1.2.4.Основные режимы работы рельсовых цепей

Главной особенностью РЦ является то, что они обеспечивают информацию о состоянии рельсовой линии, работая при этом в нескольких режимах – нормальном, шунтовом и контрольном. По условиям режима АЛС при шунтировании поездом рельсовой линии, ток АЛС в рельсах под приемными катушками должен быть не ниже нормативного, определяемого чувствительностью приемников локомотивных устройств АЛС и требованиями защиты от помех.

На условия работы РЦ в каждом из режимов влияют три независимых параметра: сопротивление рельсов, сопротивление изоляции и напряжение источника питания. Наиболее тяжелые (критические) условия для каждого режима создаются при различных сочетаниях этих параметров. Характер влияния указанных факторов на различные режимы работы РЦ также зависит от ее длины, схемы и параметров аппаратуры.

Для обеспечения нормального режима работы РЦ наиболее неблагоприятными являются такие значения параметров, при которых ток в путевом реле получается минимальным. Это наблюдается при максимальном сопротивлении рельсов, минимальном сопротивлении изоляции и минимальном значении напряжения источника питания. То же справедливо и для режима АЛС.

Для шунтового режима неблагоприятны такие значения параметров РЦ, при которых ток в путевом реле получается максимальным и шунтирующее воздействие колесных пар ослабевает: минимальное сопротивление рельсов, максимальное сопротивление изоляции и максимальное напряжение источника питания.

При повреждении (обрыве) рельса не происходит полного электрического разрыва рельсовой нити вследствие утечки сигнального тока через балласт, в обход места обрыва. Значение сигнального тока, протекающего через путевое реле в контрольном режиме, зависит от значения сопротивления изоляции. Критическим сопротивлением изоляции называется сопротивление, при котором ток в путевом реле максимален. Оно зависит от места повреждения рельсовой линии и различно для каждой РЦ. Наихудшими условиями для выполнения контрольного режима, при которых ток в путевом реле максимален, являются: минимальное сопротивление рельсовой линии, критическое сопротивление изоляции и максимальное напряжение источника питания.

Работа рельсовых цепей на участках с электротягой поездов осложняется протеканием в рельсах обратного тягового тока, создающего помехи, которые могут нарушить нормальную работу РЦ. По междупутным кабельным соединениям для пропуска тягового тока образуются обходные пути сигнальному току РЦ, что ухудшает условия их работы прежде всего в контрольном режиме.

Критические неблагоприятные условия, по которым должен производиться расчет нормального функционирования РЦ в основных режимах, приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3 – Критические условия режимов работы РЦ

Режим работы РЦ	Неблагоприятные значения параметров
	Сопротивление рельсов	Сопротивление изоляции	Напряжение источника питания
Нормальный и АЛС	Максимальное	Минимальное	Минимальное
Шунтовой	Минимальное	Максимальное	Максимальное
Контрольный	Минимальное	Критическое (определяется расчетом)	Максимальное

Работу РЦ в нормальном, шунтовом и контрольном режимах количественно оценивают с помощью критериев: коэффициента перегрузки К_пер, коэффициента чувствительности к нормативному шунту К_шн и коэффициента чувствительности РЦ к оборванной (поврежденной) нити К_кп.

Основной характеристикой работы РЦ в нормальном режиме является коэффициент перегрузки К_пер, представляющий собой отношения фактического значения сигнала на входе путевого приемника (U_вх) к рабочему значению: К_пер = U_вх / U_р.

Требуемое напряжение на входе путевого приемника в РЦ обеспечивается изменением выходного напряжения источника питания. Для получения рабочего напряжения на входе путевого приемника при наихудших для нормального режима условиях необходимо, чтобы напряжение питания РЦ было равно U_min. Следовательно, для выполнения нормального режима РЦ требуется, чтобы фактическое напряжение питания было больше или равно U_min.

Надежность работы РЦ в шунтовом режиме характеризуется абсолютной шунтовой чувствительностью и коэффициентом чувствительности к нормативному поездному шунту.

Абсолютная шунтовая чувствительность R_ш представляет собой сопротивление поездного шунта, при котором напряжение на входе путевого приемника уменьшается до напряжения надежного возврата при наихудших условиях шунтового режима. Чем выше абсолютная шунтовая чувствительность РЦ, тем лучше обеспечивается шунтовой режим.

Рельсовые цепи должны иметь абсолютную шунтовую чувствительность не менее 0,06 Ом, называемую нормативной.

Сопротивление колесных пар имеет индуктивную составляющую, а переходное сопротивление в диапазоне частот от 0 до 10 кГц – активную составляющую, не зависящую в указанном диапазоне от частоты. Так как переходное сопротивление активное и больше сопротивления колесных пар, то в расчетах сопротивление поездного шунта принимается активным.

Коэффициент чувствительности к нормативному поездному шунту К_шн – это отношение напряжения надежного возврата U_вн путевого приемника к фактическому напряжению на его входе U_ш при наложенном на РЦ шунте сопротивление 0,06 Ом в наихудших условиях для шунтового режима, т.е. К_шн = U_вн / U_ш. Шунтовой режим выполняется, если R_ш  R_шн = 0,06 Ом, или К_шн  1.

Напряжение на входе путевого приемника при наложении нормативного шунта в условиях, наихудших для шунтового режима, равно напряжению надежного возврата U_вн, если напряжение питания РЦ равно определенному напряжению U_дш, (максимально допустимому). Если фактическое напряжение питания U_ф будет больше U_дш, то напряжение на входе приемника U_ршф превысит значение U_вн.

Таким образом, U_дш – допустимое (максимальное) напряжение питания рельсовой цепи в шунтовом режиме.

Для выполнения шунтового режима требуется, чтобы

U_ф  U_дш; К_шн = U_дш / U_ф.

Шунтовой эффект зависит от места расположения шунта на рельсовой линии. Местом минимальной шунтовой чувствительности, или критическим местом шунтовой чувствительности называется место рельсовой линии, при наложении в котором поездного шунта шунтовой эффект проявляется наиболее слабо. Одним из наихудших условий шунтового режима является расположение шунта в месте минимальной шунтовой чувствительности.

Работу РЦ в контрольном режиме характеризует коэффициент чувствительности к оборванной (поврежденной) нити К_кп. Он представляет собой отношение напряжения надежного возврата путевого приемника U_вн к фактическому напряжению приемника U_к в контрольном режиме при критическом сопротивлении изоляции и критическом месте обрыва: К_кп = U_вн / U_к. Контрольный режим выполняется, если К_кп  1.

Для получения напряжения надежного возврата на входе приемника при наихудших для контрольного режима условиях необходимо, чтобы напряжение питания РЦ было равно определенному (максимально допустимому) напряжению U_дкп. Для обеспечения контрольного режима требуется, чтобы фактическое напряжение питания U_ф было меньше или равно U_дкп, т.е.

U_ф  U_дкп или К_кп = U_дкп / U_ф.

Критерии К_пер, К_шн и К_кп используют при расчетах РЦ с учетом наиболее неблагоприятного сочетания параметров элементов аппаратуры и рельсовой линии в каждом из расчетных режимов. Такие расчеты называют детерминированными. При таком методе расчета РЦ напряжение источника питания устанавливают таким, что все режимы работы выполняются во всем диапазоне изменения сопротивления изоляции рельсовой линии от расчетного r_ир (минимального по техническим условиям) до бесконечности. Если фактическое сопротивление изоляции r_иф рельсовой линии во время эксплуатации окажется меньше чем r_ир, то соотношение К_пер  1, а следовательно и нормальный режим не будут выполняться, т.е. при отклонении всех параметров элементов схемы РЦ от номинального значения в неблагоприятную сторону напряжение на входе путевого приемника будет меньше расчетного U_р.

В действительности такой набор параметров элементов будет встречаться не во всех РЦ. В тех РЦ, у которых значения параметров элементов будут близки к номинальным или будут отклоняться в такую сторону, что будут способствовать увеличению напряжения на приемнике, нормальный режим будет выполняться и при более низком сопротивлении изоляции рельсовой линии, чем это получается на основании детерминированного расчета. Кроме того, напряжение срабатывания у разных путевых приемников одного и того же типа не одинаковы и находятся в диапазоне от U_пп min до U_пп max. При детерминированном расчете принимается максимальное напряжение, по техническим условиям допустимое для путевых приемников рассматриваемого типа, U_р = U_пп max. Поэтому возможен случай, когда при неблагоприятном наборе всех параметров элементов схемы РЦ напряжение срабатывания реального приемника окажется равным U_пп min и работа в нормальном режиме не нарушится.

Таким образом, при R_иф  R_ир нормальный режим РЦ может выполняться, а может и не выполняться в зависимости от того, каким случайным образом параметры путевого приемника и элементов схемы РЦ отклонятся от номинальных значений. Очевидно, что чем меньше R_иф по сравнению с R_ир, тем меньше вероятность выполнения нормального режима. Методика вероятностного расчета РЦ приведена в [3].

Электрические характеристики и параметры РЦ используют при анализе схем, расчетах режимов работы и составлении регулировочных таблиц.