1, 2 И 3, 4 – точки подключения аппаратуры питающего и релейного концов.
Поэтому фактически длина ТРЦ (Lф = L + 2Lдш ) часто не является постоянной, однако она всегда больше физической длины L, т. е. Lф > L. В ТРЦ при повышении частоты сигнального тока, напряжения на входе приемника, сопротивления балласта и рельсов длина зоны дополнительного шунтирования уменьшается, а при понижении указанных параметров ее значение возрастает. Зона дополнительного шунтирования может достигать 10 % физической длины контролируемого участка пути. Для рельсовых цепей на частотах 420, 480, 580, 720, 780 Гц зона дополнительного шунтирования составляет 40…120 м. С целью сокращения зон дополнительного шунтирования разработана аппаратура рельсовых цепей ТРЦ4 с сигнальными частотами 4,5, 5, 5,5 кГц, максимальной длиной L до 300 м и зонами дополнительного шунтирования не более 15 м. Эти факторы играют важную роль при выборе сигнальных частот рельсовых цепей, устанавливаемых на границах блоков-участков (в АБ с проходными светофорами и без изолирующих стыков).
Для исключения перекрытия светофора перед головой приближающегося поезда в различных системах автоблокировки с проходными светофорами и без изолирующих стыков на границах блоков-участков устанавливаются ТРЦ с частотами 580, 720, 780 Гц или 4,5…5,5 кГц, а места установки светофоров относятся соответственно на 40 или 20 м навстречу движению поезда.
На рис. 1.2 приведена схема расположения РЦ тональной частоты, поясняющая принцип контроля участков пути без разделения их изолирующими стыками. На каждые две смежные рельсовые цепи обычно устанавливается один генератор Г1 или Г2, вырабатывающий свои несущие частоты, модулированные низкочастотными сигналами (на рис. 1.2 это показано соответственно в числителе и знаменателе). Рельсовые цепи 1РЦ, 2РЦ, 5РЦ, 6РЦ получают питание от генераторов Г1 с несущей частотой 480 Гц и частотой модуляции 8 Гц, а рельсовые цепи 3РЦ, 4РЦ – от генераторов Г2 с несущей частотой 420 Гц и частотой модуляции 12 Гц.
Рис. 1.2. Схема распределения частот рельсовых цепей тональной частоты
Состояние участков пути контролируются путевыми приемниками П. Первая цифра в условном наименовании приемника обозначает номер ТРЦ, а вторая – номер генератора источника питания рельсовой цепи. Каждый приемник настроен на прием сигнальных частот 480/8 или 480/12 Гц. Для контроля блок участка или станционного участка пути может использоваться одна, две и более рельсовых цепей – в зависимости от их длин и состояния балласта (сопротивление изоляции).
Как видно из схемы (рис. 1.2), в рельсовых нитях отсутствуют изолирующие стыки. Влияние генератора Г1, обеспечивающего питание рельсовых цепей 1РЦ и 2РЦ, на приемники 3П2, 4П2 рельсовых цепей 3РЦ, 4РЦ исключается применением различных несущих и модулирующих частот для контроля этих участков. Влияние генератора Г1, обеспечивающего питание рельсовых цепей 1РЦ и 2РЦ, на приемник 5П1 рельсовой цепи 5РЦ, настроенный на частоту генератора Г1, исключается в результате затухания сигнала в процессе распространения его по рельсовым цепям 2РЦ, 3РЦ, 4РЦ. При коротких 2РЦ, 3РЦ, 4РЦ питание 5РЦ можно осуществить от генератора с частотой 580 Гц, что исключает взаимное влияние РЦ, работающих на одинаковых частотах.
Выбор значений частоты модуляции должен осуществляться, исходя из того, что каждому значению несущей частоты на соседних путях перегона присваиваются отличные друг от друга значения модулирующих частот. Так, например, это условие выполняется, если на одном из путей применены частоты 580/8; 480/12; 780/8; 420/12; 720/8 Гц, а на другом пути – 580/12; 480/8; 780/12; 420/8; 720/12 ГЦ. Особенно интенсивное развитие ТРЦ получили в последние два десятилетия. За это время было создано четыре поколения ТРЦ.
Первое поколение ТРЦ с использованием рабочих частот 425, 475, 575, 725, 775 Гц предназначалось для установки в отапливаемых помещениях. В состав аппаратуры первого поколения входили: приемник УПКЦ, генератор ПГМ, усилитель ПУ1; фильтр Ф8,9.
Второе поколение ТРЦ с рабочими частотами 425, 475, 575, 725, 775 Гц предназначалось для работы в диапазоне изменения температуры окружающей среды от – 40 до + 65 ° С. В состав аппаратуры второго поколения входили: приемник ПРЦ, генератор ГРЦ, усилитель ПУ1, фильтры питающего конца Ф8,9 и Ф11,14,15.
Третье поколение с рабочими частотами 420, 480, 580, 720, 780 Гц предназначено для работы при изменении температуры окружающей среды от – 45 до + 65 ° С. В состав аппаратуры третьего поколения входят: приемники ПП и ППМ (для линий метрополитенов), генератор ГП3, совмещенный с усилителем; фильтр ФПМ, уравнивающий трансформатор УТЗ.
Четвертое поколение аппаратуры ТРЦ, предназначенное для работы в диапазоне частот 4,5; 5; 5,5 кГц, включает: генератор путевой ГП4; приемники ПРЦ4Л, ПП4; фильтр ФРЦ4Л. Для работы в диапазоне рабочих частот 420, 480, 580, 720, 780 Гц используются приемники ПП3 и ПП3М (для линий метрополитенов).
В состав аппаратуры ТРЦ3 и ТРЦ4 может входить блок выпрямителей сопряжения БВС4 (предназначенный для подключения дополнительных путевых реле к путевым приемникам). Аппаратура рассчитана для работы в диапазоне изменения температуры окружающей среды от – 45 до + 65 ° С.
В настоящее время при новом строительстве в системах автоблокировки (ЦАБ АЛСО, АБТЦ и др.) и электрической централизации применяются рельсовые цепи третьего ТРЦ3 и четвертого ТРЦ4 поколений. Следует отметить, что в процессе эксплуатации ТРЦ выявляются слабые места в отдельных схемных решениях, которые устраняются на местах (в РТУ) или на заводах-изготовителях. Так, на практике были обнаружены два путевых приемника рельсовых цепей ПП3, в которых при отключении питания рельсовой цепи путевые реле оставались под током, т. е. показывали свободность рельсовой цепи при ее фактической занятости. В связи с этим до выявления основных причин отказов прекращено применение путевых приемников четвертого поколения типа ПП3
С учетом ограниченного объема методического пособия, основное внимание будет уделено изучению и исследованию работы наиболее распространенной в системах железнодорожной автоматики аппаратуры третьего поколения – передатчика ГП3, приемника ПП и фильтра ФПМ.
Структурные схемы рельсовых цепей третьего поколения для контроля двух смежных участков пути 3 РЦ, 4 РЦ приведены на рис. 1.3
ТРЦ включает в себя передающую и приемную аппаратуру, а также может иметь согласующие элементы для подключения устройств кодирования и защиты от перенапряжений.
Каждые две смежные рельсовые цепи получают питание от общего генератора ГП3. Передающая аппаратура ТРЦ3 состоит из двух блоков: генератора ГП3 и путевого фильтра ФПМ.
Настройка генераторов и фильтров на свои частоты осуществляется внешними перемычками.
Рисунок 1.3. Структурные схемы рельсовых цепей тональной частоты
Генератор обеспечивает формирование амплитудно-модулированных сигналов тональной частоты, необходимых для обеспечения режимов работы ТРЦ. Путевой фильтр представляет собой последовательный LC колебательный контур. Он предназначен для защиты выходных цепей генератора от влияния токов локомотивной сигнализации, тягового тока и атмосферных перенапряжений. Его задачей является также обеспечение требуемого по условиям работы ТРЦ обратного входного сопротивления питающего конца.
Кроме этого, он служит для гальванического разделения выходной цепи генератора от кабельной линии и получения на нем требуемых напряжений при относительно низких выходных напряжениях генератора.
Последовательно с выходами путевого фильтра могут быть установлены конденсаторы и сопротивления, являющиеся согласующими элементами передающих устройств АЛС.
Амплитудно-модулированный сигнал поступает в кабельную линию, а затем на первичную обмотку путевого трансформатора (ПТ) или дополнительную обмотку дроссель-трансформатора (на рис.1.3 ДТ не показаны). С вторичной обмотки ПТ или основной обмотки ДТ он поступает в рельсовую линию, а пройдя ее, – на ПТ или ДТ релейного конца. Приборы релейных концов рельсовых цепей имеют общие согласующие трансформаторы ПТ типа ПОБС-2А, к вторичным обмоткам которых подключены последовательно путевые приемники ПП частотных сигналов смежных рельсовых цепей. Как видно из рис.1.3, в рельсовых нитях отсутствуют изолирующие стыки, а защита от взаимного влияния осуществляется за счет питания каждых двух смежных рельсовых цепей сигналами, отличающимися значениями несущих и модулированных частот.
Для обеспечения требуемых входных сопротивлений питающего и приемного концов (по условиям контрольного и шунтового режимов работы РЦ) и для защиты от воздействий тягового тока на них могут быть установлены защитные резисторы последовательно с вторичной обмоткой ПТ или дополнительные резисторы в кабельной линии.Сигнал из рельсовой линии поступает на путевой приемник, который служит для приема амплитудно-модулированных сигналов и возбуждения путевого реле при свободном состоянии рельсовой цепи, когда напряжение на его входе равно или выше определенного порогового значения.С целью защиты аппаратуры ТРЦ от перенапряжений на питающем и приемном концах устанавливаются автоматические выключатели (АВМ) и разрядники (FV). На работу рельсовых цепей существенно влияют перенапряжения, возникающие от тягового тока и в результате грозовых разрядов. Разряд молнии сопровождается быстро протекающими переходными процессами. Скорость изменения тока при разряде доходит до 300 кА/мкс. Каждый рельс представляет собой антенну (мишень) для попадания молнии. Существующие внешние системы грозозащиты (молниеотводы, заземления, автоматические выключатели, разрядники) и элементы внутренней защиты по входным каналам и цепям питания блоков рельсовых цепей тональной частоты не всегда эффективны. Наиболее подвержена грозовым перенапряжениям и воздействию помех аппаратура ТРЦ, размещенная в релейных шкафах. При централизованном размещении аппаратуры кабель, проходящий от сигнальной точки до поста, служит своеобразным фильтром для электромагнитных помех.
В 2002 г. ВНИУП разработал устройство каскадной защиты аппаратуры тональных рельсовых цепей от грозовых и коммутационных перенапряжений (КЗУ-РШ). КЗУ-РШ представляет собой помехоподавляющее устройство для защиты аппаратуры ТРЦ от грозовых, коммутационных и иных мощных импульсных помех со стороны рельсовой линии в условиях жесткой электромагнитной обстановки.
Прибор КЗУ-РШ подключается на входах путевых приемников ПП (релейные концы) и на выходе путевого фильтра ФПМ (питающие концы). Устройство рассчитано на работу при температурах окружающей среды от – 60 до +75 °С.
Результаты испытаний КЗУ-РШ, выполненные Лосиноостровским электротехническим заводом совместно с представителями Департамента сигнализации, централизации и блокировки, ВНИИУП и МГУПС, показали высокую эффективность снижения высоковольтных помех, воздействующих со стороны рельсов.
Состав аппаратных средств рельсовых цепей тональной частоты
-В состав основной аппаратуры ТРЦ3 входят:
-путевой генератор ГП3;
-путевой фильтр ФПМ;
-путевой приемник ПП или ПП3;
-уравнивающий трансформатор УТЗ.
Блок путевого генератора имеет две разновидности: ГП3 8,9,11 и ГП3 11,14,15. Номера 8, 9, 11, 14, 15 в обозначении генераторов и фильтров соответствуют несущим частотам 420, 480, 580, 720, 780 Гц. Таким образом, первая разновидность генератора предназначена для формирования и передачи сигналов с несущими частотами 420, 480 и 580 Гц, а вторая – с частотами 580, 720 и 780 Гц. Каждая несущая частота генератора модулируется одной из низких частот 8 или 12 Гц.
Используя пять несущих и две модулирующие частоты, можно получить 10 частотно-модулированных сигналов, отличающихся одним из признаков. Блоки путевых приемников имеют 10 разновидностей, отличающихся настройкой на прием сигнала с различной несущей частотой и частотой модуляции. Они имеют обозначения: ПП-8/8, ПП-8/12, ПП-9/8, ПП-9/12, ПП-11/8, ПП-11/12, ПП-14/8, ПП-14/12, ПП-15/8, ПП-15/12. Первая цифра в обозначении приемников указывает на номер принимаемой несущей частоты, а вторая – на частоту модуляции (8 или 12 Гц). Уравнивающий трансформатор УТЗ служит для выравнивания напряжений на входах путевых приемников рельсовых цепей, питающихся от одного генератора, если их длины отличаются на 20 % и более.
В состав аппаратуры рельсовых цепей ТРЦ 4 входят:
- путевой генератор ГП-4;
- путевой фильтр ФРЦ4Л:
- путевой приемник ПРЦ4Л.
Блоки путевых генераторов ГП-4 и путевых фильтров ФРЦ4Л конструктивно имеют только одну разновидность. Каждый из блоков может быть настроен для работы на одну из трех несущих частот (4,5; 5, 5,5 кГц) с помощью внешних перемычек.
Блоки путевых приемников имеют обозначения ПРЦ4Л-4/8, ПРЦ4Л-4/12, ПРЦ4Л-5/8, ПРЦ4Л-5/12, ПРЦ4Л-6/8, ПРЦ4Л-6/12. Первая цифра в обозначении типа путевого приемника ТРЦ 4 указывает номер принимаемой несущей частоты сигнала, кГц, а вторая – частоту модулирующего сигнала, Гц.
Аппаратура ТРЦ3 и ТРЦ4 рассчитана на установку как в отапливаемых помещениях (постах ЭЦ), так и в шкафах автоблокировки. Рабочий диапазон температуры окружающей среды для аппаратуры ТРЦ3 и ТРЦ4 находится в пределах от – 45 до +60 ° С.