1.3. Рельсовые цепи
Назначение, устройство и принцип действия рельсовых цепей. В устройствах АЛС в качестве канала связи между путевыми и локомотивными устройствами используются рельсовые цепи автоблокировки. Рельсовые цепи РЦ являются основным элементом железнодорожной автоматики и телемеханики, действие которого заложено в устройство всех автоматических и телемеханических систем регулирования движения поездов и в значительной степени определяет надежность работы устройств и безопасность движения поездов.
Рельсовые цепи предназначены для:
контроля свободного или занятого состояния блок-участков;
контроля целостности рельсовой цепи;
передачи кодов АЛСН с рельсовой цепи на локомотивную аппаратуру.
Рельсовая цепь представляет собой электрическую цепь, в которой имеются источник питания и нагрузка (реле), а проводниками электрического тока являются рельсовые нити железнодорожного пути.
Электрическая схема рельсовой цепи состоит из питающего конца с аппаратурой, включенной между источником питания и рельсами; рельсовой линии диэлектрически отделенной от смежной рельсовой линии изолирующими стыками; релейного конца с путевым приемником (путевое реле) и аппаратурой, включенной между путевым реле и рельсами. Предельная длина РЦ при частоте тока 25 Гц составляет 3500 м, при 50 Гц - 3000 м, при 75 Гц - 2600 м (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Схема рельсовой цепи
ИС - изолирующий стык, ИП - источник питания, ПП - путевой приемник, ОТ - ограничитель тока
Рельсовые нити состоят из отдельных рельсовых звеньев. Для уменьшения и стабилизации электрического сопротивления звенья соединяют токопроводящими стыковыми соединителями (рис. 1.4).
Изолирующие стыки должны надежно обеспечить надежную электрическую изоляцию и механическую прочность верхнего строения пути (рис. 1.5).
Рис. 1.4. Рельсовые соединители
Рис. 1.5. Изолирующий стык
На электрофицированных участках у изолирующих стыков в рельсовой цепи устанавливают дроссель-трансформаторы, которые предназначены для пропуска обратного тягового тока в обход изолирующих стыков и согласования низкоомного входного сопротивления рельсовой цепи с аппаратурой питающего и релейного концов. Дроссель-трансформатор имеет две обмотки: основную и дополнительную. Основная обмотка имеет три вывода: два крайних подключены к рельсовым нитям, а средний соединяют со средним выводом дроссель-трансформатора смежной рельсовой цепи. К выводам дополнительной обмотки подключают приборы рельсовой цепи. Тяговые токи протекают по обеим полуобмоткам дроссель-трансформатора во встречных направлениях, чем исключается влияние тягового тока на работу рельсовой цепи (рис. 1.6, 1.8.).
Рис. 1.6. Путевой дроссель-трансформатор
Принцип работы рельсовой цепи заключается в том, что величина тока, поступающего от источника питания к путевому реле через рельсовую линию, зависит от состояния участка пути. При свободном блок-участке ток на релейном конце достаточен для срабатывания путевого реле ПП, которое притягивает якорь и замыкает фронтальные контакты в цепи лампы зеленого огня путевого светофора, чем и фиксируется свободность и исправность рельсовой цепи. Такой режим работы рельсовой цепи называется нормальным.
Если блок-участок занят подвижным составом, то происходит шунтирование его малым электрическим сопротивлением поездного шунта (колесная пара). За счет этого на питающем конце увеличивается ток источника питания и падение напряжения на резисторе, а на релейном конце напряжение на обмотке катушки реле уменьшается, так как уменьшается величина тока. Путевое реле отпускает якорь и замыкает тыловые контакты в цепи лампы красного огня путевого светофора, чем фиксируется занятость рельсовой цепи. Такой режим работы рельсовой цепи называется шунтовым.
На станции с интенсивным движением поездов и большой маневровой работой выполняется разбивка станционных путей на путевые и стрелочные участки (секции).
Основными параметрами РЦ являются: активное сопротивление рельсов; напряжение источника питания и сопротивление балласта, определяющее величину тока утечки (так как рельсы изолированы не полностью от шпал, а местами частично касаются балластного слоя и постоянно происходит утечка сигнального тока от одной рельсовой нити в другую).
С введением скоростного движения появились новые требования к обеспечению безопасности движения. Новые системы строятся на новой элементной базе с применением интегральных микросхем и тональных рельсовых цепей. Автоблокировка с тональными рельсовыми цепями имеют высокую надежность, высокий коэффициент возврата путевого приемника, высокую помехозащищенность и защищенность от влияний тягового тока.
Тональные РЦ не требуют установки изолирующих стыков и позволяют отказаться от применения дроссель-трансформаторов. В этом случае в РЦ подаются два сигнала: тональный - для функционирования системы автоблокировки и код АЛСН - для работы локомотивных устройств.
В тональных рельсовых цепях использован амплитудно-модулированный сигнал. Он обеспечивает надежную защиту приемных устройств от воздействия гармонических и импульсных помех тягового тока и других источников. В качестве несущей частоты используются частоты: (420, 480, 580, 720, 780) Гц и (4,5; 5,0; 5,5) кГц. В качестве модулирующей частоты использованы частоты 8 Гц или 12 Гц.
На железных дорогах используются более 30 типов и 800 разновидностей рельсовых цепей.
Классификация рельсовых цепей. Все рельсовые цепи классифицируются по принципу действия, роду и частоте питающего тока, способу подачи сигнального тока в рельсы, способу пропускания обратного тягового тока.
По принципу действия рельсовые цепи подразделяются на нормально замкнутые и нормально разомкнутые. Под нормальным состоянием рельсовой цепи подразумевается такое состояние, когда рельсовая цепь свободна от подвижного состава.
Так как в нормально замкнутой рельсовой цепи при свободном ее состоянии имеется контроль исправности всех ее элементов, то такие рельсовые цепи являются основным видом рельсовых цепей в устройствах автоматики и телемеханики, и дальнейшая классификация рельсовых цепей будет относиться к нормально замкнутым рельсовым цепям.
По роду питающего тока рельсовые цепи бывают постоянного и переменного тока. Рельсовые цепи постоянного тока применяются только на участках с автономной тягой.
Рельсовые цепи переменного тока получили наибольшее распространение. Они применяются как на участках с электрической тягой, так и с автономной. Рельсовые цепи переменного тока различаются между собой частотой подаваемого в рельсы сигнального тока.
При электротяге постоянного тока в качестве сигнального тока в рельсовых цепях переменного тока используется ток частотой 50 Гц. На участках с электротягой переменного тока применяются рельсовые цепи с частотой сигнального тока 25 Гц или 75 Гц.
По способу подачи сигнального тока в рельсы различают рельсовые цепи с непрерывным, импульсным и кодовым питанием.
В рельсовых цепях с непрерывным питанием при свободной рельсовой цепи сигнальный ток непрерывно поступает в рельсы и путевое реле находится в возбужденном состоянии. В рельсовых цепях с импульсным питанием при свободной рельсовой цепи сигнальный ток поступает в рельсы периодически равномерными импульсами и путевое реле работает в импульсном режиме. В рельсовых цепях с кодовым питанием при свободной рельсовой цепи сигнальный ток поступает в рельсы в виде кодового сигнала, содержащего один, два или три импульса различной продолжительности, и путевое реле работает в кодовом режиме в такт принимаемым кодам.
По способу пропуска обратного тягового тока в обход изолирующих стыков различают двухниточные и однониточные рельсовые цепи.
В двухниточных рельсовых цепях обратный тяговый ток протекает по обеим рельсовым нитям. Для этого по обе стороны изолирующего стыка между рельсовыми нитями включаются два дроссель-трансформатора. Их средние точки соединяют между собой перемычкой, обеспечивая пропуск обратного тягового тока в обход изолирующих стыков. Такие двухниточные рельсовые цепи обеспечивают работу автоматической локомотивной сигнализации и меньше подвержены влиянию тягового тока. Поэтому они применяются на кодируемых путях станций и на перегонах.
В однониточных рельсовых цепях тяговый ток пропускается по одной рельсовой нити пути. Для пропуска тягового тока между нитями, относящимися к смежным рельсовым цепям, устанавливаются косые тяговые соединители. Однониточные рельсовые цепи наиболее подвержены влиянию тягового тока, что снижает надежность их работы. Такие рельсовые цепи применяют на станциях на неответственных путях при длине рельсовой цепи до 500 м.
Режимы работы рельсовых цепей. Рельсовая цепь может работать в нескольких режимах:
нормальный - соответствует ее незанятому состоянию;
шунтовой - соответствует ее занятому состоянию;
контрольный - контролирует целостность рельсовых нитей;
короткое замыкание - при нахождении колесной пары подвижного состава непосредственно на питающем конце РЦ;
АЛСН - обеспечивает протекание сигнального тока кодирования при вступлении локомотива на блок-участок.