1. Общие принципы организации электропитания устройств сцб на железнодорожном транспорте

Все устройства автоматики, телемеханики и связи и входящие в их комплекс другие потребители энергии (электроприемники) по надежности функционирования и требованиям к электроснабжению подразделяются на три категории.

К I категории относятся потребители, нарушение электроснабжения которых может привести к возникновению аварийной ситуации или нарушить выполнение технологического процесса. Такими потребителями являются устройства ЭЦ стрелок и сигналов на промежуточных станциях (с числом стрелок до 30), устройства АБ и АПС, устройства связи, поездной и станционной радиосвязи, сети гарантированного освещения, вентиляция и освещение аккумуляторных помещений и др.

Ряд устройств выделен в особую группу I категории: посты ЭЦ станций с числом стрелок более 30, дома связи, центральные посты ДЦ, радиорелейные станции, приемные и передающие центры КВ радиосвязи.

К потребителям электроэнергии II категории относятся устройства станционной блокировки на малодеятельных линиях, пункты списывания вагонов на сортировочных станциях, аппаратура громкоговорящей связи (оповещения), аппаратура передачи данных.

К потребителям электроэнергии III категории относятся освещение необслуживаемых усилительных пунктов, сети общего освещения всех служебно-технических зданий, контрольно-испытательные пункты, электрооборудование мастерских, гаражей и других административных зданий.

К приемникам I категории электроэнергия должна подаваться от двух независимых источников. Перерыв в электроснабжении может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания (АВР) - не более 1,3 с.

К приемникам особой группы I категории электроэнергия должна подводиться от трех независимых источников. Для некоторых потребителей (релейные схемы ЭЦ, электронные АТС и др.) перерыв в питании недопустим.

Электропитание приемников II категории должно осуществляться от двух независимых источников. Перерывы в питании допустимы только на время включения резервного источника или на время устранения повреждений.

Электропитание приемников III категории может осуществляться от одного источника, если перерывы в питании не превышают одних суток.

Электроснабжение потребителей I и II категорий должно осуществляться от подстанций или ЛЭП, входящих в централизованную энергосистему. ЛЭП разбиваются на отдельные участки - плечи питания длиной не более 50 км, которые обеспечиваются двусторонней подачей электроэнергии. Для резервирования электроснабжения устройств СЦБ и связи в качестве местных электростанций применяют автоматизированные дизель-генераторные установки (АДГА).

2. Выбор системы электропитания и структурно-функциональный

состав электропитающей установки устройств электрической

централизации

Для питания устройств ЭЦ на промежуточных станциях может быть применена батарейная система электропитания. В этом случае электроснабжение осуществляется от одного внешнего источника питания. В качестве второго источника служит устанавливаемый на посту ЭЦ ДГА. А в качестве третьего источника - аккумуляторная батарея напряжением 24В, емкость которой увеличивается и рассчитывается на резервное питание стрелочных электроприводов, контрольных цепей стрелок, ламп пригласительных огней станционных светофоров через полупроводниковые (тиристорные) преобразователи. При числе стрелок более 15 применяются две аккумуляторные батареи напряжением по 24В каждая, причем одна из них используется как контрольная.

Устройства ЭЦ крупных станций (с числом стрелок более 30) относятся к потребителям особой группы I категории, поэтому они должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания и от местной электростанции (АДГА) с автозапуском при выключении обоих внешних источников. В этом случае используется безбатарейная система электропитания, при которой питание основных объектов ЭЦ (светофоров, стрелок, рельсовых цепей) осуществляется только переменным током 220В непосредственно от сети или через выпрямители (преобразователи частоты). Для исключения кратковременных перерывов в работе устройств ЭЦ используется контрольная батарея напряжением 24В.

Емкость контрольной батареи должна обеспечивать питание реле и аварийного освещения в течение 2 часов и резервное питание ламп красных огней входных светофоров в течение 12 часов. В настоящее время для резервирования питания ламп красных и пригласительных огней входных светофоров контрольная батарея не используется, а резервирование осуществляется от аккумуляторных батарей, устанавливаемых у входных светофоров.

При безбатарейной системе электропитания устройств ЭЦ в настоящее время используются щитовые электропитающие установки (ЭПУ), устанавливаемые на посту ЭЦ и комплектуемые типовыми панелями питания. Применяются панели серии ЭЦК следующих типов: ПВ-ЭЦК - вводная; ПР-ЭЦК - распределительная; ПВП-ЭЦК - выпрямительно-преобразовательная; ПСП-ЭЦК, ПСТ-ЭЦК - стрелочные; ПП25-ЭЦК - преобразовательная рельсовых цепей.

Вводная панель ПВ-ЭЦК предназначена для ввода, контроля и начального распределения питания 380/220В по основным видам нагрузок: устройствам СЦБ, связи, маневровым постам, гарантированному и негарантированному освещению и силовой нагрузке. Вводная панель обеспечивает: подключение двух фидеров от внешних источников и одного фидера от резервной электростанции; автоматическое переключение нагрузки с одного фидера на другой при исчезновении напряжения или снижении его ниже допустимого; автоматический запуск резервного ДГА при нарушении питания основных источников; оптическую и акустическую сигнализацию отсутствия напряжения в фидерах и перегорания предохранителей; подсчет числа отключений фидеров.

Распределительная панель ПР-ЭЦК служит для распределения питания переменного тока по отдельным нагрузкам ЭЦ, изолирования нагрузок от заземленной сети переменного тока, а также переключения светофоров, маршрутных указателей и табло на различные режимы питания.

Выпрямительно-преобразовательная панель ПВП-ЭЦК служит для выпрямления трехфазного переменного тока в постоянный ток, автоматического заряда и содержания в буферном режиме аккумуляторной батареи 24В, преобразования постоянного тока батареи в переменный ток частотой 50Гц и напряжением 220В при отключении внешних сетей для гарантированного питания определенных нагрузок ЭЦ по переменному току, а также для питания аппаратуры постоянного тока напряжением 24 и 220В.

Стрелочные панели ПСП-ЭЦК, ПСТ-ЭЦК предназначены для питания рабочих цепей стрелочных электроприводов постоянного тока (ПСП-ЭЦК) и трехфазного переменного тока (ПСТ-ЭЦК), а также электрообогрева контактов автопереключателей стрелочных электроприводов. Стрелочные панели выпускаются четырех модификациях: панели типа ПСПН-ЭЦК1 (ПСТН-ЭЦК1) не рассчитаны на электрообогрев стрелочных электроприводов и применяются в районах с сухим климатом; панели типа ПСПН-ЭЦК2 (ПСТН-ЭЦК2), ПСПН-ЭЦК3 (ПСТН-ЭЦК3), обеспечивают электрообогрев стрелочных электроприводов и рассчитаны на мощность цепей обогрева соответственно 4,5 и 9кВА; панели типа ПСПР-ЭЦК (ПСТР-ЭЦК) выполнены с учетом резервирования электропитания цепей перевода стрелок от аккумуляторной батареи через преобразователь и применяются при батарейной системе питания.

Преобразовательная панель ПП25-ЭЦК предназначена для питания фазочувствительных рельсовых цепей с путевыми реле типа ДСШ переменным током частотой 25Гц. Панель работает от сети однофазного переменного тока 220В и обеспечивает: преобразование переменного тока 50Гц в переменный ток 25Гц, фазировку (сдвиг фаз) преобразователей частоты типа ПЧ50/25, распределение питания 25Гц по цепям местных элементов путевых реле ДСШ и лучам путевых трансформаторов рельсовых цепей, контроль исправной работы фазирующих устройств, автоматическое или ручное отключение лучей питания рельсовых цепей, контроль перегорания предохранителей.

Щит выключения питания типа ЩВП-73 устанавливается на посту ЭЦ в целях противопожарной безопасности и предназначен для быстрого и надежного одновременного отключения всех источников питания.

При определении количества панелей рекомендуется руководствоваться следующими соображениями. Как правило, необходимость в установке дополнительной панели возникает: для ПВ-ЭЦК при числе стрелок более 100, ПВП-ЭЦК – более 80, ПР-ЭЦК – более 150. Количество панелей ПП25-ЭЦК – 1 панель на 40 стрелок при электротяге переменного тока и 60 стрелок при автономной и электрической тяге постоянного тока.

Выбранное количество панелей должно быть уточнено в результате выполненных расчетов питающих панелей.

Функциональная схема электропитающей установки поста ЭЦ (см. прил. 4 и прил. 5) показывается в однониточном изображении, за исключением цепей питания преобразователей частоты на панели ПП25-ЭЦК. Число фаз цепей межпанельных соединений и нагрузок обозначается на схеме количеством штрихов на ней.

При разработке функциональной схемы следует учесть, что на участках с электротягой постоянного тока во избежание подмагничивания блуждающими токами преобразователей частоты типа ПЧ 50/25 панели ПП25-ЭЦК изолируются от сетей переменного тока трансформатором типа ТС3. Трансформатор ТС3 (см. прил.3) подключается к вводной панели взамен нагрузки устройств связи, которые в этом случае также включаются через трансформатор ТС3 с использованием отдельного автоматического выключателя АВ.

На панелях ПП25-ЭЦК показывается схема включения путевых и местных преобразователей с учетом их фазировки, соответствующей условиям задания.

Известно, что для нормальной работы фазочувствительных рельсовых цепей необходимо, чтобы путевые и местные преобразователи частоты были жестко сфазированы между собой.

Поскольку частота 25Гц в два раза меньше частоты питающей сети, то при синфазном включении параметрических делителей частоты в сеть переменного тока фаза возбуждаемых в них колебаний относительно частоты 50 Гц может с одинаковой вероятностью принять значение 0° или 180°, т.е., сигналы, возникшие в путевых и местных преобразователях, с частотой 25Гц могут быть смешены друг относительно друга либо по фазе, либо в противофазе. Чтобы обеспечить жесткую фазировку путевых и местных ПЧ 50/25, все преобразователи, входящие в состав панели ПП25-ЭЦК, снабжены фазирующими устройствами ФУ, которые с помощью специальных реле контролируют фазу смещения сигналов ПЧ друг относительно друга.

На выходах преобразователей фазирующие устройства обеспечивают получение напряжений частотой 25Гц, совпадающих по фазе, если в сеть переменного тока преобразователи включены синфазно, и напряжений, сдвинутых друг относительно друга на 90°, если они включены в сеть противофазно.

На участках с электротягой постоянного тока фазочувствительные рельсовые цепи рассчитаны на синфазное питание их путевых трансформаторов и местных элементов путевых реле. Поэтому путевые и местные преобразователи в этих случаях должны быть включены в сеть переменного тока синфазно.

На участках с автономной и электротягой переменного тока используются фазочувствительные рельсовые цепи. Рассчитанные на питание их от сдвинутых друг относительно друга напряжений по фазе на 90°. Поэтому путевые и местные преобразователи на таких участках должны быть включены в сеть переменного тока противофазно.

Напряжения местных элементов путевых реле являются опорными по отношению к напряжениям путевых элементов.

Поэтому выходные напряжения местных преобразователей должны совпадать между собой по фазе, для чего на каждой панели они включаются синфазно.

Первый местный преобразователь на панели принимается в качестве ведущего, по отношению к которому фазируются все остальные местные и путевые преобразователи.

Преобразователи частоты типа ПЧ 50/25, как известно, работают с использованием лишь одного полупериода переменного тока частотой 50Гц, второй полупериод запирается вентилем (полупроводниковым диодом). Поэтому по вторичной обмотке силового трансформатора, от которого питаются преобразователи, протекает постоянная составляющая выпрямленного тока, которая подмагничивает сердечник и вызывает дополнительные потери энергии.

Ток подмагничивания не превышает допустимого значения (12А), если местные и путевые преобразователи включены противофазно. При синфазном же включении преобразователей для обеспечения допустимого значения тока подмагничивания необходимо настроить местные преобразователи на работу лишь с четырьмя путевыми преобразователями. Два неиспользованных преобразователя работают в холостом режиме, включаются в сеть противофазно с местными преобразователями и используются для уменьшения тока подмагничивания.

В случае установки на станции двух панелей для уменьшения подмагничивания сердечников преобразователей они включаются противофазно. Исключение составляет случай, когда на один местный преобразователь приходится до четырех путевых, тогда две панели ПП25-ЭЦК включаются друг относительно друга синфазно.

При противофазном включении панелей рельсовые цепи, питаемые от них, не защищены от опасного влияния друг на друга на границе раздела при сходе изолирующих стыков. В связи с этим предусматривается стыкование рельсовых цепей на границе районов питания только питающими трансформаторами.

При использовании трех панелей в составе ЭПУ третья панель подключается синфазно к любой из двух первых, включенных противофазно.

В качестве примера (см. прил.3) показаны противофазное и синфазное включение местных и путевых преобразователей на панелях. Включение панелей между собой показано противофазным. Их синфазное включение отражено пунктиром.

Панель ПВ-ЭЦК. Напряжение внешних источников переменного тока подается на вводную панель при помощи Фидеров 1 и 2. Напряжение каждого фидера контролируется фидерными реле 1Ф и 2Ф. При снижении напряжения в фазе основного фидера до 183 В реле 1Ф переключает нагрузку на резервный фидер. Реле 3Ф контролирует работу ДГА: пуск при пропадании напряжения в обоих фидерах и выключение при появлении напряжения в одном из фидеров. Автоматические пуск и выключение ДГА производится по командам, вырабатываемым схемами сравнения ("&" и "1"). Выключатели 1ФВ и 2ФВ предназначены для включения и выключения источников питания. Их контакты замыкают цепи питания реле включения фидеров 1ВФ и 2ВФ, через контакты которых питание поступает в нагрузку. Схема подачи питания в нагрузку исключает одновременную подачу питания от двух источников. Подключение нагрузок производится через автоматический выключатель 1АВ. При недостаточной мощности ДГА предусмотрена возможность отключения контактором ОН негарантированного освещения и силовой нагрузки во время работы ДГА.

Панель ПР-ЭЦК. Основными элементами панели ПР-ЭЦК являются два трехфазных трансформатора ТС1 и ТС2 мощностью по 4,5кВА каждый, вторичные обмотки которых разделены и используются индивидуально. Каждая обмотка рассчитана на максимальную фазовую нагрузку 1,5кВА. Вторичные обмотки ТС1 и ТС2 рассчитаны на различное напряжение: обмотка "а" ТС1 - на напряжение 24В - для питания ламп табло, остальные обмотки ТС1 и ТС2 - на напряжения 110/180/220В - для питания светофоров, маршрутных указателей, рельсовых цепей 50 Гц и других нагрузок. Включение и защита трансформаторов ТС1 и ТС2 производится через автоматические выключатели 1АВ и 2АВ.

Для переключения цепей питания светофоров и маршрутных указателей в режимы "День"-"Ночь" служит реле ДН, для переключения в режим "ДСН" - реле СН. Маршрутные указатели на станциях могут быть двух типов: направления (белого цвета) и пути отправления (зеленого цвета). При двойном снижении напряжения маршрутные указатели направления отключаются полностью, а маршрутные указатели путей отправления при групповых светофорах переводятся через трансформатор Т3 на напряжение 50В. Ряд маршрутных указателей могут находиться на значительном расстоянии от поста ЭЦ. Чтобы уменьшить в этом случае жильность кабеля, питание их предусматривается повышенным напряжением 232 В, получаемым через автотрансформатор Т2.

Для плавного регулирования напряжения на лампах табло с пульта управления на панели установлен регулятор напряжения табло РНТ. Цепи подсветки контроля положения стрелок на табло включаются при помощи управляемых с пульта управления реле 1НКС, 2НКС, 1ЧКС, 2ЧКС и ПК.

Импульсное питание ламп светофоров, табло и пультов ограждения осуществляется в двух режимах: с частотой мигания 40 и 60 раз в минуту. Для организации импульсного режима питания используются блоки силового кодирования БСК1-БСК4, осуществляющие коммутацию цепей переменного тока, а также бесконтактный датчик импульсов ДИ. Для питания переменным током блоков БСК2-БСК4 используются непосредственно источники питания цепей, которые они коммутируют, а блока БСК1 - изолирующий трансформатор Т1.

Для исключения появления непрерывного питания в цепях мигания служат реле контроля импульсного поступления питания КМГ1 и КМГ2, питание которых осуществляется от трансформатора Т9.

Для питания ряда дополнительных нагрузок служат трансформаторы: Т5 - реле местного управления стрелками, Т6 - трансмиттерных реле, Т7 - дешифраторных ячеек, Т8 и Т9 - ламп пультов ограждения.

При выключении питания в сети переменного тока, что контролируется аварийным реле СА, в панели предусмотрена возможность резервирования ряда цепей (гарантированного и импульсного питания ламп входных светофоров, контроля стрелок, реле местного управления, дешифраторных ячеек, импульсного питания ламп табло) от преобразователя ППВ-1, расположенного на панели ПВП-ЭЦК.

Панель ПВП-ЭЦК. Основными элементами панели ПВП-ЭЦК являются зарядное устройство типа УЗАТ-24-30, служащее для заряда аккумуляторной батареи, и преобразователь-выпрямитель типа ППВ-1. Питание на УЗАТ-24-30 подается через автоматический выключатель АВ.

В зависимости от фактического напряжения аккумуляторной батареи предусматриваются два режима ее заряда: основной - режим непрерывного (постоянного) подзаряда, когда напряжение батареи поддерживается в пределах 26,4±0,6В, и форсированного заряда, включаемый при снижении напряжения до 24В и выключаемый при повышении напряжения до 31 В. Переключение батареи из одного режима в другой производится автоматически при помощи реле 1РН и ФЗ. При включении зарядных устройств УЗАТ-24-30 и ППВ-1 в режиме форсированного заряда фронтовыми контактами реле ВВ проверяется включение вентиляции.

Преобразователь-выпрямитель ПП типа ППВ-1 переводится в режим преобразования постоянного тока батареи в переменный ток напряжением 220В посредством реле СА при выключении источников переменного тока. Напряжение батареи в процессе ее разряда контролируется реле 2РН. При снижении напряжения батареи до 21,6±0,3 В реле напряжения 2РН выключает реле О, которое, в свою очередь, обрывает цепь питания реле ОП, а последнее отключает преобразователь от батареи во избежание выхода ее из строя. Отключение преобразователя от батареи может быть осуществлено также вручную с пульта управления ЭЦ - при этом выключается реле ОП.

Регулировка токов выпрямителей осуществляется в режиме постоянного подзаряда батареи резисторами R2 (ВП1) и R7 (ПП), а в режиме форсированного заряда - резисторами R1 (ВП1) и R6 (ПП).

Для питания внепостовых схем ЭЦ изолированно от батареи установлен трансформатор Т1, питание на который подается с панели ПР-ЭЦК, а при выключении сети - от ППВ-1. Цепи питания Т1 переключаются контактами аварийного реле СА. Питание в схемы поступает через выпрямительный блок В и контролируется посредством реле БПК (при необходимости реле БПК производит переключение внепостовых схем ЭЦ на питание от батареи). Питание цепей электрообогрева стрелочных электроприводов осуществляется от трансформатора Т2 через выпрямительный блок ВП2.

Стрелочные панели. Рабочие цепи стрелочных электроприводов разбиваются на две группы, которые получают питание от трехфазных трансформаторов ТС1 и ТС2 соответственно через выпрямительные блоки БД1 и БД2, включенные по трехфазной мостовой схеме выпрямления. Для контроля исправности выпрямителей служат контрольные реле 1ВВ и 2ВВ. При неисправности одного из выпрямителей питание обеих групп рабочих цепей стрелок автоматически переключается на другой при помощи реле 1ВВ и 2ВВ. Для отключения питания рабочих цепей стрелок с пульта управления служит реле ВСФ.

В панелях ПСПН-ЭЦК2, ПСПН-ЭЦК3 дополнительно к трансформаторам ТС1, ТС2 установлены 1 или 2 трансформатора мощностью 4,5 кВА каждый (ТС3 и ТС4), предназначенные для изоляции от "земли" источников питания электрообогрева стрелочных электроприводов.

Для снятия напряжения с оборудования и защиты силовых трансформаторов панели установлены автоматические выключатели АВ1-АВ4.

Панель ПП25-ЭЦК. На одной панели ПП25-ЭЦК установлены 8 преобразователей ПЧ50/25-300. Из них "местные" преобразователи 1П и 2П (общей мощностью 600 ВА) предназначены для питания местных элементов реле ДСШ, а "путевые" преобразователи 11П-13П, 21П-23П (общей мощностью 1800 ВА) - для питания путевых трансформаторов рельсовых цепей.

Выходы каждого путевого преобразователя разделены на два луча питания. Напряжение в каждом луче при максимальной нагрузке 0,75 А составляет 200-230 В. Выходы каждого из местных преобразователей разделены на две группы питания местных элементов. В каждой группе допускается ток нагрузки 1,4 А, при котором напряжение составляет 110-115 В. Лучи питания рельсовых цепей могут отключаться индивидуальными выключателями 11В1(В2)-23В1(В2).

Щит ЩВП-73. На щите показаны выключатели соответствующих источников питания (В1-В4).