Аппаратура рельсовых цепей

Обмотка трансформатора РТЭ-1А рассчитана на пропуск подмагничивающего тягового тока до 10 А. Чтобы при случайном повышении тягового тока в сигнальной нити (например, при повышении сопротивления тяговой нити) этот ток не повредил аппаратуры, на питающем и релейном концах применяют автоматические выключатели многократного действия АВМ или плавкие предохранители. Первичную обмотку путевого трансформатора включают через загрубленные плавкие предохранители, которые используют для выключения питания при работах в трансформаторном ящике (на схеме не показаны).

Контроль короткого замыкания в однониточных рельсовых цепях с нейтральными путевыми реле достигается наличием косой перемычки, соединяющей тяговые нити смежных цепей. При замыкании изолирующих стыков шунтируется данная рельсовая цепь или смежная с ней, и путевое реле отпускает якорь. Например, при замыкании верхнего правого стыка (см. рис. 10.5) шунтируется данная рельсовая цепь, а при замыкании правого нижнего стыка - смежная с ней рельсовая цепь, расположенная справа. Таким образом, наличие тяговых перемычек обеспечивает контроль замыкания изолирующих стыков, поэтому при обслуживании рельсовых цепей необходимо проверять целостность этих перемычек.

Путевые реле ДСШ дополнительно исключают возможность срабатывания от тока смежной цепи вследствие чередования мгновенных полярностей напряжения в смежных цепях.

Существенным недостатком однониточных рельсовых цепей является наличие контроля исправности только сигнальной нити. Тяговые нити всех рельсовых цепей объединены, и поэтому при обрыве одной из них всегда имеется цепь прохождения сигнального тока через тяговые нити параллельных цепей, и путевое реле остается возбужденным.

Указанные недостатки наряду с рассмотренными выше ограничивают область применения однониточных рельсовых цепей. На участках с диспетчерской централизацией, где на промежуточных станциях отсутствует обслуживающий персонал, связанный с движением поездов, применять однониточные рельсовые цепи запрещается. Их применение при новом проектировании и строительстве и в других случаях становится все более ограниченным.

10.4 Рельсовые цепи переменного тока 25 Гц

Новые линии железных дорог электрифицируют по системе переменного тока 50 Гц, поэтому на таких линиях возможность использования этой частоты для питания рельсовых цепей исключается. Частота сигнального тока 50 Гц в рельсовых цепях становится все более нежелательной на линиях с электротягой постоянного тока и с автономной тягой, где сети с частотой 50 Гц широко применяют для освещения, отопления, работы различных механизмов, машин, электроснабжения ряда систем контроля и управления различными производственными процессами.

При различных повреждениях в этих цепях, в частности при случайном соединении проводов сети электроснабжения с рельсами, возможно попадание токов промышленной частоты 50 Гц в рельсовую цепь. Это может привести к ложной подпитке путевых реле, что недопустимо по условиям безопасности движения поездов.

Одним из возможных вариантов решения этой проблемы является применение рельсовых цепей переменного тока 25 Гц, получивших широкое распространение на линиях с электротягой переменного тока. При внедрении рельсовых цепей переменного тока 25 Гц необходимо предусматривать их кодирование током 50 Гц, так как в системе АЛС на линиях с электротягой постоянного тока используется ток этой частоты. Применять частоту 25 Гц для действия АЛС на участках с электротягой постоянного тока без длительного перерыва действия АЛС на период реконструкции не представляется возможным из-за ряда технических и организационных трудностей, связанных прежде всего с тем, что локомотивы проходят большие расстояния (до 1000 км и более), поэтому переход на другую частоту в системе АЛС должен осуществляться одновременно на участках большой протяженности.

Кроме того, при использовании сигнального тока частотой 25 Гц для передачи сигналов АЛС потребовалось бы увеличить ток в рельсах, так как уровень помех в диапазоне 25 Гц на участках с электротягой постоянного тока значительно выше, чем в диапазоне 50 Гц при той же ширине полосы пропускания приемных устройств.

Рисунок 10.7. Рельсовая цепь переменного тока 25 Гц, кодируемая током 50 Гц

Рельсовая цепь переменного тока 25 Гц (рис. 10.7) получает питание непрерывным током от преобразователя ПЧ 50/25, в качестве путевого используют фазочувствительное реле ДСШ-12. Путевое реле реагирует только на сигнальный ток частотой 25 Гц, так как местная обмотка реле питается током этой частоты. Кодовые сигналы АЛС на частоте 50 Гц передаются контактом реле Т от кодового трансформатора КТ типа ПОБС-ЗА.

Для разделения источников питания 25 и 50 Гц на питающем конце рельсовой цепи включены электрические фильтры. В цепь передачи сигнального тока 25 Гц включен последовательный колебательный контур с резонансной частотой 25 Гц, образованный конденсатором С 1==20 мкФ, реактором L1 и дополнительной обмоткой дроссель-трансформатора ДТ-0,6.

Для частоты тока 25 Гц этот контур оказывает минимальное сопротивление, так как индуктивное и емкостное сопротивления на этой частоте взаимно компенсируются и действует только активное сопротивление, определяемое потерями в контуре. При передаче тока 50 Гц в рельсовую цепь от трансформатора КТ индуктивное сопротивление реактора L1 препятствует прохождению тока 50 Гц через трансформатор ПТ-25. Чтобы сигнальный ток 25 Гц не замыкался через обмотку трансформатора КТ, в цепь передачи кодового тока 50 Гц включен параллельный колебательный контур, образованный реактором L2 и конденсатором С 2. Контур настраивается на частоту 25 Гц. Для тока этой частоты контур оказывает наибольшее сопротивление, препятствуя прохождению тока 25 Гц в цепь кодового трансформатора. Эта цепь допускает наложение кодирования и с релейного конца (на рис. 10.7 не показано).

Такую рельсовую цепь регулируют изменением напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора ПТ; кодовый ток АЛС регулируют изменением напряжения, снимаемого со вторичной обмотки кодового трансформатора КТ. Элементы фильтров, питающий и релейный трансформаторы размещают в отдельных блоках - БПК (блок питания и кодирования, устанавливаемый на питающем конце), БРК (блок релейный и кодирования).

Рельсовые цепи переменного тока 25 Гц с реле ДСШ-12 надежно защищены от влияния линий электропередачи промышленной частоты, а также от воздействия гармоник тягового тока, так как путевое реле ДСШ срабатывает только от тока такой частоты, которая подана на его местную обмотку. Защитные фильтры при этом не требуются. Существенным достоинством этой цепи является возможность ее предварительного кодирования током 50 Гц, что повышает надежность действия локомотивных приемных устройств АЛС. Кодовые сигналы АЛС частотой 50 Гц могут включаться предварительно с момента задания маршрута или вступления поезда на предыдущий путевой или стрелочный участок. При одновременной передаче в рельсовую цепь сигнальных токов 25 и 50 Гц путевое реле реагирует только на сигнальный ток частотой 25 Гц, поскольку током этой частоты питается его местная обмотка.

Недостатком схемы является ее сложность, на питающем конце число приборов увеличивается более чем в два раза по сравнению с типовыми рельсовыми цепями переменного тока 50 Гц. Здесь требуются приборы для передачи сигнального тока 25 Гц, приборы для передачи кодового тока 50 Гц для действия АЛС, а также дополнительные приборы для разделения источников питания рельсовой цепи и кодового тока АЛС. Кроме того, вместо дроссель-трансформаторов ДТ-0,2 необходима установка дроссель-трансформаторов ДТ-0,6 (0,3 Ом для сигнального тока 25 Гц). Дроссель-трансформаторы ДТ-0,2 при частоте сигнального тока 25 Гц не могут быть использованы из-за их низкого сопротивления току этой частоты (0,1 Ом).

11. Рельсовые цепи с фазочувствительным приемником. Рельсовые цепи на участках с электротягой постоянного тока

На участках с электрической тягой сигнальный ток питания рельсовых цепей должен качественно отличаться от тягового тока и его гармонических составляющих. Постоянный тяговый ток получается выпрямлением переменного 50 Гц с помощью мощных выпрямителей, имеющих шестифазную схему включения. Кривая выпрямленного напряжения, кроме постоянной составляющей, содержит также гармоники переменного тока, т. е. составляющие с частотами, кратными частоте 300 Гц (300, 600, 900, 1200 Гц и более высокие). Эти гармоники оказывают мешающее действие на устройства автоматики (прежде всего на рельсовые цепи) и линии связи.

Для снижения уровня гармоник на тяговых подстанциях устанавливают сглаживающие фильтры. В некоторых случаях, в частности при неисправности одного из вентилей, в составе выпрямленного напряжения появляются гармоники, кратные 50 Гц (50, 100, 150, 200, 250 Гц и др.). Во всех случаях рельсовые цепи должны быть защищены от опасного и мешающего действия тягового тока и его гармонических составляющих.

Опасным принято считать такое влияние тягового тока, которое может привести к ложному контролю свободности рельсовой цепи при ее фактической занятости. Мешающее влияние проявляется в том, что при свободности участка нарушается нормальная работа путевого реле, вследствие чего фиксируется ложная занятость участка; на светофоре появляется красный огонь при свободном блок-участке, что приводит к неоправданным задержкам поездов.

На перегонах с электротягой постоянного тока, как правило, применяют рельсовые цепи переменного тока 50 Гц (рисунок 1).



Рисунок 1. Кодовая рельсовая цепь переменного тока 50 Гц

Для пропуска тягового тока по концам рельсовой цепи устанавливают дроссель-трансформаторы: ДТ-0,6 на питающем и ДТ-0,2 на релейном. Средние точки дроссель-трансформаторов соединяют со средними точками дроссель-трансформаторов смежных цепей. Питающую и релейную аппаратуру подключают к дополнительным обмоткам дроссель-трансформаторов. Для защиты аппаратуры от перенапряжений устанавливают разрядники РВН-250 или выравниватели (керамические или селеновые).

Рельсовая цепь получает питание от путевого трансформатора ПОБС-3 или ПОБС-ЗА. В качестве ограничителя применен реактор РОБС-3 или РОБС-ЗА. Включенные на питающем конце конденсаторы общей емкостью 24 мкФ предназначены для уменьшения потребляемой мощности. С помощью конденсаторов дополнительную обмотку дроссель-трансформатора настраивают в резонанс токов на частоте 50 Гц. Индуктивная составляющая тока дополнительной обмотки ДТ-0,6 компенсируется емкостным током конденсаторов, вследствие чего общий ток, потребляемый от путевого трансформатора, значительно снижается. Конденсаторы одновременно уменьшают искрообразование на контактах реле Т, улучшая условия их работы и тем самым, увеличивая срок службы реле. Так как индуктивное сопротивление дополнительной обмотки ДТ-0,6 для частоты тока 50 Гц (=314) составляет 0,6n²=0,6·15²=135 Ом (n-коэффициент трансформации дроссель-трансформатора), то для настройки в резонанс необходимо, чтобы емкостное сопротивление также составляло 135 Ом, т. е. Хс=135 Ом.

Так как Xc=1/(C), то С=1/(Xс) = 10⁶/314135 "23,6 "24 мкФ.

Кодовая цепь защищена от опасного и мешающего действия гармоник тягового тока. Когда рельсовая цепь свободна, путевое реле И работает в импульсном режиме, создавая цепи возбуждения сигнальных реле. Если в путевое реле при занятой цепи попадут гармоники тягового тока, то оно будет удерживать якорь притянутым, и сигнальные реле Ж и 3 не возбуждаются. Это приведет к закрытию путевого светофора. Чтобы воздействие гармоник тягового тока не приводило к нарушению нормальной работы рельсовой цепи при свободном ее состоянии, путевое реле включается через защитный фильтр ЗБФ.

Фильтр представляет собой последовательный резонансный контур, составленный из индуктивности Lф=2,54 Гн и емкости конденсатора Сф=4 мкФ, настраиваемый в резонанс напряжений на частоту 50 Гц.

Для сигнальной частоты фильтр имеет сопротивление примерно 60 Ом, а для гармоник тягового тока - высокое сопротивление, например, для тока частотой 300 Гц - примерно 5000 Ом. Гармоники тягового тока могут оказывать влияние на работу путевого реле только в случае неравенства тяговых токов в рельсовых нитях (асимметрии). При равенстве этих токов они, протекая через полуобмотки дроссель-трансформаторов, создают встречные магнитные потоки, которые взаимно компенсируются.

Если токи в рельсах не равны, то в дополнительной обмотке дроссель-трансформатора появляется напряжение помехи, пропорциональное разности токов в рельсах. Практически асимметрия токов в рельсовых нитях на участках с электротягой постоянного тока может достигать 10-12 % (неодинаково сопротивление рельсовых нитей из-за неисправности стыковых соединителей, повышенного их сопротивления; утечки тягового тока из рельсовой нити через опоры контактной сети, а также из-за плохого электрического контакта одной из перемычек дроссель трансформатора). Постоянная составляющая тягового тока подмагничивает дроссель-трансформатор, что приводит к уменьшению сопротивления.

При токе асимметрии 240 А сопротивление уменьшается не более чем на 10 %. Стабилизацию сопротивления обеспечивает воздушный зазор. При большем токе асимметрии нормальная работа рельсовой цепи нарушается. В блоке фильтра помещается дроссель L, защищающий путевое реле от перенапряжения при замыкании изолирующих стыков, когда к обмотке путевого реле прикладывается большое напряжение от питающего конца смежной цепи, под действием которого может выйти из строя выпрямитель реле.

Дроссель имеет большое сопротивление (примерно 5000 Ом при напряжении 4В) и не мешает работать реле. С возрастанием напряжения до 12 В и выше происходит насыщение сердечника дросселя, резко падает его сопротивление (до 20 Ом и ниже), оно шунтирует обмотку путевого реле, а избыток напряжения падает на дополнительном резисторе Rд.

Из теории рельсовых цепей известно, что оптимальным сопротивлением по концам рельсовой цепи, при котором обеспечиваются все режимы при максимальной длине рельсовой цепи, является сопротивление 0,2-0,4 Ом.

На релейном конце основной нагрузкой является обмотка дроссель-трансформатора ДТ-0,2 с индуктивным сопротивлением 0,2 Ом. Подключение нагрузки в виде импульсного реле с входным сопротивлением 200 Ом последовательно через фильтр ЗБФ с сопротивлением 120 Ом не оказывает существенного влияния на сопротивление релейного конца, так как это сопротивление в пересчете к основной обмотке дроссель-трансформатора Ом.

Подключение активного сопротивления 1,1 Ом параллельно к индуктивному 0,2 Ом не изменяет заметно общее сопротивление конца цепи. На питающем конце входное сопротивление рельсовой цепи (со стороны рельсовой линии) образуется за счет параллельного соединения основной обмотки дроссель-трансформатора ДТ-0,6 и приведенного сопротивления 45 Ом ограничителя РОБС-ЗА. Емкостное сопротивление конденсаторов при этом не учитывают, так как шунтовой и контрольный режимы должны обеспечиваться и в случае обрыва конденсаторов.

Схема рельсовой цепи аналогична схеме кодовой цепи. В зависимости от показания путевого светофора в рельсовую цепь контактом трансмиттерного реле навстречу поезду посылаются кодовые сигналы КЖ, Ж или 3, вырабатываемые трансмиттером КПТШ (на схеме не показан). Эти коды воспринимаются на приемном конце рельсовой цепи импульсным путевым реле.

Переключая контакт в цепи дешифраторной ячейки, это реле воздействует на сигнальное реле Ж и 3, которые управляют огнями путевого светофора. Контакты этих реле используют также в цепях контроля свободности блок-участков и в схеме выбора кодовых сигналов, посылаемых в смежную рельсовую цепь, кодовые сигналы одновременно используют для действия АЛС.

В случае замыкания изолирующих стыков импульсное путевое реле будет срабатывать от тока смежной цепи. Осуществить его защиту путем чередования фаз в смежных цепях невозможно, так как реле является одноэлементным. Для исключения возбуждения сигнальных реле Ж и 3 при работе реле И от тока смежной цепи в случае замыкания изолирующих стыков применена схемная защита. Действие схемной защиты основано на том, что возбуждение сигнальных реле возможно только при замкнутом тыловом контакте реле Т смежной рельсовой цепи, т. е. когда сигнальный ток в нее не посылается. В смежных цепях применяют разные трансмиттеры (КПТШ-5 и КПТШ-7) с кодовыми циклами разной продолжительности. Предельная длина рельсовой цепи равна 2600 м. Мощность, потребляемая рельсовой цепью предельной длины, в нормальном режиме равна 250 ВА, в режиме короткого замыкания она повышается до 500 ВА.

На участках с двусторонним движением при смене направления движения питающие и релейные концы рельсовой цепи переключаются, поэтому на обоих концах, каждый из которых может быть питающим или релейным, устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-0,6. Поскольку рельсовую цепь на питающем конце регулируют по режиму АЛС так, чтобы на релейном конце обеспечивался ток АЛС под приемными катушками не менее 2 А, то напряжение на рельсах релейного конца при нормальном режиме за счет более высокого сопротивления дроссель-трансформатора (0,6 Ом) оказывается значительно выше (примерно в два раза) по сравнению со схемой двухпутного участка. Избыток напряжения гасится включением дополнительного резистора Rд=300 Ом.

Для присоединения к рельсам отсасывающего фидера тяговой подстанции или заземляющего троса, например, для заземления фермы моста, в рельсовой цепи устанавливают третий дроссель-трансформатор ДТ-0,6. С целью повышения его сопротивления и снижения влияния на работу рельсовой цепи в цепь его дополнительной обмотки включают конденсатор емкостью 24 мкФ, образующий с обмоткой дроссель-трансформатора параллельный резонансный контур для частоты сигнального тока 50 Гц. Полное сопротивление этого контура со стороны рельсовой линии при частоте тока 50 Гц составляет 4 Ом.

Опоры контактной сети заземляют непосредственно на рельс, если их сопротивление заземления не менее 100 Ом. В остальных случаях опоры присоединяют к рельсам через искровые промежутки многократного действия.

На станциях участков с электротягой постоянного тока, как правило, применяют рельсовые цепи переменного тока 50 Гц или 25 Гц с непрерывным питанием.

На станциях широко применяют двухниточную рельсовую цепь с дроссель-трансформаторами и фазочувствительным путевым реле ДСШ-12 или ДСР-12 (рисунок 2). Эта рельсовая цепь может применяться на всех путях и стрелочных путевых участках станций.

На обоих концах цепи устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-0,2 с коэффициентом трансформации 40, согласующие высокое сопротивление аппаратуры с низким входным сопротивлением рельсовой линии. Благодаря высокому коэффициенту трансформации оказывается возможным всю аппаратуру располагать на центральном пункте (пост ЭЦ). Дублирование жил не требуется при длине кабеля до 2 км. Для подключения отсасывающего фидера или заземляющих тросов устанавливают третий дроссель-трансформатор ДТ-0,6 (на схеме не показан), дополнительную обмотку которого с целью увеличения сопротивления на частоте сигнального тока 50 Гц настраивают в резонанс конденсаторами общей емкостью 24 мкФ.

Рисунок 2. Фазочувствительная рельсовая цепь переменного тока 50 Гц с дроссель-трансформаторами

Стабилизация сопротивления по концам обеспечивается основными обмотками дроссель-трансформаторов ДТ-0,2 (0,2 Ом для частоты сигнального тока 50 Гц). В этой схеме применен емкостный ограничитель Со, который составляет резонансный контур на частоте 50 Гц с индуктивностью дополнительной обмотки дроссель-трансформатора ДТ-0,2 и с учетом реактивного сопротивления рельсовой линии. Так как входное сопротивление рельсовой линии зависит от ее длины, то емкость конденсатора Со при длине цепи до 500 м равна 16 мкФ, а при длине от 500 до 1500 м-12 мкФ. Конденсатор Со обеспечивает сдвиг фазы напряжения путевого элемента по отношению к напряжению местного элемента на угол примерно 90°, необходимый для нормальной работы двухэлементного фазочувствительного реле.

Рельсовая цепь с емкостным ограничителем характерна тем, что мощность, потребляемая в режиме короткого замыкания, ниже мощности, потребляемой в нормальном режиме. При свободной РЦ, как было указано, питающий конец настраивают в резонанс напряжений. При этом индуктивное сопротивление дополнительной обмотки дроссель-трансформатора компенсируется емкостным сопротивлением конденсатора Со, общее сопротивление будет минимальным, поэтому ток в контуре будет максимальным.

Он определяется сопротивлениями кабеля Rк, резистора Ro и потерями в контуре R_П:

.

В режиме короткого замыкания, когда поездом шунтируется индуктивное сопротивление дроссель-трансформатора, контур расстраивается и его сопротивление возрастает за счет нескомпенсированного емкостного сопротивления Хс, которое в два-три раза выше общего активного сопротивления. Ток, потребляемый от вторичной обмотки путевого трансформатора, снижается до значения:

.

Резистор Ro на питающем конце включают для защиты путевого трансформатора от короткого замыкания в случае пробоя конденсатора Со в момент нахождения поезда на питающем конце. Общее сопротивление резистора Ro и сопротивление жил кабеля должны быть не более 200 Ом. Резистор Ro повышает стабильность работы схемы при возможных колебаниях частоты сети и отклонениях емкости конденсатора Со от оптимального значения. Предельная длина рельсовой цепи-1500 м; мощность, потребляемая рельсовой цепью предельной длины, составляет 90 ВA, cos =0,8.

РЦ регулируют подбором напряжения путевого трансформатора так, чтобы в нормальном режиме при минимальном сопротивлении изоляции напряжение на путевом элементе реле ДСШ-12 было не менее 14 В.

Для обеспечения на путевой обмотке реле ДСШ-12 необходимого рабочего напряжения и требуемых фазовых соотношений параллельно путевой обмотке включают конденсатор емкостью 4 мкФ. Защита путевых реле от ложного срабатывания от источника смежной цепи при замыкании изолирующих стыков достигается чередованием мгновенных полярностей напряжения в смежных цепях. Первичные обмотки путевых трансформаторов нужно включать в одну и ту же фазу. При невозможности выполнения этого требования допускается включать путевые трансформаторы в разные фазы трехфазной цепи, однако в этом случае такие рельсовые цепи нужно стыковать питающими концами или разделять импульсными рельсовыми целями.

Фазочувствительная рельсовая цепь допускает возможность ее кодирования с питающего и релейного концов (рисунок 3).

Для защиты от искрообразования на контактах трансмиттерного реле параллельно обмотке путевого трансформатора включают защитный контур, состоящий из резистора Ru и конденсатора Си. Кодирование рельсовой цепи начинается с вступлением на нее поезда и размыкания фронтового контакта путевого реле. Трансмиттерное реле Т начинает работать с занятием предыдущего путевого или стрелочного участка. Кодирование включается только при установке поездных маршрутов, что фиксируется кодовоключающими реле КВ. После занятия поездом следующего по ходу путевого участка KB выключается, обеспечивая подачу в схему непрерывного тока для возбуждения путевого реле.

Рисунок 3. Фазочувствительная рельсовая цепь переменного тока 50 Гц кодируемая с питающего и релейного концов

Рельсовую цепь регулируют так, чтобы в режиме АЛС ток в рельсах на входном конце был не менее 2 А. При этом напряжение на путевом элементе реле ДСШ-12 должно быть не менее 14 В.

Для кодирования с релейного конца дополнительно устанавливают кодовый трансформатор ПОБС-ЗА, резистор Rк и конденсатор Си, которые выбирают также, как резистор Ro и конденсатор Со на питающем конце.

С целью сокращения числа дроссель-трансформаторов и снижения взаимного влияния рельсовых цепей на некодируемых путях и стрелочных секциях можно применять фазочувствительные РЦ с одним дроссель-трансформатором ДТ-0,2 с коэффициентом трансформации 40. Для согласования путевое реле подключают к рельсам через релейный трансформатор РТ типа СОБС-2А с коэффициентом трансформации 16. Для защиты от воздействия тягового тока, который поступает в рельсовую цепь при движении поезда или при котором замыкании изолирующих стыков, в цепь релейного трансформатора включают дополнительный резистор 1,2 Ом. Предельная длина однодроссельной рельсовой цепи равна 1250 м. Схема этой цепи аналогична рассмотренным выше схемам рельсовых цепей с реле ДСШ-12.

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.

Рис. 10.4. Фазочувствительная рельсовая цепь переменного тока 50 Гц с одним дроссель-трансформатором

12. Станционные рельсовые цепи

Для обеспечения контроля свободности путей и стрелок повышения безопасности движения поездов и наиболее эффективного использования путевого развития для поездной и маневровой работы станционные пути и стрелочные участки оборудуют электрическими рельсовыми цепями.

Благодаря РЦ на станциях с электрической централизацией светофор открывается только при свободности путей и стрелочных участков, входящих в маршрут; исключается перевод централизованных стрелок до полного их освобождения подвижным составом; разрешающий огонь автоматически сменяется на запрещающий после занятия любого изолированного участка, входящего в маршрут; исключается размыкание маршрута или отдельной его секции до полного освобождения его всем составом; контролируется состояние путей и стрелочных участков на аппарате управления.

В большинстве случаев РЦ оборудуют также участки (длиной не менее 25 м) перед светофорами, ограждающими въезд на станцию с подъездных путей, из депо и т. п. Это необходимо для оперативной информации дежурного по станции о наличии подвижного состава перед светофором.

Разбивка станционных путей на изолированные участки и объединение в один участок нескольких стрелок должны обеспечивать наиболее эффективную эксплуатационную работу станции с учетом наиболее рационального использования и обеспечения надежности работы аппаратуры, оборудования, сигнального кабеля и других технических средств, применяемых в устройствах автоматики.

На станции каждый приемоотправочный путь оборудуют отдельной РЦ. С точки зрения эксплуатационной работы станции можно было бы каждую стрелку выделить в отдельный изолированный участок, при этом обеспечивалось бы быстрое освобождение отдельных участков, по которым может быть установлен другой маршрут. Однако это приводит к удорожанию устройств и повышению трудовых затрат на их обслуживание. Поэтому в большинстве случаев несколько стрелок объединяют в один изолированный участок.

В один изолированный участок можно включать не более трех одиночных (рис. 1, а) или двух перекрестных стрелочных переводов. При большем числе стрелок в одном изолированном участке снижается надежность работы рельсовой цепи и значительно увеличиваются перепробеги подвижного состава при маневровых передвижениях. Наименование стрелочных изолированных участков составляется из номеров крайних стрелок, входящих в изолированный участок, и букв СП, например, 1-5 СП (см. рис. 1, а).

Рисунок 1. Схемы изоляции стрелок

Стрелки в изолированные участки объединяют так, чтобы не создавалась излишняя враждебность маршрутов. Стрелки съезда включают в разные изолированные участки (рис. 1, б), чтобы не препятствовать возможности установки двух невраждебных маршрутов по стрелкам 1 и 3. Также поступают и в случаях, когда по стрелкам возможны одновременные невраждебные передвижения (рис. 1, в).

Размещение изолирующих стыков и приборов РЦ стрелочных изолированных участков должно обеспечивать обтекание током рамных рельсов стрелок и наибольшего числа соединителей, уменьшение длин ответвлений, не обтекаемых током.

На двухниточных планах изоляции питающий конец РЦ обозначается прямоугольником с точкой внутри, релейный - таким же прямоугольником с крестиком внутри.

На стрелках изолируют сквозные полосы, соединительные тяги и переводные кривые. Изоляцию соединительных тяг от остряков стрелки выполняют прокладками из фибры между серьгой и остряком и фибровыми втулками, надеваемыми на болты. Для изоляции рельсов, связанных переводной кривой, на последней устанавливают изолирующий стык.

Простейшей разветвленной РЦ является цепь, в которую входит только одна стрелка. Применяют последовательный и параллельный способы изоляции ответвлений на стрелках. При последовательной схеме изоляции (рис. 2, а) рельсовые нити обоих ответвлений включают последовательно. Изолирующие стыки 1 отделяют данную рельсовую цепь от смежных изолированных участков, 2 - изолируют переводные кривые, 3-дополнительные для обеспечения последовательной схемы изоляции.

Сигнальный ток проходит по цепи: плюсовой зажим источника питания П, плюсовая рельсовая нить ответвления А, междупутный соединитель 4, плюсовая рельсовая нить ответвления Б, обмотка путевого реле СП, минусовая рельсовая нить ответвления Б, междупутный соединитель 5, минусовая рельсовая нить ответвления А, ограничительный резистор Ro, минусовой зажим источника питания М. В этой цепи контролируют рельсовые нити обоих ответвлений, за исключением участка пути между изолирующими стыками 2 и 3. Не контролируют также стрелочный соединитель, поэтому его для надежности дублируют.

Последовательная схема изоляции обеспечивает контроль целостности рельсовых нитей обоих ответвлений, что является ее преимуществом. Однако эта схема сложна, требует установки дополнительных изолирующих стыков (изолирующие стыки 3) и междупутных соединителей 4 и 5. При наличии в одной изолированной секции двух или трех стрелок схема разветвленной рельсовой цепи с последовательной изоляцией значительно усложняется. Поэтому рассмотренный способ изоляции применяют ограниченно на станциях участков с диспетчерской централизацией.

Рисунок 2. Способы изоляции стрелок

В большинстве случаев используют параллельную изоляцию, при которой ответвления включают параллельно (рис. 2, б, в, г) и дополнительные изолирующие стыки и междупутные перемычки не устанавливают.

Изолирующие стыки для изоляции переводных кривых стремятся устанавливать так, чтобы обеспечивался контроль целостности рельсовых соединителей (см. рис. 2, б). Для получения контроля соединителя путевое реле необходимо подключать к рельсам, в которых установлены изолирующие стыки переводных кривых.

При обрыве соединителя путевое реле отпускает якорь, фиксируя неисправность РЦ. Однако в большинстве случаев включать все ответвления с контролем соединителей не представляется возможным. Например, частая установка изолирующих стыков по главному пути снижает надежность действия АЛС. В то же время путевое реле нужно устанавливать по более ответственному, т. е. главному пути. Это более удобно и для построения схем кодирования рельсовых цепей, поэтому соединитель в данном случае не контролируется, а для надежности дублируется (см. рис. 2, б).

Параллельная схема изоляции более проста и экономична, однако не контролирует исправность рельсовых нитей ответвлений, которые находятся под напряжением и не обтекаются током. Фактически контролируется только то ответвление, на котором установлено путевое реле.

На рис. 2, в контролируется ответвление А (главный путь), а ответвление Б не контролируется. Для исключения этого недостатка на ответвлениях устанавливают дополнительные путевые реле 2СП (рис. 2, г). Общее число путевых реле в одной рельсовой цепи не должно быть более трех, а длины ответвлений не должны отличаться друг от друга более чем на 200 м.

Дополнительные путевые реле включают в ответвления, длина которых превышает 60 м, считая от центра стрелочного перевода до изолирующего стыка, а также на ответвлениях стрелочных участков, входящих в маршруты приема и отправления, кроме ответвлений съездов и глухих пересечений.

На разветвленных стрелочных участках применяют те же рельсовые цепи, что и на неразветвленных, при этом по главному пути предусматривают действие АЛС. Предусматривают также кодирование ответвлений, по которым производится безостановочный пропуск поездов со скоростью более 50 км/ч.

При электротяге переменного тока применяют разветвленные РЦ переменного тока 25 Гц (рис. 3).

По главному пути устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-1-150, а на каждом ответвлении - путевое реле ДСШ-13, общий повторитель СП включают через фронтовые контакты всех трех реле. Максимальная (суммарная) длина рельсовой цепи-900 м.



Рисунок 3. Разветвленная рельсовая цепь переменного тока 25 Гц с двумя дроссель-трансформаторами и путевыми реле на каждом ответвлении

В качестве путевого трансформатора на питающем и изолирующего на релейных концах применяют трансформаторы ПРТ-А, а в качестве кодового - ПОБС-ЗА. Ограничителями служат два последовательно включенных резистора сопротивлением по 2,2 Ом. От мешающего действия тягового тока путевые реле защищают электрическими фильтрами ЗБ типа ЗБ-ДСШ.

РЦ регулируют подбором напряжения на вторичной обмотке путевого трансформатора для обеспечения нормативного тока АЛС при шунтировании наиболее протяженного кодируемого ответвления. Напряжения на реле выравнивают дополнительными регулируемыми резисторами 400 Ом, включаемыми последовательно с первичными обмотками изолирующих трансформаторов.

Путевые трансформаторы и местные элементы реле ДСШ-13 получают питание от отдельных преобразователей, напряжения которых для нормальной работы фазочувствительных реле должны быть сдвинуты по фазе на угол 90°. Для исключения ложного возбуждения реле от смежной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков должно выполняться чередование мгновенных полярностей напряжения. При кодировании с релейного конца мгновенная полярность кодового тока в рельсах должна совпадать с мгновенной полярностью тока путевого трансформатора. При этом кодовый трансформатор включается через тыловой контакт повторителя путевого реле.

На стрелках, примыкающих к некодируемым боковым путям, на участках с электротягой применяют однониточные разветвленные рельсовые цепи. В этом случае от однониточных рельсовых цепей должно обеспечиваться для тягового тока два выхода к средним точкам дроссель-трансформаторов, устанавливаемых на стыке однониточных и двухниточных цепей. Для улучшения работы рельсовой цепи при обрыве соединителей в пределах стрелочной зоны тяговый ток следует пропускать через крестовины стрелок. В рельсовых цепях на стрелках во всех случаях рамные рельсы должны обтекаться сигнальным током.

При выполнении изоляции стрелок применяют типовые стрелочные соединители. На линиях без электротяги используют стрелочные соединители из стального оцинкованного троса, а на участках с электротягой - соединители из медных проводов общей площадью поперечного сечения 70 мм ² для постоянного тока и 50 мм ² для переменного тока.

Медными приварными соединителями оборудуют двухниточные дроссельные рельсовые цепи и тяговые нити однониточных рельсовых цепей. Нетяговые нити однониточных рельсовых цепей и рельсовых цепей без пропуска тягового тока оборудуют стальными стыковыми соединителями.

Выше были рассмотрены три типа разветвленных рельсовых цепей, применяемых в зависимости от вида тяги поездов. В условиях эксплуатации используют большое число различных типов разветвленных рельсовых цепей. Это обусловлено разнообразием конкретных условий эксплуатации: числом и параметрами источников электроснабжения, путевым развитием станции, родом тяги поездов, размерами движения и рядом других причин. Например, на линиях с автономной тягой, кроме рассмотренных рельсовых цепей переменного тока с реле АНВШ 2-2400, применяют также рельсовые цепи переменного тока с путевыми реле НВШ 2-200, НРВ 1-250, НМВШ 2-900/900, НВШ 1-800, НРБ 1-1000, с фазочувствительными реле ДСШ-12 и ДСР-12; постоянного тока с непрерывном питанием и путевыми реле НР 2-2, АНШ 2-2 или НШ 2-2; импульсные постоянного тока с путевыми реле ИР 1-0,3 или ИМШ-0,3.

На стрелочных участках станций с электротягой постоянного тока наряду с разветвленными фазочувствительными рельсовыми цепями переменного тока 50 Гц применяют однониточные разветвленные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с путевыми реле НМВШ 2-900/900, НВШ 1-800 и НРВ 1-1000; однониточные с путевым реле типа ДСШ-12 и др.

На участках с электротягой переменного тока, кроме разветвленных рельсовых цепей переменного тока 25 Гц с фазочувствительными реле, используют двухниточные импульсные рельсовые цепи переменного тока 25 с путевыми реле ИРВ-110 и ИМВШ-110; однониточные переменного тока 25 и 75 Гц; разветвленные импульсные переменного тока 75 Гц с установкой путевых реле ИМВШ-110 на каждом ответвлении; импульсные переменного тока 75 Гц с дроссель-трансформаторами ДТ-0,6 и ДТ-0,2 для станций стыкования двух систем электротяги и др.

При электротяге переменного тока на станциях применяют примерно 40 типов рельсовых цепей переменного тока 25 Гц. Кроме того, создают новые, более совершенные схемы, происходит непрерывный процесс совершенствования эксплуатируемых рельсовых цепей.

Горочные рельсовые цепи применяют для контроля свободности от подвижного состава (отцепов) изолированных участков сортировочных горок. Эта информация необходима в первую очередь для действия систем горочной автоматической централизации (ГАЦ) и автоматического регулирования скорости скатывания отцепов (АРС). Горочные рельсовые цепи стрелочных участков исключают возможность перевода стрелки под отцепом и передачу ложного задания в ГАЦ и АРС на автоматическую установку маршрута для очередного отцепа.

Для увеличения перерабатывающей способности горок необходимо, чтобы время фиксации свободного и занятого состояния стрелочных (особенно головной стрелки) и межстрелочных участков было минимальным. Это обусловливает необходимость использования быстродействующих и коротких рельсовых цепей. Время срабатывания приемника при занятии рельсовой цепи составляет не более 0,2с, а при освобождении - не более 0,35с.

Длина стрелочных и межстрелочных горочных рельсовых цепей составляет 6-11,5 м, максимальная длина бесстрелочных горочных рельсовых цепей на неэлектрифицированных путях должна быть не более 100, а на электрифицированных-50 м.

Отмеченные выше жесткие требования в отношении быстродействия к горочным рельсовым цепям контрольных участков подгорочного парка не предъявляют, поскольку частота следования отцепов на пути подгорочного парка значительно меньше, чем на самой горке. Горочные рельсовые цепи работают в тяжелых условиях, поскольку сопротивление поездного шунта увеличивается до 0,3-0,5 Ом. Это обусловлено особенностями работы путевых участков горки (покрытие поверхности рельсов непроводящим слоем из масел, грязи и пыли, наличие в отцепах легких подвижных единиц и т. п.). Вследствие этого сопротивление поездного шунта может повышаться настолько, что кратковременно резко снижается шунтовая чувствительность, т. е. возможна потеря шунта. Для защиты от этого горочные рельсовые цепи дополняют точечными путевыми датчиками проследования отцепов - магнитными педалями ПБМ-56 с блоками медленнодействующих повторителей педальных реле.

13. Особые виды рельсовых цепей

13.1 Рельсовые цепи без изолирующих стыков системы ЦАБ

Надежность функционирования РЦ в большой степени зависит от исправного состояния изолирующих стыков. На основании исследований в эксплуатационных условиях установлено, что из общего числа отказов в работе рельсовых цепей повреждения изолирующих стыков составляют примерно 50 %. На отечественных и некоторых зарубежных железных дорогах разрабатываются или уже находятся на стадии испытаний новые типы изолирующих стыков.

Перспективными с точки зрения качественного улучшения эксплуатационно-технических показателей являются РЦ без изолирующих стыков, особенно в связи с широким внедрением цельносварных рельсовых плетей большой длины (бесстыковой путь), где установка изолирующих стыков становится затруднительной.

В структурной схеме РЦ автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры (ЦАБ) (рис. 13.1) отсутствуют путевые светофоры. Движение поездов предусматривается регулировать по сигналам АЛС. Всю аппаратуру размещают на центральных постах (постах ЭЦ) станций, ограничивающих перегон протяженностью до 20 км. Для питания РЦ без изолирующих стыков используют генераторы Г 1 и Г 2 с сигнальными частотами f1 (425 Гц) и f2 (475 Гц). С целью повышения защищенности сигналов от влияния помех тягового тока, в том числе при импульсном тиристорном регулировании управления тяговыми электродвигателями, от токов центрального электроснабжения вагонов пассажирских поездов и от других источников несущие частоты 425 и 475 Гц модулированы низкими частотами - соответственно 8 и 12 Гц. Для возбуждения путевого реле необходимо получить сигнал несущей частоты определенного уровня, содержащий заданную частоту модуляции (8 или 12 Гц).

Рисунок 13.1. Структурная схема рельсовой цепи автоблокировки с центральным размещением аппаратуры

Каждый генератор питает две смежные цепи длиной 1000 м, расположенные по обе стороны от точки его подключения к рельсовой линии. Генераторы Г 1 и Г 2 чередуются в пределах всего перегона. В середине расстояния между генераторами включают два селективных приемника П 1 и П 2, один из которых воспринимает сигналы с частотой f1, в другой - f2. Всю аппаратуру, за исключением путевых трансформаторов ПТ (на линиях с электротягой - дроссель-трансформаторов), размещают на прилегающих к перегонам станциях и соединяют с путевыми трансформаторами посредством кабельных линий.

Исключение изолирующих стыков позволяет реализовать систему ЦАБ с минимальным числом жил кабеля. Так как две смежные цепи получают питание по одной паре сигнального кабеля и для подключения двух приемников смежных цепей используют также одну пару, то число пар сигнального кабеля определяют числом цепей для половины перегона; бесстыковые рельсовые цепи другой половины перегона подключают по кабелю, связанному с другой станцией. При средней длине перегона 10 км число рельсовых цепей составит 8; от каждой станции в сторону перегона потребуются 5 пар сигнального кабеля. По этим же парам в рельсы передают кодовые сигналы АЛС, при этом по мере приближения к середине перегона число жил кабеля уменьшается. Поэтому жильность кабеля для подключения бесстыковых рельсовых цепей перегона длиной 10 км составит 5 сигнальных пар.

Одна пара (две жилы) требуется для контроля состояния перегона и смены направления движения. Таким образом, общий расход сигнального кабеля при длине перегона до 10 км составляет 6 сигнальных пар.

В РЦ без изолирующих стыков требуется исключить влияние источников питания не только смежных цепей, но и от более удаленных источников. Например, приемник 5П 1 (см. рис. 13.1) при свободном перегоне будет получать питание от источников питания всех остальных цепей перегона, расположенных как справа, так и слева от точки подключения приемника.

На основании расчетов и исследований бесстыковых рельсовых цепей установлено, что необходимо исключать влияние от трех ближайших рельсовых цепей, расположенных слева и справа от точки подключения приемника. В данном случае влияние на путевой приемник 5П 1 с сигнальной частотой f1 исключается тем, что рельсовые цепи участков 4 и 3 питаются сигнальным током другой частоты f2, а в рельсовой цепи участка 2 источник питания удален на расстояние ее длины. Таким образом, приемник 5П 1 отделен тремя рельсовыми цепями от генератора с той же частотой. Аналогично приемник 5П 1 защищен и от смежных рельсовых цепей участков 6, 7 и 8, расположенных справа от точки его подключения.

При питании двух смежных рельсовых цепей от одного генератора (с середины) достигается защита приемников бесстыковых рельсовых цепей от смежных при использовании только двух несущих частот. Для исключения ложного срабатывания путевого приемника от рельсовой цепи соседнего пути при объединении рельсовых нитей двухпутного участка для другого пути применяют те же несущие сигнальные частоты 425 и 475 Гц, но с другими частотами модуляции. Несущая частота 425 Гц модулируется частотой 12, а несущая 475 Гц - частотой 8 Гц.

Для питания двух смежных рельсовых цепей применительно к участку с автономной тягой 1П и 2П установлен комплект передающих устройств (рис. 13.2). Генерирование амплитудно-модулированных колебаний осуществляется генератором ПГ с несущей частотой 425 Гц и частотой модуляции 8 Гц. Путевой усилитель ПУ усиливает сигналы, поступающие с выхода генератора ПГ, до уровня, необходимого для нормальной работы рельсовой цепи. С выходного трансформатора ВТ сигнал через фильтр по кабельной линии длиной до 10 км поступает на первичную обмотку путевого трансформатора с коэффициентом трансформации 40. Этим достигается согласование входного сопротивления кабеля с низким сопротивлением рельсовой линии. В качестве путевого фильтра включен резонансный контур из индуктивности катушки Zo и емкости конденсатора Со. Элементы фильтра размещены в кожухе реле НШ.

Рисунок 13.2. Схема бесстыковых рельсовых цепей

Кодовые сигналы числовой системы АЛС передаются контактом трансмиттерного реле 1/2Т от кодового трансформатора 1/2КТ. Резистор Rи и конденсатор Си установлены для искрогашения на контакте трансмиттерного реле. Этот контур представляет собой низкое сопротивление для сигналов частотой 425 Гц и поэтому не оказывает влияния на ее работу.

Кодовые сигналы АЛС выбираются контактами путевых реле впереди лежащих РЦ в зависимости от установленного направления движения. Кодирование осуществляется с питающего и релейного концов. При смене направления движения переключаются только цепи кодирования (трансмиттерных реле).

Путевые приемники подключают к РЦ также посредством кабеля через путевые трансформаторы ПТ. Входы приемников смежных рельсовых цепей (2ПП и 3ПП) включают последовательно. Для выравнивания входных сопротивлений по концам рельсовой цепи и напряжений на входе приемников при различных длинах кабеля (от 0 до 10 км) на входах приемников включают регулируемые резисторы Rд, сопротивления которых устанавливают в зависимости от длины кабеля. При длине кабеля 10 км Rд=0, при длине кабеля lк сопротивление Rд=400-40 lк. Предельная длина рельсовой цепи 1000 м.

Одной из основных особенностей рельсовых цепей без изолирующих стыков является то, что ее шунтирование и смена кодового сигнала АЛС наступает не с момента вступления на нее поезда, а при приближении его к рельсовой цепи на некоторое расстояние lш (см. рис. 13.2). В этой точке кодовый сигнал АЛС, передаваемый с релейного конца рельсовой цепи 1П меняется на запрещающий, поэтому здесь необходимо обеспечить прием сигнала уже от впереди стоящей точки, т. е. с питающего конца рельсовой цепи 1П; кодовый сигнал АЛС с приемного конца рельсовой цепи 1П должен выключаться. Таким образом кодовые сигналы АЛС должны восприниматься на расстоянии:

Lалс = l + lш,

где l - длина рельсовой цепи.

Освобождение РЦ также будет фиксироваться не в момент освобождения последними скатами поезда точки подключения питающего трансформатора, а после удаления его на некоторое расстояние lш. Приближающиеся и удаляющиеся шунты (поезд) снижают напряжение на путевом приемнике. Для обеспечения нормальной работы рельсовой цепи в этом случае требуется увеличить напряжение на питающем конце, т. е. давать перегрузку путевому приемнику на значение коэффициента перегрузки:

,

где - напряжение в начале рельсовой цепи для обеспечения нормальной работы при нахождении поезда на расстоянии lш от данной рельсовой цепи; Uн - напряжение в начале рельсовой цепи без учета нахождения шунта на расстоянии lш.

Чем больше коэффициент перегрузки К_П, тем меньше зона дополнительного шунтирования lш (рис. 13.3). При двойной перегрузке дополнительная зона шунтирования равна 50 м. Если же перегрузку не давать, то зона шунтирования будет примерно 250 м. Это означает, что при сигнальных частотах 425 и 475 Гц наличие поезда на расстоянии 250 м и более не влияет на условия работы рельсовой цепи. Практически Kп выбирают в пределах 1,1-1,2, а зона дополнительного шунтирования lш составляет при этом 120-150 м.

Рельсовые цепи без изолирующих стыков допускают наложение кодирования не только числовой, но и частотной системы АЛС для параллельной работы обеих систем, что необходимо при организации движения поездов по сигналам АЛС (без путевых светофоров).



Рисунок 13.3. График зависимости зоны шунтирования от перегрузки на питающем конце

13.2 Рельсовые цепи тональной частоты

В автоблокировке с тональными рельсовыми цепями применяют рельсовые цепи без изолирующих стыков. В этих рельсовых цепях в качестве сигнального тока используют ток тональной частоты. Основное преимущество таких р.ц. в отсутствии изолирующих стыков на перегоне, что значительно сокращает время на их обслуживание, обеспечивает лучшие условия для канализации обратного тягового тока. При таких р.ц. значительно сокращается количество ДТ. Рельсовые цепи тональной частоты в отличие от других типов рельсовых цепей могут устойчиво работать при пониженном сопротивлении балласта.

...