Электрооборудование пассажирских вагонов: конспект

Назначение электрооборудования

Электрическое оборудование, применяемое в пассажирских ваго- нах, используется для освещения вагонов (купе, коридоров, туалетов и пр.); вентиляции помещений вагона (применяемые вентиляционные устройства обеспечивают подачу в вагон 20—25 м3/ч наружного воздуха на каждого пассажира); отопления вагона и подогрева подаваемого в него воздуха зимой (электронагревательные приборы позволяют поддерживать в вагоне наиболее благоприятную для человека температуру 20±2°С при температуре наружного воздуха до —40 °С); охлаждения подаваемого в вагон воздуха в летнее время года (применяемые для этого установки позволяют поддерживать внутри вагона температуру 24±2°С при температуре наружного воздуха до 40 °С и относительную влажность 30—60%); охлаждения продуктов питания и питьевой воды (холодильные шкафы и водоохладители); приготовления пищи в вагонах-ресторанах и буфетах; радиовещания и работы устройств связи; создания комфорта пассажирам и облегчения труда поездной бригады (электробритвы, пылесосы; электрокипятильники, насосы системы отопления и водоснабжения и др.); обеспечения безопасности движения поезда (хвостовые сигнальные фонари, сигнализаторы нагрева роликовых букс и др.), По назначению в

Электрическое оборудование пассажирского вагона работает в тяжелых условиях. В процессе эксплуатации на него действуют значительные динамические усилия, возникающие в результате вибраций и толчков, особенно при больших скоростях движения и при маневровых работах. Динамические силы, действующие на электрооборудование, могут привести к различным повреждениям:

обрыву проводов и обмоток, особенно в местах их пайки; появлению трещин и порче электроизоляционных материалов; ускоренному износу осей и подшипников в электромеханизмах и приборах; нарушению нормальной работы упругих и подвижных элементов (пружин, якорей электромагнитов и т.п.) электрической аппаратуры.

Условия работы электрооборудования

Большое количество различного электрооборудования установлено вне кузова вагона и подвержено атмосферным воздействиям. В зимнее время при низких температурах снижается механическая прочность отдельных деталей электрических машин, аппаратов и приборов.

Вследствие увеличения вязкости смазки создаются большие моменты сопротивления, затрудняющие работу электрических машин и ухудшающие коэффициент полезного действия (к.п.д). При низких температурах большинство изоляционных материалов становятся хруп- кими, в них появляются трещины, емкость аккумуляторных батарей уменьшается. Летом при повышенных температурах (особенно в южных районах) ухудшаются условия охлаждения электрического оборудования, увеличивается коррозия металлических деталей.

Значительно усложняет работу электрооборудования действие влаги и грязи. Повышенная влажность воздуха вызывает коррозию металлических частей электрооборудования и ухудшает его изоляцию. Обо- рудование, установленное снаружи и под вагоном, при движении обдувается встречным потоком воздуха, содержащим частицы пыли, обладающие абразивным действием. Они разрушают изоляцию электрических машин, аппаратов и приборов, ухудшают работу подшипников и создают токопроводящие контуры, которые могут вызвать нарушение нормальной работы электрических цепей и приводят к короткому замыканию. Внутривагонное оборудование также может находиться в неблагоприятных условиях особенно во время отстоя вагонов.

Искрение, возникающее при работе некоторых регуляторов напряжения и коллекторов электрических

машин, а также изменение тока при включении и выключении электрических цепей приводят к воз- никновению электромагнитных колебаний высокой частоты; они вызывают большие помехи в работе радиоаппаратуры, для устранения которых применяют защитные устройства.

Электрооборудование вагонов и особенно источники электрической энергии в пути следования поезда работают длительно или почти непрерывно. За небольшое время стоянок трудно осуществить полный профилактический осмотр и регулировку электрооборудования.

На работу потребителей влияет качество используемой электрической энергии, т.е. стабильность питающего напряжения, а при переменном токе также постоянство частоты. Некоторые виды электрооборудования питаются электрической энергией стабилизированного напряжения (отклонение не более +3% от номинального значения). Другие же приходится подключать параллельно аккумуляторной батарее, напряжение которой в процессе заряда и разряда изменяется в довольно широких пределах.

Требования к электрооборудованию

Габаритные размеры и масса. Установленное в вагоне электрооборудование должно иметь наименьшие массу и габаритные размеры, так как эти параметры влияют на экономические показатели работы подвижного состава. Особенно жесткие требования предъявляются к размерам электрооборудования, устанавливаемого снаружи и под вагоном, так как оно обязательно должно вписываться в габариты по- движного состава.

Безотказность работы. Электрооборудование пассажирских ваго- нов должно безотказно работать в период между периодическими ремонтами. Согласно установленным стандартам оно должно надежно работать при изменениях температуры окружающей среды от 40 до —50°С и относительной влажности до 90% . Кроме того, электрооборудование должно обладать высокой механической прочностью и не выходить из строя при динамических перегрузках, создаваемых вертикальными ускорениями до 10 м/с2 и горизонтальными до 30 м/с2, воз- никающими вследствие действия вибрации и инерционных сил при резких торможениях и при прохождении поездом кривых; не должны также самопроизвольно срабатывать аппараты, включаться и выключаться контакты, выливаться электролит из

аккумуляторных батарей и пр.

В системе электроснабжения вагонов должна быть предусмотрена аппаратура для защиты источников электроэнергии, потребителей и электрической сети от перегрузок и коротких замыканий, недопустимого повышения и понижения напряжения. Защита от коротких замыканий должна быть быстродействующей, а от перегрузок — с выдержкой времени, зависящей от величины перегрузки. Защита от недопустимого повышения напряжения предотвращает возникновение неисправностей электрооборудования от действия значительных перенапряжений, которые могут возникать при отказах регулирующей аппаратуры генератора и обрыве цепи аккумуляторной батареи. Защита от недопустимого понижения напряжения предотвращает глубокие разряды аккумуляторной батареи, ее повреждение, а также неустойчивую работу коммутирующей аппаратуры при напряжениях, существенно меньших номинальных. Кроме того, должны иметься блокирующие устройства, предотвращающие выход из строя основных элементов электрооборудования при неправильных действиях обслуживающего персонала, и аппараты, обеспечивающие возможность питания части основных потребителей (освещение, вентиляция) от резервного источника электрической энергии (аккумуляторная батарея) или от соседних ва

Для повышения надежности осуществляется постепенная замена электромеханических контактных аппаратов полупроводниковыми бесконтактными регуляторами, электронными реле и др.

Отсутствие радиопомех. Пульсация напряжения на коллекторе электрических машин, включение и выключение электрических контактов, работа выпрямительных установок, а также любые изменения тока в электрических цепях вызывают появление токов высокой частоты и излучение электромагнитных волн, которые мешают работе радиоаппаратуры, установленной в поезде и находящейся в местностях, прилегающих к железной дороге. Во избежание этого электрические машины и аппараты должны быть снабжены устройствами, понижающими амплитуду возникающих токов высокой частоты (конденсаторы и др.), а радиоаппаратура и отдельные участки электрической сети защищены от радиопомех при помощи экранов, фильтров и других помехоподавляющих устройств.

Пожарная и электрическая безопасность. Конструкция электро- оборудования и его монтаж должны соответствовать действующим в РК правилам и нормам техники безопасности и пожарной безопас- ности. Электрооборудование должно быть рассчитано так, чтобы при его работе не возникало опасных в пожарном отношении перегревов токоведущих частей. Для изготовления его не должны применяться легковоспламеняющиеся материалы. Электрические аппараты, при отключении которых возникает электрическая дуга, должны быть установлены на достаточно большом расстоянии от

окружающих металлических деталей и конструкций, чтобы была исключена возможность переброса на них дуги, а контакты их должны быть закрыты дугогасительными камерами из огнестойкого материала. Таким же материалом должны быть закрыты ниши, в которых устанавливается электрооборудование. Шкафы для распределительных щитов монтируют в вагоне таким образом, чтобы предотвратить возможность распространения огня при коротких замыканиях внутри шкафа.

Схему электроснабжения вагона выполняют двухпроводной с установкой защитных аппаратов в плюсовой и минусовой цепях каждого источника электрической энергии, потребителя или группы потребителей.

Недопустимы утечки тока через изоляцию токоведущих частей электрического оборудования, так как это может привести к пожару или воздействию электрического тока на пассажиров. Сопротивление изоляции в вагонных электрических сетях должно быть не менее 1000 Ом на каждый вольт рабочего напряжения. Для низковольтных сетей (напряжение 50—220 В) оно составляет 50—220 кОм, для высоковольтной сети (напряжение 3000 В) — 3 МОм. В каждую систему электроснабжения включают сигнализацию замыкания (недопустимой утечки) электросети на корпус вагона.

Изоляция электрического оборудования (электрические машины, аппараты, приборы) при выпуске с заводов-изготовителей и из ремонта должна подвергаться испытанию на электрическую прочность путем

подачи между токоведущими частями и корпусом определенного испытательного напряжения. Так, например, электрические машины и аппараты, работающие от низковольтной электрической сети, должны выдерживать испытательное напряжение 1000В + 2Uном, где Uном = 50 или 110В; высоковольтное оборудование — напряжение 13 кВ (для вновь строящихся вагонов) и 11 кВ (для вагонов после ремонта). Для ограничения перенапряжений при коммутационных и аварийных режимах во всех системах электроснабжения предусматривают защиту, срабатывающую в зависимости от нарастания напряжения.

Для обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала и пассажиров все токоведущие части электрических машин и аппаратов должны быть надежно закрыты крышками или панелями. Электрооборудование, смонтированное снаружи и под вагоном, должно быть защищено от проникновения пыли и влаги (генератор, розетки междувагонных соединений) или устанавливаться в закрытые ящики (аккумуляторная батарея). Электрические провода должны иметь прочную морозостойкую изоляцию, устойчивую против горения и воздействия нефтепродуктов (дизельное топливо, смазочные масла, бензин). Монтаж проводов должен быть таким, чтобы при движении поезда изоляция их не перетиралась и не нарушалась вследствие