Полуавтоматическая блокировка (ПАБ) используется на однопутных и двухпутных малодеятельных железнодорожных участках для интервального регулирования движения поездов. Она называется полуавтоматической так как изменение показаний сигналов частично происходит автоматически под воздействием колесных пар подвижного состава и частично осуществляется ДСП.
При полуавтоблокировке межстанционный перегон будет являться блок-участком, который со стороны станции ограждается выходным светофором. На перегоне может находиться только один поезд. Если перегон достаточно длинный, то для увеличения пропускной способности на нем размещают путевой пост, который делит перегон на два блок-участка.
Рис. 1 Схема полуавтоблокировки
Л, ОЛ - соответственно линейные и обратнолинейные провода (линия связи);
ДСО - датчик счета осей.
Современные устройства ПАБ включают в себя схему с замыкание перегона и сменой направления движения, а также схему счета осей (ССО).
Автоматическая блокировка постоянного тока
При автоблокировке перегон между соседними станциями делится на блок-участки протяженностью 1 - 3 км, на границах которых устанавливаются проходные светофоры. Изменения показаний проходных светофоров происходит при вступлении на перегон поезда (под воздействием колесной пары).
Основой автоблокировки постоянного тока (рис.2) являются импульсные цепи постоянного тока. Увязка показаний между проходными светофорами осуществляется по двухпроводной линии связи.
Рис. 2 Схема автоблокировки постоянного тока
РШ - релейные шкафы.
АБ не должна допускать:
Открытие светофора, ограждающего блок-участок при его занятости;
На однопутных перегонах должна исключаться возможность приготовления лобовых маршрутов на перегон;
Должны обеспечивать перенос красного огня (на станциях реализована функция понижения огня).
На железнодорожных линиях, где преобладает движение грузовых поездов, используется автоблокировка с трехзначной сигнализацией (рис.3), на линиях с пригородным движением - АБ с четырехзначной сигнализацией (рис. 4).
На перегонах, оборудованных трехзначной АБ, зеленый сигнал проходного светофора указывает машинисту, что впереди свободны как минимум 2-а блок-участка. Желтый сигнал проходного светофора говорит о том, что следующий светофор закрыт (сигнал красный).
Рис. 3 Схема АБ с трехзначной сигнализацией
На перегонах, оборудованных четырехзначной АБ, зеленый сигнал проходного светофора говорит о том, что впереди свободны три и более блок-участков. Если одновременно горят: один желтый и один зеленый, то это означает, что впереди свободно два блок-участка. Ну и соответственно, один желтый - говорит о том, что свободен один блок-участок и следующий проходной светофор закрыт (красный).
Рис. 4 Схема АБ с четырехзначной сигнализацией
Числовая кодовая автоблокировка
Основой системы числовой кодовой АБ (рис. 5) являются кодовые рельсовые цепи переменного тока. Увязка показаний между сигнальными точками осуществляется по рельсовой линии при помощи кодовых комбинаций.
Рис. 5 Схема числовой кодовой автоблокировки
КПТШ - кодово-путевой трансмиттер штепсельный.
При отсутствии поезда на блок-участке кодовые комбинации принимает путевой приемник. При вступлении поезда на участок они (кодовые комбинации) принимаются устройствами АЛС (автоматическая локомотивная сигнализация).
Для защиты от появления более разрешающего показания на проходном светофоре при коротком замыкании изостыков (изолирующих стыков) применяется схемно-временная защита.
При двухсторонней числовой кодовой АБ будет работать только проходные светофоры установленного направления, светофоры встречного направления будут погашены, кроме одного (в данном случае 6-го).
Все устройства автоблокировки должны обеспечивать функции двойного снижения напряжения.
Аппаратура АБ с тональными рельсовыми цепями (АБТ) располагается в релейных шкафах возле проходных светофоров. Данный вид АБ (рис. 6) применяется при любом виде тяги. Увязка показаний между проходными светофорами осуществляется по линии связи (Л, ОЛ). При этой АБ изостыки устанавливаются только на границе станции с перегоном, который делится на блок-участки рельсовой цепью по частоте.
Рис. 6 Автоблокировка с тональными рельсовыми цепями
Тональная рельсовая цепь (ТРЦ4) - длиной от 100 до 300 метров - выполняет функции электронного изолирующего стыка (ставятся только возле проходных светофоров). У ТРЦ3 - максимальная длина - 1 км. В данной АБ границами блок-участков являются светофоры. В АБТ предусмотрена функция предварительного включения кодирования.
Достоинства: отсутствие изостыков.
Недостаток: большой расход кабеля.
Рис. 7 Схема АБТ-Ц
СБЗПу - сигнально-блокировочный с гидрофобным заполнителем, полиэтиленовая изоляция усиленная.
При АБТ-Ц вся релейная аппаратура устанавливается на постах ЭЦ станций, ограждающих перегон. Если длина перегона не превышает 8 км, то аппаратура может располагаться на одной из этих станций; если не превышает 16 км - аппаратура делится между станциями пополам; если длина перегона больше 16 км, то посреди перегона устанавливается транспортируемый модуль и вся аппаратура делится на три части.
Основной недостаток АБТ-Ц: кабельная линия.
Микропроцессорная автоблокировка, унифицированная на единой элементной базе
Эта АБ с децентрализованным размещением аппаратуры (возле проходных светофоров).
Основным элементом микропроцессорной АБ является микропроцессорный приемопередатчик (МПП), который используется в трех вариантах:
1)МПП-01Ф - устанавливается в релейном шкафу проходных светофоров;
2)МПП-02Ф - предназначен для работы в релейных шкафах входных светофоров;
3)МПП-03Ф - устанавливается на постах ЭЦ.
Данная автоблокировка может работать при любом виде тяги поездов с 3-х или 4-хзначной системой сигнализации и в режиме кодовых или тональных рельсовых цепей.
МПП-01Ф выполняет следующие функции:
1)контроль состояния рельсовых линий и передачи информации по рельсовой линии между сигнальными точками;
2)формирование сигналов АЛСН и АЛС-ЕН (с повышенной значностью показаний на локомотивном светофоре);
3)управление лампами светофоров четного и нечетного направления;
4)формирование и передача диагностической информации от перегонной аппаратуры к станционному устройству.
МПП-02Ф выполняет все вышеперечисленные функции кроме управления огнями светофоров, а только контролирует их целостность.
МПП-03Ф осуществляет увязку АБ с системой ЭЦ и АРМ-шн (на электромеханике).
Рис. 8 Структурная схема АБ-УЕ в режиме тональных рельсовых цепей
УЗС РЛ - устройство защиты и согласования рельсовой линии;
УЗС ПРМ - устройство защиты и согласования приемника;
Л, ОЛ - двухпроводная линия связи;
КРЛ - контроль рельсовой линии;
F 1 - частота;
СГ1 - синхрогруппа (определяет принадлежность данному б/у);
К6 - кодовая комбинация, несущая информацию о показаниях впередистоящего светофора;
с.т. - сигнальная точка.
Все приемопередатчики выполнены по схеме два по два. В каждом приемопередатчике есть два независимых канала, в каждом канале есть два подканала (рис. 9).
Рис. 9 Схема два по два
СК - схема контроля;
ПК - подканалы;
ИМ - интерфейсный модуль.
Автоматической блокировкой (автоблокировкой) называют систему регулирования движения поездов на перегонах. При автоблокировке перегон делят на блок-участки (БУ), каждый из которых ограждается автоматически действующим проходным светофором.
Показание каждого светофора зависит от числа свободных впередилежащих БУ, то есть блок-участков за этим светофором. Если ограждаемый БУ занят, включается красный огонь светофора, при свободности одного блок-участка – желтый, при свободности двух или более – зеленый.
Состояние БУ контролируется при помощи рельсовых цепей. Для обеспечения автоматического действия светофоров между сигнальными точками, на которых установлены проходные светофоры, организуется передача информации. Информация передается в направлении, встречном движению поезду, то есть от каждого светофора к предыдущему. Способ передачи (по линейным цепям или по рельсам) зависит от типа автоблокировки.
Светофоры АБ расставляются на перегоне исходя из заданной величины межпоездого интервала и скорости движения расчетного поезда в каждой точке пути таким образом, чтобы между поездами в процессе движения всегда сохранялся заданный временной интервал. При трехзначной АБ минимальная величина межпоездного интервала составляет 6 минут.
Светофоры устанавливают справа по направлению движения поездов. Нумеруются проходные светофоры в пределах каждого перегона четными или нечетными числами в зависимости от направления. Нумерация убывает от станции отправления к станции приема таким образом, что предвходной светофор имеет литер 1 или 2. Это позволяет машинисту заблаговременно узнать о приближении к станции.
Внедрение АБ обеспечивает:
Повышение уровня безопасности движения поездов за счет автоматического контроля состояния блок-участков и целости рельсовых нитей.
Повышение пропускной способности перегонов за счет уменьшения величины межпоездного интервала.
Увеличение участковой скорости грузовых поездов за счет уменьшения времени их стоянки на промежуточных станциях под обгоном.
Классификация систем автоблокировки
Многообразие систем АБ, применяемых на российских железных дорогах, объясняется, во-первых, различными требованиями к ним в различных условиях, во-вторых, разработкой и внедрением новых, более совершенных систем с сохранением в эксплуатации систем старого типа. Знание классификации систем позволяет лучше понять особенности конкретных типов, их достоинства и недостатки, а также наметить пути устранения этих недостатков при модернизации или разработке новых систем. Рассмотрим основные факторы, влияющие на принцип построения автоблокировки, и разновидности систем АБ.
1. Основным фактором, влияющим на структуру и функциональные возможности АБ, является тип используемых рельсовых цепей . В автоблокировке, в принципе, могут применяться любые РЦ. В прежние годы широко использовались системы АБ с импульсными РЦ постоянного тока, в ограниченном объеме применялись РЦ частотного кода и фазочувствительные рельсовые цепи, делались попытки использования рельсовых цепей с гетеродинными приемниками. В настоящее время наибольшее распространение имеют РЦ числового кода. В новом строительстве начали внедрять перспективные тональные РЦ. Достоинства и недостатки перечисленных РЦ при использовании в АБ можно выяснить на основании их сравнительного анализа (см. п. 2.2).
2. Способ передачи информации между сигнальными установками . По способу передачи информации различают проводные и беспроводные системы автоблокировки.
2.1. В беспроводных (кодовых) системах АБ информация передается по рельсовой линии путем использования кодовых РЦ. В кодовых рельсовых цепях сигнальный ток, применяемый для контроля состояния блок-участка, одновременно служит для передачи информации между светофорами и для передачи информации на локомотив. Это позволяет применить один общий источник питания и передающее устройство для решения всех трех указанных задач. Причем информация передается по рельсам без использования отдельных линейных цепей.
Однако для передачи информации на локомотив требуется большее напряжение питания, чем для контроля состояния участка пути. Это приводит к излишнему расходу электроэнергии и к необходимости гашения избытка мощности на путевом приемнике. Кроме того, рельсовая линия в качестве линии связи обладает серьезными недостатками – низким сопротивлением изоляции между рельсовыми нитями и относительно высоким индуктивным сопротивлением рельсовой линии. Это приводит к существенному затуханию сигнала и необходимости подачи большой мощности в РЛ. Приходится учитывать также мешающее влияние обратного тягового тока, протекающего по рельсовым нитям.
2.2. В проводных системах АБ информация передается по воздушным или кабельным линиям. Этот способ обеспечивает лучшие условия для передачи сигналов, но требует дополнительных расходов на организацию линий связи.
Ранее предлагались технические решения для передачи информации с использованием радиоканалов, которые не нашли практического применения. В настоящее время в связи с успехами в области сотовой и спутниковой связи вновь начаты работы в этом направлении.
3. Вид кода для формирования сообщений . Системы АБ относятся к системам с малопозиционными объектами управления. Это позволяет при передаче информации между сигнальными установками (СУ) использовать простые коды или элементарные сигналы. Однако в перспективных системах для увеличения объема информации и обеспечения ее достоверности приходится применять более сложные коды. В настоящее время на сети железных дорог России эксплуатируются следующие виды кодовых систем АБ:
3.1. С числовым кодом . Для формирования сообщений в этих системах предусмотрены три кодовые комбинации, условно называемые КЖ, Ж и З (соответственно 1, 2 и 3 импульса в кодовой посылке). Для повышения достоверности передачи и расшифровки сигналов импульсы и паузы между импульсами в кодовых посылках имеют определенные длительности. Недостатком числового кода, используемого в кодовой АБ, является большая длительность кодовых комбинаций (1,6 или 1,9 с) и большое время их расшифровки, что исключает возможность дальнейшего увеличения числа сообщений для передачи информации.
3.2. С частотным кодом . В частотной АБ применяется частотно-комбинационное кодирование, при котором сообщения формируются выбором двух частот из пяти предусмотренных. Это позволяет использовать до 10 сообщений при длительности расшифровки каждого сообщения 0,5 с. Недостатком является громоздкость аппаратуры, что особенно существенно для локомотивных приемников, и сложность регулировки рельсовых цепей. В эксплуатируемых устройствах наблюдались опасные отказы, что, однако, не является недостатком принятого метода кодирования.
3.3. С двоичным помехозащищенным кодом . Двоичный код является в настоящее время наиболее совершенным и обеспечивает передачу любого практически необходимого объема информации при использовании современных методов модуляции.
В проводных системах АБ при кодировании и передаче информации используется полярный признак сигнала, что позволяет сформировать три сообщения и применить простой дешифратор в виде реле комбинированного типа.
Как в проводных системах, так и в кодовых с целью увеличения объема информации или повышения достоверности ее передачи возможна комбинация различных признаков электрического сигнала для кодирования сообщений.
4. Способ организации движения поездов . В зависимости от путевого развития и функциональных возможностей системы АБ различаются следующим образом:
4.1. Односторонние . Односторонние системы применялись ранее на каждом пути двухпутного перегона и обеспечивали регулирование движения поездов только в одном направлении. Такие системы не удовлетворяют современным потребностям перевозочного процесса. Поэтому эксплуатируемые системы АБ были модернизированы для обеспечения временного двустороннего движения.
4.2. Двусторонние . Применяются на однопутных участках и осуществляют регулирование движения поездов в обоих направлениях. Перспективные системы АБ в соответствии с новыми эксплуатационно-техническими требованиями обеспечивают двустороннее регулирование по каждому пути двухпутного перегона. Это повышает гибкость в пропуске поездопотоков при суточной неравномерности следования поездов по направлениям, при сбоях в движении или при неисправности одного из путей.
4.3. Односторонние с временной организацией двустороннего движения . Применяются на двухпутных участках и предназначены для организации двустороннего движения по одному из путей двухпутного перегона при капитальном ремонте второго пути. В обычном режиме автоблокировка работает как односторонняя. При подготовке к капитальному ремонту перегонного пути система настраивается на двустороннее действие. К такому типу автоблокировки относятся все современные традиционные системы АБ.
5. Способ размещения аппаратуры . По способу размещения аппаратуры различают системы:
5.1. Децентрализованные . Аппаратура автоблокировки размещается в релейных шкафах, устанавливаемых у каждого проходного светофора. Подавляющее большинство систем АБ являются децентрализованными.
5.2. Централизованные . Вся аппаратура АБ (кроме некоторых устройств согласования и защиты) размещается в станционных помещениях и соединяется с напольными устройствами при помощи кабеля.
Централизованное размещение аппаратуры приводит к увеличению расхода кабеля и снижает живучесть системы в целом, однако обладает рядом существенных достоинств:
обеспечивает работу оборудования в благоприятных условиях отапливаемого помещения, что повышает надежность и долговечность приборов;
исключает необходимость передачи информации между светофорами, на переезды и на станцию, что упрощает схемные зависимости АБ, схем диспетчерского контроля и схемы смены направления; в конечном итоге повышается надежность системы;
облегчает техническое обслуживание устройств и снижает затраты на обслуживание, значительно сокращает время поиска и устранения неисправностей;
облегчает труд обслуживающего персонала, существенно уменьшает время работы на открытом воздухе и в зоне повышенной опасности в непосредственной близости от движущихся поездов;
снижает стоимость системы за счет исключения расходов на оборудование сигнальных точек релейными шкафами, линейными трансформаторами высоковольтных линий и кабельными ящиками, а также за счет упрощения схем.
6. Способ передачи информации машинисту . Машинисту передается информация об условиях движения, то есть о состоянии впередилежащих блок-участков. По способу передачи такой информации различают системы:
6.1. С проходными светофорами . Напольный светофор при этом является основным средством регулирования. Информация передается машинисту по оптическому каналу с использованием цвета и режима горения огней светофора. Для повышения безопасности движения в соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог РФ системы АБ дополняются устройствами АЛС.
6.2. Без проходных светофоров . Информация передается машинисту по каналам автоматической локомотивной сигнализации и отображается на локомотивном светофоре. При этом снижаются затраты на установку напольных светофоров и их обслуживание, исключаются такие ненадежные элементы, как лампы накаливания. За автоблокировкой сохраняются функции обнаружения препятствия и формирования управляющих команд для устройств АЛС. Однако с точки зрения безопасности движения поездов и психологии работы машинистов применение проходных светофоров является предпочтительным. Кроме того, при отсутствии напольных светофоров основным и единственным средством регулирования становится система АЛС. Поэтому к ее надежности приходится предъявлять более высокие требования. Системы АБ без проходных светофоров экономически целесообразно применять при централизованном размещении аппаратуры, так как это позволяет сократить расход кабеля.
7. Наличие изолирующих стыков на границах блок-участков . В автоблокировке изолирующие стыки обеспечивают четкое разграничение блок-участков, но, как уже отмечалось, являются самым ненадежным элементом систем железнодорожной автоматики. Поэтому предпринимались неоднократные попытки создания РЦ и систем АБ без изолирующих стыков. В соответствии с этим различают системы АБ:
7.1. С изолирующими стыками . С изолирующими стыками построены все традиционные системы АБ.
7.2. Без изолирующих стыков . Достоинства РЦ без изолирующих стыков изложены в п. 2.4. Однако наличие зоны дополнительного шунтирования приводит к тому, что подвижная единица, приближающаяся к границе БУ, шунтирует РЦ впередилежащего БУ. При этом на светофоре, к которому приближается поезд, ложно включается запрещающий сигнал. В системах АБ без изолирующих стыков приходится использовать дополнительные технические решения для исключения такой ситуации.
8. Элементная база . Традиционные системы АБ, которые в настоящее время имеют наибольшее распространение, построены на релейно-контактных устройствах. Это объясняется следующими причинами:
требование обеспечения безопасности функционирования устройств СЦБ наиболее просто выполняется с использованием электромагнитных реле 1-го класса надежности;
недостаточный уровень развития электроники в период разработки и массового внедрения традиционных систем АБ;
экономическая нецелесообразность демонтажа или реконструкции действующих устройств АБ, не выработавших свой ресурс, с заменой их на новые бесконтактные системы.
В настоящее время все большее внимание уделяется разработке и внедрению систем СЦБ с использованием микроэлектронных элементов. Особенно большие преимущества дает микропроцессорная техника с программируемой логикой.
Реализация устройств АБ на основе микропроцессоров позволяет существенно повысить надежность и быстродействие систем, расширить их функциональные возможности, выполнять алгоритм любой практически необходимой сложности, создавать универсальные блоки и легко адаптировать их к конкретным условиям применения, изменять алгоритм или исходные данные при изменении параметров объекта управления.
Широкие возможности программируемой логики позволяют решать задачи самопроверки и реконфигурации собственной структуры при отказах, осуществлять диагностику объектов управления, а также реализовать большое число сервисных функций.
Микроэлектронные и микропроцессорные системы АБ обеспечивают взаимодействие и простое согласование с устройствами автоматизированных систем управления верхнего уровня и устройствами локальной автоматики, производят регистрацию и документирование информации о неисправностях, нештатных действиях эксплуатационных работников и о других существенных событиях.
9. Значность проходных светофоров (система сигнализации автоблокировки) . От числа сигнальных показаний (значности) проходных светофоров зависит пропускная способность перегонов, уверенность работы машинистов и уровень безопасности движения. В зависимости от значности светофоров системы АБ бывают:
9.1. Двузначные . В двузначных АБ используются два сигнальных показания – красный и зеленый. При этом длина БУ должна быть
,
где
- путь, проходимый поездом за время
восприятия сигнала машинистом;
- тормозной путь полного служебного торможения при максимальной реализуемой в данном месте скорости.
П
оезда
разграничиваются двумя блок-участками
(рис. 4.1, а), что обеспечивает высокую
пропускную способность. Однако двузначная
сигнализация приводит к напряженной
работе машиниста, а в условиях плохой
видимости огней светофора не гарантирует
безопасность движения поездов. Поэтому
она нашла ограниченное применение на
линиях метрополитенов.
Рис. 4.1. Системы сигнализации при автоблокировке
9.2. Трехзначные . Каждый проходной светофор является предупредительным к следующему светофору, что обеспечивает уверенную работу машиниста, плавное ведение поезда и достаточно высокий уровень безопасности движения. Длина БУ должна быть не менее длины тормозного пути полного служебного торможения при максимальной реализуемой скорости и не менее тормозного пути автостопного торможения с учетом времени срабатывания приборов АЛС, но не менее 1000 м. Нормально поезда разграничиваются тремя БУ, что позволяет поезду постоянно следовать "под зеленый огонь светофора на зеленый огонь впередистоящего светофора" (рис. 4.1, б). В местах движения с пониженной скоростью (прием на станцию с остановкой, отправление после остановки, затяжной подъем) с целью сохранения заданного межпоездного интервала применяется двухблочное разграничение поездов (рис. 4.1, в). Трехзначные системы АБ обеспечивают величину межпоездного интервала до 6 мин и получили подавляющее распространение на сети железных дорог России.
9.3. Четырехзначные . Четырехзначные системы автоблокировки предназначены для участков с высокой интенсивностью движения поездов разных категорий (тихоходные пригородные поезда с короткими тормозными путями и скоростные с длинными тормозными путями) и обеспечивают величину межпоездного интервала до 2…3 мин. В основном это пригородные участки больших городов. Существенное сокращение межпоездного интервала достигнуто за счет применения более коротких БУ при четырехблочном разграничении поездов (рис. 4.1, г).
В четырехзначных системах АБ используется дополнительное сигнальное показание светофора – одновременно горящие желтый и зеленый огни. Это показание соответствует свободности двух впередилежащих БУ. Зеленый огонь включается при свободности трех и более блок-участков.
Остановка поездов разных категорий перед закрытым светофором гарантируется тем, что машинисты грузовых и пассажирских поездов расценивают сигнал "желтый и зеленый", как желтый, и должны проследовать его с уменьшенной скоростью, а машинисты пригородных поездов – как зеленый и могут проследовать его с максимальной установленной скоростью.
Длина БУ при четырехзначной сигнализации должна быть достаточной для снижения скорости быстроходного поезда с максимальной до допустимой скорости проследования светофора с желтым сигналом; для снижения скорости от последней до полной остановки поезда в пределах БУ полным служебным или автостопным торможением. Длина двух смежных БУ должна быть не меньше тормозного пути до остановки при максимальной реализуемой скорости движения в данном месте.
Эффект, достигаемый от внедрения четырехзначной АБ, заключается в следующем:
повышение пропускной способности за счет уменьшения интервала сближения поездов, что видно из расстановки поездов при трехзначной (рис. 4.1, б) и четырехзначной (рис. 4.1, г) сигнализации;
повышение ходовой скорости пригородных поездов за счет проследования сигнала "желтый и зеленый" без снижения скорости; повышение ходовой скорости также приводит к повышению пропускной способности.
Недостатком четырехзначной сигнализации в традиционных системах АБ является более высокая стоимость и неполное соответствие показаний светофоров и кодовых сигналов АЛС (см. рис. 4.1, г).
В перспективных многозначных системах АБ предусмотрен контроль состояния большего числа БУ. В этих случаях дополнительная информация передается машинисту по каналам АЛС при сохранении трех- или четырехзначной сигнализации напольных светофоров.
Для безопасной эксплуатации аккумуляторных батарей необходимо придерживаться следующих правил:
- Не создавать цепь короткого замыкания между клеммами батареи, поскольку значительный ток короткого замыкания заряженной батареи способен расплавить контакты клемм и нанести термический ожог.
- Не хранить аккумуляторные батареи в разряженном состоянии. В этом случае происходит сульфатация электродов и батареи значительно снижают свою емкость.
- Подключать аккумуляторную батарею в устройство только в правильном соответствии с полярностью. Заряженная батарея имеет значительный запас энергии и способна при неправильном подключении вывести устройство из строя.
- Не вскрывать корпус батареи. Содержащийся внутри гелеобразный электролит способен вызвать химический ожог кожи.
- Утилизировать отслужившую свой срок батарею в соответствии с правилами утилизации для изделий, содержащих тяжелые металлы.
Технические характеристики
Разрядные характеристики аккумуляторных батарей
Наиболее важными показателями качества АБ являются: емкость, напряжение, габариты, вес, стоимость, допустимая глубина разряда, срок службы, КПД, диапазон рабочих температур, допустимый ток заряда и разряда. Также, необходимо учитывать, что все характеристики производитель дает при определенной температуре — обычно 20 или 25 °С. При отклонениях от этого напряжения, характеристики меняются, и обычно в худшую сторону.
Значения напряжения и емкости обычно входят в название модели батареи. Например: — батарея напряжением 12 вольт и емкостью 200 ампер*часов, гелевая, глубокого разряда. Это значит, что батарея может выдать в нагрузку энергию 12 х 200 = 2400 Вт*ч при 10 часовом разряде током в 1/10 от емкости. При больших токах и быстром разряде емкость батареи понижается. При меньших токах — обычно увеличивается. Это можно видеть на графике разрядных характеристик аккумуляторных батарей. Также, нужно смотреть на разрядные характеристики на конкретные батареи. Иногда производители в названии пишут завышенную емкость аккумулятора, которая имеет место только в идеальных условиях — так, например, делает Haze (у аккумуляторов Haze реальная емкость процентов на 10-20 ниже, чем указано в названии батареи).
При разряде током в 0,1 С время работы составляет 10 часов и батарея полностью выдаст в нагрузку аккумулированную энергию. При разряде током 2 С (в 20 раз большим) время работы будет около 15 минут (1/4 часа) и при этом батарея выдаст в нагрузку только половину аккумулированной энергии. При больших токах разряда это значение еще меньше. Зачастую в источниках бесперебойного питания аккумуляторные батареи работают в еще более тяжелых режимах, при которых токи разряда достигают 4 С. При этом время разряда сравнимо с 5 минутами и батарея выдает в нагрузку менее 40% энергии.
Емкость батареи
Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее емкостью. Она измеряется в ампер-часах. Одна АБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.п., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 2000 Ач.
Для увеличения срока службы свинцово-кислотной АБ желательно использовать только малую часть ее емкости до повторной зарядки. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом, причем не обязательно полностью разряжать аккумулятор. Например, если вы разрядили аккумулятор на 5 или 10% и затем снова зарядили его — это тоже считается как 1 цикл. Конечно, количество возможных циклов будет сильно отличаться при различной глубине разряда (см. ниже). Если возможно использовать более 50% энергии, запасенной в АБ до ее заряда, без заметного ухудшения ее параметров, такая батарея называется батареей «глубокого разряда» .
Можно повредить батареи, если перезарядить их. Максимальное напряжение кислотных АБ должно быть 2,5 вольта на элемент, или 15 В для 12-ти вольтовой батареи. Многие фотоэлектрические батареи имеют мягкую нагрузочную характеристику, поэтому при увеличении напряжения ток заряда снижается значительно. Поэтому всегда необходимо использовать специальный контроллер заряда для . В случае применения ветроэлектрических станций или микроГЭС, такие контроллеры также обязательны.
Напряжение
Напряжение на аккумуляторе зачастую является основным параметром, по которому можно судить о состоянии и степени заряженности аккумулятора. Особенно это относится к герметизированным аккумуляторам, у которых не возможно измерить плотность электролита.
Напряжение при заряде, разряде и отсутствии тока очень сильно отличаются. Для определения степени заряженности аккумулятора измеряют напряжение на его клеммах при отсутствии как зарядного, так и разрядного токов в течение как минимум 3-4 часов. За это время напряжение обычно успевает стабилизироваться. Значение напряжения при заряде или разряде ничего не скажет от состоянии или степени заряженности АБ. Примерная зависимость степени заряженности аккумулятора от напряжения на его клеммах в режиме холостого хода, приведена в таблице ниже. Это типичные значения для стартерных аккумуляторов с жидким электролитом. Для герметизированных аккумуляторов (AGM и гелевых) обычно эти напряжения немного выше (нужно запрашивать производителя) — например, AGM батареи полностью заряжены, если напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В).
Степень заряженности
Степень заряженности зависит от очень многих факторов, и точно ее могут определить только специальные зарядные устройства с памятью и микропроцессором , которые отслеживают как заряд, так и разряд конкретного аккумулятора в течение нескольких циклов. Этот метод наиболее точный, но и наиболее дорогой. Однако он сможет сэкономить много денег при обслуживании и замене аккумуляторов. Применение специальных устройств, контролирующих работу аккумуляторов по степени их заряженности, позволяет очень сильно повысить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов. Ряд предлагаемых нами контроллеров для солнечных батарей имеют встроенные устройства вычисления степени заряженности аккумулятора и регулируют заряд в зависимости от ее величины.
Для определения степени заряженности можно использовать также следующие 2 упрощенных метода.
- Напряжение на аккумуляторе . Этот способ наименее точный, но требует только наличия цифрового вольтметра, способного измерять десятые и сотые доли вольта. Перед измерениями нужно отсоединить от аккумулятора всех потребителей и все зарядные устройства и подождать как минимум 2 часа. Затем можно измерить напряжение на терминалах аккумулятора. Ниже в таблице приведены напряжения для аккумуляторов с жидким электролитом. Для полностью заряженной новой AGM или гелевой батареи напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В). По мере старения аккумуляторов это напряжение снижается. Можно измерять напряжение на каждой банке аккумулятора, чтобы найти неисправную банку (разделите напряжение для 12В на 6 для того, чтобы определить нужное напряжение на одной банке).
- Второй метод определения степени заряженности — по плотности электролита . Этот метод подходит только для аккумуляторов с жидким электролитом.
Также, нужно подождать 2 часа перед измерениями. Для измерения используется ареометр. Обязательно наденьте резиновые перчатки и защитные очки! Держите рядом пищевую соду и воду на случай, если вода попадет на кожу.
Степень заряженности | Батарея 12В | Батарея 24 В | Плотность электролита |
100 | 12.70 | 25.40 | 1.265 |
95 | 12.64 | 25.25 | 1.257 |
90 | 12.58 | 25.16 | 1.249 |
85 | 12.52 | 25.04 | 1.241 |
80 | 12.46 | 24.92 | 1.233 |
75 | 12.40 | 24.80 | 1.225 |
70 | 12.36 | 24.72 | 1.218 |
65 | 12.32 | 24.64 | 1.211 |
60 | 12.28 | 24.56 | 1.204 |
55 | 12.24 | 24.48 | 1.197 |
50 | 12.20 | 24.40 | 1.190 |
40 | 12.12 | 24.24 | 1.176 |
30 | 12.04 | 24.08 | 1.162 |
20 | 11.98 | 23.96 | 1.148 |
10 | 11.94 | 23.88 | 1.134 |
Срок службы аккумуляторов
Неправильно определять срок службы аккумуляторов в годах или месяцах. Срок службы батареи определяется числом циклов заряд-разряд и значительно зависит от условий ее эксплуатации. Чем глубже разряжается батарея, чем большее время она находится в разряженном состоянии, тем меньшее число возможных циклов работы.
Само понятие «количество рабочих циклов «заряда-разряда» аккумулятора» относительное, так как сильно зависит от различных факторов. Кроме того, значение количества рабочих циклов, например для одного типа аккумулятора, не является универсальным понятием, так как зависит от технологии, различной у каждого из производителей.Срок службы аккумуляторов определяется в циклах, поэтому время работы в годах — приблизительное и рассчитано для типичных условий работы. Поэтому, если, например, в рекламе указано, что срок службы аккумуляторов составляет 12 лет, это значит, что производитель посчитал срок службы для буферного режима с средним числом циклов заряд-разряд 8 в месяц. Например, для AGM аккумуляторов Haze указывается срок службы 12 лет и максимальное число циклов 1200 при разряде на 20%. В год получается 100 таких циклов, в месяц — около 8.
Еще один важный момент — в процессе эксплуатации полезная емкость аккумулятора уменьшается. Все характеристики по количеству циклов обычно приводятся не до полной смерти аккумулятора, а до момента потери им 40% своей номинальной емкости. Т.е, если производителем приведено количество циклов 600 при 50% разряде, это значит, что через 600 идеальных циклов (т.е. при температуре 20С и разряде током одной величины, обычно 0,1С) полезная емкось аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.
Свинцово-кислотные АБ, предназначенные для использования в системах автономного электроснабжения имеют, срок службы от 300 до 3000 циклов в зависимости от типа и глубины разряда. В системах на базе ВИЭ батарея может разрядиться гораздо сильнее, чем при буферном режиме. Для обеспечения длительного срока службы, в типичном цикле разряд не должен превышать 20-30% емкости АБ, а глубокий разряд — не более 80% емкости. Очень важно сразу же после разряда заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы. Длительное нахождение (более 12 часов) в разряженном или не полностью заряженном состоянии приводит к необратимым последствиям в аккумуляторах и снижению их срока службы.
Как определить, что аккумулятор уже близок к окончанию своего срока службы? Очень просто — у аккумулятора повышается внутреннее сопротивление, это приводит к более быстрому росту напряжения при заряде (и, соответственно, снижению времени, требуемого для заряда), и более быстрому разряду аккумулятора. Если заряд производится током, близким к предельно допустимому, умирающий аккумулятор будет нагреваться при заряде сильнее, чем раньше.
Максимальные токи заряда и разряда
Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи измеряются относительно ее емкости. Обычно для аккумуляторов максимальный ток заряда не должен превышать 0,2-0,3С. Превышение зарядного тока ведет к сокращению срока службы аккумуляторов. Мы рекомендуем устанавливать максимальный ток заряда не более 0,15-0,2С. Смотрите характеристики на конкретные модели аккумуляторов для определения максимального зарядного и разрядного токов.
Саморазряд
Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены в отсутствие внешнего потребителя тока.
Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCD аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH – немного больше, а для Li-ION пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.
Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается. Глубокий его разряд и последующий заряд увеличивают ток саморазряда.
Саморазряд аккумуляторов в основном обусловлен выделением кислорода на положительном электроде. Этот процесс еще больше усиливается при повышенной температуре. Так, при повышении окружающей температуры на 10 градусов по отношению с комнатной возможно увеличение саморазряда в два раза.
В некоторой степени саморазряд зависит от качества использованных материалов, технологического процесса изготовления, типа и конструкции аккумулятора. Потери емкости могут быть вызваны повреждением сепаратора, когда образования слипшихся кристаллов пробивают его. Сепаратором принято называть тонкую пластину, разделяющую положительный и отрицательный электроды. Это обычно происходит из–за неправильного обслуживания аккумулятора, его отсутствия или применения несоответствующих или некачественных зарядных устройств. У изношенного аккумулятора пластинки электродов разбухают, слипаясь друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда, при этом поврежденный сепаратор невозможно восстановить проведением циклов заряда/разряда.
Каргиев Владимир, «Ваш Солнечный Дом»
©При цитировании ссылка на эту страницу и на «Ваш Солнечный Дом» обязательна
ГЛОССАРИЙ
Емкость (С) — энергия, которую способен отдать аккумулятор в нагрузку, выражаемая в ампер-часах (А·ч, мA·ч). Она будет больше при следующих условиях: меньшем токе разряда, разряде с меньшими перерывами, более высокой температуре окружающей среды, а также более низком конечном напряжении.
Номинальная емкость — номинальное значение емкости: количество энергии, которую способен отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде в строго определенных условиях.
Саморазряд — потеря емкости в отсутствие внешнего потребителя тока.
Срок службы батареи — наработка, при которой разрядная емкость сделается меньше определенной нормированной величины, обычно оценивается рабочим количеством циклов «заряд-разряд».
Устройства автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, или, как их еще называют, средства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), предназначены для автоматизации управления движением поездов, обеспечения безопасности и необходимой пропускной способности железных дорог, а также повышения производительности труда.
Для быстрой передачи указаний работникам, связанным с движением поездов используется железнодорожная сигнализация. Основными цветами сигналов на железнодорожном транспорте являются красный, желтый, зеленый (возможно их сочетание). Также применяются синий и белый цвет.
Классификация сигналов:
Типы светофоров на участке:
Регулирование движения поездов на перегонах выполняется путем блокировки занятых участков. Применяются две системы – полуавтоматическая блокировка и автоматическая блокировка (автоблокировка).
Авто блокировка (АБ) является основной системой регулирования движения поездов на одно- и двухпутных линиях магистральных железных дорог.
Полуавтоматическая блокировка (ПАБ) применяется для интервального регулирования движения поездов на малодеятельных участках дорог. Полуавтоматической она называется так как часть операций по изменению показаний сигналов выполняется автоматически (в результате воздействия колес подвижного состава), а другая часть осуществляется дежурным по станции или путевому посту.
При АБ перегон между станциями делится на один или несколько блок-участков длиной обычно от 1,0 до 2,6 км. В начале каждого блок-участка устанавливается автоматически действующий проходной светофор, сигнализирующий двумя, тремя или четырьмя показаниями в зависимости от значности АБ. Рельсовые цепи блок-участков разделены изолирующими стыками.
Автоблокировка бывает двух-, трёх- и четырёхзначной. На магистральных железных дорогах применяют трёх- и четырёхзначную АБ.
Двухзначная АБ: Зеленый огонь – блок-участок свободен. Красный огонь – Стой! Запрещается проезжать сигнал!
Трёхзначная АБ: Зеленый огонь – свободны два или более блок-участка. Желтый огонь – свободен один блок-участок. Красный огонь – Стой! Запрещается проезжать сигнал!
Четырёхзначная АБ: Зеленый огонь – свободны три или более блок-участка. Желтый и зеленый огни – свободны два блок участка. Желтый огонь – свободен один блок-участок. Красный огонь – Стой! Запрещается проезжать сигнал!
Схема двухзначной автоматической блокировки: ИС – изолирующий стык; ПР – путевое реле; ПБ – путевая батарея; Р – регулирующее сопротивление; СБ – сигнальная батарея
Управление движением по станционным путям производится с пульта дежурного по станции с помощью стрелок и светофоров.
Электрическая централизация стрелок и светофоров (ЭЦ) основной вид управления на железной дороге России.
Управление стрелками и сигналами, а так же контроль состояния путей и стрелочных участков осуществляется по кабельным линиям.
Стрелками и сигналами управляют с пульта-табло. В его верхней части находится табло с контрольными лампочками, информирующим о занятости путей и стрелок, открытии и закрытии входного светофора, занятости участков приближения и удаления.
На крупных станциях для сокращения затрат времени используют маршрутное управление. При приготовлении маршрута дежурный по станции не производит действий по переводу каждой стрелки. Нажатием на две или несколько кнопок, расположенных на пульте-табло по границам маршрута, включаются и переводятся все стрелки одновременно, а после их перевода открывается сигнал.
Также внедряются новые системы микропроцессорной централизации (МПЦ), опыт эксплуатации которых выявил эксплуатационные и технические преимущества.
Схема устройства релейной централизации стрелок и сигналов малой станции: Ч, Ч2, Ч4 – обозначение четных светофоров на пульте управления; Н, Н1, Н4 – обозначение нечетных светофоров на пульте управления; IП, IIП, 4П – обозначение станционных путей на пульте управления; ДСП – дежурный по станции; 1–6 – номера стрелочных переводов