- Шунт на релейному кінці рк

A_шр B_шр

C _шр D_шр

Z = z_р·l

_кшр

_ншр

R_ш

В шунтовому режимі коефіцієнти рейкового чотириполюсника (A_ш, B_ш, С_ш і D_ш) визначаються при критичних вимогах для шунтового режиму, зокрема при r_{и mах} = .Тому, як випливає з наведених рисунків, рейкова лінія у цьому режимі заміщується Г-подібними чотириполюсниками, коефіцієнти котрих визначаються:

при знаходженні поїзного шунта на живлячому кінці:

А_шп = 1; B_шп = Z; C_шп = 1/R_ш і D_шп =1 + Z/R_ш; (3.1)

при знаходженні поїзного шунта на релейному кінці:

А_шр = 1 + Z/R_ш; B_шр = Z; C_шр = 1/R_ш і D_шр = 1. (3.2)

При накладанні нормативного шунта з відомим опором в наведених значеннях коефіцієнтів слід змінити R_ш на R_шн.

В основній схемі заміщення (рис. 9) коефіцієнти рейкового чотириполюсника (A_ш, B_ш, С_ш і D_ш) також визначаються для двох варіантів знаходження поїзного шунта з використанням значень (3.1) і (3.2).

Z´_{вх. н}

A_ш B_щ

C_щ D_ш

РЛ

r_{и max} = 

Z_{вх. к}

Рис. 10. Основна схема заміщення рейкового кола в шунтовому режимі

Розрахунок шунтового режиму рейкового кола безпосереднім методом з визначенням абсолютної шунтової чутливості R_ш.

Розрахунок абсолютної шунтової чутливості R_ш при знаходженні поїзного шунта на живлячому кінці для рейкового кола з одноелементним приймачем виконується по формулі:

(3.3)

У цій формулі значаться нові величини, котрі ще не були визначені:

– наведений коефіцієнт надійного вертання реле з рахунком нестабільності напруги джерела живлення рейкового кола;

– різність аргументів,

де – аргумент чисельника рівняння (3.3);

– аргумент опору Z_по.

Інші величини визначені раніше:

(1.5), (1.4), (1.6), (1.1), (1.8).

Мінімальна напруга джерела живлення U_min визначається при розрахунку нормального режиму.

За чинними технічними вимогами К_и = 1,2. Величина К_вн залежить від конструктивних особливостей реле і режиму живлення рейкового кола: для кодових реле постійного і змінного струму К_вн = 0,7 ÷ 0,75 ( = 0,583), для реле типу ДСШ К_вн = 0,45 ( = 0,375).

При знаходженні поїзного шунта на релейному кінці розрахунок виконується по формулі:

(3.4)

де – різність аргументів чисельника і аргументу опору Z_по.

Для розрахунку шунтового режиму рейкового кола з одноелементним приймачем використана основна схема заміщення (рис. 10).

Розрахунок абсолютної шунтової чутливості R_ш при знаходженні поїзного шунта на живлячому кінці для рейкового кола з ФЧП виконується з використанням загальної схеми заміщення (рис. 9) по формулі:

(3.5)

Візничим величини, що вийшли до цієї формули:

= = , (3.6)

де – шунтовий коефіцієнт загальної схеми заміщення РК;

– шунтовий коефіцієнт основної схеми заміщення;

– опір передачі загальної схеми заміщення рейкового кола з врахуванням кута розладу реле, якій дорівнює:

(3.7)

де – опір передачі загальної схеми заміщення РК при r_{и mах} = .

= (3.8)

де – опір передачі основної схеми заміщення РК при r_{и mах} = .

Різність аргументів дорівнює:

. (3.9)

В разі знаходження поїзного шунта на релейному кінці розрахунок виконується по формулі:

(3.10)

Чисельник у формулі R_шр дорівнює:

= = . (3.11)

Різність аргументів :

. (3.12)

Розрахунок шунтового режиму рейкового кола безпосереднім методом з визначенням коефіцієнту шунтового режиму К_ш

Як первинну можливо прийняти загальну розрахункову схему заміщення рейкового кола (рис. 8), і для неї розраховувати коефіцієнти шунтової чутливості на живлячому К_щп і релейному К_щр кінцях методом порівняння напруг:

К_шп = і К_шр = . (3.13)

Фактична величина , що входить до (3.13), береться з розрахунку нормального режиму (2.8).

Допустиме значення напруг в шунтовому режимі і визначаються зі співвідношень:

(3.14)

де – струм надійного неспрацювання приймача у шунтовому режимі;

Z_пшп і Z_пшр – комплекси опорів передачі загальної схеми заміщення при знаходженні нормативного шунта R_шн відповідно на живлячому та релейному кінцях РК.

Опори передачі Z_пшп і Z_пшр розраховуються по формулах:

(3.15)

Коефіцієнти чотирьохлолюсника рейкової лінії у шунтовому режимі при r_{и mах} =  і R_шн визначаються:

при знаходженні поїзного шунта на живлячому кінці:

А_шп = 1; B_шп = Z; C_шп = 1/R_шн і D_шп =1 + Z/R_шн; (3.16)

при знаходженні поїзного шунта на релейному кінці:

А_шр = 1 + Z/R_шн; B_шр = Z; C_шр = 1/R_шн і D_шр = 1. (3.17)

Для рейкового кола змінного струму з ФЧП коефіцієнти шунтової чутливості розраховуються, як і для РК з одноелементним приймачем, методом порівняння напруг. Однак при цьому слід враховувати несприятливий вплив кута розладу ФЧП на нормальний режим і сприятливий вплив на шунтовий режим.

За аналогією з (3.13) – (3.15) для рейкового кола з ФЧП маємо:

(3.18)

(3.19)

де _п – аргумент комплексу ;

_шп і _шр – аргументи комплексів відповідно Z_пшп і Z_пшр.

Модулі значень і розраховуються по формулах (3.14), а величина береться з розрахунку нормального режиму (2.8).

Треба зазначати, що при розрахунку модулів струм надійного неспрацювання приймача в шунтовому режимі дорівнює , де значення I_ср береться з паспорту реле при ідеальних фазових відношеннях.

4. Контрольний режим

Контрольним режимом називається такий стан вільного від рухомого складу рейкового кола, за якого колійний приймач видає дискретну інформацію, еквівалентну «зайнято», при пошкодженні рейки у будь-якій точці рейкової лінії. Така інформація буде надійною, якщо при пошкодженні рейки струм у колійному приймачі зменшиться до величини струму відпадання якоря (сектора) колійного реле в разі безперервного живлення РК або надійного не притягання при імпульсному живленні при критичних вимогах до контрольного режиму: U_max, z_min, r_{и кр.}, p _кр. (критична відносна координата пошкодження рейки).

Оцінити працездатність рейкового кола в контрольному режимі можна тільки теоретично з використанням непрямого метода.

Критерієм надійності контрольного режиму є співвідношення:

К_к  1,

де К – коефіцієнт чутливості рейкового кола до обірваної (пошкодженої) рейки.

Слід зазначити, що критичні значення r_{и кр.} і p _кр. повинні визначатись на основі попередніх розрахунків для кожного РК окремо. Для цих розрахунків потрібен громіздкий математичний апарат, тому в роботі прийняті способи допущений і спрощений, котрі незначно впливають на точність результатів.

Для розрахунку контрольного режиму можливе використання основної схеми заміщення (рис. 11).

Z´_{вх. н}

A_к B_к

C_к D_к

РЛ

r_{и . кр.}, p _кр.

Z_{вх. к}

Рис.11. Основна схема заміщення рейкового кола в контрольному режимі

Аналітичні вирази для коефіцієнтів рейкового чотириполюсника в контрольному режимі визначають при таких допущеннях: Також встановлено, що для більшості схем РК існує означене критичне значення постійного поширення (l)_кр. При цьому arg(l)_кр. = /2,

де  – аргумент опору рейок.

Для рейкових кіл змінного струму частотою 50 Гц (l)_кр. = 1,35е^j32,5, а для РК 25 Гц (l)_кр. = 1,13е^j26.

Дослідами визначена критична відносна координата пошкодження рейки. При однакових опорах по кінцях РК p _кр. = 0,5 (середина кола).З врахуванням вказаних допущеннях і закономірностях виведені уніфіковані формули для розрахунку коефіцієнтів рейкового чотириполюсника (A_к, B_к, С_к і D_к) в контрольному режимі:

(4.1)

де – коефіцієнт, якій врахує взаємоіндукцію рейок;

Z_м = j М₁₂ – опір взаємоіндуктивності між рейками (для частоти 50 Гц М₁₂ = 0,00128e^-j7 Гн; для частоти 25 Гц М₁₂ = 0,00135e^-j6,67 Гн);

m – коефіцієнт відносного розподілу провідності двох контурів рейки – земля.

Цей коефіцієнт залежить від характеру верхньої будови колії:

дерев’яні шпали і щебеневий баласт m = 0,18;

дерев’яні шпали і пісочний баласт m = 0,33;

залізобетоні шпали з дюбелями і щебеневий баласт m = 9,1;

S₁ і S₂ коефіцієнти схем, які врахують наявність дросель-трансформаторів на живлячому і релейному кінцях рейкового кола:

РК змінного струму з дросель-трансформаторами на обох кінцях кола: S₁ = 1 і S₂= 1;

РК змінного струму з дросель-трансформатором тільки на живлячому кінці:

і S₂ = 1;

РК змінного струму з дросель-трансформатором тільки на релейному кінці:

S₁ = 1 і S₂ = .

Розрахунок контрольного режиму рейкового кола безпосереднім методом з визначенням коефіцієнта контрольного режиму К_к

Для визначення коефіцієнта К_к можливо прийняти основну схему заміщення рейкового кола (рис. 9), і для неї розраховувати коефіцієнт контрольного режиму методом порівняння напруг:

К_к = . (4.2)

Величина , що входить до (4.2), береться з розрахунку нормального режиму.

Допустиме значення напруги в контрольному режимі визначається з співвідношення:

(4.3)

де – струм надійного не спрацювання приймача в контрольному режимі. Значення I_ср береться з паспорту реле при ідеальних фазових відношеннях;

Z_пк – комплексний опір передачі загальної схеми заміщення в контрольному режимі.

Опір передачі Z_пк розраховується по формулі:

(4.4)

Коефіцієнти чотириполюсника рейкової лінії в контрольному режимі визначаються по формулах (4.1).

Для рейкового кола змінного струму з ФЧП коефіцієнт контрольного режиму розраховується так само, як і для РК з одноелементним приймачем, методом порівняння напруг. При цьому враховується несприятливий вплив кута розладу ФЧП на нормальний режим і сприятливий вплив на контрольний режим

(4.5)

де _п – аргумент комплексу , якій дорівнює аргументу опору Z_п;

_пк– аргумент комплексу Z_пк.

Модуль значення розраховується по формулі (4.3), а величина береться з розрахунку нормального режиму (2.8).

5. Режим АЛСН

Режимом автоматичної локомотивної сигналізації безперервного типу (АЛСН) називається такий стан справного і зайнятого рухомим складом рейкового кола, за якім у рейковій петлі створюється рівень кодового сигналу достатнього для надійної дії локомотивного приймача при його знаходженні на віддаленому від генератора кінці рейкової лінії.

Критерієм надійності режиму АЛСБ є співвідношення:

К_л = I_{лф min} / I_лн  1,

де К_л – коефіцієнт режиму АЛСБ;

I_{лф min} – фактичний мінімальний струм в рейковій лінії при критичному сполученні основних параметрів (U_min, z_max, r_{и min}, p = 0);

I_лн – нормативний струм АЛСН у рейках, якій достатній для стійкої роботи локомотивного приймача.

Нормативний струм I_лн дорівнює:

при автономної тязі – 1,2 А;

при електротязі постійного струму – 2 А;

при електротязі змінного струму – 1,4 А.

Збільшення нормативного струму при електротязі викликане необхідністю зменшення чутливості локомотивного приймача з мятою захисту від перешкод, які створюються тяговим струмом і його гармоніками.

Кодові сигнали АЛСН можуть посилатися з обох кінців рейкового кола, як з живлячого, так і з релейного. Якщо в РК для живлення та кодування використовується загальний генератор, схема заміщення рейкового кола в режимі АЛСН може бути розглянута як поодинокий випадок загальної схеми (рис. 12).

A B

C D _ш

А_н B_н

Н

С_н D_н

_л

_нл

_кл

H

РЛ

r_{и min}

R_шн = 0,06 Ом

Г

_нл

_кл

Z_вхн Z´_вхн

Рис.12. Загальна схема заміщення рейкового кола в режимі АЛСН

Схема не має чотириполюсника К, а навантаженням рейкового чотириполюсника є опір R_шн = 0,06 Ом.

При відсутності чотириполюсника К його коефіцієнти приймають такі значення: A_к = 1; B_к = 0; C_к = 0; D_к = 1, а коефіцієнт зниження струму К_тк = 1. Тоді, згідно з (1.10)

Якщо знехтувати опором поїзного шунта (R_шн = 0), то:

(5.1)

Коефіцієнти рейкового чотириполюсника РЛ розраховуються при r_{и min} і питомим опором рейок, якій відповідає несучій частоті кодових сигналів АЛСН.

При наявності загального джерела живлення, напруга якого визначається при розрахунку нормального режиму, коефіцієнт АЛСН буде:

I_лн . (5.2)

Або потрібна напруга самостійного генератора при заданому опорі обмежувача:

(5.3)

В разі накладення кодових сигналів на релейному кінці при підключенні до рейкової лінії кодового трансформатора колійний приймач, як правило, відключається від неї контактом трансмітерного реле. Опором приймачів, які залишилися підключеними до РЛ в момент посилки кодового сигналу, нехтують. Тому розрахунок режиму АЛСН при кодуванні рейкового кола з релейного кінця виконується по формулах (5.1) і (5.3), але при цьому повинна використовуватись схема заміщення, яка наведена на рис.7.

В наведеній схемі передача енергії провадиться не через чотириполюсник Н, а через чотириполюсник К в зворотному напрямі, а також через додатковий опір R_ол. В цьому випадку в формулу (5.3) повинно підставити замість значення , а замість – .

I_лн

А^_н B^_н

Н^΄

C^_н D^_н

I_2кт

А^_к ^Rол В^_к

К^΄

C^_к D^_к

D_к В_к

C_к A_к

A В

C D

R_шн

U_2кт

К

РЛ

Рис.13. Схема заміщення РК для режиму АЛСБ при кодуванні з релейного кінця

Для обчислення значень і необхідно визначати коефіцієнти нового чотириполюсника Н^΄. З врахуванням зміни напряму передачі енергії в несиметричному чотирьохполюснику К коефіцієнти A_к і D_к поміняні місцями.

При заміні обмежувача R_ол чотириполюсником К^΄

звідки

A^΄_н = D_к + R_олC_к; B^΄_н = B_к + R_олA_к; C^΄_н = C^΄_к; D^΄_н = A_к;

= A^΄_н = D_к + R_олC_к; = (B_к + R_олA_к)/(D_к + R_олC_к).

Оскільки чотириполюсник РЛ звичайно симетричний, то перестановка коефіцієнтів A і D місцями через зміну напряму передачі енергії, не має значення.

Згідно з (1.12) струм кодового трансформатора:

(5.4)

де – коефіцієнт зниження струму в чотириполюснику РЛ;

– коефіцієнт зниження струму в чотириполюснику Н;

– вхідний опір чотириполюсника РЛ в режимі АЛСБ.



Уявна потужність, яка споживається від кодових або колійних трансформаторів для кодових сигналів АЛСН:

. (5.5)

6. Режим короткого замикання джерела живлення

Під режимом короткого замикання мають на увазі режим роботи генератора при знаходженні нормативного поїзного шунта на початку рейкової лінії, тобто в точці підключення до неї генератора (p = 1).

При цьому може розглядатися режим короткого замикання основного генератора, якій здійснює живлення колійного приймача, і додаткового генератора, що живить за допомогою рейкової лінії локомотивний приймач, якій має з нею індуктивний зв’язок. В РК змінного струму функції додаткового генератора може виконувати основний генератор, в разі накладання кодових сигналів на живлячому кінці.

До критеріїв короткого замикання належать струм I_кз і потужність S_кз генератора.

Звичайно струм і потужність короткого замикання перебільшують струм і потужність його при нормальному режимі. Однак в рейкових колах з ємнісним опором обмежувача (РК з реле ДСШ-12) співвідношення між ними можуть бути й протилежними, тобто струм і потужність короткого замикання можуть бути значно меншими відповідно струму і потужності нормального режиму.

Режим короткого замикання розраховується при критичних сполученнях основних параметрів: номінальна напруга джерела живлення з врахуванням коливання напруги в мережі на ±10%; відносна координата розташування поїзного шунта p = 1. Якщо знехтувати й опором поїзного шунта (R_шн = 0), загальна схема буде мати такий вигляд:

А_н B_н

С_н D_н

_кз

_{н кз}

Н

p =1

R_шн = 0

Г

Z_вхн = Z_кз Z´_вхн

Рис. 14. Загальна схема заміщення рейкового кола в режимі короткого замикання

З наведеної схеми впливає , що напруга на вході чотириполюсника Н дорівнює напрузі генератора , значення якої визначається при розрахунку нормального режиму, а вхідний опір Z_вхн = Z_кз.

Слід зазначити, що числові значення основних критеріїв режиму короткого замикання генератора, яке виникає безпосередньо на затискачах генератора через чотириполюсник Н, значною мірою залежить від відношення параметрів цього чотириполюсника і вхідного опору рейкової лінії.

Підбір параметрів елементів чотириполюсника Н – це окрема задача, яка вирішує енергозберігаючу проблему: з одного боку рейкове коло має споживати як найменшу потужність в нормальному режимі, а з іншого – мінімальне споживання електроенергії в режимі короткого замикання, при надходженні поїзного шунта з практично нульовим опором на початку рейкової лінії.

В існуючих рейкових колах з уже визначеними параметрами елементів чотириполюсника Н його вхідний опір дорівнює:

(6.1)

Оскільки R_шн = 0, і :

(6.2)

Струм короткого замикання згідно з формули (6.1):

(6.3)

Потужність короткого замикання джерела живлення дорівнює:

(6.4)

Наведені теоретичні положення можуть бути використані для розробки програм розрахунку і аналізу режимів роботи рейкових кіл.

Оформлення розділу. Пояснити пристрій, принцип роботи, виконуванні функції кодового рейкового кола змінного струму 25 Гц і виконати розрахунок нормального режиму для заданої довжини рейкового кола.