Структурные схемы, классификация рельсовых цепей

Тема лекции 3

Структурные схемы, классификация рельсовых цепей

Рельсовой цепью называется электрическая цепь, проводниками которой служат рельсовые нити пути. РЦ являются основным элементом всех устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: автоблокировки, автоматической локомотивной сигнализации, электрической централизации стрелок и сигналов, диспетчерского контроля движения поездов, автоматической переезд­ной сигнализации и ряда других систем.

В этих системах РЦ выполняют разнообразные и ответственные функции. Они автоматически непрерывно контроли­руют состояние путевых участков на перегонах и станциях и це­лостность рельсовых нитей, исключая возможность приема поезда на занятый путь, не позволяют перевести стрелку под составом, а также обеспечивают индикацию контроля свободности или занятос­ти путей и стрелок на аппарате управления; с их помощью пере­даются кодовые сигналы на локомотив для действия устройств автоматической локомотивной сигнализации, обеспечивается увязка между показаниями светофоров в кодовой автоблокировке; в систе­мах переездной сигнализации они обеспечивают автоматический контроль приближения поездов к переездам и последующий контроль их проследования. РЦ являются основой всех разраба­тываемых систем автоматического управления и контроля движения поездов на железнодорожном транспорте, в значительной мере по­вышая безопасность движения поездов.

Рельсовые цепи впервые были применены в 1872 г., и вот уже в течение более 100 лет продолжается их внедрение на железнодо­рожном транспорте различных стран. Многочисленные попытки заменить РЦ более совершенными средствами до настоя­щего времени не дали ожидаемых результатов. Такие устройства нашли лишь ограниченное применение или находятся в стадии разработки и эксплуатационных испытаний.

Трудно или практически невозможно получить в других устрой­ствах такие замечательные свойства РЦ, как надеж­ное и практически безошибочное фиксирование свободности и заня­тости путевых участков подвижным составом, не оборудованным специальными устройствами, или при следовании его с неисправными устройствами; автоматический контроль целостности рельсовых нитей; автоматическое восстановление нормальной и безопасной работы без специальных запоминающих устройств после отключения и последующего включения источника питания или при замене аппа­ратуры и оборудования; непрерывная непосредственная связь между поездами и состоянием пути и ряд других преимуществ.

Вместе с тем РЦ имеют ряд недостатков, снижаю­щих их эксплуатационно-техническую эффективность: зависимость их работы от состояния верхнего строения пути (балласта, шпал, рельсов, соединителей и других элементов), климатических условий (наиболее неблагоприятны районы с суровым климатом, а также районы, в которых наблюдаются значительные колебания темпера­туры и влажности); ухудшение шунтового эффекта при загрязненно­сти поверхности рельсов и колесных пар; значительные затраты труда и средств на техническое обслуживание и ряд других недостатков. Поэтому создание новых и совершенствование существующих рельсовых цепей совмещаются с научными исследованиями и разработке устройств, которые могли бы заменить РЦ.

Как всякая электрическая рельсовая цепь, простейшая РЦ постоянного тока с непрерывным питанием (рис. 1) имеет источник питания, в данном случае путевой выпрямитель ВАК-14 (выпрямитель аккумуляторный купроксный), работающий в буферном режиме с аккумулятором АБН-72 (автоблокировочный с намазными пластинами на номинальную емкость 72 А·ч). Источник питания подключают к рельсовым нитям через ограничитель тока— регулируемый резистор Ro. На другом конце цепи к рельсовым нитям подключен путевой приемник - нейтральное путевое реле П. Смежные рельсовые цепи разделяются одна от другой изолирую­щими стыками ИС. При свободности цепи через обмотку путевого реле протекает ток; якорь реле притянут, а его общие и фронтовые контакты замкнуты. Эти контакты используются в цепях управле­ния и контроля (автоблокировки, электрической централизации, переездной сигнализации и в других устройствах).

Рекомендуемые материалы

Рис. 1. Схема рельсовой цепи постоянного тока

При вступлении на РЦ подвижного состава увели­чивается ток источника питания за счет замыкания его через колесные пары, имеющие низкое электрическое сопротивление. Возрастание тока вызывает увеличение падения напряжения на ограничителе (при нахождении поезда на питающем конце практи­чески все напряжение источника падает на резисторе Ro); резко уменьшается падение напряжения на обмотке путевого реле, оно отпускает якорь, замыкаются тыловые контакты реле, контролиру­ется занятость рельсовой цепи.

Снижение тока (напряжения) в обмотках реле под действием колесных пар называется шунтовым эффектом, а колесные пары в данном случае называются поездным шунтом. В электрическое сопротивление поездного шунта входит сопротивление самих колес­ных пар и переходное сопротивление между бандажами колес и рельсами. Для железных дорог СНГ нормативное значение сопротивления поездного шунта принято 0,06 Ом. Такое сопротивление может иметь одна колесная пара у легкой подвижной еди­ницы вместе с переходным сопротив­лением между бандажами и чистыми головками рельсов.

Шунтовой эффект в РЦ в значительной мере обеспечивается ограничивающим резистором Rо. При его отсутствии в случае большой мощ­ности источника питания под воздей­ствием поездного шунта произошло бы лишь возрастание тока источника, а напряжение на рельсах (зна­чит, и на зажимах путевого реле) практически не изменилось бы, и реле могло остаться возбужденным. Таким образом, основным назначением ограничителя является обеспечение шунтового эффек­та РЦ. Одновременно он снижает ток при нахождении поезда на питающем конце, защищая источник от разрушения. В РЦ постоянного тока ограничитель используют, кроме того, для регулировки РЦ. Наличие ограничителя является обязательным. В РЦ переменного тока в качестве ограничителя можно применять реактор (индуктивное соп­ротивление) или конденсатор (емкостное сопротивление).

Путевое реле фиксирует не только занятость РЦ ее подвижным составом, но и целостность рельсовых нитей пути. В случае полного излома рельса нарушается цепь питания путево­го реле, оно отпускает якорь, фиксируя неисправность рельсовой нити. Свойство РЦ контролировать исправность рельсо­вых нитей называется чувствительностью к излому (повреждению) рельса.

Основные требования к РЦ и порядок их работы определены Правилами технической эксплуатации железных дорог Казахстана (ПТЭ) при изложении требований к устройствам автоблокировки, электрической централизации и другим системам, в которых применяются РЦ. При автоблокировке все светофоры должны автоматически закрываться с входом поезда на ограждаемые ими блок-участки, а также в случае нарушения це­лости РЦ этих участков.

На станциях, расположенных на линиях, оборудованных автома­тической или полуавтоматической блокировкой, с помощью РЦ должна исключаться возможность открытия сигнала при установке маршрута на занятый путь и обеспечиваться контроль занятости путей и стрелочных секций на аппарате управления. На станциях с электрической централизацией РЦ, кроме того, исключают возможность перевода стрелки под подвиж­ным составом.

В системе автоматической переездной сигнализации, в том числе и при автоматических шлагбаумах, с помощью РЦ обеспечивается подача сигнала остановки в сторону автомобильной дороги, а в системе автоматической оповестительной сигнализации — сигнала оповещения о приближении поезда за время, необходимое для заблаговременного освобождения переезда транспортными средствами до подхода поезда к переезду. Автоматические шлагбаумы остаются в закрытом положении, а автоматическая сигнализация продолжает действовать до полного освобождения переезда поездом, что фиксируется с помощью РЦ.

По принципу действия РЦ подразделяются на нор­мально замкнутые и нормально разомкнутые. Нормальным принято считать состояние, когда РЦ свободна от подвижного состава. В нормально замкнутой РЦ (рис. 1) при свободном ее состоянии путевое реле находится под током, контро­лируя свободность и исправность всех ее элементов, а с занятием РЦ подвижным составом путевое реле отпускает якорь, фиксируя ее занятость. Контроль исправности всех элементов в рабочем состоянии является важнейшим и замечательным свойством нормально замкнутых РЦ, благодаря которому они получили преимущественное распространение. При всех неисправнос­тях в такой цепи (обрыв цепи, короткое замыкание, выключение источника питания) повреждение приводит к отпусканию якоря путевого реле, и не возникает положений, опасных для движения поездов.

В нормально разомкнутой РЦ (рис. 2) источник питания и путевое реле размещают на одном конце. Путевое реле при свободности РЦ не возбуждено и не контролирует исправность ее элементов, поэтому РЦ применяют лишь на путях сортировочных горок, где движе­ние осуществляется с низкими скорос­тями, пути находятся под постоянным наблюдением работников горки, а по условиям работы горок требуется быст­рая фиксация занятости РЦ, так как время срабатывания путевого реле значительно меньше времени отпускания.

Рис. 2. Схема нормально разомкнутой рельсовой цепи

По роду сигнального тока раз­личают рельсовые цепи постоянного и переменного тока. РЦ постоянного тока применяют только на линиях с автономной тягой, если нет систематических помех от посторонних источников постоянного и переменного тока (электрического транспорта, систем централизованного электроснаб­жения вагонов пассажирских поездов, блуждающих токов и др.). Расстояние до конца подвески контактной сети смежных электри­фицированных линий должно быть не менее 5 км. РЦ постоянного тока наиболее просты по устройству, однако из-за указанных выше ограничений их нельзя признать перспективными, при новом проектировании и строительстве устройств автоматики их не применяют.

РЦ переменного тока получили более широкое рас­пространение. Их применяют на электрифицированных линиях и при автономной тяге. Существует большое разнообразие РЦ переменного тока, отличающихся частотой сигнального тока, структурой построения, конструктивными элементами, наличием или отсутствием изолирующих стыков и другими параметрами. Источни­ками питания РЦ переменного тока служат трансфор­маторы, преобразователи и генераторы различных типов. При электротяге постоянного тока широко используют ток промышленной частоты (50 Гц). Источником питания в этом случае является путевой трансформатор.

На линиях с электротягой переменного тока частота сигналь­ного тока должна отличаться от частоты тягового тока (50 Гц). На этих линиях применяют сигнальный ток частотой 25 Гц.

Разработаны и внедряются РЦ переменного тока с частотой сигнального тока 100-500 Гц, которые можно применять при любом виде тяги поездов. К РЦ переменного тока относятся также так назы­ваемые тональные рельсовые цепи, в которых используются частоты тонального спектра.

По режиму питания различают рельсовые цепи непрерывного питания, импульсные и кодовые. Применение импульсного или кодо­вого питания позволяет повысить чувствительность РЦ к шунту и повреждению рельса. Однако это преимущество дости­гается только в случае использования в качестве путевого приемника электромагнитных реле. При применении других пороговых элементов высокая чувствительность к шунту и повреждению рельса может быть достигнута и в РЦ с непрерывным питанием. На­пример, при использовании в качестве порогового элемента триг­гера, срабатывающего от каждой полуволны переменного тока, может быть получен коэффициент возврата, близкий к единице (в импульсных РЦ Кв≈0,8). Известны и другие поро­говые элементы, позволяющие получить высокий коэффициент воз­врата при непрерывном питании РЦ.

При импульсном или кодовом режиме питания достигается бо­лее высокая защита от помех, в первую очередь от непрерывных помех тягового тока. Однако, кроме непрерывных, наблюдается силь­ное воздействие импульсных помех тягового тока в случаях: вклю­чения и выключения тяговых двигателей; перераспределения тягово­го тока вследствие непрерывного изменения переходных контактов между колесами и рельсами; кратковременного размыкания и искре­ния токоприемника. Особенно сильное воздействие импульсных по­мех наблюдается при возникновении на рельсах различных непро­водящих пленок, а также использовании песка для увеличения сцепления колес с рельсами.

Непрерывные РЦ обладают более высокой защитой от импульсных помех, так как путевые реле непрерывных рельсовых цепей более инерционны и не реагируют на кратковременные им­пульсные помехи. Кроме того, в РЦ с непрерывным питанием эффективная защита от импульсных помех может быть получена за счет искусственного замедления на срабатывание путевого приемника, например, при использовании повторителя путевого реле с замедлением на срабатывание 0,5-1 с (длитель­ность импульсов помех, как правило, не превышает 0,1 с).

Применить такую защиту в импульсных РЦ не представляется возможным, так как в этом случае нарушится нормальная работа дешифратора импульсной или кодовой РЦ. Импульсные РЦ менее надежны в условиях эксплуатации из-за механического износа контактов импульсного путевого реле и де­шифратора. Они требуют частого осмотра и проверки аппаратуры, что связано с большими затратами труда и средств при техническом обслуживании устройств, поэтому наметилась тенденция к переходу на непрерывные РЦ.

При новом проектировании и строительстве на станциях применяют непрерывные РЦ переменного тока с фазочувствительными реле ДСШ. РЦ с непрерыв­ным питанием применены в частотной автоблокировке, в системе автоблокировки с РЦ без изолирующих стыков и централизованным размещением аппаратуры.

В кодовых РЦ сигналы, передаваемые по рельсовой линии, при свободной РЦ используют для работы путевого реле, а при вступлении поезда — для работы автомати­ческой локомотивной сигнализации. Кроме кодовых применяют так­же кодированные РЦ. Нормально по ним передается не­прерывный ток для работы путевого реле, а с момента занятости поездом - кодовые сигналы АЛС.

По типу путевого приемника различают рельсовые цепи с одно­элементными и двухэлементными путевыми приемниками. Приемни­ки обоих типов должны иметь непрерывный вход и дискретный выход. Сигнал на входе может изменяться непрерывно (по ампли­туде, фазе и частоте) вследствие изменения изоляции РЦ под воздействием колесных пар или при повреждении рельса. На выходе путевой приемник должен выдавать двоичную дискретную информацию: рельсовая цепь свободна и исправна (1), рельсовая цепь занята подвижным составом или повреждена (0). В первом слу­чае путевое реле возбуждено и замкнуты его фронтовые, контакты, во втором случае реле отпускает якорь, замыкая тыловые контакты.

Одноэлементные путевые приемники имеют только один вход, на который поступает сигнал из РЦ. Такой приемник реагирует только на амплитуду или на амплитуду и частоту принимаемого сигнала (при наличии электрического фильтра в при­емнике).

Двухэлементные путевые приемники имеют два входа. На один из них поступает сигнал из рельсовой цепи (путевой элемент), на другой—от местного источника (местный элемент).

В двухэлементных фазочувствительных приемниках (реле типа ДСШ) между сигналами, подаваемыми на путевой и местный элементы, должны быть определенные фазовые соотношения (сдвиг фаз между токами путевого и местного элементов 90°). Такой приемник реагирует на амплитуду, частоту и фазу сигнала, прини­маемого из РЦ. При напряжении ниже напряжения отпускания или отклонении фазы на некоторый угол путевой приемник фиксирует занятость или неисправность РЦ.

В двухэлементных гетеродинных приемниках сигнал, принимае­мый из РЦ, и сигнал, поступающий от местного генера­тора (гетеродина), отличаются один от другого по частоте (обычно разностная частота составляет несколько герц). Например, из РЦ поступает сигнал 75 Гц, а от местного генератора— 83 Гц (этот генератор используют одновременно для питания смежной рельсовой цепи). Наличие разностной частоты 8 Гц явля­ется условием возбуждения путевого приемника; приемник фикси­рует занятость или неисправность рельсовой цепи при уменьшении амплитуды сигнала РЦ ниже порога срабатывания или отклонении частоты более нормированного допуска (±1 Гц).

По способу пропускания обратного тягового тока рельсовые цепи подразделяются на однониточные и двухниточные. В однониточ­ных РЦ (рис. 3, а) тяговый ток пропускается по одной рельсовой нити. Однониточные рельсовые цепи просты по устройству, однако обладают рядом недостатков: они неприемлемы при наложении АЛС вследствие сильного влияния помех при про­пуске тягового тока по одной рельсовой нити; тяговые нити смежных путей объединяются медными тросами в нескольких точках, что ухудшает условия шунтового и особенно контрольного режима (ре­жима повреждения рельса). Поэтому однониточные РЦ применяют только на некодируемых путях станций при длине рель­совой цепи до 650 м и условии обеспечения пропуска тягового тока не менее чем по шести параллельным рельсовым нитям на двухпутных линиях и по трем - на однопутных.

Вам также может быть полезна лекция "ТЕМА - Установление связи между показателями".

Рис. 3. Схемы пропуска тягового тока в однониточной и двухниточной

 рельсовых цепях

В остальных случаях на станциях, а также в пределах перегонов применяют двухниточные РЦ (рис.3, б), в которых тяговый ток пропускается по обеим рельсовым нитям, а для пропуска обратного тока в обход изолирующих стыков для создания непрерывности цепи тяговому току используют дроссель-трансформаторы. Симметричное распре­деление тягового тока по обеим рельсовым нитям создает хорошие условия для действия АЛС, так как напряжения помех, наводимые в каждой из катушек, взаимно компенсируются. Помехи компенси­руются и на обмотке дроссель-трансформатора, так как через каждую его полуобмотку будут протекать равные, но противоположно направленные токи помех.

Поэтому условия защиты аппаратуры от воздействия тягового тока в двухниточных РЦ лучше, чем в однониточных.

По месту применения рельсовые цепи подразделяются на нераз­ветвленные и разветвленные. Последние применяют при изоляции стрелочных участков станций. Разветвленные РЦ могут иметь несколько путевых приемников (путевых реле) для контроля свободности и исправности ответвлений. В схему контроля после­довательно включают фронтовые контакты всех путевых реле развет­вленной цепи.