2.5. Схемы замещения рельсовых цепей

При расчете, анализе и синтезе рельсовой цепи (РЦ) ее пред­став­ляют в виде схемы замещения (рис. 2.5), состоящей из каскадного со­е­ди­­нения четырёхполюсников Н, К, РЛ.

Рис. 2.5. Общая схема замещения сложной РЦ

Четырёхполюсники К и Н за­ме­­щают промежуточную и защит­ную аппаратуру, соответственно, ре­лей­ного и питающего кон­цов. Че­ты­рёхполюсник РЛ замещает только рель­совую линию и назы­ва­ется рель­совым четырёхполюсником. Он мо­­жет замещать рель­со­вую ли­нию во всех основных режимах: нор­маль­­ном, шунтовом и конт­роль­ном. При нормальном режиме этот четы­рёхполюсник харак­теризуют коэффициенты А, В, С, D.

При проектировании и расчетах РЦ обычно идеализируют и рассматривают как линейные и пассивные.

Некоторые простейшие цепи переменного и постоянного тока можно замещать одним четырёхполюсником РЛ, во внешней цепи которого на питающем конце вместо четырёхполюсника Н включено сопротивление Z_н, а на релейном – вместо четырёхполюсника К – сопротивление Z_к (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Общая схема замещения простейшей РЦ

При этом Z_н замещает сумму сопротивлений Z₀ и соеди­ни­тель­ных проводов r_сп, а Z_к – сопротивление соединительных проводов на релейном конце r_ср.

Обычно в теории РЦ переходят от общей схемы к основной (рис. 2.7), благодаря чему упрощаются расчётные формулы, методы анализа и син­теза схем РЦ.

Рис. 2.7. Основная схема замещения РЦ

Для перехода к основной схеме четырёхполюсник К с нагрузкой Z_р замещают его прямым входным сопротивлением Z_вх.к:

Z_вх.к = , (2.15)

где А_к, В_к, С_к, D_к – коэффициенты четырёхполюсника К.

Четырёхполюсник Н замещают его обратным входным сопротивлением:

Z΄_вх.н = , (2.16)

где А_н и В_н – коэффициенты четырёхполюсника Н.

Для полученной таким образом основной схемы замещения ток на выходе четырёхполюсника К будет иметь вид:

İ_к = k_тк İ_р, (2.17)

где k_тк = C_кZ_p + D_к – коэффициент снижения тока в четырёхполюснике К.

Этот же ток может быть выражен через сопротивление передачи основной схемы замещения Z_по:

İ_к = , (2.18)

где – напряжение эквивалентного генератора, определяемое как:

= =, (2.19)

где – действительное напряжение генератора;

k_тн = А_н – обратный коэффициент тока четырёхполюсника Н.

Согласно общей теории четырёхполюсников сопротивление передачи основной схемы замещения Z_по:

Z_по = = АZ_вх.к+ В + (CZ_вх.к + D)Z΄_вх.н. (2.20)

2.6. Расчёт и анализ нормального режима

Нормальным режимом называется такое состояние рельсовой цепи, когда она свободна от подвижного состава и путевой приёмник вы­дает дискретную информацию «свободно». В нормальном режиме при наихудших условиях необходимо обеспечить уровень сигнала на вхо­де приёмника не меньше некоторого рабочего значения. Наихуд­шими условиями нормального режима являются такие, при которых уменьшается сигнал на входе приемника рельсовой цепи:

– минимальное напряжение источника питания U_min;

– максимальное сопротивление рельсовых нитей Z_{p max};

– минимальное сопротивление изоляции или максимальное значение проводимости у_{и max} рельсовой линии;

– максимальное сопротивление элементов согласующих уст­ройств, включенных последовательно с приемником;

– минимальное сопротивление элементов согласующих устройств, включенных параллельно приемнику.

Целью расчёта является определение минимального питающего напряжения U_{н min}, исходя из неблагоприятных условий: U_min, Z_{p max}, у_{и max}. Для РЦ постоянного тока это сводится к вычислению ограни­чи­вающего сопротивления R_o при заданном напряжении аккумулятора U_min, удельном сопротивлении рельсов r_max, удельной проводимости изоляции у_{и max} и тока надёжного срабатывания приёмника I_p = 1,1I_cp.

Расчёт ведётся по общей схеме замещения простейшей РЦ, в которой Z_к = R_p+r_cp; Z_н = R_o+r_сп, где r_cp и r_сп – сопротивления соедини­тельных проводов, соответственно, на релейном и питающем концах.

Порядок расчёта:

1) U_к = I_p(R_p + r_cp); I_к = I_p.

2) по (2.6) и (2.7) определяют γ, Z_в (для r_max, у_{и max}).

3) по (2.10) определяют А, В, С, D.

4) по (2.8, 2.9) определяют U_{н min}, I_н.

5) R_o = - r_сп.

Для нормального режима очень важной является зависи­мость изменения рабочего тока в путевом реле от значения сопро­тив­ления изоляции для данной рельсовой цепи I_p = f(r_и). Из рель­со­во­го четырёхполюсника можно вы­вес­ти соответствующую фор­му­лу, затем рассчитать и построить регулировочные характеристики (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Регулировочные характеристики

С увеличением сопротивления изоляции ток в РЦ возрастает и тем больше, чем длиннее РЦ. Это объясняется тем, что в длин­ных РЦ R_o меньше, и в результате возрастания r_и в таких РЦ сопро­тив­ление передачи уменьшается резче, чем в коротких РЦ. Из при­ве­­дённых характеристик видно, что в результате увеличения со­п­ро­тивления изоляции ток в путевом реле может достигать зна­чи­тель­ных величин, что может пагубно отразиться на шунтовом ре­жи­­ме. Поэтому РЦ должна быть спроектирована таким образом, что­­бы она надёжно и устойчиво работала во всех режимах при из­ме­­нении сопротивления изоляции во всём диапазоне от r_{и min} до r_{и max}.

Для расчёта нормального режима РЦ переменного тока ис­поль­зуют общую схему замещения сложной РЦ. Для удобства че­ты­рёхполюсники «Н» и «К» рассматривают состоящими из двух че­ты­рёхполюсников, один из которых замещает дроссель-транс­форматор (ДТ), а другой – остальную аппаратуру. ДТ пред­став­ля­ют в виде эквивалентной схемы, состоящей из каскадного соеди­не­ния Т-образной схемы замещения и идеального трансформатора с из­вест­ным коэффициентом трансформации. Коэффициенты А, В, С, D, «Н» и «К» определяют перемножением матриц состав­ля­ющих четырёхполюсников.