Le apparecchiature elettroniche, dall'illuminazione ai sistemi di informazione e intrattenimento per i passeggeri, fino ai sistemi di sicurezza e di controllo dei macchinari, richiedono convertitori CC/CC e devono essere conformi agli aspetti di sicurezza e affidabilità.
Storicamente, molti paesi europei hanno sviluppato i propri standard ferroviari, come ad esempio BRB/RIA nel Regno Unito e NF F 01-510 per le applicazioni in Francia. Con la privatizzazione di alcune compagnie ferroviarie e una generale tendenza all'armonizzazione degli standard nazionali all'interno dell'Unione Europea, due standard per le apparecchiature elettroniche (EN50155 e EN50121) hanno in gran parte sostituito i vecchi standard nazionali. Tuttavia, va notato che questi ultimi sono ancora occasionalmente richiesti e non possono essere completamente abbandonati.
La specifica più frequentemente citata è la norma europea EN50155 per "Apparecchiature elettroniche utilizzate nel materiale rotabile" EN50155:2007.
Gli elementi chiave da considerare nella scelta dei convertitori CC/CC e dei relativi componenti di potenza sono la tensione di alimentazione in ingresso e le condizioni ambientali in cui il convertitore opererà. Occorre tenere conto delle variazioni, delle interruzioni e dei transitori di tensione in ingresso, nonché di eventuali cariche elettrostatiche e di qualsiasi evento correlato alla compatibilità elettromagnetica (EMC).
Le principali condizioni ambientali includono la temperatura ambiente, gli urti, le vibrazioni e l'umidità relativa.
Le apparecchiature e i sistemi elettronici utilizzati negli ambienti ferroviari sono soggetti a significative variazioni della tensione di ingresso, tra cui cali improvvisi, transitori e picchi di tensione. Devono inoltre funzionare ininterrottamente nonostante interruzioni di rete fino a 10 ms, aspetto che deve essere considerato nella progettazione delle apparecchiature. Lo standard britannico BRB/RIA12, "Specifiche generali per la protezione della trazione e del materiale rotabile da transitori e sovratensioni nei sistemi di controllo in corrente continua", richiede che i sistemi resistano a una sovratensione pari a 3,5 volte la tensione nominale per 20 ms, il che in genere richiede l'aggiunta di un filtro supplementare per proteggere i convertitori CC/CC.
La Tabella 1 (sotto) riporta, per ciascuna delle tensioni nominali utilizzate nel settore industriale, gli intervalli di ingresso, le cadute di tensione e i transitori che devono essere conformi alla norma EN50155 e li confronta con quelli delle norme BRB/RIA12 e NF F 05-510.
Ad esempio, la Figura 2 mostra la nuova serie XP POWER RDC30 progettata per tensioni nominali di 72 VDC e 110 VDC.
Sovratensioni, scariche elettrostatiche, transitori e compatibilità elettromagnetica (EMC) sono riferiti alla norma EN50121-3-2:2006 "Compatibilità elettromagnetica - Materiale rotabile - Apparecchiature". Si tratta di una serie di norme che specificano i limiti per le emissioni elettromagnetiche delle apparecchiature ferroviarie verso l'esterno, nonché l'immunità elettromagnetica e le emissioni per le apparecchiature utilizzate nelle applicazioni ferroviarie.
La norma EN50121-3-2:2006 definisce i requisiti di compatibilità elettromagnetica per le apparecchiature del materiale rotabile. Le normative nazionali precedenti di ciascun paese prevedono requisiti diversi da quelli definiti nella EN50121, che devono essere considerati separatamente quando necessario.
Una sintesi delle emissioni condotte e dell'immunità condotta è fornita nelle Tabelle 2 e 3 sottostanti. Le nuove serie XP POWER RDC30 e RDQ100/150 sono state completamente testate e verificate per garantire la conformità a tali normative.
I criteri di prestazione riportati nella Tabella 3 determinano se l'unità deve essere in grado di continuare a funzionare durante il test. Il Criterio A specifica che l'unità deve continuare a funzionare normalmente durante e dopo il test senza alcuna riduzione delle prestazioni.
Il Criterio B indica che il normale funzionamento riprenderà dopo il test e che potrebbe verificarsi una perdita di prestazioni durante il test stesso.
I convertitori CC/CC e i relativi sottosistemi sono generalmente considerati componenti, mentre le normative si applicano alle apparecchiature finali destinate all'installazione su materiale rotabile.
I convertitori XP progettati per applicazioni ferroviarie vengono valutati in modo indipendente rispetto a tali requisiti, sebbene le emissioni, la suscettibilità elettromagnetica e le scariche elettrostatiche debbano essere rivalutate nell'apparecchiatura finale.
La norma EN50155 specifica 4 livelli di temperatura di esercizio, ulteriormente suddivisi in temperatura interna del box, temperatura in eccesso al suo interno e temperatura ambiente
I PCB sono come mostrato nella Tabella 4 qui sotto.
Le apparecchiature elettriche devono essere progettate per i limiti di umidità relativa più la temperatura esterna dell'involucro in base a una media annua del 75% di umidità relativa e fino a 30 giorni consecutivi all'anno con il 95% di umidità relativa.
Le apparecchiature utilizzate all'interno o in prossimità del materiale rotabile sono soggette a vibrazioni costanti di frequenza e ampiezza variabili. I convertitori CC/CC e i relativi sottogruppi sono in genere robusti, ma il loro montaggio sull'apparecchiatura finale richiede particolare attenzione, poiché rappresentano i componenti più pesanti.
La norma EN50155, e le norme precedenti, specificano i livelli che le apparecchiature elettriche devono soddisfare in base alla loro posizione nel veicolo. La EN50155 e la EN61371:2010 definiscono la severità delle prove. La EN61371 prevede tre categorie. La Categoria 1 si riferisce alle apparecchiature montate sulla carrozzeria del veicolo, la Categoria 2 al montaggio sul veicolo e la Categoria 3 al montaggio sull'asse. La Categoria 1 è ulteriormente suddivisa in Classe A per involucri, apparecchiature preassemblate e apparecchiature e componenti montati direttamente sulla carrozzeria o sotto di essa. La Classe B si applica alle apparecchiature montate all'interno di un'unità che, a sua volta, è montata direttamente sulla carrozzeria o sotto di essa.
I livelli di prova diventano più rigorosi dalla Categoria 1 alla Categoria 3, sia per gli urti che per le vibrazioni.
XP POWER vanta una lunga e consolidata esperienza nella fornitura di soluzioni di alimentazione per il settore ferroviario, dai singoli convertitori CC/CC agli alimentatori completi e ai sistemi a batteria. Confrontando la norma EN50155 con le precedenti norme BRB/RIA e NFF, si notano differenze negli intervalli di tensione di ingresso e di picco. XP POWER ha sviluppato soluzioni conformi a tutte queste norme e a diverse tensioni di ingresso nominali, implementandole con successo in collaborazione con i propri clienti.
I convertitori di ultima generazione introdotti da XP POWER sono completamente valutati, testati e certificati secondo gli standard ferroviari, con documentazione completa per l'integrazione in apparecchiature per l'uso finale o in sottosistemi, e offrono servizi di ingegneria per fornire soluzioni chiavi in mano ai progettisti di sistemi.
Autore:
A cura di Gary Bocock, Direttore Tecnico, XP Power
