Рельсовые цепи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

путь подвижный рельсовый замыкание

Для фиксации наличия или отсутствия подвижных единиц на участках пути, а также контроля целостности рельсовых нитей используются рельсовые цепи (РЦ). Первый патент на их изобретение принадлежал Вильяму Робинзону, предложившему в 1867 г. использовать ходовые рельсы в качестве проводников электрического тока и создавшему специальную конструкцию путевого приемника. Первая рельсовая цепь получила название нормально разомкнутой, имела ряд недостатков, основным из которых было отсутствие контроля целостности и исправности рельсовой линии. После дополнительной проработки Робинзон в 1872 г. предложил более совершенную нормально замкнутую рельсовую цепь. Организация электрической цепи невозможна без электрической изоляции ее проводников друг от друга. Эту роль выполняют земляное полотно, балласт и шпалы.

Рельсовые цепи были и остаются самым малонадежным элементом железнодорожной автоматики и телемеханики, приносящим более 50 % отказов в работе этих устройств. Большое число отказов в работе РЦ определяется подверженностью отрицательного влияния на устойчивость их работы, меняющегося в широких пределах сопротивления изоляции, возникающих переходных сопротивлений в местах скреплений рельсов между собой и подсоединения к правому ходовому рельсу цепей заземления опор контактной сети и других сооружений, находящихся вблизи железнодорожного пути. Альтернативой применения РЦ являются системы контроля участков пути методом счета осей, однако эти системы не могут контролировать целостность рельсового пути, а также обеспечение необходимых интервалов между движущимися поездами с помощью спутниковой навигации и системы автоматической локомотивной сигнализации с использованием цифрового радиоканала, однако работы в этом направлении относительно недавно начаты. Поэтому конструкция аппаратуры рельсовых цепей и верхнего строения пути, а также методы защиты передаваемой по рельсовым линиям информации непрерывно совершенствуются, в частности, за счет применения модифицированных кодов Бауэра и фазоразностной манипуляции. На сегодняшний день наиболее перспективными являются рельсовые цепи тональной частоты без изолирующих стыков для перегонов с централизованным размещением оборудования и для станций с использованием изолирующих стыков. Данный тип РЦ хорошо защищен от влияния тяговых токов асимметрии, но микроэлектронная база путевых приемников и генераторов, применяемых в этих РЦ, часто выходит из строя из-за влияния грозовых перенапряжений.



Исходные данные

Проанализировать работоспособность неразветвленной рельсовой цепи заданной длины и типа на участке железной дороги с электротягой переменного тока при пониженном сопротивлении изоляции.

Анализ провести на основе расчета нормального, шунтового и контрольного режимов, а также режимов АЛСН и короткого замыкания.

Тип, длина и значения отдельных параметров рельсовой линии выбираются из соответствующих таблиц по двум последним цифрам учебного шифра. Для данного варианта работы - 087.

Таблица 1. - Тип анализируемой РЦ.

Наименование неразветвленной РЦ	Вид тяги поездов
Станционная двухниточная РЦ частотой 25 Гц с двумя дроссель-трансформаторами типа ДТ-1-150 и фазочувствительными реле типа ДСШ-13, кодируемая с питающего конца.	Электротяга переменного тока

Таблица 2. - Параметры рельсовой линии

Длина РЛ, км	0,8
Значение минимального удельного сопротивления изоляции РЛ Ом•км	0,4

Таблица 3. - Параметры линии и оборудования РЦ

Коэффициент поверхностной утечки m	1,8
Удельное сопротивление цепей заземления опор контактной сети , Ом•км	-
Сопротивление кабеля между путевым реле и изолирующим трансформатором (ИТ) , Ом	100
Сопротивление соединительных проводов между релейным ИТ и ДТ , Ом.	0,5
Сопротивление соединительных проводов между ДТ и ИТ питающего конца , Ом.	-



Таблица 4 - Справочные данные по электрическим характеристикам аппаратуры РЦ

Сопротивление путевого реле , Ом	(ДСШ-13)
Идеальный (приведенный) угол фазовых соотношений реле ДСШ (), град	+720
Рабочее напряжение путевого реле , В
Рабочий ток путевого реле , А	0,037
Коэффициент запаса по срабатыванию путевого реле	1,0
Коэффициент надежного возврата путевого реле	0,42
Допустимый коэффициент перегрузки путевого реле	4,0
Сопротивление, Ом (для ФП-25 входное сопротивление с учетом нагрузки на ИМВШ-110) и коэффициенты четырехполюсника защитного фильтра	(ЗБ-ДСШ) 200 (R0)
Сопротивление ограничителя (), Ом	2,2
Коэффициенты четырехполюсника ДТ релейного конца , (Ом), (См),	(ДТ-1-150), (n=3) ; ; ;
Коэффициенты четырехполюсника ДТ питающего конца	(ДТ-1-150), (n=3) ; ; ;
Коэффициенты четырехполюсника ИТ релейного конца	(ПРТ-А), (n=18,3) ; ; ;
Коэффициенты четырехполюсника ИТ питающего конца	-
Нормативный ток АЛСН на входном конце РЦ , А	1,4
Источник питания	ПРТ-А
Номинальные характеристики источника питания: напряжение, В; ток, А; мощность, В•А; градация регулировки напряжения	12,0 5,4 - 0,5
Коэффициент учитывающий колебание напряжение источника питания от номинального значения	1,025



1. Общая схема замещения фазочувствительной РЦ 25 Гц с реле ДСШ.

Для сокращения объема расчетов четырехполюсники питающего и релейного концов объединяют соответственно в четырехполюсники Н и К. При этом учитывают сопротивление соединительных проводов и кабеля.

Рисунок 1. - Схема замещения фазочувствительной рельсовой цепи 25 Гц с реле ДСШ

Рассчитать коэффициенты четырехполюсника аппаратуры питающего конца можно из матричного уравнения:

Отсюда

Рассчитать коэффициенты четырехполюсника аппаратуры релейного конца можно из матричного уравнения

2. Расчет нормального режима

Рисунок 2. - Схема замещения фазочувствительной РЦ в нормальном режиме.

Коэффициент распространения волны в рельсовой линии:

Волновое сопротивление рельсовой линии:

Определим коэффициенты рельсового четырехполюсника по формулам:

Определим ток и напряжение в конце рельсовой линии можно по формулам:

Определим ток и напряжение в начале рельсовой линии по формулам:

Определим минимальные напряжение и ток источника ПТ:

Затем по этим предварительным данным определим угол отклонения вектора комплекса U от идеального, который равен углу расстройки в нормальном режиме:

где - аргумент комплексного напряжения .

Действие сигнала, поступающего на вход фазочувствительного приемника уменьшается пропорционально , поэтому для компенсации этого напряжения, ток и мощность источника должны быть увеличены в соответствии с соотношениями:



Поскольку , то для трансформатора типа ПРТ-А можно принять , отсюда коэффициент, учитывающий градацию напряжения, ближайшего к его расчетному значению

Вычислим минимальный фактический ток ПЧ:

Вычислим мощность, потребляемую рельсовой цепью в нормальном режиме:

Коэффициент перегрузки фазочувствительного приемника по вращающему или тяговому моменту:

где - модуль комплекса максимального сопротивления передачи общей схемы замещения РЦ в нормальном режиме и минимальном сопротивлении изоляции;

- модуль комплекса минимального сопротивления передачи общей схемы замещения РЦ в нормальном режиме при сопротивлении изоляции, близком к бесконечности;

- аргумент ;

- аргумент ;

- коэффициент запаса по срабатыванию для электромагнитных и индукционных реле равен 1,0, для импульсных 1,2;

- допустимый коэффициент колебания напряжения источника;

- коэффициент, учитывающий наличие ближайшего напряжения на выходе питающего трансформатора к необходимому.

Максимальное сопротивление передачи общей схемы замещения РЦ в нормальном режиме и минимальном сопротивлении изоляции вычисляем по формуле:

где - обратный коэффициент снижения тока в четырехполюснике начала ;

- прямой коэффициент снижения тока в четырехполюснике конца;

- прямое входное сопротивление четырехполюсника К;

- обратное входное сопротивление четырехполюсника Н.

Рассчитаем прямой коэффициент снижения тока в четырехполюснике К:

Рассчитаем прямое входное сопротивление четырехполюсника К:

Рассчитаем прямое обратное входное сопротивление четырехполюсника Н по формуле:

Минимальное сопротивление передачи общей схемы замещения РЦ в нормальном режиме при сопротивлении изоляции, близком к бесконечности:

где Z - удельное сопротивление рельсовой линии на частоте 25 ГЦ;

l - длина рельсовой линии.

Полученный фактический коэффициент перегрузки реле не превышает максимально допустимый, равный 4.

При расчете фазочувствительных рельсовых цепей следует учитывать особенности реле ДСШ, срабатывание которых зависит не только от величины напряжения на путевом элементе , но от угла ?? сдвига фазы этого напряжения относительно опорного напряжения, роль которого выполняет напряжение, подаваемое на местный элемент реле ДСШ .

Конструктивно реле ДСШ разработаны таким образом, что действие максимального вращающего момента на сектор реле при минимальном напряжении на обмотке путевого элемента соответствует фазовому соотношению между током в обмотке путевого элемента и напряжением на обмотке местного элемента, равное -180 (+1620). Это фазовое соотношение называется идеальным . Фактическое фазовое соотношение может отличаться от идеального.

Для того, чтобы сохранить номинальным вращающий момент на секторе реле ДСШ при наличии угла расстройки необходимо 1/cos раз увеличить ток в обмотке путевого реле ДСШ, то есть необходимо 1/cos раз повысить напряжение путевого источника питания. Это напряжение, соответствующее фактическим условиям работы РЦ, называется приведенным.



Рисунок 3. - Векторная диаграмма фазовых соотношений реле ДСШ при двухфазной системе питания

3. Расчет шунтового режима

Рисунок 4. - Схема замещения РЦ в шунтовом режиме.

Шунтовой режим рассчитывается путем определения коэффициента шунтовой чувствительности на релейном конце и на питающем конце , которые определяются сравнением допустимого значения и фактического минимального напряжения , определенного в расчете нормального режима РЦ.

Определим коэффициент шунтовой чувствительности на релейном конце по формуле:

где - аргумент комплексного сопротивления передачи .

Коэффициенты четырехполюсника при наложении шунта на релейном конце

Полное сопротивление передачи при шунтировании на релейном конце

Подставив соответствующие значения в приведенные выше формулы, получим:

Коэффициент шунтовой чувствительности на питающем конце рассчитаем по формуле:

где - аргумент комплексного сопротивления передачи .

Коэффициенты четырехполюсника при наложении шунта на питающем конце

Полное сопротивление передачи при шунтировании на питающем конце

Подставив соответствующие значения в приведенные выше формулы, получим:

4. Расчет контрольного режима

Рисунок 5. - Схема замещения РЦ в контрольном режиме.

Контрольный режим рассчитывается путем определения коэффициента чувствительности к поврежденному рельсу , которое определяется сравнением допустимого напряжения и фактического напряжения , определенного в номинальном режиме

Где

где - аргумент комплексного сопротивления передачи .

Для вычисления предварительно определяют коэффициент, учитывающий взаимную индукцию рельсов

Определим коэффициенты четырехполюсника рельсовой линии при повреждении рельса:

где - критическое значение комплексного числа на частоте 25 Гц, при котором удельное сопротивление изоляции РЛ в контрольном режиме принимает критическое значение ;

и - коэффициенты схем, учитывающие наличие дроссель-трансформаторов соответственно на релейном и питающем концах

Откуда



Сопротивление передачи РЦ в контрольном режиме рассчитаем по формуле:

Подставим значения в приведенные выше формулы и получим:



5. Расчет режима АЛС

Рисунок 5. - Схема замещения РЦ в режиме АЛС.

При отсутствии в схеме замещения четырехполюсника К его коэффициенты будут равны:

Коэффициент режима АЛСН рассчитывается путем отношения фактического тока на приемном конце к нормативному току

где - фактический ток под приемными катушками АЛС.

Сопротивление передачи РЦ в режиме АЛС



Подставим значения в приведенные ранее формулы и получим:

6. Расчет режима короткого замыкания

В режиме короткого замыкания колесные пары подвижного состава находятся в точке подключения аппаратуры питающего конца. Расчет этого режима производится для определения мощности источника питания РЦ.

Рисунок 6. - Схема замещения РЦ в режиме КЗ.

При отсутствии четырехполюсников РЛ и К их коэффициенты:

Сопротивление аппаратуры питающего конца в режиме КЗ рассчитаем по формуле:



Ток короткого замыкания рассчитаем по формуле:

Мощность, потребляемую РЦ в режиме КЗ, определим по формуле:



Список литературы

1.Путевая блокировка и авторегулировка /Котляренко Н.Ф., Шишляков А.В., Соболев Ю.В. и др.-М.:Транспорт.1983.-408 с.

2.Аркатов В.С., Аркатов Ю.В., Казеев С.В., Ободовский Ю.В. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник-3-е издание, переработанное и дополненное.-М.: «ООО Миссия-М», 2006.-496 с.

3.Сороко В.И., Розенберг Е.Н. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 3 кн. Кн.2.-М.: НПФ «Планета», 2000.-1008 с.

4.Леушин В.Б. Особенности структур рельсовых цепей автоблокировки: учеб. пособие.- Самара: СамИИТ, 1999.-96 с.

5.Рогачева И.Л. Перегонные системы автоматики и телемеханики: учеб. пособие.- Москва: ГОУ «Учебно - методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007.-411 с.

Размещено на Allbest.ur

...