Рельсовые цепи

Лабораторная  работа №2

Изучение  рельсовых цепей систем ж.д. АТС 

Цель  работы: Изучить рельсовые цепи различного типа. Получить навыки построения простых рельсовых цепей. 

1. Рельсовая цепь. Общие сведения. Режимы работы рельсовых цепей

 

     Рельсовой цепью называется электрическая цепь, в которой в качестве проводников тока используются ходовые рельсовые нити железнодорожного пути. Основное назначение рельсовых цепей (р.ц.) состоит в автоматическом контроле состояния участков пути: заняты они подвижным составом или свободны и исправны. Кроме того, р.ц. выполняют функции контроля целости рельсовых нитей и в ряде систем автоблокировки служат каналами связи между проходными светофорами. В простейшем виде р.ц. состоит из следующих основных элементов: рельсовой линии 11, ограниченной с обоих сторон изолирующими стыками 9 для разделения электрических сигналов смежных р.ц.; устройств питания – аккумулятора 3 и выпрямителя 2, размещенных в батарейном шкафу 1; аппаратуры релейного конца, содержащей приемник – путевое реле 16, расположенное в релейном шкафу 15. Аппаратура питающего и релейного концов в релейных шкафах соединяется с кабельными стойками 7, 13 и далее стальными тросами 8, 12 с рельсовыми нитями.

Рис. 1 Обобщенная схема рельсовой цепи

     Рельсовые цепи работают в следующих режимах: 

1. нормальный  режим (рис. 2, а) – рельсовая цепь свободна от подвижного состава, путевое  реле находится под током, якорь  реле притягивается к сердечнику или работает в импульсном режиме;
2. шунтовой режим (рис. 2, б) – рельсовая цепь занята подвижным составом или на рельсовую цепь наложен шунт, путевое реле обесточено (якорь реле опущен);
3. режим автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН) – создается при вступлении поезда на входной конец р.ц. В этом режиме ток в рельсах под приемными катушками локомотива должен быть не менее расчетного в зависимости от вида тяги. При этом режиме информация о состоянии впереди лежащих блок-участков на перегоне или состоянии приемо-отправочных путей на станции передается на локомотив.
4. контрольный режим (рис. 2, в) – проверяется целостность рельсовых нитей. При неблагоприятных условиях (излом рельса и т.д.) путевое реле обесточивается.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2 Работа рельсовой цепи в нормальном (а), шунтовом (б) и контрольном (в) режимах 

     При свободном состоянии участка пути ток аккумуляторной батареи протекает по рельсовой линии и замыкается через обмотку путевого реле П. Реле возбуждено и его общие и фронтовые контакты замкнуты, что говорит о свободности и исправности участка рельсовой цепи, ограниченного изолирующими стыками. Когда подвижной состав вступает на рельсовую цепь, рельсовые нити закорачиваются через малое сопротивление скатов подвижного состава (норматив 0,06 Ом), что снижает ток в обмотках путевого реле до значения , последнее отпускает якорь и замыкаются его общий и тыловой контакт. Снижение тока в обмотках реле под действием колесных пар подвижного состава называют шунтовым эффектом.

     Путевое реле фиксирует не только занятость  рельсовой цепи подвижным составом, но и электрическую целостность рельсовых нитей пути. В случае излома или изъятия рельса нарушается цепь протекания тока путевого реле, последнее отпускает якорь, фиксируя неисправность рельсовой линии. Нарушение целостности рельсовой линии снижает ток в путевом реле до конечного значения , а не до нуля. Это объясняется тем, что рельсовая нить до и после места обрыва имеет конечное сопротивление по отношению к земле (сопротивления и ), которые создают цепь для протекания тока в обход места повреждения.

  Для предотвращения потери электрического контакта в рельсовых стыках и  уменьшения их сопротивления применяются  рельсовые соединители 10 различных  конструкций. 

2. Классификация  рельсовых цепей 

     По  принципу действия рельсовые цепи подразделяют на нормально замкнутые и нормально разомкнутые. В нормально замкнутой рельсовой цепи при свободном и исправном состоянии путевое реле находится под током. При всех возможных повреждениях аппаратуры и рельсовой линии и вступлении поезда на рельсовую цепь путевое реле отпускает якорь. В связи с невозможностью дачи ложной информации о свободности участка данные рельсовые цепи нашли наибольшее применение.

     В нормально разомкнутой  рельсовой цепи источник питания и приемник расположены на одном конце.

       
 
 
 
 

    

   
 
 
 
 

Рис. 3 Схема нормально разомкнутой рельсовой цепи 

При свободности  рельсовой цепи путевое реле обесточено, т.к. напряжение 230 В полностью будет  приложено к первичной обмотке 1-2 трансформатора Тр, работающего в режиме холостого хода. Когда поезда вступает на рельсовую цепь, вторичная обмотка трансформатора 3-4 замыкается скатами, сопротивление обмотки 1-2 резко падает и значительная часть напряжения питания прикладывается к резистору R1 и путевому реле П, последнее срабатывает. Данная рельсовая цепь имеет опасные отказы, т.к. при ее фактической занятости и наличии повреждений может выдаваться ложная информация о ее свободности. Такие рельсовые цепи используют на путях сортировочных горок с низкими скоростями движения. Положительным свойством этих рельсовых цепей является высокое быстродействие.

     По  роду сигнального  тока рельсовые цепи делят на рельсовые цепи постоянного и переменного тока.

     Рельсовые цепи постоянного  тока применяют на участках с автономной тягой при отсутствии в рельсах токов от источников помех и при нестабильном энергоснабжении. Основное их достоинство – возможность резервирования питания при применении аккумуляторов.

     Рельсовые цепи переменного  тока применяют на электрифицированных линиях постоянного и переменного тока и при автономной тяге. Наиболее широко используют р.ц. с частотой сигнального тока 25 и 50 Гц. Сигнальная частота 25 Гц предназначена для всех видов тяги, а 50 Гц – для автономной тяги и электротяги постоянного тока (сигнальная частота и частота тягового тока должны быть различными).

     По  режиму питания  различают рельсовые цепи с непрерывным, импульсным и кодовым питанием. При непрерывном питании источник питания непрерывно подключается к рельсовой линии. В импульсных и кодовых рельсовых цепях импульсное путевое реле подключается периодически. Т.к. ток срабатывания реле больше тока отпускания, то при использовании в качестве путевого приемника электромагнитного реле чувствительность импульсных и кодовых цепей к шунту и излому рельса выше, чем рельсовых цепей с непрерывным питанием. Кроме того, импульсный и кодовый режимы – эффективный способ защиты от опасных ситуаций при непрерывных помехах тягового тока и др. посторонних источников.

     По  способу пропускания  обратного тягового тока в обход изолирующих стыков различают двухниточные и однониточные рельсовые цепи. Тяговый ток от тяговой подстанции ТП подается к электровозам по контактному проводу КП через токоприемники П, а возвращается к подстанции по рельсовым нитям Р и земле З.

       
 
 
 
 
 

       
 

Рис. 4 Схема энергоснабжения электроподвижного состава 

Поэтому необходимо создать путь для протекания обратного тока по рельсам в обход  изолирующих стыков. В двухниточных рельсовых цепях непрерывность  цепи для протекания тягового тока создается за счет дроссель-трансформаторов ДТ, у которых в смежных рельсовых цепях средние точки основных обмоток и , подключаемых к рельсам, соединяются между собой.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 5 Схема протекания тягового тока в двухниточных рельсовых цепях 

Тяговые токи первого  и второго рельсов протекают через полуобмотки ДТ в противоположных направлениях и создают в сердечнике ДТ магнитные потоки, направленные встречно. Поэтому подмагничивание сердечника ДТ происходит только при асимметрии токов . Сигнальный ток протекает через основную обмотку ДТ в одном направлении, вследствие чего на ней создается падение напряжение, используемое для работы рельсовой цепи. Дополнительные обмотки ДТ и подключают к аппаратуре питающего и релейного концов рельсовой цепи.

     В однониточных рельсовых цепях тяговый  ток пропускается по одной рельсовой  нити каждой рельсовой цепи.

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 6 Схема протекания тягового тока в однониточных рельсовых цепях 

Однониточные  рельсовые цепи более просты по устройству, но более подвержены влиянию тягового тока, поэтому их применяют на боковых  некодируемых станционных путях и на некодируемых стрелочных секциях.

     В зависимости от конфигурации рельсовой линии различают неразветвленные и разветвленные рельсовые цепи. Разветвленные р.ц. применяют на участках пути, содержащих стрелки. Они могут иметь несколько путевых приемников, каждый из которых контролирует свободность и исправность своего ответвления. В схему контроля разветвленной р.ц. последовательно включают фронтовые контакты всех путевых реле. 

3. Основные элементы рельсовых линий 

     К основным элементам рельсовых линий можно отнести стыковые и стрелочные соединители, изолирующие стыки и дроссель-трансформаторы.

     Стыковые соединители устанавливают в местах соединения рельсовых звеньев для уменьшения и стабилизации электрического сопротивления стыков, бывают штепсельные и приварные, изготавливают из стального или медного тросов. 

       
 
 
 

Рис. 7 Стыковой соединитель 

     Стрелочные  соединители применяют в разветвленных рельсовых цепях для соединения между рельсами.

     Изолирующие стыки обеспечивают электрическую изоляцию между концами рельсов смежных рельсовых цепей. На отечественных железных дорогах применяют два вида изолирующих стыков: с металлическими и лигнофолевыми накладками.

       
 
 
 
 
 
 

Рис. 8 Конструкция изолирующего стыка 

     Изолирующий стык первого типа состоит: из двух металлических накладок 2 и 5 фасонной формы, охватывающих подошву рельса и стянутых болтами 6. Болты изолированы от рельса фибровыми втулками 7. Между накладками и рельсами установлены боковые 3 и 4 и нижняя 8 фибровые прокладки. Между торцами смежных рельсов находится фибровая прокладка 1.

     Путевые дроссель-трансформаторы служат для пропуска обратного тягового тока в обход изолирующих стыков и согласуют низкоомное сопротивление рельсовой линии с высокоомным сопротивлением аппаратуры на питающем и релейном концах. Основными частями дроссель-трансформатора являются кожух, сердечник, основная обмотка с выводами, дополнительная обмотка с выводами.

     

     

       
 

     

       

       
 

     Рис. 9 Схема обмоток дроссель-трансформатора типа ДТ-0,6 

     Аппаратуру  рельсовой цепи подключают к выводам дополнительной обмотки. Перед установкой дроссель-трансформатора для улучшения изоляции и охлаждения обмоток в кожух заливают трансформаторное масло до определенного уровня.