Глава 1.Общие сведения о рельсовых цепях

1.1.История развития рельсовых цепей

Рельсовые цепи (РЦ) являются основным элементом практически всех устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (АТ): автоблокировки (АБ), автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости (АЛС-АРС), электрической централизации стрелок и сигналов (ЭЦ), диспетчерского контроля за движением поездов (ДК) и других систем [1, 2]. В этих системах РЦ выполняют следующие функции: автоматически контролируют свободность и целостность рельсовых нитей участков пути на перегонах и станциях; исключают возможность перевода стрелок под составом; с их помощью передаются кодовые сигналы с пути на локомотив, а также от одной сигнальной установки к другой; обеспечивают автоматический контроль приближения поездов к переездам и станциям и т.д. РЦ обладают ценными свойствами: автоматически контролируют свободность и занятость участков пути без какого-либо оборудования на подвижном составе, автоматически контролируют электрическую целостность рельсовых нитей, обеспечивают территориальную селективность при передаче информации с пути на локомотив. На магистральных железных дорогах и метрополитенах СНГ применяют более 30 типов и 800 разновидностей РЦ. Общее число РЦ, эксплуатируемых в СНГ превышает 300 000. Широко распространены они и в большинстве стран мира.

РЦ имеют более чем вековую историю, и их практика и теория связаны с историей возникновения и развития железнодорожного транспорта и, в частности, с историей сигнализации и путевой АБ.

Первая в мире железная дорога с локомотивно-канатной тягой была открыта в Великобритании 27 сентября 1825 года между Стоктоном и Дарлингтоном. В России первую железную дорогу на паровой тяге протяженностью 29 верст построили между Петербургом и Царским селом и открыли 30 октября 1837 года. На начальном этапе устройства сигнализации были достаточно примитивны: флажок и фонарь.

Важнейшим достижением пятидесятых-шестидесятых годов XIX века в области обеспечения безопасности движения поездов явилось изобретение блокировки и централизации. Блокировка получила название от английского слова to blok, что означает ограждать. Безусловной принадлежностью блокировки является постоянный путевой сигнал, который, будучи закрытым, ограждает железнодорожный участок от въезда на него поездов.

Развитие блокировочных устройств прошло три этапа – это неавтоматическая, полуавтоматическая и автоматическая блокировка.

Во второй половине XIX века в Европе стремились совершенствовать системы безопасности, т.е. улучшить блокировочные аппараты неавтоматического или полуавтоматического действия.

В то же время американские дороги акцентировали внимание исключительно на автоматической блокировке, в которой автоматическое действие сигналов зависело от непрерывно контролируемого состояния пути. Эта задача впервые была решена американцем Вильямом Робинзоном в 1867 году, а в 1870 году на участке Филадельфия – Эри впервые была применена автоблокировка с нормально разомкнутыми РЦ.

В 1872 году В. Робинзон предложил нормально замкнутую РЦ, которая получила признание и совершила переворот в области устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ).

Началом новой эры в развитии РЦ можно считать 1902 год. Для питания РЦ впервые был использован переменный ток (до этого применялся только постоянный), что упростило сами устройства РЦ и позволило оборудовать ими электрифицированные железные дороги. Рельсовые цепи, в которых тяговый ток протекал по двум нитям, получили название двухрельсовых (двухниточных). Впервые подобные РЦ были использованы в Калифорнии. РЦ переменного тока стали вытеснять РЦ постоянного тока и на участках с паровой тягой.

В 1906 году некоторые дороги вблизи Нью-Йорка были электрифицированы по системе переменного тока с напряжением в контактной сети 11 кВ частотой 25 Гц и блуждающего постоянного тока. В 1908 году было разработано двухэлементное индукционное секторное реле, обладающее хорошими энергетическими характеристиками. Эти реле применяют во многих странах мира и по настоящее время.

Таким образом, усовершенствованная рельсовая цепь явилась одним из важнейших открытий в области железнодорожной техники, которое исключительно надежно обеспечивало безопасность движения поездов.

В 1910 году американская междуведомственная коммерческая комиссия констатировала: «Вероятно, нет ни одного изобретения в истории развития железнодорожного транспорта, посредством которого можно было бы настолько обезопасить движение поездов, насколько позволило это сделать применение рельсовых цепей. Этим простым самим по себе изобретением было положено основание для развития других более сложных автоматических систем, при которых поезд ограждает себя от опасности посредством воздействия на соответствующие сигналы. Другими словами, рельсовая цепь явилась основанием автоматической сигнализации».

В Европе первые РЦ появились в начале XX века на городских (подземных и наземных) железных дорогах в Лондоне, Париже, Берлине, Гамбурге и несколько позже на пригородных участках.

Рельсовые цепи оказались настолько гибким устройством, что появилась возможность их использования не только в устройствах АБ, но и в других системах обеспечения безопасности движения поездов. Они нашли применение на станциях, в устройствах АЛС, АРС, на переездах и т.д.

С совершенствованием РЦ на железных дорогах США и Европы появились предложения по использованию рельсовой линии (РЛ) в качестве линии связи для непрерывной передачи информации на локомотив о показаниях впереди стоящего сигнала.

Первая двузначная АЛС непрерывного действия была внедрена в 1923 году на одном из участков Пенсильванской железной дороги. Эта система стала началом развития кодовых РЦ. В 1925 году была внедрена трехзначная АЛС.

Вопрос о применении РЦ в России был впервые поднят в 1901 году, однако первый опытный участок, оборудованный автоблокировкой длиной 3 км с РЦ, построили только в 1915 году.

Реально РЦ стали широко использовать в СССР для контроля состояния блок-участков на перегонах и станционных участков с момента строительства АБ и ЭЦ. Первые участки АБ Москва – Мытищи и Покровско-Стрешнево-Волоколамск Московской железной дороги, построенные на импортном оборудовании, начали эксплуатировать в 1931 году. Начиная с 1932 года АБ стали строить на отечественной аппаратуре. Участок Основа – Красный Лиман Донецкой дороги был первым, построенным на отечественном оборудовании.

Основные работы над созданием устройств АЛС начались со строительства на участке Москва – Владимир в 1935 году отечественной системы АЛС без путевых светофоров и путевых приемников, предложенной инженером А.Ф. Булатом. В ней отразились перспективные направления совершенствования РЦ – использование РЦ без изолирующих стыков с централизованным размещением аппаратуры.

С 1952 года стали применять как основную числовую кодовую автоблокировку с устройствами АЛС. В этой системе передача информации между сигнальными точками, а также с пути на локомотив осуществлялась по РЛ числовым кодом. Наиболее принципиальные решения сохранились в ней и по настоящее время. В дальнейшем систему АЛС дополнили устройствам контроля скорости, расширяли функциональные возможности РЦ и повышали надежность их работы. В плане повышения надежности особое внимание разработчиков привлекала задача отказа от наименее надежного элемента – изолирующих стыков. Еще в 1908 году в США на участке с электротягой постоянного тока построили бесстыковые рельсовые цепи (БРЦ) частотой 25 Гц с моторными фазочувствительными путевыми реле. С 50-х и 60-х годов БРЦ стали применять во Франции, Японии и США. В 70-е годы в СССР разработали систему интервального регулирования с централизованным размещением аппаратуры для магистрального транспорта, метрополитена и скоростного трамвая, основой которой явились рельсовые цепи без изолирующих стыков.

Для питания РЦ переменного тока сначала использовали промышленную сеть или машинный преобразователь. Частота питания РЦ находилась в диапазоне до 100 Гц. Необходимость увеличения объема и скорости передачи информации на локомотив потребовала повышения частоты сигнального тока. Изобретение в 1948 году транзистора позволило применить в РЦ повышенные частоты.

В настоящее время в РЦ используют диапазон частот от 0 до 20 кГц. Выбор частоты сигнального тока является принципиальным с точки зрения повышения предельных длин РЦ, обеспечения их работоспособности при пониженном сопротивлении изоляции рельсовых нитей относительно балласта, увеличения объема передаваемой информации, защиты аппаратуры от помех и т.д.

С 50-х годов наблюдается тенденция в разделении каналов связи для автоблокировки и АЛС. Рельсовые цепи с изолирующими стыками питаются сигнальным током преимущественно на низких частотах (до 125 Гц), что обеспечивает их бóльшую длину. Для передачи информации на локомотив используют повышенные частоты, обеспечивающие бóльший объем и высокую скорость передачи информации. Повышенные частоты предназначены и для реализации коротких РЦ, например, на переездах и рельсовых цепей без изолирующих стыков.

Начиная с 60-х годов в некоторых странах стали использовать РЦ и системы интервального регулирования с централизованным размещением аппаратуры, при которой рельсовая линия на перегоне удалена от аппаратуры, размещаемой в станционном помещении. В настоящее время подобные системы применяют в США, Японии, странах СНГ и других государствах.

На метрополитенах СССР с 1972 года стала применяться новая система регулирования движения поездов – автоматическая локомотивная сигнализация с автоматическим регулированием скорости (АЛС-АРС).

В 1984 году на Харьковском метрополитене впервые в СССР были введены в эксплуатацию рельсовые цепи без изолирующих стыков. Аналогичными РЦ были также оборудованы несколько участков на Одесской дороге в период с 1982 по 1985 годы.

Бесстыковые рельсовые цепи находят все более широкое применение на линиях магистрального транспорта и метрополитена СНГ.