Централизованный контроль исправности выключенных светофорных ламп путем импульсного воздействия Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 681.518.5:004.052.32 А. Н. Ковкин, канд. техн. наук

Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах», Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Санкт-Петербург

ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЙ КОНТРОЛЬ ИСПРАВНОСТИ ВЫКЛЮЧЕННЫХ СВЕТОФОРНЫХ ЛАМП ПУТЕМ ИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Рассмотрен принцип контроля исправности выключенных светофорных ламп путем реализации импульсного тестового воздействия, определены параметры основных элементов схемы контроля, а также временные параметры тестирующих импульсов. В ходе изложения материала расчетным путем подтверждена возможность различения состояния нити выключенной лампы в условиях протяженных кабельных линий, предложены варианты практической реализации схем контроля.

контроль холодных нитей, различение состояний нити, мощность тестирующего воздействия, импульсное тестовое воздействие, генератор тестирующих сигналов, энергия тестирующего импульса, длительность тестирующего импульса, сопротивление зарядной цепи.

DOI: 10.20295/2412-9186-2019-5-4-450-466

Введение

Конкурентоспособность современной системы железнодорожной автоматики в значительной степени определяется наличием новых функций, способствующих улучшению эффективности управления перевозочным процессом. Ведущая роль в расширении функциональных возможностей, безусловно, принадлежит вычислительным средствам. Однако появление новых возможностей на уровне программного обеспечения зачастую сдерживается недостаточным уровнем развития силовой аппаратуры управления исполнительными объектами. Одним из основных ориентиров при разработке аппаратных средств управления светофорами в микропроцессорных системах централизации является обеспечение непрерывного мониторинга оборудования, а также наличие функций самодиагностики, позволяющих осуществлять локализацию возникающих отказов. Решение указанных задач предполагает реализацию контроля исправности светофорных ламп и линейных цепей в схемах управления светофорами при выключенном состоянии сигнальных показаний или, как принято говорить, контроля холодных нитей (КХН).

Технические решения, обеспечивающие реализацию КХН в релейных системах железнодорожной автоматики, основаны на использовании реле с обмотками, имеющими высокое сопротивление [1-3]. При исправных све-

тофорных лампах и отсутствии обрывов в цепях ламп через высокоомную обмотку реле протекает ток малой величины, обеспечивающий срабатывание реле, но не приводящий к разогреву нитей выключенных ламп. Существенным недостатком такого решения является сложность централизованного контроля нитей в условиях протяженных кабельных линий, поскольку работа реле в этом случае подвержена влиянию токов, протекающих через емкость кабеля и индуктивность намагничения сигнального трансформатора. Поэтому данный принцип контроля холодных нитей предусматривает размещение огневого реле в непосредственной близости от светофора. Это объясняет ограниченную реализацию функции КХН в релейных системах и определяет необходимость поиска иных решений, обеспечивающих устойчивое различение состояний нити лампы при значительной длине кабельной линии.

Ослабить влияние паразитных параметров контролируемой цепи на процесс обнаружения обрывов можно путем повышения мощности тестирующего воздействия. Однако увеличение мощности непрерывного воздействия до приемлемого уровня неизбежно приведет к значительному разогреву нитей выключенных ламп, что создает угрозу безопасности. Разрешить данное противоречие можно за счет тепловой инерции нитей светофорных ламп путем реализации импульсного воздействия на контролируемую цепь. Мгновенное значение мощности импульсов должно обеспечивать устойчивое различение состояния выключенной светофорной лампы при значительном удалении светофора. Среднее значение мощности импульсного воздействия и энергия импульса должны иметь достаточно малую величину, чтобы не происходил существенный разогрев холодной нити. Если функция КХН реализуется в целях диагностики, опасность представляет не факт получения ложного контроля, а возможность подсветки выключенных светофорных ламп. Поэтому аппаратные средства, реализующие функцию КХН, должны исключать возможность критичного изменения параметров тестирующих импульсов при возникновении отказов элементов.

1. Принцип выявления отказов в цепях выключенных ламп накаливания с помощью импульсного тестового воздействия и выбор параметров элементов схемы контроля холодных нитей

Контроль холодной нити путем импульсного воздействия основан на подаче в кабельную линию светофора коротких импульсов напряжения, следующих через значительные интервалы времени, и контроле электрических параметров (напряжения или тока) в цепи во время воздействия каждого импульса. Для исключения опасного воздействия на контролируемые объекты энергия тестирующего импульса должна быть ограничена значе-

нием, при котором температура нити лампы во время действия импульса не будет повышаться до величин, соответствующих появлению видимого свечения. В промежутках между импульсами происходит снижение температуры нити, и период следования импульсов должен быть достаточно большим, чтобы значение температуры по окончании действия каждого импульса находилось в безопасных пределах. Для предотвращения опасного воздействия на выключенную светофорную лампу устройства КХН должны исключать возможность увеличения энергии импульсов при возникновении отказов. Уменьшение периода следования тестовых импульсов приводит к увеличению среднего значения мощности воздействия. Поэтому, если невозможно предотвратить изменение временных параметров, уменьшение периода должно компенсироваться соответствующим снижением энергии импульса.

Эффективным способом реализации указанных требований является формирование импульсов путем периодического подключения к контролируемой цепи конденсатора, предварительно заряжаемого по цепи с высоким сопротивлением [4]. В этом случае энергия импульса будет ограничена емкостью конденсатора и величиной напряжения в конце заряда. Если частота сигнала, управляющего работой схемы, по какой-либо причине возрастет, период следования импульсов сократится, но одновременно снизится и напряжение, до которого будет успевать заряжаться конденсатор, значит уменьшится энергия, накопленная в нем на момент окончания заряда.

Схема, отражающая данный принцип контроля холодной нити, показана на рис. 1. В этой схеме конденсатор С заряжается от источника питания Цпит через резистор Язар. Разряд конденсатора на контролируемую линию реализуется путем открытия полупроводникового коммутационного элемента УТ, переключающегося под воздействием генератора тестирующих сигналов ГТС. Предполагается, что цепь управления светофорной лампой разомкнута со стороны устройств управления светофором и не влияет на процесс разряда конденсатора. Продолжительность разряда конденсатора ограничена и определяется параметрами сигнала на выходе ГТС. Ток разряда, а значит и величина изменения напряжения на конденсаторе за определенный промежуток времени зависят от состояния нити лампы. Если нить исправна - ток разряда достигает больших значений и конденсатор разряжается почти полностью. При обрыве нити ток разряда ограничен индуктивностью сигнального трансформатора и напряжение на конденсаторе в процессе разряда изменяется незначительно.

В рассматриваемом техническом решении состояние нити определяется по величине напряжения на конденсаторе в конце разряда, для чего в схеме предусмотрен компаратор К. Если нить исправна, происходит переключение компаратора и формируется импульсный сигнал, обрабатывае-

мый вычислительными средствами системы автоматики. При обрыве нити изменение напряжения на конденсаторе недостаточно для переключения компаратора и импульсы на выходе схемы отсутствуют. Определять состояние нити можно и путем измерения тока разряда, но контроль напряжения на конденсаторе является предпочтительным вариантом, поскольку конденсатор создает эффект, аналогичный интегрирующей цепи, в результате чего обеспечивается высокая защищенность схемы от мешающего воздействия импульсных помех без использования дополнительных фильтрующих цепей.

СТ

1

2 иог

3

К устройствам-управления светофором

■Схема-КХН"

т

Нить лампы исправна

Светофорная лампа

И

| итц^^-

Щ>т С 4=

К вычислительным 3 средствам

1

2

иог

3

Нить лампы оборвана

Я

тт

I I

"V—

л_

~П-

Рис. 1. Принцип импульсного тестирования холодных нитей

Ключевым вопросом при построении импульсной схемы КХН является выбор величины емкости конденсатора. В первую очередь необходимо ограничить энергию, накапливаемую в конденсаторе, на безопасном уровне, исключающем разогрев нити лампы до температуры красного каления во время воздействия тестирующего импульса. Энергия Ж, накопленная в конденсаторе при заряде, имеет прямую зависимость от величины емкости С и напряжения и. Количественно оценить энергию можно с помощью известной формулы [5]:

си2 ж и

2

Величину энергии, обеспечивающую разогрев нити до появления видимого свечения, можно определить экспериментальным путем, подключая предварительно заряженный конденсатор к нити лампы и наблюдая за состоянием нити в затемненном помещении. В ходе экспериментов, проведенных автором, установлено, что видимое свечение нити возникает при величине энергии около 0,45 Дж. Таким образом, при напряжении источника питания схемы КХН, не превышающем 30 В, и отсутствии иных факторов, вызывающих повышение температуры нити, емкость конденсатора менее 1000 мкФ обеспечивает отсутствие опасного влияния на светофорную лампу. Однако необходимо учитывать, что при управлении удаленными светофорами лампы подвержены опасному влиянию со стороны соседних цепей линии через емкость кабеля [6], т. е. нить может быть изначально нагрета до величины, значительно превышающей температуру окружающей среды, вследствие чего нагрев нити до температуры свечения может произойти при меньшей энергии тестирующего импульса. Поэтому при выборе максимально допустимой величины емкости целесообразно предусматривать многократный запас.

Минимальное значение емкости конденсатора должно выбираться из условия устойчивой работы схемы на протяженных кабельных линиях. Если емкость конденсатора будет соизмерима с рабочей емкостью контролируемой цепи, величина изменения напряжения на конденсаторе при разряде существенно возрастет, что осложнит выявление обрыва нити. С учетом этого минимальная емкость конденсатора должна многократно превышать максимально возможное значение рабочей емкости кабельной линии. Если критерием правильного выбора величины емкости в схеме КХН считать равенство коэффициентов запаса по максимальному и минимальному значениям, то при максимальной рабочей емкости цепи 0,5 мкФ оптимальная величина емкости конденсатора в схеме КХН будет находиться в диапазоне от 20 до 25 мкФ. При этом будет обеспечен запас в 40...50 раз как по условиям безопасности, так и по условиям работоспособности схемы на длинных линиях.

Не менее важным вопросом с точки зрения безопасности является выбор сопротивления зарядной цепи. Опасная ситуация может возникнуть в том случае, если в результате отказа ГТС увеличится частота следования тестирующих импульсов. В этом случае в результате динамической работы коммутационного элемента схема КХН будет функционировать как преобразователь напряжения и интенсивность опасного воздействия на выключенную лампу будет определяться уже не энергией, накапливаемой в конденсаторе, а средним значением мощности, передаваемой на лампу от источника питания. Если не рассматривать потери мощности в полупроводниковом ключе и сигнальном трансформаторе, единственным элементом, способным ограничить передаваемую мощность, является зарядный рези-

стор. Поэтому необходимо определить минимальное значение сопротивления зарядного резистора, обеспечивающее отсутствие опасного воздействия на светофорную лампу при некорректном управлении коммутационным элементом схемы. Для этого можно воспользоваться моделью, приведенной на рис. 2.

Источник воздействия

К нагрузке

Рис. 2. Модель источника воздействия при некорректном функционировании схемы КХН

Величина ЭДС в рассматриваемой модели равна напряжению источника питания схемы КХН (Цит). Внутреннее сопротивление представлено сопротивлением зарядного резистора. Нагрузкой является остальная часть схемы КХН и контролируемая цепь. Известно, что наибольшая величина мощности, передаваемой от источника воздействия в нагрузку, обеспечивается при согласованном режиме, когда внутреннее сопротивление источника равно сопротивлению нагрузки [5]. Максимальное значение мощности, передаваемой в нагрузку при согласованном режиме, можно однозначно связать с внутренним сопротивлением источника (сопротивлением зарядного резистора ^зар) следующим выражением:

и2

р _ пит

4 Язар

При известном значении мощности сопротивление резистора будет определяться следующим образом:

и2

и _ пит

зар

4р

Исходя из экспериментальных данных пороговое значение напряжения для светофорной лампы составляет 0,8 В [7]. При указанном напряжении ток через лампу мощностью 15 Вт имеет величину 0,4 А, что соответствует мощности 0,32 Вт. Согласно приведенному выражению, указанная мощность достигается при сопротивлении зарядного резистора 703 Ом. Для того чтобы исключить возникновение опасной ситуации при одновре-

менном действии нескольких неблагоприятных факторов, целесообразно предусмотреть десятикратный запас и принять минимальную величину зарядного сопротивления равной 7 кОм. Следует отметить, что чрезмерное увеличение сопротивления нежелательно, поскольку увеличивается время заряда конденсатора и соответственно возрастает необходимый интервал между тестирующими импульсами. Поэтому величину зарядного сопротивления целесообразно выбирать в диапазоне от 7 до 8 кОм.

2. Выбор временных параметров тестирующих импульсов и доказательство работоспособности схемы КХН

Следующей задачей является определение временных параметров сигнала на выходе ГТС, обеспечивающего эффективное различение исправного и неисправного состояния нити при величинах емкости конденсатора и сопротивления зарядного резистора, выбранных в соответствии с приведенными выше рекомендациями.

Для обеспечения устойчивой работы схемы продолжительность паузы между тестирующими импульсами 'п должна обеспечивать практически полный заряд конденсатора. Известно, что достижение электрической величиной 99 % от установившегося значения обеспечивается за промежуток времени, равный пяти постоянным времени электрической цепи [5]. Таким образом, требуемая продолжительность паузы 'п будет определяться следующим выражением:

'п = 5СЯзар.

Согласно данному выражению, для емкости 22 мкФ и сопротивления 7,5 кОм необходимая продолжительность паузы будет равна 0,83 с.

Необходимая длительность импульса определяется из условия обеспечения достаточного различия между напряжениями на конденсаторе в конце разряда при исправной и при оборванной нити. Для этого следует провести анализ переходного процесса, воспользовавшись упрощенными схемами, представленными на рис. 3. Нить контролируемой лампы представлена на схеме активным сопротивлением Я хн, приведенным к первичной цепи сигнального трансформатора с учетом используемого коэффициента трансформации. В целях упрощения расчетов коммутационный элемент можно отобразить переключающим контактом, поскольку сопротивление зарядного резистора Язар велико и не оказывает существенного влияния на процесс разряда конденсатора С. В силу того, что величина емкости конденсатора в схеме КХН многократно превышает емкость кабельной линии, последняя на схемах представлена только активными сопротивлением кабельных жил Ялин.

Сигнальный трансформатор отображается схемами замещения, в состав которых входит активное сопротивление обмоточного провода первичной обмотки Яп1 и приведенное к первичной цепи сопротивление провода вторичной обмотки Яп2. При надлежащем функционировании схемы ток, протекающий через холодную нить лампы, многократно превышает ток через индуктивность намагничения трансформатора. Поэтому на схеме, соответствующей исправной нити, сигнальный трансформатор представлен без индуктивности намагничения. На схеме для оборванной нити индуктивность трансформатора отражается элементом Ьо.

ИСПРАВНАЯ НИТЬ ОБОРВАННАЯ НИТЬ

Рзар КЭ Рлин Рп1 Рп2 Рзар КЭ Рп1

\—1=1—--1=1—\-1=1—|

Упит

С

Рхн Упит

т

:С 1-о

Рис. 3. Упрощенные эквивалентные схемы для расчета устройства КХН

Приведенные значения параметров вторичной цепи В2 и Л^н определяются с помощью формул:

Вп 2 = к2 Вп 2;

ВХ.н = к2 Вх.н,

где к - коэффициент трансформации сигнального трансформатора.

Неблагоприятной ситуацией с точки зрения контроля исправной нити является наибольшее значение постоянной времени ЯС-цепи, которое имеет место при максимальной протяженности кабельной линии. Наихудшими условиями для обнаружения обрыва являются минимальное значение индуктивности намагничения и минимальное сопротивление цепи, имеющее место при нулевом значении сопротивления линии.

Напряжение на конденсаторе в конце разряда на контролируемую цепь с исправной нитью ии.н при заданной длительности можно определить с помощью известного выражения для ЯС-цепи [5]:

и = и е~*/тин,

и.н нач '

где инач - напряжение на конденсаторе в начальный момент времени (при нормальной работе схемы это напряжение можно считать равным напряжению питания), В; ? - длительность процесса разряда (равна длительно-

сти импульса tn), с; тин - постоянная времени цепи разряда при исправной нити.

Обратная задача, состоящая в определении необходимой длительности импульса при заданной величине напряжения, решается следующим образом:

, u

t =_xln_JL^.

и U

нач

Постоянная времени зависит от сопротивления холодной нити, параметров сигнального трансформатора, длины линии и определяется следующим выражением:

*и.н = С ( Кин + Rп1 + К2 + ).

В случае обрыва нити конденсатор разряжается на индуктивность намагничения сигнального трансформатора и характер процесса определяется дифференциальным уравнением [8]:

г u du

LC—2 + RC— + u = 0,

о dt2 ^1 dt

где и - мгновенное значение напряжения на конденсаторе.

Корни 5*1,2 соответствующего характеристического уравнения определяются выражением:

^1,2 =~Ь±ф>2 - ®2 ,

где 8 - показатель затухания колебаний; ю0 - угловая частота незатухающих колебаний, рад/с, определяемые следующим образом:

8-

2 Lo

®0

4LC'

Если 8 >ю0, переходной процесс имеет апериодический характер и напряжение на конденсаторе в конце разряда при оборванной нити ио.н определяется следующей формулой:

1

и = и™т

>.н I "

2^182

он '->2 2 ' ®0

^е8^ + 82е81?и).

Если 8 <ю0, процесс имеет характер затухающих колебаний и напряжение на конденсаторе можно вычислить следующим образом:

и = и е ~8'

о.н пит

8 . Л соб юсв£ +-БШ

V Юсв у

где юсв - угловая частота затухающих колебаний, определяемая выражением, рад/с:

®св =Ф>20

С использованием приведенных выше формул вычисляется необходимая длительность тестирующего импульса, обеспечивающая получение заданного напряжения на конденсаторе при исправной нити лампы. После этого определяется напряжение в конце действия импульса при оборванной нити, в результате чего проверяется возможность различения исправного и неисправного состояния контролируемой цепи.

Далее приведен расчет длительности тестирующего импульса и подтверждение работоспособности схемы КХН для светофорных ламп накаливания мощностью 15 Вт, работающих в кабельной сети с удельным сопротивлением жилы 28,8 Ом/км, максимальной протяженностью линии 3 км и номинальным напряжением на выходе аппаратуры управления светофорами, равным 220 и 110 В. Опорное напряжение Цп в схеме на рис. 1 принято равным половине напряжения питания схемы. Критерием устойчивого различения состояний цепи считается выполнение следующих неравенств:

< 1 и •

ии.н 3 Ц пит ;

Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Результаты расчета, представленные в таблице 2, показывают, что при емкости конденсатора 22 мкФ необходимая длительность тестирующего импульса имеет величину около 23 мс для напряжения 220 В и около 8 мс для напряжения 110 В. Работоспособность схемы обеспечивается для обоих номинальных напряжений в кабельной сети. В то же время при напря-

жении 220 В разность между По.н и Ци.н получается меньше, что означает несколько худшую устойчивость схемы к воздействию дестабилизирующих факторов (отклонению параметров элементов, изменению величины напряжения питания, влиянию помех и т. п.).

Таблица 1

Параметр Единица измерения Значение для 220 В Значение для 110 В

С мкФ 22

Цпит В 24

Ци.н В 8

ио.н, не менее В 16

Ллин Ом 173

Яп1 Ом 80 20

к для короткой линии 17,9 9,0

к для длинной линии 16,1 7,3

Яп2 Ом 0,7

^х.н Ом 2

Ьо Гн 39 9,8

Таблица 2

Параметр Единица измерения Значение для 220 В Значение для 110 В Примечание

Шн мс 21,0 7,41 Для обоих номинальных напряжений на выходе аппаратуры управления 8 <ю0, следовательно, процесс разряда конденсатора при оборванной нити имеет характер затухающих колебаний

tu мс 23,1 8,15

Ô - 1,03 1,08

®0 рад/с 34,1 66,7

Uo.H В 17,1 20,5

3. Варианты практической реализации схем КХН

Основными задачами, которые возникают в процессе разработки схемотехнических решений для контроля холодных нитей, являются исключение возможности сообщения между цепями различных светофоров через схемы КХН, а также предотвращение взаимных влияний схемы КХН и устройств управления светофором. Наиболее простой способ решения указанных задач состоит в использовании переключающих реле и разделительных трансформаторов для каждой схемы КХН (рис. 4).

Рис. 4. Схема КХН с релейным переключением

При разряде конденсатора на контролируемую цепь в индуктивности трансформаторов накапливается энергия, и в момент закрытия полупроводникового ключа возникает ЭДС самоиндукции, способная привести к повреждению элементов схемы. Поэтому в любой схеме КХН должны предусматриваться защитные элементы, обеспечивающие ограничение напряжения на ключе. В рассматриваемом примере защитная цепь реализована в виде варистора ЯУ, включенного параллельно обмотке разделительного трансформатора РТ. Переключающее реле обеспечивает отсутствие взаимных влияний между схемой КХН и аппаратурой управления светофором, однако наличие релейного контакта может быть нежелательным, поскольку плохо сочетается с концепцией бесконтактного управления исполнительными объектами. Поэтому представляет интерес схема с бесконтактным отключением схемы КХН от контролируемой цепи, показанная на рис. 5.

К устройствам

управления

светофором

ГС

Отключение ГТС

Схема КХН

СТ

ЗЕЭ

Светофорная лампа

-УУ-УЛ-

РТ

'И

КУ

Упит Рзар_ 1УТ С;

Уоп

К вычислительным средствам

. J

Рис. 5. Схема КХН с бесконтактным отключением разрядной цепи

В данной схеме предусмотрена подача сигнала, осуществляющего выключение ГТС во время работы контролируемой светофорной лампы. При выключении ГТС транзистор УТ находится в закрытом состоянии и препятствует шунтированию схемой КХН цепи работающей лампы. Диод, включенный последовательно с транзистором, предотвращает протекание тока через паразитный диод в полупроводниковой структуре МДП-транзистора [9] при воздействии полуволны переменного напряжения, создающей отрицательный потенциал на левом выводе обмотки разделительного трансформатора.

Общим недостатком всех схем КХН, содержащих разделительный трансформатор, является заметное влияние последнего на процесс разряда конденсатора. При исправной нити сопротивление обмоток трансформатора суммируется с общим сопротивлением цепи, увеличивая напряжение на конденсаторе в конце действия тестирующего импульса. При оборванной нити индуктивность намагничения разделительного трансформатора способствует более глубокому разряду конденсатора, в результате чего напряжение в конце разряда становится меньше. Указанные факторы затрудняют различение состояний контролируемой нити и не позволяют обеспечить устойчивое функционирование схемы КХН на кабельных линиях значительной протяженности, вынуждая разработчиков прибегать к использованию усложненных алгоритмов обработки сигналов на выходе схемы КХН [10].

Решить данную проблему можно путем отказа от использования разделительного трансформатора (рис. 6). В этом случае необходимо осуществлять питание каждой схемы КХН через преобразователь напряжения (ПН) с гальванической развязкой, а в цепях передачи управляющих и контрольных сигналов использовать оптроны (УШ, УШ).

Отключение устройств 1^1 управления

♦♦ VU2 СТ

Рис. 6. Бестрансформаторная схема КХН

Если аппаратура управления светофором может оказывать влияние на процесс разряда конденсатора (например, в составе аппаратуры имеются трансформаторы), следует реализовать возможность отключения аппаратуры управления от контролируемой цепи на время работы схемы КХН. В приведенном примере это реализуется с помощью оптоэлектронного реле Уи2.

Заключение

Раннее выявление отказов светофорных ламп накаливания достигается за счет контроля холодных нитей. Эффективно реализовать данную функцию на протяженных кабельных линиях можно путем осуществления импульсных тестовых воздействий. Для гарантированного исключения подсветки выключенной лампы необходимо ограничивать энергию тестирующих импульсов. В предложенном техническом решении это достигается реализацией тестового воздействия подключением к контролируемой цепи на определенный промежуток времени предварительно заряженного конденсатора. Состояние холодной нити определяется по величине напряжения на конденсаторе в конце разряда на контролируемую цепь.

Для устойчивого определения состояния нитей ламп удаленных светофоров емкость конденсатора должна многократно превышать рабочую емкость кабельной линии. В то же время энергия, накапливаемая в конденсаторе, при наихудших условиях не должна разогревать нить до температуры красного каления. Удачным решением с точки зрения работоспособности схемы КХН на протяженных кабельных линиях и отсутствия опасного воздействия на выключенную лампу следует считать выбор емкости конденсатора в пределах 20...25 мкФ при номинальном напряжении источника питания зарядной цепи 24 В.

Сопротивление резистора в зарядной цепи должно ограничивать максимальное значение мощности, передаваемой в контролируемую цепь при некорректной работе схем, управляющих силовым ключом. Расчеты показывают, что минимальная величина зарядного сопротивления, приемлемая с точки зрения безопасности в условиях наличия взаимных влияний между цепями, составляет 7.8 кОм.

Для стабильной работы схемы конденсатор должен полностью заряжаться в интервалах между импульсами при указанном сопротивлении зарядной цепи. Данное требование выполняется, если период следования импульсов имеет величину около одной секунды.

Принципиальная возможность различения состояний холодной нити, а также необходимая длительность подключения конденсатора (длительность тестирующего импульса) определены путем анализа переходных процессов, возникающих при подключении конденсатора к контролируе-

мой цепи. По результатам анализа установлено, что устойчивая работа схемы КХН обеспечивается при длительности тестирующих импульсов в пределах от 8 до 24 мс в зависимости от рабочего напряжения контролируемой цепи.

Практическая реализация схемы КХН требует обеспечения гальванической развязки между цепями различных светофоров и исключения взаимовлияния между схемой КХН и устройствами управления светофором. Данные условия могут обеспечиваться путем использования реле и разделительных трансформаторов. Однако перспективным направлением является разработка бесконтактных схем КХН. Причем наилучших характеристик можно ожидать от схемных решений, в которых вместо разделительного трансформатора использованы индивидуальные источники питания с гальванической развязкой. Основные результаты, приведенные в данной публикации, использованы при разработке схем КХН в составе силовых модулей управления светофорами микропроцессорной централизации МПЦ-МПК [11], эксплуатируемой на объектах железнодорожного транспорта и метрополитена.

Библиографический список

1. Кононов В. А. Основы проектирования электрической централизации промежуточных станций : учебное пособие / В. А. Кононов, А. А. Лыков, А. Б. Никитин ; под ред. А. Б. Никитина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2013. - 348 с.

2. Электрическая централизация промежуточных станций с маневровой работой ЭЦ-12-03 : типовые материалы для проектирования 410305-ТМП / Институт «Гипро-транссигналсвязь», филиал ОАО «РЖД», 2006.

3. Патент на полезную модель № 125955 МПК Б61Ь. Устройство переключения и контроля двухнитевых ламп выходных светофоров / Никитин А. Б., Наседкин О. А., Прокофьев А. А. Начало действия патента 29.10.2012. Дата публикации 20.03.2013.

4. Патент на полезную модель № 139451 МПК Б61Ь. Устройство контроля холодных нитей светофорных ламп / Никитин А. Б., Ковкин А. Н., Абрамов О. А. Начало действия патента 15.11.2013. Дата публикации 20.04.2014.

5. Борисов Ю. М. Электротехника : учебник для вузов / Ю. М. Борисов, Д. Н. Липатов, Ю. Н. Зорин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1985. - 552 с.

6. Ковкин А. Н. Влияние кабельных сетей на безопасность функционирования бесконтактных устройств сопряжения / А. Н. Ковкин // Разработка и эксплуатация новых устройств и систем железнодоророжной автоматики и телемеханики : сб. науч. трудов. - СПб. : ПГУПС, 2004. - С. 51-55.

7. Ковкин А. Н. Безопасное управление удаленными светофорами в условиях использования несинусоидальных напряжений / А. Н. Ковкин // Транспорт Урала. - 2019. -№ 2. - С. 38-44.

8. Прянишников В. А. Теоретические основы электротехники : курс лекций / В. А. Прянишников. - СПб. : КОРОНА-принт, 2016. - 68 с.

9. Воронин П. А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение / П. А. Воронин. - М. : Изд. дом «Додэка-ХХ1», 2001. - 384 с.

10. Никитин А. Б. Контроль целостности нитей выключенных светофорных ламп / А. Б. Никитин, А. Н. Ковкин // Актуальные вопросы развития систем железнодорожной автоматики и телемеханики : сб. научных трудов. - СПб. : ПГУПС, 2013. -С. 80-86.

11. Сапожников В. В. Микропроцессорная система электрической централизации МПЦ-МПК / В. В. Сапожников, А. Б. Никитин // Наука и транспорт. - 2009. - № 1. -С. 18-21.

Alexey N. Kovkin «Automation and remote control on railways» department Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University, St. Petersburg

Centralized health monitoring of switched off traffic lights by impulse action

This article discusses the principle of monitoring the health of switched off traffic lights by implementing a pulsed test action, defines the parameters of the main elements of the test circuit, as well as the time parameters of the testing pulses. During the presentation of the material, the possibility of distinguishing the state of the thread of the turned-off lamp in the conditions of extended cable lines was confirmed by calculation, and options for the practical implementation of test circuits were proposed.

test of the cold filaments, the distinction between the states of the filament, power test exposure, test pulse impact, a generator of test signals, test pulse energy, the duration of the test pulse, the resistance of the charging circuit.

References

1. Kononov V. A., Lykov A. A., Nikitin A. B. Bases of design of interlocking system of intermediate stations: proc. manual [Osnovy' proektirovaniia elektricheskoi centrali-zatcii promezhutochnykh stantcif] / ed. A. B. Nikitin. 2nd ed., Rev. and extra - M. : FGBOU «Training center on education on railway transport», 2013. - 348 p.

2. Interlocking of intermediate stations with shunting operation EC-12-03: standard materials for design 410305-TMP [Elektricheskaia centralizatciia promezhutochnykh stantcir s manevrovoi' rabotoi' ETC-12-03] / OAO «RZD», branch Institute «Gipro-transsignalsvyaz», 2006.

3. The patent for useful model No 125955 IPC B61L. device for switching and controlling two- filaments lamps of output traffic lights [Ustroi'stvo perecliucheniia i kontro-lia dvukhnitevy'kh lamp vy'hodny'kh svetoforov]. Nikitin A. B., Nasedkin O. A., Prokofiev A. A. Onset of action patent on 29.10.2012. Publication date 20.03.2013.

4. The patent for useful model No 139451 MPK B61L. Control device cold filaments traffic lights [Ustroistvo kontrolia holodnykh nitei' svetofornykh lamp]. Nikitin A. B., Kovkin A. N., Abramov O. A. Onset of action patent on 15.11.2013. Publication date 20.04.2014.

5. Yu. M. Borisov, D. N. Lipatov, Yu. Zorin. Electrical engineering: Textbook for universities [Elektrotekhnika]. 2nd ed., Rev. and extra - M. : Energoatomizdat, 1985. -552 p.

6. Kovkin A. N. The impact of cable networks on the safety of the functioning of the contactless interface device [Vliianie kabel'ny'kh setei' na bezopasnosf funktcion-irovaniia beskontaktny'kh ustroi'stv sopriazheniia] // Collection of scientific works. -St. Petersburg : PGUPS, 2004. - Pp. 51-55.

7. Kovkin A. N. Safe control of remote traffic lights in the terms of non-sinusoidal voltages use [Bezopasnoe upravlenie udalenny'mi svetoforami v usloviiakh ispol'zovaniia nesinusoidal'ny'kh napriazhenii]: Transport Of The Urals. - 2019. -No 2. - Pp. 38-44.

8. Pryanishnikov V. A. Theoretical foundations of electrical engineering [Teoreticheskie osnovy elektrotehniki]: lectures. - SPb. : KORONA-print, 2016. - 68 p.

9. Voronin P. A. Power semiconductor switches: families, characteristics, application [Silovy'e poluprovodnikovy'e cliuchi: semei'stva, harakteristiki, primenenie] Moscow, Publishing house «Dodeka-XXI», 2001. - 384 p.

10. Nikitin B., Kovkin A. N. Operability check og filaments of switched-off traffic lights [Kontrof tcelostnosti nitei' vy'cliuchenny'kh svetoforny'kh lamp]. Topical issues of railway automation and telemechanics systems development. Collection of proceedings. - St. Petersburg : PGUPS, 2013. - Pp. 80-86.

11. Sapozhnikov V. V., Nikitin A. B. Computer based interlocking system MPC-MPK [Mikroprotcessornaia sistema e'lektricheskoi' centralizatcii MPTC-MPK] // Science and transport. - 2009. - No 1. - Pp. 18-21.

Статья представлена к публикации членом редколлегии А. Б. Никитиным.

Поступила в редакцию 15.07.2019, принята к публикации 20.09.2019.

КОВКИН Алексей Николаевич - кандидат технических наук, доцент, старший научный

сотрудник кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I.

e-mail: [email protected]

© Ковкин А. Н., 2019