Рельсовые цепи

В основу построения почти всех систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) положены рельсовые цепи (РЦ). РЦ называется устройство, использующее рельсовые нити как проводники электрического тока. Электрический ток, протекающий по рельсовым нитям, обозначают «сигнальным» током (Ic).

В СЖАТ рельсовые цепи:

- контролируют состояние (свободность, занятость) участков пути;

- определяют целостность рельсов;

- служат в качестве канала для передачи сигналов.

В СЖАТ используют большое число различных видов РЦ.

РЦ классифицируются в зависимости от:

- области применения:
станционные, перегонные, горочные и т.д.:

- рода сигнального тока:
постоянного тока, переменного тока низких частот (25, 50, 75, 100 Гц);
переменного тока тональных частот (100 … 5,5 КГц);

- способа канализации тягового тока:
однониточные, двухниточные с дроссель – трансформаторами;

- типу приемников:
одноэлементные, двухэлементные;

- конструкции:
разветвленные или неразветвленные,
бесстыковые или с изолирующими стыками,
нормально – замкнутые или нормально – разомкнутые.

Наибольшее распространение в системах ЖАТ получили двухниточные нормально – замкнутые РЦ.

РЦ включает в себя три функциональных узла:

- рельсовую линию (две рельсовых нити);

-
питающий конец;

- приемный (релейный) конец.

Рассмотрим далее назначение и роль отдельных приборов и элементов основных функциональных узлов РЦ.

Изолирующие стыки (ИС).

Изолирующие стыки устанавливают на границах отдельных участков пути для разделения сигнальных токов в смежных РЦ.

ИС работают в трудных условиях, под воздействием больших динамических нагрузок от поездов на рельсы. На них также воздействуют климатические факторы: влага и колебания температуры. Изменение длины рельсовых звеньев под влиянием температуры ведет к механическому разрушению стыков. Все это означает, что изолирующий материал такого стыка должен иметь большую механическую прочность.

-

-

Применение получили два типа ИС:
- разборный ИС с фибровой изоляцией (поставляется комплект деталей, в том числе торцевые прокладки, прокладки под накладки, а также изолирующие втулки, одеваемые на болты); (Рис1)

- неразборный клееболтовой ИС. (Рис2)

рис.1 рис.2

Наиболее частый отказ ИС – пробой изоляции прокладок и болтов, а также сгон стыков (когда торцевая изолирующая прокладка выдавливается при расширении рельсовых звеньев или плетей, образование наклепов в торцах рельсоНорма на сопротивление ИС – 50 ОМ. Исследованиями установлено, что реально сопротивление ИС может находиться в пределах 100…2000 ОМ, а иногда и выше.

Порядок расстановки ИС в РЦ регламентируется методическими указаниями института «Гипротранссигналсвязь».

Стыковые соединители (СС) устанавливают для стабилизации и уменьшения сопротивления рельсовой линии.

СС в зависимости от способа крепления к рельсу, подразделяют на штепсельные и приварные, а от материала для их изготовления – на стальные и медные. Область применения СС:
Тепловозная тяга: стальной штепсельный (2 провода диаметром 5 мм);
стальной приварной (трос диаметром 7 мм).

Как известно, СС является одним из ненадежных элементов РЦ, т.к. часто наблюдается обрыв СС.

Как можно повысить надежность этого элемента?

Из практики известны следующие способы:

1. Дублирование СС.

2. Совершенствование конструкции СС (например, фартучный соединитель).

3. Применение бесстыкового пути.

4. Совершенствование конструкции рельсового стыка (например, графитовая смазка и тарельчатые пружины).

При дублировании применяют также медный штепсельный соединитель. Крепление приварных СС (основных) производится к головке рельсов.

По условиям обеспечения целостности рельса (безопасности движения поездов) и технологии сверления отверстия, допускается крепление штепсельного СС только к шейке рельса.

Разделка соединительного кабеля, связывающего аппаратуру РЦ (поста ЭЦ или релейного шкафа) и рельсовую линию, производится в кабельных стойках (КС), путевых ящиках (ПЯ) или дроссель – трансформаторах (ДТ) в зависимости от вида тяги и области применения (перегоны, станция), размещаемых непосредственно у рельсовой линии. На структурной схеме РЦ указанные устройства обозначены как «устройства согласования».

Непосредственное подключение сигнального тока к рельсам осуществляют тросовые или дроссельные соединители (перемычки).

подключение ПЯ

подключение КС

габарит

На участках с тепловозной тягой применяют стальные тросовые перемычки (от КС и ПЯ).

Все виды перемычек крепятся к рельсам болтовым штепсельным соединением от ДТ и штепсельным соединением от КС и ПЯ.

Аппаратура питающего и релейного концов РЦ располагается в релейных шкафах (РШ) или на постах ЭЦ.

Из релейных шкафов и постов ЭЦ соединительный кабель обеспечивает связь с напольными устройствами РЦ.

Режимы работы РЦ

Рц имеет следующие режимы работы:

- нормальный режим: рельсовая линия исправна и свободна от подвижного состава;

- шунтовой режим: рельсовая линия исправна и занята подвижным составом;

- контрольный режим: рельсовая линия имеет излом рельса (или обрыв стыковых или стрелочных соединителей);

- режим короткого замыкания: шунтирование питающего конца РЦ для проверки работоспособности источника питания по допустимой мощности;

- режим работы АЛС: РЦ занята подвижным составом, приборы АЛС воспринимают импульсы сигнального тока определенного уровня.

Реакция РЦ на указанные режимы работы проявляется в изменении уровня и фазы сигнального тока, поступающего в П (фазочувствительный приемник/реле) вследствие чего он может находиться или во включенном или в выключенном состоянии. В нормальном режиме П выдает дискретную информацию «свободно» (фронтовой контакт реле П замкнут), а в шунтовом и контрольном режимах – «занято» (фронтовой контакт реле П разомкнут).

Первичные параметры РЦ:

Условия передачи сигнального тока по рельсовой линии – как всякой электрической цепи с распределенными параметрами – зависят от первичных параметров РЦ:

- удельного сопротивления рельсов Z Ом/км;

- удельного сопротивления изоляции (балласта) Rб Ом*км.

РЦ должна надежно функционировать во всех режимах непрерывно и круглогодично при самых неблагоприятных условиях, т.е при:

- изменении в широком диапазоне сопротивления балласта под влиянием климатических условий (дождь, сухо, мороз) или его загрязненностью солями, металлической пылью;

- изменении сопротивления рельсовой линии из-за плохого состояния стыковых соединителей;

- колебание напряжения ИП, которое в соответствии с ГОСТ составляет от +5% до –10 номинального и т.д.

При техническом обслуживании станционных рельсовых цепей производится проверка их работы в нормальном и шунтовом режимах, а также в режимах АЛС, а выполнение контрольного режима и режима короткого замыкания проверяется расчетным и опытным путем при разработке РЦ. На перегонах в шунтовом режиме РЦ не проверяются.

Нормальный режим

Нормальным режимом называется такое состояние исправной и свободной от подвижного состава РЦ, при котором путевое реле включено (или работает в импульсном режиме).

В нормальном режиме путевое реле должно надежно работать при самых неблагоприятных условиях.

При этом уровень (величина) сигнала на входе приемника (реле) соответствует его минимальным рабочим значениям.

Чем меньше напряжение источника питания, тем меньшее напряжение подается на реле. Высокое сопротивление рельсовой линии приводит к большому падению напряжения на ней. Значительные токи утечки из-за маленького удельного сопротивления балласта еще более ухудшают условия режима.
Для успешной (безотказной и безопасной) эксплуатации РЦ знания неблагоприятных условий РЦ недостаточно. Необходимо иметь ввиду также то, как (в каких пределах) изменяются рассмотренные параметры. Может случится, что при наилучших условиях уровень (величина) фактического сигнала на входе приемника (реле) будет превышать предельно допустимые значения.

Необходимо, чтобы Кпер = Uдоп/Uфак > или = 1, где

К пер – коэффициент перегрузки,

Uдоп – допустимое напряжение на входе приемника,

Uфак – фактическое напряжение на входе приемника.

В технических условиях на РЦ указаны предельные значения первичных параметров РЦ:

- минимальное удельное сопротивление балласта – 1,0 Ом*км.

- максимальное удельное сопротивление балласта – 50 Ом*км.

Удельное сопротивление рельсовой линии изменяется незначительно:

- для постоянного тока в пределах 0,1 … 0,2 Ом/км;

- для переменного тока принимается постоянным и составляет для сигнальных частот:

	25 Гц
Модуль, Ом/км	0,5	0,8	1,07	1,53	3,74	4,88	5,68
Аргумент, град.

Следовательно, для одной из сигнальных частот основным изменяемым параметром является сопротивление балласта (напомним, что колебание напряжения источника питания также невелико: +5%, -10%).

Зависимость напряжения (тока) на путевом приемнике от изменения сопротивления балласта в нормальном режиме называют регулировочной характеристикой.

В нормалях РЦ и справочниках эта зависимость дана в виде регулировочных таблиц. В последних приводятся значения напряжения на путевом реле при минимальном (мокром балласте) и максимальном (промерзшем балласте) удельных значениях сопротивления балласта для разных длин РЦ, т.е указан диапазон возможных значений напряжения на путевом реле.

При снижении напряжения на путевом реле ниже рабочих значений оно выключается (или прекращает импульсную работу). Имеет место ложная занятость РЦ.

При увеличении напряжения на путевом реле выше рабочих значений, может быть не обеспечен шунтовой режим, т.е. путевое реле может быть включено (работать в импульсном режиме). Имеет место опасная ситуация – ложная свободность РЦ.

Если напряжение на П в нормальном режиме понизилось и стало существенно меньше допустимого по регулировочным таблицам при полностью исправных ИП и П необходимо, в первую очередь, проверить состояние тех элементов РЦ, электрическая проводимость которых может оказаться нестабильной (ввиду повреждений), и если это не дает желаемого результата, то надлежит выполнить подрезку балласта, т.е улучшить состояние жд. пути.