Решения для устройств защиты от перенапряжения и ограничения напряжения на железных дорогах и транспорте

Зачем защищать?

Защита железнодорожных сетей: поезда, метро, ​​трамваи

Железнодорожный транспорт в целом, будь то подземный, наземный или трамвайный, уделяет большое внимание безопасности и надежности движения, особенно безусловной защите людей. По этой причине все чувствительные, сложные электронные устройства (например, системы управления, сигнализации или информации) требуют высокого уровня надежности для удовлетворения требований безопасной эксплуатации и защиты людей. По экономическим причинам эти системы не обладают достаточной диэлектрической прочностью для всех возможных случаев воздействия перенапряжения, поэтому оптимальная защита от перенапряжения должна быть адаптирована к конкретным требованиям железнодорожного транспорта. Стоимость комплексной защиты электрических и электронных систем на железных дорогах от перенапряжения составляет лишь небольшую часть от общей стоимости защищенной технологии и небольшие инвестиции в отношении возможных косвенных убытков, вызванных отказом или разрушением оборудования. Повреждения могут быть вызваны воздействием перенапряжения как при прямом, так и при непрямом ударе молнии, коммутационных операциях, отказах или из-за высокого напряжения, наведенного на металлические части железнодорожного оборудования.

Основным принципом оптимальной конструкции защиты от перенапряжения является сложность и согласованность устройств защиты от перенапряжения и уравнивания потенциалов прямым или косвенным подключением. Сложность обеспечивается установкой устройств защиты от перенапряжения на всех входах и выходах устройства и системы, что обеспечивает защиту всех линий электропередач, сигналов и интерфейсов связи. Координация защит обеспечивается последовательной установкой SPD с различными защитными эффектами в правильном порядке, чтобы постепенно ограничивать импульсы импульсного напряжения до безопасного уровня для защищаемого устройства. Устройства ограничения напряжения также являются важной частью комплексной защиты электрифицированных железнодорожных путей. Они служат для предотвращения недопустимого высокого напряжения прикосновения к металлическим частям железнодорожного оборудования, устанавливая временное или постоянное соединение токопроводящих частей с обратным контуром тяговой системы. Этой функцией они защищают в первую очередь людей, которые могут коснуться этих открытых проводящих частей.

Что и как защитить?

Устройства защиты от перенапряжения (УЗИП) для вокзалов и железных дорог

Линии питания переменного тока 230/400 В

Железнодорожные станции служат в первую очередь для остановки поезда для прибытия и отправления пассажиров. В помещениях есть важная информация, система управления, контроля и безопасности для железнодорожных перевозок, а также различные объекты, такие как залы ожидания, рестораны, магазины и т. места, они могут быть подвержены риску отказа в цепи тягового питания. Для обеспечения бесперебойной работы этих устройств на линиях питания переменного тока должна быть установлена ​​трехуровневая защита от перенапряжения. Рекомендуемая конфигурация устройств защиты от импульсных перенапряжений LSP следующая:

• Главный распределительный щит (подстанция, ввод линии электропередачи) - SPD Type 1, например FLP50, или комбинированный разрядник тока молнии и разрядник перенапряжения Тип 1 + 2, например FLP12,5.
• Вспомогательные распределительные щиты - второй уровень защиты, SPD Type 2, например СЛП40-275.
• Технология / оборудование - защита третьего уровня, SPD Type 3,

- Если защищаемые устройства расположены непосредственно в распределительном щите или рядом с ним, то рекомендуется использовать SPD Тип 3 для монтажа на DIN-рейку 35 мм, например СЛП20-275.

- В случаях прямой защиты цепей розеток, к которым могут быть подключены ИТ-устройства, такие как копировальные аппараты, компьютеры и т. Д., Тогда подходит SPD для дополнительного монтажа в розеточные коробки, например FLD.

- Большая часть современной техники измерения и контроля управляется микропроцессорами и компьютерами. Следовательно, помимо защиты от перенапряжения, необходимо также устранить эффект радиочастотных помех, которые могут нарушить правильную работу, например, «замораживая» процессор, перезаписывая данные или память. Для этих приложений LSP рекомендует FLD. Возможны и другие варианты в зависимости от требуемого тока нагрузки.

Помимо собственных железнодорожных зданий, другой важной частью всей инфраструктуры является железнодорожный путь с широким спектром систем контроля, мониторинга и сигнализации (например, сигнальные огни, электронная блокировка, пересечение барьеров, счетчики колес вагонов и т. Д.). Их защита от воздействия скачков напряжения очень важна с точки зрения обеспечения безотказной работы.

• Для защиты этих устройств подходит установка SPD типа 1 в стойку источника питания или даже лучший продукт из диапазона FLP12,5, SPD Type 1 + 2, который, благодаря более низкому уровню защиты, лучше защищает оборудование.

Для железнодорожного оборудования, которое подключается непосредственно к рельсам или близко к ним (например, счетное устройство вагонов), необходимо использовать FLD, устройство ограничения напряжения, чтобы компенсировать возможные разности потенциалов между рельсами и защитным заземлением оборудования. Он разработан для удобного монтажа на DIN-рейку 35 мм.

Коммуникационные технологии

Важной частью железнодорожных транспортных систем также являются все коммуникационные технологии и их надлежащая защита. Могут быть разные цифровые и аналоговые линии связи, работающие на классических металлических кабелях или без проводов. Для защиты оборудования, подключенного к этим цепям, можно использовать, например, следующие ограничители перенапряжения LSP:

• Телефонная линия с ADSL или VDSL2 - например, RJ11S-TELE на входе в здание и рядом с защищаемым оборудованием.
• Сети Ethernet - универсальная защита для сетей передачи данных и линий в сочетании с PoE, например DT-CAT-6AEA.
• Коаксиальная антенная линия для беспроводной связи - например, DS-N-FM

Линии сигналов управления и данных

Линии измерительного и регулирующего оборудования в железнодорожной инфраструктуре, конечно, также должны быть защищены от воздействия скачков и перенапряжений, чтобы поддерживать максимально возможную надежность и работоспособность. Примером применения защиты LSP для сетей передачи данных и сигналов может быть:

• Защита сигнальных и измерительных линий к железнодорожному оборудованию - ОПН ST 1 + 2 + 3, например FLD.

Что и как защитить?

Устройства ограничения напряжения (VLD) для вокзалов и железных дорог

Во время нормальной эксплуатации на железных дорогах из-за падения напряжения в обратной цепи или в связи с состоянием отказа может возникнуть недопустимое высокое напряжение прикосновения на доступных частях между обратной цепью и потенциалом земли или на заземленных открытых проводящих частях (полюсах). , поручни и другое оборудование). В местах, доступных для людей, таких как железнодорожные станции или пути, необходимо ограничить это напряжение до безопасного значения, установив устройства ограничения напряжения (VLD). Их функция - установить переходное или постоянное соединение открытых проводящих частей с обратной цепью в случае превышения допустимого значения напряжения прикосновения. При выборе VLD необходимо учитывать, требуется ли функция VLD-F, VLD-O или обоих, как определено в EN 50122-1. Открытые токопроводящие части воздушных или тяговых линий обычно подключаются к обратному контуру напрямую или через устройство типа ВЛД-Ф. Так, устройства ограничения напряжения типа ВЛД-Ф предназначены для защиты в случае неисправностей, например, короткого замыкания системы электрической тяги с открытой токопроводящей частью. Устройства типа VLD-O используются в нормальном режиме работы, то есть они ограничивают повышенное напряжение прикосновения, вызванное потенциалом рельса во время движения поезда. Функция устройств ограничения напряжения не является защитой от молнии и коммутационных скачков. Эта защита обеспечивается устройствами защиты от перенапряжения (SPD). Требования к VLD претерпели значительные изменения с новой версией стандарта EN 50526-2, и теперь к ним предъявляются значительно более высокие технические требования. Согласно этому стандарту ограничители напряжения VLD-F относятся к классу 1, а типы VLD-O относятся к классу 2.1 и классу 2.2.

LSP защищает железнодорожную инфраструктуру

Избегайте простоев системы и сбоев в железнодорожной инфраструктуре

Бесперебойная работа железнодорожной техники зависит от правильного функционирования множества высокочувствительных электрических и электронных систем. Однако постоянной доступности этих систем угрожают удары молнии и электромагнитные помехи. Как правило, поврежденные и разрушенные проводники, взаимосвязанные компоненты, модули или компьютерные системы являются основной причиной сбоев и длительного поиска неисправностей. Это, в свою очередь, означает опоздание на поезда и большие расходы.

Сократите дорогостоящие сбои и минимизируйте время простоя системы… с помощью комплексной концепции защиты от молний и перенапряжения, адаптированной к вашим особым требованиям.

Причины сбоев и поломок

Это наиболее частые причины сбоев, простоев систем и повреждений в электрических железнодорожных системах:

• Прямые удары молнии

Удары молнии в контактных линиях, путях или мачтах обычно приводят к сбоям в работе или отказу системы.

• Непрямые удары молнии

Удары молнии в соседнее здание или землю. Затем перенапряжение распространяется по кабелям или индуктивно индуцированным образом, повреждая или разрушая незащищенные электронные компоненты.

• Поля электромагнитных помех

Перенапряжение может возникать, когда различные системы взаимодействуют из-за их близости друг к другу, например, системы световых указателей над автомагистралями, высоковольтные линии электропередачи и воздушные контактные линии для железных дорог.

• События в самой железнодорожной системе

Операции переключения и срабатывания предохранителей являются дополнительным фактором риска, поскольку они также могут вызывать скачки напряжения и вызывать повреждения.

На железнодорожном транспорте, как правило, следует уделять внимание безопасности и невмешательству в работу, в частности, безоговорочной защите людей. По указанным выше причинам устройства, используемые на железнодорожном транспорте, должны обладать высоким уровнем надежности, соответствующим требованиям безопасной эксплуатации. Вероятность отказа из-за неожиданно высокого напряжения сводится к минимуму за счет использования разрядников тока молнии и устройств защиты от перенапряжения производства LSP.

Защита сети переменного тока 230/400 В
Для обеспечения безотказной работы рельсовых транспортных систем рекомендуется устанавливать все три ступени УЗИП в линию электропитания. Первая ступень защиты состоит из устройства защиты от перенапряжения серии FLP, вторая ступень образована SLP SPD, а третья ступень, установленная как можно ближе к защищаемому оборудованию, представлена ​​серией TLP с фильтром подавителя ВЧ помех.

Коммуникационное оборудование и схемы управления
Каналы связи защищены SPD серии FLD, в зависимости от используемой технологии связи. Защита схем управления и сетей передачи данных может быть основана на разрядниках тока молнии FRD.

Защита от молний: вождение этого поезда

Когда мы думаем о защите от молний применительно к промышленности и стихийным бедствиям, мы думаем об очевидном; Нефть и газ, связь, производство электроэнергии, коммунальные услуги и т. Д. Но немногие из нас думают о поездах, железных дорогах или транспорте в целом. Почему нет? Поезда и операционные системы, на которых они работают, так же уязвимы к ударам молнии, как и все остальное, и последствия удара молнии в железнодорожную инфраструктуру могут быть затруднительными, а иногда и катастрофическими. Электричество - это основная часть работы железнодорожной системы, и множество деталей и компонентов, необходимых для строительства железных дорог по всему миру, многочисленны.

Поезда и железнодорожные системы подвергаются ударам и ударам чаще, чем мы думаем. В 2011 году в поезд в Восточном Китае (в городе Вэньчжоу, провинция Чжэцзян) ударила молния, которая буквально остановила его, отключив электричество. Скоростной сверхскоростной поезд врезался в вышедший из строя поезд. 43 человека погибли, 210 получили ранения. Общая известная стоимость катастрофы составила 15.73 миллиона долларов.

В статье, опубликованной в британской Network Rails, говорится, что в Великобритании «Удары молнии повреждали железнодорожную инфраструктуру в среднем 192 раза в год в период с 2010 по 2013 год, причем каждый удар приводил к задержкам на 361 минуту». Кроме того, 58 поездов в год отменялись из-за повреждения молнией ». Эти события имеют огромное влияние на экономику и торговлю.

В 2013 году один житель заснял камеру удара молнии в поезд в Японии. К счастью, удар не причинил никаких травм, но мог быть разрушительным, если бы он попал в нужное место. Благодаря им выбрали молниезащиту для железнодорожных сетей. В Японии они выбрали упреждающий подход к защите железнодорожных систем с использованием проверенных решений молниезащиты, и Hitachi является лидером в их реализации.

Молния всегда была угрозой номер 1 для работы железных дорог, особенно в недавних операционных системах с чувствительными сигнальными сетями от перенапряжения или электромагнитных импульсов (ЭМИ), возникающих в результате молнии в качестве вторичного эффекта.

Ниже приводится один из примеров использования молниезащиты на частных железных дорогах в Японии.

Линия Tsukuba Express Line хорошо известна своей надежной работой с минимальным временем простоя. Их компьютеризированные системы управления и контроля были оснащены обычной системой молниезащиты. Однако в 2006 году сильная гроза повредила системы и нарушила их работу. Hitachi попросили проконсультироваться по поводу повреждений и предложить решение.

Предложение включало внедрение систем рассеивания решетки (DAS) со следующими характеристиками:

С момента установки DAS на этих конкретных объектах не было повреждений от молнии более 7 лет. Эта успешная ссылка привела к постоянной установке DAS на каждой станции на этой линии каждый год с 2007 года по настоящее время. Благодаря этому успеху Hitachi реализовала аналогичные решения по молниезащите для других частных железнодорожных объектов (на данный момент 7 частных железнодорожных компаний).

В заключение, молнии всегда представляют угрозу для объектов с критически важными операциями и предприятиями, не ограничиваясь только железнодорожной системой, как описано выше. Любые транспортные системы, которые зависят от бесперебойной работы и минимального времени простоя, должны иметь надежную защиту своих объектов от непредвиденных погодных условий. Со своими решениями для защиты от молний (включая технологию DAS) Hitachi очень стремится внести свой вклад и обеспечить непрерывность бизнеса для своих клиентов.

Молниезащита железнодорожного транспорта и смежных отраслей

Железнодорожная среда сложна и беспощадна. Конструкция подвесной тяги буквально образует огромную антенну-молнию. Это требует системного мышления для защиты элементов, прикрепленных к рельсам, смонтированных на рельсах или находящихся в непосредственной близости от пути, от ударов молнии. Что еще более усложняет задачу, так это быстрый рост использования маломощных электронных устройств в железнодорожной среде. Например, сигнальные установки превратились из механических блокировок в сложные электронные субэлементы. Кроме того, мониторинг состояния железнодорожной инфраструктуры позволил использовать многочисленные электронные системы. Отсюда острая необходимость в молниезащите во всех аспектах железнодорожной сети. Вам поделится реальным опытом автора в области молниезащиты рельсовых систем.

Введение

Хотя в этом документе основное внимание уделяется опыту в железнодорожной среде, принципы защиты в равной степени применимы и к смежным отраслям, где установленное оборудование размещается снаружи в шкафах и связано с основной системой управления / измерения с помощью кабелей. Именно распределенный характер различных элементов системы требует более целостного подхода к молниезащите.

Железнодорожная среда

В рельсовой среде преобладает подвесная конструкция, которая образует огромную антенну-молнию. В сельской местности подвесные конструкции являются основной мишенью для грозовых разрядов. Кабель заземления наверху мачт гарантирует, что вся конструкция находится под одинаковым потенциалом. Каждая третья-пятая мачта прикреплена к рельсу возврата тяги (другой рельс используется для сигнализации). В зонах тяги постоянного тока мачты изолированы от земли, чтобы предотвратить электролиз, в то время как в зонах тяги переменного тока мачты контактируют с землей. Сложные сигнальные и измерительные системы устанавливаются на рельсах или в непосредственной близости от рельсов. Такое оборудование подвергается воздействию молнии в рельсе, которое может быть захвачено через подвесную конструкцию. Датчики на рельсе - это кабель, связанный с придорожными измерительными системами, которые привязаны к земле. Это объясняет, почему оборудование, установленное на рельсах, не только подвергается наведенным импульсам, но также подвержено кондуктивным (полупрямым) импульсам. Электропитание к различным сигнальным установкам также осуществляется по воздушным линиям электропередачи, которые в равной степени подвержены прямым ударам молнии. Разветвленная подземная кабельная сеть связывает воедино все различные элементы и подсистемы, размещенные в стальных корпусах для аппаратуры вдоль дороги, в контейнерах, изготовленных по индивидуальному заказу, или в бетонных корпусах Rocla. Это сложная среда, где правильно спроектированные системы молниезащиты необходимы для выживания оборудования. Повреждение оборудования приводит к недоступности систем сигнализации, что приводит к эксплуатационным потерям.

Различные системы измерения и сигнальные элементы

Для контроля состояния вагонного парка, а также уровней нежелательных напряжений в конструкции рельсов используются различные системы измерения. Некоторые из этих систем: датчики горячего подшипника, датчики горячего тормоза, система измерения профиля колеса, измерение веса в движении / столкновения колес, датчик перекоса тележки, измерение длинного бокового напряжения, система идентификации транспортных средств, мосты-весы. Следующие элементы сигнализации жизненно важны и должны быть доступны для эффективной системы сигнализации: рельсовые цепи, счетчики осей, обнаружение точек и силовое оборудование.

Режимы защиты

Поперечная защита указывает на защиту между проводниками. Продольная защита означает защиту между проводником и землей. Защита тройного пути будет включать как продольную, так и поперечную защиту двухпроводной цепи. Двухпутная защита будет иметь поперечную защиту плюс продольную защиту только на нейтральном (общем) проводе двухпроводной цепи.

Молниезащита на линии питания

Понижающие трансформаторы устанавливаются на H-образных мачтах и ​​защищены блоками высоковольтных разрядников от специального штыря заземления HT. Между заземляющим кабелем ВТ и конструкцией Н-мачты устанавливается низковольтный искровой разрядник колокольного типа. Н-образная мачта прикреплена к рельсу возврата тяги. На распределительном щите забора мощности в аппаратной установлена ​​трехканальная защита с использованием модулей защиты класса 1. Защита второй ступени состоит из последовательных индукторов с модулями защиты класса 2, соединенными с землей центральной системы. Защита третьей ступени обычно состоит из установленных на заказ MOV или ограничителей переходных процессов внутри шкафа силового оборудования.

Четырехчасовое резервное питание обеспечивается батареями и инверторами. Поскольку выходной сигнал инвертора поступает по кабелю к путевому оборудованию, он также подвержен ударам молнии на заднем конце, наводимым подземным кабелем. Для защиты от таких скачков установлена ​​тройная защита класса 2.

Принципы построения защиты

При проектировании защиты для различных измерительных систем соблюдаются следующие принципы:

Определите все входящие и выходящие кабели.
Используйте тройную конфигурацию пути.
По возможности создайте обходной путь для скачков энергии.
Держите систему 0 В и экраны кабелей отдельно от земли.
Используйте эквипотенциальное заземление. Воздержитесь от последовательного подключения заземления.
Не допускайте прямых ударов.

Контрзащита осей

Чтобы предотвратить «притяжение» грозовых разрядов к местному шипу земли, путевое оборудование остается плавающим. Энергия всплеска, индуцированная в хвостовых кабелях и счетных головках, установленных на рельсах, затем должна быть захвачена и направлена ​​вокруг электронной схемы (вставки) в кабель связи, который соединяет путевой блок с удаленным счетным блоком (анализатором) в аппаратной. Таким образом, все цепи передачи, приема и связи «защищены» эквипотенциальной плавающей плоскостью. Затем энергия скачка будет передаваться от хвостовых кабелей к основному кабелю через эквипотенциальную плоскость и защитные элементы. Это предотвращает прохождение импульсной энергии через электронные схемы и их повреждение. Этот метод, называемый защитой байпаса, зарекомендовал себя как очень успешный и часто используется там, где это необходимо. В аппаратной коммуникационный кабель снабжен тройной защитой для направления всей энергии скачков напряжения на землю системы.

Защита рельсовых измерительных систем

В платформенных весах и других устройствах используются тензодатчики, приклеенные к рельсам. Перенапряжение этих тензодатчиков очень низкое, что делает их уязвимыми для молнии в рельсах, особенно из-за заземления самой измерительной системы внутри ближайшей хижины. Модули защиты класса 2 (275 В) используются для разряда шин на заземление системы через отдельные кабели. Чтобы еще больше предотвратить проскальзывание рельсов, экраны экранированных кабелей витой пары обрезаны на конце рельсов. Экраны всех кабелей не заземлены, а отводятся через газоуловители. Это предотвратит попадание (прямого) шума заземления в кабельные цепи. Чтобы функционировать как экран по определению, экран должен быть подключен к системе 0V. Для полноты картины защиты система 0 В должна оставаться плавающей (не заземленной), а входящая мощность должна быть должным образом защищена в трехканальном режиме.

Заземление через компьютеры

Универсальная проблема существует во всех измерительных системах, где компьютеры используются для анализа данных и других функций. Обычно шасси компьютеров заземляются с помощью кабеля питания, и 0 В (опорная линия) компьютеров также заземляется. Эта ситуация обычно нарушает принцип удержания измерительной системы в плавающем состоянии в качестве защиты от внешних скачков молнии. Единственный способ преодолеть эту дилемму - подключить компьютер через изолирующий трансформатор и изолировать корпус компьютера от системного шкафа, в котором он установлен. Соединения RS232 с другим оборудованием снова создадут проблему с заземлением, для которой в качестве решения предлагается волоконно-оптическая линия связи. Ключевое слово - наблюдать за всей системой и находить целостное решение.

Плавание систем низкого напряжения

Безопасная практика состоит в том, чтобы внешние цепи были защищены от земли, а цепи питания были привязаны и защищены от земли. Однако низковольтное оборудование с низким энергопотреблением подвержено шумам на сигнальных портах и ​​физическому повреждению в результате скачков энергии вдоль измерительных кабелей. Наиболее эффективное решение этих проблем - установка маломощного оборудования на плаву. Этот метод был применен и реализован в твердотельных системах сигнализации. Конкретная система европейского происхождения спроектирована так, что при подключении модулей они автоматически заземляются на шкаф. Эта земля простирается до плоскости земли на платах ПК как таковых. Конденсаторы низкого напряжения используются для сглаживания шума между землей и системой 0 В. Скачки, исходящие от рельсового пути, проходят через сигнальные порты и пробивают эти конденсаторы, повреждая оборудование и часто оставляя путь для внутреннего источника питания 24 В, чтобы полностью разрушить печатные платы. И это несмотря на тройную защиту (130 В) на всех входящих и исходящих цепях. Затем было сделано четкое разделение между корпусом шкафа и шиной заземления системы. Вся молниезащита была привязана к шине заземления. Коврик заземления системы, а также броня всех внешних кабелей были подключены к шине заземления. Шкаф был спущен с земли. Хотя эта работа была проделана ближе к концу последнего грозового сезона, ни на одной из пяти станций (примерно 80 установок) не было зарегистрировано повреждений от молний, ​​хотя несколько гроз все же прошли. Следующий молниеносный сезон покажет, успешен ли этот тотальный системный подход.

Достижения

Благодаря целенаправленным усилиям и расширению установки улучшенных методов молниезащиты, неисправности, связанные с молнией, достигли поворотной точки.

Как всегда, если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу sales@lsp-international.com

Осторожно там! Посетите www.lsp-international.com, чтобы узнать обо всех ваших потребностях в защите от молний. Подпишитесь на нас в Twitter, что его цель и LinkedIn чтобы получить больше информации.

Wenzhou Arrester Electric Co., Ltd. (LSP) является полностью китайским производителем УЗИП переменного и постоянного тока для широкого круга отраслей по всему миру.

LSP предлагает следующие продукты и решения:

1. Устройство защиты от перенапряжения переменного тока (SPD) для низковольтных систем питания от 75 В до 1000 В переменного тока в соответствии с IEC 61643-11: 2011 и EN 61643-11: 2012 (классификация типовых испытаний: T1, T1 + T2, T2, T3).
2. Устройство защиты от перенапряжения постоянного тока (SPD) для фотоэлектрической энергии от 500 до 1500 В постоянного тока в соответствии с IEC 61643-31: 2018 и EN 50539-11: 2013 [EN 61643-31: 2019] (классификация типовых испытаний: T1 + T2, T2)
3. Устройство защиты от перенапряжения линии передачи сигналов, такое как защита от перенапряжения PoE (Power over Ethernet) в соответствии с IEC 61643-21: 2011 и EN 61643-21: 2012 (классификация типовых испытаний: T2).
4. Сетевой фильтр для уличных фонарей

Спасибо за внимание!