transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Szczegółowy opis rozwiązań technicznych taboru > Układy i obowody elektryczne w pojazdach

Rodzaj urządzeń, obwodów i instalacji elektrycznych w pojazdach jest bezpośrednio uzależniony od rodzaju pojazdu kolejowego, jego przeznaczenia oraz systemów i wyposażenia jakie w pojeździe zastosowano. Różnorodność rozwiązań jest też podyktowana rozwojem elektrotechniki, energoelektroniki oraz powszechnie obecnie stosowanych układów opartych o sterowanie mikroprocesorowe w tym sterowniki PLC. W nowobudowanych pojazdach poza typową instalacją elektryczną stosowane są zaawansowane magistrale komunikacyjne do cyfrowej transmisji danych BUS pomiędzy urządzeniami sterowanymi mikroprocesorowo. Przykładem powszechnie stosowanej magistrali komunikacyjnej w pojazdach szynowych, jak i w innych środkach transportu, czy maszynach, jest magistrala CAN (Controlled Area Network).


Przykładowy schemat sieci CAN w pojeździe
widok na terminalu diagnostycznym, na pulpicie

Do transmisji danych w pojazdach szynowych stosuje się również sieci ETHERNET i im podobne, które mają znacznie szybszą przepustowość od sieci CAN stąd są wykorzystywane np. do systemów: informacji pasażerskiej, monitoringu, łączności głosowej (Interkom) itp.

Obecnie produkowane pojazdy są powszechnie wyposażone w układy diagnostyki pokladowej. Dzięki połączniu najważniejszych urządzeń, sterowników i systemów magistralami komunikacyjnymi, główny sterownik pojazdu (komputer pokładowy) otrzymuje informacje o parametrach ich pracy. Dzięki temu maszynista jak i obsługa techniczna ma bieżący podgląd pracy poszczególnych układów w pojeździe, w tym nieprawidłowości działania, czy awarii. Diagnostyka taka jest możliwa na pokładzie pojazdu, ale również w formie zdalnej (online), gdy pojazd jest wypsoażony w opdowiednie moduły komunikacyjne do bezprzewodowej transmisji danych.


Przykładowy główny sterownik mikroporocesorowy pojazdu (komputer pokładowy)



Przykładowy sterowniki mikroprocesorowe układu hamulcowego


Przykładowy sterownik drzwi pasażerskich

Poniższe fotografie przedstawiają wybrane terminale kontrolno-diagnostyczne zamontowane na pulpitach sterowniczych w kabinach, na których wyświetlane są informacje o parametrach pracy pojazdu i stanie poszczególnych układów i systemów. Wyświetlane informacje pochądzą z głównego sterownika pojazdu (komputera pokładowego), który przez odpowiednie interfejsy komunikacyjne komunikuje się ze sterownikami poszczególnych układów i systemów.

   

   

   

   
Terminale kontrolo - diagnostyczne na pulpitach

Diagnostyka pokładowa stosowana jest nie tylko w pojazdach trakcyjnych, ale również doczepnych - wagonach pasażerskich. Nowoczesne wagony posiadają analogiczne rozwiazania dotyczące diagnostyki i kontroli, w tym magistrale komunikacyjne.

 
Terminal diagnostyczny w szafie apratowej wagonu pasażerskiego


Rozbudowana diagnostyka stała się możliwa dzięki rozwojowi zaawansowanej elektroniki i sterowania komputerowego. W starszego typu pojazdach diagnostyka układów pokładowych jest znacznie mniej rozbudowana. Informacje o nieprawidłowościach działania urządzeń są wyświetlane np. w postaci wskazań lampek sygnalizacyjnych, a w wielu rozwiązaniach nie ma żadnej informacji o tym, który podzespół pojazdu nie działa prawidłowo lub dlaczego dany układ nie działa prawidłowo. Niesprawność objawia się po prostu brakiem możliwości realizacji konkretnych funkcji. Przykładowo, brak możliwości ruszenia pojazdem objawia się tym, że po prostu pojazd nie rusza. A to z jakiego powodu, często musi być lokalizowane w pojeździe poprzez bezpośrednią weryfikację stanu poszczególnych urządzeń. W takiej sytuacji nieodzowne staje się doświadczenie maszynisty, czy też obsługi technicznej, w tym bardzo dobra znajomość budowy pojazdu oraz wiedza z zakresu techniki, w tym często elektrotechniki. Nowoczesna diagnostyka znacznie usprawnia pracę. Mimo, że naprawa awarii wymaga często specjalistycznej wiedzy i narzędzi (systemy mikroprocesorowe, oprogramowanie, energoelektronika), to zlokalizowanie nieprawidłowości, czy usterki jest znacznie prostsze i szybsze. A dzięki komunikacji online z pojazdem, również przygotowanie serwisu do wdrożenia prac serwisowych jest sprawniejsze, gdyż o tym co się dzieje wiadomo w czasie rzeczywistym, a nie dopiero gdy pojazd dojedzie (zostanie doholowany) do bazy serwisowej.


Pod względem układów i urządzeń elektrycznych w pojazdach zastosowanych jest wiele różnych rozwiazań, często dedykowanych dla konkretnego typu pojazdu. Okablowanie prowadzone po pojazdach wymaga odpowiedniego dobrania przekroju przewodów do pełnionych funkji, obciążeń prądowych, warunków zabudowy, zakłóceń elektromagnetycznych itd. Przykładowo w trójczłonowym elektrycznym zespole trakcyjnym zabudowanych jest około 30 kilometrów przewodów i kabli elektrycznych. Instalacja elektryczna prowadzona jest w formie pojedynczych kabli / przewodów lub przewody grupowane są w wiązki. Instalacja elektryczna zabudowywana jest w osłonach, korytkach kablowych, czy kanałach.

   

   
Instalacje elektryczne - przykłady

 

W pojazdach trakcyjnych wyróżniamy obwody elektryczne w odniesieniu do wartości i przeznaczenia napięć. Główny podział dzieli obwody elektryczne pojazdu na obwody wysokiego napięcia (WN) i obwody niskiego napięcia (NN).

a) Obwody WN to wszystkie obwody wysokiego napięcia w pojeździe. Dzielą się na obwód główny i obwody pomocnicze.
- Obwód główny WN to obwód trakcyjny, w którego skład wchodzą wszystkie urządzenia zasilania wysokim napięciem związane z napędem pojazdu.
- Obwody pomocnicze WN to obwody wysokiego napięcia zasilające urządzenia wysokiego napięcia spoza obwodu głównego - np. ogrzewanie, przetwornice pokładowe itp.


b) Obwody NN to obwody sieci pokładowej (niskiego napięcia), służące do zasilania urządzeń pomocniczych takich jak np. aparatura sterownicza, urządzenia wewnętrzne oraz do ładowania baterii akumulatorów itp. Zasilanie sieci NN odbywa się w pojazdach elektrycznych z przetwornic pokładowych, natomiast w pojazdach spalinowych z generatorów prądu. Przetwornice pokładowe przetwarzają energię elektryczną z obwodu pomocniczego WN (napięcie z sieci trakcyjnej) na napięcia wykorzystywane w sieci pokładowej (np. 24 V DC, 3x400 V AC, 110 V DC, 230 V AC itp.) Ilość napięc pokładowych i wartość tych napięć zależy od wyposażenia i układów zastosowanych na pojazdach. Generatory w pojazdach spalinowych to prądnice, które napędzane przez silnik spalinowy wytwarzają energię elektryczną o odpowiednich dla danego pojazdu wartościach napięć.


Szczegółowa architektura obwodów elektrycznych w pojazdach jest zależna od konkretnych rozwiązań i wymagań. Na przestrzeni lat wraz z rozwojem elektrotechniki i elektroniki wprowadzonych zostało wiele rozwiazań nowatorskich i często odmiennych od tych, które były przez wiele lat stosowane. W zakresie stoswanych obwodów elektrycznych bardzo istotny jest rodzaj pojazdu, rodzaj trakcji do której pojazd jest zaliczany oraz rodzaj napędu jaki zastosowany jest w pojeździe trakcyjnym. Kliknij tutaj i zobacz opis elektrycznych napędów i silników trakcyjnych.

Poniżej znajdują się odnośniki do działów, omawiających obowdy elektryczne i urządzenia stosowane w pojazdach kolejowych.


Obwody i urządzenia elektryczne w pojazdach elektrycznych

 


Obwody i urządzenia elektryczne w pojazdach spalinowych




Układy zasilania wagonów energią elektryczną




Układy zasilania zewnętrznego pojazdów (peronowego)



Baterie akumulatorów