Рейкова ланцюг. Загальні відомості. Режими роботи рейкових кіл

 

Рейкової ланцюгом називається електричний ланцюг, в якій в якості провідників струму використовуються ходові рейкові нитки залізничної колії. Основне призначення рейкових кіл (р.ц.) полягає у автоматичному контролі стану ділянок шляху: зайняті вони рухомим складом або вільні і справні. Крім того, р.ц. виконують функції контролю цілості рейкових ниток і в ряді систем автоблокування служать каналами зв'язку між прохідними світлофорами. У найпростішому вигляді р.ц. складається з таких основних елементів: рейкової лінії 11, обмеженою з обох сторін ізолюючими стиками 9 для розділення електричних сигналів суміжних р.ц.; пристроїв харчування - акумулятора 3 і випрямляча 2, розміщених в батарейному шафі 1; апаратури релейного кінця, що містить приймач - колійне реле 16, розташоване в релейному шафі 15. Апаратура живлячої і релейного кінців в релейних шафах з'єднується з кабельними стійками 7, 13 і далі сталевими тросами 8, 12 з рейковими нитками.

 

 

Рис 1. Узагальнена схема рельсового ланцюга

 

 

Рейкові кола працюють в наступних режимах:

 

1. нормальний режим (рис. 2, а) - рейкова ланцюг вільна від рухомого складу, колійне реле знаходиться під струмом, якір реле притягається до сердечника або працює в імпульсному режимі;

2. шунтовой режим (рис. 2, б) - рейкова ланцюг зайнята рухомим складом або на рейковий ланцюг накладено шунт, колійне реле знеструмлена (якір реле опущений);

3. режим автоматичної локомотивної сигналізації (АЛС) - створюється при вступі поїзда на вхідний кінець р.ц. У цьому режимі струм в рейках під приймальними котушками локомотива повинен бути не менше розрахункового залежно від виду тяги. При цьому режимі інформація про стан лежать попереду блок-ділянок на перегоні або стані приймально-відправних колій на станції передається на локомотив.

4. контрольний режим (рис. 2, в) - перевіряється цілісність рейкових ниток. При несприятливих умовах (злам рейки і т.д.) колійне реле знеструмлюється.

 

 

 

Рис. 2 Робота рейкового кола в нормальному (а), шунтовим (б) і контрольному (в) режимах

 

При вільному стані ділянки шляху струм акумуляторної батареї протікає по рейковій лінії і замикається через обмотку колійного реле П. Реле порушено і його загальні та фронтові контакти замкнуті, що говорить про вільність і справності ділянки рейкового кола, обмеженого ізолюючими стиками. Коли рухомий склад вступає на рейковий ланцюг, рейкові нитки закорочуються через малий опір скатів рухомого складу (норматив 0,06 Ом), що знижує струм в обмотках колійного реле до значення, останнім відпускає якір і замикаються його загальний і тиловий контакт. Зниження струму в обмотках реле під дією колісних пар рухомого складу називають шунтовим ефектом.

Колійне реле фіксує не тільки зайнятість рейкового кола рухомим складом, але і електричну цілісність рейкових ниток колії. У разі зламу або вилучення рейки порушується ланцюг протікання струму колійного реле, останнім відпускає якір, фіксуючи несправність рейкової лінії. Порушення цілісності рейкової лінії знижує струм в шляховому реле до кінцевого значення, а не до нуля. Це пояснюється тим, що рейкова нитка до і після місця обриву має кінцеве опір по відношенню до землі (опору і), які створюють ланцюг для протікання струму в обхід місця пошкодження.

Для запобігання втрати електричного контакту в рейкових стиках і зменшення їх опору застосовуються рейкові з'єднувачі 10 різних конструкцій.

 

2. Класифікація рейкових кіл

 

За принципом дії рейкові кола підрозділяють на нормально замкнуті і нормально розімкнені. У нормально замкнутої рейкового кола при вільній і справному стані колійне реле знаходиться під струмом. При всіх можливих пошкодженнях апаратури та рейкової лінії та вступ поїзда на рейковий ланцюг колійне реле відпускає якір. У зв'язку з неможливістю дачі помилкової інформації про вільність ділянки дані рейкові кола знайшли найбільше застосування.

У нормально розімкнутого рейкової ланцюга джерело живлення і приймач розташовані на одному кінці.

 

 

 

Рис. 3 Схема нормально розімкнутого рейкової ланцюга

 

При вільності рейкового кола колійне реле знеструмлена, тому напруга 230 В повністю буде докладено до первинної обмотці 1-2 трансформатора Тр, працюючого в режимі холостого ходу. Коли поїзда вступає на рейковий ланцюг, вторинна обмотка трансформатора 3-4 замикається скатами, опір обмотки 1-2 різко падає і значна частина напруги живлення прикладається до резистору R1 і подорожнього реле П, останнім спрацьовує. Дана рейкова ланцюг має небезпечні відмови, оскільки при її фактичної зайнятості і наявності пошкоджень може видаватися помилкова інформація про її вільності. Такі рейкові кола використовують на коліях сортувальних гірок з низькими швидкостями руху. Позитивною властивістю цих рейкових кіл є висока швидкодія.

За родом сигнального струму рейкові кола ділять на рейкові кола постійного та змінного струму.

Рейкові кола постійного струму застосовують на ділянках з автономною тягою при відсутності в рейках струмів від джерел перешкод і при нестабільному енергопостачанні. Основна їх гідність - можливість резервування живлення при застосуванні акумуляторів.

Рейкові кола змінного струму застосовують на електрифікованих лініях постійного і змінного струму і при автономної тязі. Найбільш широко використовують р.ц. з частотою сигнального струму 25 і 50 Гц. Сигнальна частота 25 Гц призначена для всіх видів тяги, а 50 Гц - для автономної тяги і електротяги постійного струму (сигнальна частота і частота тягового струму повинні бути різними).

За режимом харчування розрізняють рейкові кола з безупинним, імпульсним і кодовим харчуванням. При безперервному харчуванні джерело живлення безперервно підключається до рейкової лінії. В імпульсних і кодових рейкових ланцюгах імпульсне колійне реле підключається періодично. Т.к. струм спрацьовування реле більше струму відпускання, то при використанні як колійного приймача електромагнітного реле чутливість імпульсних і кодових ланцюгів до шунт і зламу рейки вище, ніж рейкових кіл з безперервним живленням. Крім того, імпульсний і кодовий режими - ефективний спосіб захисту від небезпечних ситуацій при безперервних перешкодах тягового струму та ін сторонніх джерел.

За способом пропускання зворотного тягового струму в обхід ізолювальних стиків розрізняють двониточний і однониткові рейкові кола. Тяговий струм від тягової підстанції ТП подається до електровозів по контактного проводу КП через струмоприймачі П, а повертається до підстанції по рейкових нитках Р і землі З.

 

Рис. 4 Схема енергопостачання електрорухомого складу

 

Тому необхідно створити шлях для протікання зворотного струму по рейках в обхід ізолювальних стиків. У двониточний рейкових ланцюгах безперервність ланцюга для протікання тягового струму створюється за рахунок дросель-трансформаторів ДТ, у яких в суміжних рейкових ланцюгах середні точки основних обмоток і, що підключаються до рейок, з'єднуються між собою.

 

Рис. 5 Схема протікання тягового струму в двониточний рейкових ланцюгах

 

Тягові струми першого і другого рейок протікають через полуобмоткі ДТ в протилежних напрямках і створюють в сердечнику ДТ магнітні потоки, спрямовані зустрічно. Тому підмагнічування осердя ДТ відбувається тільки при асиметрії струмів. Сигнальний струм протікає через основну обмотку ДТ в одному напрямку, внаслідок чого на ній створюється падіння напруга, використовуване для роботи рейкового кола. Додаткові обмотки ДП і підключають до апаратури живлячої і релейного решт рейкового кола.

В однониткових рейкових ланцюгах тяговий струм пропускається по одній рейкової нитки кожної рейкової ланцюга.

 

 

Рис. 6 Схема протікання тягового Струма в однонітковіх рейкового ланцюга

 

Одноніткові рейкові кола більш Прості по пристрою, альо більш схільні до впливим тягового струму, тому їх застосовують на бічніх некодіруеміх станційніх коліях и на некодіруеміх стрілочніх секціях.

Залежних від конфігурації рейкової Лінії розрізняють нерозгалужені та розгалужені рейкові кола. Розгалужені р.ц. застосовують на ділянках шляху, містять стрілкі. Смороду можут мати кілька колійніх пріймачів, Коженов з якіх контролює вільність и справність свого відгалуження. У схему контролю розгалуженої р.ц. послідовно включаються фронтові контакти Всіх колійніх реле.

 

 

3. Основні Елементи рейкових ліній

 

До основних елементів рейкового ліній можна віднесті стікові и стрілочні з'єднувачі, ізолюючі стики и дросель-трансформатори.

Стікові з'єднувачі встановлюються в місцях з'єднання рейковими ланок для Зменшення и стабілізації електричного опору стіків, бувають штепсельні й пріварні, виготовляють Із Сталевого або мідного тросів.

 

Рис. 7 стиковий з'єднувач

 

Стрілочні з'єднувачі застосовують в розгалужених рейкових ланцюгах для з'єднання між рейками.

Ізолюючі стики забезпечують електричну ізоляцію між кінцями рейок суміжних рейкових кіл. На вітчизняних залізницях застосовують два види ізолюючих стиків: з металевими і лігнофолевимі накладками.

 

 

Рис. 8 Конструкція ізолювального стику

 

Ізолюючий стик першого типу складається: з двох металевих накладок 2 і 5 фасонної форми, що охоплюють підошву рейки і стягнутих болтами 6. Болти ізольовані від рейки фібрового втулками 7. Між накладками і рейками встановлені бічні 3 і 4 і нижня 8 фіброві прокладки. Між торцями суміжних рейок знаходиться фіброва прокладка 1.

Подорожні дросель-трансформатори служать для пропуску зворотного тягового струму в обхід ізолювальних стиків і узгодять низькоомний опір рейкової лінії з високоомним опором апаратури на живильному і релейному кінцях. Основними частинами дросель-трансформатора є кожух, сердечник, основна обмотка з висновками, додаткова обмотка з висновками.

 

 

Рис. 9 Схема обмоток дросель-трансформатора типу ДТ-0, 6

 

Апаратуру рейкового кола підключають до висновків додаткової обмотки. Перед установкою дросель-трансформатора для поліпшення ізоляції й охолодження обмоток в кожух заливають трансформаторне масло до певного рівня.

 

5. Схеми рейкових кіл

 

Нерозгалужені рейкові кола на ділянках з автономною тягою.

Основним типом РЦ, застосовуваної на перегонах з автономною тягою, є РЦ постійного струму з імпульсним харчуванням. Імпульсні РЦ прості по пристрою, споживають малу потужність і забезпечують можливість їх резервування від акумуляторів, що особливо важливо для ділянок з ненадійним електропостачанням.

РЦ постійного струму з імпульсним харчуванням (рис. 10) застосовується на перегонах, обладнаних автоблокуванням. Така РЦ на живильному кінці має акумулятор, випрямляч ВАК, маятниковий трансмітер типу МТ-1 і обмежує резистор, а на релейному кінці - імпульсне колійне реле І. Харчування РЦ здійснюється постійним струмом. Періодичне замикання і розмикання ланцюга харчування проводиться контактом маятникового трансмітера МТ-1, який безперервно працює в імпульсному режимі. На релейному кінці імпульси, що надійшли в рейкову лінію, приймає імпульсне колійне реле І. Контакти імпульсного реле І через їх роботи в імпульсному режимі не можуть бути використані в ланцюгах контролю вільності блок-ділянок та включення ламп світлофорів. Тому на релейному кінці через контакт імпульсного реле І і дешифратор Д додатково включається колійне реле П першого класу надійності, яке утримує свій якір безперервно притягнутим при імпульсній роботі контакту реле І.

При вступі на РЦ поїзда або появі якої несправності в рейкової лінії припиняється імпульсна робота реле І і на виході дешифратора Д знеструмлюється реле П, яке, замикаючи тилові контакти, фіксує зайнятість РЦ.

Рейкова ланцюг постійного струму з імпульсним харчуванням володіє високою шунтовой чутливістю і її надійна робота забезпечується при довжині до 2600 м в порівнянні з безперервним живленням. Крім цього, імпульсне живлення підвищує чутливість колійного реле І до зламу рейки. Рейкові кола з імпульсним харчуванням мають більш надійний захист колійного реле І від помилкового спрацьовування при замиканні ізолюючих стиків суміжних РЦ, тому імпульсне реле має регулювання якоря з переважанням вліво або вправо і працює від імпульсів, що надходять лише з власної РЦ.

 

Рис. 10 Схема рейкового кола постійного струму з імпульсним живленням

 

На станціях при автономної тязі застосовуються РЦ з безперервним живленням змінним струмом частоти 50 або 25 Гц (рис. 11). Використання змінного струму для живлення РЦ на станціях дозволяє економити кабель в порівнянні з РЦ постійного струму.

Основним видом таких РЦ є фазочуттєві РЦ змінного струму з дорожнім реле типу ДСШ, яка найбільш надійна в експлуатації. Харчування РЦ здійснюється від трансформатора ПТ, який трансформує змінний струм 220 В в менший по величині сигнальний змінний струм, який через резистор надходить в рейки. На релейному кінці такої РЦ встановлюють релейний трансформатор РТ і колійне реле П типу ДСШ. За допомогою релейного трансформатора РТ напруга з рейкової лінії підвищується до напруги спрацьовування реле П. За допомогою конденсатора досягається зсув фази напруги на кут приблизно, необхідний для нормальної роботи реле ДСШ. Якщо РЦ вільна і справна, то колійне реле П безперервно утримує свій сектор в піднятому положенні. При вступі поїзда на рейковий ланцюг колійне реле П шунтируется малим опором скатів поїзда і напруга на обмотці колійного реле П знижується настільки, що сектор опускається вниз, чим і фіксується зайнятість РЦ рухомим складом. Гранична довжина РЦ змінного струму частотою 50 Гц, при якій забезпечується надійна її робота, складає 1500 м.

 

 

Рис. 11 Схема рейкового кола змінного струму частотою 50 Гц

 

Нерозгалужені РЦ на ділянках з електричною тягою. На ділянках з електричною тягою рейкові нитки залізничної колії є зворотним проводом для пропускання тягового струму на підстанцію, тому в РЦ таких ділянок слід забезпечити безперервне проходження тягового струму через ізолюючі стики рейкових кіл. Для цієї застосовують двониточний і однониткові РЦ. Двониточний РЦ набули найбільшого поширення і використовуються на перегонах і станціях. У таких рейкових ланцюгах тяговий струм безперервно пропускається по обидва рейковим ниткам шляху за допомогою дросель-трансформаторів, що встановлюються по обидві сторони ізолювального стику.

Для забезпечення нормальної і надійної роботи РЦ на ділянках з електротягою рід і частота сигнального струму повинні відрізнятися від роду і частоти тягового струму. Тому на ділянках з електротягою на постійному струмі РЦ живлять змінним струмом промислової частоти 50 Гц, а на ділянках з електротягою на змінному струмі 50 Гц - змінним струмом частотою 25 Гц.

На перегонах при електротязі на постійному струмі встановлюють кодову РЦ змінного струму частотою 50 Гц (рис. 12), яка служить для контролю стану блок-ділянок, забезпечуючи бездротовий зв'язок між показаннями попутних прохідних світлофорів і передачі на локомотив кодів АЛС. Основними елементами такої РЦ є: шляховий трансформатор ПТ; обмежувач; дросель-трансформатори ДТ-0, 6 і ДТ-0, 2; трансмітерну реле Т; кодовий колійний трансмітер КПТ; конденсатори С, які служать для компенсації реактивної складової струму і зменшення споживаної потужності від колійного трансформатора; фільтр ЗБФ-1, службовець для захисту колійного реле І від гармонік тягового струму і обмеження на ньому напруги при короткому замиканні ізолюючих стиків; імпульсне колійне реле І, яке приймає кодові сигнали з рейкової лінії; дешифратор ДШ; нейтральні реле Ж і З

 

Рис. 12 Схема кодової рейкового кола 50 Гц

 

Харчування РЦ змінним струмом 50 Гц здійснюється від колійного трансформатора ПТ З вторинної обмотки ПТ сигнальний струм через контакт трансмітерну реле Т, який працює в режимі коду КЖ, Ж або З, подається через дросель-трансформатор ДТ-0, 6 в рейкову лінію. На релейному кінці кодові сигнали з рейкової лінії через дросель-трансформатор ДТ-0, 2 і фільтр ЗБФ-1, який пропускає сигнальний струм частотою 50 Гц, а гармоніки тягового струму затримує, сприймаються імпульсним дорожнім реле І, яке при вільному стані РЦ працює в кодовому режимі в такт прийнятим з рейкової лінії кодовою імпульсам. При вступі поїзда на РЦ відбувається шунтування обмотки колійного реле І малим опором скатів поїзда, напруга на обмотці реле знижується да напруги відпускання якоря, і воно припиняє імпульсну роботу, ніж та фіксується зайняте стан РЦ. При цьому нейтральні реле 1-го класу надійності відпускають якоря і в попередню рейкову лінію за допомогою кулачка ЯЖ колійного трансмітера, надсилається код КЖ.

При появі на реле І коду КЖ, на виході дешифратора спрацьовує тільки реле Ж і в попередню рейкову лінію надсилається код жовтого вогню Ж. При появі на реле І коду Ж, на виході дешифратора спрацьовує реле Ж і З і в попередню рейкову лінію посилається шкір зеленого вогню.

Кодова РЦ змінного струму 25 Гц (рис. 13) застосовується на перегонах при електротязі на змінному струмі 50 Гц. Харчування РЦ змінним струмом 25 Гц здійснюється від статичного перетворювача частоти ПЧ-50/25. З виходу перетворювача сигнальний струм частоти 25 Гц через контакт трансмітерну реле, що працює в кодовому режимі, обмежувач, шляховий трансформатор ПТ і дросель-трансформатор ДТ-1-150 надходить в рейкову лінію. На релейному кінці кодові імпульси через дросель-трансформатор ДТ-1-150 і фільтр ФП-25, який пропускає сигнальний струм частотою 25 Гц, а гармоніки змінного струму затримує, сприймаються імпульсним дорожнім реле І, яке при вільному стані блок-ділянки працює в імпульсному режимі.

На станціях при електротязі застосовують РЦ змінного струму 50 і 25 Гц з безперервним живленням і реле типу ДСШ. Фазочуттєві двониточний РЦ змінного струму 25 Гц (рис. 14) з реле ДСШ є найбільш застосовною на станціях. На живильному і релейному кінцях встановлені дросель-трансформатори ДТ1 і погоджують трансформатори ПТ та ІТ. Харчування шляховий і місцевої обмоток колійного реле ДСШ розділене і здійснюється від окремих перетворювачів за допомогою фазує пристрої. На релейному кінці паралельно подорожнього елементу реле П включений захисний фільтр ЗБ для захисту реле від впливу тягового струму 50 Гц. При електротязі постійного струму фільтр не встановлюється. Розглянута РЦ допускає накладення кодування з живильного і релейного кінців

 

 

Рис. 13 Схема кодової рейкового кола 25 Гц

 

 

Рис. 14 Схема фазочуттєві рейкового кола 25 Гц

 

 

ЗАВДАННЯ НА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

І МЕТОДИКА ЇХ ВИКОНАННЯ

Завдання 1. Дослідження роботи рейкового кола постійного струму в нормальному режимі.

1.1 Здійснити вибір варіанта у відповідності з призначенням викладача:

 

Таблиця 1

 

Варіант	Напругаспрацьовування реле, В	Напруга відпускунреле, В	Значення опору рельсов R1, Ом	Значення опору балласту R2, кОм

1.2 Реалізувати схему, подану на рис. 15. Налаштувати схему відповідно до варіанта. Вибір значень опорів і здійснити самостійно.

1.3 Ключі, і встановити в положення, вказане на рис. 14.

1.4 Шляхом зміни значення напруги джерела і опору змінного резистора домогтися стійкої роботи рейкового кола в нормальному режимі.

1.5 Схему рейкового кола в нормальному режимі з відповідними номіналами елементів представити в звіті

 

 

Завдання 2. Дослідження роботи рейкового кола постійного струму в шунтовим режимі.

2.1 Ключі, і встановити в положення, вказане на рис. 15.

2.2 Шляхом почергового замикання ключів,,, перевірити роботу досліджуваної схеми в шунтовим режимі. При неправильній роботі схеми повернутися до першого завдання і провести зміну значень напруги джерела і опору змінного резистора. Досягти стійкої роботи схеми в нормальному і шунтовим режимах при незмінних номіналах елементів.

2.3 Схему рейкового кола в шунтовим режимі з відповідними номіналами елементів представити в звіті.

 

Завдання 3. Дослідження роботи рейкового кола постійного струму при зміні опору баласту.

3.1 Ключі, і встановити в положення, вказане на рис. 15.

3.2 Значення опорів баласту зменшити в 2 рази.

3.3 За допомогою регулювального опору домогтися стійкої роботи схеми в нормальному і шунтовим режимах. Зміна напруги джерела не допускається.

3.4 При неможливості налаштування схеми (її неправильної роботи в одному з режимів) повернутися до першого завдання і провести зміну значень напруги джерела і опору змінного резистора. Досягти стійкої роботи схеми в нормальному і шунтовим режимах при незмінних номіналах елементів. Домогтися також стійкої роботи схеми при зменшенні опорів баласту в 2 рази.

3.5 Схему рейкового кола з відповідними змінами номіналів елементів представити в звіті.

 

Завдання 4. Дослідження роботи рейкового кола постійного струму при зламі рейки.

4.1 Ключі, і встановити в положення, вказане на рис. 16.

4.2 Перевірити роботу схеми у всьому діапазоні зміни опору. При спрацьовуванні реле і загорянні лампи провести зміни номіналів джерела напруги та й здійснити виконання завдань 1-4 повторно.

4.3 Схему рейкового кола з відповідними змінами номіналів елементів представити в звіті.

 

Завдання 5. Дослідження роботи рейкового кола постійного струму при замиканні ізолюючих стиків.

4.1 Ключі, і встановити в положення, вказане на рис. 17.

4.2 Перевірити роботу схеми у всьому діапазоні зміни опору. При спрацьовуванні реле і загорянні лампи провести зміни номіналів джерела напруги та й здійснити виконання завдань 1-5 повторно.

4.3 Схему рейкового кола з відповідними змінами номіналів елементів представити в звіті.

 

Зробити висновки щодо виконаної роботи.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6