Електрообладнання пасажирських вагонів

Електрообладнання сучасного пасажирського вагона є різнотипним та складним за своєю будовою. Постійне удосконалення електрообладнання, яке пов'язане з підвищенням безпеки руху та комфортних умов пасажирів, призвело до збільшення кількості споживачів електроенергії та ускладнення систем регулювання, контролю, захисту та сигналізації пасажирських вагонів.

Робота вагонного електрообладнання має ряд характерних особливостей. Воно працює у складних умовах та знаходиться під дією вібрації, змінних температурних режимів, атмосферних опадів, вітру, конденсату та вологи. Експлуатація, пошук відмов та відновлення працездатного стану електрообладнання вимагає значних часових та матеріальних витрат. Тому знання конструкції та принципу дії електрообладнання пасажирських вагонів – це один з напрямків гарантування безпеки руху та ефективності експлуатації рухомого складу залізниць України. Електричне обладнання вагонів різних типів принципово не відрізняється між собою та має багато спільного, але конструктивно воно дуже різноманітне та існує багато різних комплексів електрообладнання вітчизняного та закордонного виробництва.

Авторами було систематизовано матеріал для ефективного вивчення студентами конструкції та принципу дії електрообладнання вагонів, технічного обслуговування та контролю технічного стану в експлуатації. Розглянута класифікація систем електрообладнання, способи передачі та розподілу електричної енергії у вагонах, типи розподільних щитів, електронні блоки, системи автоматики, джерела електроенергії, перетворювачі та споживачі електроенергії вагонів. Викладена методика розрахунку та вибору електрообладнання вагонів, яка може бути використана студентами при виконанні курсового проектування.

Загальні відомості

Призначення та розташування електричного обладнання

Електричне обладнання, яке застосовується в сучасних пасажирських вагонах, використовується для створення пасажирам необхідних комфортних умов, приготування та зберігання їжі у вагонах-ресторанах, радіомовлення та роботи пристроїв зв’язку, полегшення праці поїзної бригади та гарантування безпеки руху поїздів.

За призначенням вагонне електрообладнання можна розподілити на такі основні групи:

•    джерела електричної енергії (генератори та акумуляторні батареї);
•    перетворювачі, які змінюють напругу або струм та перетворюють один рід струму в інший або частоту змінного струму;
•    електричні приводи вентиляторів, насосів, компресорів та ін.; електронагрівальні пристрої;
•    електричне освітлення вагонів з лампами розжарювання, люмінесцентними або світлодіодними; апаратура автоматичного керування та регулювання для вмикання і вимикання різних споживачів електроенергії та регулювання температури, напруги та інших параметрів;
•    пристрої захисту джерел електроенергії та споживачів;
•    апаратура автоматичного контролю з датчиками, сигнальними лампами, індикаторами та електровимірювальними приладами;
•    телерадіоапаратура;
•    вагонна електрична мережа.

Електричне обладнання розміщується всередині та зовні вагона

Всередині вагона встановлені:споживачі електричної енергії, апаратура управління, захисту, контролю та сигналізації.

Це освітлювальні пристрої, двигун вентиляційного агрегату, нагрівальні елементи кип’ятильника, електричних печей та калорифера, двигун циркуляційного насоса, розподільний щит та ін. В розподільному щиті (шафі) встановлена захисна і регулювальна апаратура, а також електровимірювальні прилади (амперметри, вольтметри), індикатори, дисплеї та сигнальні лампи, функціональні блоки апаратури і автоматична пожежна сигналізація з елементами пожежогасіння.

Під вагоном розміщені джерела електричної енергії, а також обладнання, яке за своїми габаритними розмірами та умовами роботи не може бути розміщене всередині вагона. Це генератор, акумуляторна батарея, перетворювач люмінесцентного освітлення, двигуни компресора та вентилятора конденсатора установки охолодження повітря, високовольтні контактори та запобіжники та електричні мережі і міжвагонні з’єднання.

Рис. 1. Внутрішнє електрообладнання пасажирського вагона

• Умови роботи та вимоги до електричного обладнання

Електричне обладнання пасажирських вагонів працює в складних умовах. У процесі експлуатації на нього діють значні динамічні зусилля, які виникають в результаті вібрації та поштовхів, особливо при великих швидкостях руху та при маневрових роботах. Динамічні сили, що діють на електрообладнання, можуть привести до обриву проводів і обмоток (особливо в місцях їх з'єднань), появи тріщин і псування електроізоляційних матеріалів, прискореного зносу осей і підшипників в електромеханізмах і приладах, порушення нормальної роботи пружних і рухливих елементів (пружин, якорів електромагнітів і т.п.).

Рис. 2. Зовнішнє електрообладнання пасажирського вагона

Широкий діапазон температур, сильний вітер, дощ, сніг, ожеледь, бруд, пил також значно ускладнюють роботу електрообладнання та його обслуговування в експлуатації.

На вагоні значна кількість різного електрообладнання встановлена ззовні кузова вагона. Тому взимку, при низьких температурах (до -50^°С), знижується механічна міцність окремих деталей електричних машин, апаратів та приладів. Внаслідок підвищення в’язкості мастила виникають значні моменти опору, які ускладнюють роботу електричних машин та механізмів, знижують коефіцієнт їх корисної дії. При низьких температурах більшість ізоляційних матеріалів стають крихкими, у них з’являються тріщини. Зменшується також ємність акумуляторних батарей. Літом при підвищених температурах (особливо в південних районах) робота електрообладнання також утруднена: погіршуються умови охолодження електричного обладнання.

Встановлене у вагоні електрообладнання повинне мати якомога меншу масу та габаритні розміри, так як ці параметри впливають на економічні показники роботи рухомого складу. Особливо жорсткі вимоги ставляться до розмірів електрообладнання, встановленого ззовні та під вагоном, так як воно обов’язково повинне вписуватись в габаритні розміри рухомого складу.

На розподільній шафі вимикачі і перемикачі, електровимірювальні прилади, сигнальні лампи, дисплей та інше монтуються так, щоб рукоятки вимикачів, шкали приладів, дисплей і головки сигнальних ламп розташовувалися на лицьових панелях. Це забезпечує спостереження за режимами роботи обладнання і дозволяє здійснювати необхідні перемикання. Пакетні вимикачі встановлюють безпосередньо на панелі або на кронштейнах. Широко використовуються рейки для установлення елементів. Елементи управління, які рідко використовуються, зазвичай встановлюють всередині шафи. Користування ними здійснюється при відкритих дверях.

Внутрішня проводка виконується проводами, які групуються в джгути, що укладаються в спеціальні монтажні жолоби. З'єднання зовнішніх проводів вагона в шафі здійснюється через пружинні затискачі. Всі проводи мають чітке і довготривале маркування. Для гарантування безпеки обслуговуючого персоналу апарати та прилади, а також всі металеві конструкції шафи мають бути заземлені, тобто мати електричне з'єднання з корпусом вагона.

У системі електрозабезпечення вагонів повинна передбачатись апаратура для захисту джерел електроенергії, споживачів та електричної мережі від перевантажень та коротких замикань, недопустимого підвищення або зниження напруги. Захист від коротких замикань повинен бути швидкодіючим, а від перенавантажень – з витримкою часу, який залежить від перевантаження. Захист від недопустимого підвищення напруги запобігає несправності електрообладнання від дії значних напруг, які можуть виникати при відмовах регулювальної апаратури генератора та обриві кола акумуляторної батареї. Захист від недопустимого зниження напруги запобігає глибоким розрядкам батареї, її пошкодженню, а також нестійкій роботі комутуючої апаратури при напругах, суттєво менших номінальних.

Крім того, повинні бути блокувальні пристрої, які запобігають виходу з ладу основних елементів електрообладнання при неправильних діях обслуговуючого персоналу, та апарати, які забезпечують можливість живлення основних споживачів (освітлення, вентиляція) від резервного джерела електричної енергії (акумуляторної батареї) або від сусідніх вагонів у разі несправності основного джерела енергії на даному вагоні.

Електричні машини, апарати та прилади повинні встановлюватись на вагоні так, щоб полегшити їх обслуговування, перевірку, монтаж, демонтаж та ремонт на шляху слідувань та на короткочасних зупинках. Для прискорення виявлення несправностей в розгалуженій електричній мережі вагона та забезпечення її ремонту мережу розподіляють на окремі дільниці шляхом встановлення розпаєчних коробок. У деяких вагонах для швидкої перевірки несправності генератора та акумуляторної батареї встановлюють спеціальні затискачі для роз’єднання цих елементів з мережею та вмикання до них контрольно-вимірювальних приладів.

Схема електрозабезпечення вагонів виконується двопровідною із встановленням захисних апаратів у плюсовому та мінусовому колах кожного джерела електричної енергії, споживача або групи споживачів.

Неприпустимі витрати струму через ізоляцію струмоведучих частин електричного обладнання, так як це може

привести до пожежі або дії електричного струму на пасажирів. Опір у вагонних електричних колах наведений у табл. 1.

Таблиця 1

Необхідний опір ізоляції у електромережах вагона

У кожну систему електрозабезпечення включають сигналізацію замикання (неприпустимого витоку) електромережі на корпус вагона.

З метою обмеження перенапруг при комутаційних та аварійних режимах у всіх системах електрозабезпечення застосовують захист від перенапруги, який спрацьовує в залежності від швидкості наростання напруги.

Електричний провід повинен мати міцну морозостійку ізоляцію, стійку проти загорання та дії нафтопродуктів (дизельне паливо, мастила та їх пари, бензин).

Монтаж проводів повинен бути таким, щоб при русі поїзда ізоляція їх не перетиралась і не порушувалась внаслідок дії підвищеної вологи. Для цього застосовується провід з підвищеним опором ізоляції, просочений протигнильним складом, а прокладення проводів здійснюється в металевих трубах, металевих кожухах та металорукавах. Світильники, вимикачі, розетки та розпаєчні коробки встановлюють в ізольовані металеві коробки, під які при монтажі до конструкцій вагона підкладаються прокладки із азбесту. Місця встановлення електричних апаратів також захищають від конструкцій вагона, які можуть загорітися, шаром азбесту. У вагонах з високовольтним обладнанням передбачається встановлення швидкодіючого вимикача, який знімає високу напругу з вагонної мережі при аварійних ситуаціях.

Питання для самоконтролю:

1. За якими групами розподіляється електрообладнання пасажирських вагонів?
2. В яких умовах працює електрообладнання вагонів?
3. Які вимоги висуваються до електрообладнання пасажирських вагонів?