轨道交通 机车车辆 电磁发射限值与测量

1GB/T32577—202X轨道交通有人环境中电磁发射限值与测量本文件规定了轨道交通环境中电子和电气设备在0Hz～20kHz频率范围内产生的与人体暴露相关的磁场强度的限值要求、测量方法以及测量技术。本文件规定了轨道交通机车车辆在150kHz～1GHz频率范围内射频电磁骚扰的限值要求、测量方法以及测量技术。本文件适用于轨道交通环境中电子电气设备对佩戴有源植入式医疗设备人员的磁场强度测量及限值约束，但不进行风险评估。本文件不考虑旅客和工作人员个人电子设备（如移动电话、笔记本电脑和无线通讯系统等）的发射。2规范性引用文件下列文件的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件。不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T4365电工术语电磁兼容GB/T6113.101—2021无线电抗扰度测量设备和测量方法规范第1-1部分：无线电骚扰和抗扰度测量设备测量设备GB/T24338.3—2018轨道交通电磁兼容第3-1部分：机车车辆列车和整车GB/T27025检测和校准实验室能力的通用要求3术语、定义和缩略语3.1术语和定义GB/T4365界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1电磁发射electromagneticemission从源向外发出电磁能的现象。3.1.2工作人员workers司机、列车乘务人员以及其他在轨道交通环境中工作的人员。3.1.3地面装置fixedinstallation2GB/T32577—202X轨道交通环境中除机车车辆外的设施。3.1.4电力牵引系统/馈电系统electrictractionsystem/feedingsystem提供电动车辆能量的轨道交通供电网。3.1.5干线mainline客车和货车跨地区性或长距离运行所用的轨道线路。3.1.6城市运输urbantransport城市区域内地铁、轻轨以及有轨/无轨电车运行的轨道线路。3.1.7机车车辆rollingstock可操作的最小单元，涵盖所有带电机或不带电机的车辆。[来源：GB/T2900.36—2021,811-02-01,有修改]3.1.8平交道口levelcrossing铁路与公路在同一平面交叉口。[来源：GB/T2900.36—2021,811-07-01]3.1.9接触轨[contactrail]与列车受电靴直接接触，直接向列车输送电能的导电轨。[来源：CJJ/T198—2013,2.0.2]3.2缩略语下列缩略语适用于本文件。FFT：快速傅里叶变换（FastFourierTransform）3GB/T32577—202XICNIRP：国际非电离辐射防护委员会（InternationalCommissiononNon-IonizingRadiationProtection）4限值要求4.1磁场强度测量限值4.1.1直流磁场限值直流磁场限值不应超过1mT要求。4.1.2交流磁场职业曝露限值交流磁场职业曝露限值应符合表1或图1“---”虚线的规定。表1交流磁场职业曝露限值要求磁场强度H磁通密度B1.63×10/f2×10/f2×10/f2.5×10/f2.4×10/f3×10/f4.1.3交流磁场公众曝露限值交流磁场公众曝露限值应符合表2或图1“——”实线的规定。表2交流磁场公众曝露限值要求磁场强度H磁通密度B3.2×10/f4×10/f4×10/f5×10/f4GB/T32577—202X6.4×10/f8×10/f图1交流磁场职业曝露和公众曝露限值曲线4.2射频电磁骚扰测量限值应符合GB/T24338.3—2018中6.3.3的规定。5测量方法5.1概述轨道交通环境中可能影响人体的三个电磁场源分别为机车车辆、固定供电装置和信号设备。根据IEC62311，不同频率的场辐射存在两种不同的效应，在1Hz～10MHz范围内，与电激励有关，可通过电流密度来进行推导基本限制值；在100kHz～300GHz范围内，与热效应有关。结合轨道交通机车车辆、固定供电装置和信号设备的发射特性，在0Hz～20kHz范围内进行磁场强度的测量和计算，在此范围内，磁场起主导作用，电场可忽略；在150kHz～1GHz范围内进行射频电磁骚扰的测量，包括磁场测量和电场测量。在轨道交通环境中，由于信号设备的功率与其他磁场源相比较低，可忽略其影响。故对整个轨道交通系统的两类装备分别进行测量：a）机车车辆：包括车辆内部、外部磁场强度测量以及整车射频电磁骚扰测量，用于证明机车车辆的符合性；5GB/T32577—202Xb）地面装置：包括既有铁路设施的磁场强度测量以及在最恶劣条件情况（如桥梁、平交道口、架空接触线或接触网、接触轨中可能的最大电流等）下的计算，用于证明地面装置的符合性。通过a）和b）测量，确定整个轨道交通系统的电磁发射是否满足限值要求。其中，机车车辆内外磁场强度及整车射频电磁骚扰测量见5.2，在确定区域内地面装置的测量点和相关计算见5.3，试验条件规定见5.4，试验环境要求见5.5，机车车辆及地面装置的磁场强度试验计划见附录A。5.2机车车辆5.2.1概述本条款规定了机车车辆内部及外部磁场强度测量和射频电磁骚扰测量的区域和要求。5.2.2磁场强度测量5.2.2.1机车车辆内工作区域需测量确定该区域内列车设备在静止和动态条件下的发射值（见5.4.1.1）。测量应在车辆内发射源（如功率变流器、功率电缆和电抗器）附近，工作人员工作位置区域或司机室座位区域。距地板测量高度应为0.9m和1.5m，距墙水平测量距离为0.3m，或在工作人员能到达的最小距离0.3m）。5.2.2.2机车车辆内公众区域需测量确定该区域内列车设备在静止和动态条件下的发射值（见5.4.1.1）。测量应在车辆内距离发射源（如功率变流器、功率电缆和电抗器）最近，公众能到达的区域进行。在此情况下，距地板测量高度应为0.3m，0.9m和1.5m。距墙水平测量距离为0.3m，或公众能到达的最小距离0.3m）。5.2.2.3机车车辆外区域（工作及公众区域）需测量确定该区域内列车设备在静止状态的发射值（见5.4.1.1）。测量应在距离机车车辆外壳0.3m、距列车运行轨道（即轨平面）顶端高度0.5m、1.5m和2.5m，且距离机车车辆发射源（如功率变流器、功率电缆和电抗器）的最近位置进行。公众区域的测量不应在接触轨的同一侧进行。5.2.3射频电磁骚扰测量需测量确定机车车辆在静止和动态条件下的射频电磁骚扰。测量包括150kHz～30MHz频段的磁场测量以及30MHz～1000MHz的电场测量，其中：——150kHz～30MHz采用环形天线，其几何中心至轨道中心距离为10m，天线离轨面高度为1m~2m，天线的平面应平行于轨道中心线，见图2；——30MHz～300MHz采用双锥天线，其几何中心至轨道中心距离为10m，天线离轨面高度为3m，——300MHz～1000MHz采用对数周期天线，其几何中心至轨道中心距离为10m，天线离轨面高度为3m，见图4。所有电场测量应包括天线垂直极化和水平极化测量。6GB/T32577—202X~~图2150kHz～30MHz磁场测量布置图图330MHz～300MHz电场测量布置图（垂直极化）7GB/T32577—202X图4300MHz～1GHz电场测量布置图（垂直极化）5.3地面装置5.3.1通则5.3规定了地面装置磁场强度测量区域和要求。既有地面装置的符合性证明应包括轨道交通环境的地面电力牵引系统。5.3.2～5.3.3给出了符合性确认位置，最恶劣条件状态下的计算见5.3.5。5.3.2开放式轨道线路（公众和工作人员）公众区域相关的测量和/或计算应在距离表3所给相关系统最近的轨道中心线位置，或在公众可能到达的最近区域内的较长距离进行。监测位置是公众（站立区域）能到达的距地面1.5m的位置（见表3）。表3位置和距离m0000注2：有些情况下最大场强位置与轨道中心线不对于工作区域，应在工作人员最可能接近发射源的位置（不受限制）进行测量。短路情况除外。8GB/T32577—202X5.3.3地面供电装置区域（公众和工作人员）应在公众和工作人员可能最接近地面供电装置的区域（如地板上的标记或所给的栅栏）进行测量和/或计算。在此情况下，所有公众区域测量高度应分别为0.3m、0.9m和1.5m，所有工作区域测量高度应分别为0.9m和1.5m。距离墙壁或栅栏的水平测量距离为0.3m，或公众和工作人员所能到达的最小距离（>0.3m）。5.3.4站台（公众和工作人员）站台上的测量和/或计算应在水平距离站台边缘0.3m，分别距离站台高度0.3m、0.9m和1.5m进行。5.3.5计算如果无法在最恶劣条件下进行测量，则应根据最大预计电流值（由地面装置管理者给定）进行计算。对于所有测量频率，当谐波电流低于阈值（10%限值）时，其影响可不考虑。应将计算结果与同一条件下的测量结果进行分析比较。5.4试验条件5.4.1机车车辆试验5.4.1.1磁场强度测量仅在正常工作条件下进行试验。进行磁场强度测量的机车车辆工作条件包括以下两种。——静止条件（S）：机车车辆静置，牵引电路通电但不工作，辅助电路工作，所有相关设备（如空调/加热器、照明、窗加热器和发电机）正常运行。——动态条件（D）：机车车辆从静止状态启动，以最大加速度至最高速度，惰行并以最大电气制动至停止，辅助电路工作，所有相关设备（如空调/加热器、照明、窗加热器和发电机）正常运行。在试验条件下，机车车辆（如城市运输车辆）可能无法以最大线电流加速，为了试验目的，供电系统也不能故意设置成机车车辆的最大牵引电流，在这种情况下，应基于测量结果和使用适当方法（如推算法）所得线电流来计算最大发射值。注1：车载设备、接触轨以及接触网的发射将会影响机车车辆磁场强度测量结果。车载设备产生的磁场强度随设备试验宜尽可能在不受其他车辆影响的情况下进行。如果存在不同的电气制动方式，则应分别试验。），5.4.1.2射频电磁骚扰测量应符合GB/T24338.3—2018中6.3.2的规定。5.4.2地面装置试验对于开放式轨道线路和站台的磁场强度测量，开放式轨道线路和站台的实际线电流是主要源头，应进行记录。应基于测量结果和使用适当方法（如推算法）获得的线电流计算最大发射值。对于固定供电装置的磁场强度测量，应记录供电装置的实际负载。用基于测量结果和使用适当方法9GB/T32577—202X（如推算法）所得线电流计算最大发射值。轨道交通系统内的负载可在短时间内发射大幅度变化，从而影响磁场辐射。5.5试验环境5.5.1磁场强度测量为减少沿线以及机车车辆外部磁感应源对测量的影响，应在线路运行计划中标注可能的机车车辆外部磁感应源位置，以便在测量前和测量期间对磁场强度进行必要的修正。5.5.2射频电磁骚扰测量应符合GB/T24338.3—2018中6.3.1的规定。6测量技术6.1概述本章规定了测量频率范围、仪器设备要求、评估方法和测量实施内容。6.2频率范围磁场强度测量应在0Hz～1Hz以及5Hz～20kHz频率范围内进行测量和/或计算。场也满足要求，所以在1Hz～5Hz之间的测量频率间隔可视为合理。预期不会出现1Hz～5Hz频率范围内射频电磁骚扰测量在150kHz～1GHz的频率范围内进行测量。6.3仪器设备要求6.3.1磁场强度测量仪器设备6.3.1.1通则测量设备应至少符合6.3.1的所有技术要求。每个场强探头的中心应作为所给测量距离的参考点。6.3.1.2场强探头场强探头应满足以下要求：——直流磁场测量采用三轴同向探头；——交流磁场测量采用配有三个面积各为100cm2的正交环且最小频率范围为5Hz～20kHz的三轴探头。B=U,·H…………（1）B——磁通密度，单位为特斯拉（TGB/T32577—202X6.3.1.3空间分量的总和Η+Η+Η应在三个正交面同时进行三次测量，所获得场的不同分量，按公式（2）计算Η+Η+Η…………Η=…………；对于交流磁场，应在滤波后的时域内或在所测场分量的FFT变换后频域内进行计算。注：公式（2）只给出了频域范围内总和的最恶劣情况之数值，没有考6.3.1.4数据记录宜使用数据记录设备以便获得离线评估所需的数据。6.3.1.5动态范围测量通路的最低动态范围应覆盖所需限值的5%～200%。6.3.1.6无向性整个系统的无向性偏差不应大于5%。6.3.1.7线性度在所要求的动态范围内，整个系统相关的场强测量值的线性度偏差不应大于±5%。6.3.1.8校准及精度应在整个频率范围内校准所有测量设备，并规定整个测量回路（从场强探头到显示单元）的不确定度不应超过20%。应检查确定整个测量通路的性能及精度。6.3.2射频电磁骚扰测量仪器设备射频电磁骚扰测量仪器设备的精度、峰值和准峰值检波的带宽应符合GB/T6113.101—2021的规6.4评估方法6.4.1磁场强度测量6.4.1.1通用要求磁场强度测量数据的评估和评定方法应符合基本规定。6.4.1.2直流磁场评估GB/T32577—202X应采用公式（2）对直流磁场进行评估。6.4.1.3交流磁场评估6.4.1.3.1概述导则，时域评估（见6.4.1.3.3）参见IEEEStd.C.95.6:2002和IEEEStd.C.95.1:2005，其中频域评估为基本方法。FFT评估方法结果比时域评估方法结果高时（轨道交通环境存在脉冲和复合非正弦波形），某些情况下时域法（见ICNIRP导则）可能更符合实际。通常区别引起磁场超出限值的瞬变，如忽略开关器件动作等持续时间小于1s的瞬变。6.4.1.3.2频域法利用FFT分析仪、数字信号处理器或同等设备（可在线或离线记录数据）及符合频谱检波和其他定要求/标准规定的频谱分量进行合成，必要时将所测信号变换成磁通密度[B(f)]，在频域范围内进行评估。FFT数据（即观察时间及频谱信号带宽）的记录长度和采样频率宜由试验相关方协商确定并记录。推荐/典型参数（非强制性）如下：——时间窗口：汉宁窗(无重叠)；——记录长度：0.5s（实时FFT——采样频率40kHz；——频谱分量合成：线性合成，频谱曲线低于阈值（限值10%）时不做考虑。采用FFT分析瞬态和可变频率时，可能会发生错误。如采用峰值保持测试结果符合限值要求，则可不用详细分析每个步进时间。负载变化（如加速到惰行变化）在FFT分析中可能导致出错，因此，可对不同的工作条件进行单独分析。6.4.1.3.3时域法时域[dB(t)/dt或B(t)]评估时，利用具有合适滤波特性的数字或模拟滤波器进行频谱加权检波，并将所测信号变换成磁通密度[B(t)]。如有必要，可根据ICNIRP导则规定进行评估（见参考文献）。采样频率：＞40kHz。6.4.2射频电磁骚扰测量机车车辆射频电磁骚扰不应高于GB/T24338.3—2018中6.3.3规定的限值要求。6.5测量实施6.5.1磁场强度测量6.5.1.1概述GB/T32577—202X使用其中一个轴平行于轨道的方法测量三个轴的磁场，并按下述规定的方法，对测量区域的每一个测量点进行磁场强度测量。6.5.1.2机车车辆磁场强度测量机车车辆磁场强度测量包括车内及车外两部分：——机车车辆内测量：.静止状态：测量三轴方向的磁场，持续时间30s～60s。.动态状态：机车车辆从静止以最大加速度加速至最大速度，惰行至少10s，再启动最大电制动至停车，测量三轴方向的磁场。.对于每一测量点和每一种状态，至少进行一次测量。——机车车辆外测量：静止状态下，测量三轴方向的磁场，持续时间30s～60s。6.5.1.3地面装置磁场强度测量在磁场强度测量的同时，监测电流对磁场的影响。在测量过程中，不同轨道的相关或其他磁场源可能影响测量结果。在开放的铁路线路上进行测量时，固定供电装置和磁场测量点之间不应有正在运行的机车车辆。6.5.2射频电磁骚扰测量6.5.2.1频率选择测量频率选择时宜考虑附近是否有强信号存在，例如公共广播站。每十倍频程应至少有三个频率测量点。6.5.2.2频率扫描列车经过测量点的时间很短，通常采用频率扫描的方式进行测量。测量过程中当频率改变时，接收机应记录噪声的峰值并显示。由于驻留时间影响精度，带宽决定扫描速率，因此接收机的扫描速率应匹配规定的带宽要求。应记录频率扫描的扫描速率和带宽。6.5.2.3瞬态在测量过程中，由于电源断路器的操作或列车过分相时，接收机可能会检测到一些瞬态毛刺，这些瞬态因素不影响发射限值的选择。7报告按GB/T27025要求编制报告。宜提供与仪器和测量有关的以下信息：——测量日期；——后处理方法；——测量时间；——试验布置；——环境条件；GB/T32577—202X——测量不确定度；——评估结果；——所选位置的频域分析（如带有强发射或第三方要求的）；——所给试验条件的任何合理偏离（如测量持续时间、最大电流）。在机车车辆试验时，宜明确记录以下信息：——轨道和运行方向；——列车结构；——机车车辆及其相对位置；——受电弓位置；——变电所名称及位置；——回流轨和回流电缆的特性；——吸流变压器和变电所位置与测量点的关系；——牵引变流器位置；——辅助变流器位置；——主变压器位置。在机车车辆试验时，宜尽可能记录导线电流对应机车车辆的总损耗、机车车辆的速度及接触网电压。在轨道线路和站台试验时，宜明确记录以下信息：——轨道和运行方向；——变电所名称及位置；——接触网/接触轨特性；——回路和作为回流的电缆特性；——地面供电装置的位置与测量点的关系。在地面供电装置试验时，宜明确记录以下信息：——地面供电装置的类型（如变电所、吸流变压器、调压器和配电站等——基本频率；——轨道的位置与测量点的关系；——装置特性（如工作频率、额定电压、额定容量、绝缘等级和制造商等——供电设备的位置；——如有接收线，记录其特性和位置（如接收电压、线和相序等——主电路的特性和位置（如架空线、母线和电缆布局等）；——工作状态（如开关位置和操作设备——以图形描述测量区域和位置。GB/T32577—202X磁场强度试验计划A.1通则机车车辆和地面装置磁场大小的确认需耗费大量的时间，宜制定试验计划。仅在预计直流磁场源为主要源时（如具有直流牵引/直流供电线路，带有直流列车加热线路的小型机车可只测量直流磁场。A.2机车车辆A.2.1概述试验依次确定以下要素：a)磁场源；b)频率范围；c)测量位置及动态范围。A.2.2磁场源测量计划应确定磁场源。主要的磁场源来自那些具备大电流的设备，如变压器、电抗器、电动机、变流器和相关功率电缆等。主要的磁场源位于大电流处，如变压器、电机、变流器和相关电缆。磁场源的确定应包括：——预期的频率范围（包括直流）；——列车运行的影响（电流消耗、电机电流或其他物理量——外部供电系统（如接触网或接触轨）。为使地面基础设施装置的影响最小，建议测量线区间宜只有被试车辆运行。A.2.3频率范围本文件测量频率范围包括已知的和可能新增的电子和电气设备的工作频率。如果能确认磁场源的最高频率低于设置的频率，可减少每个测量点的测量时间和后处理时间。在电子和电气设备装车之前，可对设备工作电流进行频域分析或在实验室测量电子和电气设备的磁场。A.2.4测量位置A.2.4.1静止条件如果能证明规定的测量高度（见5.2.2）是最大磁场部位，可不在其他高度进行测量。GB/T32577—202XA.2.4.2动态条件某些情况下，静态条件下的测量点对动态条件也是有效的（见5.4.1）。由静态位置测量试验结果应与其他磁场源位置分析一起进行推导，以避免动态条件测量时该位置的磁场增加。A.3地面装置A.3.1开放式轨道线路轨道线路的磁场强度宜通过测量典型值来验证其一致性。典型值的测量可按以下程序开展：a)利用有效工具进行仿真/计算，确定每个典型集群的最恶劣情况：l导体的几何尺寸；l供电线路（如有）；l平行供电线路；l电流（如来自变电所的预期的最大供电电流）；l回流分路或接地阻抗。b)典型的轨道线路集群有：l单轨线路；l双轨线路；l两条并行的双轨线路（一条用于高速，另一条用于地面交通）；l多轨线路（包含两条并行的双轨线路）。可仿真导体的电流分路或仿真最恶劣情况下电流分路的电流。注1：在复杂系统中，无法精确测量电流分路。常用工具为基于每个导体磁场的比萨定律。因此利用简单的几何尺c)将最恶劣情况的仿真/计算结果与限值相比较；d)每个典型集群选取两个位置进行确认测量，测量点宜远离地面供电装置。可按以下方案之一进行测量：l在远离地面供电装置处（交流供电线路为5km，直流供电线路为1km或最大有效距离）进行长时间测量（如24h，包括高峰时间）,所测磁场应与仿真磁场相比较；l同时测量每个导体的电流和磁场（仅适用于单轨线路），由测量结果推算出最大电流值。注2：开放式轨道线路的测量也包含隧道。由于电流分布回流路径可通过A.3.2平交道口平交道口评估包括在开放式轨道线路评估程序内。A.3.3站台A.3.3.1概述站台最恶劣情况仅考虑在远离地面供电装置（交流供电线路为5km，直流供电线路为1km或最大有效距离）处，两根最近轨道（如有）至每一侧之间的情况，其他轨道的影响可忽略。A.3.3.2终端站因终端站轨道中较高的回流成分与低速时较低的牵引电流致磁场抵消，终端站可作为站台考虑。GB/T32577—202XA.3.4桥梁/地下通道评估程序与开放式轨道线路相同。接触网系统（如接触网、线路馈电线和增馈电线等）布局的建模宜慎重。A.3.5地面供电装置通常不对地面供电装置磁场进行仿真/计算。在直接测量后，至少可推算电缆的磁场。可基于以下要素对地面供电装置分类：——功率类型；——变压等级；——电缆布局；——回流导体系统类型；——平面图（磁场源至地面供电装置栅栏的距离）。应对单个类型的一个地面供电装置进行测量，最恶劣情况的测量点应靠近强磁场源，典型的强磁场源有：——靠近工作母线的开关设备；——变压器；——回流母线（回流集中处——通有大电流的电缆；——靠近地面供电装置发射源（如变压器）的围栏；——电缆、回流线和电流集电器。GB/T32577—202X低频测量技术B.1低频频率范围在一些牵引系统中，预计会出现频率不超过5Hz的较低时变磁场。B.2低频场强探头在测量频率范围较低的交流磁场时，可使用IEC61786（所有部分）中规定的三轴各向同性磁通门传感器探头，其最小频率范围为直流至20kHz。B.3动态范围测量的动态量程宜包含或大于预期最大场强范围。轨道环境中的测量不宜使用自动量程。GB/T32577—202X参考文献[1]GB/T2900.36—2021电工术语电力牵引[2]CJJ/T198—2013城市轨道交通接触轨供电系统技术规范[3]IEC61786（allparts）MeasurementofDCmagnetic,ACmagneticandACelectricfieldsfrom1Hzto100kHzwithregardtoexposureofhumanbeings[4]IEC62311Assessmentofelectronicandelectricalequipmentrelatedtohumanexposurerestrictionforelectromagneticfields(0～300GHz[5]IEEEStd.C.95.1:2005IEEEStandardforSafetyLevelswithRespecttoHumanExposuretoRadioFrequencyElectromagneticFields,3kHz～300GHz[6]IEEEStd.C.95.6:2002IEEEStandardforSafetyLevelswithRespecttoHumanExposuretoElectromagneticFields,0～3kHz[7]BSEN50527-2-1:2016Procedurefortheassessmentoftheexposuretoelectromagneticfieldsofworkersbearingacti