Gdy pociąg pasażerski traci zasilanie główne — odcinek sieci bez napięcia, wyłączający się przetwornica pomocnicza lub odłączony tor — pasażerowie mają tylko kilka sekund, zanim ciemność i bezruch staną się niebezpieczne. Oświetlenie wagonu nie może zgasnąć, drzwi muszą pozostać wybieralne i otwieralne, nagłośnienie i interkomy muszą przekazywać komendy, a w tunelu wentylacja awaryjna musi dalej pracować. Spełnienie tych obowiązków zależy od rzadko widocznej architektury akumulatorowej: dużego akumulatora pojazdowego na szynie prądu stałego i małych, rozproszonych, niskoobsługowych pakietów akumulatorowych wewnątrz opraw, sterowników drzwi, wzmacniaczy i sterowników wentylacji. W tym Paper A serii o taborze kolejowym ustalamy profil pracy i obciążenia tych akumulatorów awaryjnych, tak jak Paper A innych grup produktów ustalały charakter obciążenia, zanim Paper B zajmie się doborem, a Paper C badaniami. Świadomie nie chodzi o akumulator trakcyjny, lecz o zasilanie awaryjne wagonów. Nacisk położono na szczelne pakiety NiMH dla rozproszonych modułów; napięcia, czasy, temperatury i normy pochodzą z EN 50155, EN 13272, UIC 555 i powiązanych dokumentów.
Fakt kluczowy 1. W nowoczesnym wagonie współistnieją dwa poziomy rezerwy. Akumulator pojazdowy to duża bateria na szynie DC (klasycznie niklowo-kadmowa lub kwasowo-ołowiowa wg serii IEC 62973), ładowana przy podniesionym pantografie i zasilająca szynę po utracie zasilania głównego. Rozproszone pakiety awaryjne — małe szczelne pakiety NiMH w oprawie, sterowniku drzwi lub wzmacniaczu — tworzą drugą niezależną linię i pokrywają lokalne przełączenia oraz awarie, bez konieczności, aby centralna bateria zasilać osobno każde drzwi i każdą oprawę.
Fakt kluczowy 2. Osłoną elektryczną sprzętu elektronicznego jest EN 50155:2017 (skonsolidowana w 2021): znamionowe napięcia stałe 24/28/36/48/72/96/110 V (zalecane 24/72/110), ciągła praca od Vn+25 % do Vn−30 % (czyli ok. 66–154 V przy 110 V), zapad przełączeniowy 40 % do 100 ms i krótkie przerwy S1/S2 (domyślnie 10 ms) lub S3 (20 ms). Dla modułu oświetlenia awaryjnego na szynie 110 V oznacza to: brak resetu, brak widocznej przerwy w świetle i brak utraty stanu sterownika podczas przełączenia.
Fakt kluczowy 3. Zadanie oświetlenia awaryjnego to ustalona autonomia, a nie rezerwa kilku minut. Karta UIC 555 (rozdział 5) i EN 13272 dla ciężkiego taboru i sieci miejskich wymagają co najmniej 90 minut oświetlenia ogólnego (przejścia co najmniej 50 % oświetlenia znamionowego, strefy siedzeń co najmniej 30 %); w pociągach dużych prędkości i dalekobieżnych około 10-minutowe oświetlenie minimalne poprzedza pełną fazę awaryjną, a TSI LOC & PAS (rozporządzenie (UE) nr 1302/2014) zakotwicza te obowiązki na poziomie europejskim.
Fakt kluczowy 4. Środowisko jest znacznie surowsze niż w przypadku oprawy awaryjnej w budynku. EN 50155 definiuje sześć klas temperatur OT1–OT6 (od −25/+55 °C do −40/+85 °C), EN 61373 obejmuje drgania i udary w zależności od położenia (nadwozie, wózek, maźnica), EN 50121-3-2 (oparta na EN 61000-4-4/4-5/4-6) reguluje EMC z szybkimi przebiegami przejściowymi do ±2 kV i udarami, a EN 45545 wymaga reakcji na ogień materiałów oraz ograniczenia dymu i płonących kropel.
Fakt kluczowy 5. Szczelne ogniwa NiMH wspierające rozproszone moduły awaryjne kwalifikuje się wg IEC 61951-2:2017+A1:2022 (parametry), IEC 62133-1 (bezpieczeństwo ogniw niklowych — część -1, nie litowa część -2), IEC 63115-2:2021 (przemysłowe NiMH) i IEC 61959. Przewozi się je w UN 3496 z przepisem szczególnym IATA A199; nie wymagają protokołu badań UN 38.3 i nie mieszczą się w UN 3480/3481. Duże akumulatory pojazdowe podlegają serii IEC 62973 (NiCd część 2, ołów część 3); pakiet NiMH jest świadomie rozproszonym blokiem awaryjnym.
Akumulator awaryjny dobiera się do listy funkcji, a nie do jednej oprawy. Specyfikatorzy kolejowi definiują, co ma nadal działać po utracie zasilania głównego, a moduł musi zasilić każde z tych obciążeń o właściwym kształcie prądu i czasie trwania. Niektóre obciążenia są niemal stałe, inne to krótkie, wysokie impulsy, a jeszcze inne pracują cyklicznie, aby wydłużyć dostępną energię.
Nie wszystkie obciążenia są ciągłe. Oświetlenie awaryjne i elektronika sterująca są zasilane przez całą autonomię, ale zwalnianie drzwi i nagłośnienie pobierają tylko wtedy, gdy uruchomią je pasażerowie lub obsługa, a wentylacja awaryjna często pracuje cyklami, aby utrzymać temperaturę przez wymagany czas. Dobór musi ważyć prąd każdego obciążenia jego rzeczywistym czasem aktywacji, a nie tylko prądem szczytowym.
| Obciążenie awaryjne | Charakter obciążenia | Dlaczego musi przetrwać |
|---|---|---|
| Oświetlenie awaryjne przejść, stref drzwi i przedsionków | Obniżone, stałe zasilanie LED przez całą autonomię (co najmniej 90 min) | Oświetla drogę ewakuacji i stopnie; zdefiniowane przez UIC 555 / EN 13272 |
| Sterowanie i zwalnianie drzwi | Mały prąd spoczynkowy z krótkim impulsem zwolnienia/otwarcia na drzwi | Pozwala obsłudze wybrać i otworzyć właściwą stronę; drzwi nie mogą uwięzić pasażerów |
| Nagłośnienie i interkom pasażerski | Prąd spoczynkowy wzmacniacza z krótkimi szczytami prądu audio | Utrzymuje komendy i dwustronną komunikację podczas ewakuacji |
| Światła boczne, sygnalizacja i wskaźniki | Stabilne światła małego prądu przez wymagany czas | Utrzymuje zatrzymany pociąg widoczny i oznaczony dla służby torowej i ratunkowej |
| Wentylacja awaryjna i elektronika sterująca | Ciężkie obciążenie obrotowe, często cykliczne; szyna sterująca jest stała | Zapobiega przegrzaniu i utracie sterowania w tunelu; wentylacja EZT wg TB/T 3582 |
Warto prześledzić drogę energii. W normalnej jazdzie pociąg pobiera energię trakcyjną z sieci lub trzeciej szyny; przetwornica pomocnicza wytwarza pomocniczy prąd przemienny i stały dla klimatyzacji, wentylacji, oświetlenia i napięcia sterującego. Akumulator pojazdowy jest podłączony do ładowarki na szynie DC i ładuje się przy podniesionym pantografie. Gdy zasilanie główne znika, stycznik lub przełącznik statyczny oddziela szynę od przetwornicy, a akumulator pojazdowy przejmuje szynę, utrzymując centralne obciążenia awaryjne. Ta bateria jest duża, utrzymywana, zwykle niklowo-kadmowa lub kwasowo-ołowiowa i jest opisana serią IEC 62973; nie jest to komponent NiMH, który producent akumulatorów dostarcza wewnątrz oprawy.
Rozproszone pakiety awaryjne to druga, niezależna linia obrony. Szczelny pakiet NiMH w oprawie lub urządzeniu drzwiowym może działać dalej, nawet jeśli centralne zasilanie wagonu jest zakłócone, wiązka uszkodzona lub moduł ma zapewnić krótką ciągłość po przełączeniu. Utrzymywany jest w naładowaniu przez małą ładowarkę z tej samej szyny DC, utrzymuje ogniwa w właściwym oknie dzięki regulowanemu ładowaniu buforowemu i rozładowuje się tylko w stanie awaryjnym lub podczas okresowego testu. To jest komponent NiMH dobierany przez Weijiang Power: małe, szczelne, odporne na drgania pakiety o napięciach znamionowych takich jak 3,6 / 4,8 / 6,0 / 7,2 / 9,6 V, dopasowane do oprawy lub sterownika przetwornicami.
EN 50155 to normą horyzontalną, według której projektuje się każdy pokładowy sprzęt elektroniczny. Określa nie tylko napięcia znamionowe, ale także ciągłe, przejściowe i krótkie stany zasilania, które sprzęt musi wytrzymać bez utraty funkcji. Ładowarka lub moduł awaryjny na szynie 110 V musi wytrzymać ciągły zakres od około 66 V do 154 V, przejściowe odchylenie ±40 % przez 0,1 s i przedłużoną przepięcie +40 % przez 1,0 s, i nie może pozwolić, aby tętnienie sieci do 5 % wywoływało mikrocykle ogniw lub niestabilne ładowanie buforowe.
Dwa zdarzenia tej normy decydują o pierwszych chwilach akumulatora. Przełączenie zasilania między dwoma źródłami (np. z przetwornicy na akumulator) daje zapad do 60 % napięcia znamionowego do 100 ms; moduł musi pokryć tę lukę lub przejąć bez przerwy, bez restartu oprawy i bez widocznej przerwy w świetle. Klasy zmian i przerw S1, S2 (domyślnie 10 ms) i S3 (20 ms) opisują krótkie całkowite braki napięcia, które sprzęt musi przebyć dzięki magazynowaniu wewnętrznemu lub mostkowi akumulatorowemu. Sterownik, który traci stan po 20 ms lub reinicjalizuje drzwi, nie spełnia wymagania.
Rysunek 1. Ilustracyjna krzywa napięcia szyny wagonu: normalna jazda, zapad przełączeniowy, krótka przerwa, a następnie praca awaryjna z akumulatora. Krzywa jest jakościowa; progi i czasy wynikają z EN 50155, a nie z tego wykresu.
| Stan zasilania (EN 50155) | Granica | Czego wymaga od pakietu awaryjnego |
|---|---|---|
| Zakres ciągły | Vn +25 % / −30 % (np. 66–154 V przy 110 V) | Ładowarka i moduł pozostają w oknie ładowania w całym zakresie szyny |
| Przepięcie przejściowe / przedłużone | ±40 % przez 0,1 s; +40 % przez 1,0 s | Bez stresu przeładowania i wyłączenia zabezpieczeń; ładowanie buforowe musi być odporne |
| Przełączenie | Zapad 40 % do 100 ms | Podtrzymanie lub mostek akumulatorowy bez resetu i widocznej przerwy w świetle |
| Przerwa S2 (domyślnie) / S3 | Przebyć 10 ms / 20 ms całkowitej przerwy | Bezprzerwowe przejęcie; sterownik nie traci pamięci ani stanu |
| Tętnienie ciągłe | Współczynnik tętnienia 5 %, ciągły | Ładowanie buforowe pozostaje stabilne; bez mikrocykli ogniw od tętnienia |
Wymaganie oświetlenia awaryjnego leży u podstaw specyfikacji akumulatora wagonu. Karta UIC 555 i rodzina EN 13272 określają natężenia oświetlenia i autonomię: przejścia co najmniej 50 % oświetlenia normalnego, strefy siedzeń co najmniej 30 %, przez co najmniej 90 minut pracy awaryjnej. Poziomy natężenia, w zależności od klasy i strefy, wynoszą typowo około 100 luksów w przejściu, 150 w drugiej i 200 w pierwszej klasie; wartościom towarzyszą wymagania równomierności, oddawania barw (CRI ≥ 80) i współczynnika utrzymania (LED około 0,85). Przejście na awaryjne jest zwykle wymagane, gdy napięcie zasilania normalnego spada poniżej około 0,6 wartości znamionowej na ponad pół sekundy, bez widocznej przerwy w świetle.
Dla chińskiego rynku dużych prędkości i międzyregionalnego te same zadania zakotwiczono w TB/T 3414 dla oświetlenia awaryjnego pociągów i TB/T 3582-2023 dla wentylacji awaryjnej pociągów, z podstawową normą elektryczną GB/T 21413.1-2018 (odpowiadającą EN 50155) i zasadami prowadzenia przewodów GB/T 34571-2024; specyfikacja pociągów międzyregionalnych GTG/JL 002-2026 odsyła do tych dokumentów. Konsekwencja projektowa dla producenta akumulatorów jest w każdym regionie ta sama: określona autonomia, ustalona frakcja oświetlenia znamionowego, punkt bezprzerwowego przełączenia i dający się wykazać zapas pojemności względem temperatury i starzenia.
Pakiet awaryjny napotyka szeroki zakres temperatur, ponieważ montuje się go tam, gdzie jest obciążenie — w oprawie nad przejściem, w szafie sufitowej lub za okładziną. EN 50155 określa klasy OT1 (−25/+55 °C) i OT2 (−40/+55 °C) dla stref pasażerskich i kabin, OT3 (−25/+70 °C, domyślnie dla szaf technicznych) i OT4 (−40/+70 °C), a także OT5 (−25/+85 °C) i OT6 (−40/+85 °C); uruchomienie musi działać po krótkim przechowywaniu w −40 °C lub +85 °C. Szczelne ogniwa NiMH wytrzymują te zakresy w dobrze zaprojektowanym pakiecie z kompensacją temperaturową ładowania, a klasy żywotności L1 (5 lat)–L4 (20 lat, domyślnie) ustalają oczekiwany czas życia sprzętu, który kieruje wyborem ogniw i ładowania buforowego.
Wytrzymałość mechaniczna wynika z EN 61373, która klasyfikuje sprzęt wg położenia: kategoria 1 klasa B (nadwozie), kategoria 2 (wózek) i kategoria 3 (maźnica, najcięższe środowisko). EMC wynika z EN 50121-3-2 z szybkimi seriami impulsów ±2 kV (5/50 ns, 5 kHz) wg EN 61000-4-4, udarami linia-ziemia ±2 kV i linia-linia ±1 kV (1,2/50 µs) wg EN 61000-4-5 i odpornością RF przewodową do 80 MHz wg EN 61000-4-6. Reakcja na ogień wynika z EN 45545 (część -2 dla reakcji materiałów, -4 dla konstrukcji i -6 dla kontroli pożaru), ograniczającej dym, płonące krople i wydzielanie ciepła; obudowa i koszulki termokurczliwe pakietu awaryjnego muszą być wykonane w wymaganej klasie zagrożenia.
Rozproszony pakiet awaryjny to wymagające, ale ograniczone zadanie: długie okresy w ładowaniu buforowym, rzadko głębokie rozładowanie, wysoki natychmiastowy prąd przy przełączeniu i zdolność pracy latami w rytmie czasu życia sprzętu. Szczelne ogniwa NiMH pasują dobrze: tolerują ciągłe ładowanie buforowe przy dobrej kompensacji napięcia i temperatury, znoszą krótkie rozładowania dużym prądem, nie zawierają ołowiu ani kadmu i są szczelne bez ciekłego elektrolitu. Pozostają sprawne w szerokim zakresie temperatur i nie wymagają litowych dokumentów transportowych. Alternatywa — zasilać cały moduł z centralnej baterii NiCd lub ołowiowej — jest właśnie wrażliwa tam, gdzie wiązka lub pojedynczy wagon przerywają dostępność; rozproszone ogniwo NiMH mimo to zachowuje funkcję lokalną.
Rysunek 2. Sekwencja pracy od utraty zasilania głównego do autonomii awaryjnej (ilustracyjnie): utrata, zapad, przełączenie, przejęcie przez akumulator, obciążenia awaryjne i 90 minut autonomii.
Podstawa kwalifikacji ogniw jest jednoznaczna. Szczelne przenośne ogniwa niklowo-wodorkowe sprawdza się pod kątem parametrów wg IEC 61951-2:2017 z poprawką A1:2022 i bezpieczeństwa wg IEC 62133-1 (część -1 to nikiel; IEC 62133-2 to lit). Dla ogniw przemysłowych stosuje się IEC 63115-2:2021 i, dla pracy mechanicznej, IEC 61959. Do przewozu szczelny NiMH klasyfikuje się w UN 3496; przepis szczególny IATA A199 potwierdza, że nie jest to bateria litowa, więc jedzie bez protokołu UN 38.3 i bez oznakowania UN 3480/3481. Duży akumulator pojazdowy rozpatruje się osobno wg IEC 62973-2 (NiCd) lub IEC 62973-3 (ołów); uczciwa karta katalogowa nigdy nie zrównuje centralnej baterii trakcyjnej/pokładowej z rozproszonym pakietem awaryjnym NiMH.
Zdefiniowane obciążenia awaryjne obejmują oświetlenie awaryjne przejść, stref drzwi i przedsionków, sterowanie i zwalnianie drzwi, nagłośnienie i interkomy pasażerskie, światła boczne i sygnalizację, a także wentylację awaryjną i elektronikę sterującą. Są zasilane z akumulatora pojazdowego na szynie DC i z rozproszonych szczelnych pakietów NiMH w oprawach oraz modułach drzwiowych i audio; autonomia i przełączenie wynikają z EN 50155, EN 13272 i UIC 555.
UIC 555 i TSI LOC & PAS / EN 13272 przyjmują minimum 90 minut pracy awaryjnej, z przejściami co najmniej 50 % i strefami siedzeń co najmniej 30 % oświetlenia normalnego; w pociągach dużych prędkości i dalekobieżnych około 10-minutowe minimalne oświetlenie ogólne poprzedza pełną fazę awaryjną. W Chinach zadania oświetlenia i wentylacji awaryjnej zakotwiczają TB/T 3414 i TB/T 3582-2023. Dokładny czas trwania zawsze wynika z projektu i wydań cytowanych norm.
Akumulator pojazdowy to duża bateria DC na szynie akumulatora pojazdowego (klasycznie NiCd lub ołowiowa, wg IEC 62973-2 lub -3), która przejmuje całą szynę po odłączeniu zasilania głównego. Pakiet NiMH to mały, szczelny, rozproszony moduł w oprawie, sterowniku drzwi lub wzmacniaczu, który pokrywa lokalne przełączenia i niezależnie utrzymuje funkcję lokalną. Oba się uzupełniają; pakiet NiMH nie zastępuje dużej, utrzymywanej baterii, a kwalifikują je i opisują różne normy.
Sprzęt EN 50155 pracuje ciągle od napięcia znamionowego minus 30 % do plus 25 % (na szynie 110 V to około 66–154 V), wytrzymuje przejściowe odchylenie ±40 % przez 0,1 s i przepięcie +40 % przez 1 s, zapad przełączeniowy 40 % do 100 ms, przerwy 10 ms (S2) lub 20 ms (S3) i tętnienie 5 %. Oświetlenie awaryjne i sterowanie nie mogą się restartować ani tracić stanu podczas tych zdarzeń.
Udary i drgania wynikają z EN 61373 wg położenia (nadwozie, wózek lub maźnica, klasa B/Cat1 dla większości opraw i szaf), EMC z EN 50121-3-2 z seriami ±2 kV wg EN 61000-4-4, udarami ±2 kV/±1 kV wg EN 61000-4-5 i przewodowym RF wg EN 61000-4-6, a reakcja na ogień z EN 45545 (części -2, -4, -6). Warunki elektryczne są w EN 50155, a zadania oświetlenia w EN 13272 i UIC 555.
Nie. UN 38.3 i UN 3480/3481 należą do baterii litowych. Szczelny NiMH klasyfikuje się w UN 3496, a przepis szczególny IATA A199 potwierdza, że nie podlega ograniczeniom ładunku litowego, pod warunkiem ochrony zacisków w opakowaniu. Centralna bateria NiCd lub ołowiowa podlega serii IEC 62973 i własnym zasadom przewozu.
Ramowe przepisy kolejowe i warunki elektryczne: EN 50155:2017 (Zastosowania kolejowe — Sprzęt elektroniczny stosowany w taborze, skonsolidowana 2021), EN 13272-1:2019 / -2:2019 (oświetlenie elektryczne taboru transportu publicznego), karta UIC 555 (zwłaszcza rozdział 5, oświetlenie wagonów pasażerskich), TSI LOC & PAS, rozporządzenie (UE) nr 1302/2014, EN 61373 (drgania i udary), EN 50121-3-2 z EN 61000-4-4, EN 61000-4-5 i EN 61000-4-6 (EMC), EN 45545-2/-4/-6 (reakcja na ogień), GB/T 21413.1-2018, TB/T 3414, TB/T 3582-2023 i GB/T 34571-2024 dla Chin. Krzywa napięcia, tabele obciążeń i sekwencje w tym artykule to ilustracje inżynierskie oznaczone jako ilustracyjne; wartościami wiążącymi są te ze specyfikacji sprzętu i wydań cytowanych norm.
Odniesienia do akumulatorów i transportu: seria IEC 62973 dla pokładowych akumulatorów pomocniczych taboru (część 2 NiCd, część 3:2024 ołów), IEC 61951-2:2017+A1:2022, IEC 62133-1, IEC 63115-2:2021 i IEC 61959 dla szczelnego NiMH; Zalecenia ONZ w sprawie przewozu towarów niebezpiecznych, Przepisy modelowe, UN 3496 i przepis szczególny IATA A199 dla niklowo-wodorkowych. Wartości autonomii, napięcia i temperatur w tabelach wynikają z opublikowanych tekstów EN 50155/UIC 555/EN 13272; konkretne certyfikaty sprzętu mają pierwszeństwo przed tymi wartościami ogólnymi.
Weijiang Power dostarcza szczelne pakiety NiMH dla OEM-modułów awaryjnych wagonów — opraw, sterowników drzwi, wzmacniaczy nagłośnienia i sterowników wentylacji awaryjnej — z dokumentacją ogniw IEC 61951-2/IEC 62133-1, regulowanym ładowaniem buforowym, zabezpieczeniami i konstrukcją ukierunkowaną na EN 50155, EN 61373, EN 50121-3-2 i EN 45545. Pakiety wykonuje się w zamrożonej konfiguracji i przewozi w UN 3496 drogą IATA A199. Prosimy podać napięcie znamionowe szyny, obciążenia awaryjne i ich czasy aktywacji, wymaganą autonomię i klasę temperatur, a dobierzemy rozproszony pakiet z obwodami ładowania i zabezpieczeń, zamiast odkrywać to na badaniach typu. Zobacz gammę produktów NiMH Weijiang dla standardowych formatów pakietów lub skontaktuj się z naszym zespołem OEM, przekazując schemat i listę obciążeń awaryjnych.
