Раздел 2. Рельсовые цепи общие сведения
8.1. Назначение и принцип действия рц.
Рельсовой цепью называется электрическая цепь, проводниками которой служат рельсовые нити пути.
Рельсовые цепи являются основным элементом всех устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: автоблокировки, автоматической локомотивной сигнализации, электрической централизации стрелок и сигналов, диспетчерского контроля движения поездов, автоматической переездной сигнализации и ряда других систем.
Рельсовые цепи выполняют разнообразные и ответственные функции:
автоматически непрерывно контролируют состояние (свободность-занятость) путевых участков на перегонах и станциях и целостность рельсовых нитей, исключая возможность приема поезда на занятый путь,
не позволяют перевести стрелку под составом,
обеспечивают индикацию контроля свободности или занятости путей и стрелок на аппарате управления;
с их помощью передаются кодовые сигналы на локомотив для действия устройств автоматической локомотивной сигнализации;
в системах переездной сигнализации они обеспечивают автоматический контроль приближения поездов к переездам.
Рельсовые цепи являются основой всех разрабатываемых систем автоматического управления и контроля движения поездов на железнодорожном транспорте, в значительной мере повышая безопасность движения поездов.
Рельсовые цепи впервые были применены в 1872 г. в США, и вот уже в течение более 140 лет продолжается их внедрение на железнодорожном транспорте различных стран. Многочисленные попытки заменить рельсовые цепи более совершенными средствами до настоящего времени не дали ожидаемых результатов.
Трудно или практически невозможно получить в других устройствах такие замечательные свойства рельсовых цепей, как:
надежное и практически безошибочное фиксирование свободности и занятости путевых участков подвижным составом,
автоматический контроль целостности рельсовых нитей;
непрерывная непосредственная связь между поездами и состоянием пути
Вместе с тем рельсовые цепи имеют ряд недостатков, снижающих их эксплуатационно-техническую эффективность:
зависимость их работы от состояния верхнего строения пути (балласта, шпал, рельсов, соединителей и других элементов),
климатических условий (наиболее неблагоприятны районы с суровым климатом, а также районы, в которых наблюдаются значительные колебания температуры и влажности);
ухудшение шунтового эффекта при загрязненности поверхности рельсов и колесных пар;
значительные затраты труда и средств на техническое обслуживание и ряд других недостатков.
Поэтому создание новых и совершенствование существующих рельсовых цепей совмещаются с научными исследованиями и разработке устройств, которые могли бы заменить рельсовые цепи.
Как всякая электрическая рельсовая цепь, простейшая рельсовая цепь постоянного тока с непрерывным питанием (рис. 8.1) имеет источник питания, в данном случае путевой выпрямитель ВАК-14 (выпрямитель аккумуляторный), работающий в буферном режиме с аккумулятором АБН-72 (автоблокировочный с намазными пластинами на номинальную емкость 72 А·ч). Источник питания подключают к рельсовым нитям через ограничитель тока— регулируемый резистор Ro. На другом конце цепи к рельсовым нитям подключен путевой приемник — нейтральное путевое реле П. Смежные рельсовые цепи разделяются одна от другой изолирующими стыками ИС. При свободности цепи через обмотку путевого реле протекает ток; якорь реле притянут, а его общие и фронтовые контакты замкнуты. Эти контакты используются в цепях управления и контроля (автоблокировки, электрической централизации, переездной сигнализации и в других устройствах).
Рис. 8.1. Схема рельсовой цепи постоянного тока
При вступлении на рельсовую цепь подвижного состава увеличивается ток источника питания за счет замыкания его через колесные пары, имеющие низкое электрическое сопротивление. Возрастание тока вызывает увеличение падения напряжения на ограничителе (при нахождении поезда на питающем конце практически все напряжение источника падает на резисторе Ro); резко уменьшается падение напряжения на обмотке путевого реле, оно отпускает якорь, замыкаются тыловые контакты реле, контролируется занятость рельсовой цепи.
Снижение тока (напряжения) в обмотках реле под действием колесных пар называется шунтовым эффектом, а колесные пары в данном случае называются поездным шунтом.
В электрическое сопротивление поездного шунта входит сопротивление самих колесных пар и переходное сопротивление между бандажами колес и рельсами. Для железных дорог России нормативное значение сопротивления поездного шунта принято 0,06 Ом. Такое сопротивление может иметь одна колесная пара у легкой подвижной единицы вместе с переходным сопротивлением между бандажами и чистыми головками рельсов.
Шунтовой эффект в рельсовой цепи в значительной мере обеспечивается ограничивающим резистором Rо. При его отсутствии в случае большой мощности источника питания под воздействием поездного шунта произошло бы лишь возрастание тока источника, а напряжение на рельсах (значит, и на зажимах путевого реле) практически не изменилось бы, и реле могло остаться возбужденным. Таким образом, основным назначением ограничителя является обеспечение шунтового эффекта рельсовой цепи. Одновременно он снижает ток при нахождении поезда на питающем конце, защищая источник от разрушения. В рельсовых цепях постоянного тока ограничитель используют, кроме того, для регулировки рельсовой цепи. Наличие ограничителя является обязательным. В рельсовых цепях переменного тока в качестве ограничителя можно применять реактор (индуктивное сопротивление) или конденсатор (емкостное сопротивление).
Путевое реле фиксирует не только занятость рельсовой цепи ее подвижным составом, но и целостность рельсовых нитей пути. В случае полного излома рельса нарушается цепь питания путевого реле, оно отпускает якорь, фиксируя неисправность рельсовой нити.
Свойство рельсовой цепи контролировать исправность рельсовых нитей называется чувствительностью к излому (повреждению) рельса.
Основные требования к рельсовым цепям и порядок их работы определены Правилами технической эксплуатации железных дорог России (ПТЭ) при изложении требований к устройствам автоблокировки, электрической централизации и другим системам, в которых применяются рельсовые цепи.
При автоблокировке все светофоры должны автоматически закрываться с входом поезда на ограждаемые ими блок-участки, а также в случае нарушения целости рельсовых цепей этих участков.
На станциях, расположенных на линиях, оборудованных автоматической или полуавтоматической блокировкой, с помощью рельсовых цепей должна исключаться возможность открытия сигнала при установке маршрута на занятый путь и обеспечиваться контроль занятости путей и стрелочных секций на аппарате управления.
На станциях с электрической централизацией рельсовые цепи, кроме того, исключают возможность перевода стрелки под подвижным составом.
В системе автоматической переездной сигнализации, в том числе и при автоматических шлагбаумах, с помощью рельсовых цепей обеспечивается подача сигнала остановки в сторону автомобильной дороги, а в системе автоматической оповестительной сигнализации — сигнала оповещения о приближении поезда за время, необходимое для заблаговременного освобождения переезда транспортными средствами до подхода поезда к переезду.
Автоматические шлагбаумы остаются в закрытом положении, а автоматическая сигнализация продолжает действовать до полного освобождения переезда поездом, что фиксируется с помощью рельсовых цепей.
Вопросы для самоконтроля по пункту: Назначение и принцип действия рельсовых цепей
1) Что представляет собой рельсовая цепь?
2) Для чего нужны рельсовые цепи?
3) Преимущества и недостатки рельсовых цепей.
4) Работа простейшей рельсовой цепи постоянного тока с непрерывным питанием (рис. 8.1).
–Элементы схемы, их назначение.
–Работа схемы в различных режимах (поезда нет, поезд есть, излом рельса)
Рис. 3 2 Схемы, поясняющие работу рельсовой цепи в нормальном (а), шунтовом (б)
Источник
1.2.Устройство и принцип действия рельсовых цепей
1.2.1.Назначение рельсовых цепей и их классификация
Рельсовой цепью называется путевой датчик состояния железнодорожного пути, воспринимающим элементом которого является рельсовая линия (РЛ).
Основным назначением РЦ является автоматическая, непрерывная выдача информации о состоянии РЛ в пределах контролируемого участка пути: свободность РЛ участка пути и исправность рельсов; занятость РЛ участка пути подвижным составом (поездом) или нарушение ее электрической целостности. Эта информация, поступающая от ряда РЦ, позволяет проконтролировать местонахождение поездов при их движении и оценить расстояние между поездом и препятствием [1].
Рельсовая цепь (рис. 1.1) состоит из питающего конца, на котором подключена аппаратура, предназначенная для питания РЦ сигнальным током, самой рельсовой линии, используемой для передачи электрического тока от источника питания к приемнику, и приемного конца, где подключена аппаратура, необходимая для работы приемника (путевого реле).
– передающий (питающий), 
– приемный (релейный) концы РЦ
СЭпт и СЭпп – согласующие элементы передающего и приемного концов РЦ
Рисунок 1.1 – Рельсовая цепь
Рельсовая линия включает в себя рельсовые нити пути, составленные из рельсовых звеньев. Рельсовые звенья могут быть сварены на стыках в плети, а при отсутствии сварки – соединены стыковыми соединителями. Рельсовые линии смежных РЦ изолируют друг от друга изолирующими стыками (ИС). В случае использования бесстыкового пути линии смежных РЦ не изолируют.
В качестве приемников могут использоваться путевые электромагнитные реле или бесконтактные устройства, а передатчиков – путевые генераторы или трансформаторы.
Различают три режима работы РЦ: нормальный, шунтовой и контрольный.
В нормальном режиме, когда путь в пределах РЦ не занят подвижным составом, а элементы РЦ исправны, электрический ток от передатчика ПТ через ограничитель Rо и согласующий элемент СЭпт передающего конца РЦ поступает в рельсовую линию. Проходя через РЛ и контролируя ее целостность, этот ток попадает на приемный конец РЦ и далее, через согласующий элемент СЭпп поступает на путевой приемник (электромагнитное реле). Ток, передаваемый в рельсовую линию для контроля ее состояния, называется сигнальным током РЦ. При прохождении сигнального тока по обмотке путевого реле его якорь притягивается к сердечнику электромагнита, при этом замыкаются фронтовые (Ф) контакты реле, по состоянию которых осуществляется контроль свободности путевого участка, т.е. приемник реализует выходную логическую функцию fп = 1 («Свободно»), что также означает и исправность всех составляющих элементов РЦ, включая и рельсовые нити.
В шунтовом режиме, когда на путь в пределах РЦ вступает подвижной состав, образуется дополнительная электрическая цепь, в которой сигнальный ток от передатчика ПТ протекает через колесные пары поезда, при этом РЦ шунтируется, поскольку параллельно путевому приемнику подключается шунт – колесные пары поезда с очень малым электрическим сопротивлением (0,06 Ом).
Основная часть сигнального тока протекает через колесные пары, поэтому ток в путевом реле резко падает, что вызывает размыкание фронтовых (Ф) контактов путевого реле, т.е. приемник реализует выходную логическую функцию fп = 0 («Занято»).
Снижение напряжения (тока) в обмотке путевого реле под действием колесных пар называется шунтовым эффектом, а колесные пары – поездным шунтом.
Путевое реле также отпускает свой якорь (размыкает фронтовые контакты) не только при занятии (шунтировании) РЦ, но и в случае повреждения рельсовых нитей, когда нарушается электрическая целостность цепи питания путевого реле.
Свойство РЦ контролировать исправность рельсовых нитей называется чувствительностью к излому (повреждению) или изъятию рельса.
РЦ проектируют и обслуживают таким образом, чтобы при разрыве рельсовой нити и образовавшихся в этом случае обходных путях сигнального тока через балласт, уровень тока в путевом приемнике снижался до такого значения, при котором фиксируется занятость РЦ (fп = 0). Такой режим работы РЦ называется контрольным.
В РЦ должно контролироваться возникновение электрического замыкания в изолирующих стыках («сход стыков»): при появлении такого замыкания путевой приемник должен давать информацию эквивалентную занятости РЦ (fп = 0). Если РЦ выполняют также функции телемеханических каналов связи, то искажения электрических сигналов, несущих информацию, не должны быть выше установленных норм.
Таким образом, РЦ представляет собой датчик, обеспечивающий получение информации о трех состояниях участка пути: участок пути свободен, рельсы исправны (fп = 1); участок пути занят подвижной единицей (fп = 0); рельсовая нить участка пути оборвана (fп = 0).
Стремление надежно обеспечить безопасность движения поездов в конкретных условиях эксплуатации при наиболее простых технических решениях привело к созданию многообразия видов рельсовых цепей, классифицируемых по следующим основным признакам.
По роду сигнального тока, формируемого передатчиком, РЦ бывают постоянного и переменного тока. Как правило, РЦ постоянного тока применяют на неэлектрифицированных участках, где отсутствует попадание в рельсы тока помех от посторонних источников. На участках с электрической тягой по рельсовым нитям протекает обратный тяговый ток, способный влиять на работы путевых приемников. На этих участках применяют РЦ переменного тока.
По принципу действия РЦ бывают нормально замкнутыми, т.е. при свободности рельсовой линии путевое реле постоянно обтекается сигнальным током, и нормально разомкнутыми. Примером нормально разомкнутых являются горочные РЦ.
По способу изоляции смежных РЦ различают РЦ, ограниченные изолирующими стыками, и бесстыковые рельсовые цепи (БРЦ).
По способу пропуска обратного тягового тока РЦ разделяются на однониточные и двухниточные. В однониточных РЦ тяговый ток пропускается по одной рельсовой нити, так называемой, тяговой нити. Второй рельс пути называется сигнальной нитью. Однониточные РЦ обеспечивают контроль целостности только сигнальной нити и не контролируют целостность тяговой, поскольку тяговые нити соседних путей соединены междупутной перемычкой. В двухниточных РЦ тяговый ток пропускается по обеим рельсовым нитям. При ограничении такой РЦ изолирующими стыками для пропуска тягового тока в обход ИС используются путевые дроссель-трансформаторы.
По месту размещения аппаратуры рельсовые цепи различаются на РЦ с централизованным размещением аппаратуры в релейных помещениях станций и РЦ с размещением аппаратуры на перегоне (в тоннеле) в релейных шкафах (децентрализованный вариант размещения).
По характеру подачи сигнального тока РЦ выполняют с непрерывным и импульсным питанием как постоянного, так и переменного тока.
По способу контроля замыкания ИС различают РЦ с нейтральными, поляризованными, фазочувствительными и частотными приемниками, а также с отключением приемных устройств во время передачи тока в соседнюю РЦ.
К особым видам рельсовых цепей следует отнести разветвленные РЦ на станциях, горочные РЦ, РЦ контроля свободности перегона и участков приближения к переездам и станциям.
Источник