Анализ рельсовой цепи числового кода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание и исходные данные

Задание: Провести анализ рельсовой цепи числового кода и на основании полученных данных провести ее расчет.

Исходные данные (вариант №24):

1. Вид тяги поездов: Электрическая тяга переменного тока.

2. Длина рельсовой цепи: 2,4 км.

3. Характеристики верхнего строения пути:

Балласт - Щебеночный

Шпалы - Железобетонные.

Содержание

Введение

1. Выбор типа рельсовой цепи

2. Цель и методика анализа рельсовой цепи

3. Задачи и методика расчета рельсовой цепи

4. Подготовка исходных данных

4.1 Разработка схемы замещения

4.2 Дополнительные исходные данные

5. Исследование рельсовой цепи

6. Расчет рельсовой цепи

Заключение

Список используемых источников

Введение

Рельсовые цепи - основной элемент практически всех систем СЖАТ. С помощью РЦ можно обеспечить максимальную пропускную способность участков пути и станций, а также безопасность движения поездов. В зависимости от назначения систем СЖАТ рельсовые цепи, используемые в них, обеспечивают решение таких задач как включение запирающего сигнала светофора при занятом участки пути или изломе рельса; контроль приближения поезда к станции или к переезду, контроль освобождения переезда и другие.

К рельсовым цепям предъявляются требования большой длины; обеспечения надёжного пропуска обратного тягового тока; контроль состояния участка пути (свободен или занят); контроль целости рельсовых нитей; исключения перевода стрелки под составом; передача информации между светофорами в кодовых системах АБ; передача информации с напольных устройств на локомотив.

На качественную работу РЦ в реальных условиях оказывают влияние такие факторы как:

- мешающие влияние тягового тока;

- изменение величины напряжения источника питания;

- сопротивление изоляции рельсовой линии;

- заземления на рельсы металлических конструкций, имеющих контакт с землей.

Железная дорога - зона повышенной опасности и требует особого внимания ко всем приборам и оборудованиям, отвечающим за безопасность движения. Из-за больших скоростей и интенсивности движения поездов повышаются требования к рельсовым цепям. Мешающие факторы постоянно оказывают определённое влияние на качественную работу рельсовых цепей. Исходя из этого, возникает необходимость проведения расчётов для круглогодичной работы РЦ.

1. Выбор типа рельсовой цепи

Рис. 1

Исходя из условий задания, выбираем кодовую РЦ переменного тока с частотой 25 Гц (Рис. 1), руководствуясь тем, что для обеспечения помехозащищённости при передаче кодовых посылок на локомотив и к другим устройствам частота сигнального тока должна отличаться от частоты тягового. Применение сигнальной частоты 25 Гц также позволяет строить РЦ большей длины, повышается КПД рельсовой линии, так как чем больше частота сигнального тока, тем больше затухания в РЛ и тем больше РЦ потребляет мощности. Кроме того преобразователи ПЧ-50\25,применяемые в КРЦ частотой 25 Гц обладают стабилизирующим эффектом, что является дополнительным преимуществом.

АВМ-1 - автоматический выключатель многократного действия (рассчитан на номинальный ток 5А). Он отключает аппаратуру от рельсовой линии при большой асимметрии тягового тока.

ДТ - дроссель-трансформатор типа ДТ-1-150 с коэффициентом трансформации n=3. Предназначен для пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков. Служит для подключения аппаратуры и согласования сопротивлений аппаратуры и рельсовой линии;

Р - разрядник типа РВНШ-250. Предназначен для защиты аппаратуры от коммутационных перенапряжений, возникающих в рельсовой линии от контактной сети или грозового разряда;

Rо - резистор, с сопротивлением 200 (Ом). Служит для защиты аппаратуры от короткого замыкания;

Rи - искрогасящий резистор, улучшает условия замыкания фронтового контакта Т за счёт уменьшения величины тока заряда конденсатора Си;

Cи - искрогасящий конденсатор емкостью 4 мкФ, уменьшает реактивную составляющую нагрузки, шунтирует ток самоиндукции, уменьшая его величину на контактах реле Т при размыкании;

Т - контакт реле ТШ-65В. Коммутирует цепь, формирует кодовые посылки;

ТИ - контакт искрогасящего трансмитерного реле (является его обратным повторителем). Перестраивает цепь (Rи - Cи) искрогашения в процессе работы реле Т;

ПЧ 50/25-100 - преобразователь частоты. Позволяет получить выходные напряжения от 5 до 175 В, а так же служит для преобразования напряжения питания контактной сети промышленной частоты в напряжение питания РЦ частотой 25 Гц. Стабилизирует напряжение питания;

ФП25 - путевой фильтр. Служит для защиты от большого напряжения смежной РЦ при пробое изолирующих стыков, защищает от частот тягового тока.

И - импульсное реле типа ИМВШ-110 или реле типа ИВГ (аналогичное ИМВШ-110). Является приёмником кодовых сигналов.

ИТ - изолирующий трансформатор типа ПРТ-АУЗ с коэффициентом трансформации n=9, согласует низкое входное сопротивление рельсовой линии с высоким сопротивлением аппаратуры. Совместно с АВМ защищают аппаратуру, обслуживающий персонал при большой асимметрии тягового тока или при других аварийных случаях.

2. Цель и методика анализа рельсовой цепи

Целью анализа в данной работе является - определение исходных данных (наихудших условий для каждого режима) для проведения дальнейшего расчета рельсовой цепи.

Анализ следует проводить для каждого режима отдельно.

Для нормального режима наихудшими условиями будут являться наихудшее удельное сопротивление изоляции рельсовой линии.

Для шунтового режима будем рассматривать наихудшую точку наложения шунта.

Для контрольного режима критическое удельное сопротивление изоляции рельсовой линии.

Для режима АЛС наихудшее удельное сопротивление изоляции рельсовой линии в режиме АЛС.

В данной работе исследования проводятся на ЭВМ с помощью специальной программы "Rels-new". В результате расчета программа выдает комплексное значение напряжения и тока в начале схемы замещения по исходным параметрам, которые задает исследователь. Такими параметрами являются напряжения и токи в конце схемы замещения, коэффициенты четырех полесников и др.

Для решения поставленной задачи необходимо провести следующие исследования:

1) UHмин = f (rи) (1)

где UHмин - минимально допустимое напряжение питания рельсовой цепи по условию выполнения нормального режима, В;

rи - удельное сопротивление изоляции рельсовой линии, Ом • км (задается исследователем).

2) UШмакс = f (x), (2)

где UШмакс - максимально допустимое напряжение питания рельсовой цепи по условию выполнения шунтового режима, В;

x- ордината точки наложения шунта; задается самой программой - на питающем конце рельсовой линии, в середине и на релейном конце рельсовой линии.

3) UКмакс = f (rи), (3)

где UКмакс максимально допустимое напряжение питания рельсовой цепи по условию выполнения контрольного режима, В; Исходя из верхнего строения пути необходимо ввести коэффициент поверхностной утечки; Расчет проводиться программой для наихудшей точки излома рельса.

4) Uалсмин = f (rи), (4)

где Uалсмин - минимально допустимое напряжение питание рельсовой цепи по условию выполнения режима автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).

В нормальном режиме - напряжение на путевом приемнике Uпр при наихудших условиях должно быть не ниже надежного срабатывания (рабочие напряжение Uр). Так как в кодовой цепи есть фильтр ФП-25, принимаем в качестве путевого приемника фильтр, нагруженный на обмотку импульсного реле. При этом подаваемое напряжение для создание на выходе фильтра условий надежного срабатывания реле должно быть 6,6В (справочные данные).

В шунтовом и контрольном режиме напряжение на путевом приемнике при наихудших условиях должно быть не выше напряжения надежного не срабатывания. Для создания этого напряжения на фильтр нужно подать напряжение 4,55 В. (справочные данные)

В режиме АЛС необходимо обеспечивать ток не ниже нормативного на релейном конце (1,4 А).

В результате расчета программа выдает комплексное значение напряжения и тока в начале схемы замещения по исходным параметрам, которые задает исследователь. Это такие параметры как: напряжение и токи в конце схемы замещения, первичные параметры рельсовой линии, длина РЛ, нормативное значение тока АЛС, данные о наличии дроссель-трансформаторов, коэффициенты поверхностной утечки и постоянная земляного тракта.

Для получения данных необходимо разбить аппаратуру питающего и релейного концов на четырёхполюсники. Для четырёхполюсников, замещающих трансформаторы и дроссель-трансформаторы, коэффициенты берутся из справочников.

Для остальных четырёхполюсников коэффициенты рассчитываются в соответствии с таблицей П1 из методического указания.

Расчет коэффициентов четырёхполюсника рельсовой линии в каждом из режимов программа рассчитывает сама по первичным параметрам, которые вводит исследователь (rи - удельное сопротивление изоляции рельсовой линии, Ом•км) является независимой переменной и задается исследователем.

3. Задачи и методика расчета рельсовой цепи

Задачей расчета рельсовой цепи является определение параметров источника питания и проверка выполнения всех режимов работы данной рельсовой цепи. К параметрам источника питания относятся: напряжение питания РЦ, ток и мощность, потребляемые рельсовой цепью.

Для нормального режима.

Целью расчета будет являться определение напряжения, тока и мощности источника питания, проверка работоспособности РЦ при выбранном напряжении по критерию перегрузки приемника и выполнении нормального режима.

Зная, что напряжение сети нестабильно, следует рассчитать номинальное напряжение питания РЦ:

Uн = Kнс min • Umin (7)

Где Kнс min - коэффициент нестабильности источника питания, (для преобразователей ПЧ50/25 - Kнс min=1.025). По справочным данным нужно выбрать ближайшее большее фактическое напряжение Uф.

По фактическому напряжению определяется фактический потребляемый ток:

Iф = Uф / Umin • Imin (8)

Фактическая потребляемая мощность определяется о формуле:

Sф = Uф • Iф (9)

Учитывая полученные значения фактического тока и мощности, по справочным данным проверяем соответствие с данными выбранного источника питания по допустимой мощности и току.

Допустимый коэффициент перегрузки можно определить по формуле:

Kпердоп = (10)

где Uпер.доп - допустимое напряжение перегрузки реле (для ИМВШ-110 оно равно 12 В. по справочнику),

Kпер.доп - допустимый коэффициент перегрузки реле данного типа,

Uср - напряжение срабатывания путевого реле (паспортное данное, для ИМВШ-110 равно 3.2 В.).

Фактический коэффициент перегрузки путевого реле определяется с учётом того, что программа "Rels-new" для нормального режима выдаёт минимально допустимые напряжения питания рц при различных сопротивлениях изоляции рл:

Kпер. ф. = Kнс. min • Kгр • Kнс.max • UНмин1 / UНмин ? (11)

Kнс. min - коэффициент нестабильности источника при снижении напряжения сети от номинального значения к минимальному,

Kгр - коэффициент градации источника питания,

Kнс.max - коэффициент нестабильности источника питания при увеличении напряжение сети от номинального значения к максимальному,

UНмин1 - минимально допустимое напряжение питание рельсовой цепи по условию выполнению нормального режима при наименьшим удельном сопротивлении изоляции (rи = 1 Ом•км),

UНмин ? - минимально допустимое напряжения питания рельсовой цепи по условию выполнения нормального режима при наибольшем удельном сопротивлении изоляции (rи = 99 Ом•км, что практически соответствует бесконечному сопротивлению изоляции).

Для нормального режима необходимо чтоб выполнялось равенство:

Kпер. ф. ? Kпред. доп (12)

Для шунтового режима.

Целью расчета для этого режима будет являться выполнение шунтового режима по критерию абсолютной шунтовой чувствительности или по коэффициенту шунтовой чувствительности.

Напряжение на приемнике при наихудших условиях должно быть не выше напряжения надежного не срабатывания, то есть на входе фильтра, нагруженного на обмотку импульсного реле должно быть не более 4,55 В. (справочные данные).

Исходя из возможностей программы "Rels-new" для проверки выполнения шунтового режима рассчитаем коэффициент шунтовой чувствительности:

, (13)

где UДШ - модуль максимально допустимого напряжения питания РЦ по условию выполнения шунтового режима;

UФ - фактическое напряжение питания РЦ.

Если Кш?1, то шунтовой режим выполняется.

Контрольный режим.

Целью расчета контрольного режима заключается в проверки условия выполнения контрольного режима по критерию чувствительности к повреждению рельса.

Для проверки условия выполнения контрольного режима, рассчитаем коэффициент чувствительности к повреждению рельса:

, (14)

где - модуль максимально допустимого напряжения питания РЦ в контрольном режиме (напряжение питания РЦ, обеспечивающее напряжение на путевом приемнике, равное напряжению надежного несрабатывания, при изломе рельса в наихудшей точке при наихудших условиях).

Для любой рельсовой цепи должно выполняться условие:

ККП?1

Режим АЛС.

Целью расчета режима АЛС будет являться определение величины тока Iкл в рельсах в конце РЛ при нахождении там шунта. Для выполнения режима АЛС необходимо чтобы минимально допустимое напряжение на питающем конце ниже или равно фактическому напряжению на питающем конце.

Kл = , (15)

где - модуль напряжения питания РЦ, обеспечивающего нормативный ток АЛС в конце РЛ при наложении нормативного шунта при условиях, наихудших для режима АЛС.

Для выполнения режима АЛС должно соблюдаться условие:

4. Подготовка исходных данных

4.1 Разработка схемы замещения

Для надёжного и более удобного анализа и расчёта схему рц необходимо представить в виде схемы замещения, на которой отображаются все элементы рц. Элементы схемы замещения представляют в виде четырёхполюсников каскадно-соединённых между собой. В используемой программе "Rels-new" схема замещения имеет 9 четырёхполюсников (Рис. 2).

Коэффициенты A, B, C и D находятся из справочных таблиц.

На релейном конце в качестве приемника будем рассматривать вход путевого фильтра ФП25, так как известны его входные напряжение и ток надежного срабатывания при подключенном на выходе импульсном реле типа ИМВШ-110. Эти напряжение и ток соответственно равны:

Uф=6,6 В; Iф=0,033 А.

Коэффициенты четырёхполюсника заменяющего ИТр типа ПРТ-А:

А= 0,110ej0; B=2,4ej36; C=0,006e-j65; D=9,15ej0.

Коэффициенты четырёхполюсника заменяющего ИТп типа ПРТ-А:

А=9,15еj0; В=2,4ej36; С=0,006ej-65; D=0,110ej0.

Коэффициенты четырёхполюсника заменяющего ДТр типа ДТ-1-150:

A=0,333еj0; B=0,0525еj40; C=0,49е-j70; D=3,0еj0.

Коэффициенты четырёхполюсника заменяющего ДТп типа ДТ-1-150:

A=3ej0; B= 0,05еj35; C=0,302е-j60; D=0,333еj0.

Коэффициенты фиктивных четырёхполюсников:

А=1ej0; В=0ej0; С=0ej0; D=1ej0.

Коэффициенты четырёхполюсника заменяющего Си:

А=1ej0; В=0ej0; С=0,0006284ej90; D=1ej0

Коэффициенты четырёхполюсника заменяющего сопротивление R0:

А=1ej0; В=200ej0; С=0ej0; D=1ej0.

4.2 Дополнительные исходные данные

Для нормального режима и режима АЛС рекомендуются значения:

минимальное сопротивление изоляции рл=1 Ом/км

максимальное =10 Ом/км

шаг=3 Ом/км

Для контрольного режима рекомендуются значения:

минимальное сопротивление изоляции=0,5 Ом/км

максимальное=9 Ом/км

шаг=1 Ом/км

Расчётное значение удельного сопротивления рельсовых нитей при типе стыкового соединителя - приварной медный: модуль- 0,5 Ом/км,аргумент-52

Нормативный ток АЛС IНОРМ = 1,4 А.

Постоянный коэффициент земляного тракта Е=1,88ej9.66

Коэффициент поверхностной утечки m=9.1

Uннср=4.55 В

Iннср=0,02 А

5. Исследование рельсовой цепи

Исследование рельсовой цепи проводим с помощью программы "Rels-new". По данным используемой программы мы получаем значения токов и напряжения на питающем элементе рельсовой цепи для различных режимов работы (приложение).

При исследовании рельсовой цепи в нормальном режиме рассмотрим график зависимости минимально допустимого напряжения питания для выполнения НР от сопротивления изоляции рельсовой линии (Рис. 2).

Рис. 2

рельсовый цепь ток локомотив

Из графика видно, что при минимальном сопротивлении изоляции (1 Ом*км) необходимо наибольшее напряжение питания для обеспечения рабочего напряжения на реле. Если же сопротивление изоляции максимально, то для обеспечения того же рабочего напряжения на реле, необходимо подавать гораздо меньшее напряжение питания. Следовательно, наихудшим условием для выполнения нормального режима работы РЦ является наименьшее сопротивление изоляции рельсовой линии.

Этому наихудшему условию соответствуют:

Umin=119.5 ej30 В; Imin=0.33 ej-16 А.

Аналогично проводим исследование режима АЛС. Зависимость минимально допустимого напряжения питания для выполнения режима АЛС от сопротивления изоляции рл показана на графике (Рис. 3)

Рис. 3

По данным программы "Rels-new" выбираем минимально допустимое напряжение питания. Наихудшим условием для выполнения режима АЛС является сопротивление изоляции рл равное 1 Ом*км.

При наихудших условиях:

Umin=112.5ej50 В; Imin=0.31 ej4 А.

Для выполнения шунтового режима работы рельсовой цепи необходимо, чтобы на приёмном конце было такое напряжение, при котором реле надёжно не сработает, если ограждаемый блок участок занят. Исходя из полученных результатов программы "Rels-new", наихудшей точкой наложения шунта будет питающий конец рельсовой цепи, так как в этом случае для ложного возбуждения реле потребуется меньшее напряжение питания источника.

Зависимость максимально допустимого напряжения питания рц для выполнения шунтового режима работы от координат точки наложения шунта показана на графике (Рис. 4).



Рис. 4

При наихудших условиях:

Umax=190.6ej29 В; Imax=0.5 ej-25 А.

Для выполнения контрольного режима работы рельсовой цепи необходимо, чтобы напряжение на приёмном конце было такое, которое не превышает напряжения надёжного несрабатывания.

Таким образом, наихудшим условием для контрольного режима будет такое критическое сопротивление изоляции, при котором на релейный конец будет передаваться наибольшее напряжение.

Зависимость максимально допустимого напряжения питания для выполнения контрольного режима работы рц от сопротивления изоляции рельсовой линии показана на графике (рис. 5)

Рис. 5

Критическое сопротивление изоляции в нашем случае равно 1 Ом*км. Максимально допустимые напряжение и ток питания рельсовой цепи будут равны:

Umax=2300.4ej-13 В, Imax=6.4ej-64 А.

6. Расчет рельсовой цепи

В результате исследования мы получили минимально допустимые напряжение и ток для выполнения нормального режима работы рц:

Umin= 119.5 ej30 В; Imin=0.33 ej16 А.

Далее с учётом нестабильности напряжения сети определим номинальное значение напряжения (по формуле 7):

Uн = 1.025•119.5 ej30 = 122.49ej30 В

Выбираем ближайшее большее фактическое напряжение:

Uф=120 В

Фактический ток РЦ определяем по формуле (8):

Iф= = 0.33 ej16

Фактическая потребляемая мощность определяется по формуле (9):

Sф = 120•0.33 ej16 = 39,6 ej16 ВА

Допустимый коэффициент перегрузки приёмника определяется из формулы (10):

Kпердоп = =3.75

Фактический коэффициент перегрузки приёмника рассчитаем по формуле (11):

Kперф= =1,8

Kперф<Kпердоп - следовательно рельсовая цепь удовлетворяет условиям нормального режима.

Фактическая мощность не превышает мощность выбранного источника питания.

Для оценки режима АЛС воспользуемся соотношением (15):

,

Для выполнения режима АЛС необходимо, чтобы Кл ? 1, то есть режим АЛС выполняется.

Для расчёта шунтового режима определим коэффициент шунтовой чувствительности (13):

Так как КШ > 1, то шунтовой режим выполняется.

При расчете контрольного режима необходимо определить коэффициент чувствительности к поврежденному рельсу (14):

,

где UДКП - максимально допустимое напряжение питания для выполнения контрольного режима. UДКП=2300 В.

Для выполнения контрольного режима ККП ? 1, следовательно, контрольный режим выполняется.

Заключение

В данной курсовой работе были разработаны методики анализа и расчета рельсовой цепи.

В ходе анализа удалось выяснить факторы, влияющие на работу РЦ в каждом режиме. Также был проведен расчет параметров источника питания, исходя из наихудших условий работы РЦ, выполнена проверка всех режимов работы РЦ.

Рассматриваемая рельсовая цепь вполне работоспособна, так как выполняются все критерии для каждого режима работы.

Список используемых источников

1. Аркатов В.С., Кравцов Ю.А., Степенский Б. М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание. - М.: Транспорт, 1990. - 295 с.

2. Анализ и расчет рельсовых цепей: методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Автоматика и телемеханика на перегонах"/ составитель Н.Е. Федоров.- Самара: СамГУПС, 2011. - 27 с.

3. Релейные и микроэлектронные системы интервального регулирования движения поездов: учебное пособие для студентов специальности "Автоматика, телемеханика и связь на жд транспорте" / Н. Е. Федоров. Самара: СамГАПС, 2006. - 167 с.

4. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики (справочник). Сороко В.И., Разумовский Б.А. М., "Транспорт", 1976, 704 с.

5. Компьютерная программа "RELS-NEW".

Размещено на Allbest.ru

...