Особливості електромагнітного середовища та каналів проникнення завад в електронні засоби залізничної автоматики України в умовах нових технічних регламентів безпеки

Abstract

UA: Розглянуто особливості електромагнітного середовища і каналів проникнення електромагнітних завад в електронні засоби залізничної автоматики (ЕЗ ЗА) в умовах експлуатації на залізницях України. Показано, що специфіка електромагнітного середовища залізниць України визначена не тільки параметрами джерел завад, але й особливостями інфраструктури, через яку зовнішній електромагнітний вплив може трансформуватися в кондуктивну, синфазну або диференціальну заваду безпосередньо на портах ЕЗ ЗА. До таких факторів віднесено протяжні лінії електроживлення 6 і 10 кВ, систему «два проводи — рейка» (ДПР) 27,5 кВ і її електричний зв'язок із тяговою мережею змінного струму, силові трансформатори ОМ (однофазні масляні), дросель-трансформатори (ДТ), рейкову мережу, системи заземлення, сезонну зміну параметрів баласту і ґрунту, грозові та комутаційні впливи. Розглянуто можливість проникнення одного зовнішнього електромагнітного впливу одночасно через декілька портів, зокрема через трансформатор ОМ до порту живлення та через систему заземлення і середню точку дросель-трансформатора до сигнальних кіл. Показано, що розрахункова інтенсивність небезпечних функціональних відмов FFR резервованих структур залежить від коефіцієнта деградації елементної бази приблизно квадратично, тоді як дефіцит ізоляційної координації входить у бета-фактор спільних відмов лінійно, що здатне домінувати в підсумковому показнику для високонадійних компонентів. Показано зв'язок таких впливів із функціональною безпечністю ЕЗ ЗА рівнів SIL 3 і SIL 4. Електромагнітний вплив може призводити не тільки до збою або переходу системи в захисний стан, але і формування небезпечного помилкового вихідного стану, відмов за спільною причиною та збільшення інтенсивності небезпечних відмов у процесі експлуатації.

EN: Methodology. The study applies a channel-based approach: for each disturbance source, the physical infrastructure channel of its penetration to a specific equipment port is identified separately from the source, and the functional consequence is assessed against a unified safety-related reaction criterion. Established facts are explicitly distinguished from physically justified hypotheses requiring dedicated measurement, and an immunity-margin coefficient comparing measured disturbance levels with EN 50121-4 test levels is introduced as a decision tool. Results. The OM-transformer channel of RF penetration to the power port, previously confirmed for 2.13/2.15 MHz train radio interference, is generalised to 6/10 kV power lines, the 27.5 kV booster system, and the rail-ground path with its seasonal variation. A physically justified hypothesis of high-frequency signal penetration through the impedance-bond midpoint to signalling circuits is formulated as a common-cause failure concern. It is shown that the hazardous functional failure rate (FFR) of redundant architectures depends approximately on the square of the component degradation factor, and that insulation-coordination deficits contribute to the betafactor linearly rather than quadratically, which can dominate the resulting hazardous-failure rate for highreliability components. A structured comparison procedure based on a quantified immunity-margin coefficient is proposed as the technical basis for further normative work. Scientific novelty. For the first time, a unified infrastructural-channel taxonomy is proposed for the national electromagnetic environment of Ukrainian railway automation, linking disturbance sources to penetration paths and functional-safety consequences. The immunity-margin coefficient formalises a measurementbased alternative to the a priori increase of EN 50121-4 severity levels, and the quadratic versus linear sensitivity of the hazardous functional failure rate to component degradation and to insulation-coordination deficits, respectively, is established for the first time in this national context. Practical significance. The proposed channelbased structure and comparison procedure can be used by designers, certification bodies and standardisation working groups when preparing additional normative requirements for DSTU EN 50121-4, providing a prioritised programme of field and laboratory measurements instead of an arbitrary increase of test levels. The results apply both to new SIL 3/SIL 4 signalling equipment and to EMC audits of equipment already in operation.