Основные сведения по теории рельсовых цепей
В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики контроль свободности участков пути и целостность рельсовых нитей осуществляют рельсовые цепи. Рельсовая цепь – электрическая цепь, проводами которой служат рельсовые нити, связывающие между собой источник питания и реле, называемое путевым. Таким образом, рельсовая цепь содержит питающий конец, рельсовую линию и релейный конец (рис. 1). Границей рельсовой цепи являются изолирующие стыки, разделяющие смежные рельсовые цепи и исключающие их взаимное влияние друг на друга.
Различают три основных режима, в которых может работать рельсовая цепь:
1. В нормальном режиме (рис. 1) рельсовая цепь свободна от подвижного состава, ток от источника, называемый сигнальным Iс, протекает по рельсам через обмотку путевого реле, которое притягивает якорь и фронтовыми контактами включает белую лампочку свободности участка пути. Сопротивление Rо служит для регулировки тока, потребляемого рельсовой цепью.
2. Шунтовой режим наступает, когда рельсовая цепь занимается подвижным составо, и колесные пары, имеющие очень аленькое сопротивление (0,06 Ом), замыкают рельсовые нити (рис. 2). В этом случае большая часть сигнального тока будет проходить через колесную пару и путевое реле отпустит якорь, включив тыловым контактом лампу занятости участка пути.
3. В контрольном режиме рельсовая цепь будет работать при изломе или изъятии рельса. Нарушение целости электрической цепи приведет к обесточиванию путевого реле и включению красной лампы занятости участка (рис. 3).
На работу рельсовой цепи во всех режимах оказывает большое влияние рельсовая линия, поскольку передача энергии по ней производится с потерями. Эти потери обусловлены несовершенством изоляции между рельсовыми нитями, сопротивлением рельсов, рельсовых скреплений и характеризуется двумя параметрами, называемыми первичными: сопротивлением изоляции и сопротивлением рельсов.
Сопротивление изоляции зависит от чистоты балластного слоя, состояния шпал, температуры и влажности воздуха, зазора между подошвой рельса и поверхностью балластного слоя.
Сопротивление рельсов понижается зимой и повышается летом.
Исследование нормального режима работы рельсовых цепей
Для исследования нормального режима работы рельсовых цепей строится регулировочная характеристика – зависимость напряжения или тока реле от сопротивления изоляции, которая характеризует работу рельсовой цепи (рис. 5).
При минимальном сопротивлении изоляции rи и прочих неблагоприятных условиях ток и напряжение на реле должны быть равны току и напряжению полного реле Iпп, Uпп (они берутся с 10% запасом).
При увеличении сопротивления изоляции эти величины будут расти за счет уменьшения токов утечки.
При регулировке рельсовой цепи в процессе эксплуатации напряжение на путевом реле должно устанавливаться в соответствии с регулировочной характеристикой.
Если при rи2 на реле будет установлено напряжение ниже требуемого по характеристике, то при уменьшении сопротивления изоляции от rи1 до rиmin путевое реле может опустить якорь при свободной рельсовой цепи (ложная занятость).
Если на реле установлено более высокое напряжение, чем требуется по характеристике, то при увеличении rи напряжение на путевом реле будет выше допустимого напряжения перегрузки Uпер, что может привести у невыполнению шунтового режима (ложная свободность).
Исследование шунтового режима
В шунтовом режиме путевое реле должно надежно опускать свой якорь в рельсовых цепях с непрерывным питанием или не притягивать его в рельсовых цепях с импульсным питанием при самых неблагоприятных условиях.
Способность рельсовой цепи реагировать на шунт оценивается двумя критериями: шунтовой чувствительностью и коэффициентом шунтовой чувствительности.
Шунтовая чувствительность рельсовой цепи – максимальное сопротивление шунта, при котором путевое реле надежно фиксирует занятость.
Шунтовый режим выполняется, если шунтовая чувствительность в любой точке рельсовой цепи больше нормативного шунта Rшх≥Rшн (рис. 6).
Нормативное значение шунта Rшн = 0,06 Ом принято на основе измерения шунтового сопротивления большого числа реальных вагонов в различных условиях.
Под коэффициентом шунтовой чувствительности понимается отношение
Kш = Iрш / Iршф ,
где Iрш – ток, который должен быть на путевом реле в шунтовом режиме;
Iршф – фактический ток на путевом реле в шунтовом режиме.
При шунтовом режиме ток в реле должен быть равен току надежного надежного отпадания реле, т.е. Iрш = Iно. Тогда
Kш = Iно / Iршф
Шунтовой режим выполняется, если Kш ≥ 1.
Исследование контрольного режима
При излома или изъятии рельса путевое реле должно надежно фиксировать занятость. Схема токопрохождения при изломе рельса представлена на рис. 7. Из схемы видно, что при изломе рельса цепь для тока реле не разрывается, но вследствие уменьшения его величины реле опускает якорь.
Наихудшие условия для режима создаются при некотором критическом сопротивлении изоляции, так как при уменьшении rи увеличивается ток утечки, а при увеличении – возрастает сопротивление последовательной ветви, что в обоих случаях уменьшает ток реле.
Таким образом, под критическим сопротивлением изоляции понимается такое, при котором сопротивление передачи рельсовой цепи при изломе рельса минимально. Определить критическое сопротивление балласта можно исследовав на минимум функцию Iркф = f (rи),
где Iркф – ток, протекающий через реле в контрольном режиме.
Условия выполнения контрольного режима оцениваются по коэффициенту контрольного режима, под которым понимается отношение:
Kк = Iрк / Iркф ,
где Iркф – фактический ток на реле в контрольном режиме.
Если Kк ≥ 1, то контрольный режим выполняется.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ!
Рельсовая цепь
Рельсовая цепь представляет собой электрическую цепь, в которой имеется источник питания и нагрузка (путевое реле), а проводниками электрического тока служат рельсовые нити железнодорожного пути.
Устройство и принцип действия
Рельсовые цепи служат для контроля свободного или занятого состояния участка пути на перегонах и станциях, контроля целостности рельсовых линий, передачи кодовых сигналов с путевых устройств на локомотив и между путевыми устройствами.
Параметры рельсовых цепей
При передаче сигнального тока от источника питания к путевому реле, часть энергии теряется за счёт падения напряжения на сопротивлении рельсовых нитей и утечек тока через сопротивление изоляции. Сопротивление изоляции рельсовой цепи зависит от типа балласта и шпал, их загрязнения, температуры и влажности окружающей среды, зазора между балластом и подошвами рельса и практически не изменяется при изменении частоты сигнального тока от 0 до 2000 Гц. Хорошими изоляционными свойствами обладают щебень и гравий, худшими — песок. Железобетонные шпалы имеют меньшее сопротивление по сравнению с деревянными, поэтому подошвы рельсов изолируются от них резиновыми прокладками. Установлена норма минимального удельного сопротивления изоляции для всех видов балласта — 1 Ом·км. В зимнее время сопротивление изоляции может достигать 100 Ом·км.
Удельное сопротивление рельсовой цепи зависит от частоты сигнального тока и увеличивается от 0,5 Ом/км при частоте 25 Гц до 7,9 Ом/км при частоте 780 Гц. Для стабилизации сопротивления рельсовых нитей, состоящих из звеньев, скреплённых накладками, на токопроводящих стыках устанавливаются стыковые соединители.
Виды рельсовых цепей
По принципу действия рельсовые цепи разделяются на нормально-замкнутые и нормально-разомкнутые. В нормально-замкнутых рельсовых цепях, при свободном состоянии контролируемого участка, путевое реле находится под током, контролируя свободность участка и исправность всех элементов. В нормально-разомкнутых рельсовых цепях, при свободном состоянии контролируемого участка, путевое реле находится в обесточенном состоянии. Преимуществами нормально-разомкнутых рельсовых цепей являются более высокое быстродействие при фиксации занятости контролируемого участка пути (так как реле быстрее притягивает якорь, чем отпускает) и меньший расход кабеля (поскольку питающий и релейный конец рельсовой цепи совмещены). Однако в нормально-разомкнутых рельсовых цепях не контролируется исправность элементов и целостность рельсовых нитей, поэтому они применяются только на сортировочных горках.
Существуют три основных режима работы нормально-замкнутых рельсовых цепей:
нормальный — рельсовая цепь свободна от подвижного состава;
шунтовой — хотя бы одна колёсная пара подвижного состава находится на рельсовой цепи;
контрольный — нарушена целостность рельсовой цепи.
В нормальном режиме сигнальный ток протекает по рельсовым нитям от источника к путевому реле, фронтовые контакты которого замыкаются, чем фиксируют свободность контролируемого участка. В шунтовом режиме рельсовые нити замыкаются между собой через малое сопротивление колёсных пар, резко уменьшается сила тока, протекающего через путевое реле, которое размыкает фронтовые контакты и замыкает тыловые, чем фиксирует занятость контролируемого участка. В контрольном режиме ток через путевое реле уменьшается (но не до нуля, из-за распространения тока через балласт в обход места разрыва), в результате чего фиксируется занятость контролируемого участка.
Для питания рельсовых цепей может использоваться постоянный или переменный сигнальный ток. Рельсовые цепи постоянного тока применяются на участках с автономной тягой, переменного — на участках, как с автономной, так и с электрической тягой.
Режим питания рельсовых цепей может быть:
непрерывный — используется в рельсовых цепях, контролирующих станционные пути и стрелочные переводы; рельсовые цепи могут дополняться аппаратурой кодирования (при этом кодирование рельсовой цепи включается при определении её занятости);
импульсный — применяется для питания рельсовых цепей постоянным током;
кодовый — применяется в системах кодовой автоблокировки на перегонах.
В рельсовых цепях используются одноэлементные, двухэлементные, электронные и микропроцессорные путевые реле. Двухэлементные (фазочувствительные) реле имеют путевую обмотку, включенную в рельсовую цепь и местную обмотку. Срабатывание реле происходит при одинаковой частоте тока в путевой и местной обмотке и сдвиге фаз между ними на определённый угол. Достоинством фазочувствительных реле является надёжная защита от влияния тягового тока и других помех.
Для контроля занятости стрелочных переводов используются разветвлённые рельсовые цепи, которые могут иметь два или три путевых реле.