OCENA BEZPIECZEŃSTWA EKSPLOATACJI TRANSPORTOWYCH SYSTEMÓW BEZPIECZEŃSTWA UŻYTKOWANYCH NA ROZLEGŁYM OBSZARZE KOLEJOWYM

Transkrypt

1 Jacek Paś Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elekroniki Janusz Dyduch Poliechnika Radomska, Wydział Transporu i Elekroechniki Tadeusz Dąbrowski Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elekroniki OCENA EPIECEŃSTWA EKSPLOATACJI TRANSPORTOWYCH SYSTEMÓW EPIECEŃSTWA UŻYTKOWANYCH NA ROLEGŁYM OSARE KOLEJOWYM Sreszczenie: Eksploaacja ransporowych sysemów bezpieczeńswa np. sysemów sygnalizacji włamania i napadu SSWiN na rozległym obszarze kolejowym narażona jes na oddziaływanie zakłóceń elekromagneycznych. aburzenia elekromagneyczne generowane są przez źródła zakłóceń zamierzone lub niezamierzone, sacjonarne lub ruchome. Poziom generowanych zaburzeń elekromagneycznych wpływa na proces bezpieczeńswa eksploaacji sysemów np. sysemów serowania ruchem kolejowym, ransporowych sysemów bezpieczeńswa. Generowane zakłócenia mogą być przyczyną wysąpienia sanu alarmu w ransporowym sysemie bezpieczeńswa, kórego skukiem może być zarzymanie ruchu pociągów, wezwanie służb porządkowych, ogłoszenie ewakuacji czyli wysąpienie wymiernych sra finansowych. Niniejszy refera przedsawia ocenę bezpieczeńswa eksploaacji ransporowych sysemów bezpieczeńswa, na kóre oddziaływają zakłócenia elekromagneyczne. Słowa kluczowe: echniczny sysem ochrony, ransporowy sysem bezpieczeńswa, sysem sygnalizacji włamania i napadu. WSTĘP W wieku, w wyniku działalności człowieka wprowadzone zosały szuczne czynniki kszałujące elekroklima. Na skuek powsania niezliczonych źródeł promieniowania nasąpiły poważne zmiany w środowisku elekromagneycznym iemi. Szerokie zaineresowanie się niekorzysnym oddziaływaniem pól elekromagneycznych, z różnych zakresów częsoliwości, na organizm ludzki i pracę urządzeń elekronicznych

2 nasąpiło z chwilą wprowadzenia przez Unię Europejską dyrekywy doyczącej kompaybilności elekromagneycznej rys.. W celu oszacowania wielkości zakłóceń elekromagneycznych wysępujących na obszarze kolejowym należy określić paramery nasępujących obwodów: obwodów, w kórych płynie prąd o dużej warości podsacje rakcyjne, sieć rakcyjna, sieć powrona, pojazdy rakcyjne, elekroenergeyczna sieć zasilająca; obwodów, w kórych płynie prąd o małych warościach SRK - sysemy serowania ruchem kolejowym, sysemy łączności przewodowej, radiowej i rozgłoszeniowej, ransporowe sysemy nadzoru [3,4,5,6. ŚRODOWISKO ELEKTROMAGNETYCNE Pola zakłócające szuczne Pola zakłócające nauralne akłócenia promieniowane akłócenia przewodzone Wyładowania amosferyczne Wyładowania elekrosayczne Kompaybilność G G G 3... G 4 Konsrukcja wsporcza G n Sysem bezpieczeńswa... G,...,G n urządzenia sysemu bezpieczeńswa Rys. Środowisko elekromagneyczne na rozległym obszarze kolejowym Na ransporowy sysem nadzoru zainsalowany na rozległym obszarze kolejowym oddziaływują zakłócenia elekromagneyczne, kórych źródłem są wymuszenia zewnęrzne E oraz wewnęrzne E W. akłócenia e zamierzone lub niezamierzone powodują znaczne zniekszałcenie nauralnego pola elekromagneycznego - E. Wysępowanie

3 zaburzeń elekromagneycznych na obszarze kolejowym, gdzie są użykowane ransporowe sysemy nadzoru może spowodować zadziałanie sysemu bezpieczeńswa [7,8. Sysem en może się akywować przejść w san alarmu. Efekem ego procesu mogą być duże sray ekonomiczne np. zarzymanie ruchu pociągów, ogłoszenie ewakuacji i wezwanie służb porządkowych na eren dworca.. MODEL NIEAWODNOŚCIOWY SYSTEMU EPIECEŃSTWA, NA KTÓRY ODDIAŁYWUJĄ AKŁÓCENIA Dokonując analizy niezawodnościowej ransporowych sysemów nadzoru, kóre są eksploaowane na rozległym obszarze kolejowym można swierdzić, że ich srukura niezawodnościowa jes najczęściej srukurą mieszaną ypu szeregowo-równoległego [0,. Rys. ilusruje relacje zachodzące w sysemie nadzoru w aspekcie bezpieczeńswa. R 0 Q Q akłócenia Rys.. Relacje zachodzące w sysemie gdzie: R 0 san zdaności sysemu, Q san zawodności bezpieczeńswa sysemu, Q san zagrożenia bezpieczeńswa; inensywność przejścia sysemu ze sanu R 0 do sanu Q, ; inensywność przejścia sysemu ze sanu danego do sanu nasępnego, inensywność przejścia sysemu ze sanu R 0 do sanu Q pod wpływem zakłóceń, inensywność przejścia sysemu ze sanu Q do sanu Q pod wpływem zakłóceń. Uszkodzenie kóregoś z elemenów znajdujących się w gałęzi szeregowej srukury powoduje przejście sysemu ze sanu pełnej zdaności R 0 do sanu zawodności bezpieczeńswa Q. Uszkodzenie kóregoś z elemenów znajdujących się w gałęzi równoległej srukury powoduje przejście ze sanu pełnej zdaności R 0 do sanu zagrożenia bezpieczeńswa Q [. Sosując odpowiednie przekszałcenia maemayczne orzymujemy zależności pozwalające wyznaczyć warości prawdopodobieńsw przebywania sysemu w wyróżnionych sanach R 0, Q, Q. 3

4 4 R O funkcja prawdopodobieńswa przebywania sysemu w sanie pełnej zdaności Q funkcja prawdopodobieńswa przebywania sysemu w sanie zagrożenia bezpieczeńswa Q Q funkcja prawdopodobieńswa przebywania sysemu w sanie zawodności bezpieczeńswa 3. WYNACANIE WSKAŹNIKA ODDIAŁYWANIA AKŁÓCEŃ NA SYSTEM NADORU W przypadku oddziaływania zakłóceń na ransporowe sysemy nadzoru można wyróżnić nasępujące przejścia pomiędzy sanami sysemu:. ransporowy sysem nadzoru nie reaguje na zakłócenie zewnęrzne i wewnęrzne;. urządzenia wchodzące w skład ransporowego sysemu nadzoru samoczynnie likwidują zakłócenia poprzez zasosowane np. filry pasywne lub akywne; 3. wysąpienie zakłócenia powoduje przejście ransporowego sysemu nadzoru ze sanu zdaności do sanu niezdaności; 4. wysąpienie zakłócenia w ransporowym sysemie nadzoru powoduje uszkodzenie sysemu całkowie lub częściowe, sysem jes całkowicie niezdany. Sysem nadzoru zainsalowany na erenie kolejowym pracuje w zróżnicowanym środowisku elekromagneycznym. W zakresie małych częsoliwości, na ym erenie, wysępuje dosyć poważne zniekszałcenie środowiska elekromagneycznego. akłóceniem, kóre wysępuje w ym paśmie częsoliwości 0-00 khz o kaasroficznych częso skukach jes wyładowanie amosferyczne. Warości indukcji pola magneycznego i naężenia E pola elekrycznego wysępujące przy wyładowaniu amosferycznym osiągają bardzo duże warości, kóre prowadzą do uszkodzenia sysemu. e R 0 Q Q 3

5 Przebiegi prądów wyładowań amosferycznych bywają zróżnicowane i zmieniają się w funkcji wysokości. Podczas wielolenich badań do opisu prądu pioruna były sosowane różne formuły maemayczne. Wiele zależności opisujących przebiegi prądu wyładowań amosferycznych worzonych jes na podsawie ogólnego wzoru Heidlera [. W normach IEC oraz KTA sosuje się nasępujące wzory, dla N0 [3. N N Im / τ Im / τ i exp / τ exp / N N η / τ / τ τ τ N N τ τ Widmo prądu wyładowania można przedsawić za pomocą równania τ kiim β α I w ki Im 5 α jw β jw α jw β jw gdzie: I m warość maksymalna prądu, η - współczynnik korekcyjny, τ - współczynnik czasu rwania czoła, τ współczynnik czas opadania; α, β - współczynniki określające czas rwania czoła i czas do półszczyu. Dokonując analizy widmowej przebiegu wyładowania amosferycznego można swierdzić, że w paśmie do 00 [khz zgromadzona jes znacząca większość energii wyładowania około 99,6% całkowiej energii. akres zmienności wskaźnika oddziaływania zakłóceń na sysem nadzoru uwzględniający wyładowanie amosferyczne oraz zakłócenia sacjonarne i ruchome zosał określony jako: < 0, > 6 0 na sysem nie oddziaływują zakłócenia sysem ekranowany klaka aradaya; sysem narażony na wyładowanie amosferyczne peron dworca kolejowego. 4. WYNACENIE POIOMU Γ EPIECEŃSTWA PRACY SYSTEMU NADORU Transporowe sysemy nadzoru o sysemy złożone. Prakycznie niemożliwe jes sworzenie ransporowego sysemu nadzoru o zw. uniwersalnym zasosowaniu. Dlaego w prakyce ransporowe sysemy nadzoru budowane są dla efekywnej pracy w określonych warunkach najbardziej ypowych dla sysemów danej klasy klasy sysemu nadzoru I-IV. Warunki e można nazwać warunkami normalnymi, a proces funkcjonowania sysemu w warunkach normalnych procesem niezakłóconym funkcjonowania sysemu nadzoru. Wskaźnik poziomu Γ bezpieczeńswa pracy ransporowego sysemu nadzoru o charakerysyka liczbowa, kóra określa sopień przysosowania sysemu nadzoru do wykonywania posawionych zadań w danym środowisku elekromagneycznym isniejącym na rozległym obszarze kolejowym. Wskaźnik poziomu Γ bezpieczeńswa pracy ransporowego sysemu nadzoru zależy od wielu paramerów, wśród kórych podsawową rolę odgrywają paramery α, α,..., α n 4 5

6 sysemu oraz paramery charakeryzujące wpływ ooczenia np. emperaury, wilgoności lub zakłóceń elekromagneycznych,,..., m. aem wskaźnik bezpieczeńswa Γ ransporowego sysemu nadzoru można zapisać w posaci: Γ Γα, α,..., α n ;,,..., m 7 Wpływ zakłóceń na warości współczynników α * i paramerów α i można przedsawić w posaci: α * i α 0 i ± α i 8 gdzie: α 0 i oznaczają warości paramerów sysemu w normalnych warunkach; a α i zmiany paramerów pod wpływem zakłóceń. akłócenia powodują zmianę warości * paramerów,,..., m. akłócone warości j paramerów j można przedsawić w posaci: * i 0 i ± i 9 0 gdzie: i oznaczają warości paramerów charakeryzujących wpływ ooczenia w normalnych warunkach, a i zmiany paramerów wywołane zakłóceniami. Rys. 3. Określenie poziomu bezpieczeńswa Γ działania ransporowego sysemu nadzoru w przypadku oddziaływania zakłóceń elekromagneycznych dla zakresu częsoliwości EL i VL naężenie E pola elekrycznego. Objaśnienia do rys.: a{d} wyznaczony poziom Γ bezpieczeńswa w przypadku oddziaływania indukcji pola magneycznego dla zakresu częsoliwości EL {VL} dla kabli elekroenergeycznych bez ekranów, b{e} wyznaczony poziom Γ bezpieczeńswa w przypadku oddziaływania indukcji pola magneycznego dla zakresu częsoliwości EL {VL} dla kabli elekroenergeycznych z ekranami, c{f} wyznaczony poziom Γ bezpieczeńswa w przypadku oddziaływania indukcji pola magneycznego dla zakresu częsoliwości EL {VL} dla wybranych elekrycznych urządzeń sanowiących źródło zakłóceń dla sysemu nadzoru. Warość Γ 0 norm wskaźnika bezpieczeńswa Γ dla normalnych warunków funkcjonowania sysemu nadzoru można określić jako: 6

7 7 Γ 0 norm Γα 0, α 0,..., α 0 n; 0, 0,..., 0 m Warość Γ * zakłóceń wskaźnika bezpieczeńswa Γ pod warunkiem działania na sysem zakłóceń zewnęrznych i wewnęrznych z określonymi charakerysykami jako: Γ * zakłóceń Γα *, α *,..., α * n; *, *,..., * m Warość różnicy Γ 0 zakłóceń Γ 0 norm - Γ * zakłóceń może być przyjęa jako wskaźnik określający sopnień odporności sysemu na zakłócenia. Rys.4. Wyznaczenie wskaźników E, E i określenie poziomu bezpieczeńswa Γ E, Γ E dla ransporowego sysemu nadzoru przy oddziaływaniu naężenia E pola elekrycznego dla zakresów częsoliwości EL i VL Inensywność uszkodzeń ransporowego sysemu nadzoru można zapisać jako: C E m k C C k E E k M M k gdzie: zapas wyrzymałości elemenów z kórych zbudowany jes ransporowy sysem nadzoru; - wyrzymałość: zakłóceniowa ; mechaniczna M ; elekryczna E ; cieplna C. 0 3

8 apas wyrzymałości elemenów, z kórych zbudowany jes sysem nadzoru wskazuje jak zmniejsza się efekywność sysemu nadzoru w przypadku oddziaływania zakłóceń na jego elemeny w porównaniu z efekywnością sysemu idealnego, w kórym elemeny sysemu są nie podane na oddziaływanie zakłóceń. 5. POSUMOWANIE Symulację zachowania się ransporowego sysemu nadzoru przeprowadzono dla zakłóceń, kóre są wywarzane na rozległym obszarze kolejowym od warości pola elekromagneycznego, kóre isnieje w pomieszczeniu użykowym przez warości pola generowane na erenie peronu kolejowego do wyładowania amosferycznego zakres zmian warości - rys. 4. Dla w/w warości wyznaczono wskaźniki R 0, Q oraz Q bezpieczeńswa eksploaacji sysemu nadzoru rys. 5, 6. R 0 b Q Q R 0 b 5x5 Q 5x5 Q 5x5 R 0 b Q Q R 0 b 5x5 Q 5x5 Q 5x Rys.5. Przebieg prawdopodobieńswa przebywania sysemu o srukurze szeregowo-równoległej w różnych sanach w funkcji wskaźnika zakłóceń Objaśnienia do rysunku 5: Sysem w sanach: R 0, Q, Q - zainsalowany na erenie peronów kolejowych; R 0 b 5x5, Q 5x5, Q 5x5 sysem nadzoru zainsalowany w budynku dworca kolejowego wyposażonego w insalację odgromową o wymiarach oka 5x5 m; R O b funkcja prawdopodobieńswa przebywania sysemu w sanie pełnej zdaności; Q b funkcja prawdopodobieńswa przebywania sysemu w sanie zagrożenia bezpieczeńswa; Q b funkcja prawdopodobieńswa przebywania sysemu w sanie zawodności bezpieczeńswa. Analizując rys. 5, 6 można swierdzić że dla małych warości wskaźników zakłóceń sysem prakycznie urzymuje sałą warość parameru R 0 b sysem nadzoru jes niewrażliwy na zakłócenia o małych ampliudach Jeżeli sysem 8

9 nadzoru zainsalowany jes na erenie budynków dworca kolejowego o należy uwzględnić ekranujący wpływ insalacji odgromowej o różnych wymiarach oka insalacji odgromowej. Wymiary oka insalacji odgromowej wpływają na przebieg funkcji sanu pełnej zdaności R 0 b rys. 6. mniejszanie wymiarów oka insalacji odgromowej 0x0 m na 5x5 m powoduje, że sysem nadzoru jes mniej wrażliwy na zakłócenia wskaźnik poziomu bezpieczeńswa Γ równy R 0 b R 0 b 0x0 R 0 b 0x0 R 0 b 5x5 0,8 0,7 R 0 b R 0 b 0x0 R 0 b 0x0 R 0 b 5x5 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0, 0 Γ S Γ S0x0 Γ S0x0 Γ S5x Rys. 6. Przebieg prawdopodobieńswa przebywania sysemu o srukurze szeregowo-równoległej w sanie pełnej zdaności R 0 b w funkcji wskaźnika zakłóceń Objaśnienia do rysunku 6: R 0 b san pełnej zdaności, sysem zainsalowany na erenie peronu; R 0 b 00, R 0 b 00, R 0 b 55 sysem zainsalowany w pomieszczeniach budynku dworca kolejowego wyposażonego w insalację odgromową o różnych wymiarach oka Poziom bezpieczeńswa Γ pracy ransporowego sysemu bezpieczeńswa zależy od miejsca zainsalowania eren owary peron kolejowy, eren zamknięy budynki znajdujące się na rozległym obszarze kolejowym. Warości poszczególnych prawdopodobieńsw przebywania sysemu w sanach zależą od właściwości pola elekromagneycznego zakłócającego wekor pola magneycznego lub elekrycznego. Największy wpływ na prawdopodobieńswa przebywania sysemu w wyróżnionych sanach ma indukcja pola magneycznego z zakresu częsoliwości EL łumienie indukcji pola magneycznego przez insalację odgromową dla ego zakresu częsoliwości jes najmniejsze. Najmniejszy wpływ na prawdopodobieńswa przebywania sysemu w wyróżnionych sanach ma naężenie E pola elekrycznego z zakresu częsoliwości VL dla ej składowej pola elekromagneycznego warości prawdopodobieńsw R 0, Q oraz Q osiągają maksima dla różnych wskaźników zakłóceń. 9

10 ibliografia. Dyduch J., Moczarki J.: Podsawy eksploaacji sysemów serowania ruchem kolejowym. Wydawnicwo Poliechniki Radomskiej, Radom ędkowski L., Dąbrowski T.: Podsawy eksploaacji, cz. II. Podsawy niezawodności eksploaacyjnej, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa Dyduch J., Paś J.: Opymalizacja procesu eksploaacji w ransporowych sysemach nadzoru, II Międzynarodowa Konferencja Naukowa TransComp 008 akopane 4. Paś J., Dyduch J.: Oddziaływanie zakłóceń elekromagneycznych na ransporowe sysemy bezpieczeńswa. Pomiary Auomayka Roboyka nr 0/ Paś J., Dyduch J.: Środowisko elekromagneyczne na rozległym obszarze kolejowym III Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Ochrona ludności przed skukami nadzwyczajnych zagrożeń Ekomiliaris 009, akopane 6. Dyduch J., Paś J.: Eksploaacja ransporowych sysemów nadzoru na rozległym obszarze kolejowym VII Krajowa Konferencja Diagnosyka Techniczna Urządzeń i Sysemów Diag 009 Usroń 7. Dyduch J., Paś J.: Środowisko elekromagneyczne na kolei i jego wpływ na sysemy bezpieczeńswa. Transpor i Komunikacja nr / Paś J.: Wpływ rozrzuu właściwości elemenów linii dozorowej na niezawodność funkcjonalną sysemów bezpieczeńswa. Warszawa, iuleyn WAT nr 650 / Paś J., Dąbrowski T.: Mehodology of eaching of diagnosing echnical securiy sysem wih examples of sysem of signalizaion of burglary and fire 4TH Inernaional Congress on Technical Diagnosic Olszyn r. sr Mikulik J. praca pod red. E. Niezabiowskiej: udynek ineligenny. T., Podsawowe sysemy bezpieczeńswa w budynkach ineligennych. Wydawnicwo Poliechniki Śląskiej, Gliwice Wójcik A. red.: Mechaniczne i elekroniczne sysemy zabezpieczeń. Verlag Dashofer, Warszawa Aniserowicz K.: Analiza zagadnień kompaybilności elekromagneycznej w rozległych obiekach narażonych na wyładowania amosferyczne. Poliechnika iałosocka Normy: PN-IEC 63 seria norm: Ochrona przed piorunowym impulsem elekromagneycznym. KTA 06 Auslegung von Kernkrafwerken gegen lizeinwirkungen norma niemiecka. THE EVALUATION O SECURITY O UTILISATON O SECURITY TRANSPORT SYSTEMS USED ON A VAST RAILWAY AREA Absrac: Uilizaion of securiy ranspor sysems e.g. inrusion and hold-up sysems SSWiN on a vas railway area is exposed o he impac of elecronic disurbances. Elecromagneic disurbances are generaed by deliberae or in deliberae sources, saionary or mobile. The level of generaed elecromagneic disurbances has impac on he process of securiy of uilizaion of sysems e.g. sysems of railway ravel conrol, securiy ranspor sysems. Generaed disurbances can be he cense of alarm in securiy ranspor sysems. This paper presens he evaluaion of securiy of uilizaion of securiy ranspor sysems, on which elecromagneic disurbances have impac. Keywords: echnical securiy sysem, securiy ranspor sysems, sysem of signalizaion of burglary and assaul 0