Организация электропитания устройств автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и Науки Российской Федерации

ФГОУ СПО «Омский колледж транспортных технологий»

Специальность: 220204 «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте»

ОТЧЕТ

по индивидуальному заданию

на тему: «Организация электропитания устройств автоматики и телемеханики».

Студент: Щелкунова Валентина Александровна

Омск 2011

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Требования к источникам электропитания устройств автоматики и телемеханики

2. Организация электроснабжения устройств ЖАТ

3. Принципы работы и эксплуатация аккумуляторов

4. Преобразователи и выпрямители в устройствах электропитания аппаратуры ЖАТ

5. Система диспетчерской централизации на базе микро-ЭВМ и программируемых контроллеров (ДЦ-МПК)

6. Комплексная автоматизированная система диспетчерского управления (КАС ДУ)

7. Охрана труда при эксплуатации устройств автоматики и телемеханики

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на сети дорог находятся в эксплуатации две основные системы автоблокировки. На участках с автономной тягой применяется автоблокировка с импульсными рельсовыми цепями постоянного тока. На линиях с электротягой применяется кодовая автоблокировка с рельсовыми цепями переменного тока частотой 50 Гц на участках с электротягой постоянного тока и 25 или 75 Гц на линиях с электротягой переменного тока. С введением скоростного движения появились новые требования к обеспечению безопасности движения поездов, необходимости сокращения эксплуатационных расходов на техническое обслуживание, повышению надежности работы устройств которые обусловили создание новой элементной базы, новых систем автоблокировки. При разработке новых систем учитывались недостатки существующих систем автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации, такие как: ненадежность и неустойчивость работы рельсовой цепи из-за низкого сопротивления балласта; усложнение работы рельсовой цепи из-за необходимости канализации тягового тока с подключением дроссель-трансформаторов и возникновения опасных и мешающих влияний тягового тока; децентрализованное размещение аппаратуры; возможность проезда запрещающего показания светофора и другие. Созданы новые системы такие как многозначная АЛСН, система автоматического управления тормозами САУТ.

Новые системы строятся на новой элементной базе с применением интегральных микросхем и тональных рельсовых цепей. Автоблокировка с тональными рельсовыми цепями имеет высокую надежность, высокий коэффициент возврата путевого приемника, высокую помехозащищенность и защищенность от влияний тягового тока. На основе тональных рельсовых цепей разработаны и функционируют ряд систем автоблокировки с децентрализованным и централизованным размещение тональных РЦ.

В местах пересечения в одном уровне железных и автомобильных дорог сооружают железнодорожные переезды. Для обеспечения безопасности движения поездов и автотранспорта переезды оборудуют ограждающими устройствами для создания условий беспрепятственного движения поездов и исключения столкновения поезда с транспортными средствами, следующими по автомобильной дороге. В зависимости от интенсивности движения на переездах применяют ограждающие устройства в виде автоматической светофорной сигнализации; автоматической переездной сигнализации с автоматическими шлагбаумами; автоматической или неавтоматической оповестительной сигнализации с неавтоматическими (механическими с ручным или электрическим с дистанционным управлением) шлагбаумами. Железнодорожные переезды, оборудованные устройствами автоматической светофорной сигнализации могут быть охраняемые (обслуживаемые дежурным по переезду) и неохраняемые (без дежурного по переезду). В соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации автоматическая переездная сигнализация должна обеспечивать подачу сигнала остановки в сторону автомобильной дороги, а автоматические шлагбаумы - принимать закрытое положение за время, необходимое для заблаговременного освобождения переезда транспортными средствами до подхода поезда к переезду. Необходимо, чтобы автоматическая светофорная сигнализация продолжала действовать, а автоматические шлагбаумы оставались в закрытом положении до полного освобождения переезда поездом. Для ограждения переезда по обе стороны переезда на расстоянии не менее 6 м от крайнего рельса устанавливают переездные светофоры. При автоматической переездной сигнализации с автоматическими шлагбаумами переездные светофоры совмещают с автошлагбаумами, которые устанавливают на расстоянии не менее 6 м от крайнего рельса при длине бруса 4 м или на расстоянии не менее 8 и 10 м при длине бруса 6 и 8 м соответственно.

Автоматическая или неавтоматическая оповестительная сигнализация служит для подачи дежурному по переезду звукового и оптического сигналов о приближении поезда. Заградительную сигнализацию применяют для подачи сигнала остановки поезда в случае аварийной ситуации на переезде. Чтобы своевременно закрыть переезд при приближении поезда, устанавливаются участки приближения, оборудованные рельсовыми цепями. Основными путями развития автоматической переездной сигнализации является полное и своевременное обеспечение безопасности движения поездов и автомобильного транспорта. Надежным средством обеспечения безопасности движения на переезде является внедрение устройств заграждения переезда, с помощью которого перекрывается проезжая часть для автомобилей (автошлагбаумами и устройствами заграждения переезда). Вторым более надежным средством обеспечения безопасности движения поездов является строительство автомобильной и железной дороги на разных уровнях.

ЦАБс - автоблокировка с централизованным размещением аппаратуры и путевыми светофорами. В пределах блок-участка применяются рельсовые цепи ТРЦ-3 - без изолирующих стыков. На границе блок - участка изолирующие стыки устанавливаются.

АБТЦ или ЦАБ - автоблокировка с централизованным размещением аппаратуры ТРЦ и с путевыми светофорами. В рельсовых цепях типа ТРЦ-3 изолирующие стыки не применяются.

АБТ - автоблокировка с децентрализованным размещением аппаратуры ТРЦ, путевыми светофорами и рельсовыми цепями, без изолирующих стыков. На блок - участке используется два типа рельсовых цепей ТРЦ-3 и ТРЦ-4; ТРЦ-4 определяет границу блок-участка.

АБТс - автоблокировка с децентрализованным размещением аппаратуры и путевыми светофорами. Рельсовые цепи ТРЦ-3, применяемые в пределах блок-участка, используются без изолирующих стыков. На границе блок-участка изолирующие стыки устанавливаются.

Аналогом числовой кодовой автоблокировки является микроэлектронная автоблокировка числового кода - КЭБ-1 и КЭБ-2 (КЭБ). КЭБ построена на микропроцессорах и микросборках, что предполагает увеличение срока службы до 10-15 лет с исключением текущего обслуживания. Конструктивное исполнение КЭБ предусматривает её использование взамен аппаратуры числовой кодовой автоблокировки без проведения монтажных работ.

На базе микропроцессорной техники функционирует система АБ-Е2. Система имеет децентрализованное размещение аппаратуры, совместима с эксплуатируемыми системами автоматической локомотивной сигнализации типа АЛСН и КЛУБ. В АБ-Е2 длина рельсовых цепей увеличивается до 3-5 км. В системе используются частотные каналы с несущими частотами 1950, 2170, 2440 и 2790 Гц. Обеспечение безопасности функционирования достигается за счет: трехкратного резервирования модулей, жесткой синхронизации и потактного сравнения сигналов в контрольных точках отдельных комплектов аппаратуры, применение специальных устройств контроля с односторонними отказами обеспечивающими надежное отключение неисправного комплекта и последующий ввод его в работу. В настоящее время разрабатывается вариант автоблокировки с использованием дополнительного цифрового канала передачи информации, что позволит перейти от традиционно фиксируемых блок - участков к подвижным и повысить пропускную способность перегонов.

Для устранения недостатков АЛСН разработаны и применяются системы автоматической локомотивной сигнализации:

АЛСМ - с многозначной сигнализацией, где кроме сигнальных показаний высвечивается скорость движения поезда;

АЛС-ЕН - автоматическая локомотивная сигнализация единого ряда с непрерывным каналом связи. В этой системе для передачи информации с пути на локомотив использован непрерывный индуктивный канал связи-175Гц. Сигнальная информация передаётся с двукратной фазоразностной модуляцией, что позволяет организовать два подканала. Основная информация передаётся по первому подканалу, информация второго подканала расширяет информацию первого и выполняет защитные функции.

Для исключения проезда запрещающих сигналов была разработана система автоматического управления тормозами (САУТ), в локомотивных устройствах системы допустимая скорость непрерывно сравнивается с фактической скоростью поезда и при превышении допустимой скорости включается автоторможение поезда, скорость снижается до установленного значения.

В перспективе все системы интервального регулирования должны иметь модульное исполнение и реконфигурируемые структуры.

электропитание железнодорожный автоматика телемеханика

1. Требования к источникам электропитания устройств автоматики и телемеханики

Устройства СЦБ относятся к электротехническим устройствам, для работы которых необходима электроэнергия. Для обеспечения бесперебойной работы устройств СЦБ необходимо организовать их непрерывное электропитание, причем качество (параметры) электроэнергии должно соответствовать установленным нормативам и техническим условиям на конкретные устройства.

Согласно Правилам устройства электроустановок [37] все потребители электроэнергии (электроприемники) в зависимости от требований к электроснабжению разделяются на три категории. К категории относятся потребители, нарушение электроснабжения которых может привести к возникновению аварийной ситуации, нарушению выполнения технологических процессов, создать угрозу для жизни людей, нанести значительный экономический ущерб, К приемникам I категории электроэнергия должна подаваться от двух независимых источников (независимыми называются источники электроэнергии, прекращение действия одного из которых не приводит к преващению действия другого). Перерыв в электроснабжении может быть допущен только на время автоматического перехода с основной системы электропитания на резервную, которое не должно превышать 1,3 с.

В соответствии с ПТЭ устройства электроснабжения должны обеспечивать надежное питание устройств СЦБ как потребителей электрической энергии I категории.

Посты электрической централизации станций с числом стрелок более 30, диспетчерские центры управления перевозками выделены в особую группу I категории. К приемникам особой труппы I категории электроэнергия должна подаваться от трех независимых источников, причем для некоторых устройств, непосредственно обеспечивающих безопасность движения поездов (релейные схемы электрической централизации, рельсовые цепи, входные светофоры и др.) перерывы в электропитании вообще недопустимы.

2. Организация электроснабжения устройств ЖАТ

Источниками электрической энергии, необходимой для работы любых электротехнических устройств, в том числе объектов железнодорожного транспорта, являются электростанции (тепловые, гидро-, атомные), объединенные в единую энергетическую систему (ЕЭС). Передача электроэнергии потребителям, расположенным на значительном расстоянии от источников, производится по линиям электропередачи (ЛЭП). Для снижения электрических потерь в ЛЭП передача электроэнергии на расстояния осуществляется при высоком напряжении. Для повышения и понижения напряжения служат трансформаторные подстанции.

Система электроснабжения железнодорожного транспорта является составной частью ЕЭС. Линии электроснабжения разбиты на отдельные участки -- плечи питания длиной, как правило, не более 50 км. В каждое плечо питания электроэнергия подается с двух сторон -- от двух взаимно резервируемых пунктов питания (ПП). В качестве пунктов питания на электрифицированных участках используются тяговые подстанции, на неэлектрифицированных участках -- районные подстанции. Если длина плеча питания превышает 50 км, то в середине плеча включается пункт секционирования, разделяющий участок на два полуплеча. В нормальном режиме электроснабжение каждого полуплеча осуществляется от «своего» пункта питания, а при отключении одного из ПП все плечо подключается ко второму.

Согласно ПТЭ, номинальное напряжение переменного тока на устройствах СЦБ должно быть 110,220 или 380 В. Отклонения от указанных величин номинального напряжения допускаются в сторону уменьшения не более 10 %, в сторону увеличения -- не более 5 %.

Основные требования к системе электроснабжения устройств СЦБ следующие: не допускать отклонений значений напряжений в электрических сетях от установленных норм; при необходимости обеспечивать автоматическое переключение питания с основного источника на резервный; обеспечивать отключение полностью или по участкам линий электроснабжения для проведения ремонтных работ.

Принципы организации электропитания перегонных и станционных устройств СЦБ см. в [4,29]. Основным источником электропитания устройств автоматики и телемеханики являются высоковольтные сигнальные линии СЦБ (ВСЛ СЦБ), сооружаемые вдоль путей перегонов, напряжением 6 или 10 кВ. Электроэнергия от ВСЛ СЦБ подается к потребителям через понижающие линейные трансформаторы.

Каждая сигнальная точка (сигнальная установка) автоблокировки должна обеспечиваться питанием от двух источников -- основного и резервного. Различают две системы электропитания устройств автоблокировки -- переменного тока и смешанную.

При системе переменного тока, которая является основной для Российских железных дорог, устройства автоблокировки получают основное и резервное питание от высоковольтных линий. В качестве резервного источника питания используются: на участках с автономной тягой и электротягой постоянного тока -- высоковольтные линии продольного энергоснабжения (ВЛ ПЭ) напряжением 10 кВ; на участках с электротягой переменного тока -- провода системы два провода-рельо (ДПР) напряжением 27,5 кВ или ВЛ ПЭ напряжением 35 кВ. Электроэнергия от резервных линий подается к потребителям через понижающие линейные трансформаторы или комплектные трансформаторные подстанции.

При смешанной системе релейные схемы сигнальных установок автоблокировки получают питание от ВСЛ СЦБ, а рельсовые цепи -- от местных аккумуляторных батарей, которые также являются резервным источником питания для релейных схем. При новом проектировании и строительстве смешанная система электропитания автоблокировки не применяется, так как процесс технической эксплуатации аккумуляторов, расположенных на сигнальных точках, требует значительных ресурсозатрат.

Электропитание устройств автоматической переездной сигнализации осуществляется по схеме электропитания устройств автоблокировки с обязательным третьим источником (при системе питания переменного тока) -- аккумуляторной батареей.

Электропитание устройств электрической централизации осуществляется от двух (на станциях с числом стрелок до 30) или трех (на станциях с числом стрелок более 30) независимых источников. В последнем случае в качестве третьего источника используется местная электростанция. Различают две системы электропитания устройств ЭЦ -- безбатарейную и батарейную.

При безбатарейной системе, которая является основной для станций сети железных дорог, питание основных объектов (светофоров, стрелочных электроприводов, рельсовых цепей) осуществляется переменным током непосредственно от сети или через выпрямители (преобразователи частоты). Для исключения кратковременных перерывов в работе устройств ЭЦ при переключении питания с основного источника на резервный и обратно используется контрольная аккумуляторная батарея. Эта же батарея используется в качестве резервного источника питания релейных схем и ламп табло при отключении всех источников переменного тока. Резервирование питания ламп красных и пригласительных огней входных светофоров осуществляется от аккумуляторных батарей, устанавливаемых в батарейных шкафах у входных светофоров.

При батарейной системе устанавливаются две аккумуляторные батареи -- рабочая, предназначенная для резервного питания стрелочных электроприводов и контрольных цепей стрелок, и контрольная. При новом проектировании и строительстве батарейная система электропитания устройств ЭЦ не применяется.

Конструктивно устройства электропитания на постах ЭЦ представляют собой электропитающие установки (ЭПУ), комплектуемые типовыми панелями различного назначения. ЭПУ имеют в составе устройства ввода, преобразования, регулирования, распределения и обеспечения бесперебойной подачи различных напряжений переменного и постоянного тока.

Для резервирования электроснабжения устройств СЦБ в качестве местных электростанций применяют автоматизированные дизель-генераторные установкитиповЦГА-12М, ДГА-24М, ДГА-48М, ДГА-100 и Э-8Р, 2Э-16АЗ (число после дефиса означает выходную мощность в кВт).

В состав ДГА входят дизель-генератор, щит управления дизель-генератором ЩДГА, щит автоматики вспомогательный ЩАВ, а также вспомогательное оборудование -- топливные и масляные баки, насосы подкачки топлива, аккумуляторные батареи, шкаф заряда батарей ШЗБ, устройства вентиляции и отопления.

ДГА вырабатывают трехфазное переменное напряжение 380 В частотой 50 Гц. Генераторы снабжены аппаратурой системы самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения, которая обеспечивает точность поддержания напряжения в пределах ±2 % среднерегулируемого значения. Генераторы допускают 10-процентную перегрузку по мощности в течение 1 ч при номинальных значениях напряжения и коэффициента мощности. Гарантированный моторесурс ДГА составляет до 4000 ч.

Предусмотрены два способа пуска ДГА: дистанционный (по сигналу телеуправления или путем нажатия кнопки «Пуск» на щите управления) и автоматический (при исчезновении или снижении напряжения внешней сети, при аварийной остановке другого, ранее работавшего агрегата и при понижении температуры в помещении до +8 °С -- пуск на самопрогрев. Предусмотрены два способа остановки ДГА -- нормальная (при дистанционной остановке агрегата, появлении напряжения внешней сети и повышении температуры помещения до +20 °С, если ДГА включался на самопрогрев) и аварийная (при срабатывании устройств защиты от перегрузок).

В последние годы в качестве резервных источников питания используются новые дизель-генераторные станции: ДГА типа «Президент--Нева» (разработчик -- «Энергетический центр «Президент-Нева», Санкт-Петербург, Россия), например, АД48--Т400, АД60-- Т400, АД 100--Т400 номинальной мощностью соответственно 48; 60; 100 кВт, вырабатывающие трехфазное переменное напряжение 400/230 В частотой 50 Гц, а также дизельные электростанции производства компаний Gen Set (Италия) и F.G. Wilson (Великобритания).

3. Принципы работы и эксплуатация аккумуляторов

Химическим источником тока (ХИТ) называется устройство, преобразующее химическую энергию активных веществ в электрическую энергию. Основные элементы ХИТ -- два электрода и электролит, помещенные в корпус. При взаимодействии активных веществ электродов и электролита (электрохимическая реакция) один электрод получает положительный потенциал, другой -- отрицательный. При подключении к электродам нагрузки вследствие разности потенциалов в нагрузке протекает постоянный электрический ток. Этот процесс называется разрядом ХИТ. ХИТ делятся на два типа -- первичные (однократного использования) и вторичные (многократного использования). У первичных ХИТ активные вещества электродов и электролита, расходуемые при разряде, не восстанавливаются, у вторичных ХИТ -- восстанавливаются. Для восстановления активных веществ к электродам подключается источник постоянного тока, этот процесс называется зарядом ХИТ.

Аккумулятором называется вторичный ХИТ, обладающий способностью накапливать (аккумулировать) электрическую энергию и отдавать ее в нагрузку. Последовательное соединение нескольких аккумуляторов называется аккумуляторной батареей.

В зависимости от состава электролита аккумуляторы делятся на кислотные (употребляются также названия «кислотно-свинцовые» или «свинцово-кислотные») и щелочные. Кислотные аккумуляторы имеют более высокий коэффициент полезного действия и меньшее снижение напряжения при разряде, а щелочные обладают более высокой механической прочностью. Поэтому в качестве стационарных источников питания устройств СЦБ применяются в основном кислотные аккумуляторы, а щелочные могут использоваться в качестве переносных или временных источников.

Аккумуляторы (аккумуляторные батареи) применяются в качестве резервных источников питания аппаратуры ЭЦ (в электропитающих установках постов ЭЦ), устройств автоматической переездной сигнализации, аппаратуры управления входными светофорами на станциях, рельсовых цепей постоянного тока, а также для запуска дизель-генераторных установок (стартерные батареи). Департаментом автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» разрешены к применению в устройствах электропитания аппаратуры СЦБ аккумуляторы следующих типов: кислотные АБН-72, ССАП-76, СКЗ--СК14, OP, OPSE, OpzS, VE (аккумуляторы типа VE -- только с панелями типов ПР2-ЭЦ, ПВП1-ЭЦК, ПВВ-ЭЦ электропитающих установок); щелочные никель-кадмиевые KPL 70Р, 5KPL 70Р. Эксплуатационно-технические характеристики аккумуляторов приведены в [4,17,29].

Активными веществами, участвующими в электрохимической реакции, являются: на положительном электроде -- оксид свинца Рb02 (темно-коричневого цвета); на отрицательном электроде -- губчатый свинец РЬ (серого цвета); электролит -- водный (Н20) раствор серной кислоты H2SO4. В водном растворе молекулы серной кислоты распадаются на положительно заряженные ионы водорода 2Н+ и отрицательно заряженные а ионы кислотного остатка S042-. При подключении нагрузки г аккумулятор начинает разряжаться, и через нагрузку протекает разрядный ток /р). В процессе разряда за счет взаимодействия серной кислоты с активными массами электродов образуются молекулы сульфата свинца PbS04 (на электродах) и воды. При этом плотность электролита уменьшается. При глубоком разряде сульфат свинца превращается в твердую крупнокристаллическую соль, которая плохо восстанавливается при заряде. Поэтому, если плотность электролита достигла 1,15--1,17 г/см3, дальше аккумулятор разряжать не следует.

Для заряда аккумулятор подключается к источнику постоянного тока ИП. В процессе заряда под воздействием зарядного тока /3 на отрицательном электроде восстанавливается свинец, на положительном -- оксвд свинца. При этом образуются дополнительные молекулы серной кислоты. Плотность электролита увеличивается. При достижении плотности электролита 1,20--1,24 г/см3 (в зависимости от типа аккумулятора) процесс восстановления активных веществ прекращается, а дальнейшее воздействие зарядного тока может вызвать разложение воды на кислород и водород, при смешивании которых образуется взрывоопасная смесь («гремучий газ»). Поэтому при наличии признаков «кипения» электролита (образование пузырьков кислорода и водорода) заряд аккумулятора необходимо прекратить.

У щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов [4, 29] в качестве электролита используется водный раствор гидроксида калия (КОН) или гидроксида натрия (NaOH) плотностью 1,19--1,21 г/см3 с добавлением гидроксида лития (LiOH) для увеличения срока службы. Активная масса отрицательного электрода состоит из губчатого кадмия, положительного -- из гидроксида никеля №(ОН)з. При разряде аккумулятора активная масса отрицательного электрода превращается в гидроксид железа Fe(OH)2, положительного электрода -- в гидроксид никеля Ni(OH)2. На образование этих веществ КОН (NaOH) не расходуется, поэтому плотность электролита при разряде не изменяется. Часть воды под действием разрядного тока разлагается на кислород и водород, которые испаряются, поэтому в аккумулятор периодически требуется добавлять воду. При заряде аккумулятора активные массы электродов восстанавливаются.

Основным способом включения аккумуляторных батарей является буферное включение, при котором батарея GB включается параллельно источнику постоянного тока -- выпрямительному устройству (ВУ): при нормальной работе выпрямительного устройства батарея сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, а при отключении внешнего питания или неисправности ВУ -- обеспечивает питание нагрузки. При буферном включении используются два основных режима работы аккумуляторов -- непрерывного подзаряда и импульсного подзаряда.

В режиме непрерывного подзаряда ВУ питает нагрузку RH. Аккумуляторная батарея находится в заряженном состоянии и непрерывно подпитывается от ВУ небольшим постоянным током, компенсирующим саморазряд. В режиме импульсного подзаряда ВУ также питает нагрузку RH и подзаряжает аккумулятор, но при этом значение силы тока подзаряда зависит от напряжения на батарее. Для контроля значения напряжения на батарее устанавливается реле напряжения РН. При разряде батареи до установленного порогового (минимального) значения напряжения реле РН отпускает якорь, его тыловой контакт замыкается, и значение силы тока, отдаваемого выпрямительным устройством, резко увеличивается. Происходит так называемый форсированный заряд батареи. Когда значение напряжения на батарее увеличится до установленного нормального значения, реле РН включится и разорвет цепь форсированного заряда.

В состав работ по техническому обслуживанию аккумуляторов входят проверка состояния (осмотр и чистка в случае необходимости), проверка уровня и измерение плотности электролита, измерение напряжения на аккумуляторах. Требования безопасности при эксплуатации аккумуляторов изложены в [31,48, 53].

Аккумуляторы (аккумуляторные батареи) в зданиях постов ЭЦ размещаются в специальных помещениях -- аккумуляторных, вне служебно-технических зданий (у сигнальных точек автоблокировки, на переездах, у входных светофоров и др.) -- в батарейных шкафах или батарейных ящиках [3].

В аккумуляторных помещениях аккумуляторы устанавливаются на специальных деревянных стеллажах, количество и размеры которых зависят от типа и количества монтируемых аккумуляторов. Стеллажи располагаются таким образом, чтобы обеспечивался свободный доступ к аккумуляторам. Расстояние между стеллажами должно быть не менее 1 м. Аккумуляторы размещаются таким образом, чтобы исключить возможность одновременного прикосновения человека к двум токоведущим частям, разность потенциалов которых превышает 250 В. Размещать в одном помещении кислотные и щелочные аккумуляторы запрещается. Аккумуляторные помещения оборудуются приточно-вытяжной вентиляцией, которая должна включаться перед началом заряда и отключаться не ранее, чем через 1,5 ч после окончания заряда. В аккумуляторном помещении запрещается хранить и принимать пищу, курить, входить в помещение с огнем, пользоваться электронагревательными приборами, а также инструментом, который может дать искру.

При приготовлении кислотного электролита кислота медленно, тонкой струей, из кружки вливается в термостойкий (эбонитовый, фарфоровый, керамический, фаянсовый или др.) сосуд с дистилированной водой. При этом запрещается пользоваться стеклянной посудой. Электролит следует постоянно перемешивать стеклянным или эбонитовым стержнем (трубкой), либо мешалкой из огнеупорной пластмассы. Запрещается при приготовлении электролита заливать воду в кислоту, разрешается доливать воду в готовый электролит. Для приготовления щелочного электролита можно также использовать железные или чугунные сосуды, запрещается использовать оцинкованную, луженую, алюминиевую, керамическую посуду, а также посуду, которая использовалась для приготовления кислотного электролита. Раздробленные куски гидроксида калия следует опускать в дистилированную воду при помощи стальных щипцов, пинцета или металлической ложки и перемешивать стеклянной или эбонитовой палочкой до полного растворения.

При работе с кислотой необходимо надевать грубошерстный или хлопчатобумажный защитный костюм с кислотостойкой пропиткой, при работе с щелочью -- хлопчатобумажный. Также следует надевать резиновые сапоги (под брюки) или галоши, резиновый фартук, резиновые перчатки и защитные очки. При попадании кислоты или щелочи на открытые участки тела, необходимо промыть эти участки сначала водой, затем нейтрализующим раствором соды или борной кислоты.

При монтаже и обслуживании аккумуляторных батарей запрещается прикосновение голыми руками (без резиновых перчаток) токоведущим частям (клеммам, контактам, проводам) и свинцовым пластинам. При работе с щелочными аккумуляторами следует использовать инструменте изолированными ручками.

Перспективными химическими источниками тока являются герметизированные аккумуляторные батареи, например, кислотные батареи серий 24V SPzV, OpzV Block, OGiV HP производства фирмы BAE (Берлин, Германия) [5]. Такие батареи являются необслуживаемыми, что существенно сокращает расходы на их эксплуатацию, и имеют длительный срок службы, в 3--4 раза превышающий срок службы негерметизированных аккумуляторов. Герметизированные аккумуляторы не выделяют в окружающий воздух продукты электрохимических реакций, поэтому для их установки не нужны специальные аккумуляторные помещения. Кроме того, такие аккумуляторные батареи более устойчиво работают в условиях низких температур.

4. Преобразователи и выпрямители в устройствах электропитания аппаратуры ЖАТ

Для обеспечения работы систем железнодорожной автоматики и телемеханики необходимо на входы каждого отдельного прибора (элемента, устройства) подавать электроэнергию с определенными параметрами (число фаз, напряжение, сила тока, частота), установленными соответствующими техническими условиями. С целью получения требуемых номинальных значений параметров электроэнергии в состав аппаратуры электропитания входят специальные устройства, осуществляющие необходимые преобразования.

Преобразование переменного напряжения (тока) в постоянное напряжение (ток) называется выпрямлением. Основными элементами ВУ являются: трансформатор Т, выполняющий согласование по уровню (понижение или повышение) значений входного UhX и выходного Uh напряжений; схема выпрямления В, осуществляющая непосредственное преобразование переменного напряжения в постоянное; сглаживающий фильтр СФ, предназначенный для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения; стабилизатор напряжения СН, обеспечивающий поддержание напряжения Un на нагрузке в пределах заданных значений при воздействии различных дестабилизирующих факторов (изменение напряжения питающей сети, сопротивления нагрузки, температуры окружающей среды и др.). В составе любого ВУ схема выпрямления является обязательным элементом, а остальные элементы включаются по мере необходимости.

Рассмотрим принципы действия схем выпрямления, полагая, что на первичную обмотку трансформатора Т подается переменное напряжение Щ, а с вторичной обмотки снимается напряжение V

Однополупериодная схема работает следующим образом. В течение интервала времени [0, я] диод VD находится под воздействием положительной полуволны напряжения Щ (полярность напряжения показана знаками «+» и «--» без скобок). По цепи, образованной вторичной обмоткой трансформатора, открытым диодом VD и нагрузкой RH, протекает импульс тока 0, форма которого повторяет форму напряжения С/2. На нагрузке выделяется напряжение Uq, форма которого также повторяет форму напряжения ?/2. В течение интервала времени [л, 2л] диод VD находится под воздействием отрицательной полуволны напряжения Щ (полярность напряжения U2 показана знаками «+» и «--» в скобках). В силу своего свойства односторонней проводимости диод, находясь под воздействием обратного напряжения, остается закрытым, и ток через нагрузку не протекает. Таким образом, в однополупериодной схеме выпрямленный ток протекает через нагрузку только в течение одного полупериода питающего напряжения.

Двухполупериодная схема со средней точкой работает следующим образом. В течение интервала времени [0, л] диод VD1 находится под воздействием положительной полуволны напряжения ?/2. По цепи, образованной верхней полуобмоткой вторичной обмотки трансформатора, открытым диодом VD 1 и нагрузкой RH, протекает импульс тока на нагрузке выделяется напряжение С/q, форма которого повторяет форму напряжения Щ. Диод VD2, находясь под воздействием обратного напряжения С/обр2, остается закрытым. В течение интервала времени [л, 2л] открывается диод VD2, а диод VD1 остается закрытым. Через нагрузку протекает импульс тока /02, выделяющий напряжение Uq. Таким образом, в двухполупериодной схеме выпрямленный ток протекает через нагрузку в течение обоих полупериодов питающего напряжения.

Двухполупериодная мостовая схема работает аналогично схеме со средней точкой. При этом во время положительного полупериода напряжения С/2 диоды VD1 и VD3 открыты, а диоды VD2 и VD4 закрыты. Во время отрицательного полупериода напряжения ?/2 -- наоборот, диоды VD2 и VD4 открыты, а диоды VD1 и VD3 закрыты. Следовательно, в мостовой схеме выпрямленный ток также протекает через нагрузку в течение обоих полупериодов питающего напряжения.

Однополупериодная схема работает следующим образом. Выпрямленный ток /q протекает по цепи, образованной одной из вторичных обмоток трансформатора открытым диодом, включенным в ее цепь, и нагрузкой RH. В каждый момент времени открыт только один диод -- тот, который находится под воздействием положительной полуволны напряжения, имеющего наибольшее значение. Так, в течение интервала времени [0, наибольшее значение имеет напряжение i/^, в течение интервала [/j, /2] -- напряжение Щф, в течение интервала [tj., /3] -- напряжение Щф. Следовательно, в течение интервала времени [0, г| J открыт диод VD1, в течение интервала 12] -- диод VD2, в течение интервала [t2, /3] -- диод VD3.

Мостовая схема работает следующим образом. В каждый момент времени открыты два диода, один из которых включен в цепь вторичной обмотки, имеющей наибольший положительный потенциал, второй -- в цепь обмотки, имеющей наибольший (по модулю) отрицательный потенциал. Например, в течение интервала времени [0, j] выпрямленный ток /0 протекает по цепи от обмотки 1Ф через диод VD2, нагрузку RH, диод VD3 к обмотке 2Ф, в течение интервала tj -- от обмотки 1Ф через диод VD2, нагрузку R, диод к обмотке и т.д.

Преобразование постоянного напряжения (тока) в переменное напряжение (ток) называется инвертированием. Основными элементами инвертора являются: ключевая схема К, прерывающая с определенной частотой поступающее на ее вход постоянное напряжение Uq, в результате чего образуется пульсирующее (импульсное) напряжение трансформатор Т, преобразующий импульсное напряжение Щ в переменное напряжение Щ (ПРИ необходимости -- с повышением или понижением значения напряжения).

Преобразование постоянного напряжения (тока) в постоянное напряжение (ток) другого значения называется конвертированием. Структура преобразователя напряжения -- конвертора и диаграммы напряжений на входах и выходах его элементов показаны на рис. 4.7. Основными элементами конвертора являются: инвертор И, преобразующии постоянное входное напряжение Щу в переменное Uy выпрямительное устройство ВУ, преобразующее переменное напряжение Щ в постоянное Uq2 с увеличением или уменьшением его значения.

Выпрямители аккумуляторные (ВАК) используются для подзаряда аккумуляторных батарей при буферном включении, а также для непосредственного питания релейных схем. В выпрямителях ВАК-11 А, ВАК-1 ЗА, ВАК-14Аи ВАК-16А используются купруксные выпрямительные элементы (медные пластины, покрытые тонким слоем оксида меди), в выпрямителях ВАК-13Б, ВАК-14Б и ВАК-16Б -- кремниевые диоды, в выпрямителях ВАК-13, ВАК-14 и ВАК-16 -- селеновые выпрямительные элементы.

Выпрямитель стабилизированный полупроводниковый ВСП-12/ 10x2 имеет два независимых выхода, каждый из которых обеспечивает номинальное напряжение 12 В при максимальном токе нагрузки 10 А. При последовательном соединении выходов выпрямителя можно получить напряжение 24 В, при параллельном соединении ток нагрузки может достигать 20 А

Выпрямительные устройства ВУДК используются для питания устройств частотного диспетчерского контроля.

Блок питания штепсельный БПШ предназначен для питания линейных цепей числовой кодовой автоблокировки, блок питания БПСН -- цепей смены направления однопутной автоблокировки.

Блок выпрямительный селеновый БВС, блок диодно-резисторный БДР и блок диодов БД используются в схемах управления стрелками.

Для заряда аккумуляторных батарей в режимах непрерывного подзаряда и форсированного заряда используются зарядно-буферное устройство ЗБУ12/10 (12 В -- напряжение батареи, 10 А -- максимальный ток, отдаваемый устройством), зарядно-буферные выпрямители ЗБВ 12/20, ЗБВ 24/30 и ЗБВ 220/3, регуляторы тока автоматические РТА и РТА1, устройства зарядные автоматические УЗА-24-10 и УЗА-24-20, устройства зарядные автоматические трехфазные УЗАТ-24-ЗО.

При резервном питании от аккумуляторной батареи для включения стрелочных электродвигателей постоянного тока применяются преобразователи полупроводниковые стрелочные ППС-1 мощностью 1 кВт и ППС-1,7 мощностью 1,7 кВт (работают совместно с выпрямительными устройствами ВУС-1,3), для включения стрелочных электродвигателей трехфазного переменного тока - преобразователь полупроводниковый стрелочный трехфазный ППСТ-1,5М мощностью 1,5 кВт.

Источником входного напряжения преобразователей полупроводниковых ПП-0,3 и ПП-0,ЗМ мощностью 0,3 кВт могут быть аккумуляторная батарея или трехфазный выпрямитель (с мостовой схемой выпрямления).

Преобразователь полупроводниковый штепсельный ППШ-3 может работать в одном из двух режимов -- выпрямления переменного тока или преобразования постоянного тока. Настройка преобразователя на один из трех режимов питания (переменным током; постоянным током; нормально -- от источника переменного тока, а при его выключении -- от источника постоянного тока) осуществляется установкой перемычек на штепсельной розетке.

Полупроводниковые преобразователи-выпрямители ППВ-0,5М мощностью 0,5 кВт и ППВ-1 мощностью 1,0 кВт служат для заряда аккумуляторной батареи (режим выпрямления) и резервного питания аппаратуры СЦБ переменным током при отключении сети (режим преобразования постоянного тока батареи).

Преобразователи частоты типа ПЧ50/25 (рис. 4.8) служат для преобразования переменного напряжения (тока) частотой 50 Гц в переменное напряжение (ток) частотой 25 Гц [4,42]. Используются преобразователи ПЧ50/25-100 мощностью 100 В-А, ПЧ50/25-150 мощностью 150 В-А и ПЧ50/25-300 мощностью 300 В-А. Преобразователи работают от сети однофазного переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 или 110 В.

Конструктивно ПЧ50/25 состоит из двух блоков -- ферромагнитного (магнитная система и диоды) и конденсаторов. Магнитная система ПЧ50/25-100 и ПЧ50/25-150 (см. рис. 4.8, а) состоит из двух П-образных стальных сердечников, на крайних стержнях которых размещены обмотки подмагничивания wnl и wnа на средних -- контурная обмотка wK. Обмотки wn 1 и wn2 подключаются к сети переменного тока частоты 50 Гц. Обмотка wK и конденсатор Ск образуют колебательный контур, настроенный на резонансную частоту 25 Гц. Обмотки включены встречно, для того чтобы создаваемые ими магнитные потоки Фп1 и Фп2 также были направлены встречно и не индуктировали в обмотке wK переменный ток частотой 50 Гц. Диод VD обеспечивает однополупериодное выпрямление входного тока, в результате чего магнитные потоки в сердечниках будут изменяться с частотой 50 Гц (50 раз за 1 с). С такой же частотой будет изменяться магнитная проницаемость сердечников, а следовательно, и индуктивность обмотки wK. Изменение индуктивности обмотки с частотой в 2 раза большей собственной частоты контура, вызывает в контуре wK--Ск возникновение колебаний с частотой 25 Гц.

Преобразователь частоты ПЧ50/25-300 отличается конструкцией сердечника (магнитопровода), который имеет крестообразную форму. Две обмотки -- подмагничивания wn и контурная wK -- расположены под углом 90° друг к другу, что исключает передачу энергии с одной обмотки на другую индуктивным путем.

Выходные обмотки ПЧ50/25 секционированы для получения напряжений со значениями от 5 до 220 В. Преобразователи обладают хорошими стабилизирующими свойствами -- устойчиво работают при колебаниях входного напряжения в диапазоне от 180 до 270 В (при питании от сети 220 В). ПЧ50/25 не требуют защиты от коротких замыканий и перегрузок: при коротком замыкании или превышении током нагрузки установленной величины преобразователь перестает работать, а при восстановлении нормального режима работа преобразователя восстанавливается автоматически.

В состав работ по техническому обслуживанию преобразователей напряжения, установленных в цепях резервного питания электропитающих установок, входят внешний осмотр, запуск с подключением нагрузки и измерение при подключенной нагрузке переменного напряжения на выходе и постоянного напряжения на входе. В состав работ по техническому обслуживанию выпрямителей входят внешний осмотр, измерение значения выпрямленного напряжения, измерение прямого тока. Проверка значений напряжений на выходах преобразователей частоты ПЧ50/25, установленных на панелях электропитающей установки поста ЭЦ, входит в состав проверок значений напряжений всех выходных цепей ЭПУ. Проверка значений напряжений на выходах преобразователей частоты ПЧ50/25, являющихся источниками питания перегонных рельсовых цепей (установленных в релейных шкафах автоблокировки и автоматической переездной сигнализации), входит в состав работ по измерению и регулировке напряжения на путевом реле.

5. Система диспетчерской централизации на базе микро-ЭВМ и программируемых контроллеров (ДЦ-МПК)

Центром компьютерных железнодорожных технологий ПГУПС разработана перспективная система диспетчеризации на основе микро-ЭВМ и программируемых контроллеров (ДЦ-МПК). Технические средства ДЦ-МПК обеспечивают выполнение задач диспетчерского управления и контроля движения поездов на участке железной дороги с реализацией расширенных функциональных возможностей, включая протоколирование действий персонала, трансляцию номеров поездов, ведение графиков движения (исполненного, нормативного и прогнозируемого).

Диспетчерское оборудование ДЦ-МПК представляет собой вычислительный комплекс в виде 2(3) персональных компьютеров класса iP-200MMX, iP-II с 21" дисплеями, сетевым оборудованием и каналообразующими устройствами. Такой комплекс устройств устанавливается на диспетчерском (центральном) посту и позволяет осуществить сбор оперативной информации с линейных пунктов, расположенных на станциях диспетчерского участка. Технические решения системы позволяют осуществить подключения на линейных пунктах к любым существующим типам электрической централизации (ЭЦ).

Линейный пункт ДЦ-МПК реализован на РС-совместимых одноплатных компьютерах SBC-8242, NuPro-450 с процессорами AMD DX2-66 и микросхемой флэш-памяти DiskOnChip (DOC 2Мб - для DOS, DOC 4Мб - для Linux) в корпусе промышленного исполнения PAC-52. Разработан вариант информационной системы линейного поста на системной плате JUKI-750E с процессором класса iDX4-100 с применением IDE флэш-дисков IFD-180 (4 Мб). Сбор данных о состоянии контролируемых объектов и управление ими осуществляется при помощи плат ввода-вывода ACL-7122, DIO-144, TB-24R, TB24POR, DB-24R, DB-24PR, TB-16P8R. Электропитание этих устройств осуществляется от блока питания ACE-855C. Для подключения объектов используется специализированная нулевка, унифицирующая привязку к объектам СЦБ и обеспечивающая индустриализацию монтажа с целью сокращения объемов и сроков проектных, монтажных и пусконаладочных работ. Кроме того, данный ЛП позволяет развернуть на станции локальную вычислительную сеть и организовать АРМы электромеханика и дежурного по станции.

В качестве АРМа электромеханика используется рабочая станция AMB-517 с жидкокристаллическим монитором. Для организации АРМа дежурного по станции используется системная плата ROCKY-548TX в промышленном корпусе PAC-106. Отображение информации осуществляется также жидкокристаллическим дисплеем. Каналообразующая аппаратура ДЦ-МПК на основе программируемой элементной базы, выполняющая функции усилительного, трансляционного пунктов, а также согласования с 2-х и 4-х проводными линиями, обеспечивает устойчивую работу системы с использованием как существующих железнодорожных каналов, так и современных средств связи на основе волоконной оптики.

Все аппаратные средства ДЦ-МПК имеют 100% резерв. В настоящее время для программной реализации АРМов используется операционная система MS-DOS, ведутся работы по переносу программного обеспечения на операционные системы Linux, OS/2.

Система ДЦ-МПК принята в постоянную эксплуатацию на Октябрьской железной дороге (региональный центр диспетчерского управления) и Петербургском метрополитене и рекомендована МПС для тиражирования на железных дорогах Российской Федерации.

6. Комплексная автоматизированная система диспетчерского управления (КАС ДУ)

Опыт использования компьютерных систем диспетчерского управления в Петербургском метрополитене показал, что на основе ДЦ-МПК может быть создана новая система управления, объединяющая в единое информационное поле не только систему управления движением поездов, но и другие оперативные службы метрополитена (эскалаторная, электромеханическая службы, служба электроснабжения).

Такая система была спроектирована и получила название КАС ДУ - комплексная автоматизированная система диспетчерского управления. Использование КАС ДУ позволит создать единую для метрополитена техническую и информационную базу, необходимую для повышения эффективности оперативного управления процессом перевозок пассажиров, а также для анализа и прогнозирования работы различных служб метрополитена.

Компьютерная информационная база в виде Центра диспетчерского управления (ЦДУ) позволит более полно автоматизировать труд диспетчерского персонала, а также реализует представление необходимой информации о движении поездов, состоянии устройств автоматики и телемеханики, электроснабжения, сантехники и эскалаторов большому числу пользователей (оперативно-диспетчерскому персоналу, руководителям) на экранах дисплеев их АРМов. Таких возможностей по информационному обеспечению существующие системы не предоставляют. ЦДУ различных линий метрополитена могут соединяться в общую локальную сеть, обмен информацией внутри которой, а также с другими информационными и управляющими системами осуществляется с помощью сервера. В локальную сеть также включаются АРМы главных диспетчеров, АРМ электромеханика системы и резервный АРМ.

Связь аппаратных средств ЦДУ с соответствующей станционной аппаратурой осуществляется по резервируемым волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС). Аппаратура линейных пунктов КАС ДУ состоит из маршрутизатора, обеспечивающего сопряжение с ВОЛС, АРМов дежурного по станции и электромеханика, которые реализуются на аналогичной элементной базе, используемой в системе ДЦ-МПК. Устройствами автоматики, телемеханики, электроснабжения, сантехники и эскалаторов управляют комплекс устройств, включающий РС-совместимые одноплатные компьютеры (SBC-8242, NuPro-450, JUKI-750E), платы ввода-вывода (ACL-7122, DIO-144, TB-24R, TB24POR, DB-24R, DB-24PR, TB-16P8R), АЦП (ISO-813). Программные средства КАС ДУ ориентированы на стандартные операционные системы реального времени и при их разработке используются стандартные языки программирования. КАС ДУ реализует функции "черного ящика", фиксируя на магнитных носителях действия оперативного персонала и состояние технических средств.

В данный момент система КАС ДУ проходит опытную эксплуатацию на станциях 4 линии Петербургского метрополитена. На рисунке представлена структура КАС ДУ (станции "Чкаловская"):

Система электрической централизации на базе микро-ЭВМ и программируемых контроллеров (ЭЦ-МПК)

ЦКЖТ ПГУПС выполнена разработка системы компьютерного управления для релейных систем электрической централизации стрелок и сигналов (ЭЦ-МПК) на основе линейного пункта ДЦ-МПК. ЭЦ-МПК - это резервированная микропроцессорная система централизации, предполагающая использование промышленных PC и контроллеров, причем выполнение наиболее ответственных функций, обеспечивающих безопасность движения, возлагается на минимальное число реле I-го класса надежности.

АРМ ДСП выполнен на основе двух PC с 21" мониторами, работающими в местной локальной сети. В эту сеть включен АРМ электромеханика, а также при необходимости могут быть включены другие пользователи информации о передвижении поездов на станции. За счет использования локальной сети АРМы (в том числе ДСП) могут быть территориально рассредоточены на станции в местах размещения оперативного и обслуживающего персонала.

Реализация функций ЭЦ по автоматизации установки маршрутов и других, не связанных с обеспечением безопасности, выполняется средствами вычислительной техники. Такое техническое решение позволяет оптимизировать и упростить принципиальные электрические схемы, сократить количество используемых реле. В этом случае, с точки зрения традиционных функций ЭЦ, на средства вычислительной техники возлагается ряд задач:

выполнение функций маршрутного набора;

реализация режима автодействия светофоров;

двукратный перевод стрелки;

последовательный пуск стрелок;

фиксация неисправностей;

оповещение монтеров пути.

Кроме того, обеспечивается выполнение и ряда новых функций, получаемых благодаря использованию программируемой элементной базы:

автоматическое протоколирование действий персонала, работы системы и устройств (функция "черного ящика");

оперативное предоставление нормативно-справочной информации и данных технико-распорядительного акта (ТРА) станции;

реализация функций линейного пункта ДЦ для кодового управления станцией без дополнительных капитальных затрат;

автоматизация управления путем формирования маршрутных заданий на предстоящий период без ограничения емкости буфера;

накопление маршрутов как по принципу очереди, так и по времени исполнения (без ограничения емкости буфера);

хранение, просмотр и статистическая обработка отказов в ЭЦ;

поддержка оперативного персонала в нештатных ситуациях (исключение некорректных действий пользователя, режим подсказки);

реконфигурация зоны управления (возможность привлечения помощника при увеличении загрузки, или, наоборот, использование нескольких человек в дневной период и одного - ночью, или передача на кодовое управление с близлежащей соседней станции в ночное время суток).

Аппаратные средства, используемые в ЭЦ-МПК, аналогичны используемым в линейном пункте ДЦ-МПК. Учитывая то обстоятельство, что ЭЦ-МПК обеспечивает стык с техническими средствами вычислительной техники, практически без дополнительных капитальных вложений реализуются функции линейного пункта ДЦ с возможностями интеграции в центрах управления или обеспечения кодового управления соседней малодеятельной станцией (мини-ДЦ).