ТРЦ

Конспект

«Тональные рельсовые цепи»

1 Устройство тональных рельсовых цепей

1.1Принцип построения тональных рельсовых цепей

Тональные рельсовые цепи находят все более широкое применение на линиях магистраль­ного железнодорожного транспорта России и стран СНГ. Их достоинствами являются:

• возможность исключения на перегонах изолирующих стыков и укладки цельносвар­еного пути от станции до станции;

• уменьшение количества металлоемких дроссель-трансформаторов на

электрифицирован­ных участках;

• возможность выноса аппаратуры рельсовых цепей с перегона на прилегающую станцию;

• универсальность для всех видов тяги;

• сокращение потребления электроэнергии;

• более высокая защищенность данного типа рельсовых цепей от воздействия помех тягового­ тока и др.

На базе тональных рельсовых цепей создано несколько типов автоблокировки, которые вне­дряются на железных дорогах России и стран СНГ, начиная с 1985 г.

В основу построения тональных рельсовых цепей (ТРЦ) положена бесстыковая рельсовая цепь (БРЦ), не имеющая изолирующих стыков на питающем и приемном концах. При отсут­ствии изолирующих стыков между смежными рельсовыми цепями сигнальный ток тональной рельсовой цепи протекает по рельсовой линии от точки подключения питающей аппаратуры в обе стороны.

Рис. 1. Структурная схема смежных тональных рельсовых цепей с размещением вдоль рельсовой линии питающих и приемных концов

На рис.1 показана структурная схема тональных рельсовых цепей с размещением вдоль рельсовой линии питающих и приемных концов, в которой от одного источника сигнального тока (генератора) осуществляется питание двух смежных ТРЦ. Так, сигнальный ток I ½ рц, по­ступающий от генератора Г1, растекается по рельсовой линии в обе стороны к путевым прием­никам двух смежных ТРЦ: ток рельсовой цепи 1РЦ (I1рц) питает приемник П1, ток рельсовой цепи 2РЦ (I₂рц) питает приемник П2. Аналогично генератор Г2 питает другие две смежные ТРЦ ЗРЦ и 4РЦ и т.д. в пределах всего перегона. В соответствии с таким построением осуществляет­ся чередование питающих и приемных концов ТРЦ.

Рис. 2. Форма сигнала генератора тональной рельсовой цепи

В ТРЦ использован амплитудно-модулированный сигнал, форма которого показана на рис. 2. Данный тип сигнала позволяет повысить защищенность приёмных устройств (путевых приёмников) от воздействия гармонических и импульсных помех тягового тока и других источников помех. В качестве несущей частоты используются частоты: 420; 480; 580; 720 и 780 Гц, а также 4,5; 5,0 и 5,5 кГц. В качестве модулирующей частоты использованы частоты 8 или 12 Гц. Каждой несущей часто­те в диапазоне 420—780 Гц присвоено кодовое число 8, 9, 11, 14 и 15 по номеру ближайшей меньшей гармоники тягового тока.

Чередованием на питающих концах ТРЦ вдоль перегона несущих частот и частот модуляции, например в последовательности: 420/8; 480/12; 720/8; 780/12; 420/8; 480/12 и т.д., обеспечивается надежная защита приемных устройств от влияния токов смежных ТРЦ. В разных системах авто­блокировки с ТРЦ применяют разное число диапазонов и частот при чередовании сигналов.

Одной из основных особенностей ТРЦ как бесстыковой РЦ является то, что ее шунтирование и смена кодового сигнала АЛС наступает не с момента вступления на нее поезда, а при прибли­жении его к РЦ на некоторое расстояние. Колесная пара, находящаяся на этом расстоянии от точки подключения аппаратуры рельсовой цепи, шунтирует часть сигнального тока ТРЦ, что в свою очередь приводит к снижению напряжения на входе путевого приемника. Расстояние от точки подключения аппаратуры к рельсовой линии до места нахождения колесной пары, вызы­вающей обесточивание путевого реле, включенного на выходе путевого приемника, называется зоной дополнительного шунтирования L_ш. На рис.3 показана схема расположения зон допол­нительного шунтирования тональной рельсовой цепи. В зависимости от направления движения одна из них называется зоной дополнительного шунтирования по входу (по приближению), а вторая — зоной дополнительного шунтирования по выходу (по удалению).

Длина зоны дополнительного шунтирования зависит от многих факторов: частоты сигнально­го тока, коэффициента перегрузки на входе путевого приемника, сопротивления изоляции баллас­та и др. Как правило, длина L_ш составляет примерно 10 % от длины самой рельсовой цепи. Длина зоны дополнительного шунтирования не может быть нулевой или отрицательной, так как рельсо­вая цепь должна давать занятость при наложении типового нормативного шунта 0,06 Ом в точке

Рис. 3. Схема расположения зон дополнительного шунтирования тональной рельсовой цепи

подключения аппаратуры (шунтовой режим), что равносильно наложению шунта с нуле­вым сопротивлением (поездной шунт) на расстоянии 10—15 м от точки подключения аппа­ратуры при частоте сигнального тока ТРЦ в диапазоне 400—800 Гц. Иногда с целью исклю­чить зону дополнительного шунтирования или ограничить область растекания сигнального тока АЛС на границе ТРЦ устанавливаются изолирующие стыки.

При необходимости на участках, оборудуемых устройствами ТРЦ с сокращенной зоной дополнительного шунтирования, применяют высокочастотные ТРЦ с несущими частота­ми в диапазоне 4,5—5,5 кГц. Сокращенная зона дополнительного шунтирования достига­ется за счет более высокого сопротивления рельсовой линии на высоких частотах. Эти рель­совые цепи получили индекс ТРЦ4, а рельсовые цепи с несущими частотами 420—780 Гц, разработанные раньше ТРЦ4, имеют индекс ТРЦЗ.

1.2. Аппаратура тональных рельсовых цепей

В состав основной аппаратуры тональных рельсовых цепей ТРЦЗ входят: путевой генера­тор ГПЗ; путевой фильтр ФПМ; путевой приемник ПП1. Уравнивающий трансформатор УТЗ применяется в тех случаях, когда напряжение на входах путевых приемников одной рельсовой цепи отличается более чем на 20% .

Путевой генератор ГПЗ предназначен для формирования и усиления амплитудно-модулированного сигнала для работы ТРЦ. Путевой фильтр ФПМ обеспечивает защиту вы­ходных цепей генератора ГПЗ от влияния токов локомотивной сигнализации, тягового тока и атмосферных помех и формирует требуемое по условиям работы рельсовой цепи обратное входное сопротивление питающего конца. Фильтр служит также для гальвани­ческого разделения выходной цепи генератора от кабельной линии и получения на нем требуемых напряжений при относительно низких выходных напряжениях генератора.

Путевой приемник ПП1 предназначен для приема и дешифрации сигналов ТРЦ, поступающих из рельсовой линии, и, в соответствии с уровнем принятого сигнала, формирования выходного напряжения на путевом реле. Уравнивающий трансформатор УТЗ предназначен для выравнива­ния напряжений на входе путевых приемников, питающихся от одного путевого генератора.

Генератор ГПЗ и фильтр ФПМ представляют собой конструкцию, собранную в корпусе реле НШ с использованием его колодки в качестве несущей части блока.

Блок путевого генератора имеет две разновидности: ГПЗ-8, 9, 11 и ГПЗ-11, 14, 15. Ана­логичные разновидности имеет блок путевого фильтра (ФПМ-8, 9, 11 и ФПМ-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 генераторов и филь­тров предназначена для формирования и передачи сигналов с несущими частотами 420,480 и 580 Гц, а вторая — с частотами 580, 720, 780 Гц.

Рис. 4. Структурная схема путевого генератора ГПЗ

Питание генератора осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц напряжени­ем 35 В, которое подается на выводы 41-43 блока. Из этого напряжения внутри генератора путем ограничения, выпрямления и

сглаживания пульсаций формируются напряжения по­стоянного тока для питания задающих цепей генератора, предварительного и оконечного усилителей. Структурная схема путевого генератора представлена на рис. 4.

Задающий каскад путевого генератора (формирователь сигнала) F выполнен на базе мик­росборки или БИС и служит для формирования сигнала ТРЦ с заданной несущей и модули­рующей частотой. Настройка на соответствующую несущую и модулирующую частоту сиг­нала осуществляется внешними перемычками на штепсельной розетке блока.

Сигнал с формирователя F поступает на предварительный усилитель и фильтр. Предва­рительный усилитель осуществляет усиление сигнала в зависимости от уровня, выставля­емого с помощью переменного резистора, ручка которого со стопорным устройством вы­ведена на переднюю панель блока путевого генератора. Фильтр предварительного каскада предназначен для сглаживания прямоугольной формы сигнала и его ослабления в случае отличия несущей частоты от заданной.

С предварительного усилителя после фильтра сигнал поступает на оконечный усили­тель, представляющий собой эмиттерный повторитель. Уровень сигнала, поступающего на выход путевого генератора (выводы 2-52) составляет 1—6 В переменного тока.

На передней панели блока имеется светодиодная индикация работоспособности блока в виде двух светодиодов. Ровное свечение одного из них свидетельствует о наличии пита­ния, а мигающее свечение другого светодиода указывает на нормальную работу формиро­вателя F и предварительного усилителя путевого генератора.

Путевой приемник ПП1 представляет собой конструкцию, собранную в корпусе реле ДСШ с использованием его колодки в качестве несущей части блока. Блок путевого приемника имеет 10 разновидностей, отличающихся приемом сигналов с различной несущей частотой и частотой модуляции. Он может иметь следующие обозначения: ПП1-8/8, ПП1-8/12, ПП1-9/8, ПП1-9/12, ПП1-11/8, ПП1-11/12, ПП1-14/8, ПШ-14/12, ПШ-15/8, ПП1-15/12. Первая цифра в обозначении приемников указывает номер принимаемой несущей частоты, а вторая — час­тоту модуляции (8 или 12 Гц). Напряжение питания 17,5 В переменного тока частотой 50 Гц подается на выводы 21-22 путевого приемника. Из этого напряжения путем выпрямления, ограничения и сглаживания пульсаций формируются напряжения постоянного тока для пи­тания входных каскадов усиления, порогового устройства и выходных каскадов.

Структурная схема путевого приемника представлена на рис. 6. Приемник содержит следую­щие функциональные узлы: входной фильтр, демодулятор, амплитудный ограничитель, первый фильтр частоты модуляции f_м, пороговое устройство, выходной усилитель, второй фильтр частоты модуляции f_м и узел питания.

Входной фильтр предназначен для выделения сигнала с заданной несущей частотой и по­давления сигналов РЦ с другими несущими частотами, а также сигналов АЛС и гармоник тягового тока. Полоса пропускания входного фильтра не менее 24 Гц. Его затухание по со­седнему каналу (для фильтра с резонансной частотой 420 Гц измеряется на частоте 480 Гц и наоборот) не менее 38 дБ. Входное сопротивление фильтра (оно же входное сопротивление приемника — выводы 11-43) находится в пределах 120—160 Ом и измеряется на средней час­тоте полосы пропускания. Средняя частота полосы пропускания входного фильтра может отличаться от заданной несущей частоты не более чем на ±2 Гц.

Защита входного фильтра от перенапряжений вследствие грозовых разрядов или влияния тя­гового тока осуществляется ограничительными диодами (или стабилитронами) на входе путе­вого приемника.

С выхода входного фильтра амплитудно-модулированный сигнал поступает на демодулятор, на котором выделяется сигнал с частотой модуляции.

После детектора сигнал поступает на амплитудный ограничитель, не позволяющий выходно­му сигналу превысить уровень в 1,5—2 раза выше чувствительности. Наличие амплитудного ограничителя позволяет обеспечить надежное разделение частот модуляции 8 и 12 Гц с помо­щью первого фильтра модулирующей частоты, выполненного на LC-контуре.

Выходной сигнал фильтра поступает на вход порогового элемента (симметричного триггера) с высоким коэффициентом возврата. Добротность первого фильтра модулирующей частоты, настроенного на 8 или 12 Гц, равна примерно шести. При расположении этого фильтра перед пороговым устройством с высоким коэффициентом возврата (не менее 0,9) такой добротности вполне достаточно, чтобы обеспечить снижение сигнала на входе триггера ниже порога его сра­батывания при поступлении на вход приемника сигнала с частотой модуляции, не соответ­ствующей заданной. Для любых напряжений сигнала на входе приемника такое надежное разделение частот модуляции возможно лишь благодаря амплитудному ограничителю на входе первого фильтра модулирующей частоты.

Рис. 6. Структурная схема путевого приемника ПП1

С выхода симметричного триггера сигнал поступает на вход выходного

усилителя, пред­назначенного для осуществления питания путевого реле. За выходным усилителем уста­новлен второй фильтр частоты модуляции, также представляющий собой LC-контур.

Фильтр обеспечивает гальваническую развязку цепей питания усилителя от цепи питания путе­вого реле. Кроме того, фильтр исключает возможность возбуждения путевого реле при повреж­дениях в узле питания, приводящих к появлению в питающем напряжении выходного усилителя переменного тока промышленной частоты или ее гармоник. Сигнал с выхода второго фильтра частоты модуляции поступает на выпрямитель, а с него, после выпрямления, — на путевое реле.

При исправности путевого приемника, наличии питания и требуемого уров­ня входного сигнала на выходе блока формируется напряжение постоянного тока от 4 до 7 В, достаточное для подъема якоря путевого реле. Номинальное значение чувствительности приемни­ка по напряжению амплитудно-модулированного сигнала на входе 11-43 составляет 0,35 В.

С целью исключения случаев перепутывания путевых приемников при установке в эксплуата­ции используются разные выводы блоков для подключения путевых реле при различных несу­щих частотах сигнала. При общем выводе 31 для всех типов блоков, второй вывод для подклю­чения путевого реле используется номер 33 для частоты 420 Гц, 13 — для частоты 480 Гц, 52 — для частоты 720 Гц, 51 — для частоты 780 Гц и 83 — для частоты 580 Гц. На передней панели блока имеется светодиодная индикация его работоспособности. Светящееся состояние одного из светодиодов указывает на наличие электропитания, мигающий режим обоих светодиодов с частотой модуляции соответствует приему сигнала и свободности ТРЦ.

В схеме приемника предусмотрена возможность подключения дополнительного путе­вого реле для организации при необходимости схемы контроля залипания якоря основно­го путевого реле (для систем с децентрализованным питанием) или ускоренного включе­ния кодирования рельсовой цепи сигналами автоматической локомотивной сигнализации. Дополнительное путевое реле типа АНШ2-310 подключается к выводам 61-23 путевого приемника через блок выпрямителей и сопротивлений типа БВС-4Л. Такое включение не соответствует первому классу безопасности, так как реле реагирует только на наличие несущей частоты сигнала ТРЦ заданного .уровня, и поэтому оно не может быть использовано как основное путевое реле для определения свободности рельсовой цепи.

Уравнивающий трансформатор УТЗ представляет собой моно­блочную конструкцию с креплением на штепсельном стативе на ме­сто реле НМШ и с подключением монтажных проводов под пайку с лицевой стороны блока.

Выводы 1-2 трансформатора (рис. 7) подключаются к путево­му приемнику, а выводы вторичной секционированной обмотки от 3 до 9 подключаются к кабельной линии в зависимости от требу­емого коэффициента трансформации.

Рис. 7. Схема уравниваю­щего трансформатора УТЗ

С целью стабилизации входного сопротивления уравнивающе­го трансформатора он настраивается на несущую частоту рабо­чего сигнала путевого приемника путем подключения резонанс­ной емкости к соответствующему выводу трансформатора.

Уравнивающий трансформатор устанавливается в более короткой ТРЦ для погашения «излишка» напряжения на входе приемника. Он используется, когда длины смежных ТРЦ,

питаемых от одного генератора, отличаются более чем на 20 % или имеют разные условия рас­пространения сигнала (наличие дроссель-трансформаторов, изолирующих стыков и т.п.).

В состав основной аппаратуры высокочастотных тональных рельсовых цепей ТРЦ4 входят: путевой генератор ГП4; путевой фильтр ФРЦ4Л; путевой приемник ГТРЦ4Л1.

Блоки ГП4 и ФРЦ4Л имеют одну разновидность. Каждый из блоков с помощью внешних перемычек может быть настроен для работы на одной из трех несущих частот: 4,5; 5 или 5,5 кГц.

Рис. 8. Схема тональной рельсовой цепи для системы автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры

Схема тональной рельсовой цепи для системы автоблокировки с централизованным раз­мещением аппаратуры представлена на рис. 8.

Аппаратура связана с рельсовой линией посредством сигнально-блокировочного кабеля с парной скруткой жил.

Амплитудно-модулированный сигнал частотой 480/12, формируемый путевым генера­тором 2-4Г, с выводов 2-52 поступает на вход фильтра 2-4Ф (выводы 11-71). С выхода филь­тра (выводы 12-61) он поступает в кабельную линию. Последовательно с выходом фильтра на кодируемых рельсовых цепях включается разделительный конденсатор емкостью 4 мкФ для системы АЛСН.

Кабельная линия служит для соединения аппаратуры ТРЦ, размещаемой в релейном помещении на посту ЭЦ или в релейном шкафу, с устройствами рельсовых цепей, распола­гаемыми в путевых ящиках непосредственно у рельсовой линии. В путевых ящиках уста­навливаются: разрядники; выравниватели; согласующие путевые трансформаторы; защит­ные резисторы; автоматические выключатели.

Кабельная линия подключается к первичной обмотке согласующего путевого трансфор­матора ПТ типа ПОБС-2М (выводы I₁ и I₄). Параллельно первичной обмотке трансфор­матора включаются выравниватели ВОЦН-220 (ВОЦН-380 на участках с электротягой пе­ременного тока), которые служат для защиты аппаратуры ТРЦ от перенапряжений.

Коэффициент трансформации трансформатора ПТ выбран исходя из условий выполне­ния нормального, шунтового и контрольного режимов работы ТРЦ и обеспечения требуе­мой зоны дополнительного шунтирования. В типовой схеме ТРЦ он равен 38, что соответ­ствует выводам II₃-III₃ вторичной обмотки трансформатора при перемычке II₄-III₁.

В качестве согласующего путевого трансформатора могут использоваться также и дроссель-трансформаторы типа ДТ-0,2; ДТ-0,6 и ДТ-1, коэффициент трансформации которых составляет 40,38 и 3 соответственно. Кабельная линия в случае применения ДТ-0,2 или ДТ-0,6 подключается к дополнительной обмотке дроссель-трансформатора, а выравниватель ВОЦН-220 или ВОЦН-380 устанавливается на посту ЭЦ на кроссовом стативе в месте разделки кабеля.

В случае использования в качестве согласующего трансформатора дроссель-трансформатора типа ДТ-1 на участках с электротягой переменного тока он включается через дополнительный трансформатор ПОБС-2М с коэффициентом трансформации, равным 13,3. Схема включения дополнительного трансформатора для этого случая представлена на рис. 9 .

Защитные резисторы R3 служат для обеспечения требуемого сопротивления питающего и приемного концов и для защиты путевого согласующего трансформатора и аппаратуры ТРЦ от воздействия тягового тока.

В схеме ТРЦ суммарное сопротивление защитного резистора, устанавливаемого в путе­вом ящике, и соединительных перемычек от путевого ящика к рельсам должно быть в преде­лах 0,3—0,4 Ом на частоте сигнального тока АЛС.

При электротяге переменного тока, когда кабельная линия подключается к рельсам через дроссель-трансформатор ДТ-1, защитный резистор устанавливается между дополнительной об­моткой ДТ и вторичной обмоткой ПОБС-2М. Сопротивление защитного резистора в этом случае должно быть в пределах 1,8—2,2 Ом. В случае использования в качестве согласующих дроссель-трансформаторов ДТ-0,2 или ДТ-0,6 защитные рези­сторы не устанавливаются.

Автоматические выключатели служат для защиты путевой аппаратуры ТРЦ от воздействия перенапряжений тяговой сети или других источников. В схеме ТРЦ используется автомати­ческий выключатель на номинальный ток 15 А. В случае, ког­да на участке с электротягой переменного тока аппаратура ТРЦ подключается через дополнительную обмотку ДТ-1, автома­тический выключатель номиналом на 5 А включается между согласующим путевым трансформатором и дополнительной обмоткой ДТ

Рис. 9. Схема подключения аппаратуры ТРЦ

с использова­нием дроссель-трансформато­ра ДТ-1

При малых длинах соединительного кабеля или в случае использования в качестве согла­сующих дроссель-трансформаторов типа ДТ-0,2 или ДТ-0,6 в кабельную линию последова­тельно с аппаратурой ТРЦ устанавливается дополнительный резистор R типа С5-35 В мощ­ностью 25 или 50 Вт (см. рис. 8). Дополнительный резистор R_д в кабельную линию может устанавливаться и на участках с автономной тягой, при этом защитный резистор из путевого ящика исключается. Номинал сопротивления резистора R выбирают из условия обеспече­ния требуемого сопротивления конца рельсовой цепи.

Итак, сигнальный ток ТРЦ с питающего конца от генератора 2-4Г через трансформатор 2-4ПТ, резистор R3 и автоматический выключатель поступает в рельсовую линию и на при­емный конец ТРЦ, например 4-6РК. На приемном конце используются аналогичные устрой­ства согласования, размещаемые в путевом ящике и описанные выше. Сигнал через кабель­ную магистраль поступает на вход путевых приемников смежных ТРЦ 4ПП и 6ПП.

Как правило, на перегоне в случае применения ТРЦ в одну кабельную пару включаются два путевых приемника последовательно. Кроме того, для подключения путевых передающих уст­ройств АЛС последовательно с входами путевых приемников включается разделительный кон­денсатор емкостью 4 мкФ.

Построение входного фильтра путевого приемника позволяет ему выделить из совокуп­ности сигналов, поступающих из рельсовой линии, только свой рабочий сигнал. Поэтому последовательное включение путевых приемников в одну кабельную линию не сказывает­ся на возможности раздельной работы аппаратуры смежных ТРЦ.

В случае вступления на рельсовую цепь поезда или нарушения целостности рельсовой ли­нии уровень сигнала ТРЦ на входе соответствующего приемника снижается ниже порога отпускания, и он фиксирует занятость участка путем обесточивания путевого реле, включен­ного на выходе.