し、日立はその実装をリードしています。
雷は、鉄道の運行にとって常に最大の脅威であり、特に、雷に起因するサージまたは電磁パルス（EMP）に対する高感度の信号ネットワークを備えた最近の運用システムでは、その二次的影響が顕著です。
以下は、日本の私鉄の照明保護のケーススタディのXNUMXつです。
つくばエクスプレスは、ダウンタイムを最小限に抑えた信頼性の高い運行で知られています。 彼らのコンピュータ化された操作および制御システムは、従来の雷保護システムを備えています。 しかし、2006年には、激しい雷雨によりシステムが損傷し、運用が中断されました。 日立は、被害について相談し、解決策を提案するよう求められました。
この提案には、次の仕様の散逸アレイシステム（DAS）の導入が含まれていました。
DASの設置以来、これらの特定の施設で7年以上雷による損傷はありませんでした。 この成功した参照により、2007年から現在まで毎年このラインの各ステーションにDASが継続的に設置されています。 この成功により、日立は他の私鉄施設（現在7つの私鉄会社）にも同様の照明保護ソリューションを実装しています。
結論として、Lightningは、上記で詳しく説明した鉄道システムだけでなく、重要な運用やビジネスを行う施設にとって常に脅威です。 スムーズな運用と最小限のダウンタイムに依存する交通システムは、予期しない気象条件から施設を十分に保護する必要があります。 日立は、雷保護ソリューション（DASテクノロジーを含む）を使用して、顧客のビジネス継続性に貢献し、確実にすることに非常に熱心です。
鉄道および関連産業の雷保護
鉄道環境は挑戦的で容赦がありません。 頭上の牽引構造は文字通り巨大な雷アンテナを形成します。 これには、雷サージからレールにバインドされている、レールに取り付けられている、またはトラックに近接している要素を保護するためのシステム思考アプローチが必要です。 物事をさらに困難にしているのは、鉄道環境での低電力電子機器の使用が急速に増加していることです。 たとえば、信号設備は、機械的なインターロックから高度な電子サブエレメントに基づくものへと進化しました。 さらに、鉄道インフラの状態監視により、多数の電子システムが導入されました。 したがって、鉄道網のすべての側面における雷保護の重要な必要性。 レールシステムの照明保護に関する著者の実際の経験があなたと共有されます。
概要
このホワイトペーパーでは、鉄道環境での経験に焦点を当てていますが、保護の原則は、機器の設置ベースがキャビネットの外に収容され、ケーブルを介してメインの制御/測定システムにリンクされている関連業界にも同様に適用されます。 雷保護へのより包括的なアプローチを必要とするのは、さまざまなシステム要素の分散性です。
鉄道環境
レール環境は、巨大な雷アンテナを形成するオーバーヘッド構造によって支配されています。 農村地域では、頭上の構造が落雷の主要なターゲットです。 マスト上部のアースケーブルは、構造全体が同じ電位になるようにします。 XNUMX番目からXNUMX番目ごとのマストは、トラクションリターンレールに結合されています（もうXNUMXつのレールは信号の目的で使用されます）。 DCトラクションエリアでは、マストは電気分解を防ぐためにアースから隔離されていますが、ACトラクションエリアでは、マストはアースと接触しています。 洗練された信号および測定システムは、レールに取り付けられているか、レールのすぐ近くにあります。 このような機器は、天井構造を介して拾われたレール内の雷活動にさらされます。 レール上のセンサーは、アースを基準とする沿線測定システムにケーブルでリンクされています。 これは、レールに取り付けられた機器が誘導されたサージにさらされるだけでなく、伝導された（半直接）サージにもさらされる理由を説明しています。 さまざまな信号設備への配電も、直接落雷の影響を受けやすい架空送電線を介して行われます。 大規模な地下ケーブルネットワークは、トラックサイドに沿った鉄鋼装置のケース、特注のコンテナ、またはRoclaコンクリートハウジングに収容されたすべてのさまざまな要素とサブシステムを相互にリンクします。 これは、適切に設計された避雷システムが機器の存続に不可欠である困難な環境です。 機器が損傷すると、信号システムが使用できなくなり、運用上の損失が発生します。
さまざまな測定システムと信号要素
貨車の状態やレール構造の望ましくない応力レベルを監視するために、さまざまな測定システムが採用されています。 これらのシステムには、ホットベアリング検出器、ホットブレーキ検出器、ホイールプロファイル測定システム、重量移動/ホイール衝撃測定、スキューボギー検出器、沿線長応力測定、車両識別システム、計量ブリッジなどがあります。 次の信号要素は不可欠であり、効果的な信号システムに使用できる必要があります：軌道回路、車軸カウンター、ポイント検出、および電源装置。
保護モード
横方向の保護は、導体間の保護を示します。 縦方向の保護とは、導体とアースの間の保護を意味します。 トリプルパス保護には、XNUMX導体回路の縦方向と横方向の両方の保護が含まれます。 XNUMXパス保護には、XNUMX線式回路の中性線（共通）にのみ横方向保護と縦方向保護があります。
電源ラインの雷保護
降圧変圧器はHマスト構造に取り付けられ、専用のHTアーススパイクへの高電圧アレスタスタックによって保護されています。 HTアースケーブルとHマスト構造の間に低電圧ベルタイプのスパークギャップが設置されています。 Hマストはトラクションリターンレールに接着されています。 機器室の分電盤には、クラス1保護モジュールを使用したトリプルパス保護が設置されています。 第2段階の保護は、中央システムのアースへのクラスXNUMX保護モジュールを備えた直列インダクタで構成されます。 第XNUMX段階の保護は通常、電力機器キャビネット内にカスタムインストールされたMOVまたはトランジェントサプレッサーで構成されます。
2時間の待機電源は、バッテリーとインバーターを介して提供されます。 インバーターの出力はケーブルを介して線路側の機器に送られるため、地下ケーブルに誘導される後端の雷サージにもさらされます。 これらのサージに対処するために、トリプルパスクラスXNUMX保護がインストールされています。
保護設計の原則
さまざまな測定システムの保護を設計する際には、次の原則が順守されます。
出入りするすべてのケーブルを特定します。
トリプルパス構成を使用します。
可能な場合は、サージエネルギーのバイパスルートを作成します。
システム0Vとケーブルスクリーンをアースから離してください。
等電位接地を使用してください。 アース接続のデイジーチェーン接続は控えてください。
直撃には対応しないでください。
車軸カウンター保護
落雷が局所的な地球のスパイクに「引き付けられる」のを防ぐために、トラックサイドの機器は浮いたままになっています。 次に、テールケーブルとレールに取り付けられたカウントヘッドに誘導されたサージエネルギーを捕捉し、電子回路（挿入）の周りで、トラックサイドユニットを機器室のリモートカウントユニット（評価者）にリンクする通信ケーブルに向ける必要があります。 すべての送信、受信、および通信回路は、この方法で等電位フローティングプレーンに対して「保護」されます。 次に、サージエネルギーは、等電位面と保護要素を介してテールケーブルからメインケーブルに渡されます。 これにより、サージエネルギーが電子回路を通過して損傷するのを防ぎます。 この方法はバイパス保護と呼ばれ、非常に成功していることが証明されており、必要に応じて頻繁に使用されます。 機器室では、通信ケーブルにトリプルパス保護が提供され、すべてのサージエネルギーをシステムアースに送ります。
レールに取り付けられた測定システムの保護
計量ブリッジやその他のさまざまな用途では、レールに接着されたひずみゲージを利用します。 これらのひずみゲージのフラッシュオーバー電位は非常に低く、特に近くの小屋内での測定システム自体の接地のために、レール内の雷活動に対して脆弱なままになります。 クラス2保護モジュール（275V）は、個別のケーブルを介してレールをシステムアースに放電するために使用されます。 レールからのフラッシュオーバーをさらに防ぐために、ツイストペアスクリーンケーブルのスクリーンはレールの端でカットバックされています。 すべてのケーブルのスクリーンはアースに接続されていませんが、ガスアレスタを介して放電されます。 これにより、（直接の）接地ノイズがケーブル回路に結合されるのを防ぎます。 定義ごとに画面として機能するには、画面をシステム0Vに接続する必要があります。 保護の図を完成させるには、システム0Vをフローティングのままにして（アースしないで）、入力電源をトリプルパスモードで適切に保護する必要があります。
コンピュータを介した接地
コンピュータがデータ分析やその他の機能を実行するために使用されるすべての測定システムには、普遍的な問題が存在します。 従来、コンピュータのシャーシは電源ケーブルを介して接地されており、コンピュータの0V（基準線）も接地されています。 この状況は通常、外部の雷サージに対する保護手段として測定システムを浮かせたままにするという原則に違反します。 このジレンマを克服する唯一の方法は、絶縁トランスを介してコンピュータに給電し、コンピュータフレームをそれが取り付けられているシステムキャビネットから絶縁することです。 他の機器へのRS232リンクは、再び接地の問題を引き起こします。そのための解決策として光ファイバーリンクが提案されています。 キーワードは、システム全体を観察し、全体的な解決策を見つけることです。
低電圧システムのフローティング
外部回路をアースに保護し、電源回路を参照してアースに保護することは安全な方法です。 ただし、低電圧、低電力の機器は、信号ポートのノイズや、測定ケーブルに沿ったサージエネルギーに起因する物理的損傷の影響を受けます。 これらの問題の最も効果的な解決策は、低電力機器を浮かせることです。 この方法は、ソリッドステート信号システムで実行されました。 ヨーロッパ起源の特定のシステムは、モジュールが接続されると、モジュールが自動的にキャビネットに接地されるように設計されています。 このアースは、プリント基板上のアース面まで伸びています。 低電圧コンデンサは、アースとシステム0V間のノイズを平滑化するために使用されます。 トラックサイドから発生するサージは信号ポートを介して入り、これらのコンデンサを突破して機器に損傷を与え、多くの場合、内部24V電源の経路を離れてPCボードを完全に破壊します。 これは、すべての着信および発信回線でのトリプルパス（130V）保護にもかかわらずでした。 次に、キャビネット本体とシステム接地バスバーが明確に分離されました。 すべての避雷はアースバスバーを基準にしています。 システムのアースマットとすべての外部ケーブルの装甲は、アースバスバーで終端されていました。 キャビネットは地球から浮かんでいました。 この作業は直近の雷シーズンの終わり頃に行われましたが、80つのステーション（約XNUMXの設置）のいずれからも雷による損傷は報告されておらず、いくつかの雷雨が通過しました。 次の稲妻の季節は、このシステム全体のアプローチが成功するかどうかを証明します。
達成バッジ
献身的な努力と改良された雷保護方法の設置の拡大を通じて、雷関連の障害はターニングポイントに到達しました。
ご不明な点がある場合や追加情報が必要な場合は、sales @ lsp-international.comまでお気軽にお問い合わせください。
気をつけて！ 雷保護のすべてのニーズについては、www.lsp-international.comにアクセスしてください。 フォローしてください Twitter, Facebook & LinkedIn 。
Wenzhou Arrester Electric Co.、Ltd。（LSP）は、中国が所有するAC＆DC SPDのメーカーであり、世界中のさまざまな業界に対応しています。
LSPは、次の製品とソリューションを提供します。
- IEC 75-1000：61643およびEN 11-2011：61643（タイプテスト分類：T11、T2012 + T1、T1、T2）に準拠した2Vac〜3Vacの低電圧電源システム用のACサージ保護デバイス（SPD）。
- IEC 500-1500：61643およびEN 31-2018：50539 [EN 11-2013：61643]に準拠した31Vdcから2019Vdcまでの光起電力用のDCサージ保護デバイス（SPD）（タイプテスト分類：T1 + T2、T2）
- IEC 61643-21：2011およびEN 61643-21：2012（タイプテスト分類：T2）に準拠したPoE（Power over Ethernet）サージ保護などのデータ信号ラインサージプロテクタ。
- LED街路灯サージプロテクタ
お越し頂きありがとうございます！
