Вплив вологості на деградацію елементів захисту і параметри каналів проникнення завад: загрози для електромагнітної сумісності і функціональної безпеки систем залізничної автоматики

Abstract

UA: У статті досліджено вплив підвищеної вологості на деградацію елементів захисту від електромагнітних завад і зміну електричних параметрів каналів проникнення завад у системах залізничної автоматики. Встановлено, що за умов високої вологості змінюються електричні характеристики частотних фільтрів, часових селекторів, захисних конденсаторів, обмежувачів напруги та оптронів, що призводить до зниження ефективності захисту від імпульсних і високочастотних завад. Показано, що волога суттєво підвищує паразитну ємність елементів гальванічної розв’язки між провідниками, а також між провідниками та корпусом і водночас знижує електричний опір ізоляційних матеріалів. Ці зміни сприяють посиленню перенесення імпульсних і високочастотних завад у критичні електронні вузли. Встановлено, що навіть за наявності справних захисних елементів рівень проникнення завад може перевищувати допустимі межі через вплив навколишнього середовища. Це становить потенційну загрозу для електромагнітної сумісності (ЕМС) і функціональної безпеки (SIL) систем керування рухом поїздів, особливо у випадках одночасного впливу вологи на всі канали резервування, що може спричинити кратні небезпечні відмови та призвести до аварій або навіть катастроф на залізничному транспорті. Запропоновано рекомендації щодо вдосконалення стандартів випробувань пристроїв залізничної автоматики з урахуванням кліматичних чинників і впливу міжпровідникових ємнісних каналів. Результати дослідження можуть бути корисними для розробників, аудиторів і органів сертифікації електричних, електронних і програмованих електронних систем керування та контролю, що експлуатовані в умовах підвищених вимог до функціональної безпеки та електромагнітної сумісності.

EN: The article investigates the impact of increased humidity on the degradation of electromagnetic interference (EMI) protection components and on changes in the electrical parameters of interference propagation channels in railway automation systems. It has been established that under high humidity conditions, the electrical characteristics of frequency filters, time selectors, protective capacitors, voltage limiters, and optocouplers undergo significant changes, resulting in reduced effectiveness of protection against impulse and high-frequency disturbances. The study shows that moisture substantially increases the parasitic capacitance of galvanic isolation elements — both between conductors and between conductors and the chassis — while also reducing the electrical resistance of insulation materials. These effects contribute to enhanced transmission of impulse and high-frequency disturbances into critical electronic circuits. It was found that even with fully functional protective elements, the level of interference penetration may exceed permissible limits due to environmental influences. This poses serious risks to electromagnetic compatibility (EMC) and functional safety (SIL) of train control systems, particularly due to the simultaneous impact of humidity on all redundancy channels, potentially leading to multiple dangerous failures and increasing the risk of accidents or catastrophes in railway transport. The article proposes recommendations for updating the testing standards of railway automation devices to account for climatic factors and inter-conductor capacitive coupling channels. The results of the study may be valuable for developers, auditors, and certification bodies involved with electrical, electronic, and programmable electronic control and monitoring systems operating under stringent functional safety and EMC requirements.