2. Основні елементи рейкових ліній.

Рейкове коло складається з рейкової лінії і апаратури живлячого і релейного кінців, яка підключається до неї.

Рейкова лінія є основною частиною будь-якого РК, по ній передаються сигнали від джерела живлення до приймача (колійне реле). Основними частинами рейкової лінії є рейкові нитки, стикові з’єднувачі, ізолюючі стики, кабельні стійки та дросель трансформатори. ДТ встановлюють на дільницях з електротягою для забезпечення проходження тягового струму в обхід ізолюючих стиків.

Для кращої передачі сигналів рейкові нитки, які використовуються у як дротів рейкової лінії повинні мати малий електричний опір. Рейкові нитки в стиках рейок з’єднані накладками. Якщо внутрішня поверхня накладок чи рейок покриється іржою, то стик буде мати підвищений опір на опір стика впливає також ступінь затяжки болтів та ряд інших факторів. Тому опір стика може мінятися в широких межах (від тисячних долей до одиниць ома). Для забезпечення стійкості роботи РК на стиках рейок встановлюють сталеві чи мідні рейкові стикові з’єднувачі, що стабілізують опір стика. В залежності від способу приєднання до рейок вони діляться на штепсельні і приварні.

Мал. 7.4 Схема стального штепсельного і приварного з’єднувача.

Стальний штепсельний рейковий стиковий з’єднувач (мал.7.4, а) складається з двох сталевих ниток, діаметром 5мм, які на кінцях заварені в штепселі конічної форми. Довжина з’єднувача в розгорнутому вигляді 1276 мм. Кінці ниток загнуті спірально для кращого встановлення і з метою виключення їх пошкодження при вібраціях, викликаних проходженням рухомого складу.

Для встановлення з’єднувачів в шийці рейок по обі сторони накладок висвердлюють отвори діаметром 9,8 мм, в які забивають штепселі. Відстань між отворами - 940 мм. Штепсель з’єднувача можна вважати правильно забитим тоді, коли він зайшов в рейку приблизно на половину конусної частини. В подальшому, в процесі експлуатації, при послабленні штепселі підбивають, використовуючи вільну конусну частину, що залишилась. Штепсельний з’єднувач кріплять кліпсами, щоб він не зазнав пошкоджень від колісної пари рухомого складу. Маса з’єднувача з двома тримачами - 450г.

Штепсельні з’єднувачі використовуються лише на неелектрофікованих коліях. При новому проектуванні ці з’єднувачі не використовуються.

Сталевий приварний рейковий з’єднувач (мал.7.4 б) складається з відрізка сталевого тросу діаметром 6 мм, який по кінцях заварений в сталеві наконечники (манжети). Довжина з’єднувача у випрямленому стані 200 мм, а маса 36 гр. До головок рейок з’єднувач приварюють електро- чи газозварювачем. Сталеві приварні з’єднувачі встановлюють на ділянках без електротяги.

На електрофікованих коліях використовують приварні мідні рейкові з’єднувачі (мал.7.4, в). Ці з’єднувачі призначені для зменшення опору сигнальному і тяговому струмові. З’єднувач це гнучкий мідний трос, довжиною 200 мм, який по кінцях заварений в сталеві наконечники (манжети). На ділянках з електротягою постійного струму використовують з’єднувачі з площею поперечного перерізу 70 мм², а при електротязі змінного струму – 50 мм². З’єднувач приварюють до головки рейки плоскою стороною, манжети на відстані 15мм від поверхні кочення електро або газозваркою.

Раніше замість стикових з’єднувачів на частині ділянок доріг застосовували графітну змазку стикових накладок і торцевих поверхонь рейок. Але досвід експлуатації показав, що стикові з’єднувачі забезпечують більш високу надійність роботи рейкових кіла. Графітну змазку використовують на деяки х лініях лише як додатковий засіб зменшення опору в стиках рейок, а також у процесі укладання рейкових решіток тимчасово до приварки з’єднувачів. Опір одного стика з при варним мідним з’єднувачем у відповідності з діючими технічними вимогами повинен бути не більше опору цілої рейки довжиною 3 метри.

Кількість стикових з’єднувачів в рейковому колі залежить від довжини РК і типу рейок. При довжині рейок 12,5 м на 1 км рейкової лінії треба приблизно 160 з’єднувачів, а при довжині рейок 25 м – приблизно 80. На ділянках безстикової колії забезпечуються найбільш сприятливі умови для проходження сигнального струму, тому що на них кількість стикових з’єднувачів мінімальна, їх встановлюють лише в місцях з’днання цільнозварених рейкових ниток довжиною 800м з ланками коротких рейок, призначиними для компенсації температурного повздовжнього розширення.

Як показує досвіт експлуатації, рейкові стикові з’єднувачі не достатньо надійні. Основними недоліками штепсельних з’єднувачів є нестабільний перехідний опір в контактній парі штепсель-рейка. Цей опір залежить як від стану контактуючих поверхонь штепселя і отвора в рейці, так і від щільності контакту.

Відмови в роботі приварного типу зумовлені в основному тим, що вони відриваються в місцях зварки від рейок внаслідок недоліків в технології зварки і ненадійного контакту між тросом і наконечником.

Розроблені і знаходяться на стадії експлуатаційних випробувань рейкові стикові з’єднувачі фартушного і втулкового типів, які мають більш високу надійність дії. Випробовуються також пружинні тарілчасті шайби, призначені для використання замість стикових з’днувачів. Їх встановлюють замість звичайних шайб при скріпленні рейок накладками.

Стрілочні з’єднувачі встановлюють в станційних розгалужених РК для з’єднання зовнішніх рейок стрілочного переводу, хрестовин з рейками і ін. При автономній тязі встановлюють стрілочні гнучкі з’єднувачі з оцинкованого тросу, завареного по кінцях в штепселі.

Використовують три типи стрілочних штепсельних з’єднувачів : І тип довжиною 600 мм, ІІ тип - 1200 мм і ІІІ – 3300 мм. Штепселі з’днувачів типів І і ІІ такі ж як і штепселі рейкових стикових з’єднувачів. Штепсель з’єднання типу ІІІ має різьбу для кріплення в шийці рейки гайками.

На станціях ліній з електротягою застосовують стрілочні з’єднувачі з мідного дроту і плащею поперечного перерізу 70мм² при електротязі постійного струму, або 50мм² при електротязі змінного струму, заварені по кінцях в стальні конічні болти для кріплення в шийці рейки гайками. У залежності від місця приєднання використовуються з’єднувачі різної довжини. Крім стрілочних, на станціях з електротягою в однониткових рейкових колах встановлюють тягові з’єднувачі для з’єднання між собою тягових ниток однієї колії ( косі перемички) і з’єднання рейкових ниток різних колій при їх об’єднанні для рівномірного розподілу тягового струму.

Ізолюючі стики встановлюють для електричного розподілу суміжних РК, їх виготовляють з металевими накладками та ізолюючими прокладками (мал 7.5, а) Ізолюючий стик складається з двох металевих накладок фасонної форми 1 і 4, стягнутих болтами 5. Болти ізольовані від рейки ізолюючими втулками 6. Між накладками і рейками встановлені ізолюючі прокладки 2 і 3 , а між торцями суміжних рейок- стикова ізолююча прокладка. Ізолюючий стик кріплять в повітрі без здвоєних шпал, так як і звичайний неізолюючий стик.

На ділянках безстикової колії встановлюють високостійкі стики (мал 7.5, б) з пазухами між накладками 1, 3 і рейкою, заповненими ізолюючою композицією 2. За допомогою гвинтів 4 забезпечується необхідне стискання склеєних поверхонь на період затвердіння клейового шва.

В станційних рейкових колах з рейками типу Р43 роблять ізолюючі стики з лангофолевими прокладками, які монтують на здвоєних шпалах, а на ділянках нових рейкових кіл-тільки з металевими накладками.

Під впливом руху поїзда ізолюючі стики зазнають великого механічного навантаження і тому часто руйнуються. Все частіше тепер використовуються клейо- болтові ізолюючі стики, що мають більш високу стійкість і надійність роботи в умовах експлуатації.

Кабельні стійки (мал 7.6, а) використовують, як правило, на ділянках без електротяги на кінцях РК. Кабельні стійки служать для з’єднання провідників (стальних тросів), що йдуть від рейок з жилками кабеля, прокладеного від РШ автоблокування.

Кабельна стійка складається з чавунної головки 1, з’єднаної з сталевою трубою 2. Кабель вводять в середину труби і розділяють в головці. Жили кабелю під’єднують до затискачів фарфорової колодки. Для під’єднання сталевих тросів від рейок на стінці кабельної стійки кріплять два болти, що ізольовані від стінок фібровими втулками 3 (мал. 7.6, б). Болти із затискачами фарфорової колодки з’єднують всередині кабельної стійки провідниками.

Мал. 7.5 Схема ізолюючого стика.

Колійні дросель-трансформатори (ДТ) призначені для пропускання зворотного тягового струму в обхід ізолюючих стиків і зрівноваження вхідного опору РК з апаратурою живлячого і релейних кінців. Використання ДТ з великим коефіцієнтом трансформації дозволяє розміщувати апаратуру на відстані до 10 км від колії.

На лініях з електротягою постійного струму встановлюють колійні: ДТ-0,2-1000, ДТ-0,6-1000, ДТ –0,2-500 і ДТ-0,6-500. Їх можна використовувати і на лініях з електротягою змінного струму. Перші цифри в позначенні ДТ означають його повний опір змінному сигнальному струмові частотою 50 Гц (0,2 і 0,6), друга-значення номінального тягового струму на пропускання якого розрахована основна обмотка (500 і 1000 А на кожну рейку).

Мал. 7.6 Кабельна стійка.

Основна обмотка ДТ виготовлена з мідної шини великого діаметру і має малий опір до постійного тягового струму (від 0,0008 до 0,0024 Ом в залежності від типу ДТ).

У ДТ-0,2 (мал. 7.7, а) додаткова обмотка має кілька виводів, що дозволяє встановлювати різні коефіцієнти трансформації (7, 10, 13, 17, 23, 30, 33, 40). Основна обмотка має 14 витків з мідної шини перерізом 100 мм² для ДТ-0,2-500 і 221 мм² для ДТ-0,2-1000. Оскільки в РК практично використовують ДТ-0,2 з коефіцієнтом трансформації 17 чи 40, з 1985р. завод випускав ДТ-0,2 які мали тільки один коефіцієнт трансформації (17 чи 40). ДТ з коефіцієнтом 40 мають на кришці маркування n = 40, а з коефіцієнтом 17 – не мають маркування. У ДТ 0,6 (мал. 7.7, б) додаткова обмотка має тільки два виводи, коефіцієнт трансформації дорівнює 15.Основна обмотка має 16 витків мідної шини перерізом 100 і 243 мм² для ДТ-0,6-500 і ДТ –0,6-1000 відповідно.

М ал. 7.7 Схема обмоток

дросель трансформаторів.

ДТ-0,6-500 і ДТ-0,6-1000 встановлюють на гірках і в місцях приєднання відсмоктуючи фідерів тягових підстанцій, а також на ділянках прямування важковагових поїздів, де можуть проходити великі тягові струми. В інших випадках використовують ДТ на 500 і 1000 А.

Основними деталями ДТ-0,2 і ДТ-0,6 (мал. 7.8) є чавунний корпус 6 з муфтою 1, сердечник 3 і ярмо 4, зібрані з листової електротехнічної сталі, основна обмотка з виводами 5; додаткова обмотка з виводами 2. Між сердечником і ярмом є повітряний простір 1- 3 мм, наявність якого забезпечує стабільність опору ДТ змінного сигнального струму при підмагнічуванні його нерівномірним тяговим струмом. Крива залежності опору ДТ-0,6 від сили тягового струму показана на мал. 7.9. При струмі асиметрії 240А опір основної обмотки зменшується не більше ніж на 10%.

Апаратуру РК підключають до додаткової обмотки ДТ кабелем, який з’єднують з додатковою обмоткою в муфті 1 (див мал. 7.8), закріплену на корпусі ДТ, до комплекту поставки ДТ входить запобіжна труба для захисту кабелю. Об’єм масла, що заливається -27л. Маса ДТ-0,2-1000 без масла 157кг. Виводи основної обмотки ДТ з рейками,

Мал. 7.8 Конструкція дросель – трансформатора Мал. 7.9 Залежність повного опору

ДТ– 0,6 та ДТ1–150 від тягового струму

а також середні точки ДТ суміжних РК з’єднують за допомогою дросельних перемичок. Перед встановленням для кращої ізоляції і охолодження обмоток ДТ заливають трансформаторним маслом до рівня який відзначений червоною рискою нанесеною на відстані 80мм від верхнього краю корпуса. У верхній і нижній частині стінки корпуса ДТ є пробки, що відкручуються ззовні, для контролю рівня і зливу трансформаторного масла при його заміні. Нагрівання будь-якої частини ДТ від впливу номінального тягового струму, що протікає через всю основну обмотку протягом двох годин, допускається не більше, ніж на 75С вище від температури навколишнього середовища.

Мал. 7.10 Схема обмоток дросель трансформатора ДТ–1–150 та 2ДТ–1–150

На ділянках з електричною тягою змінного струму частотою 50Гц використовують ДТ-1-150 ( одиничного встановлення) і 2ДТ-1-150 (здвоєного встановлення), що розраховані на тяговий струм 150А в кожній тяговій нитці (загальний струм через середній вивід 300А). Ці ДТ мають таку ж конструкцію, як і ДТ-0,2 і ДТ-0,6, але менші за розмірами і масою. Їх основна обмотка виготовлена з мідної шини меншого перерізу, а розміри магнітопроводу теж зменшені. Магнітопровід не має повітряного зазору, тому що опір цих ДТ під впливом нерівномірного тягового струму змінюється в широких межах (див мал. 7.9). Повний опір ДТ змінному струмові частотою 50 Гц при струмові 1 А складає приблизно 2 Ом, а при струмові 13 А - приблизно 1 Ом. На частоті змінного струму 75 Гц і напрузі 0,5 В повний опір основної обмотки складає 1,5 Ом, а на частоті сигнального струму 25 Гц і напрузі 0,3 В – 0,5 Ом.

Для забезпечення нормальної роботи РК треба, щоб вхідний опір ДТ разом з підключеною апаратурою зі сторони рейок був стабільний. Стабілізація опору на кінцях РК з ДТ-1-150 досягається підключенням апаратури із стабільними параметрами.

ДТ здвоєної установки 2ДТ-1-150 має всередині загального кожуха два окремих магнітопроводи з основними і додатковими обмотками. Середні точки основних обмоток з’єднані всередині кожуха, тому при підключенні цих ДТ не потрібне встановлення середньої міждросельної перемички. Об’єднаний середній вивід використовують для підключення заземлення, для підключення відсмоктую чого фідера тягової підстанції, при об’єднанні середніх точок сусідніх колій для вирівнювання зворотніх тягових струмів в двох ниткових РК, а також для з’єднання з тяговими нитками однониткових РК на станціях. Основні обмотки ДТ-1-150 і 2ДТ-1-150 (мал. 7.10) мають по 16 витків з мідного проводу, з площею поперечного перерізу 31,9 мм², додаткові – 48 витків з мідного дроту діаметром 1,95 мм, коефіцієнт трансформації n=3.