Системы передачи и распределения электрической энергии в вагонах ЖД-Поезда.

Составные части системы и предъявляемые к ней требования. От принятого способа передачи и распределения электроэнергии зависит надежность и бесперебойность электроснабжения потребителей, а так¬же электрическая и противопожарная безопасность вагона. Система передачи и распределения энергии включает следующие элементы: сеть, состоящую из электрических проводов; коммутационную аппа¬ратуру для включения и отключения потребителей и источников элек¬троэнергии; аппаратуру, осуществляющую защиту источников, сети и потребителей от перегрузки и аварийных режимов; монтажное ii установочное оборудование; распределительные шкафы и пульты управления, разветвительные коробки, междувагонные соединения и прочее вспомогательное оборудование.

Все эти элементы выполняются так, чтобы были обеспечены: надеж¬ная и бесперебойная передача электроэнергии от источников к потре¬бителям с допустимым падением напряжения в сети; механическая прочность при нормальных условиях эксплуатации проводов, аппаратуры и вспомогательных устройств; удобство и безопасность обслу¬живания; возможность быстрого демонтажа сети при ремонте вагона без повреждения ее элементов; наименьшая масса и стоимость всех элементов электрической сети; низкий уровень радиопомех.

Системы передачи электрической энергии. На пассажирских вагонах применяют двухпроводную систему передачи электрический энергии а) Электрическая энергия от генератора G и аккумуляторной батареи АБ подается к центральному распределительному устройству РУ и далее к потребителям (лампы Л и электродвигатели М). Для повышения надежности работы системы защита генератора и аккумуляторной батареи осуществляется как в плюсовой, так и в ми¬нусовой цепях.

Междувагонная магистраль ПМ выполняется однопроводной, по¬этому при подаче электрической энергии от распределительного уст¬ройства по междувагонной магистрали к соседнему вагону минусовая цепь вагонной сети соединяется с корпусом вагона. Следует отметить, что передача электроэнергии по электромагистрали в другие вагоны, кроме соседних, не допускается. В этом случае ток проходит частич¬но по рельсам и при значительном расстоянии от источника до потре¬бителей в других вагонах и повышенных токах утечки через изоляцию электромагистрали могут создаваться условия, вызывающие наруше¬ние работы устройств железнодорожной автоблокировки. Достоинст¬вом двухпроводной системы является то, что она не выходит из строя при замыкании одного из проводов на корпус вагона. Кроме того, при¬менение ее снижает уровень радиопомех и электромагнитных полей вокруг проводников с током, так как прямой и обратный провода обычно проходят на небольшом расстоянии друг от друга, и электро¬магнитные поля, создаваемые токами этих проводов, частично компен¬сируются.

В вагонах с высоковольтным отоплением передача электроэнергии от локомотива осуществляется по однопроводной магистрали ПМ при 3000 В б); обратным проводом служат корпус вагона и рель¬сы. Разводка проводов по электронагревательным устройствам ЭП выполнена по двухпроводной системе. Разъединитель Р в отключен¬ном положении соединяет все высоковольтные цепи (за исключением магистрали) вагона с корпусом, в результате чего обеспечивается электробезопасность для обслуживания персонала. Однако при такой системе необходимо принимать специальные меры для осуществления надежного электрического контакта между отдельными частями корпу¬са вагона и предотвращения прохождения тока через роликовые бук¬сы (применять шунты, скользящие контакты и пр.).

Распределение электроэнергии. Электроэнергия, выработанная генератором, поступает сначала к распределительному устройству, а затем от него к отдельным потребителям. Такая система называется централизованной. На распределительном устройстве сосредоточена коммутационная и защитная аппаратура для управления потребите¬лями и источниками электрической энергии и защиты их от перегру¬зок и аварийных режимов.
На пассажирских вагонах распределительное устройство называ¬ют распределительным шкафом или пультом управления. Для удобст¬ва обслуживания его устанавливают в служебном купе.

К достоинствам централизованной системы следует отнести воз¬можность сосредоточить защиту всего электрооборудования вагона и контроль за ним в одном месте, а также удобство проверки электри¬ческой сети и отыскания неисправностей. Недостатками централизо¬ванной системы являются: громоздкость центрального распределитель¬ного устройства и большая масса электрической сети, особенно при большом числе потребителей. Поэтому на вагонах-электростанциях поездов с централизованным электроснабжением и рефрижераторном подвижном составе, где имеется несколько синхронных генераторов, электрическая энергия распределяется децентрализованном или по смешанной системе. При децентрализованном распределении каждый источник подключается к отдельной секции распределительного щита от которой питается определенная группа потребителем. При необходимости отдельные секции распределительного щита могут соединяться с помощью переключателя . При смешанной системе кроме главного распределительного щита, ваго¬на-электростанции , на котором смонтирована аппаратура управлении и защиты генераторов, имеются также вспомогательные щиты. Они служат для распределения электроэнергии, получаемой от главного щита между группами потребителей (холодильные машины, отоп¬ление), имеющими несколько отдельных электродвигателей или элект¬рических печей.
Электрическая сеть вагона в зависимости от расположения ее в системе электроснабжения подразделяется на питающую и распредели¬тельную. Питающая сеть выполняет функции передачи и распределе¬ния энергии от источников к распределительному устройству. Распре¬делительная сеть служит для передачи и распределения энергии от этого устройства к потребителям.

Элементы электрической сети
Электрические провода. В пассажирских вагонах применяются специальные провода, имеющие повышенные электрические, терми¬ческие и механические качества и устойчивые к разрушающему дей¬ствию влаги и нефтепродуктов. Для повышения пожарной безопас¬ности в вагонах используют одножильные медные провода марок ППСРМ и ППСРВМ с резиновой изоляцией и поли -винилхлоридной или резиновой термо- и морозостойкой оболочкой, номинальное на¬пряжение которых составляет 660, 1000 и 4000 В.
Монтаж проводов. Провода марок ППСРМ, ППСРВМ проклады¬вают преимущественно в металлических трубах и металлических ко¬робах, защищенных огнестойким материалом. В труднодоступных местах и на участках с малым радиусом изгиба допускается примене¬ние гибких металлорукавов. На концах металлических труб устанав¬ливают уплотнительные гайки, резиновые и капроновые втулки, пред-отвращающие проникновение влаги внутрь труб и касание проводов об их острые кромки. Места установки труб, гибких металлических рукавов, коробок с зажимами, врезных штепсальных розеток, выклю¬чателей и другой аппаратуры изолируют от сгораемых конструкций вагона асбестовой тканью толщиной 2—5 мм, а сами трубы, гибкие рукава, соединительные коробки, розетки, выключатели уплотняют от попадания в них пыли, влаги и снега. При монтаже на распредели¬тельных щитах провода объединяют в пучки и укрепляют с помощью клиц и реек с зажимами. На участки проводов, соприкасающиеся с контактными болтами, шпильками и заземленными металлическими Частями, надевают лакотканевые или полихлорвиниловые трубки.

Соединительные коробки, выключатели, розетки и большинство осветительной арматуры устанавливают в закрытых металлических коробках изолированных от воспламеняемых элементов кузова асбестовыми прокладками. Коробки покрывают изолирую¬щими эмалями для предотвращения замыкания на корпус при воз¬никновении неисправности в соединениях. Ниши всех распределитель¬ных щитов, места установки пускорегулирующей аппаратуры полностью изолируют от деревянных конструкций и покрывают металлическими листами. Соединять проводя можно только на рейках с ЗАжимами, выводах аппаратов, приборов, электрических машин, щи¬тов, панелей или в соединительных коробках поэтому неисправный провод заменяют полностью до ближайшей соединитель¬ной коробки. Провода присоединяют с помощью предварительно облуженных кабельных наконечников. Крепят наконечники гайками с пружинными шайбами, а контакты, подвергающиеся тепловому воз¬действию — гайками с постановкой контргаек. Не допускается нара¬щивать провода, производить от них отпайки, присоединять их к за¬жимам без наконечников, прокладывать в одной трубе, коробке или пучке высоковольтные и низковольтные провода. Все провода, под¬ходящие и отходящие от любого узла или аппарата, а также внутри узлов и аппаратов, должны иметь четкую маркировку в соответствии с электрической схемой данного вагона.
Выбор сечения проводов. Поперечное сечение проводов определя¬ют на основании нагрева изоляции, выбранное сечение проверяют по условиям защиты от токов короткого замыкания и перегрузки, по допустимой потере напряжения в рабочем режиме и по условиям ме¬ханической прочности. Определить температуру нагрева изоляции проводов расчетным путем трудно, так как невозможно учесть усло¬вия охлаждения отдельных частей провода, проходящего в различных местах вагона. Поэтому практически выбирают сечение проводов по таблицам допустимых длительных токов нагрузок, составленным на основе теоретических расчетов и результатов экспериментальных исследований.
При выборе допустимой нагрузки на провода исходят из условий их длительной работы в течение установленного срока службы в са¬мых неблагоприятных условиях охлаждения. Каждой марке провода соответствуют нормы токовых нагрузок, указанные в справочной ли-тературе. Для проводов меньшего диаметра допускается большая плотность тока, чем для проводов большего диаметра. Объясняется это тем, что с увеличением сечения провода поверхность его охлаж¬дения увеличивается пропорционально диаметру в первой степени, в то время как сечение возрастает пропорционально квадрату диамет¬ра. Поэтому в проводах большего диаметра на единицу поперечного сечения приходится меньшая охлаждаемая поверхность.

При проверке выбранного сечения по условиям защиты от токов короткого замыкания и перегрузки необходимо руководствоваться следующими данными: номинальный ток плавкой вставки предохра¬нителя, номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя и ток уставки (ток срабатывания) автоматического выключателя, име¬ющего только электромагнитный расцепитель мгновенного действия.
Поездные электромагистрали
В соответствии с принятой системой электроснабжения вдоль про¬езда могут быть проложены следующие виды электромагистралей низковольтная постоянного тока с номинальным напряже¬нием 50 или ПО В, трехфазная напряжением 220/280 В, высоковольт¬ная напряжением 3000 В, радиотрансляционная напряжением 30 В, магистраль электропневматического тормоза и телефонная линия.
Высоковольтную и низковольтную магистрали выполняют однопроводными (обратным проводом является корпус вагона и рельсы), их прокладывают под кузовом вагона. Магистраль электропневмати-ческого тормоза является двухпроводной и также проложена под ку¬зовом вагона: по одному проводу подается питание к электровоздухо-распределителям, другой провод (контрольный) служит для проверки целостности цепи электропневматического тормоза, обратным прово¬дом является корпус вагона. Радиотрансляционная магистраль двух¬проводная, она проложена внутри вагона.
Низковольтную магистраль используют на вагонах с автономной системой электроснабжения для резервирования питания вагонных потребителей от источников электрической энергии соседних ваго¬нов. Магистраль выполняют из провода сечением 25—35 мм и про¬кладывают под кузовом вагона в стальных трубах. С торцовых сторон на раме вагона устанавливают концевые коробки (рис 2), с помо¬щью которых провода электромагистрали соединяется проводом междувагонного соединения, которое выполняют из гибкого много¬жильного провода, заключенного в брезентовый чехол. На конце про¬вода устанавливают головку , представляющую собой комбиниро¬ванный разъем с вилкой и гнездом . Междувагонные соединения подвешивают на цепочках , чтобы во время движения они не касались рельсов и не разбивались. Нормальное положение' подвагонной ма¬гистрали отключенное. В этом положении головки междувагонных сое¬динений находятся в специальных холостых концевых приемниках , а электрические потребители в вагоне питаются от своих источников электроэнергии. Наличие напряжения на подвагонной магистрали контролируется сигнальной лампой.
Трехфазную электромагистраль прокладывают на поездах е цент-рализованным электроснабжением для питания пассажирских ваго¬нов от вагона-электростанции. Магистраль выполнена в виде двух трехфазных проводов с изоляцией, рассчитанной на 1000 или 3000 В, заключенных в сварном металлическом коробе. Общее поперечное се¬чение каждой фазы 2 X 185 мм2,
Для присоединения междувагонных соединений на концевой балке вагона-электростанции и на пассажирских вагонах установлены ро¬зетки и холостой приемник. Розетка соединяется с ма¬гистралью через разветвительную коробку . Кроме того, на торцо¬вой части каждого вагона имеется по одной штепсельной вилке , сое¬диненной с подвагонной магистралью. Вилка укреплена на гибком шланге , что позволяет присоединять ее к розетке соседнего вагона или при разъединенной магистрали устанавливать в холостом прием¬нике . Таким образом имеет место двойное соединение электромагист¬рали с каждой стороны вагона, что позволяет уменьшить сечения про¬водов междувагонного соединения (т. е. облегчает его обслуживание) и повышает надежность электроснабжения вагонов.

Гнезда в розетке и контакты в штепсельной вилке расположе¬ны так, что при включенном междувагонном соединении обеспечива¬ется присоединение фаз трехфазной сети соседних вагонов, нулевого провода , соединенного с корпусами вагонов, низковольтной магистрали 50 В и цепей безопасности . Последние предназначены для отключения автоматического выключателя вагона-электростанции, когда хотя бы одно штепсельное соединение в пас¬сажирских вагонах разъединяется или открывается крышка розетки. Это необходимо по условиям техники безопасности.
Если в каком-либо штепсельном соединении произойдет разрыв цепи безопасности, срабатывает промежуточное реле и его контакты подают питание на отключающую катушку автоматического выключа¬теля вагона-электростанции. В результате трехфазная электромагист¬раль отключается от шин распределительного устройства вагона-элект¬ростанции.

Высоковольтная электромагистраль предназначена для питания устройств высоковольтного электрического отопления вагонов общей мощностью 800 кВт от локомотива. Магистраль выполнена высоковольт-ным проводом с изоляцией, рассчитанной на напряжение 4000 В, се¬чением 95 мм2 и проложена в алюминиевой трубе с целью уменьшения вихревых токов, образующихся при прохождении по электромаги¬страли переменного тока.

В торцовых частях кузова вагона имеются междувагонные соеди¬нения, состоящие из розетки, штепселя кабелем и холостого прием¬ника; эти элементы расположены так же, как и в трехфазной электромагистрали. Розетка смонтирована в корпусе , внутри которого установлена изоляционная втулка с пружинным контактом , латунный зажим для крепления кабельного наконечни¬ка и блокирующее устройство (замок), закрытое крышкой. Через патрубки в розетку вставляется кабель подвагонной магистрали и отводной кабель к высоковольтному подвагонному ящику. При отсут¬ствии штепселя розетка закрыта крышкой и пружиной , плотно прижимающей крышку к корпусу . Крышка защищает розетку от проникновения внутрь нее влаги и грязи. В корпусе розетки предус¬мотрено гнездо, куда вставляется блокировочный ключ, позволяю¬щий открыть крышку и вынуть или вставить штепсель с кабелем. Для доступа к контакту следует снять крышку . Луженая поверхность корпуса предназначена для заземления розетки.
Штепсель междувагонного соединения имеет изоляционную втул¬ку , в которой размещается штепсельный штыревой контакт с при¬паянным к нему кабелем ; оплетка кабеля заземлена с помощью коль¬ца , соединенного проводами с кузовом вагона. К изоляционной втулке прикреплена рукоятка с двумя цапфами для подвешивания штепселя в холостом приемнике. В целях электробезопасности руко¬ятка соединена с заземленной оплеткой кабеля. Кабель штепселя кре¬пится с помощью кронштейна.

Штепсель хвостового вагона, не включаемый в розетку, вставля¬ется в холостой приемник в корпусе которого, закры¬того сверху пластмассовой крышкой , встроен стальной гнездовой контакт фиксирующий штепсель. В нижней части приемника ус¬тановлена крышка , блокировочное устройство 8 и пружина , ко¬торые конструктивно выполнены аналогично соответствующим дета¬лям розетки. Междувагонные соединения, устанавливаемые на ваго¬нах постройки ГДР и ПНР, имеют некоторые конструктивные отли¬чия от рассмотренного выше, но могут быть использованы для соеди¬нения с вагонами различной постройки.

Для обеспечения электробезопасности штепсельные розетки снаб¬жены замками, которые не позволяют разъединить междувагонное соединение без специального ключа; этот ключ во время рейса нахо¬дится у машиниста локомотива и выдается начальнику поезда только после опускания токоприемника.