Stabilność zasilania rezerwowego EON przez przetwornicę ZAZS EON

Transkrypt

1 CZUBAK Dawid 1 Stabilność zasilania rezerwowego EON przez przetwornicę ZAZS EON WSTĘP Elektroniczny obwód nakładany (EON) jest układem elektrycznym przeznaczonym do kontroli stanu określonego odcinka toru kolejowego, który stanowi jednocześnie istotną część tego układu. Kontrola dotyczy głównie zajęcia toru przez tabor kolejowy i jest realizowana na zasadzie przekształcenia zewnętrznych kryteriów, oznaczających znajdowanie się taboru na torze na parametry elektryczne, które wykorzystywane są w zależnościowych urządzeniach sterowania ruchem kolejowym. Urządzenie EON umożliwia również ciągła kontrolę stanu toków szynowych, na których znajdują się inne przeszkody niż tylko tabor kolejowy. Możliwość wykonywania tych funkcji spowodowała, że EON jest nieodłącznym atrybutem współczesnej automatyki systemów sterowania ruchem kolejowym. Zastosowanie urządzenia EON wyklucza udział personelu obsługi urządzeń nastawczych w kontroli bezpośredniej torów szlakowych lub stacyjnych, czego skutkiem jest wzrost bezpieczeństwa ruchu kolejowego. Jest stosowany w systemach srk, takich jak blokada liniowa, systemach zdalnego sterowania i kierowania ruchem kolejowym, w sygnalizacji przejazdowej, urządzeniach nastawczych na stacjach i górkach rozrządowych. Przetwornice są to urządzenia elektryczne przetwarzające prąd stały na prąd przemienny, lub odwrotne, bądź prąd zmienny o pewnej częstotliwości na prąd zmienny o innej częstotliwości (wyższej lub niższej). Przetwarzany prąd służy do zasilania urządzeń systemów sterowania ruchem kolejowym, w sytuacji uszkodzenia urządzeń zasilania sieciowego, które może spowodować nieprawidłowe funkcjonowanie urządzeń. Przetwornice włączają się najczęściej automatycznie do pracy jako źródło awaryjnego zasilania obwodów elektrycznych urządzeń systemów srk, jeżeli wystąpi brak napięcia pobieranego normalnie z szyn zbiorczych prądu zmiennego w tablicy rozdzielczej. W zasadzie na stacjach przelotowych bez stałego agregatu spalinowo-elektrycznego, w jednym okręgu nastawczym nie występuje nigdy więcej przetwornic sygnałowych niż 3 (jedna na dwa semafory wjazdowe i tarcze ostrzegawcze dla linii ze zorganizowanymi wjazdami z torów niewłaściwych). Bateria akumulatorów do przetwornic jest zabezpieczona wyłącznikiem samoczynnym, ponieważ zabezpieczenie główne powinno być kontrolowane ciągle, aby było wykluczone nie zadziałanie przetwornic podczas zaniku napięcia w sieci w razie przepalenia się bezpiecznika topikowego. Wyłącznik samoczynny, przerywając obwód zasilania z powodu zwarcia i nadmiernego przeciążenia zasilania sieciowego, włącza zestykiem pomocniczym obwód zasilania urządzenia EON. Oprócz tego wyłącznik samoczynny pozwala wyłączyć baterie tak samo jak i przy wyłączeniu awaryjnym. Kontrola stanu zabezpieczenia głównego innych baterii jest istotna, jak w przypadku baterii akumulatorowych przetwornic. Pobór prądu przez urządzenie jest mały i występuje znikome prawdopodobieństwo przeciążenia szkodliwego. W sytuacji zwarcia można stwierdzić brak napięcia prądu stałego z położenia i pracy urządzeń systemów sterowania ruchem kolejowym (SRK). Powyższe przetwornice umożliwiają zasilanie rezerwowe urządzeń srk i wyróżniamy następujące rodzaje przetwornic: wahadłowe (wibracyjne), wirujące (maszynowe), tranzystorowe i tyrystorowe. Przetwornica ZAZS EON produkcji KOMBUD S.A. należy do grupy przetwornic tranzystorowych. 1 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Transportu i Elektrotechniki; Radom; ul. Malczewskiego

2 1 ELEKTRONICZNY OBWÓD NAKŁADANY (EON) 1.1 Ogólne informacje o EON Elektroniczny obwód nakładany (EON) jest przeznaczony do kontroli stanu zajętości torów i rozjazdów w obrębie stacji. Informacja dotycząca zajętości toków szynowych jest przekazywana personelowi obsługi. Podstawową funkcją urządzenia jest umożliwienie prowadzenie ruchu kolejowego w obrębie torów stacyjnych. EON jest przystosowany do pracy w torach o dowolnym rodzaju nawierzchni. Nie podlega wpływom powrotnych prądów trakcyjnych, ani prądów sygnałowych 50 Hz. Urządzenie tego typu znalazło zastosowanie między innymi do stwierdzania zajętości torów stacyjnych, ostrzegania lub informowania o zbliżaniu się pociągu do przejazdu, włączanie informacji dla podróżnych. 1.2 Budowa urządzenia Urządzenie EON składa się z czterech zasadniczych podzespołów: nadajnika, odbiornika czynnego, odbiornika biernego, przekładnika torowego. Nadajnik składa się z generatora częstotliwości 10 khz i selektywnego wzmacniacza mocy. Generator zbudowany jest na tranzystorze pracującym w układzie Meissnera. Zadaniem jego jest wytworzenie sinusoidalnego przebiegu o częstotliwości 10 khz. Selektywny wzmacniacz mocy, zbudowany na tranzystorze pracuje w klasie A, wzmacnia sygnał generatora i dostarcza moc do obwodu nadajnika EON. Nadajnik zasilany jest napięciem stałym lub przemiennym o częstotliwości 50 Hz, równym 12V. W układzie elektronicznego obwodu torowego (EON) stosowane są dwa różne rozwiązania konstrukcyjne odbiornika: czynny, bierny. Odbiornik czynny zawiera elementy będące źródłami energii elektrycznej - tranzystory, których zadaniem jest wzmocnienie odbieranego z obwodu torowego sygnału. Natomiast odbiornik bierny nie zawiera elementów czynnych. Odbiornik czynny składa się z filtra pasmowego zbudowanego z elementów biernych dostrojonego do częstotliwości 10 khz. Odbiornik skonstruowany jest również z nieliniowego wzmacniacza zawierającego tranzystory oraz pełnookresowy układ prostujący, który zasila przekaźnik torowy JRC 1127 lub odpowiadający jego parametrom przekaźnik z kontaktronem. Odbiornik bierny zawiera uproszczony filtr (obwód rezonansowy) dostrojony do częstotliwości 10 khz sprzężony z nim układ prostujący. prostujący zasila przekaźnik torowy JRC lub odpowiadający jego parametrom przekaźnik z kontaktronem. Przekładnik torowy dopasowuje pracę nadajnika do toru w sytuacji, kiedy nadajnik jest oddalony od miejsca zasilania. Elektroniczne obwody nakładane produkowane są w 5 odmianach, przy czym zawsze wewnątrz obudowy jest panel nadajnika, natomiast nie zawsze są panele odbiorników. 1.3 Zasada działania Elektroniczny obwód nakładany kontroluje stan zajętości odcinka toru kolejowego o długości L = m. Zbudowany jest z nadajnika sygnału i jednego lub dwóch odbiorników. Sposób włączenia tych podzespołów do toru kolejowego i ich zasadę działania przedstawia Rys

3 L L 1 = L/2 L 2 = L/2 U TO U TN U TO P O N O P Z Rys. 1. Schemat blokowy urządzeń EON. Źródło: Dyduch J., Kornaszewski M.: Systemy sterowania ruchem kolejowym, Wyd. Politechnika Radomska, Radom Gdzie: N nadajnik, O odbiornik, P przekaźnik, Z zasilacz Zasada działania urządzenia EON polega na tym, że nadajnik N zasila obwód torowy napięciem U TN, którego część U TO odbierana jest przez odbiornik O, przyłączony do toru na jednym z krańców kontrolowanego odcinka. Zbliżający się do kontrolowanego odcinka pociąg bocznikuje jeden z odbiorników obwodu torowego, wskutek czego obniża się wartość napięcia U TO i napięcia na przekaźniku P tego odbiornika do takiej wartości, że przekaźnik przechodzi w stan bierny. Ponowne przyciągnięcie tego przekaźnika nastąpi po zwolnieniu przez pociąg odcinka toru między odbiornikiem a nadajnikiem sygnału. Przed tym, jednak, na takiej samej zasadzie, przechodzi w stan bierny przekaźnik P drugiego odbiornika. Oznacza to, że wolny odcinek torowy odpowiada stanowi wzbudzenia obu przekaźników torowych P, natomiast zajęty zwolnionemu, co najmniej, jednemu przekaźnikowi. Strefa działania urządzenia EON długości L wyznaczona jest punktami podłączenia odbiorników O do toru. Strefa działania L przedłuża się o odcinki L 1 I L 2, które mogą wynosić od kilku do kilkudziesięciu metrów i zmieniać się w zależności od regulacji nadajnika i warunków klimatycznych. Częstotliwość pracy urządzenia EON wynosi 10 khz, która powoduje ograniczenie długości kontrolowanego odcinka toru (wzrost impedancji toków szynowych), ale jednocześnie umożliwia nakładanie urządzenia EON na inne obwody torowe zasilane prądem stałym lub przemiennym o innej częstotliwości, na przykład 50 Hz. 1.4 Parametry techniczne Tab. 1. Parametry techniczne podzespołów EON. Źródło: Dokumentacja Techniczno-Ruchowa: Urządzenia krótkiego odcinka nakładanego o częstotliwości akustycznej typu EON-1, ZWUS Katowice 1984 Lp. Nazwa parametru: Wartość parametru: 1 Napięcie zasilania: - znamionowe: - prądu stałego: - prądu zmiennego (50Hz): - 12 V, - 10,6 18,5 V, - 10,6 16 V 2931

4 2 Pobór prądu ze źródła zasilania przez nadajnik: 500 ma±50ma 3 Pobór prądu ze źródła zasilania przez odbiornik: ma 4 Częstotliwość nadajnika: ±20 Hz, ±30 Hz 5 Częstotliwość odbiornika: Hz, Hz 6 Pasmo przenoszenia odbiornika: Hz dla częstotliwości Hz, Hz dla częstotliwości Hz 7 Czułość odbiornika: mv, mv, mv, mv 8 Rezystancja dopasowania nadajnika: - przy pracy bezpośrednio z torem - przy pracy poprzez kabel mv, mv, mv, mv. - 1 Ω, - 50 Ω 9 Stopień ochrony: IP Klasa ochronności: I 11 Zakres temperatury pracy: 248K 343K (-25 C +70 C) 12 Dopuszczalny zakres wilgotności względnej: 0-95% bez kondensacji pary 13 Waga: 28 kg 14 Wymiary: 1010x470x405 2 PRZETWORNICA ZAZS EON 2.1 Ogólne informacje o przetwornicy Przetwornica ZAZS EONjest przeznaczona do zasilania rezerwowego urządzeń typu EON lub urządzeń o podobnych wymaganiach związanych zparametrami zasilania (np. znamionowe napięcie wyjściowe), które wymagają bezprzerwowego zasilania w zakresie 12-21V DC. Przetwornica współpracuje z baterią 24V/25Ah do 80Ah. Przetwornica ZAZS EON jest produkowana przez Zakłady Automatyki KOMBUD S. A. w Radomiu. Poprawna wartość napięcia sieci zasilającej umożliwia ładowanie akumulatora. Przetwornica zamienia napięcie stałe baterii na napięcie zasilające podzespoły EON, w przypadku braku napięcia sieciowego zasilającego elektroniczny obwód nakładany. Przetwornica zamontowana jest w obudowie metalowej wykonanej z blachy zabezpieczonej przed korozją powłokami lakierniczymi i galwanicznymi. W bocznych częściach obudowy oraz jej górnej i dolnej części znajdują się otwory wentylacyjne przeznaczone do odprowadzania ciepła wydzielającego się podczas pracy wewnątrz przetwornicy. Przetwornica ZAZS EON jest wyposażona w uchwyty znajdujące się na płycie czołowej, które ułatwiają przenoszenie i montaż przetwornicy. Przetwornicę ZAZS EON przedstawiono na Rys. 2. Rys. 2. Przetwornica ZAZS EON. Źródło:

5 2.2 Budowa urządzenia Konstrukcja przetwornicy ZAZS EON składa się z następujących podzespołów: układu załączenia sieci, transformatora, prostownika, układu wstępnej konwersji, układu ładowania baterii, układu podnoszenia napięcia, układu kontroli napięcia. 2.3 Zasada działania kontroli napięcia przekazuje napięcie sieciowe (230V) do układu załączania sieci. Przez to umożliwia kontrolowane włączenie przetwornicy i ogranicza znaczny wzrost impulsu prądowego. Następnie napięcie sieciowe jest obniżane i prostowane. wstępnej konwersji podnosi je do poziomu ok. 48V. Zastosowanie tego układu redukuje amplitudę prądu wejściowego. Wzmocnione napięcie jest przekazywane do układu ładowania baterii. Powyższy układ ładuje baterię do wartości maksymalnej, którego napięcie znamionowe jest dopasowane do parametrów zastosowanych akumulatorów. podnoszenia napięcia zapewnia stały poziom napięcia wyjściowego nawet przy rozładowanej baterii. kontroli napięcia pełni funkcje kontrolną w czasie pracy układów zasilania przetwornicy. W przypadku przekroczenia dopuszczalnej wartości napięcia wyjściowego lub baterii układ powoduje odłączenie sieci i sygnalizuje ten stan stykami bezpotencjałowymi przekaźnika. Zasada działania przetwornicy jest przedstawia na Rys. 2 załączenia sieci wstępnej konwersji ładowania baterii podnoszenia napięcia kontroli napięcia K1 K2 B1 B2 S1 S2 Rys. 2. Schemat blokowy przetwornicy ZAZS EON. Źródło: Dokumentacja Techniczno-Ruchowa: Przetwornica ZAZS EON, ZA KOMBUD S. A., Radom 1999 O1 O2 2933

6 2.4 Parametry techniczne Tab. 2. Parametry techniczne przetwornicy ZAZS EON. Źródło: Dokumentacja Techniczno-Ruchowa: Przetwornica ZAZS EON, ZA KOMBUD S. A., Radom 1999 Lp. Nazwa parametru Wartość parametru 1 Znamionowe napięcie wejściowe: 230 V AC 2 Zakres roboczego napięcia wejściowego: - U min. 210 V - U max 250 V 3 Znamionowe napięcie wyjściowe: V DC 4 Maksymalny prąd wyjściowy: 10 A 5 Końcowe napięcie ładowania: 27,5 V 6 Maksymalny prąd ładowania: 7A 7 Sprawność znamionowa: 80 % 8 Stopień ochrony: IP20 9 Klasa ochronności: I 10 Zakres temperatury pracy: 248K 343K (-25 C +70 C) 11 Dopuszczalny zakres wilgotności względnej: 0-95% bez kondensacji pary 12 Waga: - obudowa typu RACK 19`` 3U - obudowa typu standard 13 Wymiary: - obudowa typu RACK 19`` 3U - obudowa typu standard WNIOSKI - 16 kg - 8,5kg - 132x482x x180x380 Elektroniczny obwód nakładany kontroluje stan zajętości toru lub rozjazdu w czasie prowadzenia ruchu na tych odcinkach torowych, natomiast informacje dotyczące stanu kontrolowanej sekcji są przekazywane personelowi obsługi. Urządzenie realizuje zwalnianie przebiegów (zwolnienie utwierdzenia przebiegu), zwalnianie zastawek elektrycznych (współpraca z urządzeniami półsamoczynnej blokady liniowej), kontroluje zajętości toru i rozjazdów, włącza urządzenia informacji dla podróżnych. Wielofunkcyjność i niezawodność elektronicznego obwodu nakładanego wymaga bezawaryjnego i bezprzerwowego zasilania w celu prowadzenia ruchu kolejowego w sposób bezpieczny i sprawny. Przetwornica produkcji KOMBUD S. A. umożliwia zasilanie rezerwowe elektronicznego obwodu nakładanego w przypadku braku zasilania sieciowego EON-u, które może być spowodowane usterkami, bądź awariami urządzeń zasilania sieciowego, linii kablowych, stacji rozdzielczych lub stacji transformatorowo-rozdzielczych. Przetwornica ZAZS EON ogranicza wpływ przepięcia pochodzącego z wyładowań atmosferycznych, które mogą wystąpić w pobliżu nastawni lub linii zasilającej. Urządzenie zabezpiecza również przed przepięciami powstałymi z przebicia izolacji przewodów zasilających podzespoły elektronicznego obwodu nakładanego. Przetwornica umożliwia również prawidłowe działanie tego obwodu w przypadku umieszczenia urządzenia EON w dowolnej odległości od nastawni. Polega to na tym, że przetwornica ZAZS EON reguluje napięcie zasilające dla podzespołów EON do takiej wartości jaka jest wymagana w celu prawidłowego bocznikowania kontrolowanego odcinka toru wyposażonego w ten obwód. Przetwornica zabezpiecza podzespoły EON-u przed dużymi spadkami napięcia zasilającego. Powyższe spadki napięcia mogą wystąpić, jeżeli podzespoły tego obwodu znajdują się w znacznej odległości od źródła zasilania sieciowego. Przetwornica charakteryzuje się uniwersalnością zastosowania w celu bezprzerwowego zasilania różnych typów elektronicznych obwodów nakładanych eksploatowanych na sieciach kolejowych. Przetwornica umożliwia także zasilanie innych urządzeń niż EON, które wymagają napięcia zasilania V DC. 2934

7 Cechą charakterystyczną przetwornicy jest duża sprawność wynosząca 80% i poprawna praca w trudnych warunkach atmosferycznych, tj. w zakresie temperatury od -25 C +70 C i zmiennej wilgotności otoczenia w zakresie od 0 do 95 %. Zwarta konstrukcja, małe wymiary zewnętrzne i niewielka waga przetwornicy umożliwia zabudowę urządzenia w pomieszczeniach małogabarytowych i przez to ułatwia eksploatację systemów zasilania urządzeń sterowania ruchem kolejowym. Wysoka sprawność przetwornicy, wielofunkcyjność dostosowania do potrzeb rezerwowego zasilania różnych typów elektronicznych obwodów nakładanych i niskie koszty utrzymania wpływają na bezpieczeństwo i sprawność prowadzenia ruchu kolejowego na stacjach i szlakach, które wyposażone są w elektroniczne obwody nakładane (EON). Streszczenie Bezpieczeństwo sterowania ruchem kolejowym wymaga kontroli zajętości poszczególnych odcinków układu torowego, na którym jest prowadzony ruch pociągów. W tym celu stosuje się elektroniczny obwód nakładany (EON), który kontroluje zajętość torów i rozjazdów przez tabor kolejowy, jak również przekazuje informacje o stanie zajętości układu torowego personelowi obsługi. Zastosowanie przetwornicy ZAZS EON wpływa na prawidłowe funkcjonowanie elektronicznego obwodu nakładanego w sytuacji awaryjnej, takiej jak brak zasilania sieciowego tego urządzenia. Stability of reserve supplying by converter EON ZAZS EON Abstract The safety of rail traffic control requires individual sections tracked, on which is guided movement of trains. To that end of the electronic circuit overlayed (EON), which controls busy lanes and interchanges by rolling stock, as well as provide information about the busy system tracked maintenance personnel. The inverter AEDS EON affect the correct functioning of electronic circuit applied in an emergency situation, such as AC power is not available. BIBLIOGRAFIA 1. Apuniewicz S., Lubicz-Rudnicki B.: Obwody torowe, Wyd. WPW, Warszawa Dąbrowa-Bajon M.: Podstawy sterowania ruchem kolejowym, Wyd. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Dokumentacja Techniczno-Ruchowa: Przetwornica ZAZS EON, ZA KOMBUD S. A., Radom Dokumentacja Techniczno-Ruchowa: Urządzenia krótkiego odcinka nakładanego o częstotliwości akustycznej typu EON-1, ZWUS Katowice Dyduch J.: Innowacyjne systemy sterowania ruchem, Wyd. Politechnika Radomska, Radom Dyduch J., Kornaszewski M.: Systemy sterowania ruchem kolejowym, Wyd. Politechnika Radomska, Radom Karaś S., Elementy i układy sterowania ruchem kolejowym, Wyd. WPW, Warszawa Karbowiak H.: Sterowanie i automatyka kolejowa, Wyd. WPŁ, Łódź