Исследование способов защиты микропроцессорной системы автоблокировки с тональными рельсовыми (стр. 2 из 3)
В зависимости от числа сигнальных показаний автоблокировка (АБ) может быть дву-, трех- и четырехзначной.
При двузначной АБ используют два сигнальных показания — красное и зеленое. Машинист о красном огне не предупреждается. Поэтому для своевременной остановки поезда, проезжая светофор с зеленым огнем, он сразу должен видеть показание следующего светофора на расстоянии не более тормозного пути при максимальной реализуемой скорости.
В условиях плохой видимости светофоров (туман, метель, кривизна пути) эта система обеспечивает безопасность только при недопустимо низких скоростях поездов. Поэтому на наземных дорогах двузначную АБ не применяют.
Для уверенного ведения поезда с установленной скоростью при АБ машинист, проехав светофор с зеленым огнем, должен видеть зеленый огонь на следующем светофоре. При двузначной АБ достаточно разграничить поезда двумя блок-участками, с учетом межпоездного. Такое разграничение позволяет получить высокую пропускную способность. Поэтому двузначную АБ используют в метро, где длины тормозных путей небольшие и влияния погодных условий нет. На участках с плохой видимостью светофоров и на станциях в метро используют более сложную систему сигнализации.
При трехзначной АБ используют три сигнальных показания — красный, желтый и зеленый огни. Желтый огонь предупреждает машиниста о красном за один блок-участок. В неблагоприятных погодных условиях видимость желтого огня может составить несколько метров. Поэтому для остановки поезда перед красным огнем длина каждого блок-участка должна быть не менее тормозного пути полного служебного торможения (0,8 полной тормозной силы) при максимальной реализуемой скорости, но не более 120 км/ч для пассажирских поездов и 80 км/ч для грузовых. Эта длина должна быть не менее тормозного пути автостопного торможения (полная тормозная сила с задержкой начала торможения на время срабатывания автостопа 12 с).
1.3 АБТЦ-МШ
АБТЦ-МШ представляет собой современную систему интервального регулирования и обеспечения безопасности движения поездов на перегонах с централизованным размещением аппаратуры на прилегающих станциях.
Контролирует целостность и свободность участков пути посредством рельсовых цепей тональной частоты без изолирующих стыков.
Имеет надежный алгоритм формирования модели поездной ситуации.
Области применения системы: однопутные, двухпутные и многопутные участки железных дорог, оборудованные системами электротяги постоянного или переменного токов, а также автономными видами тяги.
Пригодна к применению на участках обращения локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава с импульсным регулированием тяговых двигателей; линиях высокоскоростного движения; вновь строящихся и модернизируемых линиях.
1.4 Защита АБ от грозовых разрядов
Все элементы системы АБ будут подвержены воздействию негативных погодных явлений, например молний, которые будут создавать помехи, а также выводить аппаратуру из строя. Чтобы этого не произошло систему следует защитить. Помимо погодных условий могут возникать наводки от соседних зданий, либо наоборот сама система может создавать наводки по отношению к ним. Со всем этим следует бороться.
Защита будет строиться на фильтрах, а также на применении высоковольтных разрядников.
Необходимость защиты в целом обусловлена с экономической точки зрения.
1.5 Нормы воздействия
Воздействие грозовых разрядов на электрические системы было уже изучено и описано в ГОСТах, наиболее важные из которых:
Временные нормы
ОСТ 32.146-2000 Аппаратура железнодорожной автоматики, телемеханики и связи
ГОСТ Р 50656-2000 Технические средства железнодорожной автоматики и телемеханики
ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98). Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний.
ГОСТ Р 50571.19-2000 (МЭК 60364-4-443-95). Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Глава 44. Защита от перенапряжений. Раздел 443. Защита электроустановок от грозовых и коммутационных перенапряжений.
ГОСТ Р 50571.2б-2002(МЭК 60364-5-534-97). Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Раздел 534. Устройства для защиты от импульсных перенапряжений.
ГОСТ Р 51317.4.4—99 (МЭК 61000-4-4—95) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам. Требования и методы испытаний
ГОСТ Р 51317.4.5—99 (МЭК 61000-4-5—95) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний
2 Зоны воздействия помех
На основании документа «Защита систем железнодорожной автоматики и телемеханики от атмосферных и коммутационных перенапряжений.
Характеристики импульсных воздействий на системы ЖАТ. Временные нормы. » вводится следующее разбиение на зоны:
- Зона 0A - зона, где каждый объект может подвергаться прямому удару молнии и поэтому через него может протекать полный ток молнии. В этой зоне электромагнитное поле имеет максимальное значение.
- Зона 0В - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, но электромагнитное поле не ослаблено и также имеет максимальное значение.
- Зона I - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, и ток во всех проводящих элементах внутри зоны меньше, чем в зонах 0Л и 0В. В этой зоне электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием.
- Зона II - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, как и в зоне I, но электромагнитное поле ослаблено по сравнению с зоной I,
- Зона III - зона, жесткость электромагнитной обстановки в которой не превышает уровня помех, регламентированных серией стандартов IEC 61000-4-х.
- Расположение элементов систем ЖАТ в зонах с электромагнитной обстановкой (ЭМО) разной степени жесткости предопределяет каскадный принцип построения защиты, при котором каждый каскад должен обеспечивать защиту элементов системы ЖАТ до соответствующего уровня напряжения, допустимого для следующего каскада.
Рис. 2 Схема зон воздействия
Рис. 3 Разбиение на зоны
3 Способы защиты в первой зоне
Точками воздействия являются внутренняя кабельная сеть здания или РШ, не имеющая гальваническую развязку от внешней кабельной сети (входы ПВ, КРУ)
Для защиты используются высоковольтные трансформаторы и разрядники
Рис. 4 Устройства защиты в первой зоне
Рис.5 Воздушный разрядник
4 Способы защиты во второй зоне
Точками воздействия являются:
1) Внутренняя кабельная сеть здания, имеющая гальваническую развязку от внешней кабельной сети (выходы панелей электропитания на стативы)
2) Внутренняя кабельная сеть РШ, имеющая гальваническую развязку от внешней кабельной сети (выходы ПОБС на полки)
Защита строится также на трансформаторах и разрядниках, но уже меньшей мощности и большего быстродействия по сравнению с I зоной
Рис. 6 Газовый разрядник
5 Способы защиты в третьей зоне
Точками воздействия являются Порты ТС ЖАТ, размещенные в аппаратной, релейном помещении или на полках РШ.
В этой зоне для защиты могут применяться различные схемотехнические решения в виде фильтров. А также сетевые фильтры и другое оборудование.
Рис. 7 модули защиты в третьей зоне.
В целом защита должна собой представлять каскадный принцип, показанный на рис. 8
Рис.8 каскадный принцип защиты
5.1 Фильтры. Выбор схемы
Выбор схемы осуществляется исходя из:
-типа питания: постоянное/переменное
-типа схемы: цифровая/аналоговая
-максимальных значений напряжений и токов
-рабочей частоты
Рис. 9 Пример схемы фильтра
5.2 Алгоритм расчёта фильтров
Согласно ГОСТ 13661-92:При расчёте фильтров следует уделить внимание следующим параметрам:
- Проходной ток
- Ток утечки
- Подавление помех в диапазонах частот
- Наличие ограничителей по токам и напряжениям
Для представленной схемы выбор компонентов определяется исходя из:
- Стабилитрон выбирается исходя из напряжения питания защищаемого устройства
- Дроссель, конденсаторы и варистор определяют задержку. При этом С1 и С2 органические конденсаторы, а С3 и С4 керамические.
- Разрядник осуществляет отвод тока при перенапряжении.
- Варистор выбирается исходя из напряжения питания схемы +10-20% запас
5.3 Компоновка фильтров
Располагать фильтры по отношению к различным модулям можно по-разному:
Рис. 10 примеры различных компоновок фильтров
Различные компоновки обладают различными соотношениями цена/качество. Например, первый вариант будет дешевле второго, но качество фильтрования будет довольно низким. Второй вариант хорош тем, что фильтрование отличное, но он довольно дорог.
Оптимальным является третий вариант, перед модулями идет один общий фильтр, после чего в каждом отдельном модуле сигнал снова фильтруется, но уже конкретно для этого модуля, а также устраняя наводки, которые произошли в линии после общего фильтра.