Le applicazioni ferroviarie impongono che le
apparecchiature siano in grado di sopportare le condizioni ambientali più
critiche, dal punto di vista climatico, meccanico ed elettrico, a cui sono
sottoposti i veicoli ferroviari di trazione e il materiale rotabile in genere.
Le apparecchiature elettroniche utilizzate, dai sistemi per l'illuminazione,
l'intrattenimento e l'informazione dei passeggeri, a quelli per la sicurezza,
il controllo e la gestione dei motori, richiedono per la loro alimentazione una
conversione Dc/Dc e, cosa fondamentale, devono garantire un funzionamento
affidabile e sicuro in ogni circostanza. In ambito europeo, molti paesi hanno
sviluppato propri standard relativi alle tecnologie ferroviarie come, ad
esempio, i BRB/RIA utilizzati nel Regno Unito e gli NF F 01-510 in Francia. Con
la privatizzazione delle compagnie ferroviarie nazionali e il diffuso percorso
di armonizzazione delle norme locali all'interno dell'Unione Europea, per
quanto riguarda le apparecchiature elettroniche si sono ormai largamente
imposti i due nuovi standard En50155 ed En50121, sebbene in alcuni casi si
richieda ancora la conformità alle vecchie norme nazionali. Le specifiche di
progetto a cui maggiormente si fa riferimento sono raccolte nelle Norme Europee
En50155 “Electronic Equipment used on Rolling Stock”. En50155:2007
(Equipaggiamenti elettronici utilizzati sul materiale rotabile).
L’importanza delle
condizioni ambientali
Nella scelta dei convertitori Dc-Dc e dei sottoassiemi di
potenza, gli elementi principali da prendere in considerazione sono quelli
relativi alla alimentazione (ingresso) e alle condizioni ambientali all'interno
delle quali essi devono operare. È inoltre necessario fare i conti con
variazioni della tensione d'ingresso, interruzioni e burst transitori, come
pure con scariche elettrostatiche e fenomeni Emc. I criteri operativi
ambientali preminenti sono quelli che riguardano la temperatura, le
sollecitazioni meccaniche quali urti e vibrazioni, e l'umidità relativa. I sistemi elettronici e gli apparati utilizzati in
ambiente ferroviario sono sottoposti ad ampie variazioni di alimentazione con
operatività in condizione di brown-out, transienti e disturbi di tipo
impulsivo. Solitamente, questo tipo di apparecchiature deve essere in grado di
operare senza discontinuità anche in presenza di interruzioni della
alimentazione fino a 10 ms, cosa di cui si deve tener conto in fase di
progetto. Gli standard inglesi BRB/RIA12 General
Specification for Protection of Traction and Rolling Stock from Transients and
Surges in Dc Control Systems prescrivono la immunità a picchi di tensione
3,5 volte superiori alla tensione nominale per 20 ms, cosa che solitamente
sfocia nella aggiunta di un filtro attivo di clamp per la protezione dei
convertitori Dc-Dc a valle. A titolo di
esempio, la serie RDC30 di XP Power è stata progettata per tensioni nominali
d'ingresso di 72 Vdc e 110 Vdc. Per i picchi, i transienti, Esd ed Emc si fa
riferimento agli standard En50121-3-2:2006 Electromagnetic compatibility –
Rolling stock – Apparatus (Compatibilità elettromagnetica – Materiale
rotabile - Apparati), che stabiliscono i limiti delle emissioni
elettromagnetiche dell'ambiente ferroviario verso il mondo esterno, e
l'emissione elettromagnetica e la immunità per le apparecchiature che lavorano
all'interno dell'ambiente ferroviario. Gli standard En50121-3-2:2006
definiscono anche i requisiti in termini di compatibilità elettromagnetica per
gli apparati del materiale rotabile. Poichè i vecchi standard nazionali
presentano prescrizioni diverse rispetto a quelle definite dagli standard
EN50121, quando richiesti devono essere considerati separatamente. Le Tabb. 2 e
3 riassumono i livelli di emissioni condotte e di immunità condotta.
La valutazione delle
prestazioni
Le nuove serie RDC30 e RDQ100/150 di XP Power, sottoposte
a valutazione, sono state giudicate pienamente conformi a questi standard. Il
parametro di valutazione della performance indica se
l'apparecchiatura deve essere in grado di funzionare durante il test. La
lettera A specifica che l'apparecchiatura deve proseguire il normale
funzionamento durante e dopo le operazioni di test, senza alcun degrado in
prestazioni. Al contrario, B indica che durante la prova è tollerata una caduta
di prestazioni e che, comunque, la normale operatività deve essere ripresa dopo
il test. I convertitori Dc-Dc e sottoassiemi sono considerati normalmente come
componenti, mentre gli standard si applicano ai prodotti finiti destinati alla
installazione su materiale rotabile. I prodotti XP Power progettati per
applicazioni ferroviarie sono valutati indipendentemente rispetto a questi
requisiti sebbene emissioni, suscettibilità ed Esd debbano essere rivalutate
sull'apparecchiatura finale. Per quanto riguarda le temperature operative, gli
standard En5015 specificano quattro classi, ciascuna delle quali è
ulteriormente suddivisa in temperatura dell'involucro, sovratemperatura
dell'involucro e temperatura ambiente del Pcb, come illustrato nella Tab. 4. Le
apparecchiature elettriche dovranno essere progettate tenendo conto dei limiti
di umidità relativa per tutto il range di temperatura esterna dell'involucro
definito sulla base di una media annua con umidità relativa <= al 75% e fino
a 30 giorni consecutivi a umidità relativa pari al 95%. Le apparecchiature utilizzate a bordo o in prossimità di
veicoli ferroviari sono soggette a continue vibrazioni a frequenza e ampiezza
variabili. I convertitori Dc-Dc e i sottoassiemi sono solitamente abbastanza
robusti di per sé, ma è comunque necessario prestare particolare attenzione
nella fase di montaggio nell'apparato finale, dal momento che molti di essi
sono tra i componenti più pesanti. Gli
standard EN50155 e quelli nazionali, più datati, specificano i livelli ai quali
devono conformarsi le apparecchiature elettroniche a seconda della loro
collocazione all'interno del veicolo; per definire la severità dei test, si
rifanno all'En61371:2010. Questo comprende tre diverse categorie: la prima si
riferisce alle apparecchiature da montare sul corpo del veicolo, la seconda a
quelle montate sui carrelli, la terza a quelle montate sugli assi. A sua volta,
la prima categoria è suddivisa in Classe A, che comprende involucri,
sottoassiemi, apparecchiature e componenti montati direttamente sul o sotto il
corpo del veicolo, mentre la Classe B si rifersce a tutto ciò che è montato
all'interno di un involucro collocato a sua volta sul corpo del veicolo o in
posizione ad esso sottostante. I livelli di test divengono più severi dalla
categoria 1 alla 3 per quanto riguarda shock e vibrazioni.
Conformità a tutti gli
standard
XP Power può vantare una lunga storia di successi nella
fornitura di soluzioni per alimentazione all'industria ferroviaria: da singoli
moduli di conversione Dc-Dc a elementi completamente assemblati e sistemi con
batteria in tampone. Quando si mettono a confronto gli standard En50155 e
quelli BRB/RIA & NF F, più vecchi, i requisiti in termini di range della
tensione d'ingresso e transienti sono diversi. XP Power, in collaborazione con
i propri clienti, ha sviluppato e commercializzato soluzioni che per quanto
riguarda le tensioni d'ingresso nominali sono conformi a tutti questi standard.
I moduli Dc-Dc di XP Power di più
recente introduzione sono interamente valutati e certificati secondo gli
standard ferroviari con report Emc che ne certificano la possibilità di
integrazione nei completi sottoassiemi di potenza presso i nostri gruppi di
ingegnerizzazione sparsi per il mondo per fornire ai progettisti di sistemi
soluzioni pronte all'uso.
