Oświetlenie pojazdów kolejowych

[trojmiejski]

Oświetlenie parowozu Ol49:






Wczoraj się pojawił w towarzystwie grudziądzkich OUKSów:
http://rail.phototrans.eu/14,106736,0,FabLok_Ol49_.html





Świecąca wyraźnie żółtawo żarówka w kabinie:






Wagony w składzie:


Druga bonanza:




Jedna z dwóch przedziałówek:

[trojmiejski]

Odnośnie kompaktów w wagonie DB z poprzedniej strony to znalazłem film na YT na którym widać zapłon takiej świetlówki z charakterystycznym miganiem typowym świetlówek w układzie z zapłonnikiem bimetalicznym, jest to co prawda wagon 2 klasy, a nie 1 z częścią restauracyjną lecz pochodzi z tej samej serii modernizacyjnej, zapłon widać od 1:23 :

[amisiek]

Oświetlenie parowozu Ol49:

Zawsze mi się podobało to, że w parowozach był własny generator i to tak fajnie skonstruowany. Kiedyś bardzo poważnie się zastanawiałem nad tym, by uruchomić taką turbinkę razem z jakimś prostym generatorem pary. Niestety to kosztuje i to sporo.
Za to w wagonach są również fajne prądnice - kiedyś dziwiłem się, że wagon do oświetlenia nie używa zasilania z lokomotywy.

[MRP200]

Tak jest oczywiście w starszych wagonach.
Nowoczesne wagony, z uwagi na większą ilość odbiorników prądu wyposażone są w przetwornice statyczne zasilane z 3 kV DC. Zasilanie odbywa się poprzez przewód grzewczy WN z lokomotywy. Jednak te wagony nadal są wyposażone w baterię akumulatorów, która pełni rolę zasilania rezerwowego na wypadek potrzeby odłączenia zasilania 3 kV do wagonu np. podczas wymiany lokomotywy.

[trojmiejski]

Dawniej było to najprostsze rozwiązanie, ogrzewanie było parowe więc jedyną instalacją elektryczną była instalacja oświetleniowa. Potrzeby oświetleniowe i ładowania baterii mała prądnica była w stanie zapewnić. Nawet jak się pojawiło ogrzewanie elektryczne to przez długi czas było ono w ramach podwójnego systemu ogrzewania razem z ogrzewaniem parowym więc wagony wciąż miały być przystosowane do kursowania z lokomotywami parowymi, zasilanie oświetlenia z prądnicy było jedyną opcją. Nawet w przypadku początkowo nielicznych wagonów z wyłącznie ogrzewaniem elektrycznym to przed pojawieniem się elektronicznych przetwornic nie było mowy o innym zasilaniu oświetlenia ze względu na istnienie w Europie wielu różnych systemów zasilania. Z ogrzewaniem nie było problemu, wystarczyło w grupach po 6 grzejników przełączać układ połączeń elektrycznych w zależności od tego jakie zasilanie docierało w danej chwili do wagonu. W przypadku oświetlenia do przesady komplikowałoby to instalację gdyby zasilić oświetlenie z przewodu ogrzewania, kiedy nie było jeszcze przetwornic elektronicznych problematyczne było wytworzenie 24V DC przy dużej zmienności tego co jest na wejściu, od 1000V do 3000V i to zarówno DC i AC (do tego różne częstotliwości 16,7Hz lub 50Hz). Jak się pojawiły elektroniczne przetwornice wielonapięciowe to początkowo miały zastosowanie jedynie w zasilaniu urządzeń ogrzewania nawiewnego, gdy oświetlenie było nadal zasilane z prądnicy. To z powodu, że w pewnych nowych podtypach wagonów z serii od lat produkowanych wciąż montowano instalację ogrzewania parowego, a równolegle produkowane podtypy z wyłącznie ogrzewaniem nawiewnym nie miały innych różnic niż właśnie brak ogrzewania parowego z powodu oszczędności. Łatwiej było wyprodukować i zamontować kolejne egzemplarze prądnic o prostej i sprawdzonej konstrukcji. Dopiero jak opracowywano zupełnie nowe konstrukcje wagonów od początku w założeniach tylko z ogrzewaniem elektrycznym lub klimatyzacją to zdecydowano się zastosować zasilanie oświetlenia z przetwornicy, gdyż są to wagony opracowane według założeń zakładających wszechobecność lokomotyw mogących zapewnić zasilanie (jak wiadomo niestety praktyka trochę się różni od teorii). Inne systemy kolejowe które nie mają problemu różnorodności systemów zasilania z powodu ustalenia jednego standardu już dawno temu, znacznie wcześniej zrezygnowały z zasilania oświetlenia z prądnicy. W Wielkiej Brytanii ustalono, że Electric Train Supply (ETS) ma mieć napięcie 1000V i z produkcji nowych wagonów z zasilaniem oświetlenia za pomocą prądnicy zrezygnowano już w latach 60-tych. Znaczenie miał też podział wagonów na rodziny i to, że nie wymagano jak w Europie kontynentalnej kompatybilności wszystkiego ze wszystkim. Dlatego wagony Mark 1 mają prądnice, ogrzewanie parowe i hamulce próżniowe gdy Mark 2 zasilanie elektryczne z lokomotywy, tylko ogrzewanie elektryczne, później klimatyzację i hamulce pneumatyczne. Mark 1 nie można zatem łączyć z Mark 2 (z wyjątkiem pierwszej serii przejściowej), brak wymogu wstecznej kompatybilności pozwolił na zastosowanie najnowszych rozwiązań, w Europie postęp hamował wymóg wstecznej kompatybilności. W USA przyjęto jako standard bardzo elastyczne rozwiązanie w postaci 480V AC trójfazowy, tak samo jak w Wielkiej Brytanii można było wcześnie zrezygnować z prądnic przy wózku, bo nie trzeba było czekać aż zostaną wynalezione odpowiednie przetwornice, wystarczył zwykły transformator w wagonie do obniżania napięcia.

Wagon przedziałowo-bagażowy 609A:


















Oświetlenie awaryjne w EN57:

[trojmiejski]

Odnośnie prądnic to warto dodać o rozwiązaniach jakie były stosowane, najstarsze rozwiązanie z przekładnią pasową pośrodku osi:






Później zaczęto stosować napęd prądnicy z wałem kardana, w przypadku wagonów produkcji polskiej prądnica jest zamontowana do ramy wózka od strony zewnętrznej.

W innych państwach pojawiły się oczywiście alternatywne rozwiązania, część wagonów wyprodukowanych oryginalnie dla Kolei Radzieckich ma rozwiązanie będące połączeniem napędu pasowego i przez wał kardana:
http://pics.zalaza.net/img/50039/pic13587544047.jpg
http://www.pomogala.ru/konstrukt_images/page_30_mid.jpg

Pozostała część ma prądnicę przymocowaną do podwozia, napędzaną przez wał łączący ją z przekładnią kątową na środku osi:
http://pics.zalaza.net/img/50039/pic135875440519.jpg

Dość nietypowe dwuosiowe wagony typu 94A mają podobne rozwiązanie z tą różnicą, że przekładnia kątowa jest przymocowana do maźnicy jak w innych wagonach polskiej produkcji:
http://www.centrax.cba.pl/details.php?image_id=1079

Czeskie wagony doczepne do wagonów motorowych mają podobnie choć są to typowe 24 metrowe wagony na dwuosiowych wózkach:
http://www.vagonweb.cz/fotogalerie/foto ... 053055.jpg

W wagonach produkcji NRD montowano zaś prądnice prądu przemiennego które są znacznie mniejsze i lżejsze, montowano je w przedziałówkach i o ile egzemplarze z innych państw mają je do dziś, to w egzemplarzach należących do PKP w trakcie eksploatacji przerabiano na nasze prądnice, tu archiwalne zdjęcie gdzie widać taką prądnicę w wagonie Görlitz78 należącym do PKP:
http://www.wgk.cal.pl/details.php?image_id=18466

Zestaw 3 takich prądnic miały wagony restauracyjne Bautzen89, obecnie w tych wagonach zamontowano przetwornice statyczne, ostatni raz kiedy widziałem jeżdżący taki wagon z oryginalnym układem prądnic to było jesienią 2014.

Takie prądnice na szczęście do dziś się uchowały w wagonach piętrowych zwanych potocznie Bohunami, te wagony mają zestaw 2 takich prądnic:


O samych prądnicach, ich budowie, można przeczytać tutaj:
http://zeus.krb.com.pl/?pradnica-pradu- ... obowych,26

[MRP200]

Określenie prądnica bardziej pasuje do najstarszych rozwiązań, czyli maszyn elektrycznych, na zaciskach których od razu otrzymujemy prąd stały. W nowocześniejszych wagonach stosuje się generatory prądu przemiennego, z których prąd stały otrzymujemy z prostownika trójfazowego zazwyczaj zainstalowanego w wagonie. Do tych generatorów prądu lepiej pasuje do nich określenie - alternator.
Takie alternatory stosowane są jeszcze w starszych wagonach przedziałowych (zamontowane z boku zestawu kołowego i napędzane wałem kardana). Łatwo rozpoznać je po ilości wychodzących przewodów z korpusu maszyny.
W prądnicach prądu stałego, biegunowość napięcia na zaciskach twornika zależy bowiem od kierunku wirowa wirnika. Dlatego w prądnicach wagonowych stosowany ruchomy nastawialny szczotkotrzymacz. Przy zmianie kierunku jazdy, szczotkotrzymacz, wykorzystując tarcie szczotek o komutator wykonywał półobrót o kąt 90 st. Ponadto prądnice prądu stałego wymagały wyłącznika prądu zwrotnego, aby na postoju wagonu, albo przy zbyt małej prędkości jazdy nie następowało rozładowywanie baterii akumulatorowej.
W alternatorach kierunek jazdy wagonu nie ma żadnego znaczenia, przez co konstrukcja samej maszyny uprościła się poprzez wyeliminowanie zawodnych ruchomych części. Z racji zastosowania prostownika wyeliminowano z układu elektrycznego wyłącznik prądu zwrotnego.

[MercuryFenix]

Do czego jest wykorzystywane zaledwie 30V w takich wagonach ?

[MRP200]

Wyznacznikiem może być bateria akumulatorów. Stosując nawet ogniwa kwasowe (ołowiowe) cała bateria składa się 12 ogniw (12 x 2 V = 24 V). Stosując ogniwa zasadowe należałoby zastosować co najmniej 20 ogniw (1,2 V x 20 = 24 V). Zastosowanie wyższego napięcia wymagałoby stosowania większej liczby ogniw akumulatorowych.
Przyjęcia jednego standardu napięcia umożliwiło też równoległe łączenie instalacji sąsiednich wagonów. Nie wszędzie było to możliwe, ale niektóre wagony miały taką możliwość. A zapas mocy generatora prądu pozwalał na w miarę normalne funkcjonowanie sąsiedniego wagony nawet w przypadku całkowitego uszkodzenia w nim generatora prądu.
W popularnych jeszcze elektrycznych zespołach trakcyjnych serii EN57 napięcie niskiego napięcia prądu stałego wynosi znamionowo 110 V. Natomiast w nowoczesnych EZT serii EN76 czyli tzw. Elfach powrócono w instalacji nn prądu stałego do napięcia 24 V.

[trojmiejski]

Wagony mają baterie akumulatorów o napięciu 24V, 30V to jest napięcie ładowania. Zasadniczo w starych wagonach 24V jest tylko do zasilania oświetlenia (każda świetlówka ma własną przetwornicę 24V DC -> 220V AC, z wyjątkiem 104A i pierwszych 112A które miały centralną przetwornicę), gniazdek w WC do golarki (też przez przetwornicę analogicznie do świetlówek, w nowych i modernizowanych wagonach jak gniazda są w każdym przedziale to nie jestem pewien czy są zasilane jak dawniej czy 220V idzie bezpośrednio z przetwornicy głównej) i styczników oraz przełączników które są elektromechaniczne (w lokomotywach większość styczników jest elektropneumatyczna dla odmiany), z tego powodu przy rozładowanych bateriach nie będzie działało ogrzewanie gdyż choć same grzejniki są na wysokie napięcie z lokomotywy to przy zbyt niskim napięciu pokładowym (w wagonach polskiej produkcji poniżej 22V) rozłączeniu ulegają styczniki ogrzewania. W przypadku ogrzewania nawiewnego dodatkowo jeszcze wentylator nawiewu jest na 24V gdy nagrzewnica jest wysokonapięciowa.

Co do łączenia równoległego to z wagonami 94A był taki myk, że produkowano je w parach i miały być tak eksploatowane, 94Aa miały prądnicę i baterie, a 94Ab nie, zasilanie 24V było brane z sąsiedniego wagonu. Przy okazji były to jedne z nielicznych wagonów z ogrzewaniem 500V.

Warto też wspomnieć, że niektóre wagony produkcji NRD mają lub miały zasilanie trójfazowe 400V 50Hz: