2.2.4. Понятие о первичных и вторичных параметрах рельсовой линии
Так как рельсовые цепи работают в различных условиях, то их расчет и анализ необходимо производить в трех основных режимах. Для расчета и анализа необходимо использовать различные параметры замещения реальных величин. Сред всех параметров выделяют первичные и вторичные. На рис. 2.27 приведена схема замещения рельсовой цепи, на которой указаны элементы замещения.
К первичными параметрам рельсовой цепи относятся электрическое сопротивление изоляции (rи) и электрическое сопротивление рельсов (zп). Электрическое сопротивление изоляции это сопротивление, оказываемое сигнальному току утечки от одной рельсовой нити к другой через шпалы и балласт. Под электрическим сопротивлением рельсов подразумевается электрическое сопротивление рельсовой петли (обеих рельсовых нитей), состоящее из электрического сопротивления рельсов и рельсовых стыков. Именно эти параметры определяют, какая часть энергии теряется при прохождении тока по рельсовым нитям.
Рис. 2.27. Схема рельсовой цепи
Суть расчета рельсовой цепи состоит в определении напряжения, которое нужно подать в линию с источника питания, чтобы на путевом приемнике при свободном состоянии рельсовой линии напряжение было достаточно для притягивания якоря реле, а при занятости контролируемого участка пути напряжение было меньше, чем напряжение отпадания якоря. Для расчета рельсовых линий существуют уравнения, связывающие напряжение и ток в начале (Uн, Iн) с током и напряжением в конце РЦ (Uк, Iк):
;
,
где
–
длина рельсовой линии;
–
коэффициент распространения волны;
–
волновое сопротивление;
–
сопротивление рельсовой петли;
–
сопротивление изоляции (балласта) между
рельсовыми нитями.
Для конкретного типа рельсовой цепи величины Uк и Iкявляются известными величинами. Нормативные параметры zпи rиопределяются расчетами и экспериментально с учетом типа применяемых рельсов и балласта. На основании этих параметров и приведенных формул рассчитываются требуемые напряжения и токи, которые необходимо установить в начале РЦ.
2.2.5. Особенности работы рельсовых цепей в зависимости от места применения
На электрифицированных участках рельсовые линии одновременно используются для пропуска сигнального и обратного тягового тока, поэтому питание рельсовых цепей на таких участках осуществляется переменным током частотой, отличающейся от частоты тягового тока.
Рельсовые цепи переменного тока применяют как на электрифицированных линиях, так и при автономной тяге, но только там, где гарантируется стабильное энергоснабжение. Наиболее широко используют рельсовые цепи с частотой сигнального тока 25 Гц. Для достижения защищенности РЦ от мешающего и опасного влияния тягового тока и его гармонического состава, сигнальная частота 50 Гц может быть использована только при автономной тяге и электротяге постоянного тока.
Сигнальная частота 25 Гц может быть использована при всех видах тяги, поскольку в тяговых энергосетях гармоник с этой частотой колебаний нет. В тяговой сети, выполненной по системе переменного тока, действует основная гармоника (частотой 50 Гц). Наиболее перспективным направлением можно считать использование в рельсовых нитях сигнального тока 25 Гц, получаемого от статического параметрического преобразователя ПЧ 50/25. На перегонах при электротяге переменного тока в настоящее время чаще всего применяется кодовая рельсовая цепь, которая получается благодаря числовому кодированию информации, число импульсов в кодовом цикле определяет характер передаваемой по рельсовой линии информации. При числовом кодировании в рельсовую линию подается импульсное питание с различным количеством импульсов в кодовом цикле.
Использование в РЦ низкой частоты позволяет увеличить предельную длину ее рельсовой линии. В настоящее время разработаны и внедряются рельсовые цепи тонального диапазона частот порядка 425...775 Гц с рельсовыми линиями укороченной длины (не более 1200 м) без изолирующих стыков.
Рельсовые цепи постоянного тока применяются на участках с автономной тягой, при отсутствии в рельсовых линиях помех от электрического транспорта железнодорожных электрифицированных линий, электросетей трамвайных и троллейбусных линий, а также блуждающих токов от других электросиловых систем. Основное их достоинство – возможность резервирования питания рельсовых цепей применением аккумуляторов и сохранение при этом работоспособности рельсовых цепей на время прекращения энергоснабжения от высоковольтной линии.
На станциях чаще всего применяются фазочувствительные рельсовые цепи. Двухэлементный приемник имеет два воспринимающих элемента: на один из них поступает рабочий сигнальный ток из рельсовой линии, а на другой (местный) подается напряжение непосредственно от источника. Сигнал, принимаемый путевым элементом, в зависимости от состояния рельсовой линии меняет как свою амплитуду, так и фазу. Сигнал местного элемента всегда неизменен по амплитуде и фазе вне зависимости от состояния рельсовой линии. Между сигналами, подаваемыми на путевой и местный элементы, должны быть определенные идеальные фазовые соотношения. Такой приемник реагирует на амплитуду и фазу сигнала, принимаемого из рельсовой линии. При отклонении фазы на некоторый угол от идеального или при уменьшении амплитуды ниже напряжения отпускания путевой приемник фиксирует занятость или неисправность рельсовой цепи.
Рельсовые цепи дают наибольшее количество отказов, которые приводят к частичному или полному отказу всей системы. Рельсовые линии являются самыми уязвимыми звеньями, в которых зарождаются не только защитные, но и опасные отказы с тяжелыми последствиями, угрожающими безопасности движения. Поэтому новые разработки в области рельсовых цепей главным образом направлены на повышение надежности. Для этого принимаются следующие меры:
используют РЦ без изолирующих стыков в рельсовых линиях с применением частотного принципа кодирования информации;
внедряют средства технической диагностики, способной выявлять предотказные состояния, дистанционно проверять шунтовую чувствительность РЦ, повреждения в рельсовых нитях и др.;
дублируют, а при необходимости троируют, стыковые соединители и стрелочные джемпера, а для изолирующих стыков используют высокопрочные полимерные компоненты;
укорачивают предельную (максимальную) длину рельсовых линий и тем самым повышают шунтовую чувствительность РЦ;
используют логический контроль направления перемещения подвижных единиц и временную защиту РЦ от кратковременной потери поездного шунта;
для контроля одного и того же участка пути (рельсовой линии) применяют несколько разнотипных рельсовых цепей, одна из которых (основная) контролирует всю рельсовую линию, а другие (вспомогательные) контролируют локальные участки этой рельсовой линии по ее концам.