あらゆる輸送手段において、車載配電システムは安全で信頼性が高くなければなりません。これは自動車、航空機、船舶、そしてこの場合の電車にも当てはまります。欧州規格50155は、機関車および鉄道車両で使用されるすべての電子機器を規制します。この記事では、EN50155鉄道電力規格について学び、設計段階で考慮すべき5つの重要な領域について説明します。
現代の鉄道システムにおける安全性の確保
特に鉄道などの輸送システムでは、安全で信頼性の高い電源製品の設計と開発に規格が不可欠です。技術標準は、実際の使用状況を考慮して、パフォーマンス、設計方法、検証、実装、安全性、リスク評価を扱います。
列車の配電システムは、その目的にかかわらず、安全で信頼性が高くなければなりません。つまり、EN 50155をはじめとする多数の規格に準拠する必要があります。EN 50155は、電源装置を含む鉄道用途の車両に使用される電子機器を対象とする欧州規格です。この規格は欧州電気標準化委員会 (CENELEC) によって開発されましたが、世界中の鉄道市場を対象としており、鉄道用途の電源の設計やテストに使用されることが多い規格です。
通勤電車、ライトレール、貨物、高速鉄道などの鉄道は、ヨーロッパや日本などの地域ではすでにかなり普及しており、他の地域でも人や物資をより効率的に移動するために鉄道を利用するケースが増えています。エンジニアリングと乗客体験の観点から列車の技術的進歩が進むにつれて、EN 50155の重要性はますます高まっています。
車載Wi-Fi、高度な空調システム、複雑な制御および管理システムはすべて、電気システムに新たな要求を課しています。このため、EN 50155は、規格が複雑化の進行に追いつくように継続的に更新されており、何度か改訂されています。
基本基準
EN 50155は、鉄道車両アプリケーションの制御、調整、保護、診断、およびエネルギー供給に使用されるすべての電子機器を対象としています。この機器に課せられる要件には、動作条件、製品設計とドキュメント、テスト、統合、ソフトウェアが含まれます。
現代の鉄道アプリケーションに見られるすべての電子機器にクリーンかつ安定した電力を供給するために必要な電源とコンバーターは、この規格の範囲内にあります。鉄道市場における電源装置の主な懸念事項には、供給電圧の変動、動作温度、衝撃と振動、電磁両立性、信頼性などがあります。
参照規格
規格はいわゆるサイロの中に存在するわけではなく、EN 50155も例外ではありません。より具体的な問題を扱う他の多くの標準を参照します。特に電源設計に適用される規格には、次のものがあります。
- EN 45545-1: この規格は火災安全に関するもので、鉄道用途における火災の危険を軽減するために必要な材料、構造、およびテストを規定しています。
- EN 50121-3-2: この規格は、鉄道用途の電磁放射と耐性を扱っています。機器が近くのデバイスに干渉せず、外部からの干渉を受けないようにすることを目的としています。
- EN 61373: この規格は、鉄道用途の車両に使用される電子機器および電源に対する衝撃および振動の要件を概説しており、厳しい環境で動作するあらゆるシステムに厳格に適用されます。EN 61373の目的上、システムは台車搭載型、ボギー搭載型、または車軸搭載型に分類されます。
EN 50155の進化
電力供給技術が進化し、鉄道が近代化され、安全要件が変化するにつれて、EN 50155は1995年の最初の発行以来、その変化に対応するために数回の改訂が行われてきました。
最初の改訂は2001年に行われ、安全管理に関する新しい要件が盛り込まれました。また、既存の要件を明確化し、強化しました。
2007年に大規模な更新が行われ、次の3つのテスト カテゴリが追加されました。
- 型式テスト: 製品が指定された要件を満たしていることを確認します。
- 定期テスト: 製造プロセス後に製品が指定された要件を満たしていることを確認します。
- 調査テスト: 指定された要件外のパフォーマンスを判断します。
更新版のテスト規定では、入札時にユーザーが合意の対象となるテストを特定することが求められており、製造業者は、実行するすべてのテストとその仕様をリストしたテスト計画を提供する必要があります。2007年の更新では、機器が故障したり、仕様外のパフォーマンスを発揮したりすることは許可されていません。また、一部のテストはコストがかかる可能性があるため、必要なテストのみを実行するようにアドバイスされています。
2017年の注目すべき変更点としては、新しい信頼性テストである急速温度変化テストの追加が挙げられ、テスト条件の定義と図解がさらに明確化され、より正確な実験が可能になりました。
2017年の最も注目すべき更新は、表1に示すように、動作温度クラスが6つに移行したことです。デフォルトのレベルはOT3です。このアップデートでは、機器の動作温度を定義し、関連する制約を決定する責任も機器メーカーとエンドユーザーに追加されました。
| 動作温度クラス | ||
| 温度クラス | 温度範囲 | 動作温度クラス |
| OT1 | -25℃～+55℃°° | 乗客と運転席 |
| OT2 | -40℃～+55℃°° | |
| OT3 | -25℃～+70℃°° | 技術キャビネット内の機器 |
| OT4 | -40℃～+70℃°° | |
| OT5 | -25°℃ ～ +85°℃ | 特別な用途 |
| OT6 | -40℃～+85℃°° | |
すべての機器の耐用年数についても柔軟性が高まりました。以前は20年でしたが、2017年現在、5年から始まる5つのクラスがあります。ただし、特に指定がない限り、レベル4がデフォルトになります。
| 耐用年数クラス | |
| ライフクラス | 耐用年数 |
| L1 | 5年 |
| L2 | 10年 |
| L3 | 15年 |
| L4 | 20年 |
| 1000X | 特別 |
2021年には、テストや環境の乱れが発生した場合に許容される劣化を概説し、重要な保存データの損失は許可されないことを規定する3番目のパフォーマンス基準が追加されました。EN 50155:2021では、どのタイプのバッテリー電圧供給システムが許可されるかについても概説されています。
EN 50155と電源装置との関連性
あらゆる種類の機器の電源は、その機器が組み込まれる製品の設計と開発に常に影響を与えます。EN 50155などの規格は、厳格なパフォーマンス要件だけでなく、公共の安全上の懸念がある場合に特に重要です。
EN 50155規格は、設置、制御、規制、保護など、電子機器のさまざまな側面に適用されます。これらすべての機器は複雑なシステムに統合されており、複雑な現実世界の環境で動作します。
鉄道車両設備の電源設計において重要な領域は5つあります。
-
供給電圧
鉄道システムに電力を供給する方法はいくつかありますが、AC供給システムまたはDC供給システムのいずれかになります。DC電源はバッテリー供給システムから供給され、EN 50155が主に重点を置くものです。AC電源は補助電力変換器、架空線、または第三軌条から供給され、それぞれEN 50533:2011およびEN 50163:2014で規定されています。
図3: AC供給システムの例
バッテリー供給のDCシステムの場合、主な懸念事項は、バッテリー電圧範囲、過渡電圧、供給電圧の中断、供給の切り替え、およびDCリップル係数です。
図4: DC供給システムの例
この規格では、選択可能な公称バッテリー電圧のセット（24、28、36、48、72、96、110V DC）が定義されていますが、24、72、または110 Vの使用が推奨されています。電源が耐えなければならないさまざまな過渡状態および定常状態の制限は、表3に示すように公称バッテリー電圧に基づいています。
供給電圧制限 状態 制限 間隔 公称電圧 ベトナム 連続 定格電圧 仮想通貨 + 15% 連続 連続電圧 勝利数 +25/- 30% 連続 過渡電圧 平均 +/- 40% 0.1秒 拡張過電圧 仮想通貨 + 40% 1.0秒 DCリップル係数 5% 連続 表3: EN 550155:2021に含まれる供給電圧制限 EN 50155では、長時間にわたる完全な電圧中断も考慮されています。Equipmentは、特に指定がない限り、最大100ミリ秒間の電源電圧の40% 低下による電源切り替えでも動作できる必要があります。完全中断は、表4に示すように、S1からS3まで指定された3つのクラスに分類され、S2がデフォルトのテスト レベルです。
供給電圧中断クラス クラス 中断時間 パフォーマンス S1 0ミリ秒以上 中断後に通常操作を再開する シーズン2 ≤ 10ミリ秒 中断中でも通常通りの動作を維持する 10ミリ秒以上 中断後に通常操作を再開する S3 ≤ 20ミリ秒 中断中でも通常通りの動作を維持する 20ミリ秒以上 中断後に通常操作を再開する 表4: EN 50155:2021で導入された供給電圧遮断クラス -
環境条件
動作温度クラスは6つあり、表1に示すように、デフォルト レベルはOT3です。あらゆる電源ソリューションは、起動時に少なくとも10分間は -40°C ～ +85°Cの温度範囲で動作する必要があり、極端な変動がある環境では温度を管理する必要があります。2017年版からは急激な気温変化も考慮されています。これらの変動は、列車がトンネルに出入りするときに発生する可能性があり、主に車体の外側に取り付けられた機器に適用されます。
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衝撃と振動
EN50155は衝撃および振動テストについてEN 61373:2010を参照します。この規格では、許容レベルを3つのカテゴリに分けて概説しています。
- カテゴリー1: Equipmentは鉄道車両の車体上または車体下に直接取り付けられます。
- カテゴリー2: 台車搭載型機器。
- カテゴリー3: 鉄道車両の車軸または車輪に取り付けられたEquipment。
カテゴリによって、必要なテストの厳しさが決まります。カテゴリー2、クラスBがデフォルトの要件です。
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電磁適合性
電磁両立性 (EMC) テストは通常必須であり、EN 50121-3-2でカバーされています。EMCには、放射と耐性の両方の要件が含まれます。制限はポートの種類 (バッテリー ソース、補助ソース、測定または制御、または通信) に基づきます。電源は主にバッテリーと補助電源ポートに関係し、表5に概説されている要件があります。
免責限度 環境現象 テスト仕様 基本基準 高速過渡現象 ± 2 kV、5/50 ns、5 kHz EN 61000-4-4 サージ 1.2 / 50 µs、42 Ω、0.5 µF、 ライン対アース: ± 2 kV ライン対ライン: ± 1 kV EN 61000-4-5 RFコモンモード 0.15 MHz ～ 80 MHz、10 V (rms)、80% AM、1 kHz EN 61000-4-6 表5: 免責限度
図5: 伝導放出の制限
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パフォーマンスと信頼性
鉄道アプリケーションには常に人が関わっており、パフォーマンスと信頼性は安全性と品質の両方を実現する重要な要素です。電源装置は、規格に従って別途宣言および文書化されていない限り、20年の耐用年数を持たなければなりません。
EN50155のこれら5つの主要領域は、乗客、乗務員、または列車の走行場所に近づくすべての人の安全を最大限に確保しながら鉄道車両が運行しなければならない実際の環境を反映しています。
鉄道アプリケーション向け標準ステアリングベルト電源
電源は鉄道システム設計において重要な要素であり、適切な選択は鉄道の安全にとって不可欠です。複数の規格が同時に適用されると、選択が通常よりも複雑になるため、鉄道用途や過酷な環境向けの車両用電源の設計と開発で長い実績を持つ専門ベンダーに相談することをお勧めします。
Belは、Melcherブランドを通じて、EN 50155規格の最新要件を満たすように設計された幅広いAC-DC電源とDC-DCコンバータを提供しています。Melcherは、鉄道用途向けの堅牢で信頼性の高い電源装置を設計、製造し、常に変化する安全要件に製品が対応できるようにしてきた長い歴史を持っています。Melcherの専門家とエンジニアは、鉄道アプリケーションに最適なEN 50155準拠の電源ソリューションを見つけるお手伝いをいたします。
Belは、標準設計を簡単に変更して、延長ホールドアップ、長寿命、逆電圧保護などの機能を追加することで、特定の要件を満たす多数の電源設計のカスタム バージョンを作成できます。