Методи випробовування технічних засобів на функційну безпечність і надійність у разі дії електромагнітних завад

Методи випробовування технічних засобів на безпечність функціонування й надійність у разі дії наносекундних імпульсних завад; мікросекундних імпульсних завад; динамічних змін напруги у мережах електроживлення; електростатичних розрядів; радіочастотних електромагнітних полів; електромагнітних завад спектру функціонування цифрових радіотелефонів; гармонік напруги електроживлення; імпульсних комутаційних завад малої енергії наведеновв 8.6 (згіднозДСТУ 4151).

Під час випробовування КТЗ на функційну безпечність у разі дії електромагнітних завад треба встановлювати не тільки максимальні їх рівні, але й проміжні значення параметрів завад між їхніми мінімальними й максимальними рівнями, які мають бути встановлені в ТУ і/або методиках випробовування КТЗ конкретної призначеності.

8.6. Методи випробовування на електромагнітну сумісність

8.6.1. Загальні вимоги до проведення випробувань на електромагнітну сумісність

Для визначення якості функціонування КТЗ повинні піддаватися випробовуванню на стійкість до впливу електромагнітних завад різного виду з регламентованими значеннями параметрів (далі в тексті – випробовуванню на завадозахищеність).

Види та ступені жорсткості випробовування на завадозахищеність вибирають відповідно до вимог цього стандарту з урахуванням умов експлуатації КТЗ конкретних типів.

Види і ступені жорсткості випробовування на завадозахищеність, а також критерії якості функціонування КТЗ під час випробовування повинні бути встановлені в стандартах, ТЗ і (чи) ТУ на КТЗ конкретного типу. Критерії якості функціонування наведено в розділі 7 цього стандарту.

Випробовування на завадозахищеність проводять для:

- -КТЗ, що їх випускають серійно, – у разі сертифікаційного, періодичного і типового випробування;

- КТЗ, що їх розробляють та (чи) модернізують, – у разі попереднього і приймального випробовування;

- КТЗ, що їх імпортують, – у разі сертифікаційного випробування.

Відбирання зразків для випробовування КТЗ на завадозахищеність виконують за такими вимогами:

- для випробовування серійно виготовлюваних КТЗ кількість зразків відбирають із ряду: 7, 14, 20, 26,32,38;

- для випробовування дослідних КТЗ відбирають 2 %, але не менше 3 зразків, якщо виготовлено більше 3 зразків, та всі зразки, якщо виготовлено 3 і менше зразків;

- для випробовування КТЗ одиничного виробництва – випробовують кожен КТЗ окремо.

На етапі сертифікаційного випробовування треба проводити:

- випробовування КТЗ на завадозахищеність за їхнього працездатного стану, в разі пошкодження чи відмови його елементів, а також в разі змінення структури КТЗ;

- випробовування КТЗ на завадозахищеність у разі спільної дії електромагнітних завад і дестабілізуючих чинників.

Перелік пошкоджень і відмов КТЗ, а також дестабілізуючих чинників, спільно з якими повинні проводитись випробовування на завадозахищеність, зазначають у стандартах, ТЗ і (чи) ТУ на КТЗ конкретних типів або методиках їх випробовування.

Порядок проведення сертифікаційного випробовування – згідно з ГОСТ 29037.

Періодичне випробовування на завадозахищеність проводять на КТЗ установчої серії у разі запровадження у виробництво чи поновлення виготовляння після перерви більше року. Для сталого серійного чи масового виробництва періодичному випробовуванню піддають не рідше одного разу на 2 роки довільно обрані КТЗ із числа тих, які витримали приймально–здавальне випробовування, й узяті зі складу готової продукції. Склад і послідовність проведення періодичного випробовування КТЗ, число зразків для випробовування вказують в ТУ на КТЗ конкретного типу.

Попереднє випробовування на завадозахищеність проводять, щоб визначити можливість подання дослідних зразків чи дослідних партій КТЗ на приймальне випробовування.

Приймальне випробовування на завадозахищеність належить до складу комплексного приймального випробовування КТЗ, що його проводять для дослідних зразків чи дослідних партій виробів одиничного виробництва відповідно, щоб вирішити питання про доцільність запровадження цієї продукції у виробництво і (чи) використовування за призначенням.

Випробовування на завадозахищеність обов'язкове для КТЗ, що безпосередньо впливають на безпеку руху поїздів. Такі КТЗ не дозволено допускати до експлуатації, якщо вони не витримали випробовування на завадозахищеність.

8.6.2. Умови випробовування

Випробовування здійснюють в умовах випробувальних лабораторій (центрів) і на місці експлуатації КТЗ. Приймальні та сертифікаційні випробовування на завадозахищеність КТЗ здійснюють тільки в умовах випробувальних лабораторій (центрів).

Всі випробовування, якщо в ТУ на КТЗ і (чи) методиках їхніх випробовувань немає особливих вказівок, здійснюють у нормальних кліматичних умовах: температура навколишнього повітря від 15 до 30 градусів Цельсія, відносна вологість повітря 25 – 75% і атмосферний тиск 84 – 106,7 кПа (630 – 800 мм рт.ст.), якщо інші вимоги не встановлено в стандартах чи методиках випробовування КТЗ конкретного виду.

Електромагнітна обстановка в випробувальній лабораторії (центрі) не повинна впливати на результати випробовування.

Якщо під час випробовування застосовують допоміжні пристрої для контролювання функціонування КТЗ, вони повинні бути захищені від впливів модельованих завад.

Для проведення випробовування КТЗ встановлюють і під’єднують до кіл електроживлення, сигналів керування та пересилання інформації відповідно до технічної документації. Відсутні елементи керування та контролювання, необхідні для функціонування КТЗ, замінюють імітаторами.

Випробовування здійснюють відповідно до програми та методики, в яких повинні бути визначені:

- вид випробовування;

- назва та склад КТЗ, що випробовують (для запрограмовних КТЗ додатково склад програмного забезпечення), перелік зовнішніх кабелів і ліній зв'язку, випробувального і вимірювального устаткування, їхнє взаємне розташування;

- режими функціонування КТЗ під час випробовування;

- номенклатура видів електромагнітних завад, стійкість КТЗ до яких повинна бути визначена під час випробовування;

- ступені жорсткості випробовування для кожного виду електромагнітних завад;

- критерії якості функціонування КТЗ, зокрема перелік неприпустимих збоїв і відмов КТЗ, характер їхнього прояву (припинення функціонування, несанкціоноване увімкнення чи вимкнення об'єкта керування, помилковий перезапуск КТЗ, пропуск частин програми, неприпустима помилка під час вимірювання параметрів тощо);

- потреба проведення випробовування на місці експлуатації КТЗ;

- послідовність випробовування КТЗ на стійкість до певних видів завад;

- перелік кіл, у які подають завади, місць прикладання завад, а також їх послідовність;

- полярність випробувальних імпульсів;

- тривалість випробовування, необхідна кількість випробувальних імпульсів або випробувальних впливів завад;

- перелік і послідовність уведення відмов завадозахисних засобів, у тому числі кратних (для кожного виду модельованих завад);

- перелік станів КТЗ (справний, несправний, працездатний, непрацездатний), за яких випробовують на стійкість до впливу електромагнітних завад;

- перелік структур КТЗ, які треба змінювати під час випробовування (з урахуванням резервування, реконфігурації та можливої зміни структури КТЗ при експлуатації та обслуговуванні);

- перелік і послідовність уведення відмов і пошкоджень КТЗ, зокрема кратних;

- інтервал часу, протягом якого КТЗ повинен зберігати задану якість функціонування після введення в нього зімітованих завад під час проведення випробовування на завадозахищеність.

Режими функціонування КТЗ під час випробовування повинні забезпечувати максимальну сприйнятливість до впливу електромагнітних завад.

У разі випробовування КТЗ на стійкість до одночасного впливу завад декількох видів треба обрати таку сполученість їхніх параметрів, що призводить до найбільшої сприйнятливості КТЗ до впливу завад.

Тривалість випробовування для кожного виду завад і для кожного виду прикладання модельованих завад до КТЗ повинна бути не менша тривалості циклу його функціонування і її визначають для КТЗ конкретного типу. Тривалість випробовування КТЗ для кожного виду завад не може бути менша 1 хвилини.

Всі випробовування та вимірювання треба проводити на спеціально обладнаних робочих місцях (стендах), складених і змонтованих згідно зі схемами, що наводять у стандартах, ТУ і (чи) методиках випробовування на КТЗ конкретного виду з використанням застандартизованих і (чи) нестандартизованих засобів вимірювання, випробовування і допоміжних пристроїв (елементів). Дозволено замінювати стандартні вимірювальні прилади і випробовувальне устаткування на аналогічні, що забезпечують необхідну точність вимірювання і випробовування.

В процесі випробовування заборонено робити підстроювання й регулювання КТЗ і його складових частин, за винятком випадків, передбачених нормативною та конструкторською документацією.

При випробовуваннях дозволено замінювати комплектувальні вироби і складові частини КТЗ відповідно до їх нормативної та конструкторської документації.

8.6.3. Методи випробовування на стійкість до впливу електромагнітних завад

8.6.3.1. Методи випробовування на стійкість до впливу електромагнітних завад загальнотехнічного переліку

Методи випробовування КТЗ на стійкість до впливу наносекундних імпульсних завад – згідно з ГОСТ 29156.

Методи випробовування КТЗ на стійкість до впливу мікросекундних імпульсних завад великої енергії – згідно з ДСТУ 3681.

Методи випробовування КТЗ на стійкість до впливу імпульсних розрядів статичної електрики – згідно з ГОСТ 29191.

Методи випробовування КТЗ на стійкість до впливу динамічних змін напруги в мережі електроживлення (провалів, переривань і викидів) – згідно з ГОСТ 30376.

Методи випробовування КТЗ на стійкість до впливу радіочастотного електромагнітного поля – згідно з ГОСТ 29280.

Методи випробовування КТЗ на стійкість до впливу високочастотних електромагнітних полів від цифрових радіотелефонів – згідно з ДСТУ ЕNV 50204.

Методи випробовування КТЗ на стійкість до впливів гармонік напруги живлення – згідно з ГОСТ 29280.

8.6.3.2 Методи випробовування на функційну безпеку й надійність під час дії комутаційних завад малої енергії

Дослідження джерел електромагнітних завад в системах залізничної автоматики показують, що одними з найважливіших для мікроелектронних технічних засобів є комутаційні завади, що виникають при комутації кіл електроживлення індуктивних елементів: електромагнітних реле, трансформаторів, електродвигунів тощо [14, 17, 43]. З урахуванням того, що таких елементів в системах керування руху поїздів найбільша кількість, а імітатори завад загальнотехнічного переліку не можуть адекватно модулювати такі комутаційні процеси, необхідно при випробуваннях КТЗ використовувати генератори комутаційних завад, що побудовані на реальних джерелах завад [31–34], наприклад, на базі електромагнітних реле залізничної автоматики.

Для випробовування КТЗ на функційну безпеку при впливах несиметричних імпульсних завад, що діють у колах електроживлення, введення–виведення та пересилання інформації, КТЗ, прилади й випробовувальне устаткування з'єднують за схемою рис. 8.1, на якому зазначено: ГЗ – генератор завад з виходами “1 “, “2” і клемою заземлення “3”; ВК – випробні кола; А – випробовувальна антена; КТЗ – випробний об’єкт з точкою заземлення “з”.

ВК

1 1

А

Рис. 8.1

Випробні кола (провідники, джгути проводів чи кабелі КТЗ) прокладають на відстані не менше 2 мм уздовж випробовувальної антени А (провід довжиною 5 м і перерізом 0,75 мм²). Якщо довжина випробних кіл менше 5 м, тоді їх прокладають, починаючи з вершини антени.

Випробний КТЗ вмикають в роботу згідно з ТУ або його технічним описом, після чого вмикають генератор завад, на виході якого плавно підвищують амплітуду пачки імпульсів завад до нормативних значень, які наведено в табл. 8, протягом часу, встановленого в ТУ чи методиках випробовування, але не менше ніж 1 хв. В процесі випробовування КТЗ необхідно здійснювати контроль вихідних параметрів генератора пачок завад за допомогою осцилографа.

Випробовування проводять згідно з позитивною і негативною полярністю модельованих імпульсів, для всіх кіл електроживлення, введення-виведення і пересилання інформації. Дозволено одночасно випробовувати електричні кола КТЗ, розташовуваних у джгутах чи кабелях згідно з конструкторською документацією. Для випробовування КТЗ на стійкість до впливів завад у колах заземлення випробовувальне устаткування та КТЗ з'єднують за схемою рис. 8.2 і подають завади від генератора в антену.

1 А

22 2 ВК

Рис. 8.2

Випробовування КТЗ також проводять для різних сполученостей розташування випробних кіл ВК_і, ВК_j, перелік яких наводять в ТУ чи методиках випробовування КТЗ конкретного типу. Для цього розташовують випробовувальні антени А1 і А2 уздовж електричних кіл згідно з рис. 8.3 і подають завади від генератора в антену.

A2

ВК_і

А1 ВК_j

Рис. 8.3

Обов'язковими є сполученості в процесі випробовування КТЗ таких електричних кіл:

- джгути провідників (кабелі) кіл введення інформації – джгути проводів кіл виведення інформації;

- джгути проводів електроживлення – джгути проводів кіл введення інформації;

- джгути проводів електроживлення – джгути проводів кіл виведення інформації КТЗ .

Для визначення стійкості КТЗ до впливу симетричних завад, що діють у колах електроживлення, введення і виведення інформації, КТЗ, прилади й випробовувальне устаткування з'єднують за схемою рис. 8.4.

A1

1 1 ВК_і

ВК_j

2 2 А2

Рис. 8.4

Випробовувальні антени А1 і А2 з вищевказаними параметрами розташовують паралельно прямому і зворотному проводу випробних кіл на відстані 2 мм (± 0,5 мм). Випробні кола розташовують паралельно між собою на відстані не менше 20 см. Випробовування проводять для всіх кіл електроживлення, введення і виведення інформації (введення інформації в КТЗ від контактів колійних реле, виведення сигналів керування на пускові реле тощо), а також кіл, перелік яких зазначений у ТУ і (чи) методиці випробовування КТЗ конкретного виду. Якщо неможливо прокласти антени і випробні кола, згідно з рис. 8.4, допускають використовувати замість них конденсатори з рівнозначною ємністю зв'язку, значення якої вказують в ТУ і (чи) методиці випробовування КТЗ конкретного виду.

Випробовування КТЗ повторюють для кіл електроживлення, введення–виведення інформації (джгутів проводов або кабелів), перелік яких надають у ТУ чи методиках випробовування КТЗ конкретного типу, за схемою рис. 8.5.

ВКi

А1

Рис. 8.5

Між генератором завад і випробовувальною антеною встановлюють конденсатор розв’язки ємністю 300 пФ ± 20%.

Для визначення стійкості до впливу електромагнітного поля випробовувальну антену А розміщують паралельно корпусу КТЗ (рис. 8.6) на відстані 5 мм ± 20%.

1 А

Рис. 8.6

Довжина випробовувальної антени повинна бути не менша максимального лінійного розміру площин КТЗ. Випробовування проводять для всіх площин корпусу КТЗ із розміщенням випробовувальної антени як у вертикальній, так і в горизонтальній площині. Місця розміщення антени під час випробовування вказуються в ТУ чи методиці випробовування КТЗ конкретного виду. У разі відсутності вказівок у них на розміщення антени її розташовують паралельно центрам площин КТЗ (вертикальної та горизонтальної) і ребрам корпусу КТЗ. Дозволено встановлювати випробовувальну антену на іншій відстані від корпусу КТЗ, якщо це вказано в ТУ чи методиці випробовування КТЗ конкретного типу.

8.6.4. Структурна схема генератора комутаційних завад

Структурну схему генератора комутаційних завад наведено на рис. 8.7.

Рис. 8.7

Генератор комутаційних завад має елемент із індуктивним характером навантаження, коло живлення постійного струму якого розмикається комутатором. З початку кожного розмикання кола живлення комутованого елемента починається формування пачки комутаційних завад. Блок керування параметрами комутатора дає змогу регулювати швидкість і частоту розмикання електричного кола. У цьому разі за підвищення швидкості розмикання амплітуда комутаційних завад збільшується, але тривалість пачки завад зменшується і навпаки. За підвищення частоти розмикання електричного кола збільшується частота формування пачок завад. Блок керування параметрами комутованих елементів дає змогу регулювати параметри комутаційних завад: частоту імпульсів завад, їхню амплітуду та тривалість пачки завад. Елемент розв’язування та перемикання полярності дає змогу розділити електричні кола генератора завад і випробних технічних засобів, які випробовуються, та змінювати полярність імпульсів завад. Регулювання напруги живлення також змінює параметри комутаційних завад: при її підвищенні напруга та тривалість пачки импульсів завад підвищується.

Генератор має формувати такі параметри комутаційних завад: амплітуда пачки імпульсів завад – (0,5 – 2,0) кВ ± 10%; тривалість пачки імпульсів – не менше 1,0 мс; тривалість імпульсів (на рівні 0,5 Uмах) на початку пачки – не більш 0,5 мкс; тривалість заднього фронту імпульсів – не більше 100 нс. Контроль параметрів комутаційних завад виконують за допомогою запам’ятовувального осцилографа з вхідним опором не менше 5 МОм і смугою робочих частот не менше 2,5 МГц.

Генератор комутаційних завад може бути складовою частиною спеціалізованого стенда формування комутаційних завад, який повинен бути атестований.

Для побудови генератора комутаційних завад рекомендується використовувати електромагнітні реле залізничної автоматики (наприклад, реле НМШ1–1800), які мають велику індуктивність і дають змогу найточніше відтворювати комутаційні завади на об’єктах експлуатації технічних засобів керування та регулювання рухом поїздів. Для побудови генератора завад можна використовувати два або три таких реле. Принципові схеми генераторів комутаційних завад та їхній опис наведено у роботах [31–34].

8.6.5. Результати випробовування і протокол випробовування

Результати випробовування повинні бути класифіковані на основі критеріїв якості функціонування, перелічених нижче, якщо інші вимоги не встановлено в стандартах або ТУ на КТЗ конкретного виду.

Критерій А. Нормальне функціонування згідно з установленими вимогами.

Критерій В. Тимчасове погіршення якості функціонування або припинення виконування встановленої функції з наступним відновленням нормального функціонування, яке відбувається без втручання оператора.

Критерій В.1. Тимчасове погіршення якості функціонування або припинення виконування встановленої функції, які не призвели до небезпечного стану КТЗ, з наступним відновленням нормального функціонування, яке відбувається без втручання оператора.

Критерій В.2. Тимчасове погіршення якості функціонування або припинення виконання встановленої функції, які призвели до тимчасового небезпечного стану КТЗ, з наступним відновленням нормального функціонування, яке відбувається без втручання оператора.

Критерій С. Тимчасове погіршення якості функціонування або припинення виконання встановленої функції, які потребують втручання оператора або перезапуску КТЗ.

Критерій С.1. Тимчасове погіршення якості функціонування або припинення виконання встановленої функції, які не призвели до небезпечного стану КТЗ і потребують для їх відновлення втручання оператора або перезапуску КТЗ.

Критерій С.2 Тимчасове погіршення якості функціонування або припинення виконання встановленої функції, які призвели до небезпечного стану КТЗ і потребують втручання оператора або перезапуску КТЗ.

Критерій D. Погіршення якості функціонування або припинення виконання встановленої функції, які не підлягають відновленню оператором через пошкодження устаткування (компонентів), порушення програмного забезпечення або втрату даних.

Критерій D.1 Погіршення якості функціонування або припинення виконання встановленої функції, які не призвели до небезпечного стану КТЗ і не підлягають відновленню оператором через пошкодження устаткування (компонентів), порушення програмного забезпечення або втрату даних.

Критерій D.2 Погіршення якості функціонування або припинення виконання встановленої функції, які призвели до небезпечного стану КТЗ і не підлягають відновленню оператором через пошкодження устаткування (компонентів), порушення програмного забезпечення або втрату даних.

Критерії В.1, В.2, С.1, С.2, D.1, D.2 використовують для КТЗ, які безпосередньо впливають на безпеку руху поїздів або можуть призводити до загибелі, травмування, погіршення здоров'я людей; негативного впливу на довкілля, певного матеріального чи іншого збитку.

Протокол випробовування повинен містити умови проведення випробовування і результати випробовування.