Общие сведения по теории рельсовых цепей

Рельсовые цепи являются основным элементом железнодорожной автоматики и телемеханики, действие которого заложено в устройство практически всех автоматических и телемеханических систем регулирования движения поездов и в значительной степени определяет надежность работы устройств и безопасность движения поездов.

Рельсовая цепь представляет собой электрическую цепь, в которой имеются источник питания и нагрузка (реле), а проводниками электрического тока являются рельсовые нити железнодорожного пути. Электрическая схема простейшей РЦ (рисунок 1) состоит из питающего конца, рельсовой линии и релейного конца.

На питающем конце РЦ устанавливают аккумулятор 2, работающий в буферном режиме с выпрямителем 1 типа ВАК, или путевой трансформатор ПТ. Питание поступает в рельсовую линию через резистор , который обеспечивает шунтовой режим работы РЦ.

Рельсовая линия имеет две рельсовые нити 7, которые состоят из отдельных рельсовых звеньев, соединенных между собой токопроводящими стыковыми соединителями 8 для уменьшения электрического сопротивления рельсовых нитей. В зависимости от рода тяги на участке и способа крепления к рельсу стыковые соединители

Рисунок 1 – Схема рельсовой цепи.

бывают трех типов. На участках с автономной тягой применяют стальные штепсельные или приварные соединители. На электрифицированных участках используют медные приварные соединители. Рельсовые нити изолированы друг от друга деревянными или железобетонными шпалами 9.

Рельсовые линии смежных РЦ электрически разделяют друг от друга с помощью изолирующих стыков 6 с металлическими накладками или с помощью клееболтовых стыков. Изолирующие стыки должны обеспечивать надежную электрическую изоляцию и механическую прочность верхнего строения пути.

На электрифицированных участках у изолирующих стыков в рельсовой линии устанавливают дроссели-трансформаторы которые обеспечивают пропуск тягового тока по рельсовым нитям в обход изолирующих стыков. На релейном конце (рисунок 1) сигнальный ток из рельсовой линии принимает путевое реле П, которое фиксирует состояние РЦ (занятое или свободное) и передает эту информацию для работы различных устройств автоматики и телемеханики. Аппаратура питающего и релейного концов, расположенная в релейном шкафу или на посту ЭЦ, кабелем 3 через кабельную стойку 4 или путевую коробку, установленную вблизи пути и тросовую перемычку 5 подключается к рельсовым нитям пути.

Принцип работы РЦ заключается в том, что значение тока, поступающего от источника питания к путевому реле через рельсовую линию, зависит от состояния участка пути. При свободном участке (нормальный режим) сигнальный ток от источника питания по рельсовым нитям протекает в обмотку путевого реле П, отчего реле возбуждается и притягивает якорь, замыкая фронтовые контакты (Ф) и фиксируя свободность и исправность РЦ. Возбужденное состояние реле П продолжается до момента вступления на рельсы подвижного состава или разрыва рельсовой нити пути вследствие изъятия или излома рельса, обрыва стыкового соединителя или другого повреждения.

При занятии путевого участка подвижным составом (шунтовой режим) происходит шунтирование рельсовых нитей малым электрическим сопротивлением скатов поезда. Сигнальный ток в обмотке путевого реле намного больше сопротивления скатов поезда. Путевое реле отпускает якорь, размыкает фронтовые (Ф) и замыкает тыловые (Т) контакты, чем и осуществляет контроль занятости РЦ поездом.

Таким образом, РЦ предназначены для непрерывного контроля свободности или занятости путевых изолированных участков на станциях и перегонах, электрической целостности рельсовых нитей, связи движущегося поезда с путевыми и локомотивными светофорами, возвращения тягового тока обратно на подстанцию, а также для исключения перевода стрелок под подвижным составом. Так как РЦ обеспечивают контроль целостности рельсовой нити, они являются надежным и эффективным средством повышения безопасности движения поездов на перегонах и станциях.

Рисунок 2 – Общая схема замещения рельсовой цепи

Общая схема замещения р.ц. в каждом из режимов, кроме режимов АЛС и короткого замыкания, имеет один и тот же вид. Отличие лишь в обозначении коэффициентов рельсового четырехполюсника, а также расчетных токов и напряжений путевого реле и источника питания.

Каждый из четырехполюсников Н и К может быть представлен в виде каскадного соединения элементарных четырехполюсников, замещающих отдельные простейшие части электрических схем питающего и релейного концов и представленных на рисунке 3. Коэффициент А любого четырехполюсника есть отношение напряжения на его входе к напряжению на выходе в режиме холостого хода, а коэффициент D – отношение входного тока четырехполюсника к выходному току в режиме короткого замыкания. Из рассмотрения схем четырехполюсников, представленных на рисунке 3, следует: А1 = 1; D1 = 1; А2 = 1; D2 = 1.

Рисунок 3 – Схемы элементарных четырехполюсников

Коэффициент В любого четырехполюсника есть сопротивление передачи Z_п по току в режиме короткого замыкания и представляет собой отношение входного напряжения четырехполюсника к его выходному току короткого замыкания. Коэффициент С четырехполюсника имеет размерность проводимости и представляет собой отношение входного тока четырехполюсника в режиме холостого хода к его выходному напряжению.

Для схемы четырехполюсника (рисунок 3, а) справедливо: В1 = Z1; С1 = 0.

Для схемы четырехполюсника (рисунок 3, б): B2 = 0; С2 = 1/Z2.

Рисунок 4 – Подробная схема замещения рельсовой цепи