УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРООБОГРЕВА СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ ТИПА СЭИТ-04
ELECTRICAL HEATING DEVICE OF TRACK SWITCHES TYPE SEIT-04

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а точнее - теплообменным электрическим устройствам локального (местного) обогрева железнодорожных путей, главным образом стрелочных переводов (стрелок), с целью удаления льда, снега и инея, препятствующих их функционированию, а также многовариантного управления и контроля состояния (обратной связи и диагностики), освещения и возможности подключения электроинструмента.
На железных дорогах для предотвращения отказов срабатывания стрелочных переводов и др. механических устройств в зимнее время вследствие напрессовывания снега и обледенения широко применяют устройства для их локального обогрева.
Многообразие технических средств борьбы со снегом и льдом можно классифицировать по их разновидностям (видам и подвидам - типам): механические, пневматические, тепловые и комбинированные. В свою очередь, среди тепловых (теплообменных) устройств самое широкое применение нашли электрические.
Известно устройство для очистки стрелочного перевода от снега и льда путем электрообогрева (СЭИТ-04М), содержащее электронагреватели, установленные на рамных рельсах, датчик температуры окружающего (наружного) воздуха, блок электропитания указанных электронагревателей от сети переменного тока с однофазным трансформатором, коммутатор, элемент сравнения, а датчик температуры наружного воздуха соединен со вторым входом элемента сравнения, при этом устройство содержит только один датчик температуры рельса, установленный на рамных рельсах и соединенный с первым входом элемента сравнения, датчик осадков, сигнал с которого поступает на третий вход элемента сравнения, а выход элемента сравнения соединен с блоком плавной регулировки напряжения, выход которого соединен со входом коммутатора, причем коммутатор включен во вторичную обмотку однофазного трансформатора блока электропитания, а напряжение через коммутатор поступает на электронагреватели, в качестве которых используют плоскоовальные электронагреватели [RU 97386 U1, Е01В 7/24, Е01В 19/00, 10.09.2010].
Существенными признаками, общими с заявляемым устройством, являются:
- датчик температуры рельса;
- датчик температуры окружающего (наружного) воздуха;
- датчик осадков;
- контактно установленные на рамных рельсах термоэлектрические нагреватели;
- блок электропитания указанных электронагревателей от сети (источника) высокого напряжения;
- коммутирующее устройство с управлением от электронного устройства обработки данных (ЭУОД);
- выходы последнего соединены с блоком электропитания нагревателей;
- упомянутые датчики соединены с входами элемента сравнения.
При всех положительных качествах устройства-аналога, причинами, препятствующими достижению технического результата (согласно настоящей заявке), являются следующие его недостатки:
- выполнение ЭУОД как «элемента сравнения», к входам которого подключены перечисленные датчики, характеризуется локальным, а значит, ограниченным применением алгебры логики (см. далее);
- не предусмотрена возможность/невозможность оперативного изменения алгоритма управления коммутирующим устройством, вмешательства управляющего персонала различных уровней в алгоритм или в виде ручного двух- и трехуровневого дублирования с приоритетным ранжированием, что отрицательно сказывается на технико-логистических возможностях близкого аналога при разветвленной реализации устройства, увеличивает вероятность аварийных ситуаций, сбоев организационного характера;
- недостаточно использованы современные возможности цифровых технологий, автоматизированных рабочих мест оператора и волоконной оптики;
- комплекс средств (устройств) качественной и количественной оценки (с последующим учетом) атмосферных условий, влияющих на состояние стрелочного перевода, его работоспособность, не включает в себя устройства определения влажности воздуха и скорости ветра (последнее не обязательно, но желательно для перспективных систем) с возможностью получения оперативной информации и передачи ее в виде сигналов на соответствующие дополнительные входы логического блока, наряду с предусмотренными датчиками температуры наружного воздуха и осадков, при этом следует подчеркнуть, что на современном уровне развития путевого хозяйства это уже недостаточно для должного уровня поддержания работоспособности стрелочного перевода, в частности предотвращения не только снежного заноса и обледенения, но также изморози как результата совместного влияния температуры, влажности воздуха и ветра;
- не оговорены взаимное расположение части устройств и их компоновочные особенности, что создает условия для ошибочных, непродуманных решений, влекущих, в свою очередь, снижение надежности и удобства обслуживания устройства;
- не оговорены возможность/невозможность обратной связи и диагностики устройства, его использования для освещения внутри шкафов и зоны стрелочного перевода, подключения ручного электроинструмента для монтажно-демонтажных, ремонтных и регламентных работ.
Перечисленные недостатки в совокупности препятствуют достижению заявляемого в данной заявке технического результата, поскольку обусловливают недостаточно высокие технико-эксплуатационные и экономические характеристики (в части надежности и энергетической экономичности) и эксплуатационные возможности аналога - устройства для очистки стрелочного перевода от снега и льда путем электрообогрева.
Известно устройство для очистки стрелочного перевода от снега и льда путем электрообогрева (типа СЭИТ-04, конкретно СЭИТ-04М), содержащее плоскоовальные электронагреватели, рамные рельсы с установленным на них датчиком температуры рельса, датчик осадков, датчик температуры окружающего воздуха, первый источник электропитания с однофазным трансформатором, выход которого соединен с первым коммутирующим элементом, при этом датчик температуры рельса соединен с блоком с гистерезисной характеристикой, а датчики осадков и температуры окружающего воздуха подключены к блоку с изменяемой гистерезисной характеристикой, в свою очередь, блок с гистерезисной характеристикой и блок с изменяемой гистерезисной характеристикой соединены с блоком логического объединения, выход которого соединен с первым и вторым коммутирующими элементами, входы которых соединены с первым и вторым источниками электропитания с однофазными трансформаторами, а выходы соединены с попарно соединенными плоскоовальными электронагревателями и с входами первого и второго устройств контроля изоляции, входы которых соединены с входами соответствующих первого и второго коммутирующих элементов и с входами блока защитного отключения, выход которого соединен с первым входом устройства плавного пуска и коммутации, выходы которого подключены к первому и второму источникам электропитания с однофазными трансформаторами, второй вход устройства плавного пуска и коммутации подключен к сети переменного тока 380 В, на третий его вход поступает сигнал с блока задержки отключения, на вход которого поступает сигнал с выхода блока с изменяемой гистерезисной характеристикой, кроме того, на рамные рельсы установлены экраны [RU 141261 U1, Е01В 7/00, 27.05.2014].
Существенными признаками, общими с заявляемым устройством, являются:
- датчик температуры рельса;
- датчик температуры окружающего (наружного) воздуха;
- датчик осадков;
- контактно установленные на рамных рельсах термоэлектрические нагреватели;
- двухканальный блок электропитания указанных электронагревателей, разделенных на две соответствующие каналам группы, от источника (сети) высокого напряжения;
- коммутирующее устройство с управлением от электронного устройства обработки данных (ЭУОД), включающего в свой состав логический блок;
- выходы последнего соединены с соответствующими им каналами блока электропитания нагревателей;
- предусмотрено два параллельных (поканальных) устройства контроля изоляции.
При всех положительных качествах устройства-аналога, причинами, препятствующими достижению технического результата (согласно заявки), являются следующие его недостатки:
- выполнение ЭУОД как совокупности параллельных блоков - с гистерезисной характеристикой (к входу которого подключен датчик температуры рельса) и с изменяемой гистерезисной характеристикой (ко входу которого подключены датчики осадков и температуры окружающего воздуха), плюс логическое устройство объединения упомянутых «гистерезисных» блоков характеризуется локальным, а значит, ограниченным применением алгебры логики (см. далее);
- не предусмотрена возможность/невозможность оперативного изменения алгоритма управления коммутирующим устройством, вмешательства управляющего персонала различных уровней в алгоритм или в виде ручного двух- и трехуровневого дублирования с приоритетным ранжированием, что отрицательно сказывается на технико-логистических возможностях близкого аналога при разветвленной реализации устройства, увеличивает вероятность аварийных ситуаций, сбоев организационного характера;
- недостаточно использованы современные возможности цифровых технологий, автоматизированных рабочих мест оператора и волоконной оптики;
- комплекс средств (устройств) качественной и количественной оценки (с последующим учетом) атмосферных условий, влияющих на состояние стрелочного перевода, его работоспособность, не включает в себя устройства (датчики, приборы) определения влажности воздуха и скорости ветра (последнее не обязательно, но желательно для перспективных систем) с возможностью получения оперативной информации и передачи ее в виде сигналов на соответствующие дополнительные входы логического блока, наряду с предусмотренными датчиками температуры наружного (внешнего) воздуха и осадков;
- не оговорены взаимное расположение части устройств и их компоновочные особенности, что создает условия для ошибочных, непродуманных решений, влекущих, в свою очередь, снижение надежности и удобства обслуживания устройства;
- не оговорены возможность/невозможность обратной связи и диагностики устройства (за исключением контроля изоляции), его использования для освещения внутри шкафов и зоны стрелочного перевода, подключения ручного электроинструмента для монтажно-демонтажных, ремонтных и регламентных работ.
Перечисленные недостатки в совокупности препятствуют достижению заявляемого технического результата, поскольку обусловливают недостаточно высокие технико-эксплуатационные и экономические характеристики (в части надежности и энергетической экономичности) близкого аналога - устройства для очистки стрелочного перевода от снега и льда путем электрообогрева.
Наиболее близким к заявляемому устройству по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков (прототипом) является устройство для очистки стрелочного перевода от снега и льда путем электрообогрева (иначе говоря, устройство электрообогрева стрелочного перевода), содержащее датчики температуры рельса, датчик температуры окружающего (наружного) воздуха, датчик осадков, контактно установленные на рамных рельсах термоэлектрические нагреватели, по меньшей мере, двухканальный блок электропитания указанных электронагревателей, разделенных минимум на две соответствующие каналам группы, от сети высокого напряжения, коммутирующее устройство с управлением от электронного устройства обработки данных со специальным программным обеспечением, при этом выходы электронного устройства обработки данных соединены с соответствующими им каналами блока электропитания нагревателей, а к входам подключены датчики температуры рельса, датчик окружающего воздуха и датчик осадков [RU 135652 U1, Е01В 7/00, 20.12.2013].
В нем термоэлектрические нагреватели подсоединены к блоку их электропитания непосредственно (напрямик), отсутствуют какие-либо сведения об особенностях программного обеспечения блока обработки данных, за исключением его характеристики как «специального».
Однако в известном устройстве-прототипе, во-первых, не пояснено, к какому типу (по принципу действия - «сравнения входных сигналов») относится электронное устройство обработки данных (ЭУОД). Равно как не расшифрованы понятия «специальный алгоритм» и «специальное программное обеспечение». При этом есть основания предполагать выполнение ЭУОД в виде (по типу) автоматического регулятора, который уступает по своим возможностям современному типу ЭОУД - логических устройств (логических устройств, реализующих логические операции/функции над входными сигналами согласно правилам алгебры логики и выдающих сигналы, соответствующие значениям реализуемых функций).
Во-вторых, не оговорены возможность/невозможность оперативного изменения указанных алгоритма и программного обеспечения, вмешательства управляющего персонала (в том числе диспетчеров) различных уровней в алгоритм или в виде ручного двух- и трехуровневого дублирования с приоритетным ранжированием. Это отрицательно сказывается на технико-логистических возможностях прототипа при разветвленной реализации устройства, увеличивает вероятность аварийных ситуаций, сбоев организационного характера.
В-третьих, недостаточно использованы современные возможности цифровых технологий, автоматизированных рабочих мест оператора и волоконной оптики.
В-четвертых, комплекс средств (устройств) качественной и количественной оценки (с последующим учетом) атмосферных условий, влияющих на состояние стрелочного перевода, его работоспособность, не включает в себя устройства (датчики, приборы) определения влажности воздуха (упоминание в тексте «влажности окружающей среды» относится явно к наличию жидких осадков, количественно оцениваемых датчиком осадков, но отнюдь не влажности воздуха) и скорости ветра (не обязательно, но желательно в перспективных устройствах) с возможностью получения оперативной информации и передачи ее в виде сигналов на соответствующие дополнительные входы логического блока, наряду с предусмотренными датчиками температуры окружающего воздуха и осадков. На современном уровне развития путевого хозяйства это уже недостаточно для должного уровня поддержания работоспособности стрелочного перевода, в частности предотвращения не только снежного заноса и обледенения, но также изморози как результата совместного влияния температуры, влажности воздуха и ветра.
В-пятых, не оговорены взаимное расположение части устройств и их компоновочные особенности, что создает условия для ошибочных, непродуманных решений, влекущих, в свою очередь, снижение надежности и удобства обслуживания устройства. В частности, на схеме устройства показано непосредственное подключение датчика температуры и электронагревателей рельсов к ЭУОД и к однофазным трансформаторам блоков электропитания соответственно.
В-шестых, не оговорены возможность/невозможность обратной связи и диагностики устройства, его использования для освещения внутри шкафов и зоны стрелочного перевода, подключения ручного электроинструмента для монтажно-демонтажных, ремонтных и регламентных работ.
Все это препятствует достижению заявляемого технического результата, поскольку обусловливает недостаточно высокие технико-эксплуатационные и экономические характеристики (в части надежности и энергетической экономичности) прототипа - устройства для очистки стрелочного перевода от снега и льда путем электрообогрева, является основанием для существенного изменения его устройства.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение технико-эксплуатационных и экономических характеристик и расширение технико-эксплуатационных возможностей устройства электрообогрева стрелочных переводов (стрелок) или иных локальных участков железнодорожных путей за счет повышения надежности, снижения энергозатрат и обеспечения возможности местного и многоуровневого дистанционного управления и контроля, а также освещения и подключения ручного электроинструмента.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве электрообогрева стрелочных переводов, содержащем датчики температуры рельса, устройство определения атмосферных условий в составе датчика температуры окружающего воздуха и датчика осадков, контактно установленные на рамных рельсах термоэлектрические нагреватели, по меньшей мере, двухканальный блок электропитания указанных электронагревателей, разделенных минимум на две соответствующие каналам группы, от внешней сети переменного тока, коммутирующее устройство с управлением от электронного устройства обработки данных со специальным программным обеспечением, при этом выходы электронного устройства обработки данных соединены с соответствующими им каналами блока электропитания нагревателей, а к входам подключены датчики температуры рельса, датчик окружающего воздуха и датчик осадков, электронное устройство обработки данных выполнено в виде логического блока с переменной архитектурой программного обеспечения, допускающей, наряду с оперативным изменением последнего, дублирующее ручное местное и/или дистанционное включение/отключение электропитания нагревателей, и размещено в шкафу управления, устройство дополнительно включает в себя, по меньшей мере, пульт дистанционного управления нижнего уровня дежурного персонала с автоматизированным рабочим местом на базе индустриального компьютера минимум с одним монитором, сетевой картой, сетевым коммутатором и оптическим каналом связи с логическим устройством через оптический конвертер, а термоэлектрические нагреватели подсоединены к блоку их электропитания посредством клеммных колодок, размещенных в клеммном ящике, с возможностью подключения к ним и/или шкафу питания и управления параллельно источников освещения внутри и снаружи устройства, а также ручного электроинструмента с автоматическим отключением электрообогрева на время работы электроинструмента.
Решение поставленной задачи достигается также за счет дополнительных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков):
- пульт дистанционного управления нижнего уровня может быть взаимосвязан с пультом управления более высокого уровня - диспетчерской службы станции или путевой дистанции или ветки, при этом в программном обеспечении логического блока может быть предусмотрен изменяемый диспетчерской службой вышестоящего уровня приоритетный порядок выполнения командных сигналов, поступающих с разноуровневых пультов дистанционного управления (это положительно сказывается на технико-логистических возможностях устройства при разветвленной реализации устройства, расширяет возможности «маневрирования» при управлении, снижает вероятность аварийных ситуаций, сбоев организационного характера);
- в устройство определения атмосферных условий может быть дополнительно включено устройство определения влажности воздуха с возможностью получения оперативной информации и передачи ее в виде сигнала на соответствующий дополнительный вход логического блока (это расширяет набор входных данных в логический блок, влияющих на всестороннюю и точную оценку атмосферных условий, формирующих неблагоприятные для функционирования стрелочного перевода факторы, такие как обледенение и образование инея, а значит - своевременную коррекцию выходных управляющих сигналов с логического блока на коммутационную часть устройства с целью предотвращения указанных физических явлений, тем более что в некоторых аналогах имеется ссылка на учет влажности воздуха, но отсутствует какая-либо ссылка на технические средства обеспечения такого учета);
- при предыдущей совокупности существенных признаков в качестве устройства (прибора) определения влажности воздуха может быть использован психрометр, преимущественно электронный, а датчик температуры окружающего воздуха может быть установлен у стрелочного перевода и подключен к дополнительно предусмотренному в составе логического блока элементу сравнения с возможностью подачи на элемент сравнения также сигнала о величине температуры окружающего воздуха по «сухому» термометру психрометра (это облегчает понимание и, соответственно, восприятие и обучение персонала работе с оборудованием, поскольку знание заложенных в психрометр принципов действия, физических основ и умение им пользоваться входит в обязательную программу среднего образования, выпуск психрометров давно налажен, расширены возможности использования психрометра в расширительном функциональном смысле - см. следующий абзац; электронное исполнение психрометра в наибольшей мере адаптирует устройство (прибор) к «общеэлектронной» архитектуре устройства управления в целом);
- при предпоследней из указанных совокупностей конструктивных признаков устройства элемент сравнения может быть настроен или выполнен на принципе выбора в качестве выходного сигнала меньшего значения из двух указанных входных температур окружающего воздуха:
вых
где Т - сигнал о температуре окружающего воздуха на выходе из элемента сравнения температур воздуха в составе логического блока;
в.стр.
Т - сигнал о температуре окружающего стрелку воздуха на входе элемента сравнения температур воздуха в составе логического блока;
в.пс их.сух.
Т - сигнал о температуре окружающего психрометр воздуха на входе элемента сравнения температур воздуха в составе логического блока,
что позволяет увеличить корректность учета температуры окружающего воздуха, а также надежность работы устройства за счет «бесплатного» дублирования;
- в устройство определения атмосферных условий может быть дополнительно включено устройство определения скорости ветра с возможностью получения оперативной информации и передачи ее в виде сигнала на соответствующий дополнительный вход логического блока (как и в отношении упомянутого выше устройства определения влажности воздуха, это расширяет набор входных данных в логический блок, влияющих на всестороннюю и точную оценку атмосферных условий, формирующих неблагоприятные для функционирования стрелочного перевода факторы, такие как обледенение и образование инея, а значит - своевременную коррекцию выходных управляющих сигналов с логического блока на коммутационную часть устройства с целью предотвращения указанных физических явлений, тем более что в некоторых аналогах имеется ссылка на учет влажности воздуха, но отсутствует какая-либо ссылка на технические средства обеспечения такого учета);
- при предыдущей совокупности конструктивных признаков в качестве устройства (прибора) определения скорости ветра может быть использован анемометр или анемограф, преимущественно электронный (это позволяет получить «усилительный» эффект, аналогичный описанному в предыдущем абзаце, при этом электронное исполнение анемометра или анемографа, в данном случае «графа», в цифровом виде также в наибольшей мере адаптирует устройство (прибор) к «общеэлектронной» архитектуре устройства управления в целом);
- устройство может содержать электронную метеостанцию, включающую в себя, по меньшей мере, часть упомянутых устройств (датчиков, приборов) определения атмосферных условий (это позволяет в максимальной мере реализовать принципы модульности/блочности и максимального использования покупных изделий, причем с дважды упомянутой выше адаптацией к «общеэлектронной» архитектуре устройства управления в целом);
- в устройстве электрообогрева может быть дополнительно предусмотрен комплекс диагностики, включающий в свой состав устройство контроля изоляции электрооборудования, в том числе термоэлектрических нагревателей, выводящий информацию на панели автоматизированных рабочих мест управления всех уровней (это позволяет вывести систему в целом на самый современный уровень требований к сложным автоматизированным человеко-машинным системам управления с возможностью, в частности, эргономически удобного и оперативного диагностирования устройства/системы с достаточно высокой периодичностью).
Как показал проведенный заявителем литературный и патентный поиск почти на 100-летнюю глубину, среди известных устройств и способов аналогов такого же назначения не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время именно за счет заявленных совокупностей признаков достигается новый технический результат в соответствии с поставленной задачей.
Заявляемое устройство электрообогрева стрелочных переводов (в примере конкретной реализации существенных признаков) пояснено на чертеже, где представлена блок-схема участка железнодорожного пути с устройством обогрева стрелочного перевода (стрелки), вид в плане.
При этом введены следующие позиции:
1 и 2 - соответственно первый и второй обогреваемые рельсы (в данном примере - рамные рельсы/остряки стрелочного перевода); 3 и 4 - первая и вторая группы попарно объединенных термоэлектрических нагревателей (ТЭН, преимущественно овального трубчатого типа) обогрева первого и второго рельсов соответственно; 5 и 6 - первый и второй датчики температуры обогреваемых рельсов соответственно, находящиеся в контакте с ними; 7 - клеммный ящик (KJ-02); 8 - клеммные колодки; 9 - «силовой» электрический кабель питания ТЭН 3, 4 через клеммный ящик 7; 10 - двухканальный блок электропитания (БЭП), к «силовому» выходу которого подключен кабель 9, в шкафу питания и управления - ШОИТ; 11 - контакторы отключения питания устройства при пробое изоляции или ином коротком замыкании и/или рубильник подключения внешнего питаний устройства (11а) и местный пульт (панель 11б соответственно) ручного включения/выключения питания ТЭН 3, 4 (электроразъемы или рубильники QF1-QF4); 12 и 13 - однофазные изолировочные трансформаторы (ТР1 и ТР2) преобразования тока питания ТЭН 3 и 4 (в первом и во втором каналах БЭБ) соответственно; 14 - коммутирующее устройство (коммутирующий блок) с парой реле K1 и K2 включения/выключения питания первичных обмоток трансформаторов 12 и 13 соответственно, к силовым выходам которого подключены первичные обмотки трансформаторов 12 и 13; 15 - внешняя сеть электропитания устройства (внешний источник переменного тока) 380 В/220 В АС или 400 В/230 В АС с клеммной группой KL1 с фазными клеммами А1 и А2 питания трансформаторов 12 и 13 соответственно, резервной клеммой С3 и нейтральной клеммой N4 с шиной N1, а также ограничителями напряжения GX1 и GX2; 16 - логический блок (ЛБ) в качестве электронного устройства обработки данных (ЭУОД) или иначе - блока контроля и управления обогревом - БКУ, в составе БЭП 10 и/или шкафа ШОИТ в целом и, как вариант, внутри коммутирующего блока 14, выход которого связан с парой реле K1 и K2 соответственно; 17 - оптический конвертер, электрически подключенный к одному из входов ЛБ 16, в составе БЭП 10 и/или ШОИТ в целом; 18 - устройство определения атмосферных условий (с максимально возможным пространственным приближением к обогреваемому участку пути), преимущественно электронная метеорологическая станция (метеостанция); 19 - датчик температуры окружающего (наружного) воздуха в составе устройства 18; 20 - датчик осадков либо в составе устройства 18, либо отдельно; 21 - устройство определения влажности окружающего (наружного) воздуха, в частности психрометр; 22 - устройство определения скорости (средней скорости) ветра в составе устройства 18; 23 - электрический кабель (канал) подключения датчиков температуры 5 и 6 рельсов через клеммный ящик 7 к логическому устройству 16 на участке от выхода клеммного ящика 7 до одного из входов БЭП 10 (длиной не более 200 м и сопротивлением жил 10 Ом); 24 - то же, на участке от вышеназванного входа БЭП 10 к одному из входов в ЛБ 16; 25 - пульт дистанционного управления нижнего (первого) уровня с автоматизированным рабочим местом обслуживающего персонала или диспетчера (АРМ-1); 26 - индустриальный компьютер в составе АРМ-1; 27 - монитор в составе АРМ-1; 28 - сетевая карта (сетевая плата, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер) в составе компьютера 26; 29 - сетевой коммутатор (свитч); 30 - кабель взаимосвязи сетевой карты 28 с сетевым коммутатором 29; 31 - оптоволоконный кабель подключения датчика осадков 20 или всего устройства определения атмосферных условий (в частности, метеостанции) 18 к сетевому коммутатору 29; 32 - кабель подключения датчика 19 и устройств 21, 22 к логическому блоку 16 через компьютер 26 и сетевой коммутатор 29, либо через сетевой коммутатор 29, либо через оптический конвертер 17, либо непосредственно на ЛБ 16 (показано пунктиром); 33 - оптоволоконный кабель взаимосвязи сетевого коммутатора 29 с одним из входов (оптического канала) БЭП 10 и далее ко входу оптического конвертера 17; 34 - пульт дистанционного управления верхнего (второго) уровня с автоматизированным рабочим местом обслуживающего персонала или диспетчера (АРМ-2) в составе, аналогичном указанному минимально достаточному составу АРМ-1; 35 - оптоволоконный кабель взаимосвязи пульта АРМ-2 с сетевым коммутатором 29; 36 - источник(и) внутреннего освещения устройства; 37 - источник(и) внешнего освещения устройства (стрелочного перевода); 38 - подключаемый к БЭП 10 и/или клеммному ящику 7 ручной электроинструмент.
Заявляемое устройство электрообогрева стрелочных переводов (стрелок) железнодорожных путей содержит (см. фиг. 1) датчики 5 и 6 температуры рамных рельсов (остряков) 1 и 2 (разумеется, с арматурой для крепления и подключения указанных элементов), устройства 18 определения атмосферных условий в составе датчика 19 температуры окружающего (наружного) воздуха и датчика 20 осадков, контактно установленные на рамных рельсах 1 и 2 термоэлектрические нагреватели 3 и 4 (ТЭН, преимущественно овальные трубчатые).
Предусмотрен, по меньшей мере, двухканальный блок 10 электропитания электронагревателей 3 и 4 (разделенных как минимум на две соответствующие каналам группы) от сети (внешнего, сетевого источника питания) 15 переменного тока, конкретно ВЛ-6(10) кВ продольного электроснабжения (380 В/220 В АС или 400 В/230 В АС), ДПР-25 кВ или источника 0,4 кВ.
Имеется также коммутирующее устройство 14 с управлением от электронного устройства 16 обработки данных - ЭУОД со специальным программным обеспечением. При этом ЛБ 16 соединены с соответствующими им каналами блока 10 электропитания нагревателей 3 и 4, а к входам подключены датчики 5 и 6 температуры рельсов 1 и 2, датчик 19 окружающего (наружного) воздуха и датчик 20 осадков.
Количество шкафов питания и управления (в которых размещены блок питания и БЭП 10 с коммутирующим устройством 14, а также аппаратура контроля) определяется исходя из общего количества и расположения обогреваемых стрелочных переводов, а также с учетом электрической мощности, потребляемой каждым стрелочным переводом.
Исполнение шкафа определяется количеством и мощностью электропотребления стрелочных переводов, подключаемых к одному шкафу, наличием освещения (источники 36, 37), возможностью подключения электроинструмента 38, а также возможностью подключения другого такого шкафа. В последнем случае первый из указанных шкафов является «транзитным».
Предпочтительно наличие блока защиты канала связи и организация контроля вскрытия шкафа (с соответствующим датчиком вскрытия) - не показаны.
Количество стрелочных переводов, подключаемых к одному шкафу, составляет от одного до четырех.
Нагреватели 3 и 4 подсоединены к блоку 10 их электропитания посредством клеммных колодок 8, размещенных в клеммном ящике 7.
Часть клеммных колодок 8, размещенных в клеммном ящике 7, и колодок в БЭП 10 (не показаны) отведена для подключения к ним (параллельно ТЭНам 3, 4) источников освещения внутри (36) и снаружи (37) устройства, а также ручного электроинструмента 38, с автоматическим отключением электрообогрева на время работы электроинструмента (по известной электрической схеме блокировок вообще с использованием электрических реле или электронным способом - не показано).
Электронное устройство обработки данных (ЭУОД) 16 выполнено в виде логического блока (ЛБ, под той же позицией - 16) с переменной архитектурой программного обеспечения, допускающей, наряду с оперативным изменением последнего, дублирующее ручное местное (панели 11а и/или 11б) и/или дистанционное (через ЛБ 16 на коммутирующее устройство 14) включение/отключение электропитания нагревателей 3 и 4, и размещено в шкафу управления (условно по контуру ЛБ 16).
Устройство электрообогрева стрелочных переводов дополнительно включает в себя, по меньшей мере, пульт 25 дистанционного управления нижнего (первого) уровня дежурного персонала (диспетчера) с автоматизированным рабочим местом (АРМ-1) на базе индустриального компьютера 26 минимум с одним монитором 27, сетевой картой 28, сетевым коммутатором (свитчем) 29 и оптическим каналом связи с логическим устройством через оптический конвертер 17.
В устройство (как комплекс составных устройств) 18 определения атмосферных условий могут быть (т.е. не обязательно, но желательно) дополнительно включены устройство 21 определения влажности воздуха и устройство 22 определения скорости (средней скорости) ветра с возможностью получения оперативной информации и передачи ее в виде сигналов на соответствующие дополнительные входы логического блока 16.
Пульт 25 (АРМ-1) может быть взаимосвязан с пультом 34 (АРМ-2) диспетчерской службы станции или путевой дистанции или ветки, при этом в программном обеспечении логического блока может быть предусмотрен изменяемый диспетчерской службой вышестоящего уровня приоритетный порядок выполнения командных сигналов, поступающих с разноуровневых пультов дистанционного управления.
В качестве устройства (прибора) 21 определения влажности наружного воздуха может быть использован психрометр, преимущественно электронный.
Датчик температуры 19 окружающего (наружного) воздуха может быть установлен у стрелочного перевода и подключен к дополнительно предусмотренному в составе ЛБ 16 элементу сравнения с возможностью подачи на элемент сравнения также сигнала о величине температуры окружающего (наружного) воздуха по «сухому» термометру психрометра 21.
Указанный элемент сравнения может быть настроен или выполнен на принципе выбора в качестве выходного сигнала меньшего значения из двух указанных входных температур окружающего воздуха:
вых
где Т - сигнал о температуре окружающего воздуха на выходе из элемента сравнения температур воздуха в составе логического блока;
в.стр.
Т - сигнал о температуре окружающего стрелку воздуха на входе элемента сравнения температур воздуха в составе логического блока;
в.пс их.сух.
Т - сигнал о температуре окружающего психрометр воздуха на входе элемента сравнения температур воздуха в составе логического блока 16.
В качестве устройства (прибора) 22 определения скорости ветра может быть использован анемометр или анемограф, преимущественно электронный.
Устройство может содержать электронную метеостанцию 18 известной конструкции (покупное изделие), включающую в себя, по меньшей мере, часть упомянутых составных частей 19-22 устройства 18 определения атмосферных условий.
В устройстве электрообогрева может быть дополнительно предусмотрен комплекс диагностики (не показан), выводящий информацию на панели управления, включая панели (монитор 27) АРМ управления всех уровней.
Устройство контроля изоляции электрооборудования (как правило, обязательный элемент), в том числе термоэлектрических нагревателей 3 и 4, которое может быть выполнено на микропроцессорной основе, согласно установленным требованиям электробезопасности, можно, в принципе, отнести и к комплексу диагностики.
Устройство локального обогрева работает следующим образом (в сокращенном варианте, необходимом и достаточном для понимания сущности заявляемых технических предложений).
1
2
В исходном состоянии устройства обогрева - в заданном диапазоне положительных (по шкале Цельсия) температур рельсов(а) от t до t нагреватели 3 и 4 обесточены вследствие выключенного состояния контакторов реле K1, K2 в коммутирующем устройстве и/или выключателей QF1, QF2 панели 11а и/или QF3, QF4 панели 11б, а также с учетом прогнозного состояния сигналов на выходе ЛБ 16 по результатам текущей обработки входных данных в рамках введенного программного обеспечения (алгоритма работы устройства обогрева).
Электрообогрев возможен при выполнении следующих условий:
- температура рельса («температура холодного рельса») ниже заданной;
- сопротивление изоляции изолированной сети переменного тока 220 В и ТЭНов 3, 4 выше нормы;
- отсутствие команд (блокировок) на запрет обогрева, в частности не включен режим «Лето».
При уменьшении температуры рельсов(а) ниже U или по упреждающей команде от ЛО 16 по результатам текущей обработки входных данных в рамках введенного программного обеспечения (алгоритма работы устройства обогрева) один или оба реле K1, K2 запитываются с последующим замыканием их нормально разомкнутых контакторов, что при заранее включенных вручную местным обслуживающим персоналом выключателях (рубильниках) на панелях 11а и 11б обеспечивает выдачу питания с внешнего источника 15 на первичные обмотки трансформаторов (параллельно) 12, 13 и далее в виде рабочего тока по электрическому кабелю 9 через клеммные колодки 8 на ТЭНы 3, 4.
Последние нагреваются, нагревая, в свою очередь, рельсы 1, 2 (рельс 1 или 2). При достижении «рабочей» температуры (в заданном диапазоне значений) происходит таяние изморози, наледи, града, снега, то есть обеспечивается необходимый для работоспособности стрелочного перевода его тепловой режим.
2
При превышении температуры рельса 1 и/или 2 верхнего из указанного диапазона (см. таблицу, соответствующую рекомендациям ВНИЙЖТ в регламентирующем документе ТО-168) значения t, а также с учетом интегральной оценки логическим блоком 16 всех поступающих на его входы данных, плюс с учетом возможных команд с диспетчерских пультов 34 и 25 (АРМ-2 и АРМ-1 соответственно) и на местных панелях 11а и 11б, в рамках введенного программного обеспечения (алгоритма работы устройства обогрева), через выход ЛБ 16 на коммутирующее устройство (блок коммутации) 14 отключает питание реле K1 и/или K2. Выключение этих нормально разомкнутых контакторов определяет обесточивание ТЭНов 3 и/или 4.
Конкретный алгоритм работы устройства обогрева стрелочных переводов определяется как конкретным программным обеспечением с закладываемой логикой сравнения всех входных данных по цепи «устройства - логический блок 16» не только при первичной загрузке и последующих перезагрузках (корректировке) программного обеспечения, но и оперативного командного вмешательства (управления) со стороны обслуживающего персонала, включая диспетчеров всех уровней по установленному рейтингу.
Введение дополнительных устройств для оценки атмосферных условий расширит возможности интегральных их оценок в ЛО 16, особенно в прогнозном плане. В частности, информация о влажности воздуха и ветра, в дополнение к температуре окружающего воздуха и наличия/отсутствия осадков, позволяет упредить появление и развитие изморози и легкого обледенения объекта обогрева.
Оптоволоконная связь резко повышает качество и надежность функционирования устройства, особенно применительно к удаленным путевым участкам и путевому хозяйству с неблагоприятными климатическими и грунтовыми условиями.
ЛБ 16 (БКУ), помимо контроля температуры рельсов и контроля изоляции устройств обогрева, обеспечивает:
- прием управляющих команд и передачу состояния электрооборудования по сети контроля и управления на пульт управления обогревом;
- контроль входных напряжений;
- контроль превышения максимального значения тока трансформатора;
- контроль превышения мощности, потребляемой от трансформатора;
- управление включением электрообогрева стрелки по сигналу с панели 11б ручного управления и по команде пульта 25 или 34;
- управление включением/отключением электрообогрева с целью поддержания температуры рельсов в заданных пределах;
- управление включением освещения стрелки и питания ручного электроинструмента;
- контроль состояния датчика вскрытия шкафа ШОИТ.
Обеспечивается четыре вида контроля и управления электрообогревом: местное (с панели 11б ручного управления); дистанционное (с пульта 25 управления обогревом стрелок); автономное (из поста электрической централизации, с пульта 34 ДСП); диспетчерское (из поста диспетчерской централизации - вышестоящего уровня в иерархии контроля и управления).
Возможны другие частные варианты выполнения устройства в рамках заявленной основной совокупности существенных признаков (помимо или в развитие пп. 2-9 формулы изобретения), со свойственными им особенностями работы.
Заявляемое устройство является одной из модификаций (вариантом) системы СЭИТ-04 («система электрообогрева с изолирующими трансформаторами - 04»), поскольку обязательным ее компонентом является использование для электропитания ТЭНов однофазных изолирующих трансформаторов.
Использование изобретения позволяет, в сравнении с прототипом, повысить технико-эксплуатационные и экономические характеристики и расширить технико-эксплуатационные возможности устройства электрообогрева стрелочных переводов железнодорожных путей за счет повышения надежности, снижения энергозатрат и обеспечения возможности местного и многоуровневого дистанционного управления и контроля, освещения и подключения ручного электроинструмента.
Промышленная применимость и эффект использования убедительно подтверждены авторами путем изготовления и испытания в натурных условиях экспериментальных образцов заявляемого устройства (в различных вариантах исполнения, в соответствии с дополнительными конструктивными признаками).