Introducción a la norma EN50155: Requisitos de la Electrónica en Sistemas Ferroviarios
La normativa EN50155 es un estándar utilizado en la industria ferroviaria para equipos electrónicos utilizados en el material ferroviario rodante (básicamente, trenes, metros, o tranvías).
El objetivo de la normativa es garantizar la seguridad y fiabilidad de todos los equipos de control, regulación, protección, diagnóstico, alimentación, etc. instalados en vehículos ferroviarios. Para ello en la norma se especifican los criterios de diseño, fabricación, documentación y ensayo de cualquier equipo electrónico instalado a bordo del material rodante.
La última revisión de la normativa se realizó en 2017 estando vigente actualmente la EN50155:2021 aprobada por el CENELEC el 28 de junio de 2021.
En este post vamos a explicar cuales son los principales requisitos de seguridad y calidad que exige la normativa y dónde se aplican habitualmente. Si deseas más información sobre las normativas que afectan a la electronica embarcada en otros tipos de vehículos, puedes consultar el post ‘El futuro de la electrónica embarcada en transporte‘ en nuestro blog.
Requisitos de seguridad y fiabilidad
La norma EN50155 define tres criterios de funcionamiento de cualquier equipo electrónico utilizado en material rodante. Los criterios son:
- Criterio de funcionamiento A: El equipo electrónico debe seguir funcionando durante y después de una perturbación ambiental. No se permite ninguna degradación o perdida de funciones del equipo.
- Criterio de funcionamiento B: El equipo electrónico debe seguir funcionando después de una perturbación ambiental, pero se permite una degradación temporal del funcionamiento durante la perturbación.
- Criterio de funcionamiento C: El equipo electrónico debe seguir funcionando después de una perturbación, pero requiere de un reinicio automático o manual del sistema. El funcionamiento normal debe obtenerse después de un tiempo máximo definido.
Las partes involucradas, fabricante/proveedor y empresa ferroviaria, deben especificar el criterio de funcionamiento normal previsto del equipo electrónico.
Condiciones medioambientales de servicio
Requisitos de altitud
Salvo que no se especifique lo contrario, los equipos electrónicos instalados en vehículos ferroviarios deben cumplir con los requisitos especificados en la Clase A1 de la Tabla 1 de la norma EN50125-1:2014.
Los trenes están sometidos a situaciones climáticas extremas
Esta norma, EN50125-1:2014, establece las condiciones ambientales para Europa, pero también puede aplicarse en otros lugares mediante acuerdo. La norma incluye la definición y los rangos de los siguientes parámetros: altitud, temperatura, humedad, movimiento del aire, lluvia, nieve y granizo, hielo, radiación solar, rayos y contaminación para el material rodante y el equipo a bordo (mecánico, electromecánico, eléctrico y electrónico. También establece las condiciones de interfaz entre el vehículo y su entorno.
Requisitos de temperatura
Los equipos electrónicos de uso en vehículos ferroviarios se deben diseñar y fabricar de manera que cumplan con las clases de temperatura de funcionamiento (OTx) definidas en la norma EN50125-1:2014. En la tabla se pueden ver los límites de temperatura y donde se aplican generalmente cada una de las clases.
Clasificación de las Clases de Temperatura de Funcionamiento según la norma EN50125-1:2014
Salvo que no se especifique lo contrario se aplicarán los requisitos de la Clase OT3.
El diseño debe tener en cuenta el calentamiento en el interior de los armarios y envolventes para garantizar que no se superen los valores de temperatura específicos.
Entre los requisitos de temperatura también se debe considerar el encendido de los equipos en situaciones diversas en las que la temperatura del equipo sea superior a la máxima definida, por ejemplo, con el vehículo al sol y el sistema de climatización apagado. Salvo que no se especifique lo contrario, los equipos deben estar preparados para cumplir con los requisitos de la clase ST1 de aumento de la temperatura de funcionamiento es decir OTx+15 ºC.
También se debe tener en cuenta las variaciones rápidas de temperatura, por ejemplo, al entrar en un túnel. Los requisitos a cumplir en estos casos dependen mucho de la ubicación del equipamiento y se clasifican en Clase H1 y Clase H2. La clase H1 no implica ningún requisito especial y salvo que se especifique de otro modo para alguno de los equipos electrónicos, es la que se aplica.
Requisitos de humedad
Para evitar un funcionamiento incorrecto o incluso una avería producidos por la humedad relativa se tendrán en cuenta, entre otros, los siguientes aspectos:
- La temperatura del aire que rodea al equipo electrónico
- Las condiciones del servicio
- La ubicación del equipo
- El tipo de envolvente, código IP
Los valores de humedad relativa exterior y el tiempo de exposición que se tienen que considerar están definidos en la norma EN50125-1:2014.
Requisitos de resistencia a vibraciones y choques
Los equipos electrónicos instalados en vehículos ferroviarios deben soportar sin deterioro ni funcionamiento inadecuado las vibraciones y choques que se producen durante el funcionamiento.
El nivel de choques y vibraciones a soportar debe estar definido según los niveles establecidos en la norma EN61373:2010. Está norma divide en categorías el nivel de vibración en función de donde se ubica el equipo:
- Categoría 1: Montado en la carrocería del vehículo.
- Categoría 2: Montado en el bogie del vehículo.
- Categoría 3: Montado en el conjunto de las ruedas.
Dentro de la categoría 1 se distinguen a su vez dos clases:
- Clase A: Cubículos, subconjuntos, equipos y componentes montados directamente sobre o debajo de la carrocería del vehículo.
- Clase B: Cualquier equipo montado dentro de una caja que a su vez está montada directamente sobre o debajo de la carrocería del vehículo.
Salvo que no se especifique de otro modo, los equipos deben soportar los límites de vibraciones y choques definidos para la Categoría 1/Clase B definidos en la EN61373:2010.
Requisitos de resistencia a la interferencia
Todos los equipos deben cumplir con los requisitos de la norma EN50121-3-2:2016. Esta norma establece los aspectos de emisión e inmunidad de EMC para equipos eléctricos y electrónicos destinados a ser utilizados en material rodante ferroviario.
La norma considera ensayos en un rango de frecuencias que va hasta los 400 GHz pero excluye ciertos rangos en los que no es necesario realizar medidas.
Los requisitos de emisión definidos por la norma se han seleccionado de manera que las perturbaciones generadas por el aparato operado normalmente en el material rodante ferroviario no superen un nivel que pueda impedir que otros aparatos funcionen según lo previsto. Los límites de emisión establecidos en esta norma tienen prioridad sobre los requisitos de emisión para aparatos individuales a bordo del material rodante establecidos en otras normas.
De igual manera los requisitos de inmunidad definidos por la norma se han seleccionado para garantizar un nivel adecuado de inmunidad para el aparato del material rodante.
Condiciones especiales de servicio
Siempre que se pueda demostrar que el equipo va a estar sometido a condiciones medioambientales distintas a las mencionadas anteriormente, los requisitos a cumplir se deben acordar entre las partes involucradas. Por ejemplo, equipos montados en el interior del convertidor de frecuencia, equipos sometidos a contaminantes, niebla de aceite, pulverización de sal, hongos, moho etc.
Condiciones eléctricas de servicio
Los sistemas electrónicos del material rodante se pueden alimentar tanto en C.C. como en C.A.
Los sistemas alimentados en C.C. están formados por la batería del vehículo y por el cargador de batería. Estos sistemas pueden ser de dos tipos:
- Sistemas de alimentación de batería flotante donde no hay conexión entre el sistema de alimentación de la batería y el chasis del vehículo.
- Sistemas de alimentación de batería conectado al chasis del vehículo.
Todos los equipos electrónicos deben poder funcionar en las dos configuraciones salvo que el integrador especifique claramente el sistema de alimentación requerido.
La tensión nominal de los equipos electrónicos en C.C. debe ser de 24 V, 28 V, 36 V, 48 V, 72 V, 96 V o 110 V, siendo los valores recomendados: 24 V, 72 V y 110 V. Está tensión nominal puede sufrir variaciones (subidas o bajadas de tensión) por diferentes motivos, pero no deben generar ningún fallo en los sistemas electrónicos. La norma EN50155 establece los límites de la tensión de alimentación y los criterios de funcionamiento que deben cumplir los sistemas en dichas situaciones.
Además de las sobretensiones o subtensiones puntuales, los equipos electrónicos deben estar preparados para pequeños cortes de tensión que se puedan producir. La norma define tres tipos de cortes que se pueden dar y el criterio de funcionamiento en cada uno de los casos (S1, S2 y S3). Salvo que no se especifique lo contrario, el criterio a aplicar es el S2 que establece que los equipos deben seguir funcionando (criterio de funcionamiento A)con cortes de menos de 10 ms y que pueda ser necesario reiniciar los equipos (criterio de funcionamiento C) con cortes de más de 10 ms.
Fiabilidad, vida útil y mantenibilidad de los equipos
Todos los equipos electrónicos instalados en material rodante deben ser fiables y robustos. La medición de la fiabilidad se debe acordar entre las partes involucradas definiendo para ello un plan de evaluación de la fiabilidad y los procedimientos de ensayo a realizar para medir dicha fiabilidad.
Al finalizar el periodo acordado (km u horas de funcionamiento) se debe realizar un informe que identifique las incidencias que ha habido, componentes sustituidos, averías etc que se hayan dado en el periodo especificado.
Además de demostrar la fiabilidad mediante los procedimientos acordados, todos los equipos están obligados por la norma EN50155 a cumplir con una vida útil de 20 años (Clase L4), salvo que se especifique lo contrario en la documentación del equipo.
El mantenimiento correctivo de los sistemas electrónicos se podrá realizar a bordo del vehículo o en centros de reparación con personal cualificado. Las partes involucradas acordarán en las condiciones del contrato los equipos que pueden ser reemplazados en línea. En caso de fallo de alguno de estos sistemas, este debe ser fácilmente localizable mediante un equipo de ensayo portátil o mediante un sistema de diagnosis integrado. Estas unidades deben diseñarse de manera que se puedan intercambiar con facilidad.
Cuando la reparación se realiza en centros de reparación, los equipos deben estar diseñados de manera que el equipo de ensayo permita hacer un diagnóstico completo y la validación del funcionamiento en el centro de reparación.
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