Какую функцию выполняет трансмиттерное реле т при внедрении бесконтактного коммутатора тока

Обновлено: 06.07.2024

Текст научной работы на тему «Исследование бесконтактного коммутатора тока на пожарную опасность»

Качество работы систем и устройств

КАЧЕСТВО РАБОТЫ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ

А. Д. Манаков, д-р техн. наук Н. Н. Балуев А. Г. Кабецкий А. А. Трошин

Исследование бесконтактного коммутатора тока на пожарную опасность

Возникновение пожаров на объектах ОАО «РЖД» связано с большими материальными потерями и массовой задержкой поездов. Начиная с 2007 г. в ОАО «РЖД» реализуется инновационный проект по созданию автоматических систем охранно-пожарной, пожарной сигнализации и пожаротушения на объектах компании. Реализуются мероприятия по недопущению пожаров на объектах. Разрабатываются технические решения: по комплексной защите технических средств и устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ), связи, управления электроснабжением; от проникновения атмосферных и коммутационных перенапряжений и сверхтоков; по дистанционному отключению всех источников электроснабжения постов электрической централизации (ЭЦ), диспетчерской централизации (ДЦ), горочной автоматической централизации (ГАЦ) при возникновении аварийных ситуаций; по защите бытовой электросети от возгораний в результате ее неисправности на постах ЭЦ, ДЦ, ГАЦ и др. [1].

Одной из проблем, влияющих на безопасность движения поездов, являются пожары, обусловленные ошибками проектирования систем ЖАТ, нарушениями технологии производства работ при замене рельсов на участках с электрической тягой поездов на переменном токе.

Цель работы - исследование пожарной опасности бесконтактного коммутатора тока.

Бесконтактный коммутатор тока

Бесконтактный коммутатор тока (БКТ) предназначен для формирования импульсов переменного тока в кодируемых рельсовых цепях [2]. Электрическая схема БКТ приведена на рис. 1. Принцип работы БКТ состоит в пропуске переменного тока попарно силовыми элементами VS1,

Качество работы систем и устройств

VD4 и VS2, VD3 для соответствующей полуволны тока. Например, установлены все перемычки: 11-12, 31-32, 51-52, 71-72, и при пропуске положительной полуволны тока возникает мгновенная полярность напряжения на клемме (Кл.): Кл. 11 - плюс ©, а на Кл. 71 - минус ©. Тогда при замкнутом контакте реле Т первоначально создается цепь тока управления тиристором VS2: © - Кл. 11 - VD3 - Кл. 33 - фронтовой контакт (ТФ) реле Т - Кл. 53 - VD2 - Кл. 51 - Кл. 52 - управляющий электрод (УЭ) VS2 -Кл. 72 - Кл. 71 - ©. После открытия тиристора VS2 создается силовая цепь тока: © - Кл. 11 - VD3-VS2 - Кл. 72 - Кл. 71 - ©. Если действует отрицательная полуволна тока, то сначала создается цепь управления тиристором VS1: © - Кл. 71 - VD4 - Кл. 33 - ТФ - Кл. 53 - VD1 - Кл. 31 -Кл. 32 - УЭ VS1 - Кл. 12 - Кл. 11 - ©, а затем - силовая цепь: © - Кл. 71 -VD4-VS1 - Кл. 12 - Кл. 11 - ©.

Рис. 1 Схема БКТ

При условии, когда перемычек нет, БКТ также выполняет свои функции по пропуску кодов сигнального тока (рис. 2). При положительной полуволне тока: © - Кл. 11 - VD3 - Кл. 33 - ТФ - Кл. 53 - VD2 - R2 -Кл. 71 - ©, а при отрицательной полуволне тока: © - Кл. 71 - VD4 -Кл. 33 - ТФ - Кл. 53 - VD1 - R1 - Кл. 11 - ©. В рассмотренном случае сигнальный ток проходит по элементам управления тиристоров, но при этом тиристоры не включаются, так как при отсутствии перемычек они не связаны со схемой.

Качество работы систем и устройств

Определим сигнальный ток, проходящий в этом случае по элементам БКТ. Задаем ток кодирования в рельсовой линии при электрической тяге на переменном токе, который равен 1,5 А. Тогда с учетом коэффициентов трансформации дроссель-трансформатора ДТ1-150 ПдТ = 3 и изолирующего трансформатора пИТ = 9,15 сигнальный ток в элементах БКТ равен 27 мА. Мощность, рассеиваемая на сопротивлениях R1 и R2 (100 Ом, 2 Вт), равна 0,07 Вт. При отсутствии внешних перемычек БКТ будет работать без внешних проявлений отклонений от нормы.

Имея связь с рельсовой линией, элементы БКТ подвергаются воздействию энергии тяговой сети при обрыве контактного провода; перекрытии изоляции контактной сети; в результате загрязнения химически активными элементами и воздействия атмосферного электричества; асимметрии рельсовой линии (короткое замыкание изолирующих стыков, лопнувший рельс, обрыв стыковых соединителей и одной полуобмотки дроссель-трансформаторов). Тяговый ток асимметрии трансформируется в цепь подключения БКТ и при отсутствии внешних перемычек оказывает недопустимый нагрев сопротивлений R1 и R2, что приводит к возникновению пожара в блоке БКТ.

Приведем результаты исследования БКТ на пожарную опасность. Исследования проводились методами физического и математического моделирования.

Рис. 2 Схема БКТ при отсутствии внешних перемычек (11-12, 71-72, 31-32 и 51-52)

Качество работы систем и устройств

Исследования влияния тока асимметрии на элементы БКТ проводились на макете кодовой рельсовой цепи, представленной на рис. 3. Ограничивающее сопротивление тока короткого замыкания рельсовой цепи (R0), равное 200 Ом, составлялось из 18 штук сопротивлений типа С5-35В-16-100±5 %, включенных последовательно-параллельно. Ток на выходе БКТ определялся по падению напряжения на сопротивлении шунта ^ш), равном 0,08 Ом. Расчетный тяговый ток асимметрии в реальной рельсовой линии определялся путем умножения действующего тока на выходе БКТ на коэффициенты трансформации дроссель-трансформатора ДТ1-150 (при асимметрии ПдТ = 6) и трансформатора ПРТ-АУЗ (ппрг-ауз = 9,15). Исправная работа макета рельсовой цепи контролировалась по осциллограмме напряжения на сопротивлении R5, включенном последовательно с контактом путевого реле П.

При отсутствии в схеме БКТ внешних перемычек (11-12, 71-72, 31-32 и 51-52) и тока асимметрии макет рельсовой цепи работает нормально, путевое реле повторяет работу трансмиттерного реле Т. Напряжение на путевом реле равно 3,9 В (действующее значение).

Во время подачи с помощью ЛАТРа тока асимметрии частотой 50 Гц прекращалась импульсная работа путевого реле (рис. 4, луч 1). Осциллограмма суммарного тока асимметрии частотой 50 Гц и сигнального тока частотой 25 Гц показана на рис. 4, луч 2. Из осциллограммы суммарного тока следует, что по элементам БКТ протекают полуволны тока с различной амплитудой и длительностью. Для определения количества теплового воздействия такого сложного тока на сопротивления Ri и R2 в работе предлагается использовать численный метод расчета энергии, рассеиваемой на сопротивлении для каждой полуволны тока, проходящего по сопротивлениям.

Каждая полуволна тока, отличающаяся длительностью (0) и амплитудой (1м), описывается выражением:

где IM - максимальное значение полуволны тока;

0 - длительность полуволны тока; у - начальная фаза тока.

Алгоритм расчета энергии, рассеиваемой на сопротивлениях Ri и R2, состоит в следующем. Каждая полуволна тока длительностью 0 делится на конечное число интервалов (п). По выражению (1) определяется значение тока в середине расчетного интервала (j) и делается допущение, что на

Качество работы систем и устройств

рассматриваемом интервале ток не изменяется и равен току в середине интервала j. Определяется энергия, рассеиваемая на сопротивлении Я\(Я2), на рассматриваемом интервале j:

где iJ - ток в середине интервала;

At - длительность интервала j.

Рис. 3 Схема испытания БКТ на пожарную опасность

Качество работы систем и устройств

* да 4,1 ЦК 1^1^ tV^‘ ц)| |^т4ч*^-*ч 44 I Itn*t v< ,ц. WI >< Vr h*i 1,

Действующее 5.09 В

К1 I 2 00 В \\т \ 10.0 вЧ |r|40.0md А| К1 I -1.80 В|

Рис. 4. Осциллограммы напряжений: луч 1. Падение напряжения на сопротивлении R; луч 2. Напряжение, измеренное на элементе сопротивления R (100 Ом)

Энергия, рассеиваемая на сопротивлении R^R2) за полуволну 0:

где n - количество интервалов, на которые делится длительность полуволны 0.

Суммируя энергию, рассеиваемую на сопротивлениях R1 и R2 за секунду, определяем затрачиваемую и сравниваем ее с допустимой.

По рассмотренному алгоритму была составлена программа в среде Delphi.

С увеличением тока асимметрии в рельсовой линии до 35,3 А произошло обугливание лакокрасочного покрытия сопротивлений R1 и R2 в БКТ. Дальнейшее увеличение тока асимметрии до 47 А привело к возгоранию изоляции монтажного провода, соприкасающегося с сопротивлением

Качество работы систем и устройств

Рис. 5 Фотография БКТ-М после воздействия тока, эквивалентного току асимметрии, равному 47 А

После возгорания изоляции в БКТ были проведены измерения величин сопротивлений R1 = 130,9 Ом и R2 = 53,9 Ом. На рис. 6 представлены осциллограммы напряжений после возгорания в БКТ. Из осиллограммы напряжения на втором луче следует, что БКТ не пропускает отрицательную полуволну тока и работает как однофазный выпрямитель.

Рис. 6 Осциллограммы напряжений: луч 1. Падение напряжения на сопротивлении R5; луч 2. Напряжение, измеренное на элементе сопротивления R (100 Ом)

Качество работы систем и устройств

Исследование электрической схемы БКТ проводилось с помощью программы аналогового моделирования PSpice. Схема замещения модели показана на рис. 7.

Рис. 7 Схема замещения питающего конца рельсовой цепи при отсутствии внешних перемычек в БКТ и действии тягового тока асимметрии

На рис. 7 V1 - напряжение на первичной обмотке изолирующего трансформатора ИТ1 (см. рис. 3); V2 - напряжение на выходе преобразователя частоты (ПЧ 50/25-300); R3 - сопротивление первичной обмотки трансформатора ПРТ-А, R4 - сопротивление катушки индуктивности резонансного контура ПЧ-50/25-300, L1 - индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора ПРТ-А, L2 - индуктивность катушки индуктивности резонансного контура ПЧ-50/25-300.

Адекватность модели реальным процессам проверялась путем сопоставления осциллограмм сигнального тока, измеренного на макете рельсовой цепи и рассчитанного на математической модели, при этом тяговый ток асимметрии принимался равным нулю (V1 = 0). Амплитуда измеренного на макете сигнального тока равна 362 мА, а амплитуда расчетного сигнального тока - 400 мА. Ошибка моделирования составила 10 %.

Разработанная модель позволяет анализировать как раздельное воздействие тягового тока асимметрии и сигнального тока на сопротивления R1 и R2, так и суммарное воздействие указанных токов. Принимая равным нулю напряжение на ПЧ-50/25-300 (V2 = 0) и изменяя напряжение V1 = = vary, которое пропорционально току асимметрии, задаем ток в элементах БКТ. Умножая ток на выходе БКТ на коэффициенты трансформации дроссель-трансформатора ДТ1-150 (при асимметрии ПдТ = 6) и трансформатора ПРТ-АУЗ (пПРТ-АУЗ = 9,15), рассчитываем тяговый ток асимметрии в реальной рельсовой линии, приводящий к соответствующему воздействию на элементы БКТ. По разработанной программе численным методом опреде-

Качество работы систем и устройств

лялась мощность, рассеиваемая на сопротивлениях R1 и R2. Сравнивая величину действующей мощности с допустимой величиной, устанавливаем возможность возникновения пожара в БКТ при действии определенной величины тягового тока асимметрии.

Согласно [3, с. 123], расчетный максимальный ток асимметрии равен 12,5 А (действующее значение), что составляет (5 % от максимального тока, равного 250 А. Определим мощность, рассеиваемую на сопротивлениях R1 и R2, при допустимом токе асимметрии 17,5 А (амплитудное значение). С учетом коэффициентов трансформации ДТ-1-150 (при асимметрии ПдТ = = 6) и ПРТ-АУЗ (иПРТ-АуЗ = 9,15) ток на выходе БКТ равен 319 мА. При условии V2 = 0 В подбираем напряжение источника V1, при котором ток на выходе БКТ равен 319 мА. Это напряжение равно 154 В (амплитудное значение).

На рис. 8 показана осциллограмма суммарного тока по элементам БКТ при V1 = 154 В и V2 = 150 В. Для указанного тока определим энергию, рассеиваемую на сопротивлениях Ri и R2, по предложенному алгоритму. Результаты численного расчета энергии на каждой полуволне тока сведены в табл. 1. Из таблицы следует, что малыми полуволнами при расчете мощности, рассеиваемой на сопротивлениях R1 и R2, можно пренебречь.

Рис. 8 Осциллограммы тока через сопротивление R (нижние полуволны)

и R2 (верхние полуволны)

Качество работы систем и устройств

Энергия, рассеиваемая на сопротивлениях R и R2 на каждой полуволне тока

Характеристика полуволны тока Длительность полуволны тока, мс Амплитуда тока, мА Энергия, Дж

Большая положительная полуволна (R2) 14 640 0,287

Малая положительная полуволна (R2) 5 50 0,0006

Большая отрицательная полуволна (R1) 14 600 0,252

Малая отрицательная полуволна (R1) 7 100 0,0035

Для определения мощности, рассеиваемой на сопротивлениях R1 и R2, необходимо знать, сколько полуволн тока укладываются по времени в интервал, равный одной секунде при кодовых сигналах в рельсовую линию типа КЖ, Ж и З. Исследования на макете показали, что для кода КЖ таких полуволн 10 для каждого сопротивления Ri и R2, для кодов Ж и З - 18. Данные по расчету мощности, рассеиваемой на сопротивлениях R1 и R2, представлены в табл. 2. Результаты расчета показывают, что даже при допустимой асимметрии тягового тока на участках с электрической тягой переменного тока отсутствие перемычек в схеме БКТ приводит к перегреву сопротивлений R1 и R2.

Мощность, рассеиваемая на сопротивлениях R! и R2 при различных кодах сигнального тока

Наименование сопротивления БКТ Мощность, рассеиваемая на сопротивлении, Вт

Вид кодовой комбинации, посылаемый БКТ в рельсовую линию

Предлагается для предотвращения пожара установить в схеме БКТ внутренние перемычки между клеммами 11-12, 31-32, 51-52, 71-72, как это предусмотрено в схеме БКТ-2М. При отсутствии внутренних перемычек в БКТ предлагается предусмотреть токовую защиту в виде предохранителя, включенного последовательно с контактом трансмиттерного реле.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Качество работы систем и устройств

В работе рассмотрены причины и условия возникновения пожара в БКТ. Проведены исследования работы БКТ на физической модели кодовой рельсовой цепи при отсутствии внешних перемычек в БКТ и действии тягового тока асимметрии. Предложен алгоритм численного расчета энергии, действующей на элементы БКТ от каждой полуволны синусоидального тока при изменении длительности полуволны и амплитуды тока. Составлена программа в среде Delphi и проведены расчеты. Разработана математическая модель рельсовой цепи со стороны включения БКТ для исследования влияния тягового тока асимметрии на элементы БКТ. Показано, что даже при допустимой асимметрии тягового тока в 12,5 А мощность, рассеиваемая на сопротивлениях БКТ, превышает допустимую величину в 1,4 раза для кода КЖ и в 2,6 раза для кодов Ж и З. Предложены меры, исключающие возникновение пожара в схеме БКТ.

1. Столяров А. В. Обеспечение пожарной безопасности на объектах и подвижном составе ОАО «РЖД» / А. В. Столяров, О. А. Прокопенко // Журнал-каталог «Средства спасения. Противопожарная защита. Российские инновационные системы». Вып. 10.

2. Сороко В. И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики:

Справочник: в 2 кн. Кн. 2. - 3-е изд. / В. И. Сороко, Е. Н. Розенберг. - М. : НПФ

«Планета», 2000. - 1008 с.

3. Аркатов В. С. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание / В. С. Аркатов, Ю. А. Кравцов, Б. М. Степенский. - М. : Транспорт, 1990. - 295 с.

Фото

Мои файлы (загрузить)

Бесконтактные коммутаторы тока БКТ
Назначение. Бесконтактные коммутаторы тока БКТ, БКТ-М и БКТ-2М предназначены для замены трансмиттерных реле и формируют импульсы переменного тока для кодирования рельсовых цепей.
Первоначально бесконтактный коммутатор тока разрабатывался как составная часть электронной кодовой автоблокировки, предназначенной для модернизации существующей системы с числовым кодом. Однако и в релейно-контактной аппаратуре кодовой автоблокировки бесконтактный коммутатор тока способен решить задачу повышения надежности коммутационного узла и повысить качество кода, способствуя тем самым улучшению работы автоблокировки и АЛСН.
Обычно функцию коммутирующего элемента в конструкциях бесконтактных коммутаторов тока выполняют полупроводниковые приборы с двумя устойчивыми состояниями (открыт, закрыт) – триодные тиристоры или симисторы а также оптронные тиристоры.

Примечание. Отечественной и зарубежной промышленностью выпускаются различные типы тиристоров, рассчитанные на разные рабочие токи и напряжения:
– динисторы – диодные тиристоры, имеющие два вывода, переключаются в открытое состояние импульсами напряжения заданной амплитуды;
– триодные тиристоры имеют три вывода и включаются импульсами тока управления, а выключаются подачей обратного напряжения или прерыванием тока в открытом состоянии; тиристор не проводит ток в обратном направлении;
– запираемые тиристоры – выключаются импульсами тока управления;
– симисторы – симметричные тиристоры, способные пропускать ток в открытом состоянии как в прямом, так и в обратном направлении; включаются однополярными и разнополярными импульсами тока управления;
– оптронные тиристоры – управляются при помощи встроенного светодиода.
Наибольшее распространение в серийно выпускаемых коммутаторах тока СЖАТ нашли триодные тиристоры.
Триодный тиристор. Нормально тиристор закрыт, т.е. не пропускает ток от анода к катоду при подключении к нему положительного напряжения. Открывается тиристор при пропускании по управляющей цепи (между управляющим электродом и катодом) небольшого тока управления. После этого тиристор работает как обычный диод, т.е. ток в цепи анода практически определяется только нагрузкой; причем он остается открытым и после размыкания управляющей цепи, если между анодом и катодом сохраняется прямое напряжение. Падение напряжения на открытом тиристоре составляет около 1 В. Открытый триодный тиристор не может быть закрыт за счет изменения управляющего тока; для его закрытия необходимо прервать ток в цепи анод – катод или сделать анод отрицательным по отношению к катоду или кратковременно замкнуть тиристор. Чем выше напряжение на аноде, тем меньше тока управления требуется для открытия тиристора.

3.1. Бесконтактный коммутатор тока БКТ
Конструктивно бесконтактный коммутатор тока БКТ и трансмиттерное реле Т изготавливаются как самостоятельные приборы или объединяются в одном корпусе (ячейка ТШ-65К).
Коммутатор БКТ размещается в отдельном корпусе реле НМШ.
Основными эксплуатационно-технические параметрами БКТ являются:
– коммутируемое напряжение переменного тока частотой до 100 Гц – не более 250 В;
– коммутируемый переменный ток частотой до 100 Гц – не более 5 А;
– электрическая изоляция между электрическими несвязанными токоведущими частями блока и корпусом блока должна выдерживать без пробоя от источника мощностью не менее 1 кВ•А испытательное напряжение, равное 1500 В переменного тока частотой 50 Гц;
– сопротивление изоляции должно быть в нормальных климатических условиях 20 МОм, при воздействии повышенной температуры 50 °С – 5 МОм, при воздействии повышенной температуры 30 °С и относительной влажности 95 ± 3 % – 0,5 Мом;
– периодичность технического обслуживания прибора в РТУ – 10 лет.
Схема включения БКТ для кодирования рельсовой цепи на участках с электрической тягой переменного тока приведена на рис. 18.

Рис. 18. Схема включения бесконтактного коммутатора тока
в схему кодовой рельсовой цепи

В принципиальной электрической схеме коммутатора БКТ в качестве элементов используются: резисторы МЛТ-1-150 Ом ± 20 %; варистор СН2-1А-820; диоды КД209В, Д112-16Х-9-У2 и тиристоры Т 132-40-9-2-У2.
Управление бесконтактным коммутатором тока БКТ осуществляется контактом трансмиттерного реле Т. Формирователем кодовых сигналов является кодовый путевой трансмиттер КПТШ или БКПТ (бесконтактный кодовый путевой трансмиттер). Кодовый сигнал, формируемый датчиком кодов и трансмиттерным реле, зависит от показаний впередилежащего светофора и осуществляется схемой выбора кода (рис. 18).
Рассмотрим принцип действия бесконтактного коммутатора тока типа БКТ [17, 18, 19]. Электрическая схема коммутатора приведена на рис. 19.

Рис. 19. Электрическая схема коммутатора БКТ

Переменный ток между выводами 11 и 71 проходит через силовые элементы, которые работают попарно для соответствующих полуволн тока: тиристор \/S1 и диод VD4; тиристор \/S2 и диод VDЗ. Например, при пропуске положительной полуволны тока на клемме 11 появляется положительная полярность напряжения, а на клемме 71 – отрицательная. При замкнутом фронтовом контакте реле Т первоначально создается цепь тока управления тиристором VS2: плюс – клемма 11 – диод VDЗ – клемма 33 – фронтовой контакт реле Т – клемма 53 – диод VD2 – клеммы 51 и 52 – управляющий электрод УЭ тиристо¬ра VS2 – клеммы 72 и 71 – минус. После открытия тиристора VS2 силовая цепь тока проходит следую¬щим образом: плюс – клемма 11 – диод VDЗ – тиристор VS2 – клеммы 72 и 71 – минус. Если действует отрицательная полуволна тока, то сначала создается цепь управления тиристором VS1: плюс – клемма 71 – диод VD4 – клемма 33 – фронтовой контакт реле Т – клемма 53 – диод VD1 – клеммы 31 и 32 – управляю¬щий электрод УЭ тиристора VS1 – клеммы 12 и 11 – минус, а затем силовая цепь: плюс – клемма 71 – диод VD4 – тиристор – клеммы 12 и 11 – минус. Таким образом, в каждый полупериод переменного тока, протекающего через коммутатор, поочередно открываются и закрываются тиристоры VS1 и VS2. С целью стабилизации характеристик цепей управления тиристоров VS1 и VS2 включаются резисторы R1 и R2 соответственно.
Коммутационный процесс, осуществляемый БКТ, является «мягким». Это вытекает из особенностей работы тиристора: если при его открытом состоянии размыкается цепь управления (контактом трансмиттерного реле Т), тиристор сохраняет открытое состояние до тех пор, пока ток через него в полупериоде не снизится до значения выключения (практически он составляет десятки миллиампер). Благодаря «мягкой» коммутации резко снижается уровень помех, переходящих на другие цепи.
Эффект «мягкой» коммутации импульсов кодового сигнала бесконтактным коммутатором тока иллюстрирует осциллограмма (рис. 20). Запись кодового сигнала Ж выполнена прибором МПИ-СЦБ. В верхней части рисунка приведена осциллограмма кодового сигнала Ж, состоящего из двух импульсов и большой паузы, а в нижней части – фрагмент одного импульса. Из рисунка 20 видно, что момент выключения кодового импульса происходит при напряжении, близком к нулевому значению (точка 1).

Рис. 20. Фрагмент осциллограммы кода Ж формируемого
бесконтактным коммутатором тока БКТ

В схеме (рис. 19) защита элементов БКТ от помех с высокой амплитудой напряжения основана на следующем. Если БКТ выключен (отсутствует цепь управления между выводами 33 и 53) и между выводами 11 и 71 прикладывается напряжение помехи, то в зависимости от ее мгновенной полярности при достижении амплитуды выше порогового напряжения элемента RV1 (сопротивление его резко снижается) открывается тиристор VS1 или VS2. При этом к защищаемым диодам прикладывается импульсное напряжение, не превышающее пороговый уровень нелинейного элемента RV1.
В схеме управления БКТ (рис. 19) контакт трансмиттерного реле Т берется не усиленный, так как нагрузка на него незначительная (через контакт протекает ток управления тиристором 100…150 мА). Исходя из этого, при использовании БКТ у реле Т может быть увеличена периодичность обслуживания. Остальные контакты реле Т используются в других цепях схем автоблокировки.
Подготовка БКТ к эксплуатации. Каждый БКТ перед установкой в действие должен пройти в РТУ полную проверку всех элементов, т.е. должны быть испытаны тиристоры, диоды, варистор и резисторы [2].
С целью создания условий комплексной проверки приборов на предприятиях-изготовителях, а также в РТУ в БКТ предусмотрены отдельные выводы на штепсельный разъем от каждого элемента схемы. Чтобы исключить появление обходных цепей, при проверке отдельных элементов часть монтажа схем БКТ производится дополнительно – установкой на штепсельной розетке внешних перемычек (11-12, 31-32, 51-52, 71-72).
Такое компромиссное решение – создание условий для проверки каждого элемента БКТ (без нарушения внутреннего монтажа схем) и необходимость установки внешних перемычек (для пропуска коммутируемых токов) – требует особого внимания при производстве монтажных работ по установке внешних перемычек.

Примечание: 1. Если перемычек нет, бесконтактный коммутатор также пропускает коды сигнального тока. Тогда при положительной полуволне тока цепь проходит следующим образом: плюс – клемма 11 – диод VDЗ – клемма 33 – фронтовой контакт реле Т – клемма 53 – диод VD2 – резистор R2 – клемма 71 – минус; при отрицательной полуволне тока: плюс – клемма 71 – диод VD4 клемма 33 – фронтовой контакт реле Т – клемма 53 – диод VD1 – резистор R1 – клемма 11 – минус. В рассмотренном случае сигнальный ток про¬ходит по элементам управления тиристоров, но при этом тиристоры не включаются, так как при отсут¬ствии перемычек они не связаны со схемой.
2. Бесконтактный коммутатор тока при отсутствии перемычек является пожароопасным устройством и требует повышенного внимания и контроля со стороны эксплуатационного штата.
3. Ошибки в проектных работах и техническом обслуживании БКТ при установке перемычек создают угрозу возгорания релейных шкафов и постов электрической централизации. При отсутствии перемычек пожары устройств ЖАТ могут возникнуть с большей степенью вероятности.
После испытания каждого из перечисленных элементов в отдельности должна быть проверена работоспособность БКТ в рабочем режиме. Для таких проверок и испытаний были разработаны специальные стенды. Стенд позволяет снять характеристики всех элементов, а именно: ток утечки варистора, диодов, тиристоров при номинальном напряжении; прямой ток диодов и падение напряжения на них; ток и напряжение открытия тиристоров.

3.2. Бесконтактный коммутатор тока БКТ-2М
Принципиальная схема коммутатора тока БКТ-2М приведена на рис. 21.
В 1995 году коммутатор БКТ был модернизирован, изменена его электрическая схема, после чего коммутатор стал именоваться БКТ-2М.

Рис. 21. Электрическая схема бесконтактного коммутатора тока БКТ-2М

Коммутатор БКТ-2М размещен в корпусе реле НМШ. В этом устройстве имеются внутренние перемычки между клеммами 11-12 и 71-72. Ограничительное защитное устройство на основе варистора RV1, применяемое в БКТ, заменено цепью из восьми стабилитронов VD7 – VD14. Диоды VD1 и VD2 зарезервированы двумя последовательно включенными диодами VD3,VD4 и VD5,VD6 соответственно.
Коммутатор тока бесконтактный БКТ-2М сохраняет работоспособность после:
– воздействия перенапряжения 860 В (амплитудное значение 1220 В);
– воздействия напряжения, превышающего напряжение порога срабатывания стабилитронов.
Коммутируемое напряжение и ток те же, что и у коммутатора БКТ.
Модернизированная схема БКТ-2М так же, как и БКТ, не исключает пажароопасности устройства при отсутствии внешних перемычек.
В новой конструкции силового электронного ключа отсутствует возможность автоматического контроля параметров элементов на этапе производства и ремонта устройства, так как внутри него созданы замкнутые контуры: диод VD1 – тиристор VS1, диод VD2 – тиристор VS2, резистор R4 – диод VD4, резистор R6 – диод VD6. Для контроля элементов в таких контурах требуется нарушение связей внутри устройства. При этом трудоемкость контроля параметров элементов и ремонта этих устройств существенно возрастает.

Трансмиттерное реле ТШ-5 (рис. 7.5) имеет переключающее устройство на тиристорах VS1 и VS2, предназначенное для коммутации тока рельсовых цепей частотой 25, 50 и 75 Гц при напряжении до 250 В и мощности до 500 В×А.

Амплитуда предельно допустимого коммутируемого напряжения не должна превышать 400 В, при более высоком напряжении тиристоры могут открываться без управляющего сигнала, т. е. теряется их управляемость. Детали реле размещены в корпусе реле НШ. Внутри кожуха имеется реле Р типа КДР1, контакты которого используются в схеме включения дешифраторной ячейки и в цепи управления тиристорами. Реле управляется контактами трансмиттера КПТ. Диод VD7 и резистор R5 образуют искрогасительный контур.

Рис. 7.5. Электрическая схема реле ТШ-5

Ток рельсовой цепи коммутируется тиристорами VS1 и VS2. В интервалах кода цепь управления тиристоров разомкнута, и они не проводят ток. В импульсах замыкается контакт трансмиттера КПТ срабатывает реле Р, замыкая контактом цепи управления тиристоров.

При положительной полярности тока на аноде тиристора VS1 ток управления проходит по цепи: ПХ220, диод VD6, резистор R4, фронтовой контакт реле Р, управляющий электрод тиристора VS1, катод VS1, фронтовой контакт контрольного реле К, первичная обмотка путевого трансформатора ПТ, 0Х220. Под действием тока управления тиристор VS1 открывается и пропускает положительную полуволну переменного тока.

При отрицательной полуволне переменного тока тиристор VS1 будет закрыт, так как на его аноде будет отрицательное по отношению к катоду напряжение. В этот полупериод напряжение положительной полярности будет на аноде тиристора VS2 и по его цепи управления будет протекать ток: 0Х220, обмотка трансформатора ПТ, фронтовой контакт реле К, диод VD5, контакт реле Р, цепь управления тиристора VS2, ПХ220; тиристор VS2 открывается и пропускает вторую полуволну переменного тока. Таким образом, на все время импульса, пока замкнута цепь управления тиристоров, последние, поочередно открываясь, пропускают переменный ток, который через трансформатор ПТ поступает в рельсовую цепь.

После окончания импульса и размыкания цепи управления закрытый тиристор больше не открывается, а открытый тиристор закрывается во время прохождения переменного тока через нулевое значение. Оба тиристора оказываются закрытыми, и ток в рельсовую цепь не поступает до момента следующего замыкания цепи управления.

Для исключения посылки в рельсовую цепь непрерывного тока в случае пробоя одного из тиристоров установлено контрольное реле К. Оно получает питание во время интервалов кода от диодного моста, который подключен параллельно тиристорам. Для непрерывного удержания якоря реле при импульсном питании параллельно обмотке реле включены электролитические конденсаторы С1 и С2. В случае пробоя одного из тиристоров или обоих одновременно напряжение переменного тока на входе моста исчезает, реле К отпускает якорь и контактом размыкает цепь питания рельсовой цепи.

При включении реле ТШ-5 контрольное реле К первоначально получает питание через собственный тыловой контакт и дополнительную нагрузку, состоящую из резисторов R2 и R3. После срабатывания реле К подключается рельсовая цепь, а резисторы R2 и R3 отключаются. В тех случаях, когда непрерывный ток не представляет опасности ложной работы устройств, контрольное реле не устанавливают.

Бесконтактный коммутатор тока БКТ предназначен для выполнения тех же функций, что и реле ТШ-5. Схема БКТ (рис. 7.6) содержит два силовых диода VD1 и VD2, тиристоры VS3 и VS4, раздельные диоды VD5 и VD6 в цепях управления тиристоров, резисторы R1 и R2, подключенные параллельно входам тиристоров, и нелинейный резистор (варистор) R3.

Рис. 7.6. Принципиальная схема БКТ

Диод VD1 и тиристор VS3, соединенные встречно и параллельно, образуют несимметричный ключ переменного тока. Диод VD2 и тиристор VS4 образуют другой аналогичный ключ. Оба ключа соединены последовательно друг с другом и имеют среднюю точку (вывод 33). Выходом БКТ являются выводы 11(12) и 71(72).

Резисторы R1 и R2 установлены для стабилизации работы схемы при изменении температуры окружающей среды и отклонении токов включения (управления) тиристоров. Варистор R3 включен для защиты диодов от пробоя при воздействии импульсных помех с большой амплитудой.

При разомкнутой цепи управления (выводы 33 и 53) тиристоры VS3 и VS4 закрыты, переменный ток между выводами 11 и 71 не проходит, так как тиристоры закрыты, а диоды VD1 и VD2 включены встречно. При замыкании цепи управления контактом реле Т (выводы 33-53) от положительной и отрицательной полуволн переменного тока поочередно открываются тиристоры VS4 и VS3, и переменный ток начинает проходить через открытые тиристоры. Если мгновенная положительная полярность от трансформатора Т приложена к выводу 11, то возникает цепь управления тиристором VS4: нижний вывод трансформатора Т, вывод 11 БКТ, диод VD1, вывод 33, контакт реле Т, вывод 53, диод VD6, выводы 51 и 52, управляющий электрод тиристора VS4, катод VS4, выводы 71 и 72, нагрузка (ДТ), реактор L, верхний вывод обмотки трансформатора Т. При достижении током управления значения тока включения тиристор VS4 открывается и совместно с диодом VD1 пропускает ток нагрузки по цепи: обмотка трансформатора Т, вывод 11, диод VD1, тиристор VS4, выводы 72 и 71, нагрузка L, верхний вывод путевого трансформатора Т.

При отрицательной полуволне переменного тока создается цепь управления тиристором VS3, он открывается и совместно с диодом VD2 образует рабочую цепь (через нагрузку) для отрицательной полуволны переменного тока. Таким образом, пока замкнута цепь управления (выводы 53-33), тиристоры, поочередно открываясь, пропускают переменный ток в нагрузку. После размыкания контакта Т цепи управления тиристорами размыкаются, при прохождении тока нагрузки через нулевое значение тиристоры закрываются и остаются закрытыми для следующего замыкания цепи управления контактом реле Т.

При повреждении (пробое) тиристоров или диодов VD1 и VD2 теряется управляемость БКТ и в нагрузку (рельсовую цепь) будет поступать непрерывный переменный ток. Считается, что вероятность опасного отказа автоблокировки при этом мала, поэтому применяют прямое включение БКТ в цепь кодирования. Если же требуется надежно исключить возможность попадания непрерывного переменного тока в рельсовую цепь в случае повреждения элементов БКТ, то потребуется установить контрольное реле и включать БКТ по схеме, аналогичной схеме включения ТШ-5.

Разработан и проходит широкие эксплуатационные испытания бесконтактный трансмиттер БКПТ, предназначенный для применения взамен трансмиттеров типа КПТШ. В трансмиттере БКПТ для формирования и контроля правильности посылки кодовых сигналов применены интегральные микросхемы.

Вопросы для самоконтроля по пункту: Бесконтактные реле

1) Работа трансмиттерного реле ТШ-5 и назначение реле К в составе ТШ-5 (рис. 7.5).

Решение стратегической задачи повышения эффективности работы ОАО «РЖД» невозможно осуществить без оснащения железных дорог современными и надежными техническими средствами. Работы по совершенствованию и созданию новых устройств ведутся постоянно. При этом не все разработки доходят до стадии опытной эксплуатации, внедрения или широкого применения. Однако даже не внедренные разработки играют положительную роль. В процессе создания новых систем, их лабораторных и эксплуатационных испытаний накапливается опыт разработчиков, отдельные наиболее перспективные идеи и технические решения используются в последующих разработках, отклоняются ошибочные и бесперспективные решения.

В настоящее время на дорогах ОАО «РЖД» эксплуатируется значительное число систем железнодорожной автоматики и телемеханики с истекшим сроком амортизации.

Самыми распространёнными в России системами интервального регулирования движением поездов являются числовая кодовая автоблокировка и импульсно – проводная автоблокировка, электрические схемы которых построены на электромеханических реле и существующие уже более 50 лет.

Основным недостатком этих систем автоблокировки является низкая надежность электромеханических приборов (маятниковых трансмиттеров, трансмиттерных реле, кодовых путевых трансмиттеров), которые в процессе эксплуатации находятся в постоянной динамике, что приводит к быстрой выработке их ресурса. Нередко износ контактов приборов участвующих в формировании кодовых сигналов приводит к искажениям кодовых импульсов в рельсовой цепи и, как следствие, к сбоям в работе автоматической локомотивной сигнализации, переездной сигнализации или нарушениям в работе автоблокировки в целом. Следствием длительного отказа такой системы вызвавшей неоправданную остановку или снижение скорости поезда являются прямые экономические потери, связанные с задержками поездов и снижение уровня безопасности движения поездов. [1]

По анализу Управления автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» в 2010 году на сети дорог допущено 183 случая нарушения нормальной работы устройств сигнализации, централизации и блокировки из-за неисправности кодовых путевых трансмиттеров КПТШ и 123 случая из-за неисправности трансмиттерных реле ТШ, МТ. На долю этих приборов приходится 20% неисправностей от общего числа отказов устройств автоматики и телемеханики по аппаратуре в целом.[5]

Замена действующих систем автоблокировки на другую систему требует больших капитальных затрат. Но, несмотря на ежегодно возрастающие темпы модернизации систем автоматики и телемеханики, замены их на более надёжные микропроцессорные аналоги вопрос повышения устойчивой работы действующих систем остаётся не менее важным в современных условиях.

С целью повышения надежности и безопасности функционирования устройств проводится модернизация отдельных элементов путем улучшения их конструкции, характеристик и совершенствование технологии изготовления.

Эффективным решением проблемы электромеханических приборов в современных условиях на сети дорог ОАО «РЖД» является замена их на бесконтактные электронные приборы. Так в схемах включения трансмиттерного реле ТШ начато использование бесконтактного коммутатора тока БКТ, улучшающего работу контактов самого трансмиттерного реле ТШ; применение бесконтактного кодово-путевого трансмиттера БКПТ вместо КПТШ; использование микроэлектронного датчика ДИМ вместо маятниковых трансмиттеров МТ-1, МТ-2. [1]

Крупными шагами в направлении совершенствования были разработка и внедрение бесконтактного коммутатора тока. БКТ является более современным переключающим устройством для коммутации кодового тока в рельсовых цепях 25 и 50 Гц.

Он состоит из двух тиристоров и управляющей цепи. Принцип действия бесконтактного коммутатора тока аналогичен принципу действия бесконтактного трансмиттерного реле.

Первоначально бесконтактный коммутатор тока разрабатывался как составная часть электронной кодовой автоблокировки, предназначенной для модернизации существующей системы с числовым кодом. Однако и в релейно-контактной аппаратуре кодовой автоблокировки бесконтактный коммутатор тока способен решить задачу повышения надежности коммутационного узла и повысить качество кода, способствуя тем самым улучшению работы автоблокировки и устройств безопасности движения поездов - автоматической локомотивной сигнализации.

Другим бесконтактным прибором кодирования, повышающим надежность кодообразующей аппаратуры систем числовой кодовой автоблокировки является бесконтактный кодово-путевой трансмиттер. БКПТ служит для формирования числовых кодов КЖ, Ж и 3 соответствующих сигнальным показаниям путевых светофоров с помощью полупроводниковых приборов и логических элементов. Универсальность приборов типов БКПТ заключается в том, что они могут, устанавливается в релейных шкафах кодовой автоблокировки, на релейных стативах систем электрической централизации станций. [3]

Начиная с 1975 года, коллективы разных организаций занимались разработкой кодового трансмиттера на основе электронных элементов. Однако в те годы широкого применения такой электронный аналог КПТШ не нашёл из-за высокой стоимости изделия, потому что в конструкции прибора было задействовано большое количество электронных элементов. [6 с.22]

Впоследствии каждая новая модификация БКПТ - БКПТР, БКПТ-У, БКПТ-УМ с помощью новых технических решений, используемых при построении электронного трансмиттера, получила более высокие показатели безопасности движения поездов и надёжности работы автоблокировки. [6 с.23]

Принципиально новой разработкой бесконтактных приборов кодирования стал электронный кодовый путевой трансмиттер ЭКПТ-УРС. Он выполнен на базе современных отечественных распределительных контроллеров со встроенными средствами вычислительной техники, обеспечивающих высокую точность и надёжность работы. [4]

Не менее важной, по своему значению, разработкой является микроэлектронный датчик импульсов ДИМ-1, предназначенный для использования взамен механических маятниковых трансмиттеров типа МТ-1 и МТ-2 при эксплуатации на железнодорожных переездах и постах электрической централизации в качестве датчика импульсного управления рельсовыми цепями, мигающими огнями ламп переездных светофоров и автошлагбаумов, а также ламп путевых светофоров. Датчик импульсов ДИМ-1 может размещаться в металлических шкафах наружной установки и стабильно работать при пониженной температуре, которая являлась причиной остановки механических маятниковых трансмиттеров. [2]

Принимая во внимание, что электромеханические приборы в цепях кодирования рельсовых цепей числовой кодовой автоблокировки вносят временные искажения кодовых сигналов, необходимо проводить корректировку временных параметров этих сигналов, поступающих на входы дешифраторов автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации, как в условиях ремонтных технологических участках РТУ – при регулировке датчиков кодов КПТШ и трансмиттерных реле ТШ, так и в процессе текущей эксплуатации. Это является одним из существенных недостатков кодирования рельсовых цепей электромеханическими датчиками типа КПТШ и электромагнитными реле типа ТШ.

Бесконтактные приборы так же обладают большим быстродействием, имеют малые размеры и массу, менее подвержены воздействию вибрации от проходящего подвижного состава, срок службы таких приборов не зависит от числа их срабатывания, из-за отсутствия механических перемещений.

Одним из главных преимуществ бесконтактных приборов кодирования в сравнении с электромеханическими является увеличение срока межинтервальных профилактических проверок в ремонтном технологическом участке РТУ предприятия - дистанции сигнализации, централизации и блокировки. Так трансмиттеры разных типов ТШ, КПТШ и маятниковые реле МТ с контактной системой проверяются в условиях РТУ – один раз в год. В свою очередь, бесконтактный кодовый трансмиттер БКПТ проходит проверки в РТУ один раз в пять лет, проверка прибора БКТ, а так же комплексная проверка микроэлектронного датчика импульсов ДИМ и вовсе выполняется один раз в 10 лет. Экономическая эффективность от внедрения этих современных приборов бесконтактного кодирования рельсовых цепей очевидна.

Используя, таким образом, современные технологии, удается преобразовать устаревшие системы автоматики управляющих движением поездов, как на станции, так и на перегоне и сделать их по-настоящему перспективными, и более надёжными, а также снизить эксплуатационные расходы на их обслуживание, причем даже при более высокой стоимости применяемых бесконтактных приборов. [1]

Техническое описание инструкция по эксплуатации 36291000 ТО Датчики импульсов микроэлектронные ДИМ-1 и ДИМ-2

Технические описание и инструкция по эксплуатации БКПТ-У 36861-00-00 ТО

Электронный кодовый путевой трансмиттер ЭКПТ-УРС. Прайс – лист ЭЗ «ГЭКСАР».

Анализ случаев нарушения нормальной работы устройств СЦБ за 2010 год. Управление автоматики и телемеханики ОАО «РЖД»

Читайте также: