Этапы повышения надежности конструкции импульсных реле железнодорожной автоматики

В железнодорожной автоматике применяются реле, работающие в импульсном режиме и коммутирующие своими контактами цепи значительной мощности при различном характере нагрузок - емкостной, индуктивной, активной и в любом их сочетании. Обмотки реле могут непосредственно подключаться к кабельной или воздушной линии, рельсовой цепи, которые, как известно, обладают высоким уровнем различного рода помех и подвержены воздействию грозовых разрядов.

Наибольшее применение импульсные реле получили в системах железнодорожной автоматики в качестве путевого приёмника импульсных рельсовых цепей, контролирующих целостность рельсовых нитей на станциях и перегонах. Устанавливаются эти реле, как в специальных отапливаемых релейных помещениях, так и в неотапливаемых релейных шкафах. В этих сложных условиях реле должно работать четко, надежно и не создавать опасных отказов в работе железнодорожной автоматики и телемеханики угрожающих безопасности движения поездов.

В устройствах железнодорожной автоматики длительное время применялись импульсные реле типа ИМШ1 для работы в рельсовых цепях постоянного тока и ИМВШ-110 для работы в рельсовых цепях переменного тока, реле устанавливались в релейные шкафах и на стативах в релейных помещениях. [1]

Импульсное малогабаритное штепсельное реле ИМШ состоит из постоянного магнита, катушки, внутри которой размещается якорь с подвижными контактами, магнитопровода с четырьмя полюсными наконечниками, регулировочных винтов, якорь укреплён на металлическом основании.

Контактная система состоит из подвижных и неподвижных контактов и рассчитана на 20 миллионов переключений электрических цепей постоянного тока 0,5А при напряжении до 16 В. Детали реле закрыты прозрачным колпаком с ручкой.

Импульсное малогабаритное штепсельное реле ИМВШ-110 используется в качестве путевого реле в импульсных рельсовых цепях переменного тока. Внутри этого реле на корпусе укреплена панель с выпрямителем, состоящим из 4 кремниевых диодов. В остальном конструкция этого реле такая же, как и у реле ИМШ1. [2, с.67]

Основными недостатками этих реле являются: большие габариты, масса около 2 килограмм, наличие ненадёжной контактной системы, которая затрудняет эксплуатацию реле и ухудшает его действие.

С целью увеличения ресурса работы вместо реле типа ИМВШ-110 в 1983 году было разработано и внедрено на железных дорогах технологичное, более низкое по стоимости реле ИВГ, в качестве переключающего контакта в котором применён ртутный магнитоуправляемый герметизированный контакт (геркон). [1]

Геркон представляет собой контактные пружины, выполненные из магнитомягкого материала, помещённые в стеклянную ампулу. Ампулу заполняют инертным газом или создают в ней вакуум. В обоих случаях практически отсутствует искрообразование и коррозия контактов. Коммутационный ресурс геркона в 10 раз выше износостойкости обычных (негерметизированных) металлокерамических контактов на основе серебра. Реле на их основе имеют меньшие габариты, стабильное сопротивление контактов, большой ресурс, высокое быстродействие, не подлежат регулировке в процессе эксплуатации. Многолетний опыт эксплуатации реле типа ИВГ в качестве путевого импульсного приёмника числовой кодовой автоблокировки дал как положительные, так и отрицательные результаты. Реле ИВГ проработали без профилактического ремонта более 10 лет, притом, что реле типа ИМВШ-110 требует ежегодного профилактического ремонта, связанного с заменой и регулировкой контактов. [3, с.17]

Однако и реле ИВГ имеет существенные недостатки. Оно может применяться зимой только при наличии подогрева, так как ртуть замерзает при температуре минус 38 градусов. Второй недостаток этого реле – случаи перемыкания ртутью всех трех контактов (размыкающего, переключающего и замыкающего) одновременно, которое само не устраняется. Для восстановления работы ртутного геркона требуется внешнее вмешательство – геркон необходимо встряхнуть. Поэтому ИВГ не относится к реле 1 класса надёжности, работа контактов должна проверяться схемой работы дешифратора, но и перемыкание контактов приводит к остановке работы дешифратора и, как следствие, к остановке движения поездов на данном участке. Данные отказы особенно характерны для герконов первого поколения с натриевой амальгамой. В герконах с меднооловянной амальгамой количество подобных дефектов значительно меньше. Тем не менее, в общем числе неисправностей отказы такого вида преобладают. Поэтому со временем реле ИВГ начали модифицировать. [1] [3]

С 1993 года в связи с изменением величин напряжения срабатывания и отпускания реле ИВГ стали называться ИВГ-М. В результате модернизации ИВГ-М было создано реле ИВГ-В с внутренним расположением геркона. В модернизированном реле была изменена конструкция магнитной системы и введена светодиодная индикация работы геркона, усовершенствован искрогасительный контур. [5, с. 388, 392]

Однако, несмотря на модернизацию приборов серии ИВГ такие дефекты, как временное перемыкание контактов герконов амальгамой продолжали иметь место и составляли большую долю отказов всех приборов. Одним из эффективных путей устранения рассмотренного недостатка является автоматический контроль за состоянием реле и включение резервного реле в случае его отказа. С этой целью был разработан импульсный путевой приемник ИВГ-КР и ИВГ-КРМ. В этих конструкциях реле применено дублирование герконов. При выходе из строя одного геркона автоматически включается другой геркон. В ИВГ-КРМ применена схема автоматического включения подогрева в зависимости от температуры воздуха. Однако эти реле существенно сложнее и дороже первых типов реле ИВГ и не исключают отказы из-за перечисленных выше недостатков реле этой серии. Ещё одним недостатком реле с ртутным герконом являются трудности, связанные с его обслуживанием и утилизации. [3, с.17]

Качественным прорывом в модернизации реле серии ИВГ стало изобретение цифрового импульсного реле типа ИВГ-Ц. Современный электронный прибор обладает повышенной износостойкостью, которая обеспечивается использованием полупроводниковых коммутаторов вместо механических контактов. Повышенная надёжность и безопасность, обеспечивается наличием электронного контроля работы реле ИВГ-Ц и отсутствием изменения электрических параметров в процессе эксплуатации. В реле ИВГ-Ц устойчивость к импульсным помехам и перенапряжениям, обеспечивается использованием элементов защиты входных цепей, цепей питания и выходных коммутаторов. Работоспособность реле ИВГ-Ц контролируется по системе автоматизированного диспетчерского контроля, для передачи контрольной информации в реле существуют необходимые выводы диспетчерской сигнализации.

Реле ИВГ-Ц предусматривает возможность автоматического переключения на резервное путевое реле (ИВГ и ИМВШ) в случае возникновения защитного отказа. Температурный диапазон реле ИВГ-Ц до плюс 80 градусов, а наглядность его работы обеспечивается за счёт использования светодиодных индикаторов.

Реле импульсное путевое ИВГ-Ц предназначено для работы в кодовых рельсовых цепях переменного тока и устанавливается в сигнальных установках числовой кодовой автоблокировки с одним импульсным путевым реле.

Отличие ИВГ-Ц-В от ИВГ-Ц состоит в способе питания реле: ИВГ-Ц питается от источника постоянного пульсирующего тока, а ИВГ-Ц-В — от источника переменного тока. [4]

Следует отметить, что микропроцессорные устройства и приборы стоят значительно дороже контактных релейных систем и подвержены влиянию грозовых перенапряжений, то есть выходят из строя при ударах молнии вблизи расположения оборудования.

В настоящее время с целью устранения недостатков ртутных и цифровых реле, а именно исключения зависимости работы реле от минусовых температур, проблем, связанных с перекрытием контактов и утилизации реле, грозовых перенапряжений разработано импульсное реле ИВГ-С с применением сухого геркона МКС-27103. Реле ИВГ-С полностью заменяет реле типа ИВГ и его разновидности, а также электронное реле ИВГ-Ц. Так как по своим техническим характеристикам серийный геркон МКС-27103 по числу срабатываний на нагрузки, даже в 3-5 раз меньше требуемых, выдерживает на три порядка меньшее число срабатываний по сравнению с герконом МКСР-45181, то для равноценной замены указанных выше реле новое реле типа ИВГ-С выполнено гибридным. В нем с целью увеличения количества срабатываний геркона МКС-27103 нагрузка на его контакты уменьшена до 1-2 мА, а для коммутации больших нагрузок используются полевые транзисторы.

Реле выдержало стендовые испытания в составе аппаратуры рельсовой цепи и показало хорошие результаты. Оно отличается простотой и в 5 раз дешевле электронного аналога ИВГ-Ц. Сейчас планируется провести его дальнейшие испытания и возможно внедрение на железных дорогах России.

Применение сухих герконов совместно с мощными полевыми транзисторами позволяет создать простые, недорогие, быстродействующие и экологически чистые устройства для коммутации больших токовых нагрузок, которые могут устойчиво работать в широком диапазоне температур. [1]

Литература:

1. Реле импульсные путевые типа ИВГ-С. ООО «НТЦ ИТ». www.rmcip.ru

2. Основы железнодорожной автоматики и телемеханики. В.С.Дмитриев, И.Г.Серганов. Учебник 1988г.

3. Импульсный путевой приёмник ИВГ-КРМ. Журнал «АСИ» №11 2008г.

4. Реле импульсное путевое ИВГ-Ц, ИВГ-Ц-В. stalenergo.ru

5. Аппаратура ж.д. автоматики и телемеханики. В.И.Сороко. том 1. 2000г.