Анализ электропитающих устройств жат

 

На сегодняшний день одним из важных вопросов является изучение или развитие отрасли автоматики и телемеханики в железнодорожной отрасли Республики Казахстан. Очевидно, что развиваются различные технологические связи и дискретные передачи информации в области автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте, в том числе на высокочастотной телефонной аппаратуре в широко используемой автоблокировке, электрической и диспетчерской централизации, автоматических телефонных станциях в абонентской и звуковой телеграфии, аппаратуре. В частности, большое внимание уделяется системе авторегулирования высокоскоростного движения транспорта и современной системе управления базовыми микропроцессорами, многоцелевой локомотивной сигнализации в микропроцессорной электрической централизации, диспетчерской централизации.

Для электропитания устройств автоматики и телемеханики на железной дороге используются выпрямители, полупроводниковые преобразователи, химические источники тока, дизель-электрические агрегаты и др. Все это оборудование входит в состав электропитающих устройств аппаратуры автоматики и телемеханики под напряжением и током электропитания.

Для работы различных электротехнических устройств требуется электроэнергия с определенными параметрами (напряжение, частота, количество фаз) и определенными показателями качества (нестабильность, амплитуда напряжения и т.д.). Идентифицируют источники электроэнергии с приемниками через различные преобразователи.

Для снижения капитальных и эксплуатационных затрат, на железнодорожном транспорте совмещают аппаратуру связи и размещают в специально оборудованных зданиях. При организации линий связи первого порядка оборудование устанавливают в линейно-аппаратных цехах, а при организации линий связи второго порядка – в зданиях телефонных и телеграфных постов. Все оборудование связи на больших постах и железнодорожных узлах размещается в отдельных служебно-технических зданиях, называемых зданиями связи.

Основное внимание уделяется микропроцессорным электрическим и диспетчерским централизациям, в основном современным системам управления базовыми микропроцессорами и системами авторегулирования высокоскоростного движения транспорта.

Все это оборудование входит в состав электропитающих устройств аппаратуры автоматики и телемеханики, подаваемой напряжением, током электропитания.

Аккумуляторные батареи в устройствах электропитания применяются для дополнительного функционирования источников постоянного тока, обеспечивают устройства ДЦ и ЭЦ источниками бесперебойного электропитания. Основное назначение ЭЦ и устройств электропитания в соответствии с современными требованиями, то есть быстрое, быстрое, безопасное и надежное действие. Для повышения пропускной способности и безопасности движения поездов на железной дороге устройства электропитания должны работать надежно.

Одним из необходимых требований современного электропитания является максимальное сокращение эксплуатационных затрат. К ним относятся время обслуживания персонала в устройствах ожидания и хранения, производственные профилактические замеры и проверки текущего ремонта участка технологического ремонта. Благодаря использованию полупроводниковых приборов, работающих более надежно и не требующих сложного механического регулирования, более быстрое осуществление периодических проверок, чем релейные устройства, значительно сокращает время, затраченное на проверку и ремонт аппаратуры электропитания. При построении схемы электропитания сокращаются капитальные затраты на производство аппаратуры. Например, одна структура, объединенная одновременно работающим заряженным устройством и преобразователем постоянного тока, многократно используемая, приближенная ко всем деталям. Для работы приборов релейной защиты и автоматики необходим оперативный ток. Под оперативным током понимается ток, проходящий по вторичной цепи релейной защиты и автоматики, а также по цепи сигнализации и управления. Схемы питания приборов релейной защиты и автоматики применяются двух видов – постоянного оперативного и переменного оперативного тока.

На участках, оборудованных автоблокировкой или диспетчерской централизацией, устройства переездной сигнализации питаются от высоковольтных линий СЦБ. Для питания приборов автошлагбаумов и ламп светофоров для автотранспорта предусматривается резервное питание от аккумуляторных батарей.

На участках, где автоблокировка или диспетчерская централизация отсутствует, приборы переездной сигнализации получают питание от существующих линий электропередачи напряжением 10 кВ, подстанций и сетей 380/220 В, от которых подается энергия потребителям не ниже II категории с резервом от аккумулятора.

При отсутствии местных источников электроэнергии допускается питать устройства переездной сигнализации от соседних станций по проводам, подвешенным на опорах линий связи МПС.

На опорах линий связи провода подвешивают с соблюдением следующих правил: напряжение между проводами не должно превышать 250 В; провода располагают крайними со стороны поля на верхней траверсе или на специальных кронштейнах, устанавливаемых на верхушке опор; на станциях, в населенных пунктах и на подходах к ним питающие провода имеют двойное крепление; на всем протяжении питающие провода скрещивают.

Батарея аккумуляторов напряжением 28 В (2 батареи по 14 В) обеспечивает работу электроприводов шлагбаумов и резервирование огней переездных светофоров при отключении переменного тока (рис. 3.1). При автоматической переездной сигнализации без автошлагбаумов устанавливают батарею аккумуляторов напряжением 14 В. Для питания реле и схем автоблокировки используют выпрямитель типа БПШ. Разделение источников питания позволяет сохранять работоспособность автоблокировки при повреждении цепей управления автошлагбаума.

 

Рисунок 3.1. Схемы электропитание автоматической переездной сигнализации с автошлагбаумами

 

При полуавтоматической блокировке станционные устройства получают питание от тех же источников, что и устройства автоблокировки и диспетчерской централизации, а также от местных источников питания - линий электропередачи напряжением 10 кВ и существующих сетей напряжением 380/220 В, по которым осуществляют электроснабжение потребителей не ниже II категории.

Для резервного питания устройств полуавтоматической блокировки на каждой станции предусматривают аккумуляторные батареи (из аккумуляторов типа АБН-72 или АБН-80), которые рассчитаны на работу устройств в течение 16 ч. Аккумуляторы размещают в батарейных шкафах совместно с выпрямителями типа ВАК или специальным зарядно-буферным устройством типа ЗБУ-12/10, которое еще находится в эксплуатации.

Наиболее экономичным прибором для питания устройств полуавтоматической блокировки является регулятор тока РТА, так как этот прибор имеет два режима заряда – постоянный подзаряд и форсированный заряд батареи аккумуляторов максимальным током с возможностью их широкой регулировки по току и автоматическим переключением.

Аккумуляторные батареи поста ЭЦ должны питать аварийное освещение устройств реле, схем оперативно-технологической связи в течение 2 часов и резервное питание огней на входном светофоре в течение 6 часов. Для ввода источников питания внешнего переменного тока на пост электрической централизации, а также для преобразования аккумуляторных батарей в переменный и постоянный ток различного напряжения, необходимые для питания устройств, применяются щитовые устройства питания.

Современные системы электрической централизации характеризуются центральным питанием светофоров, стрелочными электроприводами, рельсовыми цепями и постовой оперативно-технологической связью посредством двунаправленной парковой связи, поездной радиосвязи и устройств пневматической очистки отводов от снега.

Большая часть железной дороги на родине электрифицирована переменным током. Устройства автоматики и телемеханики на железной дороге, участвуют в первой категории электропитания и работают в основном на постоянном токе. Для приема постоянного тока применяется выпрямительное устройство, использующее полупроводниковый вентиль.

Светофоры и контрольные цепи стрелочных электроприводов питаются однофазным переменным током напряжением 220 В, электродвигатели стрелочных электроприводов - постоянным током напряжением 220-245 В или переменным током напряжением 220/127 В и 2381 132 В. Для защиты от опасных влияний сетей частотой 50 Гц рельсовые цепи питаются переменным током частотой 25 Гц от статических преобразователей частоты типа ПЧ 50/25. Лампы пульта управления и табло в основном питаются только переменным номинальным током напряжением 24 В. Контрольные лампы тех объектов, которые сами питаются постоянным током или имеют источники питания, не зависимые от устройств ЭЦ (например, лампы контроля состояния примыкающих к станции перегонов, лампы, контролирующие устройства питания, и др.), имеют резервное питание от аккумуляторной батареи напряжением 24 В. Реле электрической централизации питаются от контрольной батареи аккумуляторов напряжением 24 В с подзарядом от выпрямителя.

В зависимости от надежности внешних источников электроснабжения применяют две системы электропитания устройств электрической централизации: безбатарейную и батарейную. При любой системе для питания аппаратуры поста электрической централизации предусматривают контрольную аккумуляторную батарею.

При безбатарейной системе контрольная батарея поддерживает питание реле, имеющих цепи самоблокирования, на время переключения питания устройств с основного фидера на резервный или на время, необходимое для запуска дизель-генератора. Кроме того, от контрольной батареи через полупроводниковый преобразователь на установленное время осуществляется резервное питание красных и пригласительных ламп входных светофоров. В настоящее время, как правило, проектируется безбатарейная система питания.

В батарейной системе питания при отключении источников переменного тока (внешних и дизель-генератора) от контрольной батареи через статические преобразователи осуществляется питание всех объектов электрической централизации, требующих напряжения 220 В переменного тока, исключая обогрев контактов автопереключателей стрелочных электроприводов. От контрольной батареи питаются реле и лампы табло.

Для питания оперативно-технологической связи на посту ЭЦ устанавливают аккумуляторную батарею напряжением 24 В, работающую в буферном режиме с выпрямителем. При отключении переменного тока от этой батареи питается аппаратура связи и аварийное освещение поста ЭЦ.

Резервное питание переменного тока ламп входных светофоров на станциях с центральным питанием осуществляется от контрольной батареи поста электрической централизации через статические пребразователи типа ПП-300 М.

Экономия электроэнергии одна из основных задач. Экономное использование электроэнергии позволяет использовать меньшую емкость аккумулятора, что позволяет экономить редкие материалы. Увеличение коэффициента полезного действия на вторичных источниках питания и использование наиболее необходимого режима заряда батареи является основной целью экономии электроэнергии.

   Устройства СЦБ относятся к электроприемникам, в которых нарушение электроснабжения может повлечь за собой: опасность для жизни людей, ущерб экономике, перебои в движении поездов, повреждение оборудования. Поэтому электропитание устройств СЦБ обеспечивается электроэнергией как минимум от двух независимых источников питания: основного и резервного.

   Основное электропитание устройств железнодорожной автоматики и телемеханики осуществляется от высоковольтной линии (ВЛ) напряжением 6 или 10 кВ, сооружаемой вдоль железнодорожного пути и железнодорожных станций, а также от электрических сетей напряжением 220 или 380 В. Для питания устройств используют выпрямители, трансформаторы, преобразователи и аккумуляторы.

   Выпрямители служат для выпрямления однофазного переменного тока в постоянный. В устройствах СЦБ они предназначены для работы с аккумуляторными батареями по буферной системе и непосредственно для питания релейных цепей постоянным током.

   Выпрямитель состоит из понижающего трансформатора и выпрямительного столбика (или выпрямительного моста). Первичную обмотку трансформатора включают в цепь переменного тока 110 или 220 В частотой 50 – 75 Гц. Вторичную обмотку подключают к выпрямительному мосту. С выхода выпрямителя получают выпрямленный постоянный ток.

   Трансформаторы служат для питания переменным током различных цепей автоблокировки и электрической централизации и подразделяются на линейные, путевые, сигнальные, релейные, изолирующие и вспомогательные. Все трансформаторы, кроме линейных типа ОМ, имеют естественное охлаждение и могут устанавливаться на полке или закрепляться на стене.

   Линейный трансформатор типа ОМ (однофазный масляный) устанавливается на выносной силовой опоре высоковольтной трехфазной линии автоблокировки и служит для преобразования высокого напряжения 6 или 10 кВ в низкое 230 или 115 В. Мощность трансформатора может быть 0,63 и 1,25 кВ А.

   Путевые трансформаторы типа ПОБС (путевой однофазный с броневым сердечником сухой), ПТ и ПРТ служат для питания рельсовых цепей переменного тока. Трансформаторы типа ПОБС предназначены для работы от сети переменного тока 110 или 220 В частотой 50 Гц. Трансформаторы ПТ и ПРТ работают от переменного тока 110/220 В частотой 25 Гц. Вторичная обмотка путевых трансформаторов секционированная, что позволяет получить различные напряжения. Трансформаторы типа ПОБС широко применяются в кодовых рельсовых цепях на участках с автономной и электрической тягой постоянного тока, их вторичные обмотки (рис. 3.2) состоят из двух секционированных обмоток II и III. Устанавливая перемычки между выводами II и III обмоток, можно получить различные напряжения. Например, для ПОБС-2 – в пределах 0,55-17,6 В, для ПОБС-3 – в пределах 5,5-247 В. Трансформаторы типов ПТ и ПРТ применяются в качестве путевых и релейных трансформаторов в рельсовых цепях переменного тока 25 Гц на участках с электротягой переменного тока.

 

Рисунок 3.2. Схема обмоток путевого трансформатора типа ПОБС-2АУЗ

 

   Сигнальные трансформаторы типов СОБС и СТ предназначены для питания светофорных ламп. В трансформаторе СОБС к первичной обмотке подключается напряжение 110 или 220 В, а на вторичной обмотке можно получить напряжение 20,18 и 38 В. Сигнальный трансформатор типа СТ предназначен для центрального питания светофорных ламп; его первичная обмотка включается в цепь 220 В последовательно с огневым реле.

   К релейным трансформаторам относятся трансформаторы типа РТ и РТЭ, которые применяются в станционных рельсовых цепях переменного тока с непрерывным питанием в качестве повышающих трансформаторов.

   Трансформаторы типа ТС (трансформатор силовой) применяются в устройствах электрической централизации. Они имеют естественное воздушное охлаждение и выпускаются различной мощности. В устройствах СЦБ применяются трансформаторы мощностью 25 кВ А.

   Для аварийного питания цепей постоянного тока используются кислотные аккумуляторы в стеклянных сосудах: при автоблокировке — аккумулятор типа АБН-80 (автоблокировочный с намаз- ными пластинами). Напряжение на аккумуляторе 2,2 В; номинальная емкость 80 А-ч. На станциях применяют аккумуляторы типа С соответствующей емкости. В настоящее время получили распространение аккумуляторы закрытого типа, а также герметизированные аккумуляторы.

   Существующие системы электропитания постов ЭЦ ориентированны на систему энергоснабжения TN-C, не симметричную относительно заземления. Применяемые в МПЦ и РПЦ средства вычислительной техники (СВТ), как правило, имеют входные фильтры, построенные по симметричной схеме. Эффективность этих фильтров ухудшается при применении в несимметричной сети.

   Для входных цепей широко применяемых бестрансформаторных импульсных источников питания характерна существенная динамическая нелинейность. Традиционная сеть питания постов электрической централизации рассчитана на линейную нагрузку, при этом основная мощность приходится на первую гармонику и по нейтрали ток практически не протекает, так как токи нагрузок в ней всех трех фаз взаимокомпенсируются. При нелинейной нагрузке по нейтрали начинают протекать значительные рабочие токи. По сечение кабелей постов электрической централизации выбиралось исходя из симметричности и линейности нагрузки, при этом сечение провода нейтрали составляло 1/3 от сечения фазного провода. В результате происходит перегрузка проводника нейтрали, что приводит к протеканию тока нейтрали по заземлению и отгоранию нейтрали. Нейтральный проводник в существующих систем электропитания постов ЭЦ не защищен.

   Эти аспекты заставили разработчиков микропроцессорных систем решать проблему бесперебойности электропитания своих разработок. С этой целью для СВТ стали применяться индивидуальные устройства бесперебойного питания (УБП), образуя децентрализованную систему бесперебойного питания. Эксплуатация таких систем питания выявила следующие недостатки:

· малое время резервирования (5-10 минут),

· примитивная работа с аккумуляторной батареей приводящая к сокращению ее срока службы,

· отсутствие внешнего мониторинга и диагностики УБП,

· отсутствие диагностики предотказного состояния аккумуляторной батареи, что не позволяло перейти от регламентного технического обслуживания к обслуживанию по состоянию,

· возникновение помех при переходе питания от батареи на сеть из-за питания нескольких взаимосвязанных между собой СВТ от разных ИБП, преобразователи которых не синхронизированы между собой,

· применение нескольких обособленных аккумуляторных батарей при сохранении основной обслуживаемой кислотно-свинцовой батареи,

· резервирование питания от аккумуляторных батарей только выделенной

части устройств, так как при пропадании фидеров электропитание светофоров, рельсовых цепей и стрелочных электроприводов не поддерживалось.

   Устройства электропитания по месту применения подразделяются на постовые и напольные. В данной работе рассматриваются только постовые устройства электропитания, так как МПК размещаются только на постах ЭЦ и в транспортабельных модулях, что аналогично постовому размещению. На рисунке 3.3 приведены две СЭ ЖАТ: верхняя, имеющая традиционную структуру и нижняя, предлагаемая для электропитания МПК. Для обеспечения параметрической совместимости (ПС) СЭ должна быть совместима с внешними и внутри постовыми источниками тока и нагрузкой. Параметрическая совместимость с внешними источниками тока должна обеспечиваться селективностью токовых защит как в штатном режиме работы, так и при коротких замыканиях. Проблемам расчетов токов короткого замыкания для обеспечения ПС с источниками тока посвящен отдельный раздел главы. ПС с нагрузкой также нуждается в коррекции. Появляются еще две категории нагрузки: бесперебойные и бесперебойные отключаемые. Для бесперебойных нагрузок недопустим даже кратковременный перерыв в электропитании. В тоже время появились нагрузки на базе средств вычислительной техники, которым требуется качественное электропитание, но предназначены они для повыщения комфорта обслуживающего персонала, от которого можно отказаться при выключении внешнего энергоснабжения в пользу экономии емкости АКБ, Также нуждается в оптимизации система бесперебойного электропитания для снижения затрат на строительство и эксплуатацию.

 

Рисунок 3.3. Сравнительная характеристика СЭ ЖАТ и СЭ МПК ЖАТ.

 

   ПС с внутрипостовыми источниками тока требует коррекции, так как возрастает мощность нагрузок, которые необходимо обеспечить бесперебойным питанием, что влечет увеличение емкости АКБ. Увеличение емкости АКБ, в свою очередь, накладывает определенные условия на выбор резервной электростанции.

   Кроме того СЭ должна иметь возможность совмещения с альтернативными источниками электроэнергии, популярность которых растет с каждым годом.

   В состав постовых СЭ могут входить:

-  вводные устройства ВУ, содержащие средства отключения и защиты;

-  комплектные распределительные устройства КРУ, содержащие коммутационные приборы, щины питания, средства защиты автоматики и контроля, вторичные источники электропитания (трансформаторы, выпрямители и преобразователи);

-  устройства бесперебойного питания УБП;

-  автономные источники электропитания (аккумуляторные батареи и ДГА).

   Системы электропитания по непрерывности питания аппаратуры ЖАТ подразделяются на две группы: системы бесперебойного питания (СБП); системы гарантированного питания (СГП).

   В зависимости от степени резервирования питания аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики от аккумуляторных батарей СЭ подразделяются на: 1) системы с полным аккумуляторным резервом; 2) системы с частичным аккумуляторным резервом.

   СЭ по требованиям электробезопасности подразделяются на классы:

• класс 0 – имеется основная изоляция и отсутствует элемент для присоединения открытых проводящих частей к защитному проводнику электроустановки;

• класс I – имеются основная изоляция и элемент для присоединения открытых проводящих частей к защитному проводнику электроустановки;

• класс II – имеется двойная или усиленная изоляция и не предусмотрены элементы для присоединения защитного проводника;

• класс III – устройства электропитания не имеющее внутренних или внешних электрических цепей напряжением выше 50 В переменного или 120 В постоянного тока.

Во время эксплуатации устройств электропитания перегонных устройств автоматики и телемеханики возникают различные неисправности, наиболее характерные из которых следующие: перегорание предохранителей; повреждение разрядников и выравнивателей в цепях грозозащиты; нарушение норм сопротивлений рабочих и защитных заземлений; снижение выпрямленного напряжения у выпрямителей; сульфитация и изломы пластин аккумуляторов; выкрашивание активной массы и коробление пластин аккумуляторов; короткое замыкание между пластинами аккумуляторов; неисправность резервного питания.

Для предотвращения повреждений устройств электропитания следует строго соблюдать порядок технического обслуживания устройств в соответствии с действующими инструкциями.

Проверку состояния предохранителей, проверку и регулировку приборов грозозащиты, измерение сопротивления рабочих и защитных заземлений необходимо проводить один раз в год. Замену всех типов предохранителей (независимо от их состояния) на новые, заранее проверенные, осуществляют в следующие сроки: предохранители с номиналом тока до 5 А включительно - один раз в год; автоматические выключатели типа ЛВМ и предохранители с номиналом более 5 А - один раз в 3 года. Один раз в год электромеханик меняет разрядники и выравниватели напряжения на проверенные.

Наиболее характерные неисправности станционных устройств электропитания следующие: отклонение номинального напряжения в цепях электропитания устройств электрической централизации на щитовой установке; неисправность предохранителей, переключателей, блоков автоматической регулировки напряжения, пакетных переключателей и контакторов, кнопок, контактов реле, пластин выпрямителей, схем сигнализации перегорания предохранителей щитовых установок, резервных электростанций ДГА, преобразователей резервного питания; повреждение разрядников и выравнивателей в цепях грозозащиты; нарушение работы вентиляции в аккумуляторном помещении, различные повреждения аккумуляторов; неисправность резервного питания по переменному току на станциях.

Для профилактики и предотвращения повреждений электропитания станционных устройств необходимо строго соблюдать порядок технического обслуживания устройств в соответствии с действующими инструкциями. Напряжения всех цепей питания устройств электрической централизации нужно проверять один раз в 4 недели; проверку напряжения всех цепей питания устройств ЭЦ на щитовой установке, четкость работы переключателей и правильность работы блоков автоматической регулировки напряжения должен выполнять электромеханик один раз в неделю.

Внешний осмотр щитовой установки с проверкой исправного состояния и надежности крепления монтажа на зажимах, состояния контактов реле, кнопок, открытых переключателей и контакторов, чистоты их контактной поверхности, состояния пластин выпрямителей осуществляют один раз в 3 месяца.

Состояние и пробный запуск резервных электростанций ДГА и преобразователей резервного питания с подключением нагрузки проверяют 2 раза в год.

Проверку и регулировку приборов грозозащиты, измерение сопротивления рабочих и защитных заземлений, замену разрядников и выравнивателей напряжения выполняют один раз в год.

Работу вентиляции в аккумуляторном помещении проверяют один раз в 4 недели. Проверку состояния аккумуляторов с измерением напряжения и плотности электролита для систем с автоматической регулировкой напряжения осуществляют один раз в 4 недели, проверку наличия и исправности резервного питания по переменному току на станциях и перегонах - один раз в 3 месяца.

Проверку состояния выпрямителей с измерением выпрямленного напряжения проводят один раз в 3 месяца. Выпрямленное напряжение выпрямителя типа ВАК регулируют без отключения нагрузки перемещением магнитного шунта или переключением секций вторичной обмотки трансформатора. У выпрямителей, работающих в буферном режиме, прямой ток нужно измерять один раз в год. Проверку состояния аккумуляторов с измерением напряжения и плотности электролита необходимо выполнять также один раз в год.

Наличие и исправность резервного питания на станциях и перегонах следует проверять один раз в 3 месяца, что выполняют при измерении напряжения и переключении питания с основного источника на резервный. При отсутствии устройств переключения на перегонах такую проверку можно выполнять при измерении напряжения резервного источника питания.

Электрические параметры устройств автоматники и телемеханики измеряют приборами, имеющими класс точности не ниже 2,5 для переменного тока и 1,5 для постоянного тока. Механические параметры устройств автоматики и телемеханики измеряют приборами или приспособлениями, имеющими класс точности или допуски, которые определяются паспортными данными на эти средства измерения.

       

   3.2 Анализ развития систем бесперебойного питания ЖАТ

   3.2.1 Классификация устройств бесперебойного питания

 

   Для казахстанских и зарубежных систем бесперебойного электропитания характерны два основных направления: системы с традиционным автоматом ввода резерва (АВР) на выходе которого включен УБП ( рис. 3.4 ) и системы на основе шины постоянного тока (рис. 3.5).

Рисунок 3.4. Структурная схема типовой системы бесперебойного электропитания на основе УБП переменного тока

 

   На функциональной схеме типовой системы электропитания здания изображены основные линии энергоснабжения, выделены технологические и бытовые потребители (общее освещение, сеть электрических розеток для подключения бытовых электроприборов), технические средства и линии энергоснабжения, входящие в состав СЭ. Энергопотребители систем электропитания разделяются на две группы. К первой группе относят оборудование, требующее электропитания со стабильно высокими показателями качества электроэнергии, а также не допускающие (по условиям технологического цикла) перерывов в электропитании. В эту группу потребителей входит все компьютерное оборудование, системы связи, активное сетевое оборудование, аппаратура видеонаблюдения, сигнализации, медицинское оборудование. На схемах эта группа обозначена "Потребители СГЭ - "А". Потребители этой группы подключаются к выходу УБП. Вторая группа содержит оборудование, подключаемое непосредственно к выходу ДГА, не требующее стабильно высоких качественных показателей качества электроэнергии и допускающее кратковременный перерыв (30-120 сек.) в электропитании. Эта группа потребителей включает в себя системы аварийного освещения, а также оборудование кондиционирования помещения для размещения комплекса устройств БП. Па схемах эта группа обозначена "Потребители СГЭ - "В". Также в эту группу включаются такие системы, как например, комплекс средств охраны, сигнализации и другое оборудование, защищенное локальными УБП. Выделение в рамках СЭ групп потребителей, подключаемых к источникам электропитания различного типа (УБП и ДГА) позволяет достичь следующих результатов: Исключение из группы "А" таких потребителей, как системы кондиционирования и аварийное освещение позволяет снизить нагрузку на УБП, что, в свою очередь, увеличивает время автономной работы УБП в аварийном режиме и дает возможность использовать устройства БП меньшей мощности. УБП осуществляет гальваническую развязку между сетями электропитания компьютерного и коммуникационного оборудования и сетью электропитания технологического оборудования (в частности, системы кондиционирования). Это позволяет значительно снизить уровень помех в сети защищенного электропитания при включении и выключении оборудования, характеризующегося нелинейным характером и большими пусковыми значениями тока потребления.

 

Рисунок 3.5. Структурная схема типовой системы бесперебойного электропитания постоянного тока.

 

   В системе постоянного тока, характерной для электропитания особо важных потребителей, исключающих возможность некачественного питания от входной сети, основу составляет шина постоянного тока, к которой параллельно подключены источники и потребители. Источники переменного тока32 подключены через выпрямители, источники постоянного тока через коммутирующие устройства. Потребители постоянного тока напряжением, совпадающим с напряжением шины подключаются непосредственно к шине через устройства токовой защиты, потребители постоянного тока напряжением, отличным от напряжения шины и потребители переменного тока - через DC/DC и AC/DC преобразователи соответственно. Так как потребители не допускают запитки непосредственно от некачественного напряжения сети даже в аварийных режимах в системе отсутствует байпас, а проблема повышения надежности решается резервированием, при этом в базовой системе не резервируется сама шина. Для сверх особо важных потребителей применяется дублированная система постоянного тока, но в этом случае конечные потребители должны иметь два альтернативных входа питания.

   Существует два основных класса системы БП: с «холодным» и с «горячим» аккумуляторным резервом, устройства БП с холодным резервом характеризуются тем, что преобразователь постоянного напряжения в переменное в нормальном режиме работы отключен от нагрузки и подключается к ней только при недопустимых отклонениях входного напряжения. Различают два основных типа устройств БП с холодным резервом: off-line и line-interactive. УБП с горячим резервом характеризуются тем, что преобразователь постоянного напряжения в переменное постоянно подключен к нагрузке, поэтому в них отсутствуют потери времени на переключение с основного питания на резервное. Среди УБП с горячим резервом различают два основных типа: on-line и с дельта преобразованием. Ниже приведен сравнительный анализ указанных устройств БП:

   Off-line: Иногда его еще называют защитой «в режиме standby». Это недорогое решение предназначено для оборудования, которое требует минимальной защиты электропитания, УБП класса off-line обеспечивает резервирование питания в случае полного пропадания питания, однако не способен выдать чистый синусоидальный ток на выходе.

   Line-interactive: УБП этого класса стоят дороже. Системы класса line-interactive не только обеспечивают базовую защиту питания в случае полного его пропадания, они также сглаживают всплески сигнала, УБП класса line-interactive лучше всего подходит для защиты нагрузки, для которой чистый синусоидальный ток на выходе не является критически важным условием успешной работы оборудования.

   On-line: УБП класса on-line идеально подходят для защиты электропитания критически важных приложений. Эта категория УБП защищает от всех видов неполадок электропитания и непрерывно следит, чтобы на выходе получался чистый, отрегулированный до заданных параметров переменный ток.

   С дельта-преобразованием: Аналогично конструкции устройств БП с двойным преобразованием, в устройстве БП с дельта-преобразованием всегда установлен инвертор, подающий напряжение на нагрузку. Однако дополнительный дельта-преобразователь также способствует увеличению мощности на выходе инвертора. В условиях перебоев в питании или нарушения энергоснабжения эта конструкция действует идентично УБП с двойным преобразованием.

   Применение источников бесперебойного питания в системах железнодорожной автоматики и телемеханики сопровождается следующими проблемами. С экономической точки зрения применения группового УБП в системах электропитания постов ЭЦ для организации централизованного бесперебойного питания целесообразно только в том случае, когда упраздняется постовая АКБ и ее функции реализует УБП и упрощаются источники электропитания с выходным напряжением 24 В для релейной техники, так как для нее не требуется малый уровень пульсации. Наряду с тремя категориями потребителей, которые обеспечиваются негарантированным, гарантированным и бесперебойным электропитанием, должна вводиться четвертая категория потребителей, питаемая от УБП, но отключаемая при пропадании основного питания до включения дизель-генераторного агрегата (ДГА). Сердцем любой системы бесперебойного питания является аккумуляторная батарея (АКБ). От ее надежности и качества зависит работа всех источников. Па рынке в настоящее время представлено большое разнообразие аккумуляторных батарей различного назначения. Поэтому остро стоит вопрос оптимального выбора АКБ для конкретных условий эксплуатации.

 

   3.2.2 Исследование структуры системы бесперебойного питания

 

   В период эксплуатации УЭП-МПК на станциях была выявлена закономерность, заключающаяся в неравномерном характере загрузки УБП в зависимости от технологии и объемов работы станции, размеров движения, степени заполнения приемо-отправочных путей. Статистически, на основе протоколов работы УБП определен характер потребления мощности нагрузками и установлено, что предельные значения потребления обусловлены увеличением потребляемой мощности кратковременно стрелочными электроприводами и продолжительно рельсовыми цепями при максимальном заполнении путей. При этом до 90% общего времени наработки СЭ загрузка УБП не превышала 25% от максимально возможной нагрузки, на которую она была рассчитана. Обнаруженная закономерность представлена на рисунке 3.6.

 

Рисунок 3.6. Характер потребления мощности нагрузками ЖАТ

 

В основной временной интервал, длиной t₁ и от t₂ и далее потребляемая мощность невелика и равна P_дл. Промежутку ti – t2 соответствует увеличенное потребление мощности Р_макс обусловленное технологическим процессом работы станции.

 

,                        (3.1)