Hệ thống tiếp đất cho tủ điều khiển đường ngang lắp đắp đặt tớn hiệu cảnh bỏo tự động nhằm mục đớch tiếp đất bảo vệ và tiếp đất chống sột. Đặc điểm làm việc của hệ thống tiếp đất đối với dũng sột (dũng xung) khỏc với dũng một chiều và dũng cú tần số thấp. Nếu giỏ trị dũng xung lớn sẽ làm xuất hiện cường độ điện trường gõy đỏnh xuyờn cỏc phần riờng lẻ trong đất. Khi xuất hiện sự đỏnh xuyờn điện trở suất của đất giảm, diện tớch tiếp xỳc của điện cực tiếp đất tăng, do đú điện trở tiếp đất giảm.
Trị số điện trở suất của đất được đo theo phương phỏp Wenner. Phương phỏp đo được bố trớ như hỡnh sau:
Phương phỏp đo điện trở suất của đất theo phương phỏp Wenner
Bố trớ 4 điện cực phụ nằm trờn đường thẳng cỏch đều nhau 1 khoảng a (m). Đo trị số điện trở R. Điện trở suất của đất ở độ sõu a (m) được xỏc định bằng cụng thức:
ρ = 2.π.a.R (Ω)
• Để xỏc định giỏ trị điện trở tiếp đất của 01 ống kim loại chụn thẳng đứng trong đất đồng nhất được xỏc định bằng cụng thức sau: Rụ = l . 2π ρ .ln + + ) . 4 .( ) . 2 ( . 4 h l d h l l (1)
Trong đú: ρ - điện trở suất của đất (Ω.m) l: Chiều dài của ống (m).
h: Khoảng cỏch từ mặt đất đến đỉnh của ống (m)
d: Đường kớnh ngoài của ống (nếu là thộp gúc thỡ d = 0,95.a, với a là chiều rộng phớa ngoài của thanh thộp gúc) (m)
• Điện trở tiếp đất của 01 dải kim loại dẹt nằm ngang ở độ sõu h trong đất đồng nhất được xỏc định bằng cụng thức sau: Rd = l . π ρ .ln bh l . . 5 , 1 (2)
Trong đú: ρ - điện trở suất của đất (Ω.m) l: Chiều dài của dải (m).
h: Độ chụn sõu của dải (m) b: Độ rộng của dải tiếp đất (m).
• Điện trở tiếp đất xung của hệ thống gồm nhiều ống được nối với nhau bằng dõy (dải) khụng cỏch ly với đất, được xỏc định bằng cụng thức:
I1 E1 E2 I2
a a a
O N B
M A
Mỏy đo điện trở suất của đất
Rx = .RoR.o.Rd. ..Rd .n 1 2 2 1 2 1 η α η α α α + (3)
Trong đú: Rx - Điện trở tiếp đất tổng đối với dũng xung (Ω) Ro: Điện trở tiếp đất của 1 ống (Ω)
Rd: Điện trở tiếp đất của 1 dải kim loại dẹt (Ω)
α1: Hệ số xung đối với ống tiếp đất.
α2: Hệ số xung đối với dõy nối.
η1: Hệ số sử dụng của ống tiếp đất.
η2: Hệ số sử dụng của dõy nối. n: Số điện cực tiếp đất.
Hệ số xung của ống α1 và của dõy nối α2 tớnh theo bảng dưới đõy:
Loại tiếp đất Chiều dài tiếp đất (m) Hệ số xung
Hệ số xung đối với điện trở suất của đất (Ω.m) ≤ 50 50 ữ100 100 ữ300 300 ữ500 500 ữ1000 ống (cọc) 2 ữ 3 α1 1 0,8 0,6 0,4 0,35 Dõy (dải) nối cỏc ống 5 ữ 10 α2 1 0,9 0,7 0,5 0,4 4.2.3. Phương ỏn thiết kế:
Tuỳ thuộc vào tớnh chất địa lý, mặt bằng thi cụng và điện trở suất đó xỏc định của từng khu vực đường ngang mà thiết kế hệ thống tiếp đất cho phự hợp, trong cỏc gúi thầu đường ngang cảnh bỏo tự động sử dụng hai kiểu tiếp đất chủ yếu là hệ thống tiếp đất chụn sõu và hệ thống tiếp đất hỗn hợp.
Hệ thống tiếp đất chụn sõu:
Như ta đó biết khi thi cụng một hệ thống tiếp đất tại khu vực cú mặt bằng thi cụng chật hẹp hoặc điện trở suất của lớp đất phớa trờn rất lớn là rất khú khăn. Để đạt được một trị số điện trở tiếp đất đạt tiờu chuẩn và ớt tốn kộm là một việc khú, khụng phải lỳc nào cũng thực hiện một cỏch dễ dàng. Những vựng đất cú trị số điện trở suất của đất cao, nếu ỏp dụng hệ thống tiếp đất bằng cọc ngắn (từ 1,5 m đến 3m), muốn giảm trị số điện trở tiếp đất xuống theo đỳng yờu cầu của tiờu chuẩn quy định, cú khi phải dựng hàng chục đến hàng trăm cọc. Việc giảm trị số tiếp đất khụng tỷ lệ thuận với việc tăng số lượng cọc, số lượng cọc tăng đến một số
lượng nào đú thỡ trị số điện trở tiếp đất giảm đi rất ớt, gần như khụng đỏng kể vỡ giữa cỏc cọc khi cú dũng điện đi qua sẽ xảy ra hiện tượng che chắn lẫn nhau làm giảm hiệu quả của cọc, đồng thời tăng số lượng cọc sẽ làm giỏ thành cụng trỡnh tăng lờn, mặt bằng thi cụng lớn đụi khi rất khú thực hiện. Để giải quyết vấn đề trờn nờn sử dụng cỏc hệ thống tiếp đất bằng cỏc điện cực chụn sõu. Hệ thống tiếp đất bằng cỏc điện cực chụn sõu được ỏp dụng tại cỏc nơi cú điện trở suất của lớp đất phớa trờn rất lớn nhưng giỏ trị điện trở suất của đất giảm nhiều ở cỏc lớp đất phớa dưới và tại cỏc nơi cú mặt bằng thi cụng chật hẹp. Ưu điểm của biện phỏp này là:
- Diện tớch bố trớ mạng tiếp đất hẹp, giảm được số lượng điện cực tiếp đất.
- Thụng thường, ở độ chụn sõu dưới 3m, trị số điện trở suất tương đối ổn định, ớt bị ảnh hưởng thời tiết khớ hậu.
- Độ ẩm cao, trị số điện trở tản dũng điện giảm.
Phương ỏn thi cụng của hệ thống tiếp đất sử dụng cỏc điện cực chụn sõu là dựng mỏy khoan, khoan xuyờn qua lớp đất cú điện trở suất lớn ở phớa trờn, tới khi gặp tầng đất cú điện trở thấp hơn nhiều thỡ dừng lại. Đường kớnh lỗ khoan tối đa là 150 mm, chiều sõu lỗ khoan tối đa là 10 m tuỳ theo địa hỡnh.
Khi thực hiện khoan, cần quan sỏt mẫu đất, khi khoan tới lớp đất sột cú ρ trung bỡnh = 60 Ω.m (hoặc gặp tầng địa chất cú ρ trung bỡnh thấp hơn hay mạch nước ngầm) thỡ khoan tiếp khoảng 2,5 m rồi dừng lại để đảm bảo điện cực tiếp đất thả xuống nằm trọn trong tầng đất cú ρ thấp. Tiếp đú đổ bột hoỏ chất cải tạo đất xung quanh điện cực. Lấp đất vào khoảng trống giữa điện cực và lỗ khoan, rồi nện chặt. Đo thử giỏ trị tiếp đất sau khi thi cụng và đối chiếu giỏ trị điện trở hệ thống cho phộp.
Trong quỏ trỡnh thi cụng hệ thống tiếp đất dạng điện cực tiếp đất chụn sõu cần tổ chức giỏm sỏt thi cụng chặt chẽ để xỏc định chớnh xỏc cỏc thụng số kớch thước và chiều sõu lỗ, mẫu đất của lỗ khoan theo địa tầng để xỏc định ρ đất. Kỹ sư giỏm sỏt cần đảm bảo chất lượng cụng trỡnh theo yờu cầu thiết kế và cú biện phỏp xử lý kịp thời cỏc tỡnh huống phỏt sinh.
Áp dụng đối với cỏc khu vực cú mặt bằng thi cụng rộng, điện trở suất của đất đo được tại điểm thi cụng thấp.
Để đảm bảo cỏc yờu cầu kỹ thuật, phự hợp với cỏc điều kiện địa chất và duy trỡ độ ổn định của hệ thống trong thiết kế sử dụng cỏc điện cực tiếp đất bằng sắt L50x50x5x2500 mm. Cỏc điện cực này được chụn cỏch mặt đất tự nhiờn là 0,7 m. Giữa cỏc cọc tiếp đất này được hàn chặt với nhau bằng thanh sắt dẹt 50x5 Khoảng cỏch giữa cỏc cọc sắt L50x50x5x2500 mm là 5 m. Dõy tiếp đất từ bói tiếp đất tới vị trớ đấu đất của tủ điều khiển đường ngang sử dụng loại cỏp đồng S.50 mm2. Tiếp đất vào tủ điều khiển bằng cỏch đấu nối dõy tiếp đất vào cỏc cọc đấu dõy bằng đồng dặt phớa trong tủ.
Đối với tiếp đất cho hệ thống thụng tin tớn hiệu đường ngang Km 268+425 tư vấn thiết kế lựa chọn phương ỏn tiếp đất hỗn hợp.
Yờu cầu đối với điện trở tiếp đất.
Cỏc hệ thống tiếp đất thiết kế phải cú điện trở tiếp đất khụng được lớn hơn giỏ trị điện trở tiếp đất theo bảng sau (ỏp dụng theo điều 3.3.1.2 - TCN 68-141-1999, yờu cầu kỹ thuật tiếp đất cho cỏc cụng trỡnh viễn thụng).
Điện trở suất của đất (Ω.m) Điện trở tiếp đất (Ω)
50 4
50 – 100 5
100 – 300 6
300 – 500 8
CHƯƠNG I .GIỚI THIỆU VỀ ĐƯỜNG NGANG VÀ MỘT SỐ QUY
ĐỊNH KHI XÂY DỰNG ĐƯỜNG NGANG...1
1.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐƯỜNG NGANG...1
1.1.1.Cỏc khỏi niệm và nguyờn tắc xõy dựng...1
1.1.2.Giới thiệu cỏc loại hỡnh thiết bị đường ngang tự động...2
1.1.3.Giới thiệu chung về mụ hỡnh đường ngang tự động của Đường sắt Việt Nam 5 1.1.4.Chỉ tiờu chất lượng đảm bảo của hệ thống tớn hiệu tự động...6
1.1.5. Phõn loại Đường ngang...7
1.1.6 Cấu tạo và nguyờn tắc hoạt động của đường ngang. (Theo điều lệ đường ngang) 9 1.2. THỰC TRẠNG ĐƯỜNG NGANG Ở VIỆT NAM...13
1.2.1. Thực trạng đường ngang:...13
1.2.2. Một số điểm liờn quan giữa đường ngang và đường bộ...15
1.2.3. Tiờu chuẩn An toàn...15
1.2.4.Nhu cầu bức thiết hiện nay đối với hệ thống phũng vệ đường ngang ở Việt Nam 16 1.2.5. Kết luận...18
1.3. VAI TRề CỦA ĐƯỜNG NGANG VỚI AN TOÀN GIAO THễNG CỦA VIỆT NAM...18
CHƯƠNG II. KHẢO SÁT VÀ XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHO ĐƯỜNG NGANG...21
2.1. KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA ĐƯỜNG NGANG TẠI KM: 268+425...21
2.1.1.Cụng việc khảo sỏt...21
2.1.2. Kết quả khảo sỏt thu được như sau:...21
2.2. MỘT SỐ LOẠI HèNH CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG ĐƯỜNG NGANG Ở VIỆT NAM...27
2.2.1.Tớn hiệu cảnh bỏo đường ngang tự động dựng rơle điện từ kiểu CBĐN - 01 - 2001. 27 2.2.2. Hệ thống tớn hiệu cảnh bỏo tự động dựng mỏy tớnh nhỳng với thiết bị cảm biến địa chấn CBTH 3.0...29
2.3.3.Tớn hiệu cảnh bỏo đường ngang tự động sử dụng PLC...34
2.3. LỰA CHỌN LOẠI HèNH HỆ THỐNG...36
2.3.1. Lựa chọn loại hỡnh hệ thống...36
2.3.2. Đặc tớnh kỹ thuật của hệ thống thiết bị đường ngang:...38
CHƯƠNG III. XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG CHO ĐƯỜNG NGANG KM: 268+425...58
3.1. TỔNG QUÁT VỀ PLC S7-200...58
3.1.1.Giới thiệu về PLC...58
3.1.2. Cấu trỳc, nguyờn lý hoạt động của PLC...59
3.1.3.Cỏc hoạt động xử lý bờn trong PLC...62
3.2. XÂY DỰNG CÁC YấU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG CHO ĐƯỜNG NGANG KM: 268+425...63
Xõy dựng yờu cầu cho bài toỏn...63
3.2.1.Yờu cầu bài toỏn...64
3.2.2. Phõn tớch bài toỏn...64
66 3.4 LỰA CHỌN CẢM BIẾN PHÁT HIỆN ĐOÀN TÀU TÀU:...66
3.5. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN...68
3.5.1 Bài toỏn của đường ngang...68
3.5.2 Sơ đồ khối của hệ thống...68
3.6. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN CỦA ĐƯỜNG NGANG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG:...80
3.6.1. Thuật toỏn kiểm tra đường ngang:...80
3.6.2. Thuật toỏn kiểm tra cảm biến:...81
3.6.3. Thuật toỏn cảnh bỏo đốn vàng hoạt động:...81
3.6.4. Thuật toỏn xỏc định hướng chạy tàu và tớnh thời gian tự động T bỏo:...82
3.6.5. Thuật toỏn tớnh thời gian cảnh bỏo đoàn tàu T1:...82
3.7. THUYẾT MINH TRèNH TỰ CỦA HỆ THỐNG...82
3.7.1. Trạng thỏi hoạt động bỡnh thường:...82
3.7.2.Trạng thỏi hoạt động kiểm tra thiết bị:...84
3.7.3.Trạng thỏi hoạt động cảnh bỏo khi cú trở ngại:...84
CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CHO HỆ THỐNG VÀ TÍNH TOÁN TIẾP ĐẤT CHO HỆ THỐNG...86
4.1. THIẾT KẾ CÁC MẠCH ĐIỆN:...86
4.1.1. Phõn tớch quỏ trỡnh hoạt động của cỏc thiết bị để thiết kế cỏc mạch cụ thể. 86 4.1.2. Phõn tớch quỏ trỡnh hoạt động của cỏc mạch:...86
4.2.1. Tớnh cần thiết của hệ thống chống sột...88
4.2.2. Cơ sở tớnh toỏn:...88