Аппаратура рельсовых цепей

l - длина РЦ, км.

Вторичные параметры (, Z_в) определяются через первичные:

= , Z_p =

где Z - удельное сопротивление рельсов, Ом;

r_u - удельное сопротивление изоляции, Омкм.

Так как опоры контактной сети имеют заземление, то вместо _u в формулах нужно подставить значение удельного эквивалентного сопротивления изоляции РЛ, вычисляемого по формуле:

, Омкм.

где r_o - минимальное удельное сопротивление изоляции заземления контактных опор.

Зная значение Uн и Iн, определенные по формуле, можно определить минимальные значения напряжения и тока преобразователя частоты:

U_min = A_н U_н + B_н I_н, В,

I_min = C_н U_н + Д_н I_н, А.

где А_н, В_н, С_н, Д_н - коэффициенты общего четырехполюсника питающего конца Н.

С учетом нестабильности питающего напряжения:

U_nr = K_нс U_min,

где К_нс - коэффициент нестабильности ПЧ-50/25.

Поскольку преобразователь частоты имеет градации напряжения от 5 до 175 В через каждые 5 В, то полученное значение напряжения округляется в большую сторону до числа, кратного пяти. Это напряжение является фактическим для заданного сопротивления балласта. Значение фактического напряжения U_nrф должно учитываться при расчете всех остальных режимов.

Фактически ток преобразователя частоты:

I_nrф = К_тр I_min,

где К_тр 1 - коэффициент, учитывающий градацию выходного напряжения ПЧ-50/25.

Мощность, потребляемая РЦ в нормальном режиме:

S = U_nrф I_nrф, ВА,

где I_nrф - сопряженное значение тока.

определение коэффициента перегрузки реле

Коэффициент перегрузки реле определяется по формуле:

,

где К_з - коэффициент запаса по срабатыванию;

|Z_nmax| - модуль комплекса максимального сопротивления передачи общей схемы замещения РЦ в нормальном режиме при r_umin;

|Z_nmin| - модуль комплекса минимального сопротивления передачи общей схемы замещения РЦ в нормальном режиме при r_umах;

Z_nmax = К`<sub>тн</sub>К<sub>тк</sub> [AZ<sub>вх к</sub>+B+(CZ<sub>вх к</sub>+Д)Z`_{вх н}], Ом

Z_nmin = К`<sub>тн</sub>К<sub>тк</sub> [AZ<sub>вх к</sub>+B+(CZ<sub>вх к</sub>+Д)Z`_{вх н}], Ом

где А, В, С, Д - коэффициенты рельсового четырехполюсника при r_umin.

Другие входящие в формулу сопротивления передачи величины вычисляются по следующим соотношениям:

Обратный коэффициент снижения тока в четырехполюснике Н

К`_тн = А_н;

Прямой коэффициент снижения тока в четырехполюснике К

К_тк = С_кZ_{вх ф}+Д_к;

Обратное входное сопротивление четырехполюсника Н

Z`_{вх н} = В_н/Д_н; Ом

Прямое входное сопротивление четырехполюсника К

Z_{вх к} = , Ом

Z_{вх ф} = , Ом

Z_nmin = К`<sub>тн</sub>К<sub>тк</sub>(Z<sub>вх к</sub>+Zl+Z`_{вх н}), Ом

Т.к. коэффициенты рельсового четырехполюсника при r_umax = будут равны А=1, В=Z, С=0, Д=1.

Коэффициент перегрузки является критерием для оценки работы РЦ в нормальном режиме. Работа РЦ в нормальном режиме является устойчивой, если напряжение и ток источника питания выбраны такой величины, чтобы при наихудших условиях значения К_пер = К_з.

Сопротивление передачи рельсовой цепи изменяется в зависимости от коэффициентов рельсового четырехполюсника, которые в формальном режиме обозначают А, В, С, D. По выражениям (3.16) и (3.17) определяют сопротивление передачи основной и общей схем замещения в нормальном режиме работы рельсовой цепи. Сопротивление передачи основной и общей схем замещения рельсовой цепи в шунтовом Z_aom и контрольном Z_n0K режимах определяют по этим же уравнениям, но используют коэффициенты рельсового четырехполюсника в шунтовом (А_ш, В_т, С_т, D_m) и контрольном (А_кл, 5_КП, С_кп, D_KB) режимах.

9. Рельсовые цепи на участках с автономной тягой

На неэлектрифицированных линиях по рельсовым цепям протекает лишь сигнальный ток: мешающее действие тягового тока здесь отсутствует. Ввиду этого на таких линиях могут быть применены рельсовые цепи любого типа: постоянного или переменного тока, с непрерывным или импульсным питанием. Практически на линиях с автономной тягой (тепловозная, паровая) широко применяют рельсовые цепи постоянного тока, которые наиболее просты по устройству и потребляют малую мощность.

К достоинствам рельсовых цепей постоянного тока следует отнести возможность их резервного электропитания от аккумуляторов, что особенно важно для участков с ненадежным электроснабжением. Аппаратуру располагают в релейных шкафах, а источники питания (выпрямители и аккумуляторы) - в батарейных, устанавливаемых рядом с релейными.

9.1 Рельсовые цепи с непрерывным питанием

В рельсовой цепи с непрерывным питанием используют нейтральное путевое реле АНШ 2-2 с сопротивлением обмоток 2 Ом. Ток срабатывания реле АНШ 2-2 равен 135 мА, ток отпускания-55 мА, коэффициент возврата-0,407, мощность срабатывания-36,5 мВт. Рельсовая цепь получает питание от выпрямителя ВАК-14. Для резервного питания предусмотрен аккумулятор АБН-72, работающий в режиме среднего тока.

В качестве ограничителя применен регулируемый резистор 6 Ом. Для действия устройств автоматической локомотивной сигнализации схема допускает возможность ее кодирования с питающего или релейного конца.

Для контроля замыкания изолирующих стыков предусматривают чередование полярности тока в смежных рельсовых цепях. В случае замыкания изолирующих стыков токи смежных цепей компенсируются и путевые реле обеих свободных рельсовых цепей отпускают свои якоря, чем контролируется исправность изолирующих стыков. Для лучшей компенсации сигнальных токов в смежных цепях по обе стороны изолирующих стыков размещают питающие или релейные концы.

Если изолирующие стыки замыкаются при занятой рельсовой цепи, то создается возможность подпитки путевого реле от источника смежной рельсовой цепи, в то время как свой источник питания зашунтирован. Таким образом, контроль замыкания изолирующих стыков отсутствует как раз в тот момент, когда он более всего необходим. К недостаткам рельсовых цепей постоянного тока с непрерывным питанием следует отнести также малую предельную длину (до 1500 м), отсутствие защиты от блуждающих токов, в том числе от обратных токов вагонного освещения и отопления при центральном источнике электроснабжения пассажирских поездов.

Рельсовые цепи постоянного тока с непрерывным питанием используются только на станциях участков, не подверженных влиянию блуждающих токов.

На перегонах при автоблокировке применяют импульсные рельсовые цепи (рис. 1). Периодическое замыкание (импульс) и размыкание (интервал) цепи питания производятся контактом непрерывно работающего маятникового трансмиттера. В качестве путевого реле И служит импульсное поляризованное реле ИМШ-0,3. Ток срабатывания реле равен 280 мА, отпускания-135 мА; мощность срабатывания 24,4 мВт. Контакты импульсного реле вследствие их непрерывного переключения не могут быть использованы в цепях контроля свободности блок-участков и включения ламп светофоров, поэтому на релейном конце дополнительно устанавливают его повторитель - реле П, работающее от конденсаторного дешифратора и удерживающее якорь непрерывно притянутым при импульсной работе реле И.

При проектировании и строительстве автоблокировки используют схему релейного дешифратора (рис. 2).

Рисунок 1. Схема импульсной рельсовой цепи постоянного тока

В нем используют дополнительные реле: повторитель импульсного реле И 1 типа ИМШ 1-1700, медленнодействующий повторитель ПИ типа АНШМ 2-760 и его повторитель ПИ 1 типа АНШ 2-700 и основное реле П типа АНШ 2-700. Кремневые диоды VD2, VD3 и VD4 обеспечивают замедление реле на отпускание, а диод VD1 исключает попадание циркулирующих через диод VD2 и обмотку реле ПИ токов в другие цепи.

Рисунок 2. Схема релейного дешифратора

Схема релейного дешифратора сложна, но она обеспечивает более высокую устойчивость работы за счет исключения электролитических конденсаторов, параметры которых могут изменяться от продолжительности их работы и температуры окружающей среды. В этой схеме достигается более стабильное время отпускания якоря путевого реле (в пределах 0,9-1 с), благодаря чему обеспечивается удовлетворительный режим подачи кодовых сигналов АЛС при вступлении на рельсовую цепь поезда.

Схема релейного дешифратора отвечает всем требованиям безопасности, которые были рассмотрены выше применительно к конденсаторному дешифратору, в том числе при обрывах и замыканиях диодов и обмоток реле, а также при замыкании (сваривании) всех трех контактов импульсного реле.

Импульсная рельсовая цепь по сравнению с рельсовой цепью непрерывного питания имеет более высокую чувствительность к шунту и излому рельса, так как отпускание якоря реле П будет обеспечено, если ток в обмотке реле И снизится до тока непритяжения якоря. Отпускание якоря реле И гарантируется в интервале между импульсами, поэтому предельная длина импульсной цепи равна 2600 м.

В импульсных рельсовых цепях постоянного тока путевое реле всегда размещают на выходном конце блок-участка, т. е. импульсы для питания реле посылаются по ходу поезда. Это позволяет использовать контакты путевого реле для включения кодов АЛС при вступлении поезда, предварительного зажигания светофоров и подачи извещений на станцию и переезд о приближении поезда. Кроме того, такое размещение приборов исключает мешающее действие импульсов постоянного тока на локомотивные приемные устройства АЛС.

Ложная работа импульсного реле от тока смежной цепи при замыкании изолирующих стыков исключается чередованием полярностей тока в смежных рельсовых цепях. Импульсное путевое реле ИР 1-0,3 или ИМШ-0,3 срабатывает только от импульсов тока собственной цепи. При попадании тока другой полярности в его обмотку от источника смежной цепи под действием тока обратной полярности усилие на якорь будет направлено в сторону замыкания тылового контакта.

Достоинствами рельсовых цепей постоянного тока являются их простота, надежное резервирование питания от аккумуляторных батарей и малое потребление электроэнергии. Мощность, потребляемая рельсовой цепью, составляет примерно 19 ВА с учетом потерь в выпрямителе.

Однако эти рельсовые цепи имеют ряд недостатков. Хотя импульсная рельсовая цепь исключает возможность ложного срабатывания от блуждающих токов, но наличие этих токов приводит к отпусканию якоря путевого реле П. На путевом светофоре появляется красный огонь вместо разрешающего при свободном блок-участке, что может привести к задержкам в движении. Блуждающие токи могут иметь и импульсный характер. В этом случае не исключается возможность ложного возбуждения путевого реле. Поэтому при систематическом влиянии блуждающих токов, например, от электрического транспорта, применять импульсные рельсовые цепи постоянного тока не представляется возможным; в этом случае необходимо использовать рельсовые цепи переменного тока. Другим недостатком импульсных рельсовых цепей постоянного тока является влияние так называемых токов аккумуляторного эффекта, особенно на участках с железобетонными шпалами.

Эти токи являются следствием действия электрохимических процессов, протекающих в верхнем строении пути. Рельсовая линия как бы запасает энергию, накопленную в течение импульса. В интервале, когда импульсное реле должно отпускать якорь за счет тока аккумуляторного эффекта, оно удерживает его притянутым, и нормальное действие автоблокировки при этом нарушается. Для защиты реле от мешающего действия токов аккумуляторного эффекта применяют специальные схемы защиты. Например, питание осуществляется импульсами чередующейся полярности, когда вместо интервала посылают ток обратной полярности, компенсирующий ток аккумуляторного эффекта. Это усложняет схему.

Применяемые для резервного питания аккумуляторы критичны к изменению температуры окружающей среды. Для их размещения необходимы специальные батарейные шкафы, требующие тщательного ухода и частого осмотра. Емкость аккумуляторов не обеспечивает возможности действия АЛС при резервном питании, что снижает эффективность применения АЛС на линиях с автономной тягой. Аппаратуру рельсовых цепей постоянного тока необходимо размещать непосредственно у пути, допустимая длина соединительного кабеля составляет несколько десятков метров.

Указанные недостатки ухудшают эксплуатационно-технические показатели системы автоблокировки постоянного тока с импульсными рельсовыми цепями. На участках с автономной тягой при новом проектировании и строительстве, как правило, применяют рельсовые цепи переменного тока.

На линиях, подлежащих электрификации, применяют рельсовые цепи переменного тока, аналогичные рельсовым цепям для участков с электротягой, но без дроссель-трансформаторов. На средних и крупных станциях, как правило, применяют рельсовые цепи переменного тока.

9.2 Рельсовые цепи переменного тока

Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц. с путевыми реле ДСР-12 или ДСШ-12 (рис. 3, а) применяют на станциях участков с автономной тягой, подлежащих электрификации. В качестве питающего используют трансформатор ПОБС-2А, ограничителем является резистор Rо=2,2 Ом. Согласование высокого сопротивления (600 Ом) путевой обмотки реле ДСШ с низким входным сопротивлением рельсовой цепи (примерно 1 Ом) осуществляется релейным трансформатором СОБС-2А. С помощью конденсатора Ср, включенного последовательно с путевой обмоткой реле, достигается сдвиг фазы напряжения на путевой обмотке по отношению к напряжению местной обмотки на угол примерно 90°, необходимый для нормальной работы фазочувствительного реле. Предельная длина рельсовой цепи 1500 м, потребляемая мощность при предельной длине 80 ВА (максимальная-100 ВА). Дублирование жил кабеля между релейным трансформатором и путевым реле не требуется при длине кабеля до 2000 м.

Рисунок 3. Фазочувствительная рельсовая цепь переменного тока 50 Гц

Фазочувствительная рельсовая цепь допускает наложение кодирования с питающего и релейного концов (рис. 3, б). Для кодирования с релейного конца в качестве кодового используют трансформатор ПОБС-3А и дополнительно включают резистор Rз= 1,2 Ом. При шунтировании входного конца рельсовой цепи ток АЛС в рельсах должен быть не менее 1,2 А. После освобождения рельсовой цепи в большом интервале кода срабатывает путевое реле, и рельсовая цепь переходит из режима кодирования в нормальный.

Для исключения срабатывания путевого реле от тока смежной цепи при замыкании изолирующих стыков в смежных цепях вторичные обмотки путевых трансформаторов включают так, чтобы обеспечивалось чередование мгновенных полярностей тока. Первичные обмотки включают в одну и ту же фазу. При этих условиях в случае замыкания изолирующих стыков от источника смежной цепи через путевую обмотку будет протекать ток, противоположный по фазе (сдвинут на угол 180°). Под действием этого тока создается отрицательный вращающий момент, стремящийся повернуть сектор реле вниз, к упорному ролику. Этим исключается срабатывание путевого реле от источника смежной цепи.

Для этой же цели при кодировании с релейного конца мгновенную полярность кодового тока устанавливают противоположной полярности тока питания смежной рельсовой цепи.

Замыкание изолирующих стыков при свободных рельсовых цепях контролируется за счет взаимной компенсации сигнальных токов смежных рельсовых цепей. При этом фиксируется занятость одной или обеих смежных рельсовых цепей.

В случае перевода участка на электротягу на обоих концах рельсовой цепи устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-0,2; трансформатор РТ и резистор Rз снимают, а питающий трансформатор ПОБС-2А и резистор Ro заменяют соответственно на ПОБС-3А и РОБС-3А.

При новом проектировании и строительстве на станциях участков с автономной тягой, как правило, применяют рельсовые цепи переменного тока 25 Гц с фазочувствительными путевыми реле.

Кодовые рельсовые цепи переменного тока 50 Гц без дроссель-трансформаторов (рис. 4) применяют на перегонах участков без электротяги с учетом последующей электрификации или там, где не предусмотрен переход на электротягу, но имеется надежный источник электроснабжения переменного тока 50 Гц от основной и резервной линий.

Рисунок 4. Кодовая рельсовая цепь переменного тока 50 Гц без дроссель-трансформаторов

В качестве питающего используют трансформатор ПОБС-2А, конденсатор Ск=4 мкФ и резистор Rк=47 Ом служат для искрогашения на контактах трансмиттерного реле Т ограничителем является реактор Zo типа РОБС-4А. Импульсное реле ИМВШ-110 подключают через трансформатор РТ типа СТ-4, согласующий высокое сопротивление реле (200 Ом) с низким входным сопротивлением рельсовой цепи. Для защиты аппаратуры от перенапряжений, которые могут возникнуть при грозовых разрядах, на обоих концах цепи установлены керамические выравниватели ВК-10, обладающие нелинейной вольтамперной характеристикой.

Рельсовые цепи регулируют изменением напряжений на путевом трансформаторе таким образом, чтобы при шунтировании поездом входного (релейного) конца ток АЛС был не менее 1,2 А при минимальном сопротивлении изоляции. Такая регулировка в нормальном режиме на путевом реле вызывает перенапряжение, которое гасится на резисторе Rд.

Рисунок 6. Принципиальная схема работы кодовой рельсовой цепи

Кодовую рельсовую цепь используют для контроля свободности и занятости участка, увязки между показаниями смежных светофоров и работы АЛС. Управление показаниями путевых светофоров и действие АЛС осуществляются с помощью кодовых сигналов КЖ, Ж и 3 (рис. 6).

С питающего конца рельсовой цепи контактом реле Т посылается кодовый сигнал КЖ, Ж или 3, в зависимости от показания светофора 1. При зеленом огне светофора возбуждены сигнальные реле Ж и 3, и реле Т подключается к контакту 3 трансмиттера КПТШ, при желтом огне - к контакту Ж и при красном - к контакту КЖ.

Кодовые сигналы при свободной рельсовой цепи воспринимает импульсное реле И, воздействующее на дешифраторную ячейку ДЯ, на выходе которой включены сигнальные реле Ж и 3. При приеме кодового сигнала КЖ возбуждается реле Ж, а при приеме сигналов Ж или 3 - сигнальные реле Ж и 3. Контакты реле Ж и 3 управляют сигналами путевого светофора и выбирают кодовые сигналы, посылаемые в смежную рельсовую цепь.

В случае занятого блок-участка прекращается импульсная работа реле И, реле 3 и Ж обесточиваются, и на светофоре 3 включается лампа красного огня. Кодовые сигналы при этом воспринимаются приемными устройствами АЛС (приемными катушками, подвешенными над рельсами перед первой колесной парой локомотива).

После освобождения поездом блок-участка в рельсовую цепь от светофора 1 будет посылаться кодовый сигнал КЖ, начинают работать реле И и дешифратор ДЯ, возбуждается сигнальное реле Ж, и на светофоре 3 включается лампа желтого огня. Таким образом, одни и те же кодовые сигналы используют для работы автоблокировки (при свободной рельсовой цепи) и действия АЛС (при вступлении поезда). Кодовые сигналы всегда передаются навстречу движению поезда.

Применяемое в схеме одноэлементное импульсное реле с выпрямителем ИМВШ-110 не реагирует на фазу принимаемого сигнала. Поэтому защитить реле от тока смежной цепи при замыкании изолирующих стыков не представляется возможным, т. е. реле И при замыкании изолирующих стыков будет срабатывать от тока смежной цепи.

Для исключения ложного возбуждения сигнальных реле Ж и 3 при работе реле И от тока смежной цепи в дешифраторе применяют схемную защиту, принцип действия которой основан на отключении цепи возбуждения реле Ж и 3 при работе реле И от источника питания смежной цепи, когда реле И и 3Т начинают работать синхронно. Для нормальной работы рельсовой цепи (это обеспечивается при асинхронной работе реле И и 3Т) в смежных цепях применяют трансмиттеры с различной длительностью кодовых циклов (КПТШ-5 и КПТШ-7), обеспечивающие асинхронную передачу сигналов в смежные РЦ.

Предельная длина рельсовой цепи, при которой обеспечиваются все режимы, составляет 2600 м. Мощность, потребляемая рельсовой цепью предельной длины в нормальном режиме,-150 ВА, в режиме короткого замыкания (при шунтировании питающего кольца) она возрастает до 200 В·А.

10. Рельсовые цепи на участках с электротягой переменного тока

Приборы рельсовых цепей на участках с электрической тягой переменного тока 50 Гц должны быть защищены от воздействия тягового тока и его гармонических составляющих. Номинальное напряжение в контактной сети относительно рельсов и земли - 25 кВ. Тяговые подстанции располагают на расстоянии 40-60 км одна от другой, они обеспечивают двустороннее питание устройств. Мощность электровозов ВЛ 60, ВЛ 80 и ЧС 4 составляет примерно 5000 кВт, потребляемый ток - примерно 200 А, максимальный потребляемый ток - до 500 А. Расчетный ток контактной сети при нахождении на участке нескольких поездов 500 А. При переходе на вынужденный режим питания, когда одну из тяговых подстанций временно отключают и ее нагрузку воспринимают смежные с ней подстанции, ток в контактном проводе может увеличиваться до 750 А. При коротком замыкании вблизи от тяговой подстанции ток в контактном проводе может достигать 14 000 А, длительность короткого замыкания определяется типом устройств защиты, применяемых на тяговых подстанциях, и составляет 0,15-0,3 с. Сопротивление каждой рельсовой нити тяговому току частотой 50 Гц равно 0,78е^j70 Ом/км.

Кроме первой гармоники (50 Гц), в тяговом токе возможно появление гармонических составляющих, кратных частоте основной гармоники. Уровень высших гармонических составляющих определяется возможным отклонением кривой переменного тока от синусоидальной формы и нелинейностью цепи нагрузки. На основании исследований установлено, что в тяговом токе возможно появление в основном только нечетных гармонических составляющих, так как кривая тягового тока симметрична относительно оси абсцисс (нечетная функция).

Наибольшее процентное содержание нечетных гармоник в тяговом токе приведено ниже.

Номер гармоники	3	5	7	9	11	13
Ток гармоники, %, от тока основной гармоники 50 Гц	18,0	7,0	3,6	2,4	1,65	1,2

Многочисленные измерения тяговых токов в рельсах показали, что потребляемый электровозом ток распределяется, как правило, равномерно по обе стороны от движущегося электровоза, часть тока возвращается к тяговой подстанции по земле. Значение этого тока в рельсах не превышает 50 % потребляемого электровозом тока. Тяговый ток в рельсах может превышать это значение лишь в рельсовых цепях, к которым подсоединяется отсасывающий фидер тяговой подстанции, поэтому расчетный тяговый ток в рельсах принимается равным 250 А.

При полной симметрии тяговых токов в рельсовых нитях и сопротивлений каждой из полуобмоток дроссель-трансформаторов тяговый ток и его гармонические составляющие не оказывают никакого воздействия на приборы рельсовой цепи. В этом случае одинаковые тяговые токи, протекая через каждую из полуобмоток дроссель-трансформатора, создают на них равные, но противоположно направленные э.д.с.; напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора, а значит, на приборах равно нулю.

Воздействие тягового тока на приборы питающего и релейного концов рельсовой цепи проявляется при неравномерном (асимметричном) распределении тягового тока по рельсовым нитям. Основными причинами асимметрии тягового тока являются неодинаковое сопротивление рельсовых нитей тяговому току (продольная асимметрия), а также рельсовых нитей по отношению к земле, вызванное присоединением к одной рельсовой нити опор контактной сети и других сооружений и конструкций с относительно низким сопротивлением по отношению к земле (поперечная асимметрия); магнитное влияние контактной сети соседнего пути (на двухпутных линиях) из-за неодинакового расстояния от контактного провода до каждой рельсовой нити.

На основании расчетов и результатов измерений в эксплуатационных условиях максимальный расчетный ток асимметрии принимается равным 23 А. Напряжение помехи, создаваемой на рельсах питающего и приемного концов, пропорционально сопротивлению концов рельсовой цепи тяговому току. Сопротивление по концам для тока 50 Гц составляет примерно 0,25 Ом.

Так как ток асимметрии проходит через одну половину обмотки дроссель-трансформатора, то сопротивление конца рельсовой цепи для тока помехи I_пом:

Z _к.пом = Z_к/4.

Напряжение помехи U_пом на полуобмотке дроссель-трансформатора:

В.

На всей основной обмотке, т. е. между рельсовыми нитями, напряжение помехи:

U_р.пом.=U_пом 2 = 2,9 В.

Напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора ДТ-1-150 с коэффициентом трансформации n=3:

U_дт.пом=2,9n_дп=2,9 3 = 8,7 В,

а на первичной обмотке изолирующего трансформатора с коэффициентом трансформации n = 9 напряжение помехи:

U_ит.пом "U_дп.пом n_ит=8,7·9=78 В.

В перегонных РЦ переменного тока 25 Гц минимальное рабочее напряжение сигнальной частоты на рельсах релейного конца составляет 0,4 В. Для обеспечения нормальной работы путевого реле при таком уровне сигнала и наличии напряжения помехи 2,9 В частотой 50 Гц необходимо, чтобы в интервалах кода при наличии асимметрии обеспечивалось отпускание якоря путевого реле ИМВШ-110.

Отпускание путевого реле будет надежно обеспечено, если напряжение помехи не будет превышать 30 % рабочего напряжения. Поэтому фильтр, включаемый на релейном конце, должен обеспечивать подавление напряжения помехи частотой 50 Гц не менее чем в 24 раза, т. е. электрический фильтр должен обладать затуханием не менее 27,6 дБ.

10.1 Кодовые рельсовые цепи

На линиях с электротягой переменного тока ранее внедрялись рельсовые цепи переменного тока 75 Гц, позднее были разработаны РЦ переменного тока 25 Гц. Опыт эксплуатации показал, что РЦ, питаемые током частотой 25 Гц, более устойчиво работают при пониженном сопротивлении изоляции (балласта) и потребляют меньшую мощность.

Электроснабжение РЦ 25 Гц осуществляется от высоковольтной линии переменного тока частотой 50 Гц, что дает возможность легко резервировать электропитание АБ. Сигнальный ток частотой 25 Гц получается с помощью статического электромагнитного преобразователя частоты ПЧ 50/25.

Рисунок 1. Кодовая рельсовая цепь переменного тока 25Гц

Кодовая РЦ переменного тока 25 Гц, применяемая на перегонах (рис. 1), обеспечивает передачу по рельсовой линии кодовых сигналов для увязки между показаниями светофоров и действиями АЛС. Кодовые сигналы КЖ, Ж или 3 посылаются контактом трансмиттерного реле Т (в зависимости от состояния впередилежащих блок-участков). Применены дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 с коэффициентом трансформации n=3.

Для подключения отсасывающего фидера или заземления металлических конструкций допускается установка третьего дроссель-трансформатора ДТ-0,6 (на схеме не показан) с настройкой дополнительной обмотки в резонанс для сигнального тока частотой 25 Гц с помощью конденсатора емкостью 24 мкФ, включенного через повышающий трансформатор (n=2) ПРТ-А с целью уменьшения емкости (без трансформатора потребовалась бы емкость примерно 100 мкФ).

Непосредственное присоединение опор контактной сети к рельсам допускается при сопротивлении заземления опор не менее 100 Ом. В остальных случаях опоры должны присоединяться к рельсам через искровые промежутки многократного действия.

Статический электромагнитный преобразователь частоты (рис. 2, а) состоит из двух магнитопроводов, выполненных из трансформаторной стали. На магнитопроводах имеются три обмотки: две из них, включенные последовательно, подключаются через выпрямитель к внешнему источнику питания частотой 50 Гц; третья, называемая контурной (резонансной), замыкается через конденсатор С_к и охватывает оба магнитопровода.

Рисунок 2. Принципиальная схема преобразователя частоты ПЧ 50/25

Принцип действия преобразователя, называемого также делителем частоты, основан на использовании явления возбуждения параметрических колебаний. При принудительном изменении параметра (индуктивности или емкости) контура с частотой f в контуре возбуждаются колебания с частотой f/2. В данном случае принудительное изменение индуктивности контура достигается подмагничиванием сердечников постоянной и переменной составляющими магнитного потока, создаваемого обмотками W_н за счет энергии, поступающей от сети. Появление этих составляющих обеспечивается за счет однополупериодного выпрямления переменного тока 50 Гц диодами VD, включенными в цепь обмоток W_н (на схеме показан один диод). Под действием тока 50 Гц периодически изменяется индуктивность, чем поддерживаются незатухающие колебания в контурной обмотке w_к. Чтобы исключить прямую трансформацию тока 50 Гц с входа на выход, обмотки W_н включаются так, чтобы создаваемые ими магнитные потоки в средних стержнях были равны, но противоположно направлены. Нагрузка подсоединяется к контурной обмотке.

Достоинствами параметрических преобразователей являются простота и надежность действия, стабильное напряжение на выходе: колебание выходного напряжения составляет ±5 % при изменении напряжения питания в широких пределах (±20 % номинального значения), хорошая защита от перегрузок (в случае перегрузки колебания прекращаются, преобразователь не повреждается).

К недостаткам преобразователей следует отнести большие размеры и массу (масса преобразователя ПЧ 50/25-100 составляет 14,6 кг) и сравнительно низкий к.п.д. (примерно 40 %), особенно при малых нагрузках. При холостом ходе преобразователь потребляет от сети практически такую же мощность, как и при полной нагрузке.

От преобразователя ПЧ 50/25-100 могут быть получены напряжения на выходе от 5 до 175 В через каждые 5 В (рис. 2, б). Конденсаторы преобразователя размещены в отдельном блоке КПЧ.

Ограничителем РЦ является нерегулируемый резистор сопротивлением 200 Ом (см. рис. 1). Для согласования аппаратуры с дроссель-трансформаторами установлены трансформаторы ПТ на питающем и ИТ на релейном конце. Эти трансформаторы вместе с автоматическими выключателями АВМ-1 обеспечивают защиту аппаратуры и обслуживающего персонала от перенапряжений, которые могут возникать при значительной асимметрии тягового тока, например, при обрыве одной из перемычек дроссель-трансформатора ДТ-1-150, а также при случайных замыканиях контактного провода на рельс. В этих случаях на дополнительной обмотке ДТ-1-150 могло бы появиться высокое напряжение, опасное для аппаратуры и обслуживающего персонала, однако при этом происходит насыщение магнитопровода трансформатора ПТ или ИТ, вследствие чего их сопротивление падает, ток в цепи возрастает, срабатывают автоматические выключатели АВМ-1 и отключают аппаратуру от дроссель-трансформатора, защищая ее от повреждений тяговым током.

Защита аппаратуры от импульсных перенапряжений, возникающих от воздействия тягового тока и грозовых разрядов, осуществляется с помощью разрядников РВН-250. Вместо них можно применять выравниватели.

Поскольку устройства автоблокировки с РЦ 25 Гц получают питание от высоковольтной линии 50 Гц, то в этом случае используются типы трансмиттеров (КПШ-5 и КПШ-7). В смежных РЦ применяют трансмиттеры разных типов. рельсовая цепь автоматика датчик

Ложное возбуждение сигнальных реле при работе импульсного реле от тока смежной цепи при повреждении изолирующих стыков исключается схемным способом.

Рельсовые цепи 25 Гц регулируются изменением напряжения, снимаемого с выхода преобразователя. При шунтировании входного (релейного) конца ток под приемными катушками должен быть не менее 1,4 А. Предельная длина РЦ - 2500 м. Мощность, потребляемая РЦ предельной длины, в нормальном режиме составляет 54 В·А, в режиме короткого замыкания возрастает до 100 В·А.

От мешающего действия тягового тока и его гармоник импульсное путевое реле защищено путевым фильтром ФП-25 (рис. 3) для рельсовой цепи 25 Гц или ФП-75 для РЦ 75 Гц. Фильтр настроен на пропускание сигнального тока соответственно 25 или 75 Гц и представляет большое сопротивление для тягового тока и его гармоник. Фильтр ФП-25 ослабляет помехи частотой 50 Гц более чем в 100 раз, а ФП-75 не менее чем в 60 раз.

Рисунок 3. Схемы фильтров ФП-25 и ФП-75

Параллельные колебательные контуры С 1-Т 1 и С 2-Т 2 настроены на частоту 25 Гц. Обладая на этой частоте большим сопротивлением, они препятствуют шунтированию тока 25 Гц через контуры. Контур СЗ-L настроен на частоту 50 Гц и препятствует прохождению тока частотой 50 Гц на выход фильтра. Этот контур вместе с конденсатором С 4 образует последовательный резонансный контур для частоты 25 Гц, обеспечивая пропускание тока этой частоты на выход фильтра.

На двухпутных участках средние точки дроссель-трансформаторов соседних путей соединяются только у входных светофоров и в местах подсоединения отсасывающих фидеров не чаще чем через три РЦ. Это ограничение обусловлено тем, что при соединении средних точек создаются обходные цепи, исключающие контроль поврежденного рельса. Длина цепи обхода должна быть не менее 6 км.

10.2 Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока

На станциях участков с электротягой переменного тока проектируют и строят непрерывные РЦ переменного тока 25 Гц с фазочувствительными путевыми реле ДСШ-13.

В схеме питания станционных РЦ (рис. 4) предусмотрены раздельные преобразователи П 1 и П 2 мощностью 150 или 300 В·А для питания соответственно путевых трансформаторов и местных элементов путевых реле.

Рисунок 4. Схема питания станционных РЦ переменного тока 25 Гц с фазочувствительными реле

При питании путевых трансформаторов и местных элементов реле от одного преобразователя не исключается возможность срабатывания реле от тягового тока и его гармоник. Помехи тягового тока могут поступать в путевую обмотку, соединенную с рельсами, и одновременно путем обратной трансформации из рельсов через путевой трансформатор и общий выход преобразователя в цепь местного элемента, создавая вращающий момент сектора. Такие обходные цепи исключаются разделением источников питания рельсовой цепи и местных элементов, при этом напряжения источников питания для обеспечения нормальной работы рельсовой цепи должны иметь фазовый сдвиг на угол 90°. Это достигается с помощью двух вспомогательных контрольных реле 1ПК и 1МК типа ДСШ-13, местные обмотки которых включают противофазно к выходу преобразователя П 2, а путевые - в фазе к выходу преобразователя П 1. При одновременном включении преобразователя в произвольный момент времени колебания частотой 25 Гц на их выходах могут отличаться на угол 90 или 270° (+90°), так как оба преобразователя питаются от одной и той же сети переменного тока 50 Гц и питающие напряжения сдвинуты на угол 180°.

Если при одновременном включении преобразователей напряжения окажутся согласованными по фазе (т. е. напряжение питания путевых элементов отстает по фазе от напряжения питания местных элементов на угол 90°), то возбудится контрольное реле 1ПК, через фронтовые контакты которого напряжение от преобразователя П 1 будет подаваться к путевым трансформаторам. Если же после включения преобразователей их напряжения на выходе окажутся не согласованными, то возбудится контрольное реле 1МК, контактами которого изменяется на 180° фаза напряжения, подаваемого для питания путевых трансформаторов, и между напряжениями преобразователей принудительно устанавливаются те же фазовые соотношения. Этим достигается сдвиг между напряжениями питания путевых трансформаторов и местных элементов.

Схема некодируемой двухниточной рельсовой цепи с двумя дроссель-трансформаторами (рис. 5) является основной схемой станционных рельсовых цепей. На питающем и релейном концах установлены дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 и трансформаторы ПРТ-А, согласующие высокое сопротивление аппаратуры с относительно низким входным сопротивлением рельсовой линии. На питающем конце трансформатор используют в качестве питающего, а на релейном - в качестве изолирующего. Ограничивающий резистор Ro обеспечивает необходимую шунтовую чувствительность. Общее сопротивление резистора Ro и соединительных проводов между путевым трансформатором и дроссель-трансформатором должно быть примерно 1 Ом. Автоматические выключатели АВМ на 10 А, установленные на питающем и релейном концах, предназначены для отключения аппаратуры при превышении тока асимметрии расчетного значения. АВМ фактически срабатывает при токе асимметрии, большем 40 А.

Рисунок 5. Схема некодируемой двухниточной РЦ переменного тока 25 Гц

Предельная длина рельсовой цепи, при которой обеспечиваются все режимы, равна 1200 м; мощность, потребляемая РЦ предельной длины, в нормальном режиме-8, в режиме короткого замыкания - 15,5 В·А. РЦ регулируют изменением напряжения на вторичной обмотке путевого трансформатора от 0,5 до 12 В ступенями через 0,5 В так, чтобы напряжение на рельсах релейного конца было не менее 0,33 В (для реле ДСШ-13) при минимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии. Напряжение на путевой обмотке реле ДСШ-13 должно быть при этом не менее 15 В.

Ложное срабатывание путевого реле от источника тока смежной цепи при замыкании изолирующих стыков исключается чередованием мгновенных полярностей напряжения в смежных РЦ. Питание перегонной кодовой РЦ, граничащей со станционной, должно обеспечиваться от станционного преобразователя с соблюдением чередования мгновенных полярностей напряжения у изолирующих стыков. При длине кодовой РЦ участка приближения до 1000 м допускается ее питание от собственного преобразователя частоты. Путевое реле РЦ входного участка в этом случае необходимо устанавливать со стороны станции.

Наличие напряжения помехи частотой 50 Гц на путевой обмотке реле ДСШ-13 от тока асимметрии хотя и не вызывает ложного срабатывания путевого реле, но оказывает мешающее действие на его работу. При наличии помехи наблюдаются колебания и вибрации сектора путевого реле, ухудшающие условия его работы, поэтому для защиты реле от воздействия тягового тока параллельно путевой обмотке включают защитный блок ЗБ типа ЗБ-ДСШ (рис. 11.8). Он состоит из индуктивности катушки L (0,845 Гн) и емкости конденсаторов C1, C2 и СЗ (12 мкФ). Для подстройки можно подключать конденсатор С 4 емкостью 1 мкФ. Дроссель имеет три обмотки: основную / и подстроечные // и ///. Детали блока размещены в корпусе реле НШ, установленном на штепсельной розетке. Масса блока-2,83 кг.

Рисунок 11.8. Схема защитного фильтра ЗБ-ДСШ

Индуктивность катушки и конденсатор образуют последовательный контур, настроенный в резонанс на частоту тока 50 Гц. На этой частоте индуктивное сопротивление контура (280 Ом) компенсируется емкостным сопротивлением конденсаторов, поэтому полное сопротивление контура минимально и имеет активный характер. Малое сопротивление контура, пересчитанное к основной обмотке дроссель-трансформатора, значительно снижает сопротивление релейного конца тяговому току, поэтому напряжение помехи на обмотке путевого реле резко снижается. Добротность контура - не менее 10, а полное сопротивление переменному току частотой 50 Гц - не более 28 Ом. Для сигнального тока частотой 25 Гц сопротивление контура составляет примерно 400 Ом (рис. 11.9) и имеет емкостный характер (X_C>X_L), поэтому контур одновременно компенсирует реактивную (индуктивную) составляющую тока путевой обмотки реле ДСШ и тем самым повышает сопротивление релейного конца для сигнального тока частотой 25 Гц.

Рисунок 11.9. График зависимости сопротивления фильтра ЗБ-ДСШ от частоты

Схема допускает наложение кодирования с питающего и релейного конца (рис. 11.10). Кодирование с питающего конца осуществляется от путевого трансформатора контактом трансмиттерного реле Т. Кодирование включается с момента вступления поезда на рельсовую цепь, когда размыкается тыловой контакт собственного путевого реле.



Рисунок 11.10. Схема кодируемой фазочувствительной рельсовой цепи переменного тока

Чтобы кодирование включалось только при движении поездов в установленных маршрутах, контакт трансмиттерного реле шунтируют тыловым контактом кодововключающего реле КВ. Для исключения искрообразования на контакте реле Т параллельно первичной обмотке путевого трансформатора включают искрогасящий контур, состоящий из резистора Rи=40 Ом и конденсатора Си =4 мкФ. При кодировании с релейного конца дополнительно устанавливают кодовый трансформатор КТ типа ПТ-25А и ограничивающий резистор сопротивлением 200 ОМ.

В кодированных рельсовых цепях при шунтировании поездом входного конца ток АЛС в рельсах должен быть не менее 1,4 А при минимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии.

На боковых станционных путях применяют двухниточную однодроссельную рельсовую цепь с установкой дроссель-трансформатора на питающем конце (рис. 11.11). Питающий конец однодроссельной рельсовой цепи такой же, как и в схеме рельсовой цепи с двумя дроссель-трансформаторами. Для обеспечения согласования аппаратуры с низким входным сопротивлением рельсовой линии коэффициент трансформации изолирующего трансформатора повышен с 18 до 40, так как на релейном конце дроссель-трансформатор отсутствует. Мешающее влияние тягового тока проявляется в основном при замыкании изолирующих стыков на релейном конце.

Рисунок 11.11. Схема двухниточной однодроссельной рельсовой цепи переменного тока 25 Гц

Для защиты путевого реле от воздействия тягового тока применяют электрический фильтр ЗБ-ДСШ и автоматический выключатель многократного действия АВМ на 5 А. Предельная длина однодроссельной рельсовой цепи равна 1200 м.

Для исключения ложного срабатывания путевого реле от тока смежной рельсовой цепи у изолирующих стыков необходимо обеспечить чередование мгновенных полярностей напряжения.

На некодируемых участках пути и стрелочных участках длиной до 500 м применяют однониточную рельсовую цепь 25 Гц (рис. 11.12). Рельсовая цепь получает питание от путевого трансформатора ПТ типа ПРТ-А, ограничителем является резистор Rо=2,2 Ом. На релейном конце для согласования высокого сопротивления путевого реле (примерно 400 Ом) с низким входным сопротивлением рельсовой линии (примерно 0,5 Ом при частоте сигнального тока 25 Гц) устанавливают изолирующий трансформатор РТ типа ПРТ-А. Для защиты от воздействия тягового тока применен защитный блок типа ЗБ-ДСШ и автоматический выключатель АВМ.

Рисунок 11.12. Схема однониточной рельсовой цепи переменного тока 25 Гц

Для исключения срабатывания реле занятой цепи от источника смежной рельсовой цепи при повреждении изолирующих стыков предусматривают чередование мгновенных полярностей напряжения в смежных цепях. В однониточных рельсовых цепях исправность изолирующих стыков дополнительно контролируют с помощью тяговой перемычки, соединяющей тяговые нити смежных цепей. При замыкании изолирующих стыков шунтируется данная или смежная с ней рельсовая цепь, сектор путевого реле опускается, фиксируя неисправность цепи.

На станциях участков с электрической тягой переменного тока ранее проектировались и находятся в эксплуатации импульсные рельсовые цепи переменного тока 75 и 25 Гц.

С целью исключения ложного возбуждения повторителя путевого реле, когда импульсное реле начинает работать от тока смежной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков в смежные рельсовые цепи посылают импульсы разной последовательности и применяют схемную защиту. Для защиты от тягового тока применяют электрические фильтры ФП-25 или ФП-75 используемые в перегонных кодовых рельсовых цепях.

Импульсным цепям присущ ряд недостатков, снижающих их эксплуатационно-технические характеристики. Основными из них являются большое число реле, работающих в импульсном режиме (это приводит к быстрому износу аппаратуры, снижению надежности действия и необходимости частого ее осмотра и ремонта, снижающих производительность труда); сложность схемной защиты от ложного возбуждения повторителя путевого реле при коротком замыкании изолирующих стыков.

При новом проектировании и строительстве устройств СЦБ, а также при их модернизации на станциях применяют рассмотренные выше непрерывные рельсовые цепи переменного тока 25 Гц с фазочувствительными путевыми реле, обладающие более высокой надежностью действий и защитой от воздействия помех тягового тока.

10.3 Однониточные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц

На некодируемых путях и стрелочных секциях на средних и крупных станциях применяют также однониточные рельсовые цепи. Они проще по устройству и дешевле двухниточных цепей с дроссель-трансформаторами. Так как в однониточных цепях тяговый ток пропускается по одной (тяговой) рельсовой нити, то для устройств АЛС создаются сильные помехи, вследствие этого на кодируемых путях применять однониточные рельсовые цепи не представляется возможным.

Однониточные рельсовые цепи применяют с нейтральными путевыми реле АНВШ 2-2400, НВШ 1-800, НРВ 1-1000, НМШВ 2-900/900 (рис. 10.5) или с фазочувствительными реле ДСШ-12 (рис. 10.6). Для питания однониточных рельсовых цепей обоих типов служат путевые трансформаторы ПОБС-2А или ПОБС-2, а для согласования высокого сопротивления путевого реле с низким входным сопротивлением рельсовой линии применяют релейный трансформатор РТЭ-1А. Мощность, потребляемая однониточной рельсовой цепью длиной 500 м в нормальном режиме 60 ВА, в режиме короткого замыкания-80 ВА. Предельная длина сигнального кабеля между путевым реле и релейным трансформатором, при которой не требуется дублирование жил, равна 4 км. Питающий и релейный трансформаторы размещают вблизи пути, чтобы сопротивление жил кабеля между рельсами и трансформаторами не превышало 1,5 Ом.

Нейтральные путевые реле защищают от ложного срабатывания из-за влияния гармоник тягового тока с помощью электрического фильтра РЗФ-1 (см. рис. 10.5). Он состоит из секционированной емкости Сф и дросселя Lф. Конденсатор Сф подключают параллельно вторичной обмотке трансформатора РТ, образуя параллельный резонансный контур на частоте сигнального тока 50 Гц. Для этой частоты контур имеет наибольшее сопротивление. Для гармоник тягового тока 300 Гц и выше сопротивление контура снижается, а значит, уменьшается напряжение на нем. Дроссель Lф включают последовательно с обмоткой реле, он препятствует прохождению тока гармоник. Для сигнальной частоты 50 Гц дроссель имеет низкое сопротивление.

Рисунок 10.5. Однониточная рельсовая цепь переменного тока 50 Гц с нейтральным путевым реле

Путевое реле ДСШ-12 по своей конструкции защищено от ложного срабатывания при воздействии гармоник тягового тока, поэтому применять защитный фильтр в этом случае не требуется. Хотя пропуск тягового тока в однониточной рельсовой цепи осуществляется по одной (тяговой) рельсовой нити, часть тока может ответвиться через обмотку путевого трансформатора, сигнальную нить и релейный трансформатор и повредить аппаратуру рельсовой цепи (перегрев и выход из строя обмоток питающего и релейного трансформаторов). Значение этого тока зависит от тягового тока в рельсах, длины рельсовой нити, сопротивления тяговой нити и цепи ответвления.

Рисунок 10.6. Однониточная рельсовая цепь переменного тока 50 Гц с реле ДСШ-12

Для уменьшения тока, ответвляющегося в приборы рельсовой цепи и сигнальную нить, принимаются следующие меры. Тяговые нити всех однониточных цепей станции соединяют между собой параллельно в нескольких точках не реже чем через 400 м медными тросами, поэтому тяговый ток в каждой однониточной цепи значительно уменьшается. Однониточные рельсовые цепи используют только на станциях, когда имеется возможность пропускать обратный тяговый ток не менее чем по шести параллельным рельсовым нитям на двухпутных линиях и по трем - на однопутных. Для снижения сопротивления тяговых нитей предельная длина однониточных рельсовых цепей ограничена. До 1968 г. предельная длина допускалась до 900 м, однако в связи с увеличением мощности электровозов, а следовательно, тягового тока она была уменьшена до 500 м для разветвленных и до 650 м для неразветвленных рельсовых цепей.

Для уменьшения тока, ответвляющего в сигнальную нить, на питающем и релейном концах устанавливают ограничивающие резисторы Ro и Rз, сопротивление которых вместе с сопротивлением соединительных проводов должно быть не менее 1,5 Ом. Резистор Ro одновременно является ограничителем сигнального тока, обеспечивая требуемую шунтовую чувствительность.

...