Расчеты питающих устройств сигнальной точки автоблокировки

Выбор сигнальных трансформаторов, аккумуляторных батарей и выпрямителей. При расчетах питающих устройств светофоров и линейных цепей учитывают систему питания автоблокировки и типы применяемых ламп.

При системе переменного тока напряжение сигнального трансформатора

Г =¦¦= 1! -\-1 (гс -{- гк),

где и - напряжение на лампе, В;

1 - ток, потребляемый лампой, А;

гс -¦ сопротивление соединительных проводов и контактов реле, Ом;

гк - сопротивление жил кабеля между светофором и релейным шкафом, Ом.

После определения напряжения сигнального трансформатора выбирают тип трансформатора. В качестве источников питания сигнальных цепей при переменном токе используют трансформаторы типов СОБС, ПОБС и СТ.

Емкость аккумуляторной батареи при смешанном питании рассчитывают исходя из времени, в течение которого должно обеспечиваться аварийное питание устройств.

Напряжение питающей батареи определяют так же, как и напряжение трансформатора при автоблокировке переменного тока, но при этом учитывают падение напряжения в соединительных проводах между релейным и батарейным шкафами:

А и - 1о гш.

где 10 - общий ток нагрузки батареи, А;

Гш - сопротивление кабеля, проложенного между релейным и батарейным шкафами, Ом.

Напряжение питающей батареи

Увв=и~Н ^0 ^ Ес + Гк).

При расстоянии между источником тока и светофорной лампой меньше 30 м аккумуляторную батарею собирают из шести аккумуляторов типа АБН. Если расстояние от источника тока до лампы более 30 м, то аккумуляторную батарею составляют из семи аккумуляторов. Для подзарядки батарей при смешанной системе питания применяют выпрямители типа ВАК-

Для нормальной работы батареи необходимо правильно выбрать подзаряжающий выпрямитель. Последнее определяется тем, что энергия, расходуемая аккумуляторной батареей за сутки, должна быть меньше энергии, которую она может получить от выпрямителя за тот же период. Если это условие выполняется при нормальном режиме работы, батарея будет заряжена. После аварийного режима работы батарея должна зарядиться за минимальное время. Однако уменьшение времени заряда требует увеличения мощности выпрямителей, при этом возрастает нагрузка на высоковольтную линию. Поэтому при проектировании источников питания необходимо найти такую минимальную, но достаточную мощность выпрямителей, которая обеспечила бы нормальную работу устройств.

Практически установлено, что отношение времени заряда к времени разряда в аварийном режиме допускается равным 10-12. Можно допустить, что

^з/^р ~~ ¦

где 1р - средний разрядный ток, А;

т) - коэффициент отдачи по емкости, обусловленный старением выпрямителя (обычно г] = 0,85-0,95);

/3- зарядный ток, А.

Так как батарея имеет постоянную нагрузку (реле и другие приборы), то зарядный ток, получаемый ею от выпрямителя, будет несколько меньше выпрямленного тока 1в.

При среднесуточном токе нагрузки 1н

/3 == 1в Г|0 - 1н,

где Но : 0.85 - температурный коэффициент, учитывающий снижение тока при понижении температуры.

Обозначив ==- К, получим: К - 1рДт] (/вт)0- 1н)1. Отсюда ток выпрямителя 1в -- 1р + 1С7„'п/Ат)0т).

Пример. Определить ток выпрямителя 1в для одиночной сигнальной установки двухпутной автоблокировки постоянного тока при смешанной системе питания.

В нормальном режиме работы ток батареи расходуется для питания реле сигнальной установки с учетом сопротивления линии ток нагрузки 1н - 0,06 А. При выключении переменного тока от этой же батареи будет получать питание лампа светофора. В этом случае разрядный ток батареи возрастает и будет равным 1р ' 1н + 1л -- 0,06 4 1,25 = 1,31 А, где 1л - ток лампы светофора, А.

Ток, который необходимо получить от выпрямителя при заряде,

/„ + К/Нг| 1,314-10-0,06.0.85 1,88

в Кщо 10-0,95.0,85 8,1

В данном случае должен быть установлен выпрямитель типа ВАК-1 ЗБ, имеющий ток заряда 0,25 А при второй ступени регулировки (см. табл. 16).

Для заряда аккумуляторов типа АБН-72 или АБН-80 применяют наиболее экономичный регулятор тока типа РТА.

Определение нагрузки на трансформатор типа ОМ и высоковольтную линию. К линейным трансформаторам типа ОМ подключают постоянные и переменные нагрузки сигнальной установки. К постоянным нагрузкам, не зависящим от размеров движения, относятся приборы, которые включены постоянно (светофорные лампы, сигнальные трансформаторы, дешифраторные ячейки, блоки питания типа БПШ и т. д.). Переменные нагрузки - это нагрузки от рельсовых цепей, которые зависят от состояния балласта и размеров движения.

При занятом состоянии рельсовая цепь потребляет энергии больше, чем при свободном. Рельсовая цепь потребляет максимальную мощность кратковременно, только в момент нахождения поезда на ее питающем конце. Поэтому нагрузки устройств автоблокировки характеризуются двумя величинами - средней и максимальной (максимальнодлительной) .

По средней мощности определяют нагрузку на высоковольтную линию. Расчет мощности линейного трансформатора и сечение жил питающего кабеля, а также выбор предохранителей осуществляют по максимальной нагрузке. При этом допускается перегрузка трансформатора типа ОМ сверх номинальной мощности на 30 % в течение 1 ч; 60 % - 45 мин; 100 % - 10 мин; 200 % - 1,5 мин.

Мощности, необходимые для питания отдельных приборов, могут быть подсчитаны по следующим формулам: активная мощость, Вт, Рп = Sn cos <p; реактивная мощность, вар, Qn - Sn sin cp; полная (кажущаяся) мощность, В • A, Sn = UI.

Для питания группы приборов мощность определяют как сумму соответствующих нагрузок, т. е. активных и реактивных мощностей:

Р--=2РП; Q-XQn; S=V^P'»+SQ*;

I--S/U; cos ф -~P/I; sin ф = "l/1-со52ф.

Общую потребляемую мощность следует определять как геометрическую сумму активных и реактивных нагрузок.

Средние и максимально-длительные значения нагрузок приборов сигнальных установок для кодовой автоблокировки без учета нагрузок от рельсовых цепей приведены в табл. 18.

На двухпутных участках при определении мощности трансформатора типа ОМ и расчете нагрузки на питающий кабель учитывают кодирование рельсовой цепи с релейного конца при двустороннем движении поездов по одному из путей при капитальном ремонте второго пути. При расчетах принимается время занятости всех рельсовых цепей, получающих питание от данной сигнальной установки. В этом случае нагрузка не должна перегружать трансформатор типа ОМ более чем на 30 %.

Нагрузка

Потребляем средняя

ая мощность максимальнодлительная

Я, Вт

Q, вар

Я, Вт

Q, вар

Ячейка дешифратори ая с обогревом

31,7

14,8

31,7

14,8

Генератор типа ГКШ

2,0

-

2,0

-

Лампа светофора

15,0

-

15,0

-

Блок питания типа БПШ

7,2

9,0

22,0

10,0

Обогрев шкафа с потерями в траис-

53,7

6,0

-

-

форматоре типа СОБС-2А Трансмиттер типа КПТШ

22,0

_

22,0

-

Реле типа АСШ2-220

7,0

-

7,0

-

Освещение шкафа и переносная лампа

-

-

90,0

-

Электрический паяльник

-

-

90,0

-

Потери в трансформаторе типа

4,8

6,0

6,6

6,3

СОБС-2А

Рассчитывая мощность, потребляемую сигнальными установками от высоковольтных линий СЦБ, учитывают размеры движения поездов на участках. При однопутной автоблокировке принимается 50 пар поездов в сутки, следующих со скоростью 60 км/ч; при двухпутной автоблокировке - 180 пар поездов в сутки, следующих со скоростью 80 км/ч. Среднюю длину поезда принимают равной 850 м, среднюю длину рельсовых цепей сигнальных установок - 2000 м, среднюю длину рельсовых цепей переездных установок - 2000 и 500 м.

Коэффициент среднего значения мощности, потребляемой рельсовыми цепями, по отношению к ее максимальному значению при коде КЖ - 0,58, при других кодах - 0,7. На двухпутном участке рельсовая цепь занята в среднем 7 ч в сутки, а на однопутном участке - 5 ч в сутки, что соответствует суточным коэффициентам занятости 0,3 и 0,21 и коэффициентам свободное™ 0,7 и 0,79.

Определяя нагрузки на высоковольтную линию, затраты энергии на кодирование рельсовых цепей с релейного конца при двустороннем движении во внимание не принимаются, так как на время закрытия одного пути для капитального ремонта размеры движения снижаются.

Линейные трансформаторы автоблокировки выпускают только типов ОМ-0,63/10 и ОМ-1,25/10, поэтому нагрузку сигнальной установки на ВЛСЦБ можно рассчитывать по укрупненным показателям, вводя коэффициент, учитывающий размеры движения поездов:

К=- п1/24ц,

где п - число проходящих по участку поездов в сутки;

I - путь, проходимый поездом, иа котором включена нагрузка, км; v - скорость поезда, км/ч.

Длина рельсовой цепи, 1, м

Мощность прн свободной рельсовой цепи (средняя)

Мощность при занятой рельсовой цепи (максимальная)

Р, Вт

<3, вар

Р, Вт

<?, вар

До 500

18

53

18

63

500-1000

25

59

27

88

1000-1500

40

70

41

137

1500-2000

73

96

72

244

2000-2250

104

120

101

338

2250-2500

147

154

140

475

2500-2600

170

172

165

549

При двухпутной автоблокировке принимаем п = 180 пар поездов в сутки; длина рельсовой цепи 1 - 2 км; скорость поезда V = 80 км/ч, тогда К (360 • 2) 1(24 • 80) = 0,38.

При электротяге постоянного тока и числовой кодовой автоблокировке переменного тока частотой 50 Гц нагрузка на линейный трансформатор складывается из мощности, потребляемой рельсовыми цепями, и мощности, потребляемой приборами сигнальных установок.

Расчетные мощности, потребляемые кодовыми рельсовыми цепями частотой 50 Гц различной длины при электротяге постоянного тока с дроссель-трансформаторами типа ДТ-0,6 на питающем и типа ДТ-0,2 на релейном концах, с учетом потерь в путевых трансформаторах приведены в табл. 19.

При электротяге переменного тока и числовой кодовой автоблокировке переменного тока частотой 25 Гц рельсовые цепи получают питание от преобразователей частоты типа ПЧ50/25-100 через изолирующие трансформаторы.

В табл. 20 приведены расчетные мощности, потребляемые кодовыми рельсовыми цепями частотой 25 Гц с дроссель-трансформаторами типа ДТ-1-150 от преобразователей частоты типа ПЧ50/25-100.

Таблица 20

Длина рельсовой цепи 1, м

Мощность при свободной рельсовой цепи (средняя)

Мощность прн занятой рельсовой цепи (максимальная)

Р, Вт

<?, вар

5, В • А

Р, Вт

<3, вар

5, В А

До 500

4

0,6

4

6

-0,5

6

500-1000

7

1

7

14

- 1

14

1000-1500

14

3

15

29

-2

29

1500-2000

28

5

20

59

-4

59

2000-2250

39

8

40

83

-6

83

2250-2500

55

10

56

116

-8

116

Мощность, потребляемая рельсовой цепью частотой 25 Гц, ВА

Мощность, потребляемая от сети частотой 50 Гц

Р, Вт

<3, вар

5, В-А

СОБ ф

0

40

180

185

0,22

20

60

180

185

0,33

40

80

180

195

0,44

60

100

190

210

0,52

80

120

190

220

0,63

100

140

190

235

0,73

При выборе типа линейного трансформатора на участках с электротягой переменного тока и кодовыми рельсовыми цепями частотой 25 Гц следует учитывать мощность, потребляемую преобразователем частоты ПЧ50/25-100 (сое ф ----- 0,8-=-1,0) от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц (табл. 21).

Мощность, потребляемая линейным трансформатором от высоковольтной линии, больше средней мощности, потребляемой приборами сигнальной установки при свободной рельсовой цепи, на величину потерь в трансформаторе. Потери в линейных трансформаторах типов ОМ-0,63 и ОМ-1,25 определяют по кривым на рис. 264, а. Потери в трансформаторах типов СОБС-2А, ПОБС-2А и ПОБС-ЗА определяют по кривым на рис. 264, б.

Примеры расчетов нагрузок на линейный трансформатор типа ОМ и ВЛ СЦБ.

Пример. Выбрать линейный трансформатор типа ОМ и определить нагрузку

ВЛСЦБ для спаренной сигнальной установки двухпутной кодовой автоблокирон-ки на участке с электротягой постоянного тока при длине рельсовых цепей 2000 и 2250 м. Напряжение высоковольтной линии 10 кВ.

Спаренная сигнальная установка кодовой двухпутной автоблокировки переменного тока частотой 50 Гц состоит из двух одиночных сигнальных установок

Рис. 264. Кривые потерь в трансформаторах типов ОМ, СОБС и ПОБС в

зависимости от нагрузки типа 0 и имеет два релейных шкафа, в которых установлены приборы автоблокировки. Мощности, потребляемые приборами сигнальной установки типа 0, указаны в табл. 18, а мощности, потребляемые рельсовыми цепями частотой 50 Гц при электротяге постоянного тока, - в табл. 19. Максимальную мощность устройства спаренной сигнальной установки будут потреблять при нахождении поездов на обеих рельсовых цепях.

Определим максимальные активную и реактивную мощности, потребляемые приборами сигнальных установок:

^тах пр ='286-2 = 572 Вт; Стах пр-30-2 --60 вар.

Максимальные активная и реактивная мощности, потребляемые рельсовыми цепями частотой 50 Гц длиной 2000 м и 2250, м, находим по табл. 19:

^тах р.ц -Ртах р.щЧ~ Ртах р.ца = 72+ 101 - 173 Вт;

Стах р.ц = Стах р.щ“Ь Стах р.ца =244 + 338 = 582 вар.

Суммарные максимальные активная и реактивная мощности, потребляемые спаренной сигнальной установкой:

%Ртах с.у - ^тах пр "Ь^тах р.ц - "572 + 173 - -745 Вт;

2Фгпах с.у ~ Стах пр 4" Стах р.ц ~ 60 + 582 - 642 вар.

Полная максимальная мощность, потребляемая от линейного трансформатора сигнальной установкой,

‘Зщах с.у = ^^^тах е .у + Стах с.у ~ Т/7452 + 6422 984 В-А.

Следовательно, для питания спаренной сигнальной установки следует установить линейный трансформатор типа ОМ-1,25/10.

Для определения общей нагрузки спаренной сигнальной установки на высоковольтную линию СЦБ следует подсчитать средние нагрузки на линейный трансформатор, при этом учесть размеры движения на участке и потери внутри трансформатора типа ОМ-1,25/10.

Средние активная и реактивная мощности, потребляемые рельсовыми цепями 50 Гц (по табл. 19), с учетом размеров движения:

Рср. р.ц = К (Рср. р.цх + Рср. р.ца) =0,4 (73 4 104) = '71 Вт;

Сер. р.ц = К (Сер. р.щ + Сер. р.цг) = 0,4 (96 + 120) ¦- 86 вар.

Средние активная и реактивная мощности, потребляемые приборами спаренной сигнальной установки:

РСр.шр = 1+3-2 = 286 Вт; Сср.пр = 36-2 = 72 вар.

Общие средние активная и реактивная нагрузки сигнальной установки на линейный трансформатор:

Ррр.с.у - Рср.р.ц + 1>ср.пр = 71+286 = 357 Вт;

Сср.с.у = Сср.р.ц + Сср.пр - 36 + 72 вар =158 вар.

Полная средняя мощность, потребляемая сигнальной установкой от линейного трансформатора,

5ер.е.у = >АРс їр.с.у + Сс ї р.с.у= 1/357»+158* = 391 В-А.

Потери в трансформаторе типа ОМ-1,25/10 определяем по кривым на рис. 264, а. При 5ср = 391 В-А активные потери ЛР = 20 Вт, реактивные 1^Q = 320 вар.

Нагрузка на высоковольтную линию СЦБ от приборов спаренной сигнальной установки с учетом потерь в линейном трансформаторе

5оГ,щ.ср У(Лр.о.у + ЛР)2 + «ср.о.у + 4<?)'2- Т/(357 + 20)2 + (158+320)2 =

= У3772 + 4782 = 609. В • А.

Пример. Определить нагрузку на ВЛ СЦБ н выбрать тип линейного трансформатора для спаренной сигнальной установки двухпутной кодовой автоблокировки частотой 25 Гц при длине рельсовых цепей 2000 и 1500 м. Напряжение высоковольтной линии 10 кВ. Спаренная сигнальная установка кодовой двухпутной автоблокировки переменного тока частотой 25 Гц состоит из двух одиночных сигнальных установок типа 0 и содержит два релейных шкафа. В каждом шкафу нагрузку на линейный трансформатор составляют преобразователь частоты ПЧ50/25-100, от которого получает питание рельсовая цепь, и приборы. Мощности, потребляемые приборами одиночной сигнальной установки, определяют по табл. 18, а мощности, потребляемые рельсовыми цепями частотой 25 Гц, - по табл. 20.

Максимальную мощность устройства спаренной сигнальной установки будут потреблять при шунтировании поездами обеих рельсовых цепей.

Максимальные активная и реактивная мощности, потребляемые приборами спаренной сигнальной установки:

Тиглях- пр 286-2 - 572 Вт; Фгпах нр ~ ~ 50-2 = 60 вар;

5„,ах г, р ==¦- У 572^+60’ = 575 В ¦ А.

При выборе типа линейного трансформатора следует учитывать максимальную мощность, потребляемую преобразователями частоты ПЧ50/25-100 от сети переменного тока (см. табл. 21). Рельсовая цепь частотой 25 Гц длиной 2000 м, потребляет от преобразователя частоты максимальные мощности (см. табл. 20) :

^іпахі 59 Вт; фщахі 4 вар; *5тах і “ 59 В-А.

При этих нагрузках преобразователь частоты ПЧ50/25-100 потребляет от сети переменного тока (см. табл. 21) максимальную активную мощность Рпр1 100 Вт, реактивную <?ПР1 ~ 190 вар н полную 5пр1 = 210 В • А.

При длине рельсовой цепи 1500 м от преобразователя потребляются максимальные мощности: РтаХ2 ~ 29 Вт; С?таха = - 2 вар; 5таХ2 = 29 В - А.

Прн указанных нагрузках преобразователь частоты ПЧ50/25-100 потребляет от сети переменного тока активную мощность Япр2 - 70 Вт, реактивную - <?пр2 "" - 180 вар н полную 5пр2 = 190В-А.

Определим максимальные активную и реактивную мощности, потребляемые сигнальной установкой:

^тах с.у^тах пр “Н^прі Н-^прг - 572-|-10070 = 742 Вт;

Фінах с.у ~ Стах пр Ь Фпрі {'Фпрг ~~ 60 -(-¦190 -(- 180 = 330 В-А.

Полная максимальная мощность, потребляемая сигнальной установкой от линейного трансформатора ОМ,

5шах с. у - УПахс.у+^ахс.у - У742* + 330*-- 812 В • А.

Следовательно, для питания спаренной сигнальной установки следует установить трансформатор типа ОМ-1,25/10.

Для определения нагрузки спаренной сигнальной установки на высоковольтную линию СЦБ следует подсчитать средние нагрузки на линейный трансформатор, учесть размеры движения на участке, а также потери внутри трансформатора типа ОМ-1,25/10.

Средние активную и реактивную мощности, потребляемые приборами спаренной сигнальной установки, находим по табл. 18: Рср „ = 143-2 = 286 Вт; Qcp.n ~ 36*2 = 72 вар; 5щах пр = 294 В - А.

Рельсовая цепь частотой 25 Гц и длиной 2000 м потребляет от преобразователя частоты среднюю активную мощность Рср1 = 28 Вт, реактивную Оср1 = 5 вар и полную Scpi - 29 В-А (см. табл. 20).

При этих нагрузках преобразователь частоты ПЧ50/25-100 потребляет от сети переменного тока мощности: активную РСр. прі = 69 Вт, реактивную Qcp. прі 160 вар.

Рельсовая цепь длиной 1500 м потребляет от преобразователя частоты среднюю активную мощность Рср2 = 14 Вт, реактивную Qcp2 = 3 вар и полную Scp2 = 15 В-А. При этих нагрузках преобразователь частоты ПЧ 50/25-100 потребляет от сети переменного тока активную мощность Рср.прг 55 Вт, реактивную Qcp.npa = 180 вар.

Средние активная и реактивная мощности, потребляемые преобразователями частоты с учетом размеров движения на участке:

Рср.пр = 1^ (Pcp.np1~l~Pcp.np2) =0,4 (69 + 55) = 50 Вт;

Qcp.np = ^ (Qcp.npi + Фср.пра) “0,4 (180-f-180) = 144 вар.

Общие средние активная и реактивная нагрузки сигнальной установки на линейный трансформатор:

Рср.с.у - Рср.п+Рср.пр“286-)-50 = 336 Вт;

Qcp.c.y = Qcp.ii + Qcp.np = 72+ 144 = 216 вар.

Полная средняя мощность, потребляемая сигнальной установкой от линейного трансформатора,

Scp.cу = VРср,С.у + <3|р,С.У = 1/336* + 2І6* = УІ59552 = 399 В-А.

Потери в трансформаторе типа ОМ-1,25/10 определяем по кривым на рис. 264, а.

При Scp с у - 399 В-А активные потери АР = 20 Вт, реактивные Д<? =

= 320 вар.

Нагрузка на высоковольтную линню СЦБ от приборов спаренной сигнальной установки при рельсовых цепях частотой 25 Гц с учетом потерь в линейном трансформаторе

Зосщ.ор = У(Рср.с.у+АР)2 + (<?ср.с.у+Л<?)2 = У (336 + 20)*+ (216 + 320)2 =

= У"3562 + 5362 = У414 032 = 643 В-А.

Питающие пункты устройств автоматики и телемеханики | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Электропитание устройств автоматики и телемеханики крупных станций