Автоматическая переездная сигнализация с полуавтоматическим шлагбаумом ПАШ-1

РАЗДЕЛ 3. СХЕМЫ ПЕРЕЕЗДНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

 

3.1 СХЕМА ГРОЗОЗАЩИТЫ  УСТРОЙСТВ ПЕРЕЕЗДНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

В эксплуатационных условиях устройства СЦБ подвергаются воздействиям атмосферных и коммутационных перенапряжений.

В низковольтных устройствах  СЦБ перенапряжения возникают от влияния линий электропередачи и контактных сетей электрических железных дорог постоянного и переменного тока, включения или выключения основного или резервного электропитания устройств СЦБ и др.

Одним из источников перенапряжений являются токи молнии, вызываемые грозовыми разрядами. Токи молнии представляют собой кратковременные импульсы (волны) с фронтом волны от 1,5 до 90 мкс и длиной волны до 100 мкс. Амплитуда токов молнии достигает колоссальных размеров — свыше 200 кА. Однако такие токи молнии встречаются очень редко. Чаще наблюдаются токи молнии до 20 кА. Крутизна тока молнии изменяется от 5 до 50 кА/мкс. Каждый разряд молнии состоит из трех-четырех импульсов. Максимальный разряд молнии достигает 164 Кл. Длительность разряда молнии 1,55 с.

Вследствие возвышения над  поверхностью земли и большой  протяженности основными объектами  воздействия грозовых разрядов являются воздушные высоковольтные линии (BЛ) напряжением 6 и 10 кВ или 27,5 и 35 кВ, от которых питаются устройства СЦБ и объединенные линии сигнализации и связи (ЛCC). Железнодорожная колея, расположенная на поверхности земли, меньше подвержена грозовым разрядам, чем линии.

В большей степени эти  линии подвержены разрядам молнии на открытой местности (86% общего числа разрядов молнии) и в меньшей степени — в лесной полосе (10%) и в населенных пунктах (4%). Меньшая подверженность линии грозовым разрядам в лесной полосе и в населенных пунктах объясняется экранирующим действием леса и строений. Наблюдается также поражаемость отдельных участков и даже одиночных опор линий, расположенных в местах с повышенной проводимостью земли, например в местах выхода на поверхность земли грунтовых вод.

Вышеперечисленные линейные сооружения СЦБ подвергаются как прямым ударам, так и разрядам молнии вблизи них (косвенным разрядам молнии). При этом в воздушных линиях и в железнодорожной колее возникают атмосферные перенапряжения, распространяющиеся в ней в виде волн различной длительности по обе стороны от разряда молнии.

В качестве стандартной принята волна прямого удара молнии с фронтом Т_ф=1,5 мкс и длиной тв = 40 мкс (1,5/40 мкс), а волна косвенного разряда молнии Тф=10 мкс, длина тв = 700 мкс (10/700 мкс).

 

В BЛ напряжением 10 кВ с деревянными опорами, имеющими высоту 9 м, атмосферные перенапряжения достигают 1800 кВ (примерно 200 кВ на 1 м длины опоры). На линиях с железобетонными опорами атмосферные перенапряжения не превышают импульсной электрической прочности изоляции изоляторов, на которых подвешивают провода линий (100—130 кВ). В ЛСС с деревянными и железобетонными опорами высотой 5 м следует ожидать атмосферные перенапряжения, равные соответственно 1000 и 130 кВ.

На BЛ напряжением 6 и 10 кВ с треугольным расположением проводов прямым ударам молнии подвергается, главным образом, верхний высоковольтный провод на вершине опоры. Этот провод экранирует нижние высоковольтные провода на траверсах, в которые включают, как правило, линейные трансформаторы ОМ для их защиты от прямых ударов молнии.

При прямом ударе молнии в рельс амплитуды атмосферных перенапряжений определяются амплитудой тока молнии и сопротивлением растекания рельс — земля. Так, например, при токе молнии 100 кА и переходном сопротивлении рельс — земля 1 Ом амплитуда атмосферных перенапряжений в точке прямого удара молнии достигает 100 кВ. Распространение атмосферных перенапряжений по рельсам происходит с большим затуханием. Практически на расстоянии 200 м атмосферные перенапряжения в рельсах полностью затухают. Поэтому прямые удары молнии в рельсы опасны в том случае, если они происходят вблизи сигнальной установки (ближе 200 м).

Опасность поражений BЛ, ЛCC и рельсовых цепей (РЦ) характеризуется не только амплитудой, но и частотой воздействия токов молнии, которая зависит от длины линии, высоты подвеса проводов и интенсивности грозовой деятельности на данном участке дороги. Так, на участках дорог, где наблюдается 20 грозовых дней в году (или 35 грозовых часа), ЛCC протяженностью 100 км подвергается прямым ударам молнии примерно 6—8 раз в году. На участках же дорог с интенсивностью грозовой деятельности 100 грозовых дней число прямых ударов молнии в указанную линию достигает 30—40.

В случае косвенных разрядов молнии индуцированные атмосферные перенапряжения возникают одновременно во всех проводах ЛCC. Амплитуда волны этих атмосферных перенапряжений зависит от высоты подвеса проводов и удаленности удара молнии от линии.

 

Для того чтобы обеспечить эффективную грозозащиту устройств СЦБ, необходимо прежде всего отвести в землю токи молнии, возникающие в низковольтных силовых цепях напряжением 110/220 В, в линейных сигнальных и рельсовых цепях. Для этого предусматриваются разрядники, которые включаются между проводом и землей.

 

 

При этом потенциал в точке  отвода токов молнии (провод — земля) должен быть на 25—40% ниже импульсной электрической прочности изоляции защищаемых устройств.

Вследствие  низкой электрической прочности  изоляции низковольтных устройств СЦБ, при которой затруднительно обеспечить снижение атмосферных перенапряжений до необходимых пределов, при построении схем грозозащиты использовался метод выравнивания потенциалов. Этот метод допускает появление высоких по абсолютной величине потенциалов на токоведущих и на «заземленных» частях указанных устройств (релейного шкафа, мачты светофоров, рельсов и др.), в которые проникает атмосферное электричество при грозовых разрядах. В то же время электрическим соединением этих частей (непосредственно и через разрядники) добиваются того, чтобы разность их потенциалов, равная остающемуся напряжению разрядников была бы ниже на 25— 40% электрической прочности изоляции низковольтных устройств СЦБ. При этом важным фактором является применение рельсовой колеи в качестве заземлителя разрядников. Те или иные отступления от этих принципов построения грозозащиты (например, устройство вспомогательного защитного заземлителя взамен рельсовой колеи) снижают ее эффективность.

Если между BЛ  и ЛCC и постами ЭЦ, ДЦ или служебным помещением ДСП и релейной будкой проложен кабель с металлическими покровами, то для повышения эффективности грозозащиты предусмотрено использование защитного действия металлической оболочки и брони кабеля. В этом случае металлическую оболочку и броню присоединяют к заземляющему контуру указанных служебных зданий и помещений. При таком соединении атмосферные перенапряжения снижаются в десятки раз больше, чем там, где указанное защитное действие металлических покровов кабеля не используют.

Метод выравнивания потенциалов предусматривает, главным образом, ограничение продольных атмосферных перенапряжений (провод — земля), что практически вполне достаточно для традиционных сигнальных и путевых приборов больших габаритных размеров (трансформаторов, трансмиттеров, реле без выпрямительных элементов и др.), так как конструкция этих приборов металлоемкая, и она успешно рассеивает энергию, обусловливаемую поперечными атмосферными перенапряжениями (провод — провод).

Учитывая, что  в эксплуатационных условиях происходит старение полупроводникового материала выравнивателя ВОЦШ, в результате которого возможен прожог выравнивателя, сопровождаемый короткими замыканиями защищаемой электрической цепи, в схемах защиты постов ЭЦ последовательно с выравнивателем включают предохранители, гарантирующие выключение поврежденного выравнивателя без нарушения работы этой цепи.

 

В полупроводниковых приборах, обладающих низким входным сопротивлением (схема защиты полупроводникового преобразователя ППШ-3), для повышения входного сопротивления включают катушки индуктивности, дренажные катушки и др.

Ввиду того что  в настоящее время не существует надежных защитных приборов, способных ограничить атмосферные перенапряжения до очень малых значений и быть достаточно мощными, чтобы пропускать большие токи молнии, а также учитывая опасные электромагнитные влияния монтажных проводов, несущих высокие токи молнии на соседние провода с малыми рабочими токами, в схемах защиты полупроводниковых приборов предусматривается ступенчатый принцип ограничения атмосферных перенапряжений посредством включения двух и более каскадов защиты. При этом первый каскад защиты включается, как правило, на входе электрической цепи, в которую включен полупроводниковый прибор, а последующие каскады защиты — непосредственно в защищаемых полупроводниковых приборах.

 

На участках с автономной тягой сигнальные и  путевые приборы автоблокировки, автоматической локомотивной и переездной сигнализации, в том числе полупроводниковые приборы, должны быть защищены главным образом от атмосферных перенапряжений, возникающих в линейных сигнальных цепях, силовых цепях напряжением 110/220 В и в рельсовых цепях, разрядниками типа РВНШ-250, керамическими (ВК) оксидноцинковыми (ВОЦШ) выравнивателями.

В кодовых рельсовых  цепях переменного тока импульсные путевые реле И типов ИМВШ-110, ИВГ, ИРВ-110 должны быть защищены низкоомным керамическим выравнивателем типа ВК-10 и высокоомным керамическим выравнивателем типа ВК-20, включаемыми в обмотки релейного трансформатора РТ. При отсутствии выравнивателя типа ВК-20 устанавливают два выравнивателя типа ВК-10, соединенные между собой последовательно.

Если на приемном конце РЦ установлен защитный блок типа ЗБФ-1 или путевой фильтр ФП-25, то включать дополнительный выравниватель  типа ВК-20 не следует. В этом случае указанные путевые реле необходимо защитить одним каскадом защиты —  выравнивателем типа ВК-10, включенным между нитями рельсовой колеи.

На однопутных участках импульсные рельсовые цепи постоянного тока на питающем конце следует защищать так же, как кодовые рельсовые цепи, — двумя керамическими выравнивателями типа ВК-10, присоединенными к каждой нити рельсовой колеи. На релейном конце рельсовой цепи необходимо установить только один выравниватель типа ВК-10.

На обоих  концах в каждую рельсовую цепь должно быть включено по два выравнивателя типа ВК-10. Кроме того, один выравниватель типа ВК-20 подключается к выводам путевого реле И типа ИМВШ-110.

Такое включение выравнивателя необходимо для защиты от атмосферных перенапряжений переключающих контактов РЦ.

Основные электрические  характеристики низковольтных вентильных разрядников:

Тип разрядника	Номинальное напряжение, В	Пробивное напряжение, В		Остающееся  напряжение В, при амплитуде импульсного  тока, А
		переменного тока частотой 50 Гц	импульсное  при предразрядном времени 1, 5 мкс	50	1000
РВН-500	500	2500-3000	4500	-	2500
ГЗа-0,66/2,5	600	1000-2200	2800	-	2800
РВНШ-250	250	700-900	2000	350	1400

 

Электрические характеристики выравнивателей:

Тип выравнивателя	Номинальное действующее  напряжение	Ток утечки, мА, при номинальном напряжении, не более	Пропускная  способность по импульсному току		Остающееся  напряжение В, не более
			максимальная  амплитуда импульса	длительность  импульса
ВОЦШ-110	110	0,3	2000	8/20	800
ВОЦШ-220	220	0,2	2000	8/20	1000
ВОЦШ-380	380	0,15	2000	8/20	2000
ВК-10	10	35	3000	1,5/40	1400
ВК-20	20	9	3000	1,5/40	2000