Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Устройство и анализ работы рельсовых цепей. Учебно-методическое пособие.pdf
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь
на железнодорожном транспорте»
А. Н. Попов
УСТРОЙСТВО И АНАЛИЗ РАБОТЫ
РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
Учебно-методическое пособие по дисциплине
«Автоматика и телемеханика на перегонах»
для обучающихся по специальности
23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов»
специализации «Автоматика и телемеханика
на железнодорожном транспорте» всех форм обучения
Екатеринбург
УрГУПС
2021
УДК 656.25+629.4.067
П58
Попов, А. Н.
П58 Устройство и анализ работы рельсовых цепей : учебно-
методическое пособие / А. Н. Попов. − Екатеринбург : УрГУПС,
2021. – 99, [1] с.
Учебно-методическое пособие содержит методы анализа режимов работы
рельсовых цепей, описание аппаратуры, применяемой в рельсовых цепях, а также
обоснования выбора этой аппаратуры. В конце каждого раздела данного пособия
содержатся контрольные вопросы и задания для проверки усвоения пройденного
материала.
Предназначено для обучающихся по специальности 23.05.05 «Системы
обеспечения движения поездов» специализации «Автоматика и телемеханика на
железнодорожном транспорте» всех форм обучения и может использоваться для
самостоятельной подготовки.
УДК 656.25+629.4.067
Издано по решению редакционно-издательского совета университета
Автор: А. Н. Попов – доцент кафедры «Автоматика, телемеханика
и связь на железнодорожном транспорте», канд. техн. наук,
УрГУПС
Рецензенты: Г. А. Черезов – доцент кафедры «Автоматика, телемеханика
и связь на железнодорожном транспорте», канд. техн. наук,
УрГУПС
О. М. Варлаков – заместитель начальника Тюменской дистанции СЦБ – структурного подразделения Свердловской
ДИ – структурного подразделения ЦДИ – филиала
ОАО «РЖД»
© Уральский государственный университет
путей сообщения (УрГУПС), 2021
Оглавление
Введение………………………………………………………………………5
1
ельсовые цепи. Общие сведения ................................................................. 6
. Р
2. Расчет рельсовой цепи .................................................................................... 8
Контрольные вопросы и задания .................................................................. 12
3. Анализ рельсовой линии .............................................................................. 13
.1. Распространение сигналов от источника постоянного тока .............. 13
3
3.2. Распространение синусоидальных сигналов........................................ 19
3.3. Влияние сопротивления нагрузки на работу рельсовой цепи ............ 23
Контрольные вопросы и задания .................................................................. 24
4
нализ шунтового режима ........................................................................... 25
. А
.1. Определение параметров четырехполюсника рельсовой линии в
4
шунтовом режиме .......................................................................................... 25
4.2. Шунтовая чувствительность .................................................................. 28
4.3. Исследование шунтового режима ......................................................... 31
4.4. Проверка выполнения шунтового режима ........................................... 34
Контрольные вопросы и задания .................................................................. 36
. Ана
5
лиз контрольного режима ...................................................................... 37
.1. Параметры четырехполюсника рельсовой линии в контрольном
5
режиме ............................................................................................................. 37
5.2. Определение критического сопротивления изоляции ........................ 44
5.3. Проверка выполнения контрольного режима ...................................... 45
Контрольные вопросы и задания .................................................................. 46
. Ре
6
льсовые цепи постоянного тока ............................................................... 47
6
.1. Рельсовая цепь постоянного тока с непрерывным питанием............. 47
6.2. Рельсовая цепь постоянного тока с импульсным питанием............... 50
6.3. Аппаратура рельсовых цепей постоянного тока ................................. 53
Контрольные вопросы и задания .................................................................. 56
. Ре
7
льсовые цепи переменного тока .............................................................. 57
3
7.1. Кодовая рельсовая цепь переменного тока частотой 50 Гц ............... 57
7.2. Кодовая рельсовая цепь переменного тока частотой 25 Гц ............... 65
7.3. Рельсовая цепь переменного тока частотой 50 Гц с двухэлементным
путевым реле................................................................................................... 70
7.4. Аппаратура рельсовых цепей переменного тока ................................. 76
Контрольные вопросы и задания .................................................................. 84
8. Рельсовые цепи тональной частоты ............................................................ 85
8.1. Рельсовые цепи ТРЦ-3 ............................................................................ 85
8.2. Аппаратура ТРЦ ...................................................................................... 86
Контрольные вопросы и задания .................................................................. 98
Библиографический список .............................................................................. 99
4
Введение
На момент издания настоящего пособия на магистральных линиях
железных дорог РФ эксплуатируется около 270 тысяч рельсовых цепей
различных видов. Рельсовая цепь служит для определения свободности
участка пути от подвижного состава и является основой систем автоблокировки. В основе функционирования всех видов рельсовых цепей лежат
одинаковые принципы, что позволяет использовать для анализа их работы
одинаковые модели и зависимости. В работе рельсовой цепи любого типа
выделяют основные режимы работы: нормальный, шунтовой и контрольный. Для анализа режимов работы рельсовых цепей пользуются известными методами электротехники, применение которых имеет некоторые особенности и допущения. Настоящее пособие содержит методы и зависимости для анализа работы рельсовых цепей, а также описание аппаратуры
рельсовых цепей, выбранной с помощью этих методов и зависимостей.
5
Рельсовая линия
Питающий
конец
Релейный
конец
R
о
Акк
П
1. Рельсовые цепи. Общие сведения
Простейшая рельсовая цепь (рис. 1.1) включает в себя:
– источник питания;
– приемник – путевое реле;
– регулировочное сопротивление;
– изолирующие стыки;
– рельсовую линию.
Рис. 1.1. Структурная схема простейшей рельсовой цепи
Ток от источника протекает по одному из рельсов через обмотку ре-
ле и возвращается к источнику по другому рельсу. Часть тока протекает
между рельсовыми нитями, шунтируя обмотку реле. На этом же принципе
основана работа более сложных рельсовых цепей.
Исправная рельсовая цепь должна выполнять несколько режимов ра-
боты, для каждого из которых производится отдельный расчет:
– нормальный, когда ток от источника питания удерживает реле при-
тянутым, при отсутствии подвижного состава;
– шунтовой, когда реле выключается из-за снижения тока, проходя-
щего через реле, ниже порога выключения за счет шунтирования рельсовой линии колесными парами подвижного состава;
– контрольный, когда реле выключается из-за снижения тока, прохо-
дящего через реле, ниже порога выключения за счет излома или изъятия
рельсов.
Также для рельсовой цепи рассчитывается режим короткого замыка-
ния и режим автоматической локомотивной сигнализации непрерывного
типа (АЛСН).
6
2. Расчет рельсовой цепи
Расчет рельсовой цепи выполняется методами электротехники и за-
ключается в определении напряжений и токов в любой точке цепи в любом
режиме работы.
В рельсовых цепях переменного тока напряжения и токи представ-
ляются комплексными числами и обозначаются соответственно и
. Мо-
дуль комплексного числа равен амплитуде напряжения или тока, аргумент
– начальной фазе. Комплексные числа могут быть записаны в алгебраической, показательной или тригонометрической форме. Существуют выражения для преобразования между различными формами записи. Для расчетов токов и напряжений обычно используются алгебраическая и показательная формы записи. Комплексные числа в алгебраической форме записываются в следующем виде:
= + ,
в показательной форме
= e
,
Для алгебраического и показательного представления комплексных
чисел справедливы соотношения
=
+
,
= arctg
,
= cos ,
= sin .
Аргумент комплексного числа в показательной форме записи мо-
жет быть выражен в градусах, либо в радианах, что нужно учитывать при
работе с комплексными числами. Перевод значений, записанных в градусах, в радианы и обратно осуществляется по следующим выражениям:
7
°
() =
180
° =
()
180.
Наибольшие сложности при расчете рельсовой цепи представляет
расчет рельсовой линии. Рельсовая линия включает в себя рельсы, скрепления между ними и проводящие элементы строения пути, не изолированные от рельсов. Электрические параметры рельсовой линии (активное сопротивление, индуктивность) распределены по всей ее длине, т. е. рельсовая линия является цепью с распределенными параметрами.
Практическое значение имеют величины токов и напряжений в точ-
ках подключения рельсовой линии к аппаратуре рельсовой цепи. Поэтому
наиболее подходящей расчетной моделью рельсовой линии является четырехполюсник. Теория четырехполюсников позволяет по двум заданным
напряжениям или токам на зажимах четырехполюсника определить два
оставшихся параметра. Соотношения между входными и выходными токами и напряжениями четырехполюсника могут быть записаны в любой из
шести форм параметрических уравнений в зависимости от того, какие токи
и напряжения являются неизвестными:
– известны напряжения на входе и выходе, надо найти токи на входе
и выходе Y-параметры;
– известны токи на входе и выходе, надо найти напряжения на входе
и выходе Z-параметры;
– известны напряжения и ток на выходе, надо найти напряжение и
ток на входе A-параметры (ABCD-параметры);
– известны напряжения и ток на входе, надо найти напряжение и ток
на выходе B-параметры;
– известны комплексные амплитуды тока на входе и напряжения на
выходе H-параметры;
– известны комплексные амплитуды тока на выходе и напряжения на
входе G-параметры.
Все системы параметров связаны между собой и имеют формулы пе-
ресчета одних параметров в другие.
8
Четырехполюсники подразделяются на активные и пассивные, сим-
метричные и несимметричные, обратимые и необратимые. Активные четырехполюсники, в отличие от пассивных, имеют в своем составе источник энергии. Четырехполюсник является симметричным, когда перемена
местами его входных и выходных зажимов не изменяет токов и напряжений в цепи, с которой он соединен, иначе четырехполюсник является
несимметричным. Передаточное сопротивление обратимых четырехполюсников не зависит от того, какая из двух пар зажимов является входной,
а какая выходной. В противном случае четырехполюсник будет необратимым.
Основной целью расчета рельсовых цепей на практике является
определение напряжения
и тока
, которые требуется подать на пита-
ющем конце (входе) рельсовой линии, чтобы на релейном ее конце (выхо-
де) обеспечить заданные ток
и напряжение
. Удобнее всего для реше-
ния таких задач использовать форму записи уравнений четырехполюсника
с ABCD-параметрами (A-параметрами):
=
=
+
+
,
(2.1)
.
Известно, что коэффициенты рельсового четырехполюсника связаны
между собой соотношением
= 1. (2.2)
Аппаратура питающего и релейного конца рельсовой цепи в расче-
тах также представляется в виде четырехполюсников с ABCD-
параметрами, а вся рельсовая цепь – в виде последовательного соединения
четырехполюсников. Схема рельсовой цепи, состоящая из последовательно соединенных источника питания, регулировочного сопротивления, четырехполюсников аппаратуры питающего конца, рельсовой линии, аппаратуры релейного конца и обмотки путевого реле называется общей схемой замещения рельсовой цепи (рис. 2.1).
9
A
р
B
р
D
р
C
р
A B
DC
A
п
B
п
D
п
C
п
Z
о
U
н
İ
н
U
к
İ
к
U
р
İ
р
Z
р
İ
н
U
н
Р
РЛ
γ, Zв, l
П
İ
т
U
т
Рис. 2.1. Общая схема замещения рельсовой цепи
Величину токов и напряжений в начале линии, требуемых в различ-
ных режимах работы, можно выяснить путем последовательного расчета
токов и напряжений в узлах общей схемы замещения по следующим системам уравнений:
=
=
=
=
=
=
По полученным значениям можно определить напряжение источника
питания
=
+
Общая схема замещения служит для расчетов, когда известны все
параметры аппаратуры рельсовой цепи.
+
+
+
+
+
+
,
;
,
(2.3)
;
,
.
. (2.4)
Общую схему замещения можно упростить, оставив в ней только четырехполюсник рельсовой линии. Четырехполюсник аппаратуры релейного конца можно заменить его прямым входным сопротивлением, а четырехполюсник начала – его обратным входным сопротивлением и эквивалентным генератором. Полученная схема носит название основной схемы
замещения (рис. 2.2).
10