Описание лабораторного макета

Рельсовая цепь переменного тока с непрерывным питанием частотой

50 Гц применяется на участках с автономной тягой, как правило, на некодируемых боковых станционных путях и стрелочных секциях.

Наибольшая длина 1500 м.

Данная рельсовая цепь обеспечивает выполнение всех основных режимов. Ее достоинством является малая потребляемая мощность и возможность применения на участках с блуждающими постоянными токами от электростанций, трамвайных линий и др.

Недостатками рельсовой цепи является ограниченная длина, невозможность передачи кодов АЛСН, ограниченная область применения.

Схема рельсовой цепи изображена в верхней части лицевой панели лабораторного макета (см. рис. 2). Схема включает в себя аппаратуру питающего конца, рельсовую линию и аппаратуру релейного конца.

На питающем конце расположены: понижающий путевой трансформатор ПТ типа ПРТ-А и ограничительное сопротивление R_О . Сопротивление R_О можно изменять в пределах от 0,6 до 1,2 Ом.

Реальная рельсовая линия длиной 1500м заменена тремя секциями Т-образной схемы замещения, по 500м каждый. Удельное сопротивление рельсов имитируется постоянными резисторами сопротивлением r_р/8 = 0,6/8 = 0,075 Ом. Удельное сопротивление балласта r_и имитируется постоянными резисторами сопротивлением 1, 2, 5 или 10 Ом. Кроме того, на схеме рельсовой линии размещены тумблеры, имитирующие излом рельса, и гнезда для имитации наложения сопротивления шунта.

На релейном конце расположены: повышающий релейный трансформатор РТ типа ПРТ-А, предназначенный для согласования высокого сопротив­ления обмотки путевого реле с низким выходным сопротивлением рельсовой линии и для уменьшения потерь электрической энергии в кабеле, и путевое реле П типа НМВШ2. Контактами реле П включаются светодиоды: белого цвета – путевое реле включено, или красного цвета – путевое реле выключено.

В центре лицевой панели изображен резистор, имитирующий сопротивление колесной пары R_Ш. Сопротивление R_Ш можно изменять в пределах от 0,06 до 0,26 Ом.

Рис. 2. Эскиз лицевой панели лабораторного макета

В нижнем ряду расположены: путевой трансформатор ПТ, переменное сопротивление R_О , переключатель сопротивления балласта r_и, переключатель сопротивления шунта R_Ш, тумблер и светодиодный индикатор напряжения питания «СЕТЬ», тумблер переключения пределов измерения вольтметра «30 В»/«3 В», вольтметр для измерения напряжения на обмотке путевого реле U_Р, путевое реле П и релейный трансформатор РТ.

Методика выполнения лабораторной работы

Цель работы: изучение схемы неразветвленной рельсовой цепи переменного тока, исследование ее работы в основных режимах.

Задание 1. Исследование работы рельсовой цепи в нормальном режиме.

Задачей исследования нормального режима в лаборатории является проверка работоспособности рельсовой цепи во всем диапазоне изменений сопротивления изоляции (1 … ∞ Ом·км). Для этого строится регулировочная харак­теристика – зависимость напряжения на обмотке реле от сопротивления изоляции.

При минимальном сопротивлении изоляции r_и и прочих неблагоприятных условиях напряжение на обмотке реле должно быть равно напряжению срабатывания реле с коэффициентом запаса К_З = 1,1 (для реле типа НМВШ2 U_Р = U_СР·К_З = 10,5·1,1 = 11,5 В). При увеличении сопротивления изоляции напря­жение на обмотке путевого реле будет расти за счет уменьшения токов утечки.

При регулировке реальной рельсовой цепи в процессе эксплуатации напряжение на обмотке путевого реле должно устанавливаться в соответствии с регулировочной характеристикой. На практике вместо графиков пользуются регулировочными таблицами.

Порядок выполнения задания:

1. Установить сопротивление изоляции r_и = 1 Ом·км.

2. Изменяя регулировочное сопротивление R_О установить напряжение на обмотке путевого реле U_Р = 11,5 В. Записать значение R_О. Во всех последующих опытах значение R_О поддерживать неизменным.

3. Изменяя сопротивление изоляции от 1 до ∞ Ом·км измерить напряжение на обмотке путевого реле U_Р . Результаты измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2

Зависимость напряжения на обмотке путевого реле от сопротивления балласта

rи, Ом·км	1	2	5	10	∞
UР, В

4. По результатам измерений построить регулировочную характеристику.

5. Сделать вывод о возможности работы данной рельсовой цепи во всем диапазоне изменений сопротивления изоляции без дополнительной регулировки.

Задание 2. Исследование работы рельсовой цепи в шунтовом режиме.

В шунтовом режиме путевое реле должно надежно отпускать 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 – максимальное сопротивление шунта, при котором путевое реле надежно фиксирует занятость занятость рельсовой цепи подвижным составом.

Шунтовой режим выполняется, если шунтовая чувствительность в любой точке рельсовой цепи более нормативного шунта R_шх ≥ R_шн.

Под коэффициентом шунтовой чувствительности понимается отношение

,

где: U_рш – напряжение, которое должно быть на обмотке путевого реле в шунтовом режиме;

U_ршф – фактическое напряжение на обмотке путевого реле в шунтовом режиме;

U_но – напряжение надежного отпускания путевого реле (U_но = U_отп·0,8 = 5·0,8 = 4 В).

Шунтовой режим выполняется, если K_ш ≥ 1.

В лабораторной работе необходимо определить как шунтовую чувствительность, так и коэффициент шунтовой чувствительности при самых неблагоприятных условиях. Шунтовая чувствительность определяется с помощью переменного сопротивления R_ш, накладываемого на различном расстоянии от релейного конца, а коэффициент шунтовой чувствительности при наложении нормативного шунта R_шн = 0,6 Ом.

Порядок выполнения задания:

1. Установить сопротивление изоляции r_и = ∞ .

2. Установить сопротивление шунта R_ш = 0,26 Ом.

3. Подключить сопротивление шунта R_ш к релейному концу рельсовой цепи. Последовательно уменьшая R_ш добиться уменьшения напряжения на обмотке путевого реле до значения U_но. Занести значение шунтовой чувствительности в таблицу 3.

4. Повторить пункт 3 для расстояния 500, 1000 и 1500 м от релейного конца.

Таблица 3

Шунтовая чувствительность

Место наложения шунта, м	0	500	1000	1500
Rш, Ом

5. Установить сопротивление шунта R_ш = 0,06 Ом.

6. Подключая сопротивление шунта в различных точках рельсовой цепи зафиксировать напряжение на обмотке путевого реле U_ршф и рассчитать коэффициент шунтовой чувствительности. Результаты опыта занести в таблицу 4.

Таблица 4

Коэффициент шунтовой чувствительности

Место наложения шунта, м	0	500	1000	1500
Uршф, В
Kш

7. Построить графики R_ш = f (l_x), K_ш = f (l_x).

8. На основе полученных данных сделать выводы:

• может ли исследуемая рельсовая цепь обеспечить выполнение шунтового режима;

• В каких точках наложения шунта рельсовая цепь имеет минимум шунтовой чувствительности.

Задание 3. Исследование работы рельсовой цепи в контрольном режиме.

В контрольном режиме путевое реле также должно надежно отпускать свой якорь. Из схемы замещения рельсовой цепи видно, что при изломе или изъятии рельса цепи сигнального тока полностью не размыкается, но последовательно с сопротивлением рельсов r_р включается сопротивление балласта r_и, сила тока существенно уменьшается и становится менее напряжения отпускания реле.

Наихудшие условия для контрольного режима создаются при некотором критическом сопротивлении изоляции, так как при уменьшении r_и увеличивается ток утечки, а при увеличении – возрастает сопротивление последовательной ветви, что в обоих случаях уменьшает ток в обмотке путевого реле. Определить критическое сопротивление балласта можно исследовав на минимум функцию U_ркф = f (r_и), где U_ркф – фактическое напряжение на обмотке путевого реле в контрольном реле.

Условие выполнения контрольного режима оценивается по коэффициенту контрольного режима, под которым понимается отношение:

,

где: U_рк – напряжение, которое должно быть на обмотке путевого реле в контрольном режиме;

U_ркф – фактическое напряжение на обмотке путевого реле в шунтовом режиме;

U_но – напряжение надежного отпускания путевого реле (U_но = U_отп·0,8 = 5·0,8 = 4 В).

Контрольный режим выполняется, если K_к ≥ 1.

При выполнении лабораторной работы критическое сопротивление изоляции определяется экспериментально по наибольшему напряжению на обмотке путевого реле.

Порядок выполнения задания:

1. Имитировать излом рельса на расстоянии 500 м от релейного конца.

2. Изменяя сопротивление изоляции от 1 до 10 Ом·км измерить напряжение на обмотке путевого реле U_ркф и рассчитать коэффициент контрольного режима. Результаты измерений занести в таблицу 5.

3. Повторить пункты 1 и 2 для места излома на расстоянии 1000 м от релейного конца.

Таблица 5

Коэффициент контрольного режима

Место излома рельса, м
500			1000
rи, Ом·км	Uркф, В	Kк	rи, Ом·км	Uркф, В	Kк
1			1
2			2
5			5
10			10

4. Построить графики K_к = f (l_x). По графикам определить величину критического сопротивления изоляции r_и.кр и наиболее опасное место излома.

5. На основе полученных данных сделать вывод о возможности и целесообразности применения данной рельсовой цепи в реальных условиях.