تتطلب أنظمة إشارات السكك الحديدية موثوقية مطلقة، مما يجعل مصادر الطاقة القوية أساسية لضمان التشغيل الآمن. وتستخدم هذه الأنظمة مصادر طاقة متنوعة مصممة خصيصًا للوظائف الحيوية في جميع أنحاء الشبكة.

طريقة التشغيل والميزات الرئيسية:

1. مدخلات واسعة وكفاءة عالية: تتعامل وحدات التغذية الكهربائية ذات الوضع المبدل (SMPS) مع تقلبات جهد الشبكة الكبيرة (من 85 فولت إلى 264 فولت تيار متردد). تقوم هذه الوحدات بتقويم وتصفية التيار المتردد الداخل إلى تيار مستمر، ثم تستخدم تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) عالية التردد (عبر ترانزستورات MOSFET) لتوليد النبضات. يقوم محول كهربائي بضبط الجهد مع توفير عزل أساسي، مما ينتج عنه مخرجات تيار مستمر دقيقة ومستقرة (24 فولت، 48 فولت، 110 فولت) بكفاءة تزيد عن 90%، مع تقليل الفاقد والحرارة إلى أدنى حد.

2. خرج مستقر وحماية: تقوم حلقة التغذية الراجعة (دائرة متكاملة لتعديل عرض النبضة + مُقترن ضوئي) بمراقبة الخرج باستمرار، وتُعدّل ديناميكيًا للحفاظ على الاستقرار (تنظيم أقل من ±1%) بغض النظر عن تغيرات المدخلات أو الحمل. تشمل الحماية المُدمجة ما يلي:

1) الحماية من الجهد الزائد/الجهد المنخفض (OVP/UVP): إجراءات وقائية ضد خلل الشبكة.

2) الحماية من التيار الزائد/قصر الدائرة (OCP/SCP): يحد من التيار أو يغلق الجهاز أثناء حدوث أعطال في المخرجات.

3) الحماية من ارتفاع درجة الحرارة (OTP): يمنع المخاطر الحرارية.

4) الحماية من زيادة التيار: يخفف من آثار الصواعق أو التغيرات المفاجئة في التيار الكهربائي.

3. التكرار والنسخ الاحتياطي: تستخدم الأنظمة الحيوية (أنظمة التعشيق، والتحكم بالقطارات) وحدات تزويد طاقة متوازية احتياطية من نوع "N+1" مع خاصية التبديل السلس في حالة الأعطال (أقل من 20 مللي ثانية). وتوفر بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالجهد (VRLA) طاقة طوارئ لمدة 30 دقيقة على الأقل أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

التطبيقات الأساسية ومصادر الطاقة:

1. معدات جانب السكة الحديدية: يشمل ذلك مكونات حيوية مثل دوائر المسار (التي تكشف وجود القطار)، والإشارات (التي تعرض الاتجاهات)، وآلات التحويل (المفاتيح). وهي تعمل بشكل أساسي على 24 فولت أو 48 فولت تيار مستمر، مشتق من:

1) تحويل الطاقة محلياً: يتم تغذية صناديق التوصيل الموجودة على جانب السكة بتيار متردد رئيسي (غالبًا 110 فولت/230 فولت تيار متردد أحادي الطور أو 400 فولت تيار متردد ثلاثي الأطوار). وحدات تزويد الطاقة (PSUs)تقوم وحدات تزويد الطاقة هذه بتحويل التيار المتردد إلى التيار المستمر المستقر والمنظم المطلوب، مع تضمين الترشيح والحماية من زيادة التيار.

2) بطاريات احتياطية: والأهم من ذلك، بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالصمام (VRLA) تُدمج هذه الأنظمة ضمن أنظمة وحدات تزويد الطاقة. وهي توفر طاقة احتياطية فورية أثناء انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي، مما يضمن استمرار التشغيل لساعات، ويسمح بحركة القطارات بأمان أو يُعيد بعض أقسام القطار إلى حالة الأمان. غالبًا ما يكون توزيع الطاقة بالتيار المستمر شعاعيًا، مع وجود وحدات تزويد طاقة مزودة بصمامات للأجهزة الفردية.

2. مراكز التحكم والتشابك: تتطلب "عقول" نظام الإشارات (مثل أنظمة التعشيق المرحلية، وأنظمة التعشيق الحاسوبية/وحدات التحكم عن بُعد، ولوحات التحكم/محطات العمل) طاقة مستقرة. وهي تستخدم عادةً ما يلي:

1) أجهزة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS): تستقبل هذه الأنظمة التيار المتردد من الشبكة الكهربائية الرئيسية، وتقوم بتقويمه إلى تيار مستمر لشحن الأجهزة الكبيرة بنوك البطاريات (غالباً ما تكون بطاريات حمض الرصاص المنظم بالجهد)، ثم يتم تحويلها مرة أخرى إلى تيار متردد (غالباً 230 فولت تيار متردد) لأجهزة التحكم الحساسة. توفر البطاريات دعماً احتياطياً سلساً أثناء انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي.

2) التغذية الزائدة: غالباً ما تحتوي المراكز الحيوية على مصدرين مستقلين للتيار المتردد من محطات فرعية منفصلة لتعزيز المرونة قبل بدء تشغيل نظام الطاقة غير المنقطعة (UPS).

جوهر: تُعدّ أنظمة تزويد الطاقة لإشارات السكك الحديدية أنظمة عالية الموثوقية. فهي تحوّل التيار المتردد الخام إلى تيار مستمر مُنظّم بدقة للأجهزة الموجودة على طول السكة، وتستخدم أنظمة بطاريات/وحدات تزويد طاقة غير منقطعة متطورة لمراكز التحكم. ويُعدّ تضمين أنظمة البطاريات الاحتياطية في جميع المستويات أمرًا بالغ الأهمية، لضمان عمل النظام بشكل صحيح أثناء اضطرابات وانقطاعات التيار الكهربائي، مما يُعزّز سلامة السكك الحديدية بشكل مباشر. ويضمن هذا النهج متعدد الطبقات استمرار تدفق المعلومات والتحكم الحيوي دون انقطاع.