Национальный стандарт РФ ГОСТ Р МЭК 62924-2021 "Транспорт железнодорожный. Установки стационарные. Стационарная система накопления энергии для систем электротяги постоянного тока" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 ноября 2021 г. N 1464-ст)

Railway applications. Fixed installations. Stationary energy storage system for DC electric traction systems

УДК 621.337; 621.355:006.354
ОКС 29.220.99
ОКПД2 27.20
45.060.01

Дата введения - 1 марта 2022 г.
Введен впервые

ГАРАНТ:

Курсив в тексте не приводится

Предисловие

1 Подготовлен Национальной ассоциацией производителей источников тока "РУСБАТ" (Ассоциация "РУСБАТ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 044 "Аккумуляторы и батареи"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 ноября 2021 г. N 1464-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 62924:2017 "Транспорт железнодорожный. Стационарные установки. Стационарная система накопления энергии для тяговых систем постоянного тока" (IEC 62924:2017 "Railway applications - Fixed installations - Stationary energy storage system for DC traction systems", IDT).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА.

Дополнительные сноски в тексте стандарта, выделенные курсивом, приведены для пояснения текста оригинала

5 Введен впервые

Введение

Для сохранения природных ресурсов и противодействия глобальному потеплению большой интерес представляют методы экономии энергии и/или улучшения экологических характеристик продукции. В железнодорожной отрасли были внедрены электрические рельсовые транспортные средства, оснащенные системами рекуперативного торможения, не только для экономии энергии, но также для облегчения технического обслуживания и уменьшения негативного воздействия тепла, выделяемого при торможении (особенно в туннелях).

На электрических железных дорогах постоянного тока, если поезд регенерирует электроэнергию, как правило, вся возвращаемая энергия должна потребляться в тяговой сети постоянного тока, потому что тяговые подстанции обычно нереверсивны, т.е. не способны воспринять избыток электрической энергии, возникающей в сети. Так как нет гарантии, что существует адекватная нагрузка для компенсации отдачи от систем рекуперативного торможения, то в таких обстоятельствах рекуперативное торможение частично или полностью становится неэффективным. Среди новых технологий повышения восприимчивости тяговой сети - стационарные системы накопления энергии (СНЭ). Стационарная СНЭ поглощает рекуперированную энергию в периоды времени, когда железнодорожная тяговая сеть не способна непосредственно воспринять регенерированную энергию и сохраняет ее для использования в более позднее время.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к характеристикам, маркировке и виды испытаний для стационарных систем накопления энергии (СНЭ), используемых на тяговых подстанциях в системе тягового железнодорожного электроснабжения (СТЖЭ) постоянного тока. СНЭ способна поглощать электрическую энергию из контактной сети постоянного тока, накапливать энергию и при необходимости подавать ее обратно в железнодорожную тяговую сеть (ЖТС).

Настоящий стандарт распространяется на СНЭ, предназначенные для достижения одной или нескольких целей:

- поглощение рекуперированной энергии,

- эффективное использование рекуперированной энергии (экономия энергии);

- сокращение технического обслуживания подвижного состава (ПС) (уменьшение износа тормозных колодок/башмаков и др.);

- предотвращение неблагоприятного воздействия тепла, выделяемого при торможении (например, в туннелях и т.д.);

- компенсация мощности;

- компенсация сетевого напряжения;

- снижение пиковой мощности;

- снижение требований к нормированным характеристикам преобразователей для СТЖЭ.

Настоящий стандарт распространяется на СНЭ, предназначенные для выполнения одной или нескольких из следующих функций:

- обратная передача регенерированной энергии в ЖТС (например, инвертирующие или реверсивные тяговые подстанции);

- использование рекуперированной энергии для целей, отличных от движения ПС, например для станционной инфраструктуры и т.д.;

- резистивное потребление регенерированной энергии.

Хотя предполагается, что в СНЭ используются следующие технологии:

- аккумуляторы (литий-ионные, металлгидридные и др.);

- конденсаторы (конденсаторы с двойным электрическим слоем, литий-ионные конденсаторы и др.);

- маховики,

настоящий стандарт также применим к другим существующим или будущим технологиям накопителей электрической энергии.

Настоящий стандарт не распространяется на бортовые СНЭ.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения).

IEC 60146 (все части), Semiconductor converters (Полупроводниковые преобразователи)

IEC 60529, Degrees of protection provided by enclosures (IP Code) [Степени защиты, обеспечиваемые корпусами (код IP)]

IEC 60850, Railway applications - Supply voltages of traction systems (Железнодорожные приложения. Напряжение питания тяговых систем)

IEC 61936-1, Power installations exceeding 1 kV а.с. - Part 1: Common rules (Силовые установки более 1 кВ переменного тока. Часть 1. Общие правила)

IEC 61992-7-1:2006, Railway applications - Fixed installations - DC switchgear - Part 7-1: Measurement, control and protection devices for specific use in d. c. traction systems - Application guide (Железнодорожные приложения. Стационарные установки. Распределительное устройство постоянного тока. Часть 7-1. Устройства измерения, управления и защиты для специального использования в постоянном токе. Системы тяги - руководство по применению)

IEC 62236 (все части), Railway applications - Electromagnetic compatibility (Железнодорожные приложения. Электромагнитная совместимость)

IEC 62236-1, Railway applications - Electromagnetic compatibility - Part 1: General (Железнодорожные приложения. Электромагнитная совместимость. Часть 1. Общие положения)

IEC 62236-5, Railway applications - Electromagnetic compatibility - Part 5: Emission and immunity of fixed power supply installations and apparatus (Железные дороги. Электромагнитная совместимость. Часть 5. Излучение и невосприимчивость к стационарным источникам питания и оборудованию)

IEC 62590:2010, Railway applications - Electronic power converters for substations (Железнодорожные приложения. Электронные преобразователи энергии для подстанций)

3 Термины, определения и сокращения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по МЭК 60146 (все части), а также следующие термины с соответствующими определениями.

ИСО и МЭК ведут терминологические базы данных для использования в стандартизации по следующим адресам:

- Электропедия МЭК: доступна на http://www.electropedia.org/;

- платформа онлайн-просмотра ИСО: доступна на http://www.iso.org/obp.

3.1.1 система накопления энергии; СНЭ (energy storage system; ESS): Система, которая способна поглощать электрическую энергию из сети электропитания постоянного тока, накапливать энергию и подавать ее обратно в сеть постоянного тока, когда это необходимо.

3.1.2 рекуперативное торможение (regenerative braking): Электродинамическое торможение, при котором энергия, вырабатываемая двигателями, отдается в контактную сеть или в бортовые накопители энергии.

Примечание - Примеры накопителей: аккумуляторы, маховики и т.д.

[МЭК 60050-811:2017, статья 811-06-25]

3.1.3 энергия рекуперации (regenerative energy): Электрическая энергия, которая генерируется при рекуперативном торможении и подается от ПС в контактную линию.

3.1.4 блок накопления энергии; БНЭ (energy storage unit, ESU): Устройство, которое поглощает электрическую энергию при заряде и отдает при разряде.

3.1.5 полупроводниковый преобразователь электроэнергии; ППЭ (electronic power converter): Электронное устройство для преобразования энергии, состоящее из одного или нескольких электронных вентильных устройств, трансформаторов и фильтров, если необходимо, и, возможно, вспомогательных устройств.

[МЭК 60050-551:1998, статья 551-12-01]

3.1.6 зарядно-разрядные характеристики (charge-discharge characteristics): Характеристики, заданные контроллеру СНЭ, для управления энергией в требуемом рабочем цикле СНЭ.

3.1.7 рабочий цикл (duty cycle): Профиль энергии во времени, подаваемой в ППЭ или БНЭ или возвращаемой от них.

3.1.8 способность выдерживать кратковременный ток (short-time withstand current capability): Способность выдерживать ток в течение определенного короткого периода времени при определенных условиях использования и эксплуатации.

3.1.9 эффективность заряда-разряда (СНЭ) [charge-discharge efficiency (ESS)]: Отношение энергии, отданной при разряде к энергии, поглощенной при заряде через электрические выводы СНЭ.

Примечание - Эффективность рассчитывают по 7.1.4.

3.1.10 типовое испытание (type test): Испытание на соответствие, проведенное на одном или более изделиях, представляющих продукцию.

[МЭК 60050-151:2001, статья 151-16-16]

3.1.11 контрольное испытание (routine test): Испытание на соответствие, проведенное на каждом отдельном изделии во время или после его изготовления.

[МЭК 60050-151:2001, статья 151-16-17]

3.1.12 пусковое испытание (commissioning test): Испытание на изделии, проводимое на месте для проверки, что оно правильно установлено и способно правильно оперировать.

[МЭК 60050-151:2001, статья 151-16-24]

3.1.13 ток заряда СНЭ (system charge current): Ток, протекающий от питающей электросети к СНЭ.

3.1.14 ток разряда СНЭ (system discharge current): Ток, протекающий от СНЭ к электросети.

3.1.15 мощность заряда СНЭ (system charge power): Мощность, подаваемая из электросети в СНЭ.

3.1.16 мощность разряда СНЭ (system discharge power): Мощность, подаваемая от СНЭ к электросети.

3.1.17 конец срока службы; КСС (end of life, EOL): Точка во времени, в которой БНЭ уже не может обеспечить требуемую функциональность или выполнить рабочий профиль, согласованный первоначально между потребителем и изготовителем.

3.1.18 емкость (capacity): Электрический заряд, который может быть отдан из БНЭ.

Примечания

1 Для батареи электрический заряд, как правило, выражают в ампер-часах ().

2 Для конденсатора электрический заряд, как правило, выражают в кулонах (Кл).

3 Электрическая емкость, измеряемая в фарадах (Ф), представляет собой заряд С, деленный на напряжение U, и отличается от емкости батареи.

3.1.19 теоретическая емкость (theoretical capacity): Максимальная доступная емкость, без учета потерь.

[МЭК 62864-1:2016, статья 3.1.17.2]

3.1.20 нормированная емкость (rated capacity): Заявленное изготовителем значение разрядной емкости БНЭ, определяемое в установленных условиях.

Примечание - См. МЭК 62928.

3.1.21 доступная для использования емкость (usable capacity): Емкость, доступная для разряда в зависимости от применения.

[МЭК 62864-1:2016, статья 3.1.17.4]

3.1.22 теоретическая энергоемкость (theoretical energy ¹⁾): Максимальная доступная энергия, накопленная в БНЭ, без учета потерь.

------------------------------

¹⁾_{В контексте настоящего стандарта термин "energy" - "энергия" использован в понимании "energy capacity" - "энергоемкость", как понятие, аналогичное "емкости", в отличие от "электрического заряда".}

------------------------------

[МЭК 62864-1:2016, статья 3.1.18.1]

3.1.23 нормированная энергоемкость (rated energy): Доступная энергоемкость, измеренная в соответствии с определенным режимом разряда, как указано в соответствующем стандарте.

Примечание - Практические определения нормированной энергоемкости зависит от технологий накопителя энергии.

[МЭК 62864-1:2016, статья 3.1.18.2]

3.1.24 доступная для использования энергоемкость (usable energy): Энергия, доступная для разряда в зависимости от применения.

[МЭК 62864-1:2016, статья 3.1.18.3]

3.1.25 степень заряженности; СЗ (state of charge, SOC): Электрический заряд, который может быть отдан из БНЭ в текущем состоянии, отнесенный к величине фактической емкости, выраженный в процентах.

Примечания

1 Практические определения СЗ зависят от выбранных технологий. СЗ применимо к батареям.

2 Подробное описание см. в приложении В.

[МЭК 62864-1:2016, статья 3.1.13, изменено - примечание 1 было изменено и добавлены примечания 2 и 3]

3.1.26 степень энергосодержания; СЭ (state of energy, SOE): Энергия, которая может быть отдана из БНЭ в текущем состоянии, отнесенная к величине фактической энергоемкости, выраженная в процентах.

Примечание - Практические определения СЭ зависят от выбранных технологий. СЭ применимо ко всем технологиям накопления. См. приложение В.

[МЭК 62864-1:2016, статья 3.1.14]

3.1.27 энергия заряда (charge energy): Энергия, подаваемая на СНЭ через электрические выводы.

3.1.28 энергия разряда (discharge energy): Энергия, отдаваемая СНЭ через электрические выводы.

3.1.29 скорость обмена энергии (rate of energy exchange): Максимальная энергия, которая может быть поглощена СНЭ или отдана ею в течение определенного периода времени при нормированных условиях.

3.1.30 саморазряд (self-discharge): Уменьшение заряда или энергии БНЭ, которое происходит в период времени, в течение которого энергия не поглощается БНЭ или не отдается из него.

3.1.31 потери в режиме ожидания (stand-by losses): Потери электрической энергии во время работы СНЭ, если она подключена к сети, но не заряжается и не разряжается.

3.1.32 относительная единица; о.е. (per unit, p.u.): Методология, используемая для упрощения уравнений и представления электрических параметров, выражая их в виде доли относительного параметра:

,

где фактическое и базовое значения являются одними величинами, например напряжение, ток, сопротивление и т.д.

[IEC/TR 61000-2-14:2006, статья 3.13]

3.2 Сокращения

IP - международный код защиты, обеспечиваемой оболочкой;

АЗП - автоматическая защита поезда;

АРП - автоматическое работа поезда;

БНЭ - блок накопления энергии;

ВЦПТ - выключатель цепи постоянного тока;

КСС - конец срока службы;

НСС - начало срока службы;

СЗ - степень заряженности;

СНЭ - система накопления энергии;

СЭ - степень энергосодержания;

ЭХК - электрохимический конденсатор (двойнослойный конденсатор).

4 Конфигурация стационарных систем накопления энергии

4.1 Общие положения

Стационарные СНЭ, к которым применим настоящий стандарт, должны иметь общую конфигурацию СНЭ, приведенную на рисунке 1 ¹⁾.

------------------------------

¹⁾_{Архитектура построения систем накопления электрической энергии (СНЭЭ) установлена в серии стандартов МЭК 62933 (ГОСТ Р 58092).}

------------------------------

УПКШ - устройство для подключения к шине постоянного тока; СНЭ - система накопления энергии; БНЭ - блок накопления энергии

Рисунок 1 - Общая конфигурация стационарной СНЭ

Допускается, что БНЭ может иметь любую доступную технологию накопления, например аккумуляторы (литий-ионные, никель-металлгидридные и т.д.), ЭХК (конденсаторы с двойным электрическим слоем, литий-ионные конденсаторы и т.д.) или маховики. Допускается, что устройство для подключения БНЭ к шине постоянного тока (УПКШ) может иметь большое число различных конфигураций.

Конфигурации СНЭ разделяют на две категории:

a) системы, использующие ППЭ в УПКШ;

b) системы, напрямую подключенные к шине без ППЭ в УПКШ ¹⁾.

------------------------------

¹⁾_{Согласно серии стандартов МЭК 62933 конфигурация СНЭ без подсистемы преобразования энергии (в данном случае без ППЭ) не рекомендуется для использования.}

------------------------------

Примеры реализации указанных конфигураций СНЭ приведены в 4.2 и 4.3 [категории а) и b) соответственно]. Приведенные примеры не предназначены для ограничения архитектуры СНЭ.

4.2 Конфигурация СНЭ с использованием полупроводникового преобразователя электроэнергии

На рисунке 2 показан пример конфигурации СНЭ, в которой объединены ППЭ и БНЭ.

В этой конфигурации СНЭ имеется возможность управления токами заряда и/или разряда с помощью преобразователя постоянного тока в постоянный. Допускается не использовать фильтр-устройство сглаживающего устройства L в положении, показанном на рисунке 2.

ВЦПТ - выключатель цепи постоянного тока; ППЭ - полупроводниковый преобразователь электроэнергии; L - фильтр-устройство сглаживающего устройства; БНЭ - блок накопления энергии

Рисунок 2 - Пример конфигурации СНЭ с использованием ППЭ

4.3 Конфигурация СНЭ без полупроводникового преобразователя напряжения

На рисунке 3 показан пример конфигурации СНЭ без ППЭ.

В этой конфигурации СНЭ нет возможности управления токами заряда и/или разряда СНЭ - они определяются напряжением ЖТС, а также напряжением и внутренним сопротивлением БНЭ. Для повышения безопасности ВЦПТ применяют как на положительной, так и на отрицательной стороне соединений.

ВЦПТ - выключатель цепи постоянного тока; L - фильтр-устройство сглаживающего устройства; БНЭ - блок накопления энергии

Рисунок 3 - Пример конфигурации СНЭ без ППЭ

4.4 Принадлежности и вспомогательные компоненты

В состав стационарной СНЭ, как правило, включают вспомогательные компоненты и их источники питания, например:

- устройства контроля и защиты;

- системы охлаждения (включая, например охлаждающие вентиляторы или тепловые насосы);

- системы обогрева.

Приведенные примеры не являются исчерпывающими. Допускается обеспечение питания этих компонентов путем подключения вспомогательного источника питания к той же шине постоянного тока, что и основная цепь самой стационарной СНЭ, или от любых внешних источников питания, отделенных от главной цепи.

5 Условия эксплуатации

5.1 Условия окружающей среды

Условия окружающей среды - по МЭК 62590:2010, пункт 5.2.

5.2 Условия эксплуатации электрооборудования

Условия эксплуатации электрооборудования - по МЭК 62590:2010, пункт 5.3.

6 Аспекты рассмотрения перед установкой стационарной СНЭ

6.1 Общие положения

Основными аспектами при проектировании СНЭ являются:

a) решение о месте установки и энергоемкости СНЭ;

b) оценка положительных эффектов от внедрения СНЭ;

c) координация с другими системами;

d) другие вопросы.

Проектирование СНЭ и СТЖЭ, в которую вводится СНЭ, выполняют с использованием соответствующего метода оценки. Для оценки допускается применять результаты моделирования, основанные на надежном моделировании (успешно подтвержденные в предыдущих проектах), либо согласованные между потребителем и изготовителем.

6.2 Решение о месте установки и энергоемкости стационарной СНЭ

При определении оптимального места установки и энергоемкости стационарной СНЭ необходимо учитывать характеристики заряда и разряда БНЭ, параметры рабочего цикла, величины нормированной и доступной для использования емкости, установленные в 7.1.1.7, 7.1.1.8 и 7.1.1.9 соответственно.

Методы моделирования и/или измерения на месте эксплуатации приведены в приложении А.

Допускается принятие решений на основе данных фактических измерений, полученных при временной установке СНЭ на месте эксплуатации.

6.3 Оценка положительных эффектов от внедрения стационарной СНЭ

Если для оценки положительных эффектов внедрения применен какой-либо инструмент моделирования, следует использовать результаты, полученные при моделировании, установленном в 6.2.

Методы моделирования и/или измерения на месте эксплуатации приведены в приложении А.

Допускается проведение оценки на основе данных фактических измерений, полученных при временной установке СНЭ на месте эксплуатации.

6.4 Координация с другими системами

После оценки содержания гармоник в токе заряда/разряда СНЭ и их влияния на другие системы (в первую очередь, на системы сигнализации и/или коммуникации), должен быть использован эффективный инструмент моделирования для проверки возможных эффектов до поставки СНЭ, если иное не согласовано между потребителем и изготовителем.

Допускается проведение оценки на основе данных фактических измерений, полученных при работе СНЭ.

Изготовитель должен получить у потребителя полосу частот, которая может отрицательно повлиять на системы сигнализации и/или коммуникации.

7 Требования к рабочим характеристикам и маркировке

7.1 Общие требования

7.1.1 Нормируемые величины

7.1.1.1 Общие положения

Нормируемые величины СНЭ - это величины, значения которых должны быть установлены при проектировании СНЭ для обеспечения требуемых выходных параметров при работе в установленных условиях эксплуатации без превышения каких-либо имеющихся предельных значений (в том числе по всем используемым частям) и без повреждений.

Если не указано иное, все нормированные значения должны быть указаны на информационной табличке в соответствии с 7.6.

Параметры, установленные в 7.1.1.2-7.1.1.10, применяют также к СНЭ без ППЭ. Для их достижения не всегда необходимы функции управления, реализуемые ППЭ.

7.1.1.2 Номинальное напряжение

Номинальное напряжение СНЭ должно соответствовать U _max1 в соответствии с МЭК 60850. Если в качестве номинального напряжения СНЭ необходимо выбрать любое другое значение для оптимизации энергоемкости, детали должны быть обсуждены и согласованы между потребителем и изготовителем.

7.1.1.3 Нормированный ток заряда

Нормированный ток заряда определяют как максимальный ток заряда СНЭ при нормальных условиях эксплуатации.

7.1.1.4 Нормированный ток разряда

Нормированный ток разряда определяют как максимальный ток разряда СНЭ при нормальных условиях эксплуатации.

7.1.1.5 Нормированная мощность заряда

Нормированную мощность заряда определяют как произведение номинального напряжения СНЭ, установленного в 7.1.1.2, и нормированного тока заряда СНЭ, установленного в 7.1.1.3.

7.1.1.6 Нормированная разрядная мощность

Нормированную разрядную мощность определяют как произведение номинального напряжения СНЭ, установленного в 7.1.1.2, и нормированного тока разряда СНЭ, установленного в 7.1.1.4.

7.1.1.7 Рабочий цикл

Для СНЭ должен быть установлен требуемый рабочий цикл, на основе которого должны выполняться операции заряда и разряда. Рабочий цикл должен быть согласован между потребителем и изготовителем. Примеры рабочих циклов приведены в приложении С.

7.1.1.8 Нормированная емкость/энергоемкость

Нормированная емкость или нормированная энергоемкость определены в 3.1.20 или 3.1.23. Это доступная емкость или энергоемкость, измеренная в соответствии с нормированными условиями, установленными в соответствующих стандартах.

Нормированная емкость или нормированная энергия должна быть указана вместе с нормированной мощностью заряда/разряда СНЭ.

7.1.1.9 Доступная для использования зарядная/разрядная емкость/энергоемкость

Понятия доступная для использования емкость заряда/разряда или доступная для использования энергоемкость заряда/разряда определены в 3.1.21 или 3.1.24. Они представляют собой доступную для использования часть нормированной емкости/энергоемкости в определенном диапазоне СЗ/СЭ или напряжения. Максимальные и минимальные пределы диапазонов - это параметры, как правило, устанавливаемые потребителем или изготовителем.

Доступная для использования емкость или доступная для использования энергоемкость должна быть указана вместе с нормированной мощностью заряда/разряда СНЭ.

7.1.1.10 Скорость обмена энергией

Скорость обмена энергией, как правило, выражаемую в /ч, определяют как значение максимальной энергии, которая может быть накоплена в СНЭ в течение определенного периода времени при нормированных условиях (формула 1). Этот параметр используют для демонстрации или оценки фактической способности СНЭ обмениваться энергией от/к СТЖЭ.

,

(1)

где - мощность заряда СНЭ в момент времени t при нормированных условиях;

Т - период времени, определенный для интегрирования.

Примечание - Если мощность разряда СНЭ в момент t при нормированных условиях P _D(t) > 0, то P _C(t) = 0.

Если иное не указано в соглашении между потребителем и изготовителем, продолжительность периода времени Т должна составлять 1 ч.

Изготовитель должен указать рабочий цикл, который использован для оценки по формуле (1).

7.1.2 Способность выполнять заданный рабочий цикл

На протяжении работы СНЭ в условиях установленного рабочего цикла, любые пределы значений параметров, установленные в спецификации, включая пределы для используемых частей, не должны превышаться и не должно происходить никаких повреждений.

Примечание - Методы испытаний на способность выполнения рабочего цикла установлены в 8.2.7 и 8.2.9.

7.1.3 Способность выдерживать кратковременный ток

Изготовитель должен описать способность СНЭ выдерживать кратковременный ток.

Если между потребителем и изготовителем не согласовано иное, изготовитель должен описать способность выдерживать кратковременный ток для следующих условий короткого замыкания на основе требований пункта 6.7.2.4 МЭК 62590:2010:

- после нормальной работы;

- на период короткого замыкания 0,15 с;

- с коэффициентом 1,6 между установившимся током короткого замыкания и ударным током короткого замыкания.

Примечание - Для расчета тока короткого замыкания используют приложение А МЭК 62589:2010.

Требование выдерживать кратковременный ток не устанавливают для управляемых ППЭ, имеющих характеристику, ограниченную по току. Такие ППЭ должны быть снабжены устройством защиты, способным обнаруживать состояние короткого замыкания в системе переключателей или системе питающей линии ЖТС, которое может не обнаруживаться стандартным устройством защиты от перегрузки по току питающей линии ЖТС при ограничении тока.

7.1.4 Определение эффективности заряда-разряда

Эффективность заряда-разряда СНЭ должна быть определена для установленного одиночного рабочего цикла или серии рабочих циклов, повторяемых столько раз, сколько согласовано между потребителем и изготовителем. Ее рассчитывают с использованием уравнения

,

(2)

где - мощность разряда СНЭ в момент времени t;

- мощность заряда СНЭ в момент времени t;

- время начала одиночного рабочего цикла или первого из повторяющихся рабочих циклов;

- время окончания одиночного рабочего цикла или последнего из повторяющихся рабочих циклов.

Примечание - Если  > 0, то  = 0. Если  > 0, то  = 0.

При расчете эффективности заряда-разряда, СЗ и/или СЭ в начале и в конце каждого рабочего цикла или в конце всех повторяющихся рабочих циклов должны быть сбалансированы компенсацией заряда после работы. Компенсацию допускается выполнять зарядом/разрядом в автономном режиме.

В расчет эффективности заряда-разряда должны быть включены потери саморазряда и/или в режиме ожидания. Энергопотребление вспомогательного источника питания не учитывают, независимо от того, получает ли вспомогательный источник питания питание от основной шины постоянного тока или от отдельного внешнего источника.

7.1.5 Повышение температуры

7.1.5.1 Повышение температуры в полупроводниковом преобразователе электроэнергии

Температура любого полупроводникового устройства, используемого в ППЭ, не должна превышать допустимую максимальную температуру, указанную его изготовителем. Допустимая верхняя граница температуры любого вспомогательного оборудования должна соответствовать стандартам для оборудования.

7.1.5.2 Повышение температуры в БНЭ

Температура БНЭ не должна превышать максимально допустимую температуру, указанную изготовителем БНЭ.

7.1.6 Срок службы

Для БНЭ следует установить критерии определения КСС. Допускается использовать данные изготовителя компонентов. При моделировании срока службы необходимо учитывать рабочий цикл. Определение критериев КСС и моделирование БНЭ зависит от его использования и соглашения между потребителем и изготовителем компонентов СНЭ (включая БНЭ) и, если необходимо, изготовителем СНЭ.

Примеры

1 Компонентно-ориентированное определение КСС для ЭХК: старение вызывает уменьшение емкости и увеличение внутреннего сопротивления. Изготовитель и потребитель могут согласовать, что "когда емкость снизится ниже определенного процента "X" от начальной емкости или внутреннее сопротивление в "Y" раз превысит начальное сопротивление, тогда считается, что достигнут КСС". Значения "X", "Y" или другие параметры должны быть согласованы между потребителем и изготовителем в соответствии с проектом.

2 Компонентно-ориентированное определение КСС для батарей: как и для ЭХК, старение батарей вызывает уменьшение емкости и увеличение внутреннего сопротивления. Изготовитель и потребитель могут согласовать, что "когда емкость снизится ниже определенного процента "X" от начальной емкости или внутреннее сопротивление в "Y" раз превысит начальное сопротивление, тогда считается, что достигнут КСС". Значения "X", "Y" или другие параметры должны быть согласованы между потребителем и изготовителем в соответствии с проектом.

3 Определение КСС, ориентированное на рабочий цикл: на основе рабочего цикла, предоставленного потребителем, и оценки срока службы для рабочего цикла, предоставленного изготовителем, потребитель и изготовитель могут договориться, что "когда число установленных рабочих циклов превышает Х раз, тогда считается, что достигнут КСС". Значения "X" или другие параметры должны быть согласованы между потребителем и изготовителем в соответствии с проектом.

7.2 Функции управления и защиты

7.2.1 Функции управления зарядом/разрядом

Должны быть разработаны функции управления зарядом и разрядом, соответствующие конкретным характеристикам БНЭ.

Детали функций управления зарядом и разрядом должны соответствовать соглашению между потребителем и изготовителем.

При любых обстоятельствах СЗ и/или СЭ СНЭ должны находиться в пределах установленного диапазона. Определение этого установленного диапазона должно быть согласовано между потребителем и изготовителем.

7.2.2 Функция защиты от короткого замыкания

СНЭ должна быть снабжена защитой от короткого замыкания.

7.2.3 Функция защиты от замыканий на землю

СНЭ должна быть снабжена защитой от замыканий на землю.

7.2.4 Функция защиты от перегрузки

СНЭ должна быть снабжена защитой от перегрузки.

7.2.5 Функции отключения

Во время технического обслуживания или в целях безопасности часть или вся СНЭ, особенно вокруг БНЭ, должна быть отключена в соответствии с требованиями, согласованными между потребителем и изготовителем.

7.3 Электромагнитная совместимость

СНЭ должна соответствовать требованиям к помехоустойчивости и излучению, установленным в МЭК 62236 (все части).

Любые дополнительные требования должны быть указаны потребителем в спецификациях на закупку.

Если прокладка кабелей, включая силовые кабели переменного и постоянного тока, вспомогательные кабели, кабели управления и кабели для фильтрации, выполняется потребителем или любой другой третьей стороной, следует соблюдать инструкции, предоставленные изготовителем СНЭ, а также требования, установленные в МЭК 62236-5.

Система управления или система защиты должны быть испытаны отдельно согласно соответствующим стандартам.

7.4 Отказы стационарной СНЭ

Изготовитель СНЭ должен представить проектную концепцию относительно различных отказов, которые могут произойти в системе, с указанием уровня защиты, установленного в таблице 1, который должен быть согласован с потребителем.

Таблица 1 - Уровень защищенности

Уровень защиты	Последствия	Информация и меры контроля
R: Резервирование	Нет немедленных последствий, сохраняются все рабочие характеристики	Предупреждающий сигнал
F: Функциональная защита	Ухудшение характеристик (например, снижение допустимой нагрузки по току)	Предупреждающий сигнал или сигнал отключения
Т: Отключение	Прерывание работы при срабатывании устройств защиты	Сигнал отключения
D: Повреждение	Прерывание работы при повреждении	Сигнал отключения

Должны быть рассмотрены не только единичные отказы отдельных компонентов СНЭ, но и другие отказы, которые могут возникнуть извне, а также отключение источника питания системы управления, например из-за прерывания работы внешнего источника питания или удара молнии. По требованию потребителя в рассмотрение должны быть включены комбинированные отказы.

СНЭ должна быть сконструирована так, чтобы сообщать об отказах и обеспечивать средства контроля, когда отказ происходит в системе, в соответствии с применимым уровнем защиты, указанным в таблице 1.

7.5 Требования к конструкции

7.5.1 Общие положения

ППЭ может быть устройством закрытого или открытого типа. Используемые рамы или кожухи должны быть металлическими.

Кожухи ППЭ и БНЭ должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать безопасную и простую работу при нормальном использовании, проверке и техническом обслуживании, замене деталей, заземлении кабелей или шин и проверках напряжения.

Качество и тип всех используемых материалов должны быть рассчитаны для работы в установленных условиях. Следует уделять внимание способности выдерживать воздействие влаги и огня. Если класс горючести F0 стандарта МЭК 61936-1 не является приемлемым, используемые материалы должны быть из металла или обладать самозатухающими свойствами.

Материалы должны быть выбраны так, чтобы минимизировать атмосферную и электролитическую коррозию.

7.5.2 Заземление

Для обеспечения безопасности во время работ по техническому обслуживанию все части главной цепи, к которым требуется или возможен доступ, должны быть заземлены. Данное требование не распространяется на любую часть, доступ к которой можно получить только после того, как она будет вынута из корпуса.

Для сети электропитания постоянного тока метод, используемый для заземления корпуса или рамы ППЭ и БНЭ, должен быть указан в соответствии с пунктом 6.5.8 МЭК 61992-7-1:2006.

Примечание - В случае сети электропитания постоянного тока термин "заземление" означает соединение с землей или обратным контуром в соответствии с требованиями к заземлению для сети.

Металлическая часть корпуса или рамы должна быть подключена к клемме заземления, расположенной в доступном месте, так, чтобы клемма могла быть подключена к основной системе заземления тяговой подстанции. Клеммы заземления должны быть защищены от коррозии.

7.5.3 Степень защиты

Потребитель должен установить требуемую степень защиты по МЭК 60529.

Смотровые окна и вентиляционные отверстия корпуса должны быть защищены от попадания посторонних предметов и так далее, по крайней мере, в соответствии с заданной степенью защиты.

Примечания

1 Если между потребителем и изготовителем не согласовано иное, степень защиты корпуса СНЭ считается действительной для дверей и стенок корпуса. Степень защиты верхней и нижней частей корпуса ППЭ в отношении охлаждения, подключения кабелей переменного и постоянного тока, а также шин, как правило, IP00.

2 Для СНЭ, которые устанавливают в помещении, степень защиты от проникновения воды, как правило, не указывают.

7.6 Маркировка

СНЭ, которая должна быть доставлена в сборе, а также каждый блок, который должен быть доставлен отдельно, должны содержать в маркировке следующую информацию:

a) наименование изготовителя;

b) номер настоящего стандарта;

c) тип (определяется изготовителем);

d) серийный номер;

e) номинальное напряжение СНЭ;

f) нормированный ток заряда СНЭ;

g) нормированный ток разряда СНЭ;

h) нормированная мощность заряда СНЭ;

i) нормированная разрядная мощность СНЭ;

j) спецификация рабочего цикла;

k) нормированная емкость и/или энергия;

l) доступная для использования зарядная и разрядная емкость и/или энергия;

m) скорость обмена энергией;

n) период, в течение которого оценивается m);

о) способность выдерживать кратковременный ток;

р) тип системы охлаждения;

q) нормированное напряжение и мощность вспомогательного оборудования.

Другая информация, предоставляемая при необходимости:

r) условия охлаждения (температура, расход теплоносителя);

s) масса устройства, масса теплоносителя (при наличии);

t) степень защиты (код IP).

7.7 Выводы главной цепи

Выводы главной цепи должны иметь маркировку полярности постоянного тока.

8 Испытания

8.1 Виды испытаний

8.1.1 Общие положения

Применяют следующие виды испытаний:

a) типовые;

b) контрольные;

c) пусковые.

Если потребитель требует, чтобы изготовитель представил отчеты об испытаниях, или если потребителю необходимо присутствовать при испытаниях, программа испытаний и другие детали должны быть определены соглашением между потребителем и изготовителем до проведения испытаний.

Точность измерительного оборудования, используемого в испытании, должна быть достаточно высокой, чтобы достигалась цель измерений. Измерительное оборудование должно быть откалибровано перед проведением испытания. Уровень точности должен быть согласован между потребителем и изготовителем до проведения измерений.

8.1.2 Типовые испытания

Типовые испытания проводят для проверки нормируемых данных, параметров и рабочих характеристик вновь разработанной СНЭ.

Если изготовитель подготовил отчет о типовых испытаниях, охватывающий все пункты испытаний для аналогичной СНЭ, по соглашению с потребителем типовые испытания допускается не проводить.

8.1.3 Контрольные испытания

Контрольные испытания проводят для проверки того, что изделие правильно собрано и что все компоненты и/или системы СНЭ работают правильно и безопасно.

Контрольные испытания проводят по плану сплошного контроля.

8.1.4 Пусковые испытания

Для проверки соответствия требованиям к рабочим характеристикам, указанным в настоящем стандарте и/или других спецификациях для устройства или СНЭ, при вводе в эксплуатацию на объекте проводят пусковые испытания. Программу испытаний устанавливают на основе соглашения потребителя и изготовителя.

8.1.5 Перечень испытаний

Перечень испытаний приведен в таблице 2.

Спецификации любых особых требований потребителя согласовываются между потребителем и изготовителем дополнительно.

Таблица 2 - Перечень испытаний

Испытание	Типовое испытание	Контрольное испытание	Пусковое испытание	Подпункт
Визуальный осмотр	О	О		8.2.1
Проверка степени защиты	О	Н		8.2.2
Испытание принадлежностей и вспомогательных компонентов	О	О		8.2.3
Испытание изоляции	О	О		8.2.4
Испытание последовательности запуска и остановки	О	О	О	8.2.5
Проверка защитных устройств	О	О	О	8.2.6
Проверка функций управления зарядом/разрядом	О a	О a	О a	8.2.7
Функциональное испытание при малой нагрузке	О a	О a		8.2.8
Испытание на превышение температуры	О			8.2.9
Определение эффективности заряда-разряда	О			8.2.10
Измерение шума	О	Н	Н	8.2.11
Электромагнитная совместимость	О			8.2.12
Измерение гармоник	О а, b	Н а, b	О	8.2.13
О - обязательно; Н - необязательно. а Не применимо к СНЭ без ППЭ. b Допускается проведение проверки на основе моделирования.

8.2 Функциональные испытания

8.2.1 Визуальный осмотр

Визуальный осмотр проводят с целью проверки, что оборудование собрано правильно и, насколько это можно определить, соответствует всем установленным требованиям. Проверяют соответствие маркировки требованиям 7.6, доступность для обслуживания, безопасность, соответствие размеров конструкции и их допусков и так далее.

8.2.2 Проверка степени защиты

Степень защиты, установленную в 7.5.3, проверяют по МЭК 60529.

8.2.3 Испытание принадлежностей и вспомогательных компонентов

Испытания принадлежностей и вспомогательных компонентов проводят в соответствии с применимыми стандартами.

8.2.4 Испытание изоляции

Испытания изоляции проводят с целью проверки состояния изоляции готовой СНЭ.

Общие требования к испытанию - по МЭК 62590:2010, пункт 7.2.1.

Если БНЭ не используется для прямого подключения к питающей линии ЖТС, во время испытания изоляции он должен быть отключен.

8.2.5 Испытание последовательности запуска и остановки

Испытание проводят с целью проверки правильности выполнения последовательности следующих операций:

a) запуск СНЭ;

b) останов СНЭ;

c) последовательность действий при отказе СНЭ, например останов СНЭ, переход в режим пониженных рабочих характеристик и т.д.;

d) другие последовательности, согласованные между потребителем и изготовителем.

8.2.6 Проверка защитных устройств

Проверку защитных устройств проводят при значениях параметров выше их нормированных значений по возможности без разрушающих последствий для СНЭ и/или ее компонентов.

Из-за большого разнообразия защитных устройств и их комбинаций невозможно установить какие-либо общие правила для проверки этих устройств. Если оборудование управления системой предназначено для защиты СНЭ от перегрузок, перезаряда и/или чрезмерного разряда, его способность в этом отношении должна быть проверена.

Для проверки работы защитных устройств проводят контрольные испытания. Работу таких устройств, как плавкие предохранители и так далее, работа которых основана на разрушении рабочего компонента, проверять не требуется.

8.2.7 Проверка функций управления зарядом/разрядом

Испытания функций управления зарядом/разрядом проводят с целью проверки их работы так, как согласовано и установлено потребителем и изготовителем.

Поскольку существуют различные стратегии и схемы управления СНЭ, невозможно сформулировать какие-либо общие правила для проверки функций управления зарядом/разрядом, которые определяются выбранным вариантом исполнения. Процедуры испытания должны быть согласованы между потребителем и изготовителем.

Пример - Разработана СНЭ с контролем заряда/разряда, при котором заряд или разряд запускаются в зависимости от сетевого напряжения. При проверке функций управления зарядом/разрядом для этого СНЭ с помощью внешнего источника напряжения линейно изменяют напряжение, чтобы проверить, запускается ли заряд или разряд при заданной уставке напряжения с определенной точностью по напряжению и временем отклика.

Данное испытание не применяют к системам без ППЭ.

8.2.8 Функциональное испытание при малой нагрузке

Функциональное испытание ППЭ в СНЭ при малой нагрузке проводят по пункту 7.2.2 МЭК 62590:2010.

Данное испытание не применяют к системам без ППЭ.

8.2.9 Испытание на превышение температуры

Повышение температуры ППЭ и БНЭ следует измерять в условиях испытаний, специально согласованных с используемым рабочим циклом.

Метод испытания на превышение температуры ППЭ в СНЭ установлен в пункте 7.2.5.1 МЭК 62590:2010. Для испытания БНЭ на превышение температуры необходимо руководствоваться стандартами, соответствующими используемой технологии накопления.

8.2.10 Определение эффективности заряда-разряда

8.2.10.1 Общие положения

Эффективность заряда-разряда СНЭ измеряют при установленном рабочем цикле. Для этого необходимо:

a) измерять напряжение и ток на электрических выводах СНЭ;

b) вычислять мощность через выводы СНЭ из измеренных напряжения и тока;

c) для получения энергии для заданного рабочего цикла интегрировать вычисляемую мощность.

При необходимости, по соглашению между потребителем и изготовителем, дополнительно проводят измерение на компонентах СНЭ.

8.2.10.2 Подготовка

Перед запуском установленного рабочего цикла должен быть определен начальный уровень СЗ/СЭ в СНЭ.

8.2.10.3 Измерение

Для измерения эффективности заряда-разряда установленные рабочие циклы должны быть повторены установленное число раз.

После испытания измеряют накопленную в СНЭ энергию и рассчитывают разницу от начального уровня.

СЗ/СЭ в начале и в конце каждого рабочего цикла или в конце всех повторяющихся рабочих циклов должны быть выравнены путем компенсации после работы. Допускается проведение компенсации зарядом/разрядом в автономном режиме.

В качестве рабочего цикла для испытаний используют цикл, установленный в 7.1.1.10 для расчета скорости обмена энергией. При необходимости потребитель и изготовитель могут согласовать использование для этой цели различных рабочих циклов.

8.2.10.4 Расчет эффективности заряда-разряда СНЭ

Эффективность заряда-разряда рассчитывают по формуле (2), приведенной в 7.1.4, с использованием результатов измерения.

8.2.11 Измерение шума

Требования и методы испытаний для измерения шума определяют по соглашению между потребителем и изготовителем.

8.2.12 Электромагнитная совместимость

Испытание проводят в соответствии с МЭК 62236-1 и МЭК 62236-5.

Совместимость с другими системами, такими как системы сигнализации, должна быть согласована между потребителем и изготовителем.

8.2.13 Измерение гармоник

8.2.13.1 Общие положения

Измерение гармоник проводят при типовом и пусковом испытаниях.

Перед проведением измерений следует убедиться, что частота коммутации ППЭ не будет мешать работе других систем, таких как системы сигнализации.

По соглашению между потребителем и изготовителем допускается включение измерения гармоник в состав контрольных испытаний. Его проводят путем подачи нормированного тока в соответствии с установленным рабочим циклом.

Следует выполнить не менее двух отдельных измерений: одно, когда СНЭ заряжается, а другое, когда СНЭ разряжается.

Вместо выполнения этого измерения в качестве типового и контрольного испытания на основе соглашения между потребителем и изготовителем, могут быть использованы результаты моделирования.

8.2.13.2 Измерение гармоник в составе типовых испытаний

Испытания проводят с целью получения гармонических характеристик. Допускается проведение испытания совместно с испытанием, установленным в 8.2.12.

Дополнительные требования к типовым испытаниям могут быть установлены по соглашению между потребителем и изготовителем.

8.2.13.3 Измерение гармоник в составе пусковых испытаний

Испытание проводят с целью установления отсутствия помех другим системам, например системам сигнализации.

Информация о требованиях к содержанию гармоник на выводах СНЭ установлена в 8.2.12. По соглашению между потребителем и изготовителем могут быть установлены другие требования.

Испытание проводят для всех СНЭ, включая системы без ППЭ, поскольку переходные процессы в СНЭ во время заряда и разряда могут повлиять на другие системы.

Библиография

IEC 60050-151:2001	International Electrotechnical Vocabulary - Part 151: Electrical and magnetic devices (available at: http://www.electropedia.org) [Международный электротехнический словарь. Часть 151. Электрические и магнитные устройства (доступно по адресу: http://www.electropedia.org)]
IEC 60050-551:1998	International Electrotechnical Vocabulary - Part 551: Power electronics (available at: http://www.electropedia.org) [Международный электротехнический словарь. Часть 551. Силовая электроника (доступно на: http://www.electropedia.org)]
IEC 60050-811:2017	International Electrotechnical Vocabulary - Part 811: Electric traction (available at: http://www.electropedia.org) [Международный электротехнический словарь. Часть 811. Электрическая тяга (доступно на: http://www.electropedia.org)]
IEC 60146-2:1999	Semiconductor converters - Part 2: Self-commutated semiconductor converters including direct d. c. converters (Полупроводниковые преобразователи. Часть 2. Самокоммутируемые полупроводниковые преобразователи, включая прямой постоянный ток. Конвертеры)
IEC 61881-3	Railway applications - Rolling stock equipment - Capacitors for power electronics - Part 3: Electric double-layer capacitors (Железнодорожные приложения. Оборудование подвижного состава. Конденсаторы для силовой электроники. Часть 3. Электрические двойнослойные конденсаторы)
IEC 62589:2010	Railway applications - Fixed installations - Harmonisation of the rated values for converter groups and tests on converter groups (Железнодорожные приложения. Стационарные установки. Согласование нормированных значений для групп преобразователей и испытания групп преобразователей)
IEC 62620	Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes - Secondary lithium cells and batteries for use in industrial applications (Вторичные элементы и батареи, содержащие щелочные или другие некислотные электролиты. Вторичные литиевые элементы и батареи для использования в промышленности)
IEC 62864-1:2016	Railway applications - Rolling stock - Power supply with onboard energy storage system - Part 1: Series hybrid system (Железнодорожные приложения. Подвижной состав. Электроснабжение с бортовой системой накопления энергии. Часть 1. Последовательная гибридная система)
IEC 62928:2017	Railway applications - Rolling stock equipment - Onboard lithium-ion traction batteries (Железнодорожные приложения. Оборудование подвижного состава. Бортовые литий-ионные тяговые батареи)

Ключевые слова: батареи аккумуляторные, стационарные литий-ионные аккумуляторы, транспорт железнодорожный.