IEC 63341-2:2025 PRV
Железнодорожное применение - Системы водорода и топливных элементов для подвижного состава - Часть 2: Водородная топливная система

Стандартный №

IEC 63341-2:2025 PRV

Дата публикации

2025

Разместил

International Electrotechnical Commission (IEC)

Последняя версия

IEC 63341-2:2025 PRV

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

IEC 63341-2 — вторая часть стандарта Международной электротехнической комиссии для систем водородных топливных элементов для железнодорожного транспорта. Он конкретно определяет технические требования к водородным топливным системам (HFS). Этот стандарт, как окончательный проект международного стандарта (FDIS), запланирован к официальному выпуску в 2025 году, с датой вступления в силу, установленной на 2028 год.

---

Область применения стандарта и позиционирование системы

Настоящий стандарт применяется к бортовым водородным топливным системам, которые обеспечивают водородным топливом топливные элементы, используемые в тяговых и вспомогательных источниках питания железнодорожного транспорта. Применимые типы транспортных средств включают все рельсовые транспортные средства, включая легкорельсовый транспорт, трамваи, метро, пригородные поезда, региональные поезда, высокоскоростные поезда и локомотивы. Как показано на рисунке 1, серия стандартов IEC 63341, наряду с соответствующими стандартами ISO/TC 197, ISO/TC 22/SC 37 и Комитета по стандартам SAE по топливным элементам, образует полную систему технических спецификаций. Важно отметить, что данный стандарт в первую очередь касается хранения газообразного водорода и не охватывает другие методы хранения, такие как жидкий водород, криогенно сжатый водород и гидриды металлов.

Система стандартов	Область применения	Основные стандарты
Серия IEC 63341	Системы водородных топливных элементов для железнодорожного транспорта	IEC 63341-1, IEC 63341-2, IEC 63341-3
ISO/TC 197	Общие стандарты для водородных технологий	ISO 17268, ISO 19881, ISO 19882
ISO/TC 22/SC 37	Водородные системы для электромобилей	ISO 19887-1, ISO 23273

---

Архитектура водородной топливной системы и требования к ее компонентам

Компоненты системы

Водородная топливная система состоит из нескольких ключевых подсистем:

Модуль системы хранения сжатого водорода (модуль CHSS): включает в себя водородный контейнер, структурную раму и необходимые топливные компоненты, отвечающие за безопасное хранение водорода под высоким давлением.

Система обработки водорода (HHS): включает в себя такие компоненты, как регулирование давления, фильтрация и регулирующие клапаны, для обеспечения стабильной подачи водорода, отвечающего требованиям к системе топливных элементов.

Бортовой заправочный порт: обеспечивает стандартизированное подключение к водородной заправочной станции, обеспечивая быструю и безопасную заправку водородом операции.

Трубопроводы подачи топлива, продувки и выхлопа: сюда входят жесткие и гибкие трубопроводы и соединители, обеспечивающие надежную подачу водорода и безопасность системы.

Система мониторинга и управления (MCS): отслеживает состояние системы в режиме реального времени, управляет направлением и давлением потока водорода и обеспечивает безопасную работу системы.

Проектирование зон давления

Стандарт делит систему на секцию высокого давления и секцию среднего давления:

Зона давления	Диапазон давления	Основные компоненты	Требования безопасности
Секция высокого давления	Максимальное рабочее давление ≤70 МПа	Резервуар для хранения водорода и трубопровод высокого давления	Должны соответствовать требованиям прочности на разрыв и усталостной долговечности
Секция среднего давления	Рабочее давление ≤5 МПа	Редукционный клапан и клапан среднего давления трубопровод	Должен соответствовать требованиям скорости утечки и долговечности

---

Требования к адаптации к окружающей среде

Среда применения на железной дороге сложна и изменчива, и стандарт имеет Адаптация водородной топливной системы к окружающей среде подчиняется строгим требованиям: Температура окружающей среды: Система должна нормально работать в диапазоне температур окружающей среды от -40 ° C до +50 ° C, обеспечивая безопасность даже в экстремальных условиях. Влажность: Система должна поддерживать нормальную работу без коррозии при уровнях относительной влажности от 5% до 100%. Высота: Производительность системы не должна существенно ухудшаться на высоте до 3000 метров. Коррозионная среда: Согласно ISO 9223, система должна быть совместима со средами с уровнями коррозии от C3 до C5. Вибрация и удары: Согласно IEC 61373, система должна выдерживать вибрационные и ударные нагрузки, уникальные для эксплуатации на железной дороге.

---

Проектирование безопасности и оценка рисков

Управление взрывоопасной атмосферой

Стандарт требует системного подхода к управлению рисками взрывоопасной атмосферы:

• Разграничение опасной зоны: определение опасных зон Зоны 0, Зоны 1 и Зоны 2.
• Требования к вентиляции: обеспечение достаточной вентиляции в опасных зонах для предотвращения накопления водорода.
• Обнаружение утечек: оснащение устройств обнаружения утечек водорода для своевременной подачи сигналов тревоги.
• Взрывозащищенная конструкция: использование взрывозащищенного электрооборудования во взрывоопасных зонах.

Требования к противопожарной защите

Для снижения пожарных рисков стандарт предлагает многоуровневые меры защиты:

Пассивная защита: использование противопожарных барьеров, теплоизоляции и других мер для замедления распространения огня.

Активная защита: оснащение устройства сброса давления, активируемого при температуре (TPRD), для безопасно выпустить водород в случае пожара.

Система сброса: обеспечить специальный трубопровод для сброса водорода, чтобы обеспечить безопасный сброс водорода в атмосферу в случае чрезвычайной ситуации.

---

Требования к проверке испытаний

Категории и требования к испытаниям

Стандарт определяет три категории испытаний: типовые испытания, плановые испытания и исследовательские испытания.

Категория испытаний	Цель	Элементы испытаний	Критерии приемки
Типовое испытание	Проверка соответствия конструкции	Механическое испытание, электрическое испытание, испытание на газ и т. д.	Соответствие всем требованиям к производительности
Плановое испытание	Проверка согласованности производства	Испытание на герметичность, функциональное испытание	Отсутствие утечек, нормальное функционирование
Расследовательное испытание	Анализ отказов	Целенаправленное тестирование	Определение корня причина

Ключевые пункты испытаний

Механические испытания: Включая испытания на вибрацию, испытания на удар, испытания на статическую прочность и т. д. для проверки механической надежности системы в железнодорожной среде.

Электрические испытания: Координация изоляции, испытания на ЭМС и т. д. для обеспечения безопасности и надежности электрической системы.

Газовые испытания: Испытание на герметичность, испытание на поток, испытание под давлением и т. д. для проверки работоспособности гидравлической системы.

Испытание на огнестойкость: Дополнительное испытание на огнестойкость для проверки эффективности мер защиты от пожара.

---

Требования к техническому обслуживанию и маркировке

Требования к техническому обслуживанию

Стандарт определяет подробные требования к техническому обслуживанию:

• Регулярный осмотр: Разработайте подробные планы осмотра и пункты осмотра
• Процесс промывки и инертизации: Предоставьте стандартные процедуры промывки и инертизации системы
• Метод испытания на утечку: Укажите различные методы обнаружения утечек и технические требования
• Документация по техническому обслуживанию: Требуйте предоставления полной технической документации по техническому обслуживанию

Маркировка и идентификация

Система и ее компоненты должны быть четко промаркированы и идентифицированы:

• Знаки безопасности: Предупреждающие знаки безопасности, такие как опасность водорода и опасность высокого давления
• Паспортная табличка: Паспортная табличка, содержащая основные технические параметры и информацию об оборудовании
• Направление потока идентификация: идентификация среды трубопровода и направления потока
• Цветовое кодирование: используйте стандартизированную систему цветового кодирования.

---

Рекомендации по внедрению и передовой опыт

Соображения на этапе проектирования

На этапе проектирования системы сосредоточьтесь на следующем:

1. Совместимость материалов: все материалы, контактирующие с водородом, должны иметь хорошую совместимость с водородом, чтобы предотвратить водородное охрупчивание.

2. Стандартизация интерфейсов: используйте стандартизированные механические, электрические и коммуникационные интерфейсы для улучшения совместимости и ремонтопригодности системы.

3. Избыточная конструкция: критические функции безопасности должны использовать избыточную конструкцию, чтобы гарантировать, что единственная точка отказа не приведет к отказу системы.

4. Доступность: Точки обслуживания и проверки должны быть легкодоступны, чтобы снизить сложность и время обслуживания.

Изготовление и установка

В процессе изготовления и установки обратите внимание на следующее:

• Контроль чистоты: Строго контролируйте чистоту среды сборки системы, чтобы предотвратить попадание загрязняющих веществ в систему.

• Контроль крутящего момента