МДК 02.01 Основы технического обслуживания устройств систем СЦБ и ЖАТ
(Перейти в содержание модуля)
1.1.1. Общие принципы организации электропитания устройств систем СЦБ и ЖАТ
Защита цепей электропитания устройств от перенапряжений
В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям. Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надежную изоляцию, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники и выравниватели.
Самыми распространёнными средствами защиты от перенапряжений приборов перегонной сигнальной установки автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации являются вентильные разрядники типа РВНШ-250 (Рис. 1) или РВН-250.
1 — разрядник РВНШ-250 (черт. 197.01.00); 2 — перемычка с контактными втулками (черт. 197.05.00); 3 — два винта М6х18; 4 — клемма двухштырная (черт. 60566.00)
Рис.1 - Разрядник штепсельный РВНШ-250 (черт. 197.00.00ВО)
Разрядник РВН-250 предназначен для защиты от перенапряжений электрических цепей аппаратуры автоматики с рабочим напряжением до 250В и обеспечивает мгновенное гашение дуги сопровождающего тока. Разрядник штепсельный РВНШ-250 предназначен для защиты от перенапряжений электрических цепей аппаратуры автоматики с рабочим напряжением до 360В и обеспечивает мгновенное гашение дуги сопровождающего тока.
Более поздняя разработка — это разрядники РКН-600 предназначенные для замены разрядников типа РВНШ-250 в цепях защиты вводов питания и цепях ввода-вывода. Расшифровка разрядников РКН — разрядник керамический с ножевыми выводами. Он предназначен для защиты изоляции переменного тока с напряжением от 0 до 250В и постоянного тока с напряжением от 0 до 120В в устройствах автоматики от импульсных перенапряжений, возникающих в результате грозовых разрядов и коммутационных процессов в линиях электропитания. С 1989 года промышленностью выпускаются устройства УЗТ и устанавливаются взамен разрядников типа РВНШ-250.
Рис. 2 - Защитные разрядники РКН
Устройства защиты тиристорные типов УЗТ-1 и УЗТ-2 (рис. 3) предназначены для защиты аппаратуры электрических цепей переменного тока с частотой до 75Гц и рабочим напряжением до 220В (УЗТ-1) либо до 60В (УЗТ-2) от коммутационных перенапряжений, возникающих на аппаратуре рельсовых цепей при аварийных режимах работы тяговой сети.
а) устройства защиты тиристорные типов УЗТ-1 и УЗТ-2; б) схема соединений устройства УЗТ и резистора 7157 сопротивлением 14 Ом
Рис. 3 - Устройства защиты тиристорные типов УЗТ-1 и УЗТ-2
Для защиты от перенапряжений полупроводниковой аппаратуры СЦБ предназначены выравниватели разных типов. С 1973 года выпускаются керамические выравниватели типа ВК-10 (рис. 4).
Рис. 4 - Выравниватели керамические типа ВК-10
Выравниватели ВОЦШ-220 и ВОЦШ-110 предназначены для защиты от перенапряжений полупроводниковой аппаратуры СЦБ и связи в электрических цепях с номинальным напряжением 220 и 110В переменного тока частотой 50 Гц.
Рис. 5 - Выравниватель ВОЦШ-220
Оксидиоцинковые выравниватели типа ВОЦН. В отличие от разрядника выравниватель не имеет искрового промежутка. Его основным элементом является вентильный диск, сопротивление которого резко изменяется в зависимости от приложенного напряжения: уменьшается с увеличением напряжения и возрастает при его снижении.
Выравниватели, как и разрядники, могут пропускать импульсы тока в обоих направлениях. Время их срабатывания (пробоя) измеряется микросекундами, т. е. они срабатывают в 1000 раз быстрее разрядников. Это время соизмеримо со временем срабатывания полупроводникового прибора. Поэтому выравниватели применяют, главным
образом, в качестве дополнительного каскада защиты полупроводникового прибора от поперечных перенапряжений "провод - провод". Эти средства защиты включают, как правило, параллельно полупроводниковому прибору. Иногда их используют в качестве разрядников и включают между проводом и землей.
Выравниватели являются защитными приборами многократного действия. Они имеют высокую механическую прочность, обеспечивающую стабильность электрических параметров при вибрациях, вызываемых движением поездов. Выравниватели просты по конструкции и не требуют особого обслуживания.
Выравниватели типа ВОЦ (В - выравниватель, ОЦ - оксидноцинковый, Ш – штепсельного Н- ножевого типа) маркируют с указанием номинального напряжения защищаемой цепи (110, 220 и 380 В) и классификационного напряжения варистора, используемого в данном выравнивателе (например, ВОЦН-220,/560, где 220 - номинальное напряжение, В, выравнивателя, а 560 - классификационное напряжение, В, находящегося в нем варистора).
На сети железных дорог используют оксидноцинковые и керамические выравниватели.
Оксидноцинковый выравниватель типа ВОЦН-110 состоит из вентильного диска, устанавливаемого на стандартной двухштырной колодке СЦБ. В качестве диска используют оксидноцинковые варисторы типа СН2-2Б с классификационным напряжением от 330 до 470 В
В оксидноцинковом выравнивателе типа ВОЦН-220 (для электрических цепей напряжением 220 В) в качестве вентильного диска использованы варисторы типа СН2-2Б с более высокими классификационными напряжениями от 510 до 620 В
Оксидноцинковый выравниватель типа ВОЦН-380 (для электрических цепей напряжением 380 В) является наиболее высокоомным и мощным защитным прибором, в котором используют варисторы типа СН2-2Б с классификационными напряжения от 680 до 1000 В.
Необходимо заметить, что при сквозном прожоге через варистор будет протекать ток под действием рабочего напряжения защищаемой цепи, который может вызвать его разогрев до температуры 200 0С и возгорание монтажа защищаемого полупроводникового прибора. Поэтому для исключения таких случаев выравниватели типа ВОЦН следует устанавливать на специальной панели или в закрытых блоках таким образом, чтобы их пластмассовый корпус не касался близлежащих монтажных проводов и других воспламеняющихся материалов, а выпадение горящих частей пластмассового корпуса выравнивателя не могло бы вызвать возгорания расположенных монтажных проводов.
Выравниватели типа ВОЦН-24 и ВОЦН-36 пришли на смену выравнивателям ВОЦШ-220 и ВОЦШ-110 и предназначены для защиты аппаратуры рельсовых цепей на участках с автономной тягой и другой низковольтной аппаратуры от импульсных перенапряжений, возникающих в результате грозовых разрядов и коммутационных процессов в контактной сети электрифицированных железных дорог.
Несмотря на многолетний опыт эксплуатации, перечисленные выше средства грозозащиты, оказались недостаточно надёжными и эффективными. Кроме того, они требуют периодической проверки и сами могут стать причиной возгорания оборудования, в результате которого выходили из строя полупроводниковые элементы приборов, происходили пробои изоляции обмоток сигнальных трансформаторов, прожоги штепсельных плат реле.
Иногда срабатывание выравнивателей и разрядников приводило к выходу из строя питающего кабеля, оплавлению монтажа и даже возгоранию релейных шкафов, что усугубляло ситуацию и увеличивало продолжительность отказа. Из-за отсутствия удалённого мониторинга состояние этих устройств защиты после воздействия грозовых перенапряжений электромеханикам СЦБ приходится менять разрядники и выравниватели, что требует дополнительных трудозатрат.
Для исключения возгорания релейных шкафов автоблокировки от элементов защиты специалистами хозяйства автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» предпринимались разные меры. Наиболее эффективным оказался способ предложенный эксплуатационниками Дальневосточной железной дороги, при котором выравниватели и разрядники выносятся из релейного шкафа и размещаются в отдельно стоящем путевом ящике. Такой способ помог повысить защищённость сигнальных точек автоблокировки на участках повышенной грозовой активности на 30%.
Одним из современных и эффективных средств защиты является защитный фильтр ЗФ-220 (рис. 6), который устанавливается не в релейном шкафу, а в специальном кабельном ящике на опоре. По сравнению с распространенными элементами защиты от перенапряжений выравнивателей ВОЦШ и разрядников РВНШ защитный фильтр ЗФ-220 имеет более низкий порог срабатывания, меньшее значение остаточного напряжения и в своем составе содержит более энергоемкие элементы защиты, что обеспечивает большую надежность помехозащищенность аппаратуры СЦБ.
Рис. 6 - Защитный фильтр ЗФ-220
Защитный фильтр ЗФ-220 имеет встроенные средства обогрева, что обеспечивает стабильность характеристик при низких значениях температуры окружающей среды. Защитный фильтр ЗФ-220М содержит счетчик выработки ресурса защитных элементов, что позволяет дистанционно контролировать ресурс элементов защиты средствами диспетчерского контроля, либо по органам индикации на корпусе блока.
Следует отметить, что задолго до появления фильтров ЗФ, ещё в 90-х годах, проходила опытные испытания аппаратура защиты от импульсных перенапряжений, разработанная специалистами ДВГУПС: ключевое защитное устройство «КЗУ», защитный многофункциональный тиристорный ключ «ЗАМОК-Т» и сетевой фильтр ввода питания релейных шкафов «ФСРШ». Эти устройства были установлены для защиты вводов питания автоблокировки на участках с высокой грозовой активностью. В устройствах СЦБ с такой защитой повреждений не наблюдалось. По мнению работников дистанции СЦБ эти приборы имеют ряд достоинств: низкое остаточное напряжение при грозовом воздействии, стабильность характеристик во времени и по уровню срабатывания, возможность настройки устройств на любой уровень защиты. Но к их недостаткам можно отнести отсутствие информационных каналов о срабатывании устройств защиты для подачи в систему диспетчерского контроля, которыми обладает современное средство защиты аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК».
Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК» (рис. 7) - современное и эффективное средство защиты, которое включается в разрыв внешних цепей сигнальной установки и защищающее устройства автоблокировки от импульсных помех, проникающих со стороны источников электропитания, рельсовых и линейных цепей. В разработанном изделии «БАРЬЕР-АБЧК» реализованы решения, повышающие надёжность и сокращающие затраты на обслуживание как защищаемой аппаратуры, так и самой аппаратуры защиты.
Рис. 7 - Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК»
Аппаратура защиты «БАРЬЕР-АБЧК» имеет средства контроля срабатывания защиты, вычисления ресурса и передачу сигнала о необходимости замены защитных элементов (80% ресурса) в аппаратуру диспетчерского контроля. Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК» устанавливается на боковой стенке перегонного релейного шкафа с внешней стороны. Аппаратура защиты «БАРЬЕР-АБЧК» выпускается в трёх исполнениях «БАРЬЕР-АБЧК-1», «БАРЬЕР-АБЧК-2», «БАРЬЕР-АБЧК-3».
Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК-1» и «БАРЬЕР-АБЧК-2» предназначена для защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений устройств числовой кодовой автоблокировки и переездной сигнализации. Аппаратура защиты имеет средства контроля срабатывания защиты, вычисления ресурса и передачи сигнала о необходимости замены защитных элементов в аппаратуру диспетчерского контроля, размещается в шкафу аппаратуры защиты.
Отличительные особенности «БАРЬЕР-АБЧК-1» и «БАРЬЕР-АБЧК-2» заключаются лишь в способе их подключения к электрическим цепям релейного шкафа. Подключение входных цепей блоков защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1» в релейном шкафу производится на клеммы, на которые разделаны вводы кабелей релейного шкафа. При этом монтажные провода, увязанные в жгут из шкафа «БАРЬЕР-АБЧК-1» в релейный шкаф автоблокировки передаются через специальное отверстие. Шкаф аппаратуры «БАРЬЕР-АБЧК-2» в свою очередь установлен на отдельной стойке для релейных шкафов, а сообщение между шкафами организуется посредством сигнально-блокировочного кабеля, уложенного в земле и вводимого через защитные трубы.
Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК-3» предназначена для установки на внутренней стенке задней двери релейного шкафа, а в целом функции этой аппаратуры идентичны «БАРЬЕР-АБЧК-1» и «БАРЬЕР-АБЧК-2».
Современным модифицированным исполнением аппаратуры защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1-3» является аппаратура защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1М-3М», которая также предназначена для защиты устройств числовой кодовой автоблокировки и переездной сигнализации от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Она устанавливается на участках железнодорожных линий с любым видом тяги и релейными шкафами числовой кодовой автоблокировки.
В сравнении с аппаратурой защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1-3» аппаратура защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1М-3М оптимизирована для защиты как одиночных, так спаренных и сигнальных установок, увеличена нагрузочная способность по току, увеличена энергоемкость элементов защиты. В состав и функциональные возможности устройства могут изменяться в зависимости от условий применения, предусмотрена функция отключения варисторов при перегреве с передачей информации об отключении в цепи ДК, исключены элементы печатного монтажа. Модуль регистрации модернизированной аппаратуры имеет функции вычисления выработки ресурса и подсчета количества срабатываний элементов защиты, повреждение модуля защиты не приводит к отключению защищаемой цепи, снижена масса и уменьшены габариты.
Вследствие применения принципиально новой защиты от перенапряжений «ББАРЬЕР» и ЗФ-220 уменьшается количество нарушений нормальной работы устройств автоблокировки и сбоев автоматической локомотивной сигнализации. Более того эти устройства позволяют организовать дистанционный контроль выработки ресурса элементов защиты, в результате чего сокращаются эксплуатационные расходы на обслуживание элементов защиты.
| 
