§ 45. Системы электроснабжения и электрооборудования

Системы электроснабжения. Применяемые в строящихся и эксплуатируемых цельнометаллических пассажирских вагонах системы можно разделить на три вида: индивидуальное электро­снабжение с оборудованием каждого вагона автономной электро­станцией, подающей питание только собственным потребителям электроэнергии; централизованное электроснабжение с подачей питания во все вагоны поезда от одного источника электро­энергии; смешанное электроснабжение, представляющее собой сово­купность первых двух видов, каждый из которых использован для питания определенной части потребителей электроэнергии вагона.

Система индивидуального электроснабжения характеризуется наличием в вагоне электростанции. Генератор, помещенный под вагоном, приводится во вращение при движении поезда от оси колесной пары (такая система ранее называлась осевой). Для привода раньше применяли ременную передачу с насаженным на среднюю часть оси разъемным шкивом, что имело известные недостатки. Последующие многочисленные испытания различных конструкций показали, что наиболее приемлем клиноременный привод от торца оси колесной пары с промежуточным редуктором и карданным валом. Таким приводом оборудуют все выпускае­мые в настоящее время пассажирские вагоны без кондициониро­вания воздуха.

Аккумуляторную батарею располагают под вагоном. Она призвана обеспечивать электроэнергией потребителей вагона при

284

небольшой скорости движения и на стоянках поезда. При опре­деленной скорости движения аккумуляторная батарея заря­жается от генератора. Наличие аккумуляторной батареи нала­гает необходимость использования постоянного тока для основ­ных потребителей энергии. Для управления работой электростан­ции и распределения электроэнергии служит распределительный щит, устанавливаемый в служебном отделении вагона. На щите размещены коммутационные, защитные и другие аппараты, обес­печивающие снабжение электроэнергией потребителей.

В последнее время широко применяют индивидуальную си­стему электроснабжения пассажирских вагонов выпрямленным переменным током. В этой системе применен генератор перемен­ного тока с выпрямителями. Поскольку люминесцентные лампы, аппаратура радиоузла и другие потребители требуют наличия переменного тока со стабильной частотой, в системе электроснаб­жения предусматривают специальные вращающие преобразова­тели, которые преобразуют постоянный ток напряжением 50 В в переменный требуемого напряжения и частоты.

Вагоны, снабженные холодильными установками, потребляют значительно больше электроэнергии, чем вагоны с обычной при­нудительной системой вентиляции, в связи с использованием дополнительных электроприемников (двигателей компрессора, осевых вентиляторов и заслонок, аппаратуры автоматики, элек­трокалорифера и др.). Это вынуждает намного увеличить мощ­ность генератора и осуществлять съем мощности со средней части оси. В целом система индивидуального электроснабжения имеет как преимущества, так и недостатки. К преимуществам относится удобство эксплуатации, связанное с автономностью вагонов, так как такая система не зависит от внешних источников питания. К недостаткам относятся сложность размещения и обслуживания такой системы в современных вагонах, оборудованных электриче­ским отоплением, установками кондиционирования воздуха и мно­гочисленными электроприборами для технических и бытовых нужд.

Централизованные системы электроснабжения являются пер­спективными, так как экономически эффективны и позволяют применять в вагонах технически совершенное электрическое ото­пление, воздухонагревательные агрегаты и другие приборы, по­вышающие комфортные условия проезда пассажиров. На желез­ных дорогах СССР применяется система электроснабжения от ва­гона-электростанции, который подает питание во все вагоны состава. Вагоны-электростанции имеют дизель-генераторные уста­новки мощностью 600 кВт, вырабатывающие трехфазный пере­менный ток напряжением 400 В с частотой 50 Гц. Эта система, используемая для питания электроэнергией пассажирских ваго­нов, оборудованных установками кондиционирования воздуха, а также вагонов скоростных поездов РТ-200, отличается надеж­ностью, простотой электрического оборудования, непрерывно-

285

стью электроснабжения, а также расположением сложного энер­гетического оборудования в специальном вагоне, что значительно облегчает его обслуживание.

Перспективна также система централизованного электроснаб­жения от контактной сети через локомотив. Такая система поз­волит использовать дешевую энергию на электрофицированных участках железных дорог, количество и протяженность которых из года в год возрастают. Однако технические трудности, связан­ных с использованием тока высокого напряжения для питания потребителей, в настоящее время полностью не преодолены. Поэ­тому такая система электроснабжения ограниченно используется в пассажирских вагонах, в частности для электрического отоп­ления, поскольку электропечи, включенные последовательно, могут работать как на постоянном, так и на переменном токе даже при значительных отклонениях напряжения от номинального. Основными препятствиями широкому внедрению этой системы являются отсутствие надежной и пригодной для серийного про­изводства конструкции преобразователя постоянного тока напря­жением 3000 В в трехфазной ток напряжением 380 В с частотой 50 Гц и сложность исключения неблагоприятного влияния системы на линии СЦБ. Остальные потребители при такой системе электро­снабжения получают питание через статические преобразователи, установленные в каждом вагоне.

Одним из прогрессивных технических решений является цен­трализованное электроснабжение пассажирских поездов от располагаемых на локомотивах энергетических и преобразующих устройств, обеспечивающих на выходе трехфазный переменный ток напряжением 380/220 В со стабилизированными напряжением и частотой. Все потребители вагона (включая и отопление) трех­фазные и рассчитаны на это напряжение. Такая система электро­снабжения имеет наивысшие технико-экономические показатели. Электрическое оборудование вагона. Пассажирские вагоны оборудованы специализированными устройствами, образующими комплексы источников питания и потребителей энергии, автома­тического управления, регулирования и защиты, выполненными применительно к вагонам того или иного типа согласно предъяв­ляемым к ним требованиям. Характерной системой индивидуаль­ного электроснабжения является электрическое оборудование, примененное в пассажирских вагонах открытого типа со спаль­ными местами производства КВЗ. Эти вагоны оборудованы си­стемой электроснабжения ЭВЮ-02-20, блок-схема которой (рис. 126) предусматривает питание всех потребителей вагона; автоматическое регулирование напряжения цепей потребителей при движении поезда; автоматическую работу вентиляционного агрегата в зависимости от температуры в вентиляционном канале; ручное регулирование заряда аккумуляторной батареи (малая, средняя и полная ступени); питание от смежного вагона или по­дачу питания смежному вагону через подвагонную магистраль;

286

Рис. 126. Схема системы индивидуального'ч электроснабжения: 1

1 — ведущий шкив; 2 — ось колесной пары; 3 — клиновые ремни; 4 — редук­тор; 5 — ведомый шкив; 6 — карданный вал; 7 — якорь; 8 —- генератор; 9 — до­полнительная обмотка генератора; 10, 12 и 17 — выпрямители; 11 — основная об­мотка генератора; 13 — переключающее устройство; 14 — аккумуляторная бата­рея; 15 — потребители электроэнергии; 16 — регулятор напряжения; 18 — шун­тирующая обмотка

\1\

защиту электрооборудования от

коротких замыканий, длитель-

ных перегрузок по току и не­допустимых превышений напряжений. Длительная эксплуата­ционная мощность системы при движении поезда 8,(ГкВт.

Потребители вагона получают питание от параллельно работаю­щих подвагонного синхронного генератора переменного тока 2ГВ-003-12 с выпрямителями и аккумуляторной батареи. Гене­ратор, установленный на тележке, приводится во вращение через текстропно-карданный привод. Генератор имеет две обмотки: основную трехфазную и дополнительную однофазную с выводом средней точки. Первая подключена к основной группе кремниевых выпрямителей и обеспечивает питание потребителей вагона, а вторая — через магнитный усилитель к дополнительной группе кремниевых выпрямителей. Обе группы выпрямителей соединены последовательно и в сумме дают напряжение, необходимое для заряда аккумуляторной батареи. На соответствующие зажимы выведена дополнительная обмотка, предназначенная для облег­чения автоматического регулирования напряжения генератора при малых нагрузках и высоких скоростях движения поезда. На стоянках и при малых скоростях движения все потребители полу­чают питание от аккумуляторной батареи.

Выпрямитель, предназначенный для преобразования перемен­ного трехфазного тока в постоянный, размещен в металлическом кожухе под вагоном. На изоляционной панели выпрямителя укреплены шесть вентилей, соединенных по трехфазной мостовой схеме. Выпрямитель соединен с аккумуляторной батареей, и его токоведущие детали, в том числе и радиаторы вентилей, на стоян­ках поезда, когда генератор не работает, находятся под напря­жением 50 В.

Аккумуляторная батарея 38-ТЖН-250 имеет 38 железоникеле-вых аккумуляторов емкостью 250 А-ч. Номинальное напряжение аккумулятора 1,25 В, а максимальное и минимальное зарядные напряжения равны соответственно 1,8 и 1,0 В. В системе преду­смотрены регуляторы напряжения, используемые при нагрузках и заряде аккумуляторной батареи. Выпрямленное напряжение генератора поддерживается в пределах 47—53 В изменением тока в обмотке возбуждения при колебаниях нагрузки от нулевой до

287

максимальной и изменении скорости движения'поезда. Ток воз­буждения необходимой величины поддерживается системой регу­лирования, состоящей из измерительного, усилительного, испол­нительного и стабилизирующего устройств. Питание нагрузок с батареи на генератор и обратно переводится переключающим устройством, состоящим из фильтра верхних частот, выпрямителя и реле.

Система обеспечивает защиту от недопустимого повышения на­пряжения на зажимах нагрузки, осуществляемую реле максималь­ного напряжения и исполнительным реле. Защиту от увеличения амплитудного значения напряжения генератора при переключе­ниях контактором нагрузок с батареи на генератор и обратно, а также при сбросах нагрузки в наиболее тяжелых режимах при сгоревших предохранителях батареи осуществляет шунтирующий вентиль. Предусмотрено ручное отключение источников напряже­ния от сети на случай аварийной ситуации.

Потребители энергии (лампы освещения, электронагреватель­ные приборы и вспомогательные электродвигатели, за исключе­нием преобразователей для включения электробритв) подклю­чены к сети, напряжение которой (47—53 В) при движении по­езда поддерживается регулятором; на стоянке напряжение оп­ределяется состоянием аккумуляторной батареи. Включают по­требители вручную — пакетными переключателями. Вентилятор можно перевести в автоматический режим работы. Мощность, отдаваемая или получаемая от смежных вагонов, составляет 1,2 кВт. Для ограничения мощности, отдаваемой в магистраль, имеется автомат. Предусмотрено автоматическое отключение на стоянке части потребителей при помощи реле.

Освещение вагона осуществлено люминесцентными лампами (пассажирские помещения) и лампами накаливания (бытовые и подсобные помещения). Сеть освещения вагона состоит из нескольких групп (в рассматриваемом вагоне их восемь) светильни­ков. Для люминесцентного освещения предусмотрен специальный преобразователь постоянного тока напряжением 50 В в переменный ток напряжением 220 В и частотой 400 Гц. Преобразователь со­стоит из электродвигателя постоянного тока, приводящего в дви­жение генератор повышенной частоты, а также пускорегулирую-щей аппаратуры (стабилизатора частоты вращения и пускателя).

Аппараты системы электроснабжения и управления размещены на специальном пульте, установленном в служебном помещении вагона. На лицевой стороне пульта имеются верхние двери — панели, на которых установлены измерительные приборы, сиг­нальные лампы, выключатели, переключатели, кнопки и малога­баритные плавкие предохранители. Аппараты размещены по функциональному назначению: на правой двери — аппараты за­щиты и контроля источников электроснабжения, на левой — аппараты включения потребителей. Пакетные переключатели и автоматы смонтированы на отдельной средней панели, которую

288

можно откидывать для доступа к контактным зажимам. Внутри пульта смонтирована коммутационная аппаратура, а также ап­паратура регулирования и защиты.

Значительная часть пассажирских вагонов, снабженных уста­новками кондиционирования воздуха, имеет индивидуальную систему электроснабжения от подвагонного генератора с приводом от оси колесной пары. Например, купейные вагоны со спальными мягкими местами производства ЛВЗ с установками кондициони­рования воздуха оборудованы системой электроснабжения, имею­щей следующие параметры: мощность на выходе выпрямителя в продолжительном режиме при движении поезда 26 кВт, а на стоянке 20 кВт; напряжение на выходе выпрямителя 132—150 В; скорость движения поезда, при которой генератор отдает номи­нальную мощность в продолжительном режиме, равна 12—44 м/с (48—160 км/ч). Электрооборудование этой системы обеспечивает: начало приема нагрузки, начиная с частоты вращения ротора генератора, равной 550 об/мин; заряд разряженной и подзаряд заряженной аккумуляторной батареи, а также ограничение тока при заряде разряженной аккумуляторной батареи до 90 А; авто­матическую работу по сигналам термодатчиков электроагрегатов холодильной установки КЖ-25П, электрокалорифера, циркуля­ционного насоса и сдвоенного вентилятора; питание, коммутацию и защиту цепей стабилизированного напряжения ПО В, цепей сигнализации постоянного тока напряжением 50 В, преобразо­вателя для люминесцентного освещения, трех электронагрева­телей баков горячего водоснабжения установленной мощностью 3,2 кВт, электрокипятильника мощностью 2,2 кВт, пылесоса мощностью 600 Вт, водоохладителя мощностью 500 Вт, насоса для перекачки воды мощностью 90 Вт и электронагревателя слив­ной трубы; защиту потребителей от токов короткого замыкания, длительных перегрузок по току, недопустимого повышения сред­него значения напряжений и перенапряжений в случае аварийного режима.

Основным источником питания электроэнергией вагона явля­ется агрегат AMI, состоящий из трехфазного генератора перемен­ного тока и асинхронного электродвигателя. При движении по­езда генератор приводится во вращение от оси колесной пары вагона через редуктор и карданную передачу, а на длительной стоянке — от асинхронного электродвигателя, который через штепсельное соединение получает питание от внешней стацио­нарной сети трехфазного переменного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц. Электропотребители вагона получают питание от генератора через выпрямитель, который собран на кремниевых вентилях В2-200 по трехфазной мостовой схеме. Для питания потребителей на стоянках в пути следования, а также при замед­ленном движении поезда, установлена аккумуляторная батарея, которая включена параллельно с генератором через выпрямитель и работает в режиме постоянного подзаряда.

289

Компрессионная установка получает питание от генератора или батареи. Для включения цепей электродвигателей компресси­онной установки, циркуляционного насоса и вентиляционного агрегата предусмотрены соответствующие контакторы, а для ре­гулирования частоты их вращения — резисторы. Основные цепи освещения вагона (люминесцентные лампы) получают питание от машинного преобразователя, а служебные и аварийные цепи (лампы накаливания) от генератора или батарей через стабили­затор с выходом напряжения ПО В постоянного тока.

От системы электроснабжения получают также питание вспо­могательные потребители (электрокипятильник, водоохладитель питьевой воды, розетки пылесоса и электроплитки, электродвига­тель насоса). Цепи контроля нагрева букс, вызова проводника, цепи противогазного устройства и сигнализации окончания налива воды получают питание напряжением 50 В, а цепи контроля системы отопления — питание напряжением 24 В. Цепи управле­ния работой холодильной установки и электрокалорифера выпол­нены на напряжение ПО В, а вентилятора — на 132—150 В.

Система электроснабжения имеет соответствующие контрольно-измерительные аппараты и аппараты сигнализации и защиты. Предусмотрена возможность аварийного отключения источников питания и цепей всех потребителей вагона (за исключением ава­рийного освещения, концевых сигнальных фонарей и цепей кон­троля нагрева букс).

Анализируя системы индивидуального электроснабжения, мо­жно заметить, что в первом случае, когда вагоны не снабжены холодильными установками и потребляемая мощность мала, система достаточно рациональна. Однако во втором случае, когда необходимая мощность значительна, подобная система громоздка, дорога и недостаточна для питания всех потребителей на стоянке.

На стоянках поезда потребители электроэнергии получают питание от аккумуляторной батареи. Это вынуждает применять электродвигатели постоянного тока и тем самым не позволяет использовать надежные в работе холодильные установки с бес-сальниковыми компрессорами со встроенными асинхронными двигателями. Чтобы привести в действие все генераторы поезда, вагоны которого оснащены установками кондиционирования воз­духа, необходимо затратить примерно 15—20% мощности локомо­тива. При этой системе электроснабжения исключено применение электрического отопления.

Получение электроэнергии для одновременного питания уста­новок кондиционирования воздуха, электрического отопления и бытовых приборов как во время движения, так и на стоянках поезда становится возможным лишь при системе централизо­ванного электроснабжения вагонов. Одной из хорошо отработан­ных для практической эксплуатации систем является система централизованного питания электроэнергией состава пассажир­ского поезда из 15 вагонов, оборудованных электрическим отоп-

лением и установками кондиционирования воздуха, от вагона-электростанции постройки КВЗ.

В машинном отделении вагона-электростанции установлены три дизель-генераторные установки АДВЭ-200-Т/400-2А (У42В) но­ минальной мощностью по 200 кВт. Каждая установка состоит из двенадцатицилиндрового V-образного четырехтактного дизеля п трехфазного синхронного генератора ГСФ-200 (номинальное напряжение 400 В), соединенных при помощи муфты и смонти­ рованных на одной раме. Дизель-генераторные установки имеют раздельные системы охлаждения и смазки, которые обеспечивают их нормальную работу при температуре наружного воздуха — 40 ÷+40° С. Топливо находится в одном баке (в вагоне) емко­ стью 425 лив двух баках (под вагоном) общей емкостью 7000 л. Для пуска дизелей предусмотрен стартер, получающий питание от подзаряжаемой генератором аккумуляторной батареи. Электри­ ческая аппаратура, предназначенная для обслуживания дизель- генераторов, их защиты, регулирования напряжения и частоты вращения, смонтирована на щите, установленном в отделении управления. Для подключения к магистрали поезда в вагоне- электростанции имеются междувагонные соединения ШУ/РУ-205В.

Все вагоны (потребители) соединяют в последовательную электрическую цепь, в которой использованы контакты безопас­ности, встроенные в штепселн, розетки и холостые приемники (на торце вагона-электростанции и крайнего вагона состава). Потребители собственных нужд электростанции выполнены на номинальные напряжения 400/230 В трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и работают в автоматическом режиме. Для иск­лючения утечки тока через кузов вагона на рельсовый путь и предупреждения ложного срабатывания устройств СЦВ и связи между поездной магистралью и шинами вагона включен разде­лительный трансформатор.

Вагон оборудован электрической системой отопления, состоя­щей из трех групп электропечей и двухсекционного электрокало­рифера общей мощностью соответственно 19,85 и 18 кВт. В вагоне предусмотрены три цепи освещения: основная (люминесцентные лампы) переменного тока напряжением 220 В; служебная и ава­рийная (лампы накаливания) переменного или постоянного тока напряжением 50 В. Цепи контроля системы отопления питаются переменным током напряжением 48 В, а цепи управления установ­кой кондиционирования воздуха — переменным током напряже­нием 220 В.