4.4 Рейкові кола при електротязі постійного струму

КОДОВІ РЕЙКОВІ КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ 50 ГЦ

На ділянках з електротягою сигнальний струм живлення РК повинен якісно відрізнятися від тягового струму і його гармонічних складових. Постійний тяговий струм виникає шляхом випрямлення змінного 50 Гц за допомогою потужних випрямлячів, які мають шестифазну схему включення. Крива випрямленої напруги, окрім постійної складової, містить також гармоніки змінного струму, тобто складові з частотами, кратними частоті 300 Гц (300, 600, 900, 1200 Гц і більш високі). Ці гармоніки надають заважаючий вплив на пристрої автоматики (перш за все на РК) і лінії зв'язку.

Для зниження рівня гармонік на тягових підстанціях встановлюють згладжуючі фільтри. В деяких випадках, зокрема при несправностях одного з вентилів, в складі випрямленої напруги з'являються гармоніки, кратні 50 Гц. В усіх випадках РК повинні бути захищені від небезпечного і заважаючого впливу тягового струму та його гармонічних складових. Небезпечним прийнято вважати такий вплив гармонік тягового струму, яке може призвести до помилкового контролю вільності РК при його фактичному зайнятті рухомим складом. Заважаючий вплив проявляється в тому, що при вільності ділянки порушується нормальна робота колійного реле, через що фіксується помилкова зайнятість: на світлофорі з'являється червоний вогонь, що призводить до невиправданих затримок поїздів.

На перегонах з електротягою постійного струму, як правило, використовують РК змінного струму частотою 50 Гц (див.рис.нижче).

Для пропуску тягового струму по кінцям РК встановлюють дросель-трансформатори: ДТ-0,6 на живлячому кінці та ДТ-0,2 на релейному. Середні точки дросель-трансформаторів з'єднують з середніми точками дросель-трансформаторів суміжних РК. Живлячу і релейну апаратури підключають до додаткових обмоток ДТ. Призначення апаратури:

- П - живлячий трансформатор типу ПОБС-з або ПОБС-3М;

- ОД - реактор (дросель) типу РОБС-3А, використовується в якості обмежуючого опору для забезпечення шунтового ефекту РК і запобігання короткого замикання джерела живлення при знаходженні колісної пари на живлячому кінці;

- конденсатори загальною ємністю 24 мкФ призначені для зменшення спожитої потужності та іскроутворення на контакті реле Т;

- Т - контакт трансмітерного реле Т типу ТШ-65В з іскрогасильним контуром, який забезпечує бездугову комутацію РК, транслює сигнальні коди КЖ, Ж та З від кодового колійного трансмітера КПТШ-515 (КПТШ-5) або КПТШ-715 (КПТШ-7) в рейкову лінію;

- ДТ-0,2 та ДТ-0,6 - дросель-трансформатори для пропуску зворотного тягового струму в обхід ізостиків і вирівнювання опору рейкової лінії з апаратурою РК;

- ФП - блок-фільтр типу ЗБФ слугує для захисту колійного реле від впливу гармонік тягового постійного струму;

- И - імпульсне колійне реле типу ИМВШ-110 або ИВГ-В приймає кодові імпульси КЖ, Ж або З з рейкової лінії і подає їх в дешифратор ДА;

- ВОЦН-220 - вирівнювачі, які забезпечують захист апаратури РК від перенапруг при грозових розрядах, раніше використовували розрядники типу РВН-250;

- ДП, ДТ та ПДТ - слугують для кодування РК з релейного кінця при організації руху по неправильній колії.

Кодове коло захищене від небезпечних завад гармонік тягового струму. Коли РК вільне, колійне реле И працює в імпульсному режимі, створюючи кола збудження сигнальних реле. Якщо в колійне реле при зайнятому РК потраплять гармоніки тягового струму, то воно буде утримувати якір притиснутим, і сигнальні реле Ж і З не збуджуються. Це призведе до закриття колійного світлофору. Щоб дія гармонік тягового струму не призводила до порушення нормальної роботи РК при його вільному стані, колійне реле вмикається через захисний блок-фільтр ЗБФ. Фільтр являє собою послідовний резонансний контур, складений з індуктивності Lф=2,54 Гц та ємності конденсатора Сф=4 мкФ, що налаштовується в резонанс напруг на частоту 50 Гц.

Для сигнальної частоти фільтр має опір приблизно 60 Ом, а для гармонік тягового струму - приблизно 5000 Ом. Гармоніки тягового струму можуть впливати на роботу колійного реле тільки у випадку нерівності тягових струмів в рейкових нитках (асиметрія). При рівності цих струмів вони, протікаючи через напівобмотки дросель-трансформатора, створюють зустрічні магнітні потоки, які взаємно компенсуються. Якщо струми в рейках не рівні, то в додатковій обмотці ДТ з'явиться напруга завади, пропорційна різності струмів в рейках. Практично асиметрія струмів в рейкових нитках на ділянках з електротягою постійного струму може сягати 10-12% (не однаковий опір рейкових ниток через несправність стикових з'єднувачів, підвищеного їх опору; витік тягового струму з рейки через опопри контактної мережі, а також через поганий електричний контакт однієї з перемичок ДТ). При струмі асиметрії 240 А опір зменшується не більше ніж на 10%. Стабілізацію опору забезпечує повітряний зазор. При більшому струмі асиметрії нормальна робота РК порушується. В блоці фільтра розміщується дросель L, який захищає колійне реле від перенапруг при замиканні ізолюючих стиків.

Робота рейкового кола аналогічна схемі кодового кола з минулої теми. В залежності від показань колійного світлофора в РК контактом трансмітерного реле назустріч поїзду надсилаються кодові сигнали КЖ, Ж або З, які виробляються трансмітером КПТШ (на схемі не показаний). Ці коди сприймаються на прийомному кінці РК імпульсним колійним реле. Перемикаючи контакти в колі дешифраторної комірки, це реле діє на сигнальні реле Ж та З, які управляють вогнями колійного світлофора. Контакти цих реле використовують також в колах контролю вільності блок-ділянок і в схемі вибору кодових сигналів, які надсилаються в суміжне РК. Кодові сигнали одночасно використовуються для дії АЛС.

У випадку замикання ізостиків імпульсне колійне реле буде спрацьовувати від стуму суміжного РК. Здійснити його захист шляхом чергування фаз в суміжних колах неможливо, оскільки реле одноелементне. Для виключення збудження сигнальних реле Ж і З при роботі реле И від струму суміжного кола використовується схемний захист. Дія його заснована на тому, що збудження сигнальних реле можливе тільки при замкнутому тиловому контакті реле Т суміжного РК, тобто коли сигнальний струм в нього не надсилається.

ДВОХНИТКОВІ ФАЗОЧУТЛИВІ РЕЙКОВІ КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ 50 ГЦ

Такі рейкові кола використовуються на головних коліях станцій, які кодуються з живлячого і релейного кінців. 

Призначення елементів даного РК:

- ПТ - живлячий трансформатор ПОБС-ЗА або 3М;

- резистор R0 - забезпечує шунтовий ефект РК, захищає трансформатор ПТ від короткого замикання у випадку пробою конденсатора С0 в момент знаходження поїзда на живлячому кінці;

- конденсатор Со - забезпечує зсув фази напруги колійного елементу реле П по відношенню до напруги місцевого елементу на кут 97°, необхідний для нормальної роботи колійного реле типу ДСШ-12, складає резонансний контур на частоті 50 Гц з індуктивністю додаткової обмотки ДТ-0,2, чим зменшується потужність, яку споживає РК;

- Т - контакт трансмітерного реле, яке при знаходженні поїзда на РК починає транслювати кодові імпульси в рейкову лінію з живлячого або релейного кінця;

- Си, Rи (Ск, Rк) - іскрогасильний контур;

- конденсатор Ср забезпечує на колійній обмотці реле ДСШ необхідну робочу напругу і потрібне фазове співвідношення.

На обох кінця РК встановлені дросель-трансформатори ДТ-0,2-500 з високим коефіцієнтом трансформації n=40, що дозволяє всю апаратури розташувати на посту ЕЦ.

Рейкове коло регулюють таким чином, щоб в режимі АЛС струм в рейках на вхідному кінці був не менше 2 А. При цьому напруга на колійному елементі реле ДСШ-12 має бути не менше 14 В.

Для забезпечення на колійній обмотці необхідної робочої напруги і потрібних фазових співвідношень паралельно колійній обмотці вмикають конденсатор ємністю 4 мкФ. Захист колійних реле від помилкового спрацювання від джерела суміжного РК при замиканні ізостиків досягається чергуванням миттєвих полярностей напруги в суміжних колах. Первинні обмотки колійних трансформаторів необхідно включати в одну й ту саму фазу.

Для кодування з релейного кінця додатково встановлюють кодовий трансформатор ПОБС-3А, резистор Rк і конденсатор Ск.

Некодоване фазочутливе двохниткове рейкове коло змінного струму 50 Гц використовується на некодованих коліях та стрілочних ділянках станцій. 

Фазочутливі двохниткові РК з одним дросель-трансформатором використовується на некодованих бокових коліях і стрілочних ділянках станцій. Дросель-трансформатори ДТ-0,2 в такому РК встановлюються лише на живлячому кінці.

Для узгодження з низьким опором рейкової лінії колійне реле ДСШ-12 підключають до рейок через релейний трансформатор РТ типу СОБС-2А або 2М.

Для захисту від дії тягового струму в коло релейного трансформатора РТ включають резистор Rз .

ОДНОНИТКОВІ РЕЙКОВІ КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ 50 ГЦ

На некодованих коліях і стрілочних секціях на середніх і великих станціях передбачаються також однониткові РК. Вони мають простіше улаштування і дешевші за двохниткові з дросель-трансформаторами. Оскільки в однониткових колах тяговий струм пропускається по одній (тяговій) рейковій нитці, то для пристроїв АЛС створюються сильні завади, через що на кодованих коліях використовувати однониткові РК не можна.

Однониткові РК використовують з нейтральним колійним реле АНВШ2-2400 або з фазочутливим реле ДСШ-12. Для живлення таких РК обох типів слугує колійний трансформатор ПОБС-2А, а для узгодження високого опору колійного реле з низьким опором рейкової лінії використовують релейний трансформатор РТЭ-1А. Нейтральні колійні реле захищають від помилкового спрацювання через вплив гармонік тягового струму за допомогою електричного фільтра РЗФ-1. 

Реле ДСШ-12 за своєю конструкцією захищене від помилкового спрацювання від дії гармонік тягового струму, тому використовувати РЗФ-1 в цьому випадку не потрібно. Хоча пропуск тягового струму в однонитковому РК здійснюється по одній рейковій нитці, частина струму може відгалужитися через обмотку колійного трансформатора, сигнальну нитку і релейний трансформатор і пошкодити апаратуру РК.

Для зменшення струму, який може відгалужутися в пристрої РК і сигнальну нитку:

- тягові нитки всіх однониткових кіл станції з'єднують між собою паралельно в декількох точках не рідше ніж через 400 м мідними тросами, тому тяговий струм в кожному колі значно зменшується;

- однониткові РК мають обмежену довжину: до 500 м для розгалужених і до 650 м для нерозгалужених РК;

- на живлячому і релейному кінцях встановлюють обмежуючі резистори R0 та Rз, опір яких разом з опором з'єднувальних проводів має бути не менше 1,5 Ом. Резистор Rи одночасно є обмежувачем сигнального струму, забезпечуючи потрібну шунтову чутливість;

- в РК з ДСШ-12 встановлюється АВМ (автоматичні вимикачі багаторазової дії) або плавкі запобіжники..

РЕЙКОВІ КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ 25 ГЦ

Використовувати рейкові кола частотою 50 Гц на лініях, які електрифікують по системі змінного струму такої ж частоти, не можна. Частота сигнального струму 50 Гц в рейкових колах також не бажана на лініях з електротягою постійного струму і автономною тягою, де мережі з частотою 50 Гц широко використовуються для освітлення, опалення, роботи різних механізмів, машин, електропостачання ряду систем контролю і управління різними виробничими процесами.

При різних пошкодженнях в цих колах, в вчасності при випадковому з’єднанні проводів мережі електропостачання з рейками, можливе потрапляння струмів промислової частоти 50 Гц в рейкове коло. Це може призвести до помилкового підживлення колійних реле, що недопустимо за умовами безпеки руху поїздів.

Одним з можливих варіантів рішення цієї проблеми є використання рейкових кіл змінного струму 25 Гц, які широко використовуються на лініях з електротягою змінного струму. При впровадженні таких рейкових кіл потрібно передбачати їх кодування струмом 50 Гц, оскільки в системі АЛС на ділянках з електротягою постійного струму використовується струм цієї частоти. Отже, рейкові кола змінного струму 25 Гц можуть використовуватися при всіх видах тяги.

Рейкове коло змінного струму 25 Гц отримує живлення безперервним струмом від перетворювача ПЧ50/25 (на схемі не показаний), в якості колійного використовують фазочутливе реле ДСШ-13 (ДСШ-13А), ДСШ-16. Колійне реле реагує тільки на сигнальний струм частотою 25 Гц, оскільки місцева обмотка реле живиться струмом цієї частоти. Кодові сигнали АЛС на частоті 50 Гц передаються контактом реле Т від кодового трансформатора типу ПОБС-3А.

Для захисту апаратури РК також встановлюють розрядники типу РВНШ-250 (РКВН-250), вирівнювачі ВОЦН-380 та ВОЦН-220, автоматичні вимикачі АВМ2-5, запобіжники на номінальну силу струму 2 або 20 А.

Особливість РК частотою 25 Гц для ділянок з електротягою постійного струму полягає у можливості її попереднього кодування змінним струмом 50 Гц, що підвищує надійність дії пристроїв АЛС. Це забезпечується за допомогою блоків живлення: БКП (блок живлення і кодування) - з живлячого кінця та БРК (блок релейно-кодуючий) - з релейного.

В блоці БПК для розділення джерел живлення 25 Гц та 50 Гц на живлячому кінці РК є електричні фільтри L1, C1 та L2, C2. Коливальний контур L2, C2 з резонансною частотою 25 Гц включений в коло передачі сигнального струму 25 Гц і перешкоджає проходженню струму 50 Гц в РК. Щоб сигнальний струм 25 Гц не замикався через обмотку Т1, в коло передачі кодового струму 50Гц включений паралельний коливальний контур L1, C1, налаштований на частоту 25 Гц, якій він надає найбільший опір, перешкоджаючи проходженню струму в коло Т1.

Недоліком схеми є її складність, на живлячому кінці число приладів збільшується більше ніж в 2 рази порівняно з типовими РК змінного струму 50 Гц. В таких РК потрібні прилади для передачі сигнального струму 25 Гц, прилади для передачі кодового струму 50 Гц для дії АЛС, а також додаткові прилади для розділення джерел живлення РК і кодового струму АЛС. Крім того, замість ДТ-0,2 необхідне встановлення ДТ-0,6 (0,3 Ом для сигнального струму 25 Гц). ДТ-0,2 при частоті сигнального струму 25 Гц не можуть використовуватися через їх низький опір струму цієї частоти (0,1 Ом).