Классификация рельсовых цепей по способу пропускания обратного тягового тока

Классификация рельсовых цепей

При разработке рельсовых цепей должны быть обеспечены:

— надежное и в полном объеме выполнение рельсовой цепью функций, требуемых в данной системе;

— максимально возможная предельная длина РЦ;

— устойчивая работа РЦ при заданных значениях внешних воздействий;

— защита от мешающего и опасного воздействия помех, влияния смежных РЦ и рельсовых цепей параллельных путей;

— надежный пропуск обратного тягового тока;

— отсутствие опасных состояний при пробое изолирующих стыков;

— оптимальные соотношения стоимости и надежности РЦ.

Стремление использовать в каждом случае наиболее простые и надежные РЦ с учетом требований конкретных условий применения привело к большому разнообразию типов РЦ. При этом РЦ могут выполнять все четыре указанные функции (см. п. 2.1) или только часть из них. Многообразие типов РЦ вызвано также непрерывным развитием науки и техники, что приводит к разработке и внедрению новых, более совершенных типов РЦ. В настоящее время на железных дорогах России применяется более 30 типов и 800 разновидностей РЦ, которые различаются по ряду признаков. В данной работе выделено 9 признаков классификации РЦ.

1. По области применения:

1.1. Перегонные. К перегонным рельсовым цепям предъявляются требования большой длины; выполнения, по возможности, всех четырех функций; обеспечения надежного пропуска обратного тягового тока.

1.2. Станционные. Для станционных рельсовых цепей допускается меньшая предельная длина, требуется выполнение только двух первых функций. Поэтому они могут быть проще и, следовательно, надежнее.

1.3. Прочие. Эти рельсовые цепи применяются на сортировочных горках, в устройствах обнаружения перегретых букс и в ряде других устройств. В частности они могут выполнять роль точечных датчиков, точечных каналов передачи информации на локомотив, осуществлять контроль состояния перегона в полуавтоматической блокировке. К таким РЦ исходя из их назначения могут предъявляться особые требования по выполняемым функциям, быстродействию, достоверности работы, чувствительности и надежности или, наоборот, более простые требования.

2. По роду сигнального тока:

2.1. РЦ постоянного тока. Достоинства – наличие автономного резервного источника питания в виде аккумуляторной батареи, малая потребляемая мощность. Недостаток – низкая помехозащищенность, сложность обслуживания аккумуляторных батарей. Поэтому РЦ постоянного тока широко применялись при ненадежном электроснабжении на участках с автономной тягой поездов; в новом строительстве не применяются.

2.2. РЦ переменного тока. Обладают более высокой помехозащищенностью за счет применения частоты сигнального тока, отличной от частоты помех (в основном помех тягового тока и его гармонических составляющих). Кроме того, переменный сигнальный ток позволяет использовать его не только для контроля состояния участка пути, но и для передачи информации на локомотив. В настоящее время наибольшее распространение получили частоты 50 и 25 Гц. На перегонах при автономной тяге – 50 или 25 Гц в зависимости от перспектив внедрения электрической тяги, при тяге постоянного тока – 50 Гц, при тяге переменного тока – 25 Гц. На станциях в новом строительстве используют РЦ с частотой сигнального тока 25 Гц, как работающие более устойчиво. В перспективных тональных рельсовых цепях применяют частоты тонального диапазона (см. п. 2.4).

3. По режиму питания:

3.1. С непрерывном питанием. Такие РЦ являются простыми и надежными за счет отсутствия элементов, работающих в динамическом режиме.

3.2. С импульсным питанием. Применение импульсного питания позволило увеличить предельную длину РЦ до 2600 м по сравнению с 1500 м при непрерывном питании и повысить помехозащищенность.

3.3. С кодовым питанием. РЦ числового кода обладают достоинствами импульсных РЦ и, кроме того, способны передавать информацию.

4. По типу путевого приемника:

4.1. РЦ с электромагнитными реле в качестве путевых приемников. В настоящее время применяются одноэлементные реле (нейтральные или поляризованные) и двухэлементные (фазочувствительные реле типа ДСШ).

4.2. РЦ с бесконтактными приемниками. Использование микроэлектронных элементов и микропроцессорной техники позволяет существенно улучшить характеристики путевых приемников (надежность, чувствительность, долговечность), увеличить коэффициент возврата приемника, расширить функциональные возможности (например, создать адаптивный приемник).

В любом случае путевой приемник должен обладать пороговыми свойствами для различения состояния рельсовой цепи по уровню сигнала.

5. По конфигурации рельсовых путей:

5.1. Неразветвленные. К таким рельсовым цепям относятся рельсовые цепи с рассмотренной выше структурой.

5.2. Разветвленные. Разветвленные рельсовые цепи характеризуются наличием ответвлений рельсовой линии и применяются на участках пути, содержащих стрелочные переводы. В таких РЦ необходимо обеспечить контроль ответвлений, пропуск сигнального тока по этим ответвлениям, исключить шунтирующее действие металлических соединений между рельсовыми нитями (крестовина переводной кривой, сквозные полосы, соединительные тяги электропривода).

6. По способу разделения смежных РЦ:

6.1. С изолирующими стыками. Наличие ИС позволяет просто решить проблему исключения взаимного влияния смежных РЦ, обеспечивает четкую фиксацию границ рельсовых цепей. Однако изолирующие стыки являются самым ненадежным элементом систем железнодорожной автоматики. На их долю приходится 27% всех отказов. Это приводит к необходимости защиты путевого приемника от выхода из строя при действии тока смежной РЦ, а также защиты от опасных отказов в случае пробоя ИС.

6.2. С электрическими стыками. Электрические стыки представляют собой параллельные резонансные контуры, которые включают на концах рельсовых линий (РЛ). Емкость каждого контура образована конденсатором, индуктивность – отрезком рельсовой нити и шлейфом, уложенным в колее специальным образом. Резонансные контуры оказывают большое сопротивление проникновению сигнального тока одной РЦ в смежную.

6.3. Неограниченные РЦ. Эти рельсовые цепи не имеют специальных схемных или конструктивных решений для ограничения распространения сигнального тока по рельсовым линиям. Поэтому должны быть предусмотрены меры для исключения взаимного влияния неограниченных РЦ. К таким рельсовым цепям относятся тональные РЦ, достоинства и недостатки которых подробно описаны в п. 2.4. Неограниченные РЦ в настоящее время часто называют бесстыковыми или рельсовыми цепями без изолирующих стыков.

7. По способу связи приемной аппаратуры с рельсовой линией в бесстыковых РЦ:

7.1. С кондуктивной (гальванической) связью. Приемная аппаратура подключается к рельсам непосредственно или через согласующий трансформатор.

7.2. С индуктивной связью. Аппаратура принимает сигнал из РЛ в виде ЭДС, наводимой в индуктивности (приемных катушках), расположенной в непосредственной близости от рельсов. Индуктивную связь целесообразно использовать в рельсовых цепях наложения, что позволяет увеличить ее предельную длину. Приемной катушкой при этом является проволочный шлейф длиной 30-45 м, укладываемый внутри колеи вдоль рельсов. Практического применения такие РЦ не получили.

8. По виду тяги поездов. Тяга поездов бывает автономная, электрическая постоянного тока и электрическая переменного тока. Наличие электрической тяги приводит к необходимости решения вопросов пропуска обратного тягового тока в обход изолирующих стыков и защиты аппаратуры РЦ от тягового тока и его гармонических составляющих.

9. По способу пропуска обратного тягового тока различают однониточные и двухниточные РЦ. В однониточных РЦ (рис. 2.2) тяговый ток I_т протекает по одной рельсовой нити и передается в смежную РЦ по тяговым соединителям (медный трос).

Рис. 2.2. Однониточная рельсовая цепь

Достоинство однониточных РЦ – простая и дешевая конструкция. Недостатки – малая предельная длина; мешающее влияние тягового тока (ответвление тягового тока I_то через аппаратуру РЦ показано на рис. 2.2 пунктирной линией); ненадежный путь для тягового тока, протекающего по одной рельсовой нити; невозможность использования автоматической локомотивной сигнализации. Поэтому однониточные РЦ применяют в основном на боковых некодируемых станционных путях.

В двухниточных РЦ с каждой стороны изолирующих стыков устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ, средние точки основных обмоток которых соединены перемычкой (рис. 2.3). Эти дроссель-трансформаторы используются и для подключения аппаратуры РЦ к рельсовой линии.

Рис. 2.3. Двухниточная рельсовая цепь

Тяговый ток I_т (на рис. 2.3 показан стрелками) протекает по обеим рельсовым нитям, разделяясь в идеальном случае на равные части. В обход изолирующих стыков эти токи пропускаются следующим образом – по полуобмоткам основной обмотки ДТ одной РЦ, по перемычке и полуобмоткам ДТ смежной РЦ. При этом магнитные потоки в сердечнике ДТ от тягового тока каждой полуобмотки взаимно уничтожаются, что исключает мешающее влияние на аппаратуру РЦ. Сигнальный ток I_с протекает по полуобмоткам дроссель-трансформаторов в одном направлении и наводит в дополнительной обмотке соответствующую ЭДС.

В реальных условиях деление тягового тока на две равные части не происходит из-за неравенства сопротивлений рельсовых нитей. Кроме того, асимметрия тягового тока возникает при разных условиях утечки тягового тока на землю из-за заземления различных напольных конструкций на одну рельсовую нить. Поэтому в дополнительной обмотке ДТ наводится ЭДС помехи от разностного тягового тока. Защита путевого реле от мешающего влияния помехи осуществляется фильтром Ф.

Вторым негативным проявлением асимметрии тягового тока является подмагничивание сердечника ДТ, что приводит к уменьшению сопротивления основной обмотки сигнальному току и нарушению нормальной работы РЦ. Для исключения подмагничивания при электрической тяге постоянного тока применяются ДТ с воздушным зазором сердечника. При тяге переменного тока вредные последствия насыщения сердечника устраняются выбором параметров элементов схемы.

Источник

8.2. Классификация рельсовых цепей

По принципу действия рельсовые цепи подразделяются на нор­мально замкнутые и нормально разомкнутые. Нормальным принято считать состояние, когда рельсовая цепь свободна от подвижного состава. В нормально замкнутой рельсовой цепи (см. рис. 8.1) при свободном ее состоянии путевое реле находится под током, контро­лируя свободность и исправность всех ее элементов, а с занятием рельсовой цепи подвижным составом путевое реле отпускает якорь, фиксируя ее занятость. Контроль исправности всех элементов в рабочем состоянии является важнейшим и замечательным свойством нормально замкнутых рельсовых цепей, благодаря которому они получили преимущественное распространение. При всех неисправнос­тях в такой цепи (обрыв цепи, короткое замыкание, выключение источника питания) повреждение приводит к отпусканию якоря путевого реле, и не возникает положений, опасных для движения поездов.

В нормально разомкнутой рельсовой цепи (рис. 8.2) источник питания и путевое реле размещают на одном конце. Путевое реле при свободности рельсовой цепи не возбуждено и не контролирует исправность ее элементов, поэтому рельсовые цепи применяют лишь на путях сортировочных горок, где движе­ние осуществляется с низкими скорос­тями, пути находятся под постоянным наблюдением работников горки, а по условиям работы горок требуется быст­рая фиксация занятости рельсовой це­пи, так как время срабатывания путевого реле значительно меньше времени отпускания.

Рис. 8.2. Схема нормально разомкнутой рельсовой цепи

По типу путевого приемника различают рельсовые цепи с одно­элементным и двухэлементным (фазочувствительным) приемниками. Одноэлементный приемник имеет релейную статическую харак­теристику (см. рис. 1.13) и реагирует только на амплитуду входного сигнала Двухэлементный приемник, например реле типа ДСШ (см. рис. 1.20), имеет два воспринимающих элемента; на один из них (путевой) поступает рабочий сигнал из рельсовой линии. Амплитуда и фаза этого сигнала определяются состоянием рельсовой линии. На другой воспринимающий элемент (местный) поступает сигнал, неизменный по амплитуде и фазе. Между сигналами, подава­емыми на путевой и местный элементы, должны быть определенные фазовые соотношения. Такой приемник реагирует на амплитуду и фазу сигнала, принимаемого из рельсовой цепи. При уменьшении амплитуды ниже напряжения отпускания или при отклонении фазы от идеальной на некоторый угол путевой приемник фиксирует заня­тость или неисправность рельсовой цепи.

По роду сигнального тока раз­личают рельсовые цепи постоянного и переменного тока.

Рельсовые цепи постоянного тока применяют только на линиях с автономной тягой, если нет систематических помех от посторонних источников постоянного и переменного тока (электрического транспорта, систем централизованного электроснаб­жения вагонов пассажирских поездов, блуждающих токов и др.). Расстояние до конца подвески контактной сети смежных электри­фицированных линий должно быть не менее 5 км. Рельсовые цепи постоянного тока наиболее просты по устройству, однако из-за указанных выше ограничений их нельзя признать перспективными, при новом проектировании и строительстве устройств автоматики их не применяют.

Рельсовые цепи переменного тока получили более широкое рас­пространение. Их применяют на электрифицированных линиях и при автономной тяге. Существует большое разнообразие рельсовых цепей переменного тока, отличающихся частотой сигнального тока, структурой построения, конструктивными элементами, наличием или отсутствием изолирующих стыков и другими параметрами. Источни­ками питания рельсовых цепей переменного тока служат трансфор­маторы, преобразователи и генераторы различных типов. При электротяге постоянного тока широко используют ток промышленной частоты (50 Гц). Источником питания в этом случае является путевой трансформатор.

На линиях с электротягой переменного тока частота сигналь­ного тока должна отличаться от частоты тягового тока (50 Гц). На этих линиях применяют сигнальный ток частотой 25 или 75 Гц.

Разработаны и начинают внедряться рельсовые цепи переменного тока с частотой сигнального тока 100—500 Гц, которые можно применять при любом виде тяги поездов.

К рельсовым цепям переменного тока относятся также так назы­ваемые тональные рельсовые цепи, в которых используются частоты тонального спектра.

По режиму питания различают рельсовые цепи непрерывного питания, импульсные и кодовые.

При непрерывном питании источник питания непрерывно подключается к рельсовой линии (см. рис. 3.1), а при импульсном и кодовом питании источник пита­ния подключается к рельсовой линии периодически через контакты маятникового или кодового путевого трансмиттера (см рис. 1.21, 1.22).

В непрерывных рельсовых цепях при шунтировании или изломе рельса ток в приемнике должен снижаться до тока отпадания путе­вого реле. В импульсных и кодовых рельсовых цепях им­пульсное путевое реле периодически возбуждается и обесточивается и его возбуждение является необходимым условием формирования информации о свободности рельсовой цепи. При шунтировании или повреждении рельсовой линии ток в импульсном путевом реле должен снижаться до тока, меньшего тока его срабатывания. Им­пульсная работа реле прекращается. Так как ток срабатывания больше тока отпадания, то при использовании в качестве путевого приемника электромагнитного реле чувствительность импульсных и кодовых рельсовых цепей к шунту и излому рельса выше, чем рельсовых цепей с непрерывным питанием. Кроме того, импульсный и кодовый режимы — эффективный способ защиты от опасных ситу­аций при непрерывных помехах тягового тока и других посто- ронних источников. Поскольку в непрерывных рельсовых цепях от­сутствуют приборы, работающие в неблагоприятном с точки зрения надежности импульсном режиме, то при разработке новых систем наметилась тенденция к переходу на непрерывные рельсовые цепи с частотой 25 Гц.

Применение импульсного или кодо­вого питания позволяет повысить чувствительность рельсовой цепи к шунту и повреждению рельса. Однако это преимущество дости­гается только в случае использования в качестве путевого приемника электромагнитных реле. При применении других пороговых элементов высокая чувствительность к шунту и повреждению рельса может быть достигнута и в рельсовой цепи с непрерывным питанием. На­пример, при использовании в качестве порогового элемента триг­гера, срабатывающего от каждой полуволны переменного тока, может быть получен коэффициент возврата, близкий к единице (в импульсных рельсовых цепях Кв≈0,8). Известны и другие поро­говые элементы, позволяющие получить высокий коэффициент воз­врата при непрерывном питании рельсовых цепей.

При импульсном или кодовом режиме питания достигается бо­лее высокая защита от помех, в первую очередь от непрерывных помех тягового тока. Однако, кроме непрерывных, наблюдается силь­ное воздействие импульсных помех тягового тока в случаях: вклю­чения и выключения тяговых двигателей; перераспределения тягово­го тока вследствие непрерывного изменения переходных контактов между колесами и рельсами; кратковременного размыкания и искре­ния токоприемника. Особенно сильное воздействие импульсных по­мех наблюдается при возникновении на рельсах различных непро­водящих пленок, а также использовании песка для увеличения сцепления колес с рельсами.

Непрерывные рельсовые цепи обладают более высокой защитой от импульсных помех, так как путевые реле непрерывных рельсовых цепей более инерционны и не реагируют на кратковременные им­пульсные помехи. Кроме того, в рельсовых цепях с непрерывным питанием эффективная защита от импульсных помех может быть получена за счет искусственного замедления на срабатывание путевого приемника, например, при использовании повторителя путевого реле с замедлением на срабатывание 0,5—1 с (длитель­ность импульсов помех, как правило, не превышает 0,1 с). Применить такую защиту в импульсных рельсовых цепях не представляется возможным, так как в этом случае нарушится нормальная работа дешифратора импульсной или кодовой рельсовой цепи. Импульсные рельсовые цепи менее надежны в условиях эксплуатации из-за механического износа контактов импульсного путевого реле и де­шифратора. Они требуют частого осмотра и проверки аппаратуры, что связано с большими затратами труда и средств при техническом обслуживании устройств, поэтому наметилась тенденция к переходу на непрерывные рельсовые цепи. На станциях при электротяге переменного тока ранее внедряли импульсные рельсовые цепи пере­менного тока 75 и 25 Гц. При новом проектировании и строительстве на станциях применяют непрерывные рельсовые цепи переменного тока с фазочувствительными реле ДСШ. Рельсовые цепи с непрерыв­ным питанием применены в частотной автоблокировке, в системе автоблокировки с рельсовыми цепями без изолирующих стыков и централизованным размещением аппаратуры.

В кодовых рельсовых цепях сигналы, передаваемые по рельсовой линии, при свободной рельсовой цепи используют для работы путевого реле, а при вступлении поезда — для работы автомати­ческой локомотивной сигнализации. Кроме кодовых применяют так­же кодированные рельсовые цепи. Нормально по ним передается не­прерывный ток для работы путевого реле, а с момента занятости поездом — кодовые сигналы АЛС.

По типу путевого приемника различают рельсовые цепи с одно­элементными и двухэлементными путевыми приемниками. Приемни­ки обоих типов должны иметь непрерывный вход и дискретный выход. Сигнал на входе может изменяться непрерывно (по ампли­туде, фазе и частоте) вследствие изменения изоляции рельсовой цепи под воздействием колесных пар или при повреждении рельса. На выходе путевой приемник должен выдавать двоичную дискретную информацию: рельсовая цепь свободна и исправна (1), рельсовая цепь занята подвижным составом или повреждена (0). В первом слу­чае путевое реле возбуждено и замкнуты его фронтовые, контакты, во втором случае реле отпускает якорь, замыкая тыловые контакты.

Одноэлементные путевые приемники имеют только один вход, на который поступает сигнал из рельсовой цепи. Такой приемник реагирует только на амплитуду или на амплитуду и частоту принимаемого сигнала (при наличии электрического фильтра в при­емнике).

Двухэлементные путевые приемники имеют два входа. На один из них поступает сигнал из рельсовой цепи (путевой элемент), на другой—от местного источника (местный элемент).

В двухэлементных фазочувствительных приемниках (реле типа ДСШ) между сигналами, подаваемыми на путевой и местный элементы, должны быть определенные фазовые соотношения (сдвиг фаз между токами путевого и местного элементов 90°). Такой приемник реагирует на амплитуду, частоту и фазу сигнала, прини­маемого из рельсовой цепи. При напряжении ниже напряжения отпускания или отклонении фазы на некоторый угол путевой приемник фиксирует занятость или неисправность рельсовой цепи.

В двухэлементных гетеродинных приемниках сигнал, принимае­мый из рельсовой цепи, и сигнал, поступающий от местного генера­тора (гетеродина), отличаются один от другого по частоте (обычно разностная частота составляет несколько герц). Например, из рельсовой цепи поступает сигнал 75 Гц, а от местного генератора— 83 Гц (этот генератор используют одновременно для питания смежной рельсовой цепи). Наличие разностной частоты 8 Гц явля­ется условием возбуждения путевого приемника; приемник фикси­рует занятость или неисправность рельсовой цепи при уменьшении амплитуды сигнала рельсовой цепи ниже порога срабатывания или отклонении частоты более нормированного допуска (±1 Гц).

По способу пропускания обратного тягового тока рельсовые цепи подразделяются на однониточные и двухниточные. В однониточ­ных рельсовых цепях (рис. 8.3, а) тяговый ток пропускается по одной рельсовой нити. Однониточные рельсовые цепи просты по устройству, однако обладают рядом недостатков: они неприемлемы при наложении АЛС вследствие сильного влияния помех при про­пуске тягового тока по одной рельсовой нити; тяговые нити смежных путей объединяются медными тросами в нескольких точках, что ухудшает условия шунтового и особенно контрольного режима (ре­жима повреждения рельса). Поэтому однониточные рельсовые цепи применяют только на некодируемых путях станций при длине рель­совой цепи до 650 м и условии обеспечения пропуска тягового тока не менее чем по шести параллельным рельсовым нитям на двухпутных линиях и по трем — на однопутных.

Рис. 8.3. Схемы пропуска тягового тока в однониточной и двухниточной рельсовых цепях

В остальных случаях на станциях, а также в пределах перегонов применяют двухниточные рельсовые цепи (рис. 8.3, б), в которых тяговый ток пропускается по обеим рельсовым нитям, а для пропуска обратного тока в обход изолирующих стыков для создания непрерывности цепи тяговому току используют дроссель-трансформаторы. Симметричное распре­деление тягового тока по обеим рельсовым нитям создает хорошие условия для действия АЛС, так как напряжения помех, наводимые в каждой из катушек, взаимно компенсируются. Помехи компенси­руются и на обмотке дроссель-трансформатора, так как через каждую его полуобмотку будут протекать равные, но противоположно направленные токи помех.

Поэтому условия защиты аппаратуры от воздействия тягового тока в двухниточных рельсовых цепях лучше, чем в однониточных.

По месту применения рельсовые цепи подразделяются на нераз­ветвленные и разветвленные. Последние применяют при изоляции стрелочных участков станций. Разветвленные рельсовые цепи могут иметь несколько путевых приемников (путевых реле) для контроля свободности и исправности ответвлений. В схему контроля после­довательно включают фронтовые контакты всех путевых реле развет­вленной цепи.

Источник