УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ, ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (ЖАТС) и может быть использована в устройствах электропитания электрической централизации, в частности, в качестве источника бесперебойного электропитания с резервированием электроэнергии от топливных водородных элементов и запаса баллонов с водородом, обеспечивающего непрерывное питание ЖАТС с параметрами напряжения более высокого качества, чем в сетях общего электроснабжения.
Известен резервный источник электроснабжения, основанный на применении дизель-генераторного агрегата с автоматическим запуском, источником энергии в котором является дизельное топливо (см. Михайлин А.Б., Современные системы бесперебойного питания, ж. «Академия энергетики», №6, 2008 г.).
Недостатками этого резервного источника являются:
- электромеханический принцип действия, имеющий ограниченный ресурс работы и большие расходы на техническое обслуживание и ремонт;
- длительное время запуска (до 30 с), ведущее к нарушению действия аппаратуры ЖАТС и прерыванию движения поездов.
Известен источник резервного электропитания, использующий устройство бесперебойного питания с накоплением электроэнергии аккумуляторной батареей (см. Коган ДА., Электропитание устройств автоматики и телемеханики, М: ООО «Издательский дом «Транспортная книга», 2008 г., стр.39).
Недостатками этого устройства являются:
- большое количество и большая емкость аккумуляторов;
- ограниченный срок службы аккумуляторов и большие эксплуатационные расходы на замену их после износа.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, является устройство резервного электропитания железнодорожной автоматики, телемеханики и связи по патенту на полезную модель RU 90627 U1, опубликовано 10.01.2010 г. Устройство включает в себя модули баллонов с водородом, топливные водородные элементы, контроллер, аккумуляторные батареи, зарядное устройство батарей, инвертор, контактор подключения нагрузки и реле экстренного отключения выходных цепей переменного тока при пожарной опасности.
Недостатками указанного технического решения являются:
- отсутствие контроля исправности всех составляющих устройства и постоянной готовности устройств к использованию;
- при наличии габаритной мощности устройств сохраняется электропитание устройств ЖАТ от сетей общего назначения, подверженных отрицательному влиянию на качество электроэнергии в результате действия атмосферного электричества, электрической тяги и силовых нагрузок освещения и электрообогрева;
- наличие провала напряжения при включении резервного источника питания.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности электроснабжения объектов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи за счет поддержания параметров напряжения более высокого качества и исключение задержек в движении поездов за счет устранения провалов напряжения.
Технический результат предлагаемой полезной модели достигается тем, что в устройство бесперебойного питания объектов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, содержащее водородные топливные элементы с аккумуляторными батареями на выходе, зарядное устройство батарей, инвертор, выход которого через контакты первого контактора соединен с нагрузкой, цепи соединения аккумуляторных батарей через соответствующие автоматические выключатели с шинами постоянного тока которые через автоматические выключатели соединены с входом инвертора и выходом зарядного устройства, реле экстренного отключения выходных цепей переменного тока при пожарной опасности, цепь самоблокировки которого включает контакты датчика пожарной сигнализации и кнопки экстренного отключения, модули баллонов с водородом, каждый из которых через соответствующий трубопровод соединен с вентилем пневматического автоматического переключателя, который общим выходным трубопроводом соединен с водородными топливными элементами, содержащими контакты датчика контроля исправности, а пневматический автоматический переключатель - датчик контрольного сигнала окончания топлива в модулях баллонов с водородом, введены второй контактор подключения нагрузки к основному источнику питания с электромеханической блокировкой между ним и первым контактором, реле контроля наличия напряжения во входной цепи основного источника питания, реле контроля наличия напряжения на выходе инвертора и реле контроля снижения напряжения аккумуляторных батарей, нормально замкнутый контакт которого включен в цепь управления инвертором, параллельно ему включен нормально разомкнутый контакт реле контроля наличия напряжения во входной цепи основного источника питания, при этом электрическая блокировка между двумя контакторами образована нормально замкнутыми контактом второго контактора в цепи катушки первого контактора и контактом первого контактора в цепи катушки второго контактора, в которой установлен нормально разомкнутый контакт реле контроля напряжения на выходе инвертора, параллельно включенные нормально замкнутый контакт реле контроля снижения напряжения аккумуляторных батарей и нормально разомкнутый контакт реле наличия напряжения питания, а также последовательно включенный с ними нормально замкнутый контакт реле контроля напряжения на выходе инвертора подключены к цепи формирования сигнал исправности электрооборудования, причем мощность зарядного устройства батарей достаточна для электропитания нагрузки через инвертор при наличии основного питания.
Причем нормально замкнутые контакты реле экстренного отключения выходных цепей переменного тока при пожарной опасности включены в цепь первого контактора и в пусковую цепь инвертора, а нормально разомкнутый контакт - в цепь независимого расцепителя автоматического выключателя силового питания внутренних нагрузок устройства, а параллельно контакту самоблокировки реле включена кнопка восстановления работы устройства.
Конструктивно устройство выполнено в виде трехсекционного контейнера. Топливные водородные элементы и модули баллонов с водородом размещены в двух отсеках, закрытых по периметру хорошо естественно вентилируемыми сетчатыми стенками, причем в отсеке модулей баллонов с водородом имеются открывающиеся двери для возможности замены баллонов. Остальное оборудование размещено в закрытом утепленном отсеке, снабженном автоматически включаемыми вентиляцией и кондиционированием. Контейнер оборудован устройствами пожарной сигнализации и пожаро и взрывотушения.
Внешними цепями для данного устройства являются:
- нагрузка ЖАТС - аппаратура электропитания объекта железнодорожной автоматики, телемеханики и связи;
- цепь гарантированного питания от основных источников электропитания ЖАТС;
- внешний источник питания постоянного тока;
- цепь сигнала исправности топливных элементов;
- цепь сигнала исправности электрооборудования;
- цепь сигнала окончания топлива;
- кнопка для экстренного отключения выходных цепей переменного тока при пожарной опасности.
На фиг.1 представлена схема одного из вариантов выполнения устройства бесперебойного питания объектов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, содержащая:
- два модуля 1, 2 баллонов с водородом «Н», соединенных самостоятельными трубопроводами через вентили 1.1, 2.1 с пневматическим автоматическим переключателем 3, имеющим вентили 3.1 и 3.2, поочередно открываемые по мере расхода водорода в одном модуле баллонов с водородом, и датчик 3.3 контрольного сигнала 4 окончания топлива;
- водородные топливные элементы 5-7 с аккумуляторными батареями на выходе и с контактами 5.1-7.1 контроля исправности, соединенными последовательно и передающими во внешние устройства сигнал 8 исправности топливных элементов;
- автоматические выключатели 9-11 аккумуляторных выходов водородных топливных элементов 5-7, подключенных к шине 12 постоянного тока «+» - «-», к которой через автоматический выключатель 13 подключен вход инвертора 14 и через автоматический выключатель 15 - выход зарядного устройства 16, служащего для заряда батарей и питания инвертора 14, вход зарядного устройства 16 через автоматический выключатель 29 подключен к цепи гарантированного питания 17 от основных источников электропитания ЖАТС;
- мощность зарядного устройства 16 рассчитана не только для заряда батарей, как в прототипе, но и для питания нагрузки ЖАТС 32 через инвертор 14 в нормальном режиме при наличии напряжения в цепи основного питания 17;
- реле 18 контроля снижения напряжения аккумуляторных батарей до номинального значения, подключенное к шине 12 постоянного тока, нормально замкнутый контакт 18.1 этого реле включен в цепь 26 управления инвертором 14;
- выход инвертора 14 через автоматический выключатель 28 и замкнутые главные контакты 22.1 первого контактора 22 подключен по цепи 32 к нагрузке ЖАТС, к этой же цепи через разомкнутые главные контакты 23.1 второго контактора 23, имеющего электромеханическую блокировку с первым контактором 22 и подключенного через разомкнутый контакт 22.3 контактора 22 к цепи гарантированного питания 17 от основных источников электропитания ЖАТС;
- в цепь катушки второго контактора 23, кроме того, включен нормально разомкнутый контакт 31.1 реле 31 контроля наличия напряжения на выходе инвертора 14 для обеспечения преобладания включения на нагрузку ЖАТС выхода инвертора 14;
- к цепи 17 подключено реле 19 контроля наличия напряжения основных источников электропитания ЖАТС, нормально разомкнутый контакт 19.2 которого подключен параллельно нормально замкнутому контакту 18.1 в цепи 26 управления инвертором 14 и, кроме того, нормально разомкнутый контакт 19.1 которого параллельно с нормально замкнутым контактом 18.2 реле 18 и последовательно с ними нормально замкнутый контакт 31.2 реле 31 подключены к цепи 30 формирования сигнала исправности электрооборудования;
- контакты реле 20 экстренного отключения выходных цепей переменного тока при пожарной опасности, которое находится на самоблокировке через собственный контакт 20.1 и нормально замкнутые контакты 21.1 датчика пожарной сигнализации (датчик на фиг.1 не показан) и 21.2 кнопки экстренного отключения, включены в следующих цепях: 20.2 - катушки первого контактора 22, 20.3 - катушки второго контактора 23, 20.4 - катушки независимого расцепителя 24.1 автоматического выключателя 24 нагрузки собственных нужд 25, 20.5 - цепи управления 26 инвертором 14;
- кнопку 27 восстановления работы устройства после устранения результатов пожара.
Устройство работает следующим образом:
Для включения устройства в работу после подключения внешних источников питания «=» и 17 нажимают кнопку 27 восстановления работы устройства, в результате чего срабатывает и самоблокируется реле 20 экстренного отключения выходных цепей переменного тока при пожарной опасности, и включают все автоматические выключатели: 9-11, 13, 15, 24, 28 и 29. В результате замыкания автоматического выключателя 29 от цепи гарантированного питания 17 подается питание на зарядное устройство 16. С выхода зарядного устройства 16 через автоматические выключатели 15 и 9-11 осуществляется подзаряд аккумуляторных батарей топливных элементов 5-7 и через автоматический выключатель 13 - питание инвертора 14. В связи с тем, что выходной ток зарядного устройства 16 рассчитан на максимальное потребление инвертора 14 водородные топливные элементы 5-7 нормально не расходуют водород.
Включение инвертора 14 осуществляется замыканием цепи 26 в нормальном режиме контактом 18.1 реле 18 или в режиме резервирования питания контактом 19.2 реле 19, контролирующим отсутствие напряжения в цепи 17, при этом инвертор 14 работает от водородных топливных элементов 5-7, расходующих водород модулей баллонов 1, 2.
В аварийном режиме при фиксировании реле 18 контроля снижения напряжения на аккумуляторных батареях ниже номинального значения, но выше включения водородных топливных элементов, контактом 18.1 размыкается управляющая цепь 26 и инвертор 14 выключается. Реле 31 и первый контактор 22 отпадают, контактами 22.3 и 31.1 включается второй контактор 23 и в цепь 32 нагрузки ЖАТС подается напряжение из цепи 17 гарантированного питания - аварийный режим питания. При этом контактом 18.2 в цепи 30 выключается сигнал исправности электрооборудования.
Восстановление нормального режима работы устройства бесперебойного питания происходит автоматически после устранения неисправности (включения автоматических выключателей 28, 29 или замены поврежденного зарядного устройства 16).