Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

На протяжении всего существования Белорусской железной дороги железнодорожный транспорт нашей страны превратился в важнейшую отрасль народного хозяйства. В настоящее время объем перевозок грузов и пассажиров этим видом транспорта превышает объем перевозок, выполняемый другими видами транспорта.

Для успешной его работы требуется взаимная слаженность всех подразделений. Большая роль отводится вагонному хозяйству, в том числе вагоноремонтным предприятиям, на которых, в настоящее время, производят модернизацию пассажирских вагонов и её систем, одной из которых является электрооборудование. Большой потенциал, дающий толчок в решении этих вопросов заложен в повышении качества комфортности перевозки пассажиров, а также для привлечения (увеличения) их числа.

Парк пассажирских вагонов Белорусской железной дороги состоит из различных модификаций: вагонов без кондиционирования воздуха, с кондиционированием воздуха, с низковольтным отоплением и без него, с автономными системами электроснабжения и централизованными.

В автономной системе электроснабжения вагона с кондиционированием воздуха основным источником электроэнергии является индукторный генератор трехфазного переменного тока мощностью от 32 до 35 кВт. Вращение ротора генератора осуществляется от средней части оси с помощью редукторно-карданного привода. В вагоне предусматривается специальное оборудование для питания потребителей на длительных стоянках с целью создания необходимых санитарных и гигиенических условий (отопление, вентиляция). В вагонах установлено энергоёмкое электрооборудование, зачастую с низким коэффициентом полезного действия. Всё это требует замены устаревшего вагонного электрооборудования на современное, энергосберегающее с использованием новых технических решений, обеспечивающие высокую степень надёжности, ремонтопригодности и простоту монтажа. Кроме этого, на вагоноремонтных заводах, в процессе капитально-восстановительных работ, внедряют новые системы электрооборудования для повышения комфортности перевозки пассажиров. Это является дополнительным положительным фактором, способным привлечь пассажиров для пользования новыми модернизированными вагонами с установленным таким оборудованием.

В дипломном проекте, был разработан вариант модернизации системы электрооборудования вагона повышенной комфортности, с заменой устаревших узлов и систем насовременные с добавлением новых электрических приборов.



1. Анализ существующей системы электрооборудования

1.1 Источники электрической энергии

В Электроснабжение вагона обеспечивается индукторным генератором трёхфазного переменного тока DCG-4435 немецкого производства мощностью 32 кВт, с номинальным напряжением 134 В+2,5% и частотой вращения 1000-4000 об/мин. Привод генератора применяется только механический типаWBAот средней части оси, карданный вал и эластичную муфту. генератор электрический вагон

Для обеспечения бесперебойного электроснабжения вагона (при малых скоростях движения или на стоянках) используются аккумуляторные батареи типа ВНЖ-300 щелочного типа, последовательного соединения между собой из 82-86 штук обеспечивающие общее напряжение не менее 110 В. Аккумуляторные батареи размещены в двух подвагонных ящиках расположенных по разным бокам вагона, друг напротив друга.

В случае длительной стоянки или слишком сильно разряженной батареи, зарядка батареи и питание потребителей могут осуществляться от стационарной колонки с сетью трёхфазного переменного тока 380 В, 50 Гц, через трансформатор и выпрямитель.

1.2 Потребители электрической энергии

На вагоне установлена система кондиционирования с холодильной установкой типа MAB-II. К устройствам вентиляции относятся центробежный сдвоенный вентилятор с электродвигателем мощностью 1,7 кВт. Максимальная подача воздуха вентилятором 5000 /ч летом (в том числе наружного 1000 /ч) и 4000 /ч зимой ( в том числе наружного 800 /ч). В переходное время года, т.е. при наружной температуре от +5 до +С работает электрический воздухоподогреватель, установленный в системе вентиляции, мощностью 6 кВт. Вместе с электрическим воздухоподогревателем работают электропечи, девять штук мощностью 500 Вт установленные в купе и четыре мощностью 250 Вт установленные в служебном отделении, купе отдыха проводника и туалетах. В летнее время на вагоне работала система охлаждения воздуха холодопроизводительностью 25000 ккал/ч. Она состоит из компрессора с электродвигателем мощностью 12,5 кВт и вентилятора конденсатора мощностью 2,2 кВт. Для кипячения воды на вагон установлен кипятильник непрерывного действия, в электрической части которого присутствует тепло-электронагревательный элемент мощностью 2,2 кВт. В наличии на вагоне присутствует водоохладитель мощностью 0,3 кВт для приготовления охлаждённой кипячёной воды. В системе отопления установлен циркуляционный насос с электродвигателем мощностью 0,5 кВт. В зимний период времени используются установленные на вагон электроподогреватели наливных труб мощностью 0,2кВт. Установлена на вагоне электроплита мощностью 1,2 кВт. Для питания розеток электробритв используется умформер 110/220В частотой 50Гц, мощностью 60 Вт. Для преобразования электрической энергии для питания люминесцентных ламп используют умформер напряжением 110/220В, частотой 400Гц и мощностью1,2 кВт. Система освещения состоит из следующих основных групп:

а) освещение ламами накаливания для тамбуров, туалетов, котельного помещения, лампы для зеркала ,а также аварийное освещение установлены мощностью 25 Вт, лампы для чтения мощностью 15 Вт и хвостовые сигнальные фонари мощностью 40 Вт;

б) освещение люминесцентными лампами короткого типа мощностью 20 Вт для купе, малых коридоров и бокового коридора.



1.3 Системы управления и защиты

Система электроснабжения обеспечивает снабжение потребителей током как во время стоянки, так и во время движения. Различаем три режима работы системы электроснабжения: режим движения, режим стоянки, питание из постороннего источника. Управление системой электроснабжения происходит от пульта управления (электрощита) расположенного в служебном купе вагона. Управление происходит как механическим путём, так и автоматически: выключатели, переключатели, кнопки и полупроводниковыми блоками. Звуковая сигнализация осуществляется при помощи звонка, расположенного внутри электрораспределительного щита, а световая, при помощи светодиодов расположенных на передней панели щита.

Системой защиты от высокого напряжения служит электронный блок реле перенапряжения, которое защищает потребители от перенапряжения, возникающие в результате неисправности генератора или батареи, а также при отсутствии или перегорании главных предохранителей батареи. При перенапряжении срабатывает реле перенапряжений и снимает ток в обмотке возбуждения генератора. Этим перенапряжение гасится, но генератор не может более принимать нагрузку. Остаточный магнетизм реле препятствует работе реле в звонковом режиме. Потребители питаются от аккумуляторной батареи. Световой сигнализатор показывает срабатывание. Реле удержания остаётся в своём положении также и после отключения всех источников напряжения. Защита системы от токов короткого замыкания возлагается на автоматические выключатели и предохранители с плавкими вставками рассчитанных на определённый ток, в случае превышения значения этого тока, разрывается цепь питания, предохраняя от нежелательных последствий. Для защиты аккумуляторной батареи против слишком глубокой разрядки устанавливается электронный блок реле минимального напряжения. При падении напряжения ниже 101В оно отключает все потребители за исключением сигнальных хвостовых фонарей, аварийного освещения, системы сигнализации. Для предотвращения ложного отключения при кратковременном снижении напряжения, отключение производится только по истечении времени задержки около 6 секунд. На передней панели электрораспределительного щита есть световой сигнализатор сигнализирующий о наличии пониженного напряжения. После того, как напряжение батареи повысится до 115В, реле минимального напряжения снова подключает к питанию цепи управления отдельных потребителей. Разность между напряжением отключения и напряжением подключения необходима во избежание многократного включения и выключения реле вследствие колебаний напряжения установки. Для предотвращения работы генератора в двухфазном режиме предусматривается электронный блок защиты от обрыва фазы. В случае выпадении одной из фаз, например, при перегорании или отсутствии предохранителя, через соответствующий трансформатор тока срабатывает защита и сигнализируется световой индикацией на передней панели электрощита, срабатывает расцепитель перенапряжений, развозбуждается генератор, отключается центральная цепь управления, а вместе с тем отключаются все потребители, подключённые к этому потенциалу.

1.4 Сигнализация

В вагоне предусмотрены следующие виды сигнализации:

а) вызывная сигнализация - около каждой двери торцевой стены вагона расположена вызывная кнопка. Две сигнальных лампы «вызывная сигнализация - котловой конец» или же «вызывная сигнализация - некотловой конец» на приборной панели распределительного шкафа загораются, когда нажимают на соответствующую кнопку. Одновременно с загоранием лампы раздаётся акустический сигнал. Служит для вызова обслуживающего персонала вагона в различных ситуациях;

б) сигнализация контроля нагрева буксовых узлов и редуктора вагона (СКНБР) - на каждом буксовом узле вагона и также на редукторе на средней части оси установлены контактные датчики, которые при нагревании перегорают и размыкают цепь сигнализации, на приборной панели распределительного шкафа загорается светодиод «сигнализация перегрева подшипников» и раздаётся звонок. Сигнализация продолжается до тех пор, пока главный выключатель установки не будет поставлен в нулевое положение или не будет устранена причина срабатывания сигнализации. Кнопкой «сигнализация перегрева подшипников» можно проверить исправность системы сигнализации. Эта система сигнализирует о высокой температуры буксовых узлов или редуктора, которая может зависеть о разрушении подшипников или другой их неисправности и отвечает за безопасность движения;

в) сигнализация замыкания на массу - важнейшим критерием качества электроустановки вагона является состояние изоляции по отношению к металлическим конструкциям вагона. Для контроля качества изоляции на приборной панели распределительного шкафа установлены светодиоды. При очень хорошем состоянии изоляции они горят в полнакала с одинаковой яркостью. Если имеется замыкание на массу, то один диод затухает, а другой горит ярче. При работающей электроустановке сигнализация замыкания на массу должна быть постоянно проверена выключателями на панели. Незначительная разница в яркости диодов указывает на некоторое снижение сопротивления изоляции одного из полюсов, но вагон может оставаться в эксплуатации. Если же один из диодов гаснет полностью, а другой горит ярко, то имеет место замыкание на массу. В этом случае место дефекта должно быть обязательно локализировано и дефект, хотя бы временно, устранён;

г) сигнализация налива воды - служит для того, чтобы при заправке не допустить переполнения баков системы водоснабжения вагона. Основные элементы сигнализации: датчики, установленные в водоналивных трубах и в крышке баков, реле и световая сигнализация на панели распределительного шкафа и под вагоном. В качестве датчика уровня воды используются контактные датчики, работа которых основана на замыкании электрической цепи при помощи поплавка. Как только вода в баке подымится до максимального уровня, поплавок подымается, замыкая свои контакты. Реле получает питание и включает лампу, которая своим световым сигналом оповестит о необходимости прекращения подачи воды;

д) электрическая пожарная сигнализация (ЭПС) - данная система используется в железнодорожных вагонах, где требуется своевременное автоматическое обнаружение признаков пожара, с целью предотвращения угрозы для здоровья пассажиров и материального ущерба. ЭПС представлена в виде блока центральной станции и двух видов извещателей пожара: ионизационного датчика и комбинированного теплового. Они располагаются в распределительном шкафу, котельном отделении, служебном отделении, купе отдыха проводника, в каждом пассажирском купе и два датчика расположены на проходе;

е) сигнализация ограждения поезда - расположена на торцевых стенах каждого вагона и состоит из трёх сигнальных фонарей - двух вверху и одного справа внизу. Фонари на последнем вагоне поезда включают в зависимости от типа вагона либо выключателями на распределительном щите. В хвостовых сигнальных фонарях устанавливают лампы мощностью 40 Вт. При проверке работы сигнализации ограждения поезда необходимо убедиться в нормальной видимости света фонарей со стороны перегона. Исправность сигнальных фонарей перед отправлением в рейс проверяют на всех без исключения вагонах, так как любой вагон может оказаться в хвосте поезда.



1.5 Сведения об электрооборудовании вагона

Таблица 1. Сведения об электрооборудовании вагона

Электрооборудование	Номинальная мощность, кВт	Напряжение, В	Примечание
Генератор DCG-4435	32	134+2,5%	Масса генератора 720 кг
Электродвигатель компрессора	12,5	135	Частота вращения 1200 об/мин
Электродвигатель вентилятора конденсатора	2,2	125	Частота вращения 1400 об/мин
Электродвигатель приточной вентиляции	1,7	125	Максимальная подача воздуха в вагон 5000 /ч
Умформер электрических бритв	0,06	110/220	-
Электропечи	5,5	110	9 шт. по 500 Вт и 4 шт. по 250 Вт
Умформер люминесцентных ламп	1,2	110/220	-
Электрокипятильник	2,2	125	-
Электрокалорифер	6,0	110	-
Электроподогреватели наливных труб	0,2	125	-
Охладитель питьевой воды	0,3	110	-
Электродвигатель циркуляционного насоса	0,5	110	-
Цепи сигнализации и управления	0,8	110	-
Сеть люминесцентными лампами	0,6	220	-
Сеть освещения лампами накаливания и сигнальные фонари	0,9	110	-
Светильники для чтения	0,29	110	-
Светильники для зеркал	0,45	110	-
Сигнальные фонари	0,24	110	-
Суммарная установленная мощность электропотребителей	35,64	-	-



1.6 Электрическая схема электроснабжения вагона

Схема электроснабжения купированного вагона представлена в графической части (чертёж - лист 2). В этой системе освещение внутри вагона представлено люминесцентными лампами, питающимися от электромашинного преобразователя преобразующим напряжение постоянного тока 110 Вв напряжение переменного 220 В частотой 400 Гц, расположенный под вагоном. Также освещение представлено лампами накаливания, питающимися напряжением 110 В постоянного тока.

Установка охлаждения воздуха с двигателями компрессора и конденсатора расположены под вагоном.

Источникам питания потребителей в вагоне является генератор переменного тока DCG-4435 мощностью 32 кВт. При неработающем генераторе или скорости движения вагона ниже 40 км/ч отдаваемое напряжение будет ниже напряжения аккумуляторной батареи, генератор отдаёт энергоснабжения всей электроустановки аккумуляторной батареи.

Для освещения в пассажирском вагоне используются светильники с лампами накаливания и люминесцентными лампами. Чтобы включить систему люминесцентного освещения необходимо нажать на кнопку SB1, в результате начинает работать преобразователь, который запитывает контактор К1. С помощью его контактов К1.1 система становится на самоподхват, контакты К1.2 размыкают одну часть цепи питания ламп накаливания по купе, купе отдыха проводника, служебном отделении. Контакты К1.3 размыкают цепь питания ламп накаливания в светильниках установленных по проходу, в малом и косом коридоре. Таким образом, происходит переключение освещения с ламп накаливания на люминесцентные лампы. По проходу установлены светильники с одной люминесцентной лампой и одной лампой накаливания EL23-EL29 и EL58-EL64 соответственно. В купе пассажиров, в служебном отделении, купе отдыха проводника установлены светильники с двумя люминесцентными лампами и двумя лампами накаливания EL1-EL22 и EL29-EL50 соответственно. Этими светильниками можно управлять непосредственно из купе, при помощи выключателей Q3-Q35, регулируя уровень освещения. Выключатель в купе может переключать с люминесцентных ламп на лампы накаливания и полностью выключать освещение. Для экономии энергии, при использовании люминесцентного освещения, во время длительных стоянках и поздней ночью, часть цепи отключают при помощи тумблера SA1. Таким образом, три лампы по проходу EL23-EL25 и по одной лампе в каждом двойном светильники гаснут. Работает люминесцентное освещение до тех пор, пока не будет нажата кнопка SB2 остановки люминесцентного освещения или не сработают средства защиты цепи (автоматические выключатели) QF1-QF4. Для включения освещения лампами накаливания, необходимо поставить выключатель Q2 в «ночное» положение. При этом будут запитаны цепи ламп накаливания EL29-EL50 в купе пассажиров, купе отдыха проводников, служебном отделении,EL51-EL64 в тамбурах, туалетах, котельном отделении, по проходу, в малом и косом коридоре. Также будет запитана цепь дополнительного освещения с лампами накаливания для чтения EL65-EL83. Стоит отметить что лампы EL29-EL50, EL65-EL83 и лампа в котельном отделении EL51 имеют собственные выключатели. К дополнительному освещению относятся светильники с лампами накаливания для зеркал EL84-EL101, включаемые при помощи тумблера SA2 на щите управления и управляемые непосредственно выключателями Q56-Q73. Все цепи освещения защищены автоматическими выключателями QF1-QF12.

Хвостовые сигнальные фонари включаются тумблером SA3 на щите управления, а тумблерSA4 переключает между контуром HL1-HL3 котловой и HL4-HL6некотловой стороной вагона.

Для прогонки теплой воды в системе отопления предусмотрен циркуляционный насос, приводимый в движение электродвигателем М1, который включается тумблером SA7. Об включённом состоянии насоса сигнализирует лампа HL8.Двигатель насоса защищён автоматическими выключателями QF15, QF16, а также тепловым реле КК1.

Электродвигатель вентиляции М2 постоянно работает в автоматическом режиме. При температуре в вагоне 20 градусов более, термоконтактор замыкает цепь питания катушки К4 и включает сигнальную лампуHL7, сигнализирующая работу вентилятора. Контактор К4 своими контактами К4.2 замыкает цепи питания электродвигателя вентилятора через резистор R2, ставя его в работу на малых оборотах. При повышении температуры в вагоне 23 градуса и более термоконтактор замыкает цепь питания контактора К5, который своими контактами К5.2 ставит электродвигатель на прямое подключение в цепи без сопротивления на максимальную частоту вращения. Для исключения звонковой работы контакторов К4 и К5 были сделаны дополнительные параллельные цепи с термоконтактами на срабатывания 19 и 22 градуса соответственно. Контакторы К4 и К5 контактами К4.1 и К5.1 ставят себя на самоподхват. Для защиты электродвигателя вентилятора предусмотрены тепловые реле КК2, автоматические выключатели QF17, QF18 и предохранители с плавкими вставками.

В вагоне предусмотрен охладитель кипячёной воды. Электродвигатель М3 охладителя кипячёной воды защищён автоматическими выключателем QF19, QF20 и включается тумблером SA5. Охладитель работает в автоматическом режиме, в случае если температура воды превышает установленную температуру, то контакты датчика ВК замыкаются и запитывает катушку реле К3, который включает мотор М3 охладитель питьевой воды.

Для питания электрических бритв с напряжением 220 В, установлены розетки « эл.бритва 220 В» (XS1, XS2) в туалетах. Питание получают через умформер электробритв с мотором М4. Включается тумблером SA6. Цепь защищена автоматическими выключателями QF21, QF22.

Заправочные горловины в зимний период времени при низких температурах могут обледенеть, как снаружи, так и внутри. Это препятствует заправки вагона водой. Так чтобы подобное не происходило, на вагоне предусмотрены электрообогреватели наливных труб ЕК1 и ЕК2. Включаются тумблером SA12, на щите управления. По цепи проходит ток и запитывает контактор К14, он своими контактами К14.1 включает сигнальную лампу HL18 на пульте управления, а контактами К14.2 замыкает цепи питания электрообогревателей ЕК1 и ЕК2. Цепь защищена автоматическими выключателямиQF23 и QF24, цепь управления предохранителями с плавкими вставками.

Для нагрева и кипячения воды в вагоне установлен кипятильник непрерывного действия с нагревательным элементом ЕК3. Для приготовления пищи в котельном отделении установлена электроплитка ЕК8. Для исключения одновременной работы, стоит переключатель SA8 между электроплитой и кипятильником. Кипятильник включается с помощью тумблера SA9, который замыкает цепь, способствуя запитыванию катушки контактора К7. Контактор своими контактами К7.1 замыкает цепь сигнальной лампы HL9 работы кипятильника и К7.2 цепь нагревательного элемента ЕК3. Электроплита включается с помощью тумблера SA10, который замыкает цепь, способствуя запитыванию катушки контактора К8. Контактор своими контактами К8.1 замыкает цепь сигнальной лампы HL10 работы электроплиты и К8.2 цепь нагревательного элемента ЕК8.

Для подогрева подаваемого воздуха в вагон используется электрокалорифер с нагревательными элементами ЕК4 и ЕК5 включаются в автоматическом режиме и защищены автоматическими выключателями QF25 и QF26.

В переходное время используется дополнительное низковольтное отопление ЕК6 и ЕК7. Работает в автоматическом режиме. Цепь защищена автоматическими выключателями QF27,QF28.

Для слежения за нагревом буксовых узлов и редуктора предусмотрена система контроля нагрева букс и редуктора с контактными датчиками ВК2 - ВК10 подключенных последовательно. Если один датчик перегорает, то цепь размыкается и катушка контактора К9 обесточивается и своими контактами К9.1 и К9.2 замыкает цепь сигнальной лампы HL9 и звонкаHA1, в результате чего сигнальная лампа горити звенит звонок. Для принудительного обрыва цепи и проверки работоспособности всей системы служит кнопка проверка исправности SB3.

Так как в вагоне используется двух проводная система электроснабжения, то недопустимо, чтобы металлические части вагона были под напряжением. Для проверки изоляции проводов по отношению к корпусу вагона используют сигнализацию утечки тока на корпус вагона, состоящей из сигнальных ламп HL11, HL12. Между лампами используется заземление на корпус вагона. Для проверки утечки тока на корпус вагона используют кнопки SB4, SB5.

За контролем наполнения баков водой при заправке вагона в пунктах формирования, пунктах оборота и в пути следования используют систему сигнализации наполнения баков водой. Когда при заправке баки полные то загораются сигнальные лампы HL12, HL13 под вагоном, сигнализируя обслуживающему персоналу о прекращении дальнейшей заправки водоснабжения вагона.

При невозможности попасть в вагон со сторон переходных дверей или для привлечения внимания проводника используют вызывную сигнализацию, кнопки SB6, SB7 располагаются на торцевых стенах вагона, возле переходных дверей. При их нажатии, загорается сигнальная лампа HL16или HL18, указывая с которой стороны вагона была нажата кнопка и раздаются звуковой сигнал от звонка HA2, для привлечения внимания проводника, в служебном отделении.

В системе отопления установлен комбинированный водяной котёл работающий, как от твёрдого топлива, так и от электрической высоковольтной сети. В котле установлены 24 нагревательных элемента ЕК9-ЕК32, общей мощностью 48 кВт. При наличии в высоковольтной сети напряжения, катушка контактора К24 замагничивается и своими контактами К24.1 запитывает цепь управления высоковольтным отоплением, при этом загорается сигнальная лампа HL21 сигнализирующая на щите 3000В. Пакетный переключатель выбора режима отопления SA13 (автоматический,1 группа, 2 группа, 1+2 группа, выключено), получает напряжение по цепи SQ1концевик высоковольтного ящика, SQ2концевик кожуха крышки нагревательных элементов в котельном отделении, датчик максимальной температуры воды в котле 95 градусов, датчик уровня воды в котле. В ручном управлении отопления можно выставить пакетный переключателем SA13 в положение питании 1 группа, 2 группа или 1+2 группа, в результате будет запитаны контакторы К17 и К18 соответственно, они своими контактами К17 .1 и К18.1 замкнут цепь питания катушек контактора К15 - 1 группа и К 16 - 2 группа. Контактор К15 своими контактами К15.1 замыкает цепь питания сигнальной лампыHL19 работы 1 группы отопления и контактами К15.2 включает цепь питания нагревательных элементов ЕК9-ЕК20. Аналогично срабатывает контактор К16, включая сигнальную лампу HL20 работы 2 группы и включает питание электронагревательных элементов ЕК21- ЕК32. В автоматическом режиме работы отопления пакетный переключатель SA13запитывает катушку реле К19, которая своими контактами К19.1 и К19.2 , через нормально-замкнутые контакты К21.2 и К23.2 запитывает катушки контакторов К15 и К16 включая две группы отопления. При достижении температуры воды в котле 80 градусов и более замыкается термоконтакт 80 и включает в цепь контактор К20, замыкая свой контакт К20.1 подготавливает параллельную цепь к работе. При достижении температуры воды в котле 90 градусов и больше термоконтакт замыкает цепи и обеспечивает питание контактору К21, который при помощи своих контактов К21.1 и контакта К20.1 становится на самоподхват. Контакты К 21.2 разрывают цепь питания контакторов К15 и К16, отключая тем самым две группы отопления. Включение произойдёт при падении температуры воды в котле ниже 85 градусов, тогда термоконтакт разъединится и обесточит контактор К20, который в свою очередь разорвёт цепь питания контактора К21 по цепи самоподхвата. С таким же принципом работает контроль температуры в вагоне, разрывая нормально-замкнутый контакт К23.2 и выключая электроотопление при температуре в вагоне 24 градуса и более и включает его обратно, при падении температуры в вагоне ниже 20 градусов. Цепь управления и высоковольтная цепь защищена предохранителями с плавкой вставкой.

Проанализировав электрооборудования вагона повышенной комфортности, можно сделать следующие выводы:

а) в вагоне используются лампы накаливания, которые имеют низкий ресурс живучести и являются не энерго-эффективными;

б) использования люминесцентных ламп в вагоне, которые содержат ядовитые пары ртути и небезопасны в использовании в средах с повышенной вибрацией;

в) использования преобразователей машинного типа, которые имеют низкий коэффициент полезного действия, большую массу и большие габариты;

г) установка кондиционирования воздуха имеет большую массу и использует хладон r12, который разрушает озоновый слой земли и в настоящее время запрещён к использованию в пассажирских вагонах;

д) отсутствие возможности передачи электроэнергии для новых потребителей;

е) устаревшее электрооборудование.



2. Модернизированная система электрооборудования

2.1 Общие сведения

В предлагаемом варианте модернизации системы электрооборудования предусматривается следующее:

а) в качестве индивидуального источника электроснабжения пассажирского вагона выбираем генератор переменного тока синхронный трёхфазный специального назначения типа ЭГВ.08.У1 производства Псковского электромашиностроительного завода;

б) замена подвагонной установки кондиционирования воздуха на моноблочный кондиционер с приводами его устройств электродвигателями трехфазного переменного тока;

в) размещение кондиционера в чердачном помещении с рабочей стороны вагона;

г) использование для освещения в вагоне только светодиодных светильников.

д) установка под вагоном специального трёхфазного преобразователя ПЧ-24-У1 мощностью 20 кВт для обеспечения кондиционера трехфазным переменным током напряжением 88…308В;

е) модуль МП24-Р для обеспечения цепей управления напряжением 24 В;

ж) преобразователь ПН-110-24 мощностью 0,2 кВт и выходным напряжением 24В для питания светильников для чтения, зеркал и сигнализации занятости туалетов;

з)установка инвертора однофазного полупроводникового для железнодорожных вагонов ИОЖ - 3430 мощностью 6кВт, предназначен для питания от бортовой сети железнодорожного вагона номинальным напряжением 110 В постоянного тока различных потребителей переменного однофазного тока номинальным напряжением 220 В, частотой 50 Гц (МВ печь, холодильник, пурифайер и т.д);

и)замена стандартного кипятильника на пурифайер с функциями очищения, охлаждения и кипячения воды;

к)установка освещения на переходных площадках;

л)установка насоса для пожаротушения;

м)установка сигнализации занятости туалетов;

н)замена старой автоматической пожарной сигнализации на новую - АС501М;

о) замена насоса отопления на новый, более экономичный и имеющий меньшие габариты;

п)установка современных экологических чистых туалетов;

р)установка бойлера, дляобеспечение умывальников горячей водой;

с)замена стандартной схемы низковольтного отопления, на более надёжную и с гибким управлением нагрева пассажирского вагона;

т)усовершенствование схемы вызывной сигнализации.

Схема размещения электрооборудования в вагоне по предлагаемому варианту модернизации представлена в графической части (чертеж-лист 1).

2.2 Энергетическая установка

В качестве основного источника электроэнергии в вагоне используется индукторный генератор трехфазного переменного тока типа ЭГВ08.У1 мощностью 32 кВт с номинальным напряжением 150 В и частотой вращения 1000-4000 мин-1. Привод генератора осуществляется редукторно-карданной передачей с монтажом редуктора на средней части оси колесной пары. При неработающем генераторе и при скорости движения поезда ниже 30 км/ч питание потребителей осуществляется от аккумуляторной батареи КЛ-375Р.

Предлагаемый комплекс предназначен для электроснабжения, управления работой коммутации и защиты электрооборудования пассажирского вагона с кондиционированием воздуха и комбинированным отоплением от поездной магистрали напряжением 3000 В постоянного или переменного тока, а также работает совместно с установкой кондиционирования воздуха пассажирского вагона УКВ-31 ТП и преобразователем трехфазным кондиционера ПЧ-24-У1.

Предлагается к эксплуатации в составе пассажирских вагонов приследующих условиях:

- температура окружающего воздуха, °С - от минус 50 до плюс 50;

- температура окружающего воздуха при хранении, °С - от минус 50 до плюс 50;

- то же для внутривагонного оборудования, °С - от 0 до плюс 50;

- относительной влажности воздуха при температуре до 25°С, %, до 98%;

- скорость движения пассажирского вагона, км/ч - до 160.

Комплекс обеспечивает:

- питание низковольтных потребителей выпрямленным напряжением до 142 В:

- от подвагонного генератора мощностью до 32 кВт;

- от внешней сети ЗРЕ ~ 50 Гц, 380 В мощностью до 25 кВА;

-от соседнего вагона(аварийный режим) мощностью до 3кВт;

- от аккумуляторной батареи емкостью 250...300 Ач, Uном=110 В;

- питание двух групп высоковольтного отопления мощностью 2х24 кВт, напряжением 3000 В постоянным или переменным током от подвагонной магистрали;

- подачу питания в соседний вагон напряжением до 142 В постоянного тока, мощностью до 3 кВт.



2.3 Электроснабжение

Система электроснабжения обеспечивает питание вагонных низковольтных потребителей электроэнергии во время движения и на стоянке. Питание может осуществляться:

- от подвагонного генератора, при движении вагона со скоростью более 36 км/ч и более;

- от аккумуляторной батареи - при движении с более низкой скоростью и на стоянке;

- от внешней трехфазной сети переменного тока 380 В, 50 Гц на оборудованной стоянке;

- от поездной двухпроводной магистрали 110 В постоянного тока, во время движения вагона при неисправной системе электроснабжения генератора и разряженной аккумуляторной батареи.

Генератор ЭГВ08.У1 - источник питания потребителей вагона при движении вагона со скоростью более 35 км/ч.

Управление работой и защитой генератора осуществляются электронным блоком управления электроснабжением контроллерным, далее по тексту БУЭ-К и блоком защиты, далее по тексту БЗ-142К.

Блок управления электроснабжением контроллерный БУЭ-К предназначен для стабильной работы генератора в заданном диапазоне скоростей движения вагона, заряда аккумуляторной батареи далее по тексту АБ и питание вагонных потребителей:

- обеспечивает поддержание величины напряжения е низковольтной сети в пределах 125...142 В, путем изменения тока в обмотке возбуждения генератора до 5 А, в зависимости от скорости движения вагона, тока нагрузки, температуры в аккумуляторном боксе;

- отключает ряд потребителей при снижении скорости движения вагона ниже 35 км/ч - снимает сигнал реле частоты РЧ;

- защищает АБ от повышения зарядного тока выше 110...120 А. Сигнал с реле максимального тока заряда РМТ-3 разрывает цепь питания обмотки возбуждения генератора и при работе от внешней сети реле, тем самым отключая источник заряда АБ.

- защищает АБ от превышения разрядным током 180 ± 10 А. Сигнал с реле максимального тока разряда РМТ-Р поступает на реле, которое своими контактами отключает ряд потребителей, работающих под контролем РПН-1. При снижении напряжения на АБ до уровня 100...98 В с выхода БУЭ-К подается сигнал на отключение реле РПН-1. Сигнал РПН-1 для подтверждения низкого уровня выдаются с 15-и секундной задержкой. Контакты реле блокируют работу низковольтного отопления, компрессора УКВ и ряда бытовых потребителей (печь MB, кипятильник, розетки пылесоса -220 В). Светодиодный индикатор "защита батареи" включается желтым цветом свечения, что свидетельствует о разряде АБ.

- контролирует возбуждение генератора, при скорости движения 20...35 км/ч и достижении выпрямленного напряжения генератора уровня 100 В.

- ограничивает зарядный ток АБ на уровне (70±10%) А. Для исключения перегрева батареи проводится регулирование максимального зарядного напряжения в зависимости от температуры воздуха в аккумуляторном боксе. Для этого служит термодатчик, установленный в аккумуляторном боксе. Сопротивление термодатчика зависит от температуры воздуха в боксе и измеряется блоком БУЭ-К.

Восстановление в исходное состояние возможно при превышении напряжения АБ уровня установки РПН-1 и подачей кнопкой сигнала "восстановление защиты". В автоматическом режиме восстановление произойдет при напряжении АБ (в сети) свыше 112...115 В. При дальнейшем снижении напряжения и достижении уровня 95...93 В АБ, с выхода блока БУЭ-К подается сигнал на отключение реле (РПН-2). Сигнал РПН-2 для подтверждения низкого уровня выдаются с 20-и секундной задержкой. Контакты реле блокируют работу приточного вентилятора УКВ, холодильника и ЭЧТС. Светодиодный индикатор "защита батареи" переключается на красный цвет свечения. Восстановление в исходное состояние возможно при превышении напряжения АБ уровня установки РПН-2 и подачей кнопкой сигнала "восстановление защиты". В автоматическом режиме восстановление произойдет при напряжении АБ свыше 103...105 В.

БУЭ-К обеспечивает формирование цифровых информационных сигналов для передачи их в пульт управления по информационной шине данных:

- напряжение в сети;

- напряжение в магистрали;

- напряжение на обмотке возбуждения генератора;

- напряжение выхода;

- напряжение АБ

- ток АБ;

- ток генератора;

- ток обмотки возбуждения генератора;

- скорость движения вагона (частота вращения ротора генератора);

- напряжение генератора.

Блок защиты БЗ-142К предназначен для защиты электрооборудования комплекса от недопустимого изменения напряжения питания потребителей и обеспечивает:

- защиту потребителей от повышения среднего значения напряжения в цепях нагрузки выше 165 ± 2 В длительностью более 0,7 ± 0,2 с;

- защиту потребителей от повышения амплитудного значения напряжения в цепях нагрузки выше 250 ± 5 В длительностью более 2 мс;

- отключение генератора при обрыве одной из фаз;

- отключение генератора при отключении автоматического выключателя;

При повышении напряжения, БЗ-142К выдает сигнал РМН на включение контактора. Контактор своими размыкающими контактами обесточивает при работе от генератора катушку контактора. Питание потребителей переводится на АБ.

Межвагонная низковольтная магистраль напряжением UНОМ=110 B постоянного тока используется при аварийном состоянии системы электро-снабжения (генератора) вагона, и разряженной батареи 110 В< РПН2.

В этом режиме система электроснабжения вагона с системой электроснабжения 110 В другого вагона. При этом возможна передача энергии в любой другой вагон или питание от системы электроснабжения другого вагона.

Подключение к магистрали производится включением автомата "магистраль" 110 В. Получают питание цепи управления, цепи управления освещением и защитой, цепи управления и сигнализации высоковольтного отопления, насос отопления, пожарная сигнализация, контроль перегрева букс и редуктора, вызывная сигнализация.

При подаче питания в магистраль светодиод "магистраль" 110 В включается желтым цветом. Номинальный ток автомата 25 А, что ограничивает величину отдаваемой (принимаемой) мощности в магистраль до 3 кВт.

Цепи управления электроснабжением получают питание 110 В через автоматический выключатель защиты цепи управления электроснабжением и переключатели:

- аварийное отключение, которое обеспечивает экстренное отключение электрооборудования, кроме аварийного освещения, устройств безопасности и связи;

- цепи управления, при установке его в положение "вкл". Свечение светодиода "защита" красным светом говорит о запрете работы электрооборудования, кроме:

- аварийного (дежурного) освещения;

- оборудования безопасности и связи;

- подзарядка АБ под контролем защиты электроснабжения БУЭ-К, БЗ-142К.

Переводом в положение восстановление защиты всё основное электрооборудование вагона приводится в готовность к включению (разрешение на включение).

При этом:

- включается контактор, который становится на самоблокировку и подключает своими контактами цепь обмотки возбуждения генератора к блоку управления электроснабжением БУЭ-К;

- включается контактор который становится на самоблокировку и в цепях управления потребителями своими контактами подключает коммутационные аппараты (автоматические выключатели) к напряжению питания;

- по цепи в БУЭ-К и БЗ-142К посылается сигнал, по которому происходит сброс защиты узлов РМТ-3, РМТ-Р, РМН и контроля наличия фазного напряжения;

- регулятор возбуждения генератора приводится в готовность;

- включается электронная защита от пониженного напряжения РПН-1 и РПН-2. При UАБ < 93 В (реле 1К9 отключено), светодиод включается красным светом; При 98 В < UАБ < 100 В, светодиод светится жёлтым светом; При UАБ > 100 В светодиод выключен.

Контакты реле снимают напряжение питания с реле и, соответственно, оборудование, находящееся под контролем РПН-2 и общей защиты.

В последнюю очередь отключается освещение.

Остаются потреблять энергию устройства безопасности, связи и информации.

Полное отключение этих устройств возможно только отключением соответствующих защитных аппаратов (предохранителей, автоматов защиты).

При работе от генератора светодиод генератор включен зеленым цветом свечения. Если среднее напряжение сети повышается до 165 ± 2 В по сигналу РМН с блока БЗ-142К отключается.

При разряженной АБ, UАБ<75 В, когда не обеспечивается включение управляющих реле и контакторов, предназначен узел запуска генератора. Запуск генератора осуществляется при включении и удержании в правом крайнем положении переключателя до возбуждения генератора и включения светодиода зеленым цветом свечения, то есть до появления в сети рабочего напряжения.

Проверка электрического сопротивления изоляции цепей напряжением UНОМ=110В по наличию или отсутствию их замыкания на корпус проводится переводом одноименных переключателей: контр. изоляции сети 110В "-" и "+" верхнее положение и контролируется одноименными светодиодами "-" и "+".

При низком электрическом сопротивлении изоляции или замыкании цепи на корпус со стороны полюса "+", светодиод ярко светится, а светодиод "-" погашен.

При нормальном электрическом сопротивлении изоляции и одновременном нажатии на переключатели, светодиоды светятся с одинаковой яркостью.

Проверка электрического сопротивления изоляции цепей напряжением UНОМ = 24В по наличию или отсутствию их замыкания на корпус проводится аналогично, только переключатели необходимо переводить в нижнее положение.

При установке одного из переключателей в верхнее положение 110 В, а другого - в нижнее 24 В проверяется наличие/отсутствие замыкания между цепями 110 В и 24 В соответствующей полярности. Свечение светодиодов означает наличие замыкания, выключенное их состояние соответствует норме электрического сопротивления изоляции.



2.4 Освещение

Для освещения служебных и пассажирских купе вагона используются светодиодные светильники. Цепи управления освещением и цепи освещения вагона запитываются напряжением постоянного тока до 142 В.

Сигнальные фонари запитываются через автоматические выключатели и включаются переключателями сигнальные фонари тормозная и нетормозная стороны.

Цепи управления освещением получают питание через автоматические выключатели, при установке переключателя цепи управления в положение "включено" или "восстановление защиты". При этом включаются цепи освещения ПУ, тамбуров, туалетов, котельной, малого коридора и общее освещение купе проводников к бортовой сети вагона.

Управление освещением тамбуров, туалетов и малого коридора осуществляется переключателями которые имеют три положения: "дежурное"; "отключено"; "основное". Освещение в котельной и общее освещении купе проводников включается переключателями, которые расположены в этих помещениях.

Переключатели пульта управления обеспечивают управление освещением, соответственно, в купе пассажиров, большом коридоре (проходе), косом коридоре, служебном отделении и имеют три положения: дежурное; отключено; основное.

С пульта управления включается освещение на переходных площадках.

Помимо общего освещения купе проводников предусмотрены светодиодные светильники для чтения и светодиодные светильники для зеркал. Питание светильников осуществляется напряжением постоянного тока 24 В, которое вырабатывается преобразователем ПН-110-24, через предохранители.

Внутреннее освещение пульта управления включается переключателем освещение пульта, выключатель установлен внутри ПУ, на панели ручного управления и имеет три положения:

- "сеть" - напряжение питания для освещения пульта управления поступает от бортовой сети вагона;

- "отключено";

- "батарея" - напряжение питания на светильник пульта управления подается непосредственно с АБ, что обеспечивает возможность освещения при снятии напряжения с бортовой сети вагона.

2.5 Система климат-контроля воздуха

Работает система кондиционирования в двух режимах управления: автоматическом и ручном.

В автоматическом режиме работой системы кондиционирования управляет контроллер управления системы автоматического управления и диагностики далее по тексту КУ САУД.

В режим ручного управления система кондиционирования переводится с панели ручного управления, расположенной внутри ПУ, любым переключателем:

- высоковольтное отопление 1 группа 3s3;

- высоковольтное отопление 2 группа 3s4;

- управление заслонками УКВ;

- вентилятор приточный 4s5;

- компрессор;

- дополнительное отопление 1 группа;

- дополнительное отопление 2 группа;

- дополнительное отопление 3 группа;

- дополнительное отопление 4 группа;

- электрокалорифер 1группа;

- электрокалорифер 2 группа.

Нахождение системы в режиме управления ручное индицируется на дисплее КУ САУД и на панели ручного управления свечением желтого светодиода.

Включение в работу системы кондиционирования в автоматическом режиме управления производится оператором с сенсорного дисплея КУ.

В режиме отопления могут работать:

- высоковольтные электронагреватели воды в котле;

- электропечи дополнительного отопления;

- электрокалориферы с одновременной работой приточного вентилятора.

В режиме охлаждения работает компрессор холодильной установки, а также вентиляторы приточный и конденсатора.

В предлагаемой системе электрооборудования купированного вагона применяется электроводяное (комбинированное) отопление. В данной системе отопления теплоносителем является вода, подогрев которой осуществляется электрическими нагревателями. Всего установлено 24 нагревательных элемента мощностью по 2 кВт каждый. Номинальное рабочее напряжение системы отопления - 3000 В постоянного или переменного тока.

Электронагреватели теплоносителя (воды) в котле высоковольтного отопления получают питание от подвагонной высоковольтной магистрали магистраль 3000 В через разъединитель, предохранители и контакторы, расположенные в высоковольтном ящике.

Напряжение питания в узлы контроля, индикации и управления подается через автоматический выключатель управление климатической системой.

Высоковольтное отопление работает как в автоматическом, так и в ручном режимах работы. При наличии напряжения 3000В в высоковольтном ящике срабатывает реле, которое своими контактами включает в ПУ реле и желтым цветом свечения светодиод 3000В на левой двери ПУ. Реле своими контактами подает сигнал о наличии напряжения 3000В и подготавливает цепь включения высоковольтного отопления. Получив этот сигнал, контроллер управляет работой высоковольтных контакторов по сигналам с датчика температуры.

При низком уровне теплоносителя в котле разомкнут датчик и реле обесточено. При этом реле своими контактами включает красный светодиод уровень на левой двери пульта управления и обесточивает узел защиты высоковольтного отопления. При этом высоковольтные нагреватели отключаются.

При включенном переключателе через контакт реле напряжение питания по цепи, подается в узлы управления высоковольтным отоплением.

Включение высоковольтного отопления осуществляется с панели ручного управления переключателями высоковольтное отопление котел 1 группа и 2 группа. Включаются реле, которые подают напряжение питания 3000 В на нагреватели.

Отопление работает по принципу естественной циркуляции, то есть имеющая меньший удельный вес нагретая вода поднимается вверх и ее место заполняет холодная вода, имеющая больший удельный вес. Проходя по нижним оребренным трубам, вода отдает свое тепло воздуху в вагоне и возвращается в котел. Циркуляция воды в системе отопления для ее более быстрого подогрева ускорена при помощи электрического циркуляционного насоса.

В состав низковольтного отопления (НВО) входят:

- электронагреватели (электропечи) дополнительного отопления;

- первой группы, в которую входят печи служебного отделения и купе проводника и печи пассажирских купе с 1-го по 4-е;

- второй группы, в которую входят печи пассажирских купе с 1-го по 4-е;

- третьей группы, в которую входят печи пассажирских купе с 5-го по 9-е;

- четвёртой группы, в которую входят печи пассажирских купе с 5-го по 9-е;

- две секции электрокалорифера УКВ.

Работа НВО обеспечивается только при питании от генератора или от внешней сети.

В установке кондиционирования установлены термоконтакты защиты, отключающие соответствующую секцию электрокалорифера по цепи управления при перегреве.

Установка кондиционирования воздуха УКВ-31 ТП. В состав кондиционера входят:

- компрессор с двигателем;

- вентилятор конденсатора с двигателем;

- вентилятор приточный с двигателем;

- электроприводы воздушных заслонок;

- электромагнитные клапаны;

- датчики давления хладогента и датчики по температуре.

Кондиционер транспортный УКВ-31 ТП исполнение 2, далее по тексту - кондиционер, с воздушным охлаждением конденсатора, предназначенный для обеспечения и автоматического поддержания заданных параметров микроклимата в пассажирских вагонах железнодорожного транспорта по СН 6/27 и СП 2.5.12.20. Заданные параметры микроклимата обеспечиваются совместной работой кондиционера с системами энергоснабжения и отопления, входящими в состав вагона.

Кондиционер транспортный УКВ-31 ТП работает на хладоне 134а (R134a), обеспечивает поддержание заданных параметров воздуха при скоростях движения вагонов до 200 км/ч., гальванические и лакокрасочные покрытия обеспечивают надежную противокоррозионную стойкость в условиях эксплуатации и хранения кондиционера, вероятность безотказной работы кондиционера за год не менее 0,98.

Среднее время восстановления работоспособного состояния не более 2 часов.

Средний полный срок службы кондиционера составляет не менее 28 лет.

Средний срок службы кондиционера до капитального ремонта - не менее 6 лет.

Кондиционер сохраняет работоспособность при температуре наружного воздуха от плюс 15 до плюс 40°С (режим охлаждения) и от минус 50 до плюс 15°С (режим отопления и вентиляции).

На кондиционере в месте, определенном конструкторской документацией, прикреплена табличка (этикетка) по ГОСТ 12969, содержащая следующие сведения:

- товарный знак и/или наименования предприятия-изготовителя;

- обозначение кондиционера с указанием номера технических условий;

- серийный номер кондиционера по системе нумерации предприятия изготовителя;

- масса заправленного кондиционера;

- тип хладагента;

- год и месяц выпуска.

- допускается указывать на табличке другие необходимые сведения.

Способ нанесения маркировки обеспечивает сохранность информации и стойкость маркировки к внешним воздействиям в условиях хранения, транспортировки и эксплуатации кондиционера.

Кондиционер оборудован защитными устройствами, обеспечивающимибезопасность обслуживающего персонала и пассажиров в случае возникновения внештатных ситуаций и аварийных режимов его эксплуатации; не оказывает вредного воздействия на устройства системы централизованных блокировок, автоматической локомотивной сигнализации и проводных линий связи.

Кондиционер не оказывает вредного воздействия на окружающую среду ни одним из видов - химического, механического, радиационного, термического, биологического.

Управление работой установки кондиционирования воздуха осуществляется с КУ САУД в автоматическом режиме по сигналам датчиков температуры:

- температура воздуха в купе вагона;

- температура наружного воздуха;

- температура в воздуховоде;

- температура воды в котле.

КУ САУД принимает сигналы о работе и состоянии источников электроснабжения и разрешает работу установки кондиционирования в режиме полной или ограниченной мощности, а также запрещает работу оборудования.

Режимы работы УКВ зависят от источника электроснабжения. В автоматическом режиме работы при питании от генератора и от внешней сети частота тока питающего напряжения компрессора может находиться в пределах от 35 до 70 Гц, а при работе от АБ частота тока питающего напряжения компрессора составляет 45 Гц.

Мощность ограничивает кондиционер изменением кода, управляющего производительностью компрессора за счет снижения частоты и амплитуды питающего напряжения до минимально установленного значения. При снижении напряжения на АБ до уровня РПН-1, контактом реле разрывается цепь включения компрессора. На правой двери пульта управления светодиод защита батареи U включается желтым светом. При снижении напряжения на АБ до уровня РПН-2, контактом реле разрывается цепь включения приточного вентилятора. На правой двери ПУ светодиод защита батареи U включается красным светом.

...