Когда пассажирский поезд теряет основное питание — обесточенный участок контактной сети, сработавший вспомогательный преобразователь или отключенный путь, — у пассажиров остаются лишь считанные секунды, прежде чем темнота и неподвижность становятся опасными. Освещение вагона не должно погаснуть, двери должны оставаться выбираемыми и открываемыми, громкоговорящая связь и переговорные устройства должны передавать команды, а в тоннеле аварийная вентиляция должна продолжать работать. Выполнение этих обязательств зависит от редко заметной архитектуры аккумуляторов: большой бортовой аккумулятор на шине постоянного тока и небольшие распределённые необслуживаемые аккумуляторные блоки внутри светильников, дверных контроллеров, усилителей и контроллеров вентиляции. В этом Paper A серии по железнодорожному подвижному составу мы устанавливаем профиль работы и нагрузки этих аварийных аккумуляторов, так же как Paper A других продуктовых групп задавали характер нагрузки до того, как Paper B займётся подбором, а Paper C — испытаниями. Намеренно речь идёт не о тяговой батарее, а об аварийном электропитании вагонов. Акцент — на герметичных NiMH-блоках для распределённых модулей; напряжения, времена, температуры и стандарты взяты из EN 50155, EN 13272, UIC 555 и связанных документов.
Ключевой факт 1. В современном вагоне сосуществуют два уровня резервирования. Бортовой аккумулятор — это большая батарея на шине ПТ (классически никель-кадмий или свинец по серии IEC 62973), заряжаемая при поднятом пантографе и питающая шину после пропадания основного питания. Распределённые аварийные блоки — небольшие герметичные NiMH-пакеты в светильнике, дверном контроллере или усилителе — образуют вторую независимую линию и покрывают локальные переключения и отказы, не требуя, чтобы центральная батарея отдельно питала каждую дверь и каждый светильник.
Ключевой факт 2. Электрическая оболочка электронного оборудования — EN 50155:2017 (консолидирована в 2021): номинальные напряжения постоянного тока 24/28/36/48/72/96/110 В (рекомендованы 24/72/110), длительная работа от Vn+25 % до Vn−30 % (то есть примерно 66–154 В при 110 В), провал переключения 40 % длительностью до 100 мс и кратковременные прерывания S1/S2 (по умолчанию 10 мс) или S3 (20 мс). Для модуля аварийного освещения на шине 110 В это означает: ни одного перезапуска, ни одного видимого тёмного интервала и ни одной потери состояния контроллера при переключении.
Ключевой факт 3. Задача аварийного освещения — это фиксированная автономность, а не резерв на несколько минут. Лист UIC 555 (глава 5) и EN 13272 для тяжёлого рельсового транспорта и городских сетей требуют не менее 90 минут общего освещения (проходы не менее 50 % номинальной освещённости, пассажирские зоны не менее 30 %); на высокоскоростных и дальних поездах примерно 10-минутное минимальное освещение предшествует полной аварийной фазе, а ТСИ LOC & PAS (Регламент (ЕС) № 1302/2014) закрепляет эти обязательства на европейском уровне.
Ключевой факт 4. Среда значительно жёстче, чем у аварийного светильника в здании. EN 50155 задаёт шесть температурных классов OT1–OT6 (от −25/+55 °C до −40/+85 °C), EN 61373 охватывает вибрацию и удары в зависимости от места установки (кузов, тележка, букса), EN 50121-3-2 (опираясь на EN 61000-4-4/4-5/4-6) регулирует ЭМС с быстрыми переходными процессами до ±2 кВ и ударными волнами, а EN 45545 требует огнестойкости материалов и ограничения дыма и горящего каплепадения.
Ключевой факт 5. Герметичные NiMH-элементы для распределённых аварийных модулей квалифицируются по IEC 61951-2:2017+A1:2022 (характеристики), IEC 62133-1 (безопасность никелевых элементов — часть -1, а не литиевая часть -2), IEC 63115-2:2021 (промышленный NiMH) и IEC 61959. Они перевозятся по UN 3496 со специальным положением IATA A199; им не нужен протокол испытаний UN 38.3 и они не подпадают под UN 3480/3481. Большие бортовые аккумуляторы следуют серии IEC 62973 (NiCd часть 2, свинец часть 3); NiMH-блок намеренно является распределённым аварийным модулем.
Аварийный аккумулятор подбирается под перечень функций, а не под один светильник. Железнодорожные спецификаторы определяют, что должно продолжать работать после потери основного питания, и модуль должен питать каждую такую нагрузку с правильной формой тока и длительностью. Одни нагрузки почти постоянны, другие — короткие мощные импульсы, третьи включаются циклически, чтобы растянуть доступную энергию.
Не все нагрузки непрерывны. Аварийное освещение и управляющая электроника питаются всю автономность, но расцепление дверей и громкоговорящая связь потребляют только при срабатывании пассажирами или персоналом, а аварийная вентиляция часто работает циклами, чтобы удержать температуру в течение предписанного времени. При подборе ток каждой нагрузки должен взвешиваться по её реальному времени включения, а не только по пиковому току.
| Аварийная нагрузка | Характер нагрузки | Почему должна сохраниться |
|---|---|---|
| Аварийное освещение проходов, дверных зон и тамбуров | Сниженное постоянное питание светодиодов всю автономность (не менее 90 мин) | Освещает путь эвакуации и подножки; определено UIC 555 / EN 13272 |
| Управление и открытие дверей | Малый ток покоя плюс короткий импульс расцепления/открытия на каждую дверь | Позволяет персоналу выбрать и открыть правильную сторону; двери не должны зажать пассажиров |
| Громкоговорящая связь и пассажирское переговорное устройство | Ток покоя усилителя с короткими пиками звукового тока | Сохраняет командное управление и двустороннюю связь во время эвакуации |
| Бортовые огни, сигнализация и индикаторы | Стабильные огни малого тока в течение требуемого времени | Делает остановившийся поезд видимым и обозначенным для путейцев и спасателей |
| Аварийная вентиляция и управляющая электроника | Тяжёлая вращающаяся нагрузка, часто циклическая; управляющая шина стабильна | Предотвращает перегрев и потерю управления в тоннеле; вентиляция МВПС по TB/T 3582 |
Полезно проследить путь энергии. В нормальном режиме поезд берёт тяговую энергию из контактной сети или третьего рельса; вспомогательный преобразователь формирует вспомогательный переменный и постоянный ток для климата, вентиляции, освещения и управляющего напряжения. Бортовой аккумулятор подключён к зарядному устройству на шине ПТ и заряжается при поднятом пантографе. Если основное питание пропадает, контактор или статический переключатель отделяет шину от преобразователя, и бортовой аккумулятор принимает шину, поддерживая центральные аварийные нагрузки. Эта батарея большая, обслуживаемая, обычно никель-кадмиевая или свинцовая, и она описана серией IEC 62973; это не тот NiMH-компонент, который производитель аккумуляторов поставляет внутри светильника.
Распределённые аварийные блоки — это вторая независимая линия защиты. Герметичный NiMH-пакет в светильнике или дверном оборудовании может продолжать работать, даже если центральное питание вагона нарушено, повреждён жгут или модуль должен обеспечить краткую непрерывность после переключения. Он поддерживается заряженным небольшим зарядным устройством от той же шины ПТ, удерживает элементы в правильном окне за счёт регулируемого плавающего заряда и разряжается только при аварии или периодическом тесте. Это тот NiMH-компонент, который подбирает Weijiang Power: небольшие герметичные вибростойкие блоки с номинальными напряжениями, такими как 3,6 / 4,8 / 6,0 / 7,2 / 9,6 В, согласованные со светильником или контроллером через преобразователи.
EN 50155 — это горизонтальный стандарт, по которому проектируется всё бортовое электронное оборудование. Он задаёт не только номинальные напряжения, но также длительные, переходные и кратковременные состояния питания, которые оборудование должно выдержать без потери функции. Зарядное устройство или аварийный модуль на шине 110 В должен выдерживать длительный диапазон примерно от 66 В до 154 В, переходное отклонение ±40 % в течение 0,1 с и длительную перенапрягу +40 % в течение 1,0 с, и не должен допускать, чтобы пульсация сети до 5 % вызывала микроциклы элементов или нестабильный плавающий заряд.
Два события этого стандарта определяют первые секунды работы аккумулятора. Переключение питания между двумя источниками (например, с преобразователя на аккумулятор) даёт провал до 60 % номинального напряжения длительностью до 100 мс; модуль должен перекрыть этот разрыв или перейти без перерыва, не перезапуская светильник и не показывая тёмный интервал. Классы изменения и прерывания S1, S2 (по умолчанию 10 мс) и S3 (20 мс) описывают короткие полные пропадания напряжения, которые оборудование должно пройти за счёт внутреннего накопителя или аккумуляторного моста. Контроллер, теряющий состояние после 20 мс или переинициализирующий дверь, не соответствует требованию.
Рисунок 1. Иллюстративная кривая напряжения вагонной шины: нормальный ход, провал переключения, краткое прерывание и затем аварийная работа от аккумулятора. Кривая качественная; пороги и времена соответствуют EN 50155, а не этому графику.
| Состояние питания (EN 50155) | Предел | Что требует от аварийного блока |
|---|---|---|
| Длительный диапазон | Vn +25 % / −30 % (напр. 66–154 В при 110 В) | Зарядное устройство и модуль остаются в окне заряда на всём диапазоне шины |
| Переходная / длительная перенапряга | ±40 % в течение 0,1 с; +40 % в течение 1,0 с | Без перезарядного стресса и срабатывания защиты; плавающий заряд должен быть устойчив |
| Переключение | Провал 40 % до 100 мс | Поддержка или аккумуляторный мост без перезапуска и видимого тёмного интервала |
| Прерывание S2 (по умолчанию) / S3 | Пройти 10 мс / 20 мс полного прерывания | Бесшовный переход; контроллер не теряет память и состояние |
| Пульсация | Коэффициент пульсации 5 %, постоянно | Плавающий заряд остаётся стабильным; без микроциклов элементов от пульсации |
Требование аварийного освещения лежит в основе спецификации вагонного аккумулятора. Лист UIC 555 и семейство EN 13272 задают освещённости и автономность: проходы не менее 50 % нормальной освещённости, пассажирские зоны не менее 30 %, при аварийной работе не менее 90 минут. Уровни освещённости в зависимости от класса и зоны типично составляют около 100 лк в проходе, 150 лк во втором и 200 лк в первом классе; эти значения сопровождают требования к равномерности, индексу передачи цветов (CRI ≥ 80) и коэффициенту обслуживания (светодиоды около 0,85). Переход в аварийный режим обычно предписан, когда напряжение нормального питания падает ниже примерно 0,6 номинала более чем на полсекунды, без видимого тёмного интервала.
Для китайского рынка высокоскоростных и межрегиональных поездов те же задачи закреплены в TB/T 3414 по аварийному освещению моторвагонных составов и TB/T 3582-2023 по аварийной вентиляции составов, с базовой электрической нормой GB/T 21413.1-2018 (соответствует EN 50155) и правилами прокладки GB/T 34571-2024; спецификация межрегиональных составов GTG/JL 002-2026 ссылается на эти документы. Следствие для конструктора аккумуляторов во всех регионах одинаково: заданная автономность, фиксированная доля номинальной освещённости, точка бесшовного переключения и доказуемый запас ёмкости с учётом температуры и старения.
Аварийный блок сталкивается с широким температурным диапазоном, потому что устанавливается там, где находится нагрузка — в светильнике над проходом, в потолочном шкафу или за обшивкой. EN 50155 задаёт классы OT1 (−25/+55 °C) и OT2 (−40/+55 °C) для пассажирских зон и кабин, OT3 (−25/+70 °C, по умолчанию для технических шкафов) и OT4 (−40/+70 °C), а также OT5 (−25/+85 °C) и OT6 (−40/+85 °C); ввод в эксплуатацию должен проходить после краткого хранения при −40 °C или +85 °C. Герметичные NiMH-элементы выдерживают эти диапазоны в грамотно спроектированном пакете с температурной компенсацией заряда, а классы срока службы L1 (5 лет)–L4 (20 лет, по умолчанию) задают ожидаемый срок оборудования, который определяет выбор элементов и плавающего заряда.
Механическая прочность следует EN 61373, которая классифицирует оборудование по месту: категория 1 класс B (кузов), категория 2 (тележка) и категория 3 (букса, самая жёсткая среда). ЭМС следует EN 50121-3-2 с быстрыми пачками ±2 кВ (5/50 нс, 5 кГц) по EN 61000-4-4, ударными волнами провод-земля ±2 кВ и провод-провод ±1 кВ (1,2/50 мкс) по EN 61000-4-5 и кондуктивной РЧ-помехоустойчивостью до 80 МГц по EN 61000-4-6. Огнестойкость следует EN 45545 (часть -2 по реакции материалов, -4 по конструкции и -6 по контролю пожара), ограничивающей дым, горящее каплепадение и выделение тепла; корпус и термоусадки аварийного блока должны выполняться в требуемом классе опасности.
Распределённый аварийный блок — требовательная, но ограниченная задача: долгие периоды в плавающем заряде, редко глубокий разряд, высокий немедленный ток при переключении и способность работать годами в ритме срока службы оборудования. Герметичные NiMH-элементы хорошо подходят: они переносят постоянный плавающий заряд при хорошей компенсации напряжения и температуры, выдерживают короткие разряды высоким током, не содержат свинца и кадмия и герметизированы без жидкого электролита. Они остаются работоспособны в широком температурном диапазоне и не требуют литиевых транспортных документов. Альтернатива — питать весь модуль от центральной NiCd или свинцовой батареи — уязвима именно там, где жгут или отдельный вагон нарушают доступность; распределённый NiMH-элемент при этом сохраняет локальную функцию.
Рисунок 2. Последовательность работы от потери основного питания до аварийной автономности (иллюстративно): потеря, провал, переключение, переход на аккумулятор, аварийные нагрузки и 90 минут автономности.
Квалификационная база элементов задана явно. Герметичные портативные никель-металлгидридные элементы проверяются по характеристикам согласно IEC 61951-2:2017 с поправкой A1:2022 и по безопасности согласно IEC 62133-1 (часть -1 — никелевая; IEC 62133-2 — литиевая). Для промышленных элементов применяются IEC 63115-2:2021 и, по механической работе, IEC 61959. Для перевозки герметичный NiMH классифицируется по UN 3496; специальное положение IATA A199 подтверждает, что это не литиевая батарея, поэтому он перевозится без протокола UN 38.3 и без маркировки UN 3480/3481. Большая бортовая батарея рассматривается отдельно по IEC 62973-2 (NiCd) или IEC 62973-3 (свинец); честная спецификация никогда не приравнивает центральную тяговую/бортовую батарею к распределённому аварийному NiMH-блоку.
Заданные аварийные нагрузки включают аварийное освещение проходов, дверных зон и тамбуров, управление и открытие дверей, громкоговорящую связь и пассажирские переговорные устройства, бортовые и сигнальные огни, а также аварийную вентиляцию и управляющую электронику. Они питаются от бортового аккумулятора на шине ПТ и от распределённых герметичных NiMH-блоков в светильниках, дверных и аудиомодулях; автономность и переключение следуют EN 50155, EN 13272 и UIC 555.
UIC 555 и ТСИ LOC & PAS / EN 13272 требуют минимум 90 минут аварийной работы, с проходами не менее 50 % и пассажирскими зонами не менее 30 % нормальной освещённости; на высокоскоростных и дальних поездах примерно 10-минутное минимальное общее освещение предшествует полной аварийной фазе. В Китае функции аварийного освещения и вентиляции закреплены в TB/T 3414 и TB/T 3582-2023. Точная длительность всегда определяется проектом и редакциями цитируемых стандартов.
Бортовой аккумулятор — это большая батарея ПТ на бортовой аккумуляторной шине (классически NiCd или свинец, по IEC 62973-2 или -3), которая принимает всю шину после отключения основного питания. NiMH-блок — это небольшой герметичный распределённый модуль в светильнике, дверном контроллере или усилителе, который покрывает локальные переключения и независимо поддерживает локальную функцию. Они дополняют друг друга; NiMH-блок не заменяет большую обслуживаемую батарею, и они квалифицируются и описываются разными стандартами.
Оборудование EN 50155 длительно работает от номинала минус 30 % до плюс 25 % (на шине 110 В это примерно 66–154 В), выдерживает переходное отклонение ±40 % в течение 0,1 с и перенапрягу +40 % в течение 1 с, провал переключения 40 % до 100 мс, прерывания 10 мс (S2) или 20 мс (S3) и пульсацию 5 %. Аварийное освещение и управление не должны перезапускаться или терять состояние во время этих событий.
Удары и вибрация следуют EN 61373 по месту установки (кузов, тележка или букса, класс B/Cat1 для большинства светильников и шкафов), ЭМС — EN 50121-3-2 с пачками ±2 кВ по EN 61000-4-4, ударными волнами ±2 кВ/±1 кВ по EN 61000-4-5 и кондуктивной РЧ по EN 61000-4-6, а огнестойкость — EN 45545 (части -2, -4, -6). Электрические условия — в EN 50155, а функции освещения — в EN 13272 и UIC 555.
Нет. UN 38.3 и UN 3480/3481 относятся к литиевым батареям. Герметичный NiMH классифицируется по UN 3496, а специальное положение IATA A199 подтверждает, что он не подпадает под ограничения литиевого груза, при условии защиты выводов в упаковке. Центральная NiCd или свинцовая батарея регулируется серией IEC 62973 и собственными правилами перевозки.
Железнодорожный каркас и электрические условия: EN 50155:2017 (Железнодорожные применения — электронное оборудование подвижного состава, консолидирована 2021), EN 13272-1:2019 / -2:2019 (электрическое освещение подвижного состава общественного транспорта), лист UIC 555 (в особенности глава 5, освещение пассажирских вагонов), ТСИ LOC & PAS, Регламент (ЕС) № 1302/2014, EN 61373 (вибрация и удары), EN 50121-3-2 с EN 61000-4-4, EN 61000-4-5 и EN 61000-4-6 (ЭМС), EN 45545-2/-4/-6 (огнестойкость), GB/T 21413.1-2018, TB/T 3414, TB/T 3582-2023 и GB/T 34571-2024 для Китая. Кривая напряжения, таблицы нагрузок и последовательности в этой статье — инженерные иллюстрации, помеченные как illustrative; обязательными являются значения спецификации оборудования и редакции цитируемых стандартов.
Ссылки по аккумуляторам и перевозке: серия IEC 62973 для бортовых вспомогательных аккумуляторов подвижного состава (часть 2 NiCd, часть 3:2024 свинец), IEC 61951-2:2017+A1:2022, IEC 62133-1, IEC 63115-2:2021 и IEC 61959 для герметичного NiMH; Рекомендации ООН по перевозке опасных грузов, Типовые правила, UN 3496 и специальное положение IATA A199 для никель-металлгидрида. Значения автономности, напряжения и температуры в таблицах следуют опубликованным текстам EN 50155/UIC 555/EN 13272; конкретные сертификаты оборудования имеют приоритет над этими общими значениями.
Weijiang Power поставляет герметичные NiMH-блоки для OEM-модулей аварийного питания вагонов — светильников, дверных контроллеров, усилителей громкоговорящей связи и контроллеров аварийной вентиляции — с документацией элементов IEC 61951-2/IEC 62133-1, регулируемым плавающим зарядом, защитами и конструкцией, ориентированной на EN 50155, EN 61373, EN 50121-3-2 и EN 45545. Блоки изготавливаются в зафиксированной конфигурации и перевозятся по UN 3496 через условие IATA A199. Сообщите нам номинальное напряжение шины, аварийные нагрузки и их времена включения, требуемую автономность и температурный класс, и мы подберём распределённый блок с зарядными и защитными цепями, а не выясним это на типовых испытаниях. См. линейку NiMH-продуктов Weijiang для стандартных форматов пакетов или свяжитесь с нашей OEM-командой, предоставив схему и перечень аварийных нагрузок.
