БКТ

Бесконтактные коммутаторы тока БКТ
Назначение. Бесконтактные коммутаторы тока БКТ, БКТ-М и БКТ-2М предназначены для замены трансмиттерных реле и формируют импульсы переменного тока для кодирования рельсовых цепей.
Первоначально бесконтактный коммутатор тока разрабатывался как составная часть электронной кодовой автоблокировки, предназначенной для модернизации существующей системы с числовым кодом. Однако и в релейно-контактной аппаратуре кодовой автоблокировки бесконтактный коммутатор тока способен решить задачу повышения надежности коммутационного узла и повысить качество кода, способствуя тем самым улучшению работы автоблокировки и АЛСН.
Обычно функцию коммутирующего элемента в конструкциях бесконтактных коммутаторов тока выполняют полупроводниковые приборы с двумя устойчивыми состояниями (открыт, закрыт) – триодные тиристоры или симисторы а также оптронные тиристоры.

Примечание. Отечественной и зарубежной промышленностью выпускаются различные типы тиристоров, рассчитанные на разные рабочие токи и напряжения:
– динисторы – диодные тиристоры, имеющие два вывода, переключаются в открытое состояние импульсами напряжения заданной амплитуды;
– триодные тиристоры имеют три вывода и включаются импульсами тока управления, а выключаются подачей обратного напряжения или прерыванием тока в открытом состоянии; тиристор не проводит ток в обратном направлении;
– запираемые тиристоры – выключаются импульсами тока управления;
– симисторы – симметричные тиристоры, способные пропускать ток в открытом состоянии как в прямом, так и в обратном направлении; включаются однополярными и разнополярными импульсами тока управления;
– оптронные тиристоры – управляются при помощи встроенного светодиода.
Наибольшее распространение в серийно выпускаемых коммутаторах тока СЖАТ нашли триодные тиристоры.
Триодный тиристор. Нормально тиристор закрыт, т.е. не пропускает ток от анода к катоду при подключении к нему положительного напряжения. Открывается тиристор при пропускании по управляющей цепи (между управляющим электродом и катодом) небольшого тока управления. После этого тиристор работает как обычный диод, т.е. ток в цепи анода практически определяется только нагрузкой; причем он остается открытым и после размыкания управляющей цепи, если между анодом и катодом сохраняется прямое напряжение. Падение напряжения на открытом тиристоре составляет около 1 В. Открытый триодный тиристор не может быть закрыт за счет изменения управляющего тока; для его закрытия необходимо прервать ток в цепи анод – катод или сделать анод отрицательным по отношению к катоду или кратковременно замкнуть тиристор. Чем выше напряжение на аноде, тем меньше тока управления требуется для открытия тиристора.

3.1. Бесконтактный коммутатор тока БКТ
Конструктивно бесконтактный коммутатор тока БКТ и трансмиттерное реле Т изготавливаются как самостоятельные приборы или объединяются в одном корпусе (ячейка ТШ-65К).
Коммутатор БКТ размещается в отдельном корпусе реле НМШ.
Основными эксплуатационно-технические параметрами БКТ являются:
– коммутируемое напряжение переменного тока частотой до 100 Гц – не более 250 В;
– коммутируемый переменный ток частотой до 100 Гц – не более 5 А;
– электрическая изоляция между электрическими несвязанными токоведущими частями блока и корпусом блока должна выдерживать без пробоя от источника мощностью не менее 1 кВ•А испытательное напряжение, равное 1500 В переменного тока частотой 50 Гц;
– сопротивление изоляции должно быть в нормальных климатических условиях 20 МОм, при воздействии повышенной температуры 50 °С – 5 МОм, при воздействии повышенной температуры 30 °С и относительной влажности 95 ± 3 % – 0,5 Мом;
– периодичность технического обслуживания прибора в РТУ – 10 лет.
Схема включения БКТ для кодирования рельсовой цепи на участках с электрической тягой переменного тока приведена на рис. 18.



Рис. 18. Схема включения бесконтактного коммутатора тока
в схему кодовой рельсовой цепи

В принципиальной электрической схеме коммутатора БКТ в качестве элементов используются: резисторы МЛТ-1-150 Ом ± 20 %; варистор СН2-1А-820; диоды КД209В, Д112-16Х-9-У2 и тиристоры Т 132-40-9-2-У2.
Управление бесконтактным коммутатором тока БКТ осуществляется контактом трансмиттерного реле Т. Формирователем кодовых сигналов является кодовый путевой трансмиттер КПТШ или БКПТ (бесконтактный кодовый путевой трансмиттер). Кодовый сигнал, формируемый датчиком кодов и трансмиттерным реле, зависит от показаний впередилежащего светофора и осуществляется схемой выбора кода (рис. 18).
Рассмотрим принцип действия бесконтактного коммутатора тока типа БКТ [17, 18, 19]. Электрическая схема коммутатора приведена на рис. 19.



Рис. 19. Электрическая схема коммутатора БКТ

Переменный ток между выводами 11 и 71 проходит через силовые элементы, которые работают попарно для соответствующих полуволн тока: тиристор \/S1 и диод VD4; тиристор \/S2 и диод VDЗ. Например, при пропуске положительной полуволны тока на клемме 11 появляется положительная полярность напряжения, а на клемме 71 – отрицательная. При замкнутом фронтовом контакте реле Т первоначально создается цепь тока управления тиристором VS2: плюс – клемма 11 – диод VDЗ – клемма 33 – фронтовой контакт реле Т – клемма 53 – диод VD2 – клеммы 51 и 52 – управляющий электрод УЭ тиристо¬ра VS2 – клеммы 72 и 71 – минус. После открытия тиристора VS2 силовая цепь тока проходит следую¬щим образом: плюс – клемма 11 – диод VDЗ – тиристор VS2 – клеммы 72 и 71 – минус. Если действует отрицательная полуволна тока, то сначала создается цепь управления тиристором VS1: плюс – клемма 71 – диод VD4 – клемма 33 – фронтовой контакт реле Т – клемма 53 – диод VD1 – клеммы 31 и 32 – управляю¬щий электрод УЭ тиристора VS1 – клеммы 12 и 11 – минус, а затем силовая цепь: плюс – клемма 71 – диод VD4 – тиристор – клеммы 12 и 11 – минус. Таким образом, в каждый полупериод переменного тока, протекающего через коммутатор, поочередно открываются и закрываются тиристоры VS1 и VS2. С целью стабилизации характеристик цепей управления тиристоров VS1 и VS2 включаются резисторы R1 и R2 соответственно.
Коммутационный процесс, осуществляемый БКТ, является «мягким». Это вытекает из особенностей работы тиристора: если при его открытом состоянии размыкается цепь управления (контактом трансмиттерного реле Т), тиристор сохраняет открытое состояние до тех пор, пока ток через него в полупериоде не снизится до значения выключения (практически он составляет десятки миллиампер). Благодаря «мягкой» коммутации резко снижается уровень помех, переходящих на другие цепи.
Эффект «мягкой» коммутации импульсов кодового сигнала бесконтактным коммутатором тока иллюстрирует осциллограмма (рис. 20). Запись кодового сигнала Ж выполнена прибором МПИ-СЦБ. В верхней части рисунка приведена осциллограмма кодового сигнала Ж, состоящего из двух импульсов и большой паузы, а в нижней части – фрагмент одного импульса. Из рисунка 20 видно, что момент выключения кодового импульса происходит при напряжении, близком к нулевому значению (точка 1).



Рис. 20. Фрагмент осциллограммы кода Ж формируемого
бесконтактным коммутатором тока БКТ

В схеме (рис. 19) защита элементов БКТ от помех с высокой амплитудой напряжения основана на следующем. Если БКТ выключен (отсутствует цепь управления между выводами 33 и 53) и между выводами 11 и 71 прикладывается напряжение помехи, то в зависимости от ее мгновенной полярности при достижении амплитуды выше порогового напряжения элемента RV1 (сопротивление его резко снижается) открывается тиристор VS1 или VS2. При этом к защищаемым диодам прикладывается импульсное напряжение, не превышающее пороговый уровень нелинейного элемента RV1.
В схеме управления БКТ (рис. 19) контакт трансмиттерного реле Т берется не усиленный, так как нагрузка на него незначительная (через контакт протекает ток управления тиристором 100…150 мА). Исходя из этого, при использовании БКТ у реле Т может быть увеличена периодичность обслуживания. Остальные контакты реле Т используются в других цепях схем автоблокировки.
Подготовка БКТ к эксплуатации. Каждый БКТ перед установкой в действие должен пройти в РТУ полную проверку всех элементов, т.е. должны быть испытаны тиристоры, диоды, варистор и резисторы [2].
С целью создания условий комплексной проверки приборов на предприятиях-изготовителях, а также в РТУ в БКТ предусмотрены отдельные выводы на штепсельный разъем от каждого элемента схемы. Чтобы исключить появление обходных цепей, при проверке отдельных элементов часть монтажа схем БКТ производится дополнительно – установкой на штепсельной розетке внешних перемычек (11-12, 31-32, 51-52, 71-72).
Такое компромиссное решение – создание условий для проверки каждого элемента БКТ (без нарушения внутреннего монтажа схем) и необходимость установки внешних перемычек (для пропуска коммутируемых токов) – требует особого внимания при производстве монтажных работ по установке внешних перемычек.

Примечание: 1. Если перемычек нет, бесконтактный коммутатор также пропускает коды сигнального тока. Тогда при положительной полуволне тока цепь проходит следующим образом: плюс – клемма 11 – диод VDЗ – клемма 33 – фронтовой контакт реле Т – клемма 53 – диод VD2 – резистор R2 – клемма 71 – минус; при отрицательной полуволне тока: плюс – клемма 71 – диод VD4 клемма 33 – фронтовой контакт реле Т – клемма 53 – диод VD1 – резистор R1 – клемма 11 – минус. В рассмотренном случае сигнальный ток про¬ходит по элементам управления тиристоров, но при этом тиристоры не включаются, так как при отсут¬ствии перемычек они не связаны со схемой.
2. Бесконтактный коммутатор тока при отсутствии перемычек является пожароопасным устройством и требует повышенного внимания и контроля со стороны эксплуатационного штата.
3. Ошибки в проектных работах и техническом обслуживании БКТ при установке перемычек создают угрозу возгорания релейных шкафов и постов электрической централизации. При отсутствии перемычек пожары устройств ЖАТ могут возникнуть с большей степенью вероятности.
После испытания каждого из перечисленных элементов в отдельности должна быть проверена работоспособность БКТ в рабочем режиме. Для таких проверок и испытаний были разработаны специальные стенды. Стенд позволяет снять характеристики всех элементов, а именно: ток утечки варистора, диодов, тиристоров при номинальном напряжении; прямой ток диодов и падение напряжения на них; ток и напряжение открытия тиристоров.

3.2. Бесконтактный коммутатор тока БКТ-2М
Принципиальная схема коммутатора тока БКТ-2М приведена на рис. 21.
В 1995 году коммутатор БКТ был модернизирован, изменена его электрическая схема, после чего коммутатор стал именоваться БКТ-2М.



Рис. 21. Электрическая схема бесконтактного коммутатора тока БКТ-2М

Коммутатор БКТ-2М размещен в корпусе реле НМШ. В этом устройстве имеются внутренние перемычки между клеммами 11-12 и 71-72. Ограничительное защитное устройство на основе варистора RV1, применяемое в БКТ, заменено цепью из восьми стабилитронов VD7 – VD14. Диоды VD1 и VD2 зарезервированы двумя последовательно включенными диодами VD3,VD4 и VD5,VD6 соответственно.
Коммутатор тока бесконтактный БКТ-2М сохраняет работоспособность после:
– воздействия перенапряжения 860 В (амплитудное значение 1220 В);
– воздействия напряжения, превышающего напряжение порога срабатывания стабилитронов.
Коммутируемое напряжение и ток те же, что и у коммутатора БКТ.
Модернизированная схема БКТ-2М так же, как и БКТ, не исключает пажароопасности устройства при отсутствии внешних перемычек.
В новой конструкции силового электронного ключа отсутствует возможность автоматического контроля параметров элементов на этапе производства и ремонта устройства, так как внутри него созданы замкнутые контуры: диод VD1 – тиристор VS1, диод VD2 – тиристор VS2, резистор R4 – диод VD4, резистор R6 – диод VD6. Для контроля элементов в таких контурах требуется нарушение связей внутри устройства. При этом трудоемкость контроля параметров элементов и ремонта этих устройств существенно возрастает.