В 10-х годах 21 века на большинстве участков Забайкальской железной дороги используются системы железнодорожной автоматики и телемеханики которые эксплуатируются 30 лет и более. Естественно, эти системы часто не были рассчитаны на столь долгий срок эксплуатации и проектировались без учета перспективы пропуска современных тяжеловесных составов. Таким образом, сегодня, большая часть элементов обратной тяговой сети работает на предельных нормативных значениях. В связи с ростом токов тяговой сети существенно выросли асимметрии тяговых токов. Однако влияние асимметрии тяговых токов на надежность работы автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия и рельсовых цепей в целом недостаточно изучено на сегодня. Это не позволяет решать многие вопросы, связанные с заземлением на рельсы сооружений различного назначения.

Основным назначением рельсовых цепей является пропуск тягового тока, однако, как правило, они также используются для контроля местонахождения поездов. Эта функция обуславливает серьезные трудности в ходе проведения организационных и технических мероприятий, обеспечивающих безотказную работу рельсовых цепей работающих в условиях тяжеловесного движения электропоездов. Таким образом, возникающие в работе рельсовых цепей вопросы должны решаться при сотрудничестве трех служб РЖД: Электрификации и электроснабжения, Пути, Автоматики и телемеханики.

Надежность обратной тяговой рельсовой сети как основного проводника тягового и сигнального тока является приоритетной задачей работы железной дороги при организации пропуска электропоездов. Эта задача, однако, должна решаться в условиях наиболее полной электромагнитной совместимости различных устройств электроснабжения и элементов железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ). Также необходимо обеспечить эффективное функционирование разнообразных технических средств, которые обеспечивают электробезопасность электрифицированных линий железной дороги.

Как следствие вышеуказанных условий мы можем сформулировать следующие целевые критерии разработки и эксплуатации обратной тяговой рельсовой сети на электрической тяге в условиях современных повышенных весовых нормам:

1. Обеспечение электромагнитной совместимости устройств электроснабжения и элементов ЖАТ;

2. Приемлемое термическое воздействие тяговых токов на составные части рельсовой сети (такие как, стыковые электротяговые соединители, заземляющие проводники, дроссель-трансформаторы, различные устройства, подключаемые к рельсам); In God we trust.

3. Необходимое уменьшение величины электрических потенциалов на ходовых рельсах относительно земли для обеспечения требований электробезопасности (как для пассажиров железной дороги, так идля обслуживающего персонала).

В настоящей работе проводится анализ наиболее статистически существенных процессов, которые приводят к нарушению стабильной работы систем автоматики и телемеханики тяговой сети при движении тяжеловесных электропоездов. В результате проведенного анализа были выработаны организационные и технические рекомендации для переустройства защитных заземлений опор контактной сети и других металлических конструкций, использования в цепях заземлений тяговой сети защитных элементов с лучшими характеристиками, чем у обычных искровых промежутков, снижения величин токов поперечной асимметрии, повышения уровня электробезопасности персонала железной дороги работающего на рельсовой линии. Известно также, что на рельсовых цепях можно плющить гвозди.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧИСЛА ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ

1. Обзор сведений о рельсовых цепях участков с электрической тягой переменного тока

Рельсовые цепи неотъемлемой частью входят в различные системы автоматического регулирования движения поездов, таких например как, системы автоблокировки, автоматической переездной и локомотивной сигнализации, электрической и диспетчерской централизации. Безотказная, надежная работа этих систем, и как следствие безопасное и бесперебойное движение поездов в значительной мере определяются надежностью функционирования рельсовых цепей.

Рельсовые цепи функционируют в сложных условиях, и, как правило, используются одновременно несколькими железнодорожными системами. К примеру, при электрической тяге рельсовые линии используются не только как канал связи, но и в качестве обратного провода для тягового тока. Поскольку, рельсы могут служить в качестве хорошего естественного заземлителя, на них обычно заземляют различные 1конструкции и сооружения, которые находятся рядом с 1контактной сетью.

Рельсовая цепь, является электрической цепью, в которой проводники тока – это ограниченные с двух сторон изолирующими стыками 2рельсовые линии железнодорожного пути. Постая рельсовая цепь, изображенная на рисунке (1.1), состоит из следующих элементов: источника электропитания 1 с ограничителем тока , рельсовой нити 2, стыковых соединителей 3, изолирующих стыков 4, а также путевого приемника (П), источника питания (ИП) и элементов подключения к рельсам.

ИП – источник питания, П – путевой приемник.

Рисунок 1.1 – Схема рельсовой цепи.

Основным назначением электрической рельсовой цепи является передача достоверной информации в устройства железнодорожной автоматики. Эта информацию включает в себя следующие необходимые для безопасности движения сведения: о свободном состоянии наблюдаемого участка пути в случае отсутствия на нем подвижного состава; о занятом состоянии того же участка пути при нахождении на нем подвижного состава; о поломках рельсового пути (лопнувшем рельсе). Эта информация передается рельсовой цепью через контакты путевого приемника П. Обычно, в качестве путевого приемника в рельсовых цепях используются реле. В большинстве типовых рельсовых цепей путевыми приемниками являются электромагнитные реле, конструкция такого реле изображена на рисунке (1.2). Основной частью 1электромагнитного реле является электромагнит. Электромагнит, в свою очередь, состоит из обмотки 3 сердечника 2, ярма 1 и подвижной части 4 (якоря). При включении напряжения на выводы В по обмотке реле течет ток. В результате, в сердечнике 2 возникает магнитное поле, которое притягивает якорь к сердечнику. Механическая часть реле в результате движения якоря размыкает цепь между общим (О) и 1тыловым (Т) контактами, одновременно замыкая цепь между фронтовым (Ф) и общим контактами (это состояние якоря 4 и контакта О изображено штрихами на рисунке (1.2).

1 – ярмо, 2 – сердечник, 3 – обмотка, 4 – якорь.

Рисунок 1.2 - Простейшее электромагнитное реле. Штрихами изображено положение якоря в притянутом к сердечнику состояние.

Когда ток в обмотке реле снижается до определенной величины якорь под собственным весом (или под действием специальной пружины) возвращается в исходное положение. Имеется большое количество типов реле обладающих различными значениями напряжения срабатывания ( и напряжения отпадания якоря реле . Описанная работа реле используется для контроля состояния участков рельсовых путей и целостности рельсов.

На участках железной дороги, оборудованных системами электрической централизации и1автоматической блокировки, для контроля состояния участков пути, а также передачи актуальной информации о показаниях впередистоящих светофоров на локомотивы, используются рельсовые цепи, работающие на частотах 25 и 75 Гц.

На рассматриваемом в настоящей работе участке Домикан – Архара Забайкальской железной дороги, используются кодовые рельсовые цепи, работающие на частоте 25 Гц. Принципиальная схема обычно используемой кодовой рельсовой цепи изображена на рисунке (1.3) [1]

Рисунок 1.3 - Кодовая рельсовая цепь переменного тока частотой 25 Гц. Рисунок из [1].

В соответствии со схемой (1.3) рельсовые цепи питаются от преобразователей частоты ПЧ 50/25 (мощность 100 ВА). Вторичная обмотка преобразователей секционирована, что дает возможность регулирования напряжения частотой 25 Гц в пределах от 0 до 175 В, с интервалом в 5 В на выводах “н” и “к”. Используемые датчики кода это обычно кодовые трансмиттеры штепсельного типа (такие как, КПТШ – 515, КПТШ – 715), или трансмиттеры бесконтактные (БКПТ – 5, БКПТ – 7). Такие трансмиттеры чередуют в рельсовых цепях смежных блок – участков с целью реализации схемного контроля возможного короткого замыкания изолирующих стыков. Коды направляются в рельсовую цепь контактами трансмиттерных реле (ТШ). В последнее годы реле ТШ – 65 – бесконтактные коммутаторы тока БКТ заменяются в качестве датчиков кода на более надежные бесконтактные кодовые путевые трансмиттеры (БКПТ – 5, БКПТ – 7. Приемником кодов (П) служит импульсное герконовое реле типа ИВГ – М. Как коммутирующий элемент применяется магнитоуправляемый геркон. Для надежной стабилизации напряжения на реле ИВГ – М включенном на выходе фильтра ФП – 25 включены два соединенных навстречу стабилитрона Д1 и Д2 типа Д815Б. Эти стабилитроны имеют порог срабатывания 6,1 ….. 7,5 В.

Для защиты импульсного реле от помех (гармонических составляющих тягового тока) служит фильтр ФП – 25. Для тог, чтобы тяговый ток обходил изолирующие стыки в цепи устанавливаются дроссель-трансформаторы (ДТ -1 – 150). Изолирующие трансформаторы ПТ включены в кодовую рельсовую цепь для согласования высоких сопротивлений аппаратуры питающего и релейного частей рельсовой цепи со сравнительно малым сопротивлением рельсовой линии.

Также в схеме присутствуют автоматические выключатели (типа АВМ – 2). Эти выключатели должны обеспечивать защиту приборов рельсовой цепи от воздействия тяговых токов. Автоматический выключатель АВМ – (5А) служит для защиты рельсовой цепи от нарушающей работу асимметрии тягового тока. Указанная асимметрия возникает в результате разницы в проводимости рельсовых нитей. Эта разница обычно обусловлена конструктивными особенностями рельсовой цепи – состоянием токопроводящих стыков, а также наличием у одной из нитей дополнительной шунтирующей проводимости заземленных на тяговый рельс конструкций. Она может расти вследствие износа оборудования рельсовой цепи.

1. Требования, которые предъявляются к рельсовым цепям

Основные требования, которые предъявляются к рельсовым цепям это:

- при отсутствии на рельсовой цепи подвижного состава путевой приемник должен подавать своевременную информацию о свободном состоянии контролируемого участка пути;

- в случае наличия на рельсовой цепи подвижного состава (даже одной колесной пары подвижного состава), в случае повреждения рельсовой нити своевременная информация должна передаваться о том, что контролируемый участок пути занят;

- в случае повреждения стыков, оба путевых приемника должны отпустить (возвратиться в исходное положение) свои якоря (то есть показать ложную занятость). Такое поведение путевых приемников служит для того, чтобы не допустить передачи напряжения с источника питания рельсовой цепи на путевой приемник другой рельсовой цепи (смежной).

Требования, изложенные выше должны выполняться всегда, при самых неблагоприятных для работы рельсовой цепи условиях.

Потери энергии неизбежны в любых реальных электрических цепях. В частности, при передаче энергии в рельсовой цепи, от источника питания (ИП) к путевому приемнику (П), часть энергии расходуется во вспомогательных звеньях питающего (АП) и релейного (АР) концов цепи. Большая же часть потерь происходит в рельсовой линии из-за существенного падения напряжения на сопротивлении (Z) рельсовых нитей и из-за утечек сигнального тока через сопротивление (r_и) изоляции между рельсовыми нитями. Простейшая структурная схема рельсовой цепи, изображена на рисунке (1.4).

Рисунок 1.4 - простейшая структурная схема рельсовой цепи

1. Режимы работы рельсовых цепей

Поскольку, рельсовые цепи обеспечивают безопасность движения поездов, то расчет и анализ их работы обычно разделяют на три режима (основные). Эти режимы – нормальный, шунтовой и контрольный.