1 Класичні рейкові кола

1.1 Вибір та характеристика рейкового кола

В курсовій роботі необхідно виконати вибір, розрахунок та аналіз роботи рейкового кола. Вибір рейкового кола залежить від критеріїв вибору, таких як: рід тяги поїздів, частота сигнального струму та тип колійного приймача.

Для вибору РК необхідно користуватись слідуючими вихідними даними:

1. Рід тяги поїздів на ділянці залізниці – електротяга змінного струму;

2. Частота сигнального струму – 25 Гц;

3. Тип колійного приймача – ФЧП.

З урахуванням цих критеріїв здійснюємо вибір рейкового кола [1]. Принципова схема станційного фазочутливого РК 25 Гц зображена на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 – Принципова схема класичного рейкового кола

Станційні фазочутливі РК змінного струму 25 Гц застосовують з дросель-трансформаторами типу ДТ-1-150 і колійними реле ДСШ-13 на станціях дільниць залізних доріг з електротягою змінного струму 50 Гц, пристроями ЕЦ, кодовою АБ і АЛСН змінного струму 25 Гц. До затискачів колійного елемента (ПЕ) реле ДСШ-13 підключений фільтр типу ЗБ-ДСШ. Всі станційні РК живляться з поста ЕЦ від загального для всіх приладів ЕЦ силового трансформатора типу ОМ або ТС через перетворювачі частоти типу ПЧ 50/25. Двониткові РК з двома ДТ-1-150, накладанням кодових сигналів АЛСН застосовують на головних коліях станції. Даний тип РК має високу перешкодозахищеність при замиканні ізостиків за рахунок використання фазочутливого реле типу ДСШ – 13. Максимальна довжина РК з двома ДТ становить 1200м.

1.1.2 Описання схеми рейкового кола

Таблиця 1.1 – Найменування, типи приладів та їхні позначення

Найменування приладу	Позначення в схемі	Тип	Кількість приладів у схемі
Колійний приймач	П	ДСШ-13	1
Дросель-трансформатор	ДТ	ДТ-1-150	2
Живлячий трансформатор	ПТ	ПРТ-А	1
Релейний трансформатор	ИТ	ПРТ-А	1
Кодовий трансформатор	КТ	ПТ-25А	1

Продовження таблиці 1.1

Захисний блок	ЗБ	ЗБ-ДСШ	1
Живлячий резистор	Rп	7156 (2,2 Ом, 10 А)	1
Резистор іскрогасного контуру	Rи	ПЭ25 (47 Ом)	1
Кодовий резистор	Rк	7156 (200 Ом, 150 Вт)	1
Конденсатор іскрогасного контуру	Си	КБ1×2	1
Автоматичний вимикач	АВМ-1	АВМ-1 (5 А)	2
Запобіжник	Пр	20871 (2 А)	4

Живлення рейкового кола здійснюється від колійного трансформатора ПТ. Резистор Rп разом із з’єднувальними проводами виконує роль обмежувача для забезпечення шунтового режиму. ДТ передають сигнальний струм від ПТ в рейкову лінію, і з рейкової лінії на ИТ. Для захисту колійного реле від завад тягового струму встановлюється захисний блок ЗБ-ДСШ. Який складається з котушки і набору конденсаторів і представляє собою коливальний контур настроєний на резонанс на частоті 50 Гц. Колійне реле П встановлюється типу ДСШ-13. Кодування рейкового кола з релейного кінця здійснюється від трансформатора КТ через обмежуючий резистор Rк. Рейкове коло забезпечує накладання кодів АЛСН з релейного та живлячого кінців. Коло з R та C представляє іскрогасний контур, який захищає контакт трансмітерного реле. З релейного боку РК кодується контактом Т1, який подає живлення у рейкову лінію від кодового трансформатора КТ. З живлющого боку – контактом Т.

Коротке замикання ізолюючих стиків між суміжними станційними рейковими колами контролюється чергуванням миттєвих полярностей на стиках цих рейкових кіл, що досягається протилежним включенням вторинних обмоток колійних трансформаторів.

В нормальному режимі сигнальний струм від джерела живлення (трансформатор ПТ) через пристрій узгодження початку (Rп) дросель-трансформатор ДТ живлячого кінця, рейкову лінію, дросель-трансформатор ДТ релейного кінця живить колійний елемент колійного приймача, який сигналізує про вільність контрольованої ділянки.

В режимі АЛС здійснюється накладання кодів АЛСН з живлячого кінця через трансформатор ПТ, або з релейного кінця через трансформатор КТ. Під час подачі кодових сигналів з релейного кінця, колійний приймач відключено від рейкової лінії контактом реле Т1.

При знаходженні колісної пари на живлячому кінці, рейкове коло працює в режимі короткого замикання. В цьому режимі сигнальний струм протікає від джерела живлення (трансформатор ПТ) через пристрій узгодження початку (Rп) дросель-трансформатор ДТ живлячого кінця, та опір шунта колісної пари, оминаючи колійний приймач, що призводить до сигналізації зайнятості контрольованої ділянки.

Струм спрацювання реле ДСШ – 13 складає 0.037 А, напруга спрацювання 15 В, напруга обезточення не менш 7 В, струм обезточення не менш 0.016 А, напруга перевантаження 60 В, коефіцієнт надійного повернення 0.41.

1.1.3 Розрахункова потужність

Виходячи із таблиці [1] вибране рейкове коло довжиною 1025 м. споживає наступні розрахункові потужності

- Рсв=13 Вт;

- Qсв.= 16(Вар);

- Sсв.= 21 (В*А);

- Рзан.= 28 (Вт);

- Qзан. = 14 (Вар);

- Sзан = 31 (В*А);

- Ірпт. = 0,14 А.

1.1.3 Регулювання рейкового кола

Рейкові кола регулюють зміною напруги на вторинній обмотці ПТ згідно таблиці [1] 6.3.

Напруга приведена в таблиці 6.3, на колійному реле і рейках релейного кінця забезпечують роботу рейкового кола в нормальному і шунтовому режимах, а також в режимі АЛСН (при накладанні кодових сигналів АЛСН з живлячого кінця) при опорі ізоляції не менше 1 Ом*км і напрузі на місцевому елементі реле типу ДСШ-13 не менше 110 В, а на первинній обмотці колійного елемента-220В.

При накладанні кодових сигналів АЛСН з релейного кінця кодовий струм регулюють змінною напруги на вторинній обмотці КТ згідно таблиці [1] 6.4.

Мінімальний струм АЛСН на вхідному кінці рейкового кола при мокрому баласті повинен бути 1.4 А.

1.2 Складання схеми заміщення та розробка алгоритмів розрахунку режимів функціонування.

1.2.1 Характеристика нормального режиму

1.2.1.1 Характеристика функціонування рейкового кола в нормальному режимі

Розрахунок електричних приладів і пристроїв, здійснюється по електричним схемам, які їх заміщують. Схеми заміщення відображають роботу конкретного приладу або пристрою. За допомогою схем заміщення РК розраховується в нормальному, шунтовому, контрольному, АЛС та КЗ режимах. Для кожного з режимів використовується окрема схема заміщення. В якості загальної розрахункової схеми заміщення для любих типів нерозгалужених РК використовують каскадну схему, яка складається з трьох чотириполюсників: П – початку, з усією проміжною й захисною апаратурою живлячого кінця (ДТ, узгоджувальні трансформатори, компенсуючи конденсатори, захисні резистори й фільтри, обмежувачі та інше); РЛ – рейкової лінії; К – кінця, в нього входить вся захисна й проміжна апаратура релейного кінця (ДТ, узгоджуючи та ізолюючі трансформатори, захисні фільтри та резистори колійний приймач).

Нормальний режим – це стан вільного та справного РК, при якому колійний приймач надійно замикає фронтові контакти при найгірших умовах, а саме: напруга живлення мінімальна; опір ізоляції мінімальний; опір рейкових ниток максимальний; опір елементів ввімкнених послідовно максимальний; опор елементів ввімкнених паралельно мінімальний. Критерієм оцінки нормального режиму є коефіцієнт перегрузки, який визначається як співвідношення фактичного струму на реле до номінального.

При розрахунку РК в нормальному режимі потрібно визначити мінімальну напругу джерела живлення. Відомі первинні параметри рейкової лінії: опір ізоляції РЛ Rіmin та питомий опір рейок Z. Використовуючи первинні параметри визначаємо вторинні параметри: коефіцієнт поширення γ та хвильовий опір Zв. Далі розраховуємо третинні коефіцієнти (А-параметри) рейкової лінії для нормального режиму. Вони будуть змінюватись в залежності від режиму. Параметри чотирьохполюсників Н і К постійні і не залежать від режимів роботи рейкового кола.

1.2.1.2 Складання схеми заміщення рейкового кола в нормальному режимі

Складемо схему заміщення для розрахунку р.к. в нормальному режимі. Виходячи з принципової схеми р.к. (рисунок 1.1), складаємо окремо чотириполюсники початку (ЧП Н), рейкової лінії (ЧП РЛ) та кінця (ЧП К) рейкового кола, які об’єднуємо в узагальнений чотириполюсник (УЧП) рейкового кола у нормальному режимі .

Рисунок 1.2 – Схема заміщення РК для нормального режиму

1.2.1.3 Розробка алгоритму розрахунку у нормальному режимі

Для того щоб приступити до розрахунків РК потрібно проаналізувати етапи, з яких буде складатись розрахунок, і скласти алгоритми розрахунку рейкового кола для всіх режимів роботи.

Для кожного режиму роботи необхідно розрахувати критерії оцінки та проаналізувати їх залежність від зміни параметрів рейкового кола.

Початок розрахунків РК складається з розрахунків третинних параметрів апаратури, включеної до схем заміщення, а також третинних параметрів чотириполюсників початку і кінця рейкового кола.

Далі розрахунок проводиться за наступним алгоритмом:

Нормальний режим:

1. Визначення вторинних параметрів рейкової лінії в НР;

2. Визначення третинних параметрів рейкової лінії в Нр;

3. Знаходження напруг і струмів на початку та в кінці РЛ;

4. Визначення мінімальної напруги та струму джерела живлення;

5. Врахування коефіцієнтів розладу та нестабільності мережі;

6. Вибір реальної напруги джерела живлення з урахуванням коефіцієнта градації;

7. Визначення опору передачі загальної схеми заміщення в НР та опорів навантажень по кінцям РЛ;

Розрахунок критерію оцінки

Рисунок 1.3 – Алгоритм розрахунку РК в нормальному режимі

1.2.2 Характеристика шунтового режиму

1.2.2.1 Характеристика функціонування рейкового кола в шунтовому режимі

Шунтовий режим – це такий стан РК, при якому його приймач надійно замикає свої тилові контакти при найгірших умовах, а саме: напруга живлення максимальна; опір ізоляції максимальний; опор рейкових ниток мінімальний; опор елементів ввімкнених послідовно мінімальний; опор елементів ввімкнених паралельно максимальний; місце накладення шунта - критичне.

Розрахунок проводять так, як і для нормального режиму, послідовним обчисленням напруги і струму на вході кожного ЧП каскадної схеми заміщення РК. Розраховую коефіцієнти ЧП, що заміщують РЛ при накладанні нормативного шунта опором Rшн на відстані Х від релейного кінця. Далі визначаємо допустимі напруги в шунтовому режимі на релейному та живильному кінцях РК.

1.2.2.2 Складання схеми заміщення рейкового кола в шунтовому режимі

Складемо схему заміщення р.к. в шунтовому режимі (рисунок 1.3). В схему заміщення р.к. в шунтовому режимі вноситься аналог поперечного опору нормативного поїзного шунта Rшн.

Рисунок 1.3 – Схема заміщення РК для шунтового режиму

В шунтовому режимі рух поїзного шунта (колісної пари) здійснюється з боку релейного кінця у напрямі живлячого.

1.2.2.3 Розробка алгоритму розрахунку у шунтовому режимі

Шунтовий режим:

1. Визначення третинних параметрів рейкової лінії в ШР;

2. Визначення опору передачі загальної схеми заміщення в ШР;

3. Визначення задовільного значення напруги джерела живлення в ШР;

4. Визначення критерію оцінки ШР.

Рисунок 1.4 – Алгоритм розрахунку РК в шунтовому режимі

1.2.3 Характеристика контрольного режиму

1.2.3.1 Характеристика функціонування рейкового кола в контрольному режимі

Контрольним режимом називається такий стан рк, при якому колійний приймач передає дискретну інформацію, еквівалентну «зайнято», при повному електричному розриві нитки в будь-якій точці рейкової лінії.

1.2.3.2 Складання схеми заміщення рейкового кола в шунтовому режимі.

Схема заміщення рейкового кола в контрольному режимі наведена на рисунку 1.5. Вона відрізняється від схеми заміщення рейкового кола в нормальному режимі наявністю ушкодження рейкової нитки в чотириполюснику рейкової лінії.

Контрольний режим слід розрахувати при критичному опорі ізоляції Riкр та критичній відстані Хкр до кінця РЛ до місця пошкодження рейки.

Рисунок 1.5 – Схема заміщення РК для контрольного режиму

1.2.3.3 Розробка алгоритму розрахунку в контрольному режимі

Контрольний режим:

1. Визначення вторинних параметрів рейкової лінії в КР;

2. Визначення третинних параметрів рейкової лінії в КР;

3. Визначення опору передачі загальної схеми заміщення в КР та опорів навантажень по кінцям РЛ;

4. Визначення мінімального приведеного опору передачі в КР та його максимального значення в НР;

5. Визначення максимально припустимого значення напруги джерела живлення в КР;

6. Визначення критерію оцінки КР.

Рисунок 1.6 – Алгоритм розрахунку РК в контрольному режимі

1.2.4 Характеристика режиму короткого замикання

1.2.4.1 Характеристика функціонування рейкового кола в режимі короткого замикання.

Режимом короткого замикання називається режим роботи генератора сигналу при розташуванні нормативного поїзного на початку рейкової лінії, тобто в точці підключення до неї генератора. До критеріїв режиму К.З відносяться струм Ікз та потужність Sкз генератора. Звичайно струм і потужність режиму К.З. перевищують струм і потужність його при нормальному режимі. Режим К.З. розраховується при критичних співвідношеннях основних параметрів, тому Rшн=0,а х=1.

1.2.4.2 Складання схеми заміщення рейкового кола в режимі короткого замикання.

Схема заміщення рейкового кола в режимі короткого замикання наведена на рисунку 1.7. До критеріїв роботи режиму КЗ ідносять струм Ікз та потужність Sкз генератора. Звичайно струм та потужність режиму КЗ еревищують струм та потужність його при нормальному режимі. Режим КЗ озраховують при критичних сполученнях основних параметрів. В ній наявний тільки чотириполюсник початку, до виходу якого підключено нормативний шунт R_ШН.

Рисунок 1.7 – Схема заміщення РК для режиму КЗ

1.2.4.3 Розробка алгоритму розрахунку в режимі К.З.

Режим короткого замикання:

1. Розрахунок вхідного опору чотириполюсника загальної схеми заміщення в режимі КЗ;

2. Визначення струму та потужності споживаної РК в режимі КЗ.

Рисунок 1.8 – Алгоритм розрахунку РК в режимі КЗ

1.2.5 Характеристика режиму АЛС.

1.2.5.1 Характеристика функціонування рейкового кола в режимі АЛС.

Режимом АЛС називається такий стан справного зайнятого РК, при якому в рейковій петлі створюється рівень кодового сигналу, достатнього для надійної дії локомотивного приймача, розташованого на віддаленому від генератора АЛС кінці рейкової лінії.

1.2.5.2 Складання схеми заміщення рейкового кола в режимі АЛС.

Схема заміщення рейкового кола в режимі АЛС наведена на рисунку 1.9. Нормативний струм повинен забезпечуватися вже при вступі рухомої одиниці на початок рейкового кола. Мінімальну напругу та струм кодового трансформатора можна розрахувати так, як і в нормальному режимі. До чотириполюсника РЛ підключено опір шунта.

Рисунок 1.9 – Схема заміщення РК для режиму АЛС

1.2.4.3 Розробка алгоритму розрахунку в режимі К.З

Режим АЛС:

1. Визначення опору передачі чотириполюсника загальної схеми заміщення в режимі АЛС;

2. Визначення фактичного струму в режимі АЛС;

3. Визначення критерію оцінки режиму АЛС.

Рисунок 1.10 – Алгоритм розрахунку РК в режимі АЛС

1.3 розрахунок режимів роботи РК

Вихідні данні для розрахунку:

Розрахуємо А - параметри дросель трансформаторів 2Д-1-150 (n=3):

- на живлячому кінці :

- на релейному кінці :

Розрахуємо А - параметри ізолюючих трансформаторів ІТ

- на живлячому кінці :

- на релейному кінці :

Розрахунок рейкового кола

Визначаємо коефіцієнти чотириполюсника К з матричного рівняння

Розрахунок нормального режиму

Еквівалентний опір ізоляції РК і заземлень контактних опор

Коефіцієнт розповсюдження

Хвильовий опір

Коефіцієнти чотириполюсника РК для нормального режиму

Напруга і струм на кінці РК

Напруга і струм на початку РК

Мінімальне значення напруги і струму перетворювача частоти

Номінальне значення напруги і струму перетворювача частоти

Фактичне значення напруги з урахуванням градації джерела живлення

Оскільки ПЧ50/25 має градації напруги від 10 до 175 В через 5 В, то отриймаємо найближчу більшу напругу:

Коефіцієнт градації, що враховує наявність напруги, ближчої до U

Прямий коефіцієнт зниження струму в чотириполюснику початку

Обернений коефіцієнт зниження струму в чотириполюснику початку

Обернений вхідний опір чотириполюсника початку з урахуванням параметра, що змінюється.

Прямий вхідний опір чотириполюсника К

Опір передачі загальної схеми заміщення

Коефіцієнт перевантаження реле

Рисунок 1.6- Залежність коефіцієнта перевантаження реле від опору ізоляції

Рисунок 1.7- Залежність коефіцієнта перевантаження реле від

обмежуючого резистора Rn

Прямий вхідний опір РК

Еквівалентне значення ЕРС чотириполюсника початку

Фактичне значення напруги і струму на початку РЛ