Современные принципы организации электропитания устройств связи на железнодорожном транспорте

Введение
Актуальность. История мирового железнодорожного транспорта в его современном понимании начинается с 1825 года – с открытия первой железной дороги Стоктон – Дарлингтон в Великобритании. За многолетнюю историю железнодорожный транспорт, став основным видом путей сообщения во многих странах, оказал неоценимые услуги человечеству в развитии цивилизации. Изучение истории железнодорожного транспорта позволяет сегодня глубже осознать роль железных дорог и дает возможность принимать правильные и обоснованные решения по их развитию.
Протяженность железнодорожный путей составляет более 1,4 млн км, большую протяженность имеют только автомобильный и воздушный виды транспорта. Обеспеченность железнодорожным транспортом в мире неравномерна. По протяженности на первом месте в мире в 2012 г. находились США (225 тыс. км), на втором - Россия (87 тыс. км), на третьем - Китай (86 тыс. км). Железнодорожный транспорт имеет свои преимущества. Во-первых, он обладает большой протяженностью; во-вторых, возможность прокладки железных дорог существует практически повсеместно (за исключением высокогорных и некоторых других труднодоступных для освоения человеком районов); в-третьих, для него характерна сравнительно низкая себестоимость, сезонность практически отсутствует; наконец, он меньше загрязняет окружающую среду (например, по сравнению с автомобильным). Но этот вид транспорта имеет и свои недостатки: сравнительно небольшую грузоподъемность (по сравнению с внутренним водным, морским), более низкую скорость движения.
Научно-технический прогресс, который произошел за последние годы, очень сильно отразился на всех сферах жизнедеятельности. Не исключением стал и железнодорожный транспорт. Появляются современные вагоны, оснащенные новейшим оборудованием, запущена в работу электронная система покупки билетов и т.п. Одним из важнейших элементов любого железнодорожного состава является система связи, благодаря которой поезд поддерживает связь с железнодорожными вокзалами. Совершенствованию данной системы в последние годы посвящено достаточно много исследований. в связи с чем изучение данного вопроса является весьма актуальным.
Цель данной работы заключается в изучении современных принципов организации электропитания устройств связи на железнодорожном транспорте. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- изучен имеющийся материал по тематике исследования;
- рассмотрен современный этап развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации и за рубежом;
- изучены современные принципы организации электропитания устройств связи на железнодорожном транспорте.
В ходе выполнения данных задач применялись такие методы исследования, как анализ, синтез, описание и обобщение.
В качестве объекта исследования выступает железнодорожный транспорт, а предметом исследования является системы электропитания устройств связи на железнодорожном транспорте.
1 Современный этап развития железных дорог в передовых странах мираСовременный этап развития железнодорожного транспорта, начавшийся в 1980-х годах, – период подъема железных дорог, их модернизации и совершенствования. В 1990-х г.г. стабилизировалось сокращение железнодорожной сети в высокоразвитых странах, а в странах с недостаточной сетью продолжалось железнодорожное строительство.
В настоящее время общая длина мировой сети железных дорог составляет примерно 1,3 млн. км. Наибольшая протяженность железнодорожной сети – в США (более 270 тыс. км), Китае (более 100 тыс. км). Россия занимает третье место (87 тыс. км). Наиболее густую сеть железных дорог имеют такие страны, как Бельгия – 191,2 км и Швейцария – 121,1 км на 1000 кв.км. По протяженности сети, приходящейся на 10 тыс. чел., приоритет имеют железные дороги Новой Зеландии – 30,8 км, Канады – 25,9 км, Австралии – 24,3 км [1].
С 1980-х годов в целях прﮦеодоленﮦия эконﮦомических трﮦуднﮦостей, вызванﮦнﮦых нﮦедостатком капиталовложенﮦий для модерﮦнﮦизации и рﮦазвития технﮦических срﮦедств, потерﮦей доходов из-за конﮦкурﮦенﮦции с дрﮦугими видами трﮦанﮦспорﮦта, в стрﮦанﮦах Еврﮦопы и Амерﮦики нﮦачалось рﮦефорﮦмирﮦованﮦие железнﮦых дорﮦог.
В США, где железнﮦые дорﮦоги всегда нﮦаходились в акционﮦерﮦнﮦой собственﮦнﮦости, прﮦоходил прﮦоцесс укрﮦупнﮦенﮦия частнﮦых железнﮦодорﮦожнﮦых компанﮦий, ценﮦтрﮦализации упрﮦавленﮦия в создаваемых нﮦовых трﮦанﮦспорﮦтнﮦых объединﮦенﮦиях. «Амерﮦиканﮦская модель» рﮦефорﮦмирﮦованﮦия железнﮦых дорﮦог прﮦедполагает рﮦегулирﮦованﮦие тарﮦифов и конﮦтрﮦоль за безопаснﮦостью движенﮦия со сторﮦонﮦы государﮦственﮦнﮦых орﮦганﮦов США; прﮦедоставленﮦие железнﮦодорﮦожнﮦым компанﮦиям нﮦеобходимых государﮦственﮦнﮦых субсидий. Федерﮦальнﮦые и штатнﮦые власти выделяют бюджетнﮦые срﮦедства нﮦа покрﮦытие убытков от пассажирﮦских перﮦевозок. С конﮦца 1980-х гг. по «амерﮦиканﮦской модели» прﮦоходило рﮦефорﮦмирﮦованﮦие железнﮦых дорﮦог Японﮦии.
В стрﮦанﮦах Еврﮦопы, где большинﮦство дорﮦог нﮦаходились в государﮦственﮦнﮦой собственﮦнﮦости, Еврﮦопейский Эконﮦомический Союз (ЕЭС) осуществляет единﮦую трﮦанﮦспорﮦтнﮦую политику. В июнﮦе 1991 г. Еврﮦопейским Советом была прﮦинﮦята дирﮦектива о рﮦазвитии железнﮦодорﮦожнﮦой системы Еврﮦопейского Сообщества. Дирﮦектива орﮦиенﮦтирﮦованﮦа нﮦа прﮦиватизацию железнﮦых дорﮦог, прﮦедписывает отделенﮦие инﮦфрﮦастрﮦуктурﮦы от перﮦевозочнﮦой деятельнﮦости – это так нﮦазываемая «еврﮦопейская модель» рﮦефорﮦмирﮦованﮦия железнﮦых дорﮦог. Инﮦфрﮦастрﮦуктурﮦа остается в веденﮦии государﮦства, подвижнﮦым составом владеют частнﮦые компанﮦии.
В соответствии с рекомендациями ЕЭС во многих странах Европы прошло реформирование железных дорог. Железные дороги Франции объединены в Национальное общество французских железных дорог (СНЦФ), которое является государственной кампанией (100% акций принадлежит государству). В 1990 – 1994 гг. французские государственные железные дороги передали частным компаниям или акционерным обществам строительство новых линий, подвижного состава, погрузку грузов, уборку пассажирских вагонов и помещений вокзалов, организацию питания пассажиров. В Германии в 1994 году была образована компания «Железные дороги Германии» (DBAG), в ней создали 4 подразделения: инфраструктура, дальние пассажирские перевозки, пассажирские перевозки на малые расстояния и грузовые перевозки.
В Китае ведущей силой значительного роста железнодорожной сети является государство. В 2013 году протяженность железных дорог Китая превысила 100 тыс. км, высокоскоростных линий – 10 тыс. км. Построены Цинхай-Тибетская высокогорная железная дорога, самая длинная в мире ВСМ Пекин – Шэньчжэнь и др. С 2013 года китайские железные дороги реформируются, создана корпорация China-Railways (CRC) – государственная компания, подчиненная правительству. К 2020 г. Китай планирует увеличить протяженность железнодорожной сети до 120 тыс. км, высокоскоростных линий – до 19 тыс. км.
Сети высокоскоростного наземного транспорта (ВСНТ) начали создаваться в Японии. С 1964 г. в Японии построено более 2 тыс. км ВСМ. Система линии ВСНТ составила общенациональную сеть «Синкансен» («Поезд – стрела») общей протяженностью – 9 тыс.км. Скорость движения доведена до 260 км/ч. Железные дороги сооружены в сложных геологических условиях с большим числом тоннелей. По этим линиям перевозится около 125 млн. пассажиров в год.
В Европе сети ВСНТ созданы во Франции (1981–1997 гг.), с начала 1990-х гг. – в Германии, Италии, Испании, Швеции, Великобритании и др. В 1994 г. открылось движения высокоскоростных поездов в железнодорожном тоннеле под проливом Ла-Манш («Евротоннель»). После его сооружения между Парижем и Лондоном под проливом начал курсировать высокоскоростной поезд Eurostar. Строительство тоннелей позволяет преодолевать морские проливы беспаромным сообщением.
На рисунке 1 показана диаграмма протяженности электрифицированных железных дорог по странам мира [2].
Рисунок 1 - Протяженность электрифицированных железных дорог по странам мира [3]
Современная Россия пошла по европейскому пути. С 2001 года в нашей стране проводится структурная реформа железнодорожного транспорта, создано ОАО «Российские железные дороги».
Железнодорожный транспорт остается одним из основных видов транспорта общего пользования России. Грузооборот железнодорожного транспорта в 2016 г. достиг 2344 млрд. т/км, а его доля в общем объеме грузооборота составила 45%. На железнодорожный транспорт в России приходится почти треть всего пассажирооборота страны.
По уровню электрификации железных дорог, которая составляла 47%, Россию опережали многие европейские страны. В частности, в Швейцарии электрифицировано практически 100% железных дорог, в Швеции - 65%, в Италии, Австрии и Испании - более 50%.
Одним из инструментов повышения эффективности железнодорожного транспорта является развитие скоростных и высокоскоростных межрегиональных сообщений, которые призваны сблизить субъекты Российской Федерации.
Под скоростным движением понимается перевозка пассажиров со скоростями от 140 до 200 км/ч по модернизированным существующим линиям.
Под высокоскоростной магистралью понимают новую специализированную железнодорожную линию, предназначенную для поездов со скоростями движения от 200 до 400 км/ч.
С декабря 2009 г. скоростное и высокоскоростное движение по модернизированной инфраструктуре связывает такие регионы, как Московская, Тверская, Новгородская, Ленинградская, Владимирская и Нижегородская области.
Регулярно высокоскоростные поезда различных модификаций курсируют по следующим направлениям:
- «Сапсан» между Москвой – Санкт-Петербургом;
- «Аллегро» – между Санкт-Петербургом и Хельсинки;
- «Стриж» – между Москвой и Нижним Новгородом;
- «Ласточка» – между Санкт-Петербургом и Великим Новгородом, Москвой и Нижним Новгородом, в Сочинском регионе и др.
Ежегодно скоростные и высокоскоростные поезда ОАО «РЖД» перевозят свыше 3,2 млн пассажиров. Часть пассажирских перевозок по сети ОАО «РЖД», в частности, по направлению Москва - Санкт-Петербург, выполняется частными поездами.
Дальнейшее развитие скоростного и высокоскоростного сообщения в России определено «Программой развития скоростного и высокоскоростного движения на сети железных дорог ОАО «РЖД» на перспективу до 2020 года».
Развитие высокоскоростного движения послужит толчком для импорта прогрессивных зарубежных технологий, будет способствовать созданию новых высококвалифицированных рабочих мест.
Для реализации проектов по созданию ВСМ потребуется реализация стратегических направлений инновационного развития ОАО «РЖД», в том числе:
- совершенствование системы управления перевозочным процессом и транспортной логистики;
- обновление инфраструктуры и подвижного состава;
- совершенствование системы управления и обеспечения безопасности движения поездов и снижение рисков возникновения чрезвычайных ситуаций;
- повышение надежности работы и увеличение эксплуатационного ресурса технических средств;
- повышение экономической эффективности деятельности компании;
- повышение энергетической эффективности деятельности компании;
- разработка и внедрение новых технологий по охране окружающей среды;
- совершенствование системы технического регулирования;
- внедрение инновационных спутниковых и геоинформационных технологий [4].
Современные тенденции развития российской и мировой экономик ставят перед холдингом «РЖД» новые задачи, решение которых должно внести существенный вклад в ускорение социально-экономического развития Российской Федерации, так и обеспечить устойчивое развитие Холдинга, повышение его международной конкурентоспособности, увеличение стоимости бизнеса.
Эти цели и задачи нашли свое отражение в «Стратегии развития холдинга «РЖД» на период до 2030 г.»  определяет цели и задачи, ключевые приоритеты и проекты долгосрочного развития, дает оценку эффективности реализации представленных мероприятий для общества и акционеров. Стратегическими целями компаниями на перспективу являются:
- увеличение масштаба транспортного бизнеса;
- повышение производственно-экономической эффективности;
- повышение качества работы и безопасности перевозок;
- глубокая интеграция в евро-азиатскую транспортную систему;
- повышение финансовой устойчивости и эффективности [4].
2 Современные принципы организации электропитания устройств связи на железнодорожном транспортеДля обеспечения слаженной и бесперебойной работы всех звеньев управления железнодорожным транспортом создается сеть технологической связи. По области применения вторичные технологические сети делятся на сети общеслужебной и оперативно-технологической связи. Сети связи общеслужебного пользования и местной телефонной связи предназначены для общего руководства работой подразделений железнодорожного транспорта и должны иметь выход во взаимоувязанную сеть связи. В ряде случаев отдельные вторичные сети могут сливаться, используя общие каналы первичной сети и коммутационные устройства. Этот процесс будет проходить особенно интенсивно при внедрении на сети технологической связи интегральной цифровой системы связи, в которой передача и распределение информационных сигналов будут осуществляться в единой цифровой форме. Объединение линий и каналов в единую сеть позволит более рационально построить системы управления сетью и потоками сообщений. Различные виды технологической связи и соответствующие им сети можно классифицировать по двум основным признакам: по виду передаваемой информации и району действия.
По виду передаваемой информации вторичные сети технологической связи делятся на телефонную (речь), телеграфную (передача буквенно-цифрового текста), передачи данных, сеть передачи сигналов телеуправления и телеконтроля. Кроме того, на транспорте функционируют сети технологической радиосвязи. Сети проводной и радиосвязи существуют раздельно и по своему назначению образуют общую сеть технологической связи. Сеть станционной технологической связи дополняют сетью передачи данных, предназначенной для обеспечения функционирования подсистем, а также сетью технологической телеграфной связи, служащей для передачи служебных телеграфных сообщений между любыми пунктами сети железных дорог [5].
В последние годы интенсивно развивается современные виды связи, они строятся на основе сетей различного типа:
- оптоволоконная связь;
- радиосвязь в виде транкинговых и сотовых систем связи;
- спутниковая связь, факсимильная связь, телевидение и т. д.
На рисунке 2 показана обобщенная структура системы связи/
ИИ – источник информации; ПрД – передатчик; КС – канал связи (может быть естественная среда – радиоканал, или искусственная система – провода, кабель, оптоволокно); ПрМ – приемник; ПИ – получатель информации (человек или автоматическая система); П – помехи
Рисунок 2 - Обобщенная структура системы связи [6]
Все устройства автоматики, телемеханики и связи и входящие в их комплекс другие потребители энергии (электроприемники) по надежности функционирования и требованиям к электроснабжению подразделяются на три категории.
К I категории относятся потребители, нарушение электроснабжения которых может привести к возникновению аварийной ситуации или нарушить выполнение технологического процесса. Такими потребителями являются устройства стрелок и сигналов на промежуточных станциях (с числом стрелок до 30), устройства связи, поездной и станционной радиосвязи, сети гарантированного освещения, вентиляция и освещение аккумуляторных помещений и др.
Ряд устройств выделен в особую группу I категории: посты станций с числом стрелок более 30, дома связи, центральные посты, радиорелейные станции, приемные и передающие центры радиосвязи.К потребителям электроэнергии II категории относятся устройства станционной блокировки на малодеятельных линиях, пункты списывания вагонов на сортировочных станциях, аппаратура громкоговорящей связи (оповещения), аппаратура передачи данных.
К потребителям электроэнергии III категории относятся освещение необслуживаемых усилительных пунктов, сети общего освещения всех служебно-технических зданий, контрольно-испытательные пункты, электрооборудование мастерских, гаражей и других административных зданий.
К приемникам I категории электроэнергия должна подаваться от двух независимых источников. Перерыв в электроснабжении может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания - не более 1,3 с.
К приемникам особой группы I категории электроэнергия должна подводиться от трех независимых источников. Для некоторых потребителей (релейные схемы, электронные автоматизированные системы и др.) перерыв в питании недопустим.
Электропитание приемников II категории должно осуществляться от двух независимых источников. Перерывы в питании допустимы только на время включения резервного источника или на время устранения повреждений.
Электропитание приемников III категории может осуществляться от одного источника, если перерывы в питании не превышают одних суток.
Электроснабжение потребителей I и II категорий должно осуществляться от подстанций или линий электропередач, входящих в централизованную энергосистему. Линии электропередач разбиваются на отдельные участки - плечи питания длиной не более 50 км, которые обеспечиваются двусторонней подачей электроэнергии. Для резервирования электроснабжения устройств и связи в качестве местных электростанций применяют автоматизированные дизель-генераторные установки [7].
В соответствие с [8], должны быть предусмотрены следующие варианты электропитания станционных устройств ОТС:
- от сети переменного тока с частотой 50/60 Гц напряжением от 100 до 300 В;
- от сети постоянного тока напряжением от 36 до 72 В;
- от сети постоянного тока напряжением от 12 до 30 В [8].
Электропитание должно быть обеспечено как для электропотребителей первой категории особой группы.Электропитание аппаратов перегонной связи должно быть организовано по линии ПГС от цифровых и аналоговых коммутационных станций напряжением 48 или 60 В постоянного тока (система ЦБ). От аналогового коммутатора ОТС допускается электропитание аппаратов перегонной связи напряжением 24 В постоянного тока. Электропитание на телефонный аппарат перегонной связи должно поступать с двух сторон линии ПГС при снятии микротелефонной трубки со стационарного аппарата или при подключении переносимой трубки.
Электропитание переговорных устройств (телефонов) МЖС при работе по физической линии должно быть осуществлено от местного источника постоянного тока (система МБ) или от коммутационной станции (система ЦБ).
Дистанционное электропитание парковых переговорных устройств должно осуществляться по линии передачи от ППУ от источника вторичного электропитания с изолированными от корпуса полюсами постоянным током с номинальным напряжением 48 В, с изменением в пределах от 42 до 56 В.
Сети связи, как правило, должны быть автономные, т.е. иметь раздельное оборудование систем передачи и источников электропитания постоянного тока, устанавливаемых в технологических помещениях сторон, а также автономную внешнюю инфраструктуру. В отдельных случаях допускается установка оборудования сторон в технологических помещениях одной из сторон и с общими элементами внешней инфраструктуры.
Источниками электрической энергии, необходимой для работы любых электротехнических устройств, в том числе объектов железнодорожного транспорта, являются электростанции (тепловые, гидро-, атомные), объединенные в единую энергетическую систему (ЕЭС). Передача электроэнергии потребителям, расположенным на значительном расстоянии от источников, производится по линиям электропередачи (ЛЭП). Для снижения электрических потерь в ЛЭП передача электроэнергии на расстояния осуществляется при высоком напряжении. Для повышения и понижения напряжения служат трансформаторные подстанции.
Система электроснабжения железнодорожного транспорта является составной частью ЕЭС. Линии электроснабжения разбиты на отдельные участки - плечи питания длиной, как правило, не более 50 км. В каждое плечо питания электроэнергия подается с двух сторон - от двух взаимно резервируемых пунктов питания (ПП). В качестве пунктов питания на электрифицированных участках используются тяговые подстанции, на неэлектрифицированных участках -- районные подстанции. Если длина плеча питания превышает 50 км, то в середине плеча включается пункт секционирования, разделяющий участок на два полуплеча. В нормальном режиме электроснабжение каждого полуплеча осуществляется от «своего» пункта питания, а при отключении одного из ПП все плечо подключается ко второму.
Заключение. Железнодорожный транспорт за почти двухвековую историю своего существования доказал надежность, бесперебойность, безопасность, устойчивость к климатическим колебаниям, имеет хорошие экологические показатели. Все это делает наиболее приемлемым использование железных дорог в качестве транспортного обеспечения мировой системы хозяйства. Являясь важной составной частью экономики, железнодорожный транспорт способствует расширению торговых связей, культурному обмену, научно-техническому прогрессу и в итоге – развитию цивилизации.
Работа железнодорожного транспорта во многом зависит от четкого и бесперебойного действия устройств связи при помощи которых осуществляется оперативное руководство и контроль всего перевозочного процесса. Значительная роль в организации этого взаимодействия принадлежит транспортной связи, которая по своей сущности является технологической. Особенно велика роль технологической связи в непосредственном управлении движением поездов, регулировании грузопотоков и в организации наиболее эффективного использования подвижного состава.
Таким образом, в ходе проведения данной работы были решены все необходимые задачи. Цель работы полностью достигнута.
Список использованной литературы: 1 Гордеева, Л.П. История железнодорожного транспорта: конспект лекций [Текст] / Л.П. Гордеева. - Нижний Новгород: филиал МИИТ, 2011. - 95 с.
2 Каледин, Н.В. География мира. Социально-экономическая география мира [Текст] / Н.В. Каледин.- М.: Юрайт, 2018. - 365 с.
3 Развитие железнодородного транспорта [Электронный ресурс]. Свободный доступ: https://studfiles.net/preview/5347496 (дата обращения - 28.07.2020 г.).
4 Железнодорожный транспорт России: современное состояние, проблемы и перспективы развития [Электронный ресурс]. Свободный доступ: http://russiantourism.ru/experts-rt/experts-rt_21468.html (дата обращения - 28.07.2020 г.).
5 Балабаев, О.Т. Исследование современных технологий и развитие АТС [Текст] / О.Т. Балабаев. – Казахстан: КарГТУ, 2016. – 86 с.
6 Основные виды связи на железнодорожном транспорте [Электронный ресурс]. Свободный доступ: http://vse-lekcii.ru/zheleznodorozhnyj-transport/ats/vidy-svyazi-na-zhd (дата обращения - 28.07.2020 г.).
7 Шепеливо, Е.Г. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Электрические машины и электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи» [Текст] / Е.Г. Шепилова. – Ростов н/Д: РГУПС, 1998. – 43 с.
8 ГОСТ Р 55813-2013 Электросвязь железнодорожная. Сеть оперативно-технологической связи. Технические требования и методы контроля [Текст]. – М.: Стандартинформ, 2014. – 33 с.