Релейная система стрелочного перевода

2.7 Разработка схем увязки МПЦ с системой полуавтоматического блокировки

Релейная полуавтоматическая блокировка системы Гипротранссигналсвязь (РПБ ГТСС) применяется на однопутных перегонах «В» - «С» и «В» - «А» в варианте для станций оборудованных электрической централизацией стрелок и сигналов.

Полуавтоматическая блокировка рассчитана на применение светофоров в качестве входных, выходных, проходных и предупредительных сигналов [19].

Электропитание схем путевой блокировки производится постоянным током, за исключением ламп светофоров, электропитание котрых осуществляется переменным.

Линейная цепь полуавтоматической блокировки получает постоянный ток от станционной аккумуляторной батареи через преобразователь ППШ-3.

Для линейной цепи путевой блокировки используются провода меж-

станционной телефонной связи. Схема путевой релейной блокировки состоит из линейной цепи, которая объединяет два раздельных пункта, которые примыкают к перегону, и местным цепям приема, отправления и контрольных лампочек на станциях.

При использовании для линейной цепи проводов межстанционной связи телефоны включаются через изолирующей трансформатор НСТ 644.11.61 [20].

Трансформатор уменьшает воздействие вызывного телефонного тока на работу линейных реле. Ток от телефона представляет собой импульс, близкий по форме к прямоугольному, продолжительность которого может вызвать вибрацию якоря реле. Трансформатор меняет форму импульса, делая его кратковременным. Он имеет четыре обмотки по 700 витков из провода ПЭЛШКО диаметром 0, 18 мм.

Для уменьшения влияния разговорного и вызывного токов через питающую батарею и защиты телефонной связи от переменных составляющих выпрямленного тока питающей батареи применены дросселя НДР и конденсаторы С типа МБГЧ емкостью 2Ч2 мкФ. Дроссель имеет две обмотки с проводом ПЭЛ-0, 41 мм по 1150 витков сопротивлением 25 Ом каждая.

В линейную цепь на станции «В» включены линейные реле ЧЛ, реле путевого отправления НПО и реле дачи прибытия НФДП.

В местную цепь приема входят реле дачи согласия НДСО и реле прибытия поезда ЧЛ, в местную цепь отправления входят общее маршрутное реле отправления ЧОКС, его обратный повторитель ЧОВ и противоповторное реле отправления ЧОП.

В схеме станции для управления и контроля установленные кнопки и контрольные лампочки напряжением 24 В. Назначение кнопок следующее: НДСО - дачи согласия и НОСО - отмена согласия, НФП - дачи прибытия, НИФП - пломбированная кнопка размыкания маршрутов для фиксации искусственного прибытия поезда в случае неисправности схемы.

Контрольные лампочки обеспечивают следующую индикацию: НДСО ( белого цвета) и ЧПС ( зеленого цвета) соответственно дача согласия на станцию «С» и получение согласия с нее, ЧПО и НПП ( красного цвета о занятости перегона) соответственно дача блокировочного сигнала отправления поезда на станцию «с» и получение оттуда блокировочного сигнала прибытия; НПУ ( белого цвета) проезд поезда на станцию.

Имеющийся в пульте звонок включается кратковременно на станции отправления поезда в момент получения сигнала прибытия и на станции приема в момент получения сигнала отправления.

Когда перегон свободный от поездов, все реле, за исключением противоповторного реле и обратного повторителя маршрутного реле, обесточенные, а контрольные лампочки погашены.

Перед открытием выходного светофора необходимо получение из соседней станции блокировочного сигнала согласия. Для открытия выходного сигнала необходимо, чтобы линейное реле возбудилось током определенной полярности, а потом обесточилось.

Блокировочный сигнал об отправлении поезда подается в момент открытия выходного сигнала, когда источника питания линейной цепи включаются на станциях «В» и «С» последовательно и на станции приема возбуждается реле путевого отправления и кратковременно звонит звонок. Входной сигнал может быть открыт в любое время при готовности маршрута приема.

Блокировочный сигнал о прибытии подается дежурным по прибытии поезда и полного освобождения им перегона. При этом на станции отправления линейное реле возбуждается током другой полярности, кратковременно звонит звонок и схема приходит в нормальное положение.

Полярность подключения источников питания к линейной цепи должна быть одноименной с разных сторон. При этом импульс тока согласия и импульс тока сигнала отправления при открытии выходного светофора, который подается с одной станции, не должны совпадать по полярности. Этим исключается восприятия импульса тока сигнала отправления как импульса тока согласия.

Реле путевого отправления станции «В» при дачи сигнала согласия включается последовательно с линейным реле станции «С». Однако в этом случае линейное реле должно перекинуть поляризованный якорь и притянуть нейтральный якорь, а реле путевого отправления не должно притягивать якорь. Оно надежно притягивает свой якорь при посылке соседней станцией сигнала отправления.

Реле НФДП при дачи сигнала прибытия включается последовательно из линейным реле соседней станции. Так как оба реле должны в этом случае притянуть свои якоря, то токи притяжения их по электрическим характеристикам должны быть приблизительно одинаковые.

Реле дачи согласия НДСО. Согласие дается нажатием кнопки НДСО, в результате чего возбуждаются реле НДСО, которое включает в линейную цепь питания, и НПО последовательно с линейным реле НЛ, расположенным на соседней станции, при этом загорается лампочка ЧДС. По обмотке поляризованного реле ЧЛ протекает ток обратной полярности, он перекидает поляризованный якорь и притягивает нейтральней. Его контактами включается лампочка ЧПС,и подготавливается круг для открытия исходного светофора. Обесточивается НДСО после получения из соседней станции сигнала отправления контактом реле НПО.

Реле ЧОВ, ЧОП обеспечивают подачу сигнала отправления на сопредельную станцию и невозможность повторного возбуждения реле НПО, а следовательно, и открытие исходного светофора без получения сигнала прибытия.

С возбуждением на станции «В» реле ЧОКС размыкается цепь реле ЧОВ, которое в свою очередь обрывает цепь реле ЧОП и выключает лампочку ЧПС. Обмотки ЧОВ включаются параллельно для уменьшения времени его возбуждение при получении сигнала прибытия..

Реле ЧОП, обесточившись, включает красную лампочку ЧПО и реле ЧЛ в линейную цепь. Оно имеет замедление на отпадание якоря, величина которого должна быть такой, чтобы на соседней станции реле ЧДСО, что также имеет замедление, успевало раньше отпустить якорь, а реле НПО успело возбудиться при посылке блокировочного сигнала отправления.

После обесточивания реле ЧОВ на станции отправления отключается от линейной цепи реле ЧЛ, однако выходной светофор не перекрывается. Тыловыми контактами ЧОВ в линейную цепь через фронтовые контакты реле ЧОП, которое имеет замедление, включается источник питания станции «С», что соответствует посылке сигнала отправления.

С этого момента на некоторое время источники питания линейной цепи окажутся включенными последовательно, вследствие чего реле НПО на станции «В» в результате увеличения тока в линейной цепи притягивает свой якорь и самоблокируется по нижней обмотке, включенной в местную цепь.

Реле путевого отправления НПО. По условиям работы реле не должно притягивать якорь после дачи сигнала согласия, но надежно притягивать его после дачи с соседней станции сигнала отправления. Это требование достигается соответствующим расчетами напряжения питания линейной цепи и выбором величины сопротивления. В результате при даче согласия ток, который протекает по верхней обмотке реле НПО, включенной последовательно с линейным реле, недостаточный для его срабатывания и оно не притягивает свой якорь.

Реле НПО подготавливает схему для приема поезда, выключает реле НДСО, включает красную лампочку ЧИП и на короткое время звонок, которые извещают об отправлении поезда с соседней станции. Реле НДСО выключает лампочку НДСО.

После отправления поезда выходной светофор перекрывается, дежурный по станции обязательно возвращает рукоятку или кнопку открытия выходного светофора в нормальное положение, то есть перекрывает его, независимо от того, есть или на станции средства автоматического перекрытия светофора или нет, и сообщает по телефону об отправлении поезда.

На станции приема после получения сообщения об отправлении поезда готовится маршрут приема и открывается входной сигнал. По прибытии поезда на станцию возбуждается реле фиксации прибытия поезда ЧЛ, что включает белую лампочку, и подготавливает линейную цепь для посылки сигнала прибытия.

ДСП, убедившись в прибытии поезда в полном составе, нажатием кнопки НФДП подает сигнал прибытия на станцию «С», вследствие чего все приборы на обеих станциях приходят в исходное положение. Кроме того, он сообщает об этом дежурном по станции «С» по телефону.

После нажатия кнопки НФДП в линейную цепь со станции приема посылает ток полярности, обратной той, которую он имел при дачи согласия, линейное реле на станции отправления перекидает поляризованный якорь и притягивает нейтральный. На этой станции возбуждаются реле НОВ и НОП, кратковременно звонит звонок и гаснет лампочка ЧПО, что извещают об освобождении перегона.

Одновременно с реле НЛ на станции приема встает под ток реле дачи прибытия ЧДСО, что размыкает цепь ЧПО. Оно в свою очередь исключает лампочку НПП, реле фиксации прибытия поезда ЧЛ, а последнее - реле НДФП. После этого снова возможный обмен блокировочными сигналами по организации движения поездов.

Полуавтоматическая блокировка в сторону станции «А» работает аналогично.

3. Разработка подсистемы грозозащиты оборудования МПЦ

3.1 Анализ существующих устройств грозозащиты оборудования ЭЦ

Самая большая проблема современных схем грозозащиты и защиты от перенапряжений состоит в несогласованности параметров защиты по высоковольтной и низковольтной сторонам вследствие ведомственной разобщенности, а также отсутствие в оборудованиях ЖАТ промышленной системы заземлений, потому что дистанции электроснабжения и СЦБ преследуют разные цели. Цель энергетиков - защита изоляции высоковольтних линий и, как следствие, уменьшение числа аварийных отключений. Основная цель СЦБ - защита непосредственно оборудований ЖАТ, в том числе микропроцесорных. Она реализуется обеспечениям максимального энергопоглощения импульсов перенапряжения на высоковольтной стороне, уменьшением крутизны их фронтов, а также снижением вероятности трансформации импульсов на низковольтную сторону с большими амплитудами и подавление поперечных перенапряжений по высоковольтной стороне.

Основной концепцией существующих схем является защита изоляции монтажа, а не оборудования непосредственно. Системы защиты построены без учета их быстродействия, многокаскадности и максимально возможного энергопоглощения. Однако же именно эти показатели являются ключевыми для защиты современных микропроцессорного оборудования [21].

На настоящий момент преимущественно вся защита от перенапряжений оборудования СЦБ по низковольтной стороне (380ч220 В) строится на основе морально и технически устаревшей элементной базы - ВОЦШ, ВОЦН, РВНШ, РКН и РВН-0,5 [22].

Большинство российских УЗИП представляют собой примитивную неремонтнопригодную конструкцию на основе дискового варистора и двух приваренных к его боковой поверхности винтов. Они не имеют в своем составе средств диагностики собственного состояния и средств теплового отключения для защиты варистора при его неисправности, которые существенно снижает вероятность возникновения пожара в оборудовании.

Согласно концепции зонной защиты все оборудование делится на зоны по степени склонности к воздействиям импульсов напряжений и токов, которые возникают в питающей сети и линейных цепях, а также импульсного электромагнитного поля, которое оказывает непосредственное влияние на оборудование. На границах зон имеется в виду ограничения импульсов перенапряжений и электромагнитного поля к допустимым уровням.

При этом выделяют пять зон однородной электромагнитной обстановки:

0А, 0В, I, II и III.

В зоне 0А каждый объект может испытать прямого удара молнии и через него может протекать полный ток молнии. В этой зоне электромагнитное поле имеет максимальное значение.

В зонах 0В, I и II объекты не испытают прямого удара молнии. Но в зоне 0В на объекты влияет электромагнитное поле максимальной величины.

В зоне I ток импульса перенапряжения во всех элементах внутри зоны меньше, чем в зонах 0А и 0В, и электромагнитное поле может быть ослаблено экранированиям, а на объекты зоны II действует более ослабленное в сравнении с зоной I электромагнитное поле.

Жесткость электромагнитной обстановки в зоне III не должна превышать уровня воздействий, регламентированных ГОСТ Р 50656 [23].

Расположение элементов систем ЖАТ в зонах с электромагнитной обстановкой разной степени жесткости определяет каскадный принцип построения защиты, при которой каждый каскад должен обеспечивать защиту элементов системы ЖАТ и снижать величину напряжения до уровня, допустимого для следующего каскада.

С целью обеспечения гарантированного и поочередного срабатывания каскадов для их соединения используются специализированные разделительные дросселя с индуктивностью 15ч20 мкГн. Они обеспечивают задержку импульса перенапряжения на время порядка 100 мс. Их применяют при длине соединительных проводов (кабеля) между каскадами менее чем 10 м.

Время срабатывания современных ограничительных элементов оборудования защиты типа ВОЦН (ВОЦШ) составляет 20ч25 мс [24] .

Конструктив современных УЗИП и вышеупомянутых дросселей делается под Din-рейку, который обеспечивает строго последовательное размещение защиты с минимизацией длины соединительных проводов. Такое размещение гарантировано обеспечивает срабатывание УЗИП входного каскада, включение следующего при невозможности нейтрализации первого импульса перенапряжения и предусмотренное параметрами рабочей схемы.

Если проанализировать способ монтажа для типовой схемы защиты РШ то можно увидеть, что выравниватели ВОЦН-220 фактически включенные параллельно основной шине питания через довольно длинные провода при длине соединительной линии между ВОЦН-220 меньше 10м. Реально индуктивности соединительной линии и проводов подключения ВОЦН одинаковые, что не позволяет гарантированно обеспечить каскадность и очередность срабатывания каскадов при неизвестных параметрах схемы защиты в целом.

При таком классическом выполнении монтажа в действующих оборудованиях ЭЦ применение мощных и быстродействующих УЗИП с установкой на существующие штатные места не дает ожидаемого эффекта. Кроме того, нет смысла рассчитывать на ненормированные индуктивно-емкостные характеристики монтажа, реальные параметры которого неизвестные.

Прокладка в одном жгуте незащищенных и защищенных проводников (что часто встречается в оборудованиях ЖАТ) не допускается общепринятыми правилами по монтажу приборов защиты. В таком случае вследствие наличия емкостной связи между этими проводниками импульс перенапряжения может внедряться в цепи, которые защищаются, в обход схемы ограничения перенапряжений.

В современной компоновке релейный шкаф должен делиться на отсеки для размещения силовой части и исполнительной аппаратуры с установкой между ними металлических экранов с целью снижения электромагнитного воздействия и пожароопасности.

Провода электропитания при этом необходимо выделять из общего жгута и прокладывать в лотках из огнестойких материалов, причем отдельно для защищенных и незащищенных цепей. Конструкция стандартных релейных шкафов с аппаратурой ЖАТ не позволяет это выполнить и вконец затрудняет внедрение схем защиты.

3.2 Анализ ограничителей перенапряжения в цепях электропитания электронных систем, и выбор их типов для МПЦ

Современный подход к конструкции самих ограничительных приборов в сетях до 1 кВ резко отличается от конструкции для традиционного оборудования ЖАТ - РВНШ, РКН, ВОЦШ, ВОЦН, которые имеют соединительные элементы в виде ножевых и штыревых контактов. При удобствах замены такая конструкция имеет существенные недостатки из-за наличия недостаточной рабочей площадь соприкосновения, окисление при низком качестве гальванического покрытия и малого контактного нажатия. Следствием этих недостатков являются пережиг и разрушение самих контактов при рабочих величинах импульсов тока перенапряжения и резкое увеличение остаточного напряжения, то есть при исправном варисторе УЗИП не обеспечивает защитных функций с заявленными параметрами.

Крепление дискового вариатора непосредственно к клеммам монтажных панелей при существующей конструкции винтового зажима и обжимного наконечника монтажного провода имеет аналогичные недостатки через наличие «текучести» материала жил проводов, т.к. нормативное усилие крепления в клемме прибора в процессе эксплуатации слабеет.

Конструкция и характеристики существующих приборов защиты от перенапряжений не отвечают современным требованиям, а существующая технология проверки УЗИП в РТУ не дает реального понятия об их работоспособности.

Стандартные ряды УЗИП европейских фирм разработаны для установки в соответствующих зонах электромагнитной обстановки с разбивкой на три класса:

I - УЗИП для защиты от прямых ударов молнии в систему грозозащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач. Устанавливаются на вводе в дом во вводно-распределительном оборудовании или распределительном щите (ГРЩ). Нормируется импульсным током 1мкс с формой волны 10/350мкс;

II - УЗИП для защиты токораспределительной сети объекта от коммутационных воздействий или как вторая ступень защиты при прямом ударе молнии. Они нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс и подлежат установке в распределительные щиты.

III - УЗИП для защиты потребителей от остаточных бросков напряжения, дифференциальных (несимметричных) перенапряжений, а также фильтрации высокочастотных воздействий и устанавливаются непосредственно возле потребителя. Нормируется волной, которая состоит из импульса напряжения с формой волны 1,2/50 мкс и импульса тока с формой волны 8/20 мкс.

3.3 Разработка рекомендаций по защите оборудования МПЦ

Эти приборы имеют степень защиты по стандарту IEC 61643-1:1998 (25 значений уровней от 0,08 до 10 кВ) и позволяют подобрать необходимый уровень защиты для оборудования при установке его в любой электромагнитной зоне. Например, заграничный ограничитель перенапряжения PROTEC BS 75 является одним из самых мощных для своего класса и предназначенный для установки в зонах 0А и 0В. Самым мощным УЗИП отечественного производства среди тех, что применяются в устройствах ЖАТ, который может выдерживать воздействие I класса и устанавливаться с некоторыми ограничениями в зонах 0А и 0В, на данный момент есть УЗП1 -500. Параметры импульса перенапряжения, близкие до 10/350 (продолжительность переднего фронта/продолжительность самого импульса в микросекундах), имеют место при прямом ударе молнии, а параметры, близкие к 8/20, отвечают воздействию разряда молнии на электромагнитном уровне и коммутационным процессам в ЛЭП.

Это обеспечивает автоматическое отключение поврежденного модуля, оптическую индикацию и дистанционную сигнализацию об этом событии с помощью систем дистанционной диагностики и мониторинга. Конструкция предусматривает возможность замены непосредственно поврежденного модуля без снятия базового блока и отключения монтажных проводов.

Отсутствие функции автоматического отключения в отечественных приборах ограничения перенапряжения (РВНШ, ВОЦН и др.) часто приводит к аварийным отключениям оборудований ЖАТ и возгоранию последних. С целью минимизации возможных расходов предусмотрено их включение через плавкие вставки. Но наличие предохранителей в этих цепях снижает эффективность работы схемы защиты от перенапряжений.

Альтернативой могут стать керамические предохранители, которые выпускаются четверых видов:

- с временной задержкой (time lag, slow acting) предназначенные для защиты оборудования, которое рассчитано на большие тока при включении или вследствие кратковременных переходных процессов;

- без временной задержки (Standart fuses);

- быстрые (Quick acting) что применяются в цепях управления;

- (ultra rapid) используются в цепях защиты электронного оборудования.

Предохранители, которые в насьоящее время применяются в оборудовании ЖАТ, представляют собой прибор неизвестного класса с непонятными временными характерис-тиками и используются для защиты различных схем. К тому же доступ воздуха к плавкой вставке резко снижает их надежность (особенно с номиналом от 3 А и ниже) и приводит к эпизодичным перегораниям при исправном оборудовании. Для защиты микропроцессорных систем ЖАТ нужно применять предохранители, которые имеют гарантированное время срабатывания и гарантированный срок эксплуатации.

Использование предохранителей с временной задержкой на срабатывание (time lag) в действующих релейных системах ЭЦ в ряде случаев позволило бы избежать перегораний предохранителей при штатных переключениях фидеров или нештатных ситуациях.

Возможность визуального контроля состояния плавкой вставки и механическая система контроля ее целостности снижают надежность предохранителя. Это привело к появлению схемных решений и оборудования для их резервирования.

Т.к. применяемые в оборудовании ЖАТ приборы УЗИП российского производства не имеют функции автоматического отключения при прогорании варистора, использование плавкого предохранителя в его цепи обязательно - есть масса примеров загораний оборудований СЦБ по этой причине. Кроме того, практика размещения УЗИП непосредственно на стативах релейной к тому же без каких-нибудь защитных конструктивов является в корне неправильной. Приборы защиты должны монтироваться в отдельных невоспламеняющихся конструктивах в местах, максимально приближенных к точкам ввода на пост ЭЦ защищаемых линий.

Существует проблема защиты кабельной сети и монтажа оборудования ЖАТ при аварийных ситуациях в контактной сети ( например, коротких замыканий через перекрытие изоляторов или падение контактного провода на напольные объекты СЦБ). Кабельные сети и монтаж оборудования ЖАТ в этом плане полностью беззащитные.

Каждую рабочую сигнальную жилую и, соответственно, монтаж нужно защитить со стороны напольных устройств на уровне кросса керамическим предохранителем типа KLS5-224-GT с медленным срабатыванием и аксиальными выводами под пайку с расчетным сроком эксплуатации 20 лет. Для защиты на уровне кросса также можно использовать малогабаритные автоматические выключатели с индикацией срабатывания, размещаемые со стороны монтажа на специальном конструктиве, например типа Circuit breacer (со способностью на разрыв 40 А при времени срабатывания 1ч2 с).

Двусторонняя токовая защита оборудования ЭЦ со стороны кабельной сети даст высокая степень гарантии сохранности последних при аварийных ситуациях с контактной сетью.

УЗИП на базе мощных варисторов, например, PROTEC В, PROTEC В2, PROTEC С, предназначенные для установки во всех зонах с уровнем защиты согласно принятой классификации перенапряжений в электроустановках. Часть из них выполнена по двохмодульной или одномодульной схеме. Все они имеют функцию аварийного отключения поврежденного модуля, визуальную индикацию срабатывания термовыключателя и дистанционную сигнализацию.

В номенклатуру таких УЗИП входят также разделительные дросселя, например, типа PRONET (максимальный ток до 35 А) и PI-L (рабочие тока 16, 32, 63 и 120 А) с индуктивностью 15 мкГн. Они предназначены для соединения сопредельных устройств защиты при многокаскадной схеме с целью обеспечения поочередного срабатывания каскадов. Использование УЗИП с ремонтопригодною конструкциею позволит организовать эффективную эксплуатацию систем защиты с минимизацией эксплуатационных расходов. Такие факторы, как ударная волна и осколки при внештатных сильноточных срабатываниях оборудования защиты, способные повредить монтаж и оборудование.

Разрядники, предназначенные для выравнивания потенциалов между разными частями оборудования и элементами металлоконструкций, например, серии EXFS, имеют в основе угольный многозазорной искровой промежуток. Их основные параметры такие: номинальный разрядный ток (8/20) -100 кА; импульсный ток молнии (10/350) - 50 кА; переменное напряжение пробоя (50 Гц) - 1,2 кВ; напряжение пробоя тока молнии (1,2/50) - 2,5 кВ.

Принципы защиты линейных цепей оборудований ЖАТ не предусматривают каскадный принцип построения защиты в пределах одного устройства. Они реализуются на отечественной элементной базе (РВНШ, ВОЦН, РКВН и др.) с использованием в качестве продольного трансформатора, как правило, типовых СТ-4 или СТ-5 для подавления синфазных помех. Вследствие неравенства параметров их обмоток компенсировать импульс перенапряжения невозможно. Обмотки лишь выполняют роль катушек индуктивности, которая делает схему защиты малоэффективной. Для защиты от продольной волны перенапряжения («земля-провод») обычно применяются разрядники РКВН-250, а от поперечного перенапряжения («провод - провод») - выравниватели типа ВОЦН-220 (ВОЦН-110).

Первый и второй ступени защиты (на газонаполненных разрядниках и на Tvs-диодах) рассчитанные на подключения от одной до трех пар проводников. Они способны пропускать максимальный разрядный ток с параметрами 8/20 величиной до 10 кА.

Первая и вторая ступени защиты оборудований серии DTNVR 775 выполненные на варисторах. Максимальный разрядный ток с параметрами 8/20 - 10...20 кА. Такой класс приборов, как помехоподавляющие фильтры серии PL-K со встроенными УЗИП класса III представляют собой двухступенчатое однофазное или трехфазное устройство для защиты чувствительного электронного оборудования от высокочастотных помех и импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах переменного и постоянного тока. В конструкции фильтра применяются высококачественные ферромагнитные сердечники, которые имеют магнитную проницаемость более 8000.

Они предназначены для выборочной защиты приемников и генераторов тональных рельсовых цепей и управляющих вычислительных комплексов как последний каскад защиты.

Вышеупомянутые приборы также снабженные внутренними терморасцепителями, которые срабатывают при повреждении (перегреве) варисторов. Индикация состояния терморасцепителей осуществляется с помощью сигнальных кнопок на корпусе устройства и дистанционной сигнализации (переключением «сухих» контактов).

Существует такой класс УЗИП, как грозоразрядники, предназначенные для установления в зонах 0А -1 грозозащиты. Они имеют в основе своей конструкции многозазорные угольные искровые разрядники специальной конструкции, которые обеспечивают эффективное гашение сопроводительных токов большой величины, например как разрядники серии HAKELSTORM.

Импортный разрядник HS55 который применяется для защиты на уровне ЩВП обеспечивает аналогичный уровень защиты при величинах амплитуд разрядных токов с параметрами 8/20, больших чем в РВН-0,5. Использование разрядников, которые имеют в своей основе искровой промежуток, в качестве основного прибора защиты для зон 0А и 0В лучше, поскольку они обеспечивают значительно больше в сравнении с варисторним УЗИП энергопоглощение при наличия гальванической развязки с оборудованием, которое защищается.

Действие устройств защитного отключения, управляемые дифференциальным, то есть остаточным, током (УЗО-Д) основанное на принципе равенства токов в прямом и обратном проводах дифференциального датчика-трансформатора, которые создают равные и противоположно направленные магнитные потоки, и компенсируют друг друга. С появлением дифференциального тока (тока истока на заземленные элементы через поврежденную изоляцию токопроводящих частей) равенство магнитных потоков в магнитопроводе датчика компенсируется. Если значение дифференциального тока окажется достаточным для создания с помощью катушки расцепителя магнитного потока в ярме, то происходит сбрасывания механизма управления - выключатель отключится.

Довольно часто такие оборудования дополняются защитой от сверхтоков.

Они известные как диффавтоматы и выполняют роль сигнализатора заземления с функцией автоматического отключения оборудований, которые защищаются. Разработчики УЗО при определении необходимых параметров ориентируются на систему заземления TN-C-S, как наиболее перспективную сегодня.

Во вводно-распределительном оборудовании электроустановки соединены в одном проводнике (PEN) нулевой защитный и нулевой рабочей проводники при такой системе разделенные и называются РЕ и N соответственно. Это позволяет в комплексе с УЗО обеспечить высокий уровень электро- и пожаробезопасности в электроустановках без их коренной реконструкции, а также более высокие характеристики схем защиты от перенапряжений.

Имеющаяся элементная база защиты оборудований ЖАТ от перенапряжений не позволяет реализовать концепцию зонной защиты. Используемые в железнодорожной технике УЗИП по общепринятой классификации в основной массе можно отнести, как правило, только к III классу защиты. Полностью отсутствуют приборы для установки в с-нах 0А и 0В, практически нет приборов для установки в зоне защиты І.

3.4 Выводы по разделу

Схемотехнические решения, прописанные в действующих РУ и типовых материалах по проектированию оборудований ЖАТ, абсолютно неэффективны относительно микропроцессорного оборудования, малоэффективные относительно даже к релейным системам и не отвечают требованиям современных стандартов.

При новом проектировании целесообразно применять только промышленные системы заземления типа TN-C-S. Плановым порядком модернизирована система заземления поста МПЦ станции «В» на тип TN-C-S с одновременным усилением и дублированием рабочего нулевого проводника.

4. Техника -экономическое обоснование внедрения МПЦ

4.1 Методика расчетов эффективности от внедрения МПЦ

Экономическая эффективность, в общем, выражается в увеличении объема производства, возвышении производительности работы, снижение расходов.

Оценка эффективности инвестиций, которые направляются на восстановление и развитие систем ЭЦ путем применения микропроцессорных систем централизаций вместо релейных, выполненная методом сравнения, при этом в расчетах учитывают только непостоянные части расходов.

Основными показателями для расчетов эффективности есть эксплуатационные расходы и себестоимость продукции, капитальные вложения, объемы продукции. Кроме денежных показателей эффективности будут использованы качественные показатели, которые отображают, в общем, качество продукции и перевозок, условия работы, безопасность работы, степень сложности эксплуатации и ремонта, сроки проектирования, строительства.

Для оценки экономической эффективности новой техники СЦБ использованы следующие натуральные показатели: возвышение безопасности движения поездов и надежности оборудования, увеличение пропускной способности, сокращение технологических операций, связанных с движением поездов, сокращение потребности подвижного состава и другие.

В общем виде годовой экономический эффект такой техники определяется по формуле:

; (1)

где: - экономия эксплуатационных расходов по хозяйству СЦБ;

- экономия эксплуатационных расходов по другим хозяйствах;

- прирост прибыли за счет улучшения эксплуатационной работы.

При расчетах эффективности использованные эксплуатационные расходы, от размеров движения поездов, и расходы, которые зависят от размеров движения и связанные с работой подвижного состава.

Эксплуатационные расходы по хозяйству СЦБ зависят от размеров движения и учитывают, главным образом, расходы на содержание и ремонт постоянного оборудования.

Для количественной оценки объемов оборудования, которые вводятся использованный специальный показатель - техническая единица (е), которая представляет собой количество технического оборудования, оценивается показателем технической оснащенности (В).

4.2 Анализ трудозатрат на ТО релейных систем ЭЦ

Процесс ТО содержит в себе четыре группы работ: регламентные (РР), дополнительные (ДР), комплексные проверки (КР), восстановление оборудований после отказы (ВР).

В общем виде объем работ ТО определяется количеством и трудоемкостью отдельных операций и их периодичностью выполнения.

Количественную оценку объема работ по ТО на все системы СЦБ можно представить в следующем виде:

, (2)

где: - нормированное время выполнения одной РР;

k - количество выполняемых РР;

- время выполнения одной ДР;

- периодичность j-ой РР;

- средние расходы работы на восстановление объекта после отказа;

- расходы работы на КР;

т - количество отказов;

- количество КР за время t

Анализ расходов работы техперсонала дистанции в процессе ТО показал, что в среднем имеет место такое распределение рабочего времени на выполнение четверых указанных групп. Если весь баланс времени бригады принять за 100%, то РР занимают -80ч90%; ДР - 8ч12%; ВР - 1ч2%; КР - 3ч5%.

Для оценки сокращения эксплуатационных расходов на ТО основных систем ЭЦ сделаны расчеты трудозатрат на ТО и их распределение по отдельным оборудованиям и элементам системы.

Методика основана на определении расходов работы на техническое обслуживание соответствующих устройств за месяц . Для оценки распределения трудозатрат по элементам оборудования с целью упрощения расчетов определены трудозатраты на 1 техническую единицу оборудований ЭЦ.

Согласно « Типовым нормам времени на обслуживание устройств СЦБ» расходы работы на ТО устройств электрической централизации (ЭЦ) составляются из следующих составляющих: проверка зависимостей ЭЦ(t ), обслуживание светофо-ров (t ), обслуживание стрелочных переводов (t ), обслуживание рельсовых цепей ( ), обслуживание аппаратуры управления (t ), обслуживание приборов СЦБ (t ), обслуживание переездов (t ), обслуживание источников питания(t ), обслуживание кабельных сетей, монтажа и ж/б конструкций(t ), проверка и ремонт приборов в РТД ( ).

Суммарные расходы на ТО релейных систем ЕЦ составят:

В процентном отношении трудозатраты по видам устройств ЭЦ соответственно к вышеуказанным трудозатратам распределены таким способом:

t =2,8%, t =4,2%, t =24,5%, t =36,5%, t =0,21%, t =7,2%, t =0,39%,

t =2,3%, t =3,4%, t =18,5%.

В связи с тем, что общая структура оборудования МПЦ и релейных

систем ЭЦ практически одинаковая (постовое и напольные оборудование, стрелки, сигналы и т.п.), то, классификация расходов на ТО сохраняется такой же, как и для релейных ЭЦ. Итак, можем записать состав расходов на ТО МПЦ:

.(3)

Путем анализа и сравнения эксплутационно-технических характеристик и эксплуатационных расходов поэлементно, релейных и микропроцессорных систем ЭЦ, определяется уровень снижения эксплуатационных расходов.

При этом установленный следующий уровень сокращения расходов на ТО по следующим элементам:

t =80%, t =15%, t =20%, t =15%, t =95%, t =10%, t =10%, t =10%, t =30%, t =80%.

С учетом снижения трудозатрат, материалов, энергоресурсов, транспорта и других расходов обеспечивается сокращения эксплуатационных расходов от 50 до 65%.

Для расчетов принимается коэффициент сокращения расходов б = 0,6

Е_МПЦ=Е_БМРЦ Чб(0,6). (4)

4.3 Эффективность комплексной реконструкции устаревших систем ЭЦ путем замены на новые микропроцессорные системы

При сравнении эксплутационно-технических характеристик релейных и микропроцессорных систем установленные следующие факторы, которые определяют экономическую эффективность применения микропроцессорных систем вместо релейных:

- сокращение постового оборудования ЭЦ ( до 80 реле на 1 стрелку, стативов, пульт управления и др.);

- сокращение производственных площадей, занятых оборудованием МПЦ на 50% и размещении оборудования в действующих помещениях, снижение в потребности в постройке зданий под посты;

-сокращение капиталовложений на строительство постов централизации;

- сокращение оборудования за счет интеграции линейно8о оборудования ДЦ и ДК в МПЦ;

- сокращение постового оборудования для схем увязки ЭЦ с полуавтоматической блокировкой за счет интеграции РПБ с МПЦ;

- сокращение расходов и сроков на строительство за счет сокращения количества кабельно-проводниковой продукции (постового и напольного кабеля, реле, стативов, пульт управления);

- оптимизация работы по управлению движением поездов на станции за счет комплексной модернизации оборудований (увязка с оборудованием ДЦ, ДК, автоматизация документооборота, автоматизация отдельных функций ДСП и оператора и др.);

- диагностика средств МПЦ;

- повышение надежности оборудования за счет сокращения количества устройств, кабельных сетей и резервирования;

-повышение уровня информативности, обеспечение оперативности персонала;

- изменение технологии обслуживания.

В результате поэлементного расчета экономии и расчетов совокупного эффекта величина сокращения расходов для системы МПЦ определяется по формуле:

,(5)

где: - оснащенность в технических единицах станции, на которой ЭЦ меняется на МПЦ ( = 3.382 т.е.);

С -стоимость обслуживания одной технической единицы

(С =175000 руб.).

Для расчетов принимается обобщенный коэффициент сокращения расходов

= 0.6.

Подставляя исходные данные, находим величину сокращения расходов

=3.382Ч175000Ч0.6=355110 руб.

Количество реле, которые высвобождаются:

; (6)

где: - количество реле, которые высвобождаются на одну стрелку в результате замены ЭЦ на МПЦ ( =80);

n - количество централизованных стрелок на станции «В» (n =36 стрелок);

- количество станций ( = 1 станция).

Тогда: реле.

Количество персонала, который высвобождается, занятого ремонтом реле, вычисляем по формуле:

(7)

Подставляя числовые данные, находим:

Экономия фонда заработной платы ремонтного персонала:

(8)

где: С - среднемесячная заработная плата одного электромеханика ( в нашем случае С=7032 руб.)

Итак, руб.

Суммарная экономия расходов по хозяйству сигнализации, централизации и блокировки составит:

; (9)

руб.

4.4 Расчеты изменения эксплуатационных расходов, связанных с эксплуатационными показателями работы станций, локомотивных и вагонных депо

В результате повышения надежности и качества внедряемых технических средств, уменьшается количества отказов и продолжительность их восстановление, сокращаются простой поездов, локомотивов и вагонов, объемы маневровых передвижений, ускоряется оборот подвижного состава, повышается оперативность управления перевозочным процессом, сокращается оперативный персонал. Расчеты изменения, которое зависит от размера движения поездов, эксплуатационных расходов выполненный методом расходных ставок на пробег (вагоно-км, локомотиво-км) и временные (вагоно/ часы, локомотиво/ часы, поездо/ часы) измерители.

Снижение эксплуатационных расходов, связанных с поездной работой определяются снижением потерь поездо-часов на станции и участке в целом снижением простоя вагонов и локомотивов на станции, снижением текущих расходов по маневровой работе за счет снижения отказов оборудования определяются по формуле:

; (9)

где: - укрупненные нормы эксплуатационных расходов соответственно на задержку поездов и их остановку. = 4.34 тыс. руб; = 48.82 тыс. руб;

, - сокращение соответственно поездо/часов простоя и задержанных поездов в связи с внедрением МПЦ.

 ; (10)

где: , - количество соответственно поездо-часов простоя для релейной ЭЦ и МПЦ.

; (11)

где: - количество соответственно задержанных поездов через отказы для релейной ЕЦ и МПЦ.

Осуществим расчеты количества задерживаемых поездов и поездо-часов простоя на станции «В» для системы МПЦ.

Количество задерживаемых поездов и поездо-часов простоя на один оборот для МПЦ:

поезда;

поездо-часов.

Число отказов, которые происходят на станции в течение года, вычисляется по формуле:

, (12)

где: - интенсивность отказов в течение одного часа ( в час).

Тогда : 9,8

Исходя из рассчитанного количества отказов, можем найти число задержанных поездов на станции. Оно рассчитывается по формуле:

, (13)

Подставляя численные значения, находим:

14.7поезда.

Отсюда можем рассчитать время простоя поездов, который происходит вследствие отказов системы МПЦ, по формуле:

, (14)

16.66 поездо-часы.

Дополнительные задержки поездов дополнительное время, которое включает в себя , на установление маршрутов и увеличения времени прохода поездов по маршруту, определяются по формуле:

, (15)

где: - коэффициент эффективности ЭЦ; часа; часов.

Тогда дополнительная задержка на один час для системы МПЦ составит:

3.93 поездо-часов.

Отсюда находим суммарное время задержек для системы МПЦ:

поездо-часы.

Аналогичный расчеты сделаем для релейной системы электрической централизации. Для этого используем следующие исходные данные:

в час;

поезда;

поездо-часа.

Приведем расчеты:

;

поезда;

поездо-часа

поездо-часа

часов.

Отсюда можем определить сокращение времени простоя поездов и количества задержанных поездов в связи с внедрением МПЦ:

поездо-часы;

поезда.

По полученным числовым значениям определим снижение эксплуатационных расходов, связанных с поездной работой.

руб.

За счет автоматизации отдельных операций ДСП, сокращение времени на приготавливание маршрутов и оптимизации поездной работы уменьшается простой грузопотока на станции на 0.04 часа, в результате чего сэкономленные вагоно-часы за год составят:

вагоно-часов (16)

где: - среднее число вагонов в поезде (принимаем равным 55 вагонов).

Сокращение эксплуатационных расходов по этой статье:

, (17)

где = 0.217 тыс. грн. - стоимость одного вагоно-часа простоя вагона. Подставляя исходные данные, находим

руб;

4.5 Определение сокращения расходов по локомотивному и вагонному хозяйствам

В составе капитальных вложений учитывается экономия основных фондов подвижного состава, который достигается высвобождением части вагонного и локомотивного парка.

Сокращение основных фондов за счет улучшения использования локомотивного парка определяется по формуле:

; (18)

где: - стоимость локомотива ( = 16200000 руб.);

- коэффициент резерва локомотива, принимается равным 1.29.

Часть локомотивного парка, который высвобождается, для освоения дополнительного объема перевозок не используется. В этом случае прибыль определяется по формуле:

; (19)

где: - норма на капитальный ремонт, принимаем равной 0.062.

Сокращение основных фондов за счет улучшения использования вагонного парка определяется по формуле:

; (20)

где: В - стоимость вагона, равняется 400000 руб.);

- коэффициент увеличения капитальных вложений в развитие вагонного хозяйства, принимаем равным 1.07;

- коэффициент резерва и ремонта вагонов, принимается равным 1.23.

Часть вагонного парка, который высвобождается, для освоения дополнительного объема перевозок не используется. При этом прибыль определяется сокращением расходов на капитальный ремонт, которую определим по формуле:

; (21)

где: - норма амортизационных отчислений на капитальный ремонт вагонов, для нее принимается значения 0.035.

4.6 Определение суммарной экономии расходов

Суммарная экономия эксплуатационных расходов вычислена без учета экономии по локомотивному и вагонному хозяйствам по формуле:

. (22)

Подставим числовые значения:

руб.

Суммарная экономия основных средств рассчитывается по формуле:

; (23)

и равняется: руб.

4.7 Определение экономического эффекта и периода окупаемости

Оборудование микропроцессорной централизации стоит 3709210 руб. Монтаж оборудование микропроцессорной централизации стоит 2055154 руб. Оборудование ЗиП стоит 458594 руб. Пусконаладка стоит 440274 руб. Всего 6663682 руб.

Эффективность проведения модернизации электрической централизации станции «В» оцененная показателями, которые отображают соотношение расходов и получаемых результатов при эксплуатации сравниваемых систем централизации.

Основными показателями, которые характеризуют эффективность проведения модернизации, есть экономический эффект и срок окупаемости расходов по модернизации.

Экономический эффект от модернизации централизации станции «В», определяется по условиям его эксплуатации за расчетный период. Сопоставление расходов определяется по формуле:

; (24)

где: Р - стоимостная оценка результатов модернизации. В этом случае это экономия годовых эксплуатационных расходов модернизованной станции, то есть

Р = = 1860279.8 руб.;

З - расходы связаны с разработкой и проведением модернизации станции.

Рассчитываются как разница капитальных вложений в модернизацию с учетом НИР ( = 674024 руб.) и суммарной экономии основных средств, то есть:

. (25)

При этом разновременные расходы приводятся к расчетному году по формуле:

; (26)

где: - коэффициент приведения разновременных расходов к расчетному году;

= 0.1 - норма дисконта;

- расчетный год;

- год начала эксплуатации системы, в нашем случае - 2014.

Осуществим расчеты экономической эффективности в течение 5 лет эксплуатации МПЦ и результаты расчетов сведем в таблицу 1.

Исходя из рассчитанных в таблице значений, можем определить период окупаемости:

года.

4.8 Выводы по разделу

В ходе экономического расчетов были определенные следующие показатели:

- суммарная экономия эксплуатационных расходов при модернизации электрической централизации станции «В» на базе системы МПЦ составила - 1860280 руб. в год;

- суммарная экономия основных средств составила - 1417814 руб. в год.

Также был рассчитан экономический эффект, из которого вытекает, что модернизация станции полностью окупится через 5, 06 лет.

5. Охрана работы и безопасность в чрезвычайных ситуациях

Согласно темы «Разработка проекта реконструкции системы электрической централизации станции «В», эта станция была оборудована системой микропроцесорной централизации МПЦ-С. С целью повышения культуры обслуживания и уменьшения производственного травматизма работы на станции по обслуживанию устройств СЦБ проводятся согласно местным документам: « Инструкции по противопожарной безопасности», « Инструкции по электробезопасности», « Инструкции по производственной санитарии». Эти инструкции разработанные согласно закона " Об охране работы" [28] и других нормативно-правовых актов.

Охрана труда - это система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиеничных и лечебно-профилактических мер и средств, которые обеспечивают безопасность, сохранение здоровья и трудоспособности человека в процессе работы. Закон "Об охране труда " определяет основные положения относительно реализации конституционного права работников на охрану их жизни и здоровья в процессе трудовой деятельности, на надлежащие, безопасные и более здоровые условия труда, регулирует при участии соответствующих органов государственной власти отношения между работодателем и работником по вопросам безопасности, гигиены работы и производственного среды и устанавливает единый порядок организации охраны работы в Украине. 

5.1 Характеристика проектированного объекта [29]

На железнодорожном транспорте, существует ряд работ, которые характеризуются повышенною опасностью. Для выполнения этих работ нужно предварительное специальное обучение и ежегодная проверка знаний работников по вопросам охраны труда. Перечень этих работ определен Приказом Государственного комитета по надзору за охраной труда и дополнениями к нему.

Такие работы отличаются наличием опасных и вредных производственных факторов, которые определяют специфику их выполнения. В общем опасные и вредные факторы по природе действия на человека разделяются на: физические, химические, биологические, психофизические. Наиболее объемной есть группа физических факторов, которые содержит подгруппы, связанные с движением машин и механизмов; наличием высокого напряжения; повышением или снижением температуры воздуха при выполнении работ, освещенности и другими.

К группы психофизических факторов, также характерных для работ на железнодорожном транспорте, относят опасные и вредные производственные физические перегрузки.

Железнодорожный транспорт является такой областью хозяйства, в которой остро присутствует повышенная опасность работы. Это относится и к работникам дистанций сигнализации и связи. Много работ выполняются на путях в непосредственной близости к подвижному составу. Для выполнения ряда технологических операций, связанных с обслуживанием рельсовых цепей, светофоров, стрелочных электроприводов и других, характерная повышенная опасность наезда подвижного состава. При этом условия работы чаще всего усложняются взаимодействием климатических факторов, поскольку железные дороги работают круглые сутки, в любое время года и при любой погоде.

Например, в зимнее время из-за снежных заносов усложняются условия передвижения, при гололедице возникает опасность падения, одежда ухудшает восприятие звуковых сигналов. Работа на открытом воздухе в сильные морозы затрудняет выполнение многих ручных операций, которые резко увеличивает их продолжительность. При этом возможны обморожения.

На электрифицированных участках железных дорог для работников дистанции сигнализации и связи в последнее время из-за разворовывания медных соединительных элементов увеличивается опасность поражения электрическим током при выполнении работ, связанных с прикосновением к элементам цепей обратного тягового тока и рельсам. При неблагоприятных случаях напряжение на рельсах может достигать сотен и даже тысяч вольт. Кроме того, возникает опасность поражения наведенным в рельсах потенциалом при коротком замыкании в тяговой сети линии электроснабжения.

Железнодорожная станция «В» является объектом с особо повышенной опасностью работы. Рабочие зоны железнодорожников многих профессий расположены вблизи от движущегося подвижного состава, а также связаны с обслуживанием электроустановок и сетей, которые находятся под напряжением. Условия работы усложняются еще и тем, что железнодорожный транспорт работает круглые сутки.

Строительство систем МПЦ привело к сокращению времени нахождения обслуживающего персонала на путях, то есть в зоне повышенной опасности, содействовало более успешному решению задач, связанных с улучшением условий работы обслуживающего персонала и повышениям техники безопасности, обеспечило высокую продуктивность и безопасность труда.

Более того, оборудование станции системой МПЦ вместо БМРЦ, предоставляет возможность выполнения большей части графика по техническому обслуживанию в отопливаемых помещениях. Применение МПЦ позволяет значительно сократить объем и время монтажных работ при пуске в эксплуатацию, не требует дорогого строительства здания для размещения аппаратуры, уменьшает время нахождения обслуживающего персонала на путях - в зоне повышенной вероятности травматизма.

5.2 Анализ потенциальных опасностей на объекте

Рабочее место электромеханика и электромонтера из обслуживания устройств МПЦ-С находится согласно инструкции [29] на путях станции, в помещении, где размещено оборудование МПЦ и в комнате электромеханика, где находится АРМ ШН. На путях станции на ШН и ШЦМ воздействуют различные факторы, которые являются вредными для здоровья. Это низкие и высокие температуры, солнечное излучение, повышенная влажность и ненастье (дождь, снег, ветер), вибрации и шум от работающих механизмов, запыленность, яркий солнечный свет или отсутствие освещения ночью, и др. Все это содействует ухудшению внимания и может привести к травмам или гибели. В помещении где размещено оборудование МПЦ на ШН и ШЦМ оказывает влияние электрическое и электромагнитное поле как низкой (50 Гц) так и повышенной частоты (частота системной шины ЭВМ), повышенная частота пульсаций светодиодных или люминесцентных ламп искусственного освещения. LCD-экраны мониторов ЭВМ также отрицательно влияют на зрение человека. Рабочее место дежурного по станции находится в помещении ДСП, где расположены основной и резервный АРМ ДСП, и другие аппараты управления. На ДСП воздействует электрическое и электромагнитное поле как низкой (50 Гц) так и повышенной частоты (частота системной шины ЭВМ), повышенная частота пульсаций л светодиодных или люминесцентных ламп искусственного освещения. LCD-экраны мониторов ЭВМ также отрицательно влияют на зрение человека.