Шунтовой эффект рельсовой цепи

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

2.7. Расчёт и анализ шунтового режима

Шунтовым режимом называется такое состояние рельсовой цепи, при котором ее приемник выдает дискретную информацию «зан­ято» при наложении в любой точке рельсовой линии поезд­ного шунта сопротивлением не ниже нормативного. Вследствие шун­тового эффекта приемник находится в исходном состоянии, соот­ветствующем отсутствию сигнала на его входе.

После определения минимального питающего напряжения, при котором РЦ функционирует в нормальном режиме, встаёт за­да­ча проверки РЦ на шунтовую чувствительность при критических зна­чениях независимых переменных Z_min, y_и = 0 (r_б = ∞).

Качество шунтового эффекта, то есть степень снижения сиг­на­­ла на входе путевого реле, определяется шунтовой чувстви­тель­но­­­стью РЦ – R_ш. Шунтовая чувствительность – это максимальное со­­противление, при включении которого между рельсами надежно от­­падает (при непрерывном питании) или надежно не при­тя­ги­ва­ет­ся (при импульсном и кодовом питании) якорь путевого реле. Ве­ли­­­чина шунтовой чувствительности в различных точках рельсовой це­­пи неодинакова и зависит от параметров рельсовой линии и эле­ме­н­­тов рельсовой цепи, поэтому для характеристики шунтового эф­­фекта введено понятие о предельной шунтовой чувстви­тель­но­сти.

Предельной шунтовой чувствительностью R_ш.пр называется ми­нимальное значение шунтовой чувствительности для данной рель­совой цепи, определенное расчетом или экспериментом при наи­более неблагоприятных для шунтового эффекта условиях.

Для определения степени надежности шунтового эффекта ис­пользуют нормативную шунтовую чувствительность R_ш.н, зна­че­ние которой установлено равной 0,06 Ом. Шунтовой эффект рель­со­вой цепи считается надежным, если выполняется условие R_ш.пр ≥ R_ш.н.

Наихудшими условиями шунтового режима являются такие, при которых увеличивается сигнал на входе приемника:

– максимальное напряжение источника питания;

– минимальное сопротивление рельсовых нитей;

– максимальное сопротивление изоляции рельсовых линий;

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

– максимальное сопротивление элементов согласующих устройств, включенных параллельно приемнику.

С целью проверки РЦ на шунтовую чувствительность пользуются следующими схемами замещения РЦ, отражающими процессы до (рис. 2.9) и после (рис. 2.10) наложения шунта.

Рис. 2.9. Схема замещения рельсовой цепи до наложения шунта

Рис. 2.10. Схема замещения рельсовой цепи после наложения шунта

Изменения в нормальном режиме Z_max → Z_min, y_и → 0 ведёт к возрастанию тока на конце линии I_к → ∞. Для новых значений z_р и y_и по формулам (2.10) находят А_∞, В_∞, С_∞, D_∞. Используя их в (2.8) и (2.9), определяют I_к∞. При наложении шунта этот ток должен снизиться до I_к.ш > I_н.от, т.е. тока надёжного отпадания якоря путевого реле. Таким образом, реакцию цепи на появление шунта можно выразить через коэффициент снижения тока на путевом реле:

f_ш = илиf_ш = , (2.21)

где Z_по.ш и Z_по.∞ вычисляют по формуле (2.20) и после подстановки их значений в (2.21) получают:

|f_ш| = , (2.22)

где k = – комплексный коэффициент отношения эквивалентного сопротивления цепи относительно точек наложения шунта (а, б) к сопротивлению шунта;

δ – аргумент комплекса Z_эох.

|Z_эох| = , (2.23)

где р = – вещественный безразмерный коэффициент.

Решая (2.22) относительно R_шх, окончательно получим:

R_шх = . (2.24)

Полученную шунтовую чувствительность R_ш.х необходимо сравнить с нормативной R_ш.н = 0,06 Ом. Если R_ш.х ≥ R_ш.н, то шунтовая чувствительность РЦ считается достаточной.

Шунтовую чувствительность РЦ постоянного тока определяют по формулам (2.23), (2.24) после замены всех комплексных сопротивлений омическими и при δ=0.

Из (2.23), (2.24) видно, что шунтовая чувствительность является функцией параметра р, т.е. места расположения шунта на РЦ. Исследование этой функции показывает, что графически её можно представить в виде параболы с вертикальной осью и максимумом посредине. Следовательно, наименьшая шунтовая чувствительность будет по концам РЦ. Отсюда следует, что расчёт нужно вести только для релейного конца (р = 0) и питающего (р = 1). Если же Z ’ _вхн = Z_вхнк, то для одного из них подстановкой соответствующих значений р в (2.23) можно получить частные значения R_шп и R_шр.

Источник