Лекция 4. Принцип действия, устройство и основные типы рельсовых цепей

Рельсовой цепью называется электрическая цепь, в кото­рой в качестве проводников тока попользуются 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 случаев служат каналами связи между проход­ными светофорами ,по увязке сигнальных показаний и переда­че их на локомотив.

В простейшем виде р.ц. состоит из следующих основных элементов: рельсовой линии (рельсовых нитей со стыковыми соединителями, шпал и балласта) РЛ, ограниченной с обеих сторон изолирующими стыками ИС для электрического раз­деления соседних рельсовых цепей, и подключенных на одном ее конце источника питания (например, выпрямителя ПВ) с ограничителем Ко, а на другом — путевого реле Л (рис. 6).

При свободном состоянии участка пути протекающий по рельсам ток попадает в путевое реле, в результате чего якорь его притягивается и, замыкая фронтовые контакты, фиксирует свободное состояние участка. С момента вступления поезда в пределы контролируемого участка пути ток замыкается в ос­новном через колесные пары подвижного состава, имеющие малое электрическое сопротивление. Путевое реле, зашунтированное малым сопротивлением, отпускает свой якорь и за­мыкает тыловые контакты, фиксируя занятие участка поездом.

При нахождения поезда на питающем конце р.ц. источник питания оказывается замкнутым лишь на очень малое сопро­тивление колесных пар и поэтому ток в цепи резко возрастает. Для предотвращения в этом случае выхода из строя источника питания устанавливается сопротивление Ко, которое .ограни­чивает ток источника, не допуская увеличения его сверх уста­новленных пределов.

Для предотвращения потери электрического контакта в рельсовых стыках и уменьшения их сопротивления применя­ются стыковые соединители.

На неэлектрифицированных участках железных дорог при­меняются, как правило, р.ц. постоянного тока, которые по способу питания различаются: с непрерывным питанием, ког­да протекающий в р.ц. ток является непрерывным (см. рис. 6), и с импульсным питанием, когда в р.ц. ток протекает в виде повторяющихся импульсов (рис. 7).

Для импульсного питания р.ц. используется непрерывно работающий маятниковый трансмиттер МТ, который система­тически замыкая и размыкая свои контакты в цепи источника питания р.ц., посылает в рельсовую линию импульсы постоян­ного тока. Основным источником питания р.ц. является путе­вой выпрямитель ПВ, который резервируется на случай отсут­ствия переменного тока аккумуляторной батареей ПБ.

Приемником импульсов на релейном конце р.ц. служит импульсное путевое реле ИП. В силу импульсного характера работы это реле не может быть использовано непосредственно для управления сигнальными устройствами. Поэтому на ре­лейном конце устанавливается еще основное путевое реле Л, включаемое через дешифратор ДШ. При импульсной работе ИП реле П удерживает свой якорь постоянно притянутым. Если реле ИП обесточивается или, наоборот, непрерывна ста­новится под ток вследствие воздействия, например, посторон­него источника питания, то путевое реле П обесточивается, фиксируя тем самым наиболее безопасное состояние рельсо­вой цепи..

Кроме высокой защищенности от воздействий посторонних источников питания, импульсная р.ц. обеспечивает работу при длине до 2600 м в то время, как длина р.ц. с непрерывным питанием не превышает 1500 м.

На электрифицированных участках железных дорог устра­иваются рельсовые цепи переменного тока. На этих участках, как известно, контактный провод является прямым проводом для тягового тока электровозов, а обратным проводом служат рельсовые нити и земля.

Если обратный тяговый ток пропускается по обеим рельсо­вым нитям, то устраиваемая р.ц. переменного тока называет­ся двухниточной (в отличие от однониточной, где обратный тяговый ток пропускается только по одной рельсовой нити). В этом случае для пропуска обратного тягового тока в обход изолирующих стыков по каждую сторону от них устанавлива­ются дроссель-трансформаторы (рис. 8). Каждый дроссель-трансформатор имеет две обмотки: основную со средним вы­водом и дополнительную. Основная обмотка включается в рельсы, а ее средняя точка соединяется с такой же точкой дроссель-трансформатора смежной р.ц.

От подстанции по контактному проводу тяговый ток посту­пает в двигатели электровоза, а далее через колесные пары попадает в рельсы, разветвляясь на две части. У изолирующих стыков эти токи складываются; протекая по обеим половинам основной обмотки дроссель-трансформатора и по соединительному тросу подходят к средней точке соседне­го дроссель-трансформатора, где вновь разветвляются и протекают по рельсовым нитям соседней, р.ц. в направлении тя­говой подстанции. Указанные токи протекая по обеим половинам основных обмоток дроссель-трансформато­ров, имеют противоположные направления. Если эти токи рав­ны, т.е. результирующий магнитный поток оказывается равным нулю и, следовательно, индуктирование тягового тока в дополнительных обмотках дроссель-трансформаторов не возможно. Этим достигается исключение влияния тягового тока на аппа­ратуру р.ц., которая подключается к дополнительным обмот­кам дроссель-трансформаторов: на питающем конце — источ­ник сигнального тока ИСТ, а на релейном — путевой прием­ник ПП (путевое реле).

Ток от источника питания ИСТ, замыкаясь по дополни­тельной обмотке дроссель-трансформатора, индуктирует в его основной обмотке ЭДС, под действием которой в рельсовой линии протекает сигнальный ток . Этот ток проходит по всей основной обмотке дроссель-трансформатора релейного конца р.ц. и поэтому создаваемый им магнитный поток индук­тирует в дополнительной обмотке ЭДС, обеспечивающую сра­батывание путевого приемника.

В реальных условиях эксплуатации тяговые токи вследствие имеющейся всегда некоторой асимметрии сопро­тивления рельсовых нитей распределяются в рельсах неравно­мерно. Это приводит к возникновению на дополнительных обмотках дроссель - трансформаторов переменных напряжений тягового тока, которые могут неблагоприятно сказываться на работе р.ц. Для защиты р.ц. от этих влияний предусматри­ваются фильтры ЗБФ (рис.9), ФП-25 (рис. 10), а частота сиг­нального тока выбирается всегда отличной от частоты тягово­го тока. При этом в условиях электротяги постоянного тока, как правило, применяется промышленная частота 50 Гц, что позволяет обойтись простым источником сигнального тока — трансформатором ПТ (см. рис. 9). При электротяге переменного тока. для питания р.ц. применяется частота 25 Гц и по­этому в качестве источника сигнального тока используется преобразователь частоты ПЧ 50/25 (рис. 10).

Рельсовые цепи переменного тока по способу питания де­лятся на кодовые (импульсные) и непрерывного питания. Максимальная длина кодовых р.ц. составляет 2600 м, поэто­му они применяются в основном на (перегонах в устройствах . числовой кодовой автоблокировки, . Кодовые сигналы, посы­лаемые в р.ц., отличаются друг от друга числом импульсов в течение одного кодового цикла.

Кодовый характер питания р.ц. позволяет использовать одну и ту же аппаратуру как для работы р.ц., так и для пе­редачи информации на локомотив о показаниях впереди рас­положенных светофоров, а также увязать сигнальные показа­ния смежных светофоров между собой без использования для этого специальных линейных проводов.

Для посылки импульсов кодированного тока в рельсовую линию служит трансмиттерное реле Т, фронтовой контакт ко­торого замыкает цепь путевого трансформатора П Т как в ко­довой р.ц. 50 Гц, так и р.ц. 25 Гц.

Кодовая р.ц. 50 Гц в качестве составных элементов вклю­чает дроссель-трансформаторы типов ДТ-0,6-500 и ДТ-0,2-500, рассчитанные на пропуск по каждому (рельсу тягового тока 500 А, поскольку при электротяге постоянного тока с напряжением контактной сети 3 кВ тяговый ток имеет большую вели­чину (см. рис. 9). Кодовая р.ц. 25 Гц, применяемая при элек­тротяге переменного тока с напряжением контактной сети 27 кВ, использует дроссель-трансформаторы ДТ-1-150, пропу­скающие по каждой половине основной обмотки тяговый ток 150 А (см. рис. 10). Для повышения напряжения на релейном конце этой р. ц. до необходимой величины, определяемой на­пряжением срабатывал™ путевого реле, устанавливается изо­лирующий трансформатор И Т.

Рельсовые цепи переметного тока 25 Гц с непрерывным пи­танием применяются на станциях, если их длина не превыша­ет 1500 м. В качестве путевого реле в этих р. ц. используется фазочувствительное реле типа ДСШ, срабатывание которого зависит не только от величины напряжения на его путевой об­мотке, но и от фазы этого напряжения по отношению к напря­жению местного элемента реле. Такая зависимость существенно повышает защищенность путевого реле от действия различного рода помех, а защитный блок ЗБ-ДСШ предохраняет реле ,от возможных перенапряжений на релейном конце рель­совой цепи. Назначение остальных элементов такое же, как в кодовой р.ц. (рис. 11).