Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВОПРОСОВ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТОФОРОВ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

3.1. Исследование влияния емкостей между соседними парами жил сигнального кабеля на функционирование светофора

В общем объеме инфраструктуры устройств автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта значительная часть светофоров располагается на большом расстоянии от устройств управления. В частности, это относится к стан- ционным светофорам с централизованным питанием и управлением от поста электрической централизации или к системам автоматики с централизованным управлением объектами. При этом возникает вопрос о необходимости исключе- ния засветки ненадлежащего показания светофора, которая может возникать из-за влияния паразитных емкостей, существующих между жилами сигнальных кабе- лей.

Практически это решается путем ограничения длины сигнального кабеля от поста управления до светофора, которая задается в соответствующих норматив- ных документах [106, 107]. Типичные погонные параметры наиболее широко применяемых кабелей СЦБ: емкость между жилами кабеля С_ж = 1000 нФ/км, со- противление жилы кабеля R_ж = 25 Ом/км при диаметре жилы d_ж = 1,0 мм [108]. Очевидно, что приведенное значение емкости ориентировочно, так как геометри- ческое пространственное расположение жил в кабеле и их скрутках между собой не может быть определено достаточно точно. Для компенсации падения напряже- ния в длинных сигнальных кабелях требуется увеличение количества параллельно включенных жил кабеля. При этом изменяется соотношение емкостей между жи- лами внутри одной сигнальной пары и между различными сигнальными парами
показаний светофора. Поэтому введение параллельно включенных жил кабелей при неопределенности величин названных емкостей может ухудшить условия для появления засветки ненадлежащего показания светофора. Кроме того, примене- ние сигнальных кабелей с парной скруткой жил усложняет анализ и практический учет негативного влияния емкости как между основной парой жил светофора, так и между этой и другой парой в другой скрутке показания светофора. В настоящее время вопрос определения максимальной длины сигнальных кабелей решается эмпирически и не обладает достаточной степенью точности и гарантированности не появления эффекта засветки ненадлежащего показания.
Как указывается в [106], при больших длинах кабеля для исключения за- светки ненадлежащего сигнала светофора иногда приходится размещать сигналь- ные жилы для различных показаний светофора в отдельных кабелях. Это приво- дит к возрастанию стоимости кабельных сетей, обусловливает увеличение экс- плуатационных расходов и снижение надежности работы станционных устройств СЦБ.
Проблема исключения засветки обостряется в настоящее время в связи с широким внедрением светодиодных светофоров, которые обладают существенно меньшим потреблением мощности по отношению к светофорам с лампами нака- ливания, что обусловливает намного большую степень влияния емкостей в кабеле на возможность появления засветки ненадлежащего показания [73]. Кроме того, необходимость пропуска тяжеловесных поездов требует увеличения длин станци- онных путей, что приводит к увеличению длин сигнальных кабелей.
В качестве излучателя светодиодного светофора используется светодиодная матрица (СДМ), состоящая, как было показано выше, из светодиодов суммарным количеством равным: k = m∙n, где m – число параллельно включенных цепочек, каждая из которых состоит из n последовательно соединенных единичных свето- диодов.
Выполним анализ функционирования светофора с удаленным управлением по кабельной линии с учетом негативного влияния паразитных емкостей между
жилами кабеля по одной сигнальной паре и между парами различных показаний светофора.
Известно, что питание станционного светофора по кабелю осуществляется от источника переменного напряжения U_вх (обычно 220 В) частоты f = 50 Гц, где требуемое снижение напряжения непосредственно для излучателя осуществляется при помощи сигнального трансформатора СТ. При необходимости вводится соот- ветствующий выпрямитель с источником тока для формирования токов через све- тодиоды СДМ.
Рассмотрим вольтамперные характеристики (ВАХ) лампы накаливания и светодиода (рисунок 3.1, а, б). Очевидно, что если вольтамперная характеристика лампы накаливания с некоторой степенью приближения может быть принята за линейную, то для СДМ эта характеристика является существенно нелинейной.