3.2 Схеми рейкових кіл

Нерозгалужені РК на ділянках з автономною тягою

Основним типом РК, яке використовується на перегонах з автономною тягою, є РК постійного струму з імпульсним живленням. Імпульсні РК прості за конструкцією, споживають малу потужність та забезпечують можливість їх резервування від акумуляторів, що особливо важливо для ділянок з ненадійним електропостачанням. РК постійного струму з імпульсним живленням (див.рис.нижче) використовують на перегонах, обладнаних АБ. Таке РК на живлячому кінці має акумулятор, випрямляч ВАК, маятниковий трансмітер МТ-1 та обмежуючий резистор R0, а на релейному кінці - імпульсне колійне реле И типу ИМШ1-0,3.

Живлення РК здійснюється постійним струмом. Періодичне замикання і розмикання кола живлення здійснюється контактом маятникового трансмітера МТ-1, який безперервно працює в імпульсному режимі. На релейному кінці імпульси, що надійшли в рейкову лінію, приймає імпульсне колійне реле И. Контакти імпульсного реле И через їхню роботу в імпульсному режимі не можуть бути використані в колах контролю вільності блок-ділянок і ввімкнення ламп світлофорів. Тому на релейному кінці через контакт імпульсного реле И і дешифратор Д додатково вмикається колійне реле П І класу надійності, яке утримує свій якір безперервно притягненим під час імпульсної роботи контакту реле И.

У разі вступу на РК поїзда або появи будь-якої несправності в рейковій лінії припиняється імпульсна робота реле И і на виході дешифратора Д знеструмлюється реле П, яке, замикаючи тилові контакти, фіксує зайнятість РК.

Рейкове коло постійного струму з імпульсним живленням має високу шунтову чутливість, і його надійна робота забезпечується за довжини до 2600 м за опору баласту не нижче 1 Ом*км порівняно з безперервним живленням. Крім того, імпульсне живлення підвищує чутливість колійного реле И до зламу рейки. РК з імпульсним живленням мають надійніший захист колійного реле И від помилкового спрацьовування під час замикання ізостиків суміжних РК, тому що імпульсне реле має регулювання якоря з перевагою ліворуч або праворуч і працює від імпульсів, які надходять тільки з власного РК.

На станціях при автономній тязі застосовують РК з безперервним живленням змінним струмом частотою 50 або 25 Гц. Використання змінного струму для живлення РК на станціях дає змогу економити кабель порівняно із застосуванням РК постійного струму.

Основним видом таких РК є фазочутливе РК змінного струму з колійним реле типу ДСШ, що є найнадійнішою в експлуатації (див.рис.нижче).

Живлення РК здійснюється від трансформатора ПТ, який трансформує змінний струм 220 В у менший за величиною сигнальний змінний струм, який через резистор R0 надходить у рейки. На релейному кінці такого РК 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 СР досягається зсув фази напруги на колійній обмотці щодо напруги місцевої обмотки на кут приблизно 90°, необхідний для нормальної роботи реле ДСШ. Якщо РК вільне і справне, то колійне реле П безперервно утримує свій сектор у піднятому положенні. Під час вступу поїзда на рейкове коло колійне реле П шунтується малим опором скатів поїзда і напруга на обмотці колійного реле П знижується настільки, що сектор опускається вниз, чим і фіксується зайнятість РК рухомим складом. Гранична довжина РК змінного струму 50 Гц з безперервним живленням, за якої забезпечується надійна її робота, становить 1500 м.

Нерозгалужені РК на ділянках з електротягою

На ділянках з електричною тягою рейкові нитки колії є зворотним проводом для пропуску тягового струму на підстанцію. Тому в РК таких ділянок слід забезпечити безперервне проходження тягового струму, незважаючи на те, що рейки розділені ізостиками для забезпечення роботи РК. Для цієї мети застосовують двониткові й однониткові РК. Двониткові РК набули найбільшого поширення. У таких РК тяговий струм безперервно пропускають по обох рейкових нитках колії за допомогою дросель-трансформаторів, які встановлюють по обидва боки ізостику.

Для забезпечення нормальної та надійної роботи РК 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 РК живлять змінним струмом промислової частоти 50 Гц (див.рис.нижче, а), а на ділянках з електротягою на змінному струмі 50 Гц - змінним струмом частотою 25 Гц (див.рис.нижче, б). Тягові струми протікають по обох напівобмотках ДТ у зустрічних напрямках, чим виключається вплив тягового струму на роботу РК. У практичних умовах тягові струми в обох рейкових нитках не дорівнюють один одному, оскільки опір рейкових ниток неоднаковий. Тому сердечник дросель-трансформатора піддається підмагнічуванню, а апаратура РК - впливу гармонік тягового струму. Для виключення впливів гармонік тягового струму рейкові кола з колійним реле типу ИМВШ або ИВГ на електрифікованих ділянках роблять з кодовим живленням, а для захисту від цього впливу самого реле встановлюються фільтри, налаштовані тільки на частоту сигнального струму, які не пропускають гармоніки тягового струму.

На перегонах при електротязі на постійному струмі влаштовується кодове РК змінного струму частотою 50 Гц, яке слугує для контролю стану блок-ділянок, забезпечуючи бездротовий зв'язок між показаннями попутних прохідних світлофорів і передавання на локомотив кодів АЛС. Основними елементами такого РК є: колійний трансформатор ПТ типу ПОБС-3А; обмежувач Z0 типу РОБС; дросель-трансформатори типів ДТ-0,6 (на живильному кінці) і ДТ-0,2 (на релейному кінці); трансмітерне реле Т; трансмітер КПТШ (на рисунку не показаний); конденсатори С, що слугують для компенсації реактивної складової струму та зменшення споживаної потужності від колійного трансформатора; фільтр типу ЗБФ-1, що слугує для захисту колійного реле И від гармонік тягового струму та обмеження на ньому напруги під час короткого замикання ізостиків; імпульсне колійне реле И типу ИМВШ-110 або ИВГ, яке приймає кодові сигнали з рейкової лінії.

Живлення РК змінним струмом 50 Гц здійснюється від колійного трансформатора ПТ. Із вторинної обмотки ПТ сигнальний струм через контакт трансмітерного реле Т, який працює в режимі коду КЖ, Ж або З, подається через дросель-трансформатор ДТ-0,6 у рейкову лінію. На релейному кінці кодові сигнали з рейкової лінії через дросель-трансформатор ДТ-0,2 і фільтр ЗБФ-1, що пропускає сигнальний струм частотою 50 Гц, а гармоніки тягового струму затримує, сприймається імпульсним колійним реле И, що при вільному стані РК працює в кодовому режимі в такт прийнятих з рейкової лінії кодових імпульсів. Під час вступу поїзда на РК відбувається шунтування обмотки колійного реле И малим опором скатів поїзда, і воно припиняє імпульсну роботу, чим і фіксується зайнятий стан РК. Надійна робота кодового рейкового кола 50 Гц забезпечується при довжині до 2600 м за опору баласту не нижче 1 Ом·км.

Кодове РК змінного струму 25 Гц застосовують на перегонах при електротязі на змінному струмі частотою 50 Гц. Живлення РК змінним струмом 25 Гц здійснюється від статичного перетворювача частоти ПЧ-50/25 потужністю 100 Вт. З виходу перетворювача сигнальний струм частотою 25 Гц через контакт трансмітерного реле Т, що працює в кодовому режимі, обмежувач R0, колійний трансформатор ПТ типу ПРТ-А і дросель-трансформатор ДТ1-150 надходить у рейкову лінію. На релейному кінці кодові імпульси через дросель-трансформатор ДТ1-150 і фільтр ФП-25, який пропускає сигнальний струм частотою 25 Гц, а гармоніки змінного струму затримує, сприймаються імпульсним колійним реле, яке при вільному стані блок-ділянки працює в імпульсному режимі. Кодове РК змінного струму частотою 25 Гц має граничну довжину 2500 м.

На станціях при електротязі застосовують рейкові кола змінного струму частотою 50 і 25 Гц із безперервним живленням і реле типу ДСШ. Двоелементні секторні реле ДСШ при електротязі постійного струму не потребують додаткових заходів захисту від впливу тягового струму, оскільки потрапляння в колійну обмотку цього реле постійного струму призводить до його знеструмлення. Основним типом РК на таких станціях є фазочутливі двониткові рейкові кола змінного струму частотою 50 і 25 Гц з реле ДСШ.

Фазочутливе двониткове РК змінного струму 25 Гц з реле ДСШ (див.рис.нижче) є основним видом РК. На живильному та релейному кінцях такої РК встановлені дросель-трансформатори ДТ і узгоджувальні трансформатори ПТ та ИТ. Живлення колійної та місцевої обмоток колійного реле ДСШ розділене і здійснюється від окремих перетворювачів за допомогою фазувального пристрою. На релейному кінці паралельно колійному елементу реле П увімкнено захисний фільтр ЗБ-ДСШ для захисту реле від впливу тягового струму частотою 50 Гц. За наявності перешкоди можлива вібрація сектора реле ДСШ, що погіршує умови роботи реле. Тому і встановлено фільтр ЗБ-ДСШ, налаштований на частоту тягового струму 50 Гц, через який цей струм замикається, чим унеможливлюється потрапляння його в обмотку реле. При електротязі постійного струму фільтр не встановлюється.

Схема фазочутливого РК змінного струму 25 Гц допускає накладення кодування з живильного і релейного кінців. Гранична довжина такого РК, за якої забезпечується надійна його робота, становить 1200 м.

На станціях при електротязі можуть застосовуватися й однониткові РК змінного струму частотою 50 і 25 Гц, у яких для пропускання зворотного тягового струму виділяється одна рейкова нитка. У суміжне РК тяговий струм пропускається по рейковим з'єднувачем, який з'єднує тягові рейкові нитки суміжних РК. Апаратура такого РК аналогічна попередній, але без встановлення дросель-трансформаторів. Надійність роботи таких РК через сильний вплив тягового струму невисока, тому довжина їх не перевищує 500 м і вони знаходять застосування на невідповідальних коліях і стрілочних ділянках середніх і великих станцій.

Тональні рейкові кола

В даний час найбільші експлуатаційні, технічні та економічні переваги мають РК тональної частоти (ТРК), які знаходять все більш широке застосування на вітчизняних і зарубіжних залізницях, лініях метрополітену і швидкісного трамваю.

Використання сигнального струму тонального діапазону дозволяє істотно підвищити завадозахищеність і послабити взаємні впливи між РК, у кілька разів знизити споживану потужність, застосувати сучасну елементну базу, здійснити централізоване розміщення апаратури. До переваг ТРК слід віднести можливість відмови від використання ізолюючих стиків, що особливо важливо для ділянок з суцільнозварними рейковими нитками. За відсутності ізолюючих стиків забезпечується електрична безперервність кола повернення тягового струму, скорочується число використовуваних дросель-трансформаторів (ДТ) і знижуються втрати електроенергії на тягу поїздів.

Свою назву ТРК отримали у зв'язку з використанням в них сигнального струму з частотами тонального діапазону в області 400...6000 Гц. Сигнальні струми ТРК являють собою амплітудно-модульовані (маніпульовані) сигнали, в яких носійні синусоїдальні частоти модулюються сигналами низької частоти 8 або 12 Гц. Таким чином, в якості відмінних ознак сигнального струму використовуються значення носійної частоти і частоти модуляції.

Принцип утворення амплітудно-маніпульованого (АМ) сигналу показаний на рисунку нижче, де fн – сигнал носійної частоти, fм – частота маніпуляції, fс – результуючий АМ сигнал. 

Основу ТРК становлять не обмежені ізольованими стиками (ІС) рейкові кола. У зв'язку з цим ТРК інакше ще називають безстиковими рейковими колами (БРК). У разі необхідності ІС можуть встановлюватися в окремих точках рейкової лінії (наприклад, в місцях установки світлофорів). Основні принципи побудови БРК показані на рисунку нижче.

Для скорочення кількості апаратури, кабелю і числа сигнальних частот живлення двох сусідніх РК здійснюється від одного джерела (генератора), який виробляє амплітудно-маніпульовані (АМ) сигнали. Так, живлення приймачів рейкового кола 1РК та 2РК здійснюється джерелом 1/2Г1сигнальним струмом, наприклад f 8/8, чим забезпечується контроль стану 1РК та 2РК. Аналогічно контроль стану 3РК та 4РК здійснюється за допомогою приймачів і джерела 3/4Г2 сигнальним струмом f9/12. Взаємний вплив суміжних РК виключається генерацією АМ сигналів джерелами 1/2Г1 і 3/4Г2 з різними носійними частотами і частотами маніпуляції (f 8/8 і f 9/12). Вплив сигнального струму на віддалені РК (наприклад, джерела 1/2Г1 на приймач П1 5РК) виключається завдяки загасанню сигнала при проходженні його через 2РК, 3РК, 4РК. 

Однією з основних особливостей ТРК як безстикового РК є те, що її шунтування і зміна кодового сигналу АЛС настає не з моменту вступу на нього поїзда, а при наближенні його до РК на деяку відстань. Колісна пара, яка знаходиться на цій відстані від точки підключення апаратури РК, шунтує частину сигнального струму РК, що в свою чергу призводить до зниження напруги на вході колійного приймача. Відстань від точки підключення апаратури до місця знаходження колісної пари, називається зоною додаткового шунтування. Таким чином, фактична довжина такого РК виявляється більшою ніж її фізична довжина.

Розгалужені рейкові кола

На станціях у зоні стрілочних переводів влаштовують розгалужені РК. Такі РК, окрім ізостиків на його межах, мають додаткові ізостики 4 див.рис.нижче, а) на рамних рейках, які унеможливлюють замикання рейкових ниток хрестовиною стрілочного переводу. Для утворення електричного кола встановлюються стрілочні рейкові з'єднувачі: 3 - між рамними рейками та вістряками і перевідними кривими, 5 - між крайніми рейковими нитками, 6 - на хрестовині стрілочного переводу.

Основним завданням ізоляції розгалужених РК є забезпечення контролю наявності рухомих одиниць на відгалужених рейкових нитках. Для здійснення такого контролю найпоширенішим є паралельний спосіб ізоляції (див.рис.нижче, а і б), при якому сигнальний струм протікає лише рейковими нитками однієї колії А, де увімкнене колійне реле СП, а рейкові нитки відгалуження Б перебувають лише під напругою.

При вільному РК сигнальний струм протікає по колу (див.рис.нижче, а): плюс ПБ, рейкові нитки 1, 9, обмотка реле СП, рейкова нитка 10, рейковий з'єднувач 5, рейкова нитка 2 і мінус ПБ. Реле СП, перебуваючи в збудженому стані, контролює вільність стрілочної ділянки і справність стрілочного з'єднувача 5. У разі обриву рейкового з'єднувача реле СП відпускає якір і дає контроль несправності РК. Якщо додаткові ізостики встановлено по бічному відгалуженню (див. рис. нижче, б), то рейковий з'єднувач стає неконтрольованим і для надійності дублюється. Під час заняття РК поїздом відбувається шунтування рейкових ниток 1-2, або 7-8, або 9-10 малим опором скатів поїзда. Реле СП, втрачаючи живлення, відпускає якір і контролює зайнятість стрілочної ділянки.

У розгалуженому РК у разі обриву рейкової нитки бічної колії Б і знаходженні рухомої одиниці на відгалуженні колійне реле СП залишається збудженим і дасть помилковий контроль вільності стрілочної ділянки, що негативно впливає на безпеку руху поїздів. Для підвищення надійності дії таких рейкових кіл на всіх неконтрольованих відгалуженнях установлюють додаткові реле (див. БСП на рис. нижче, в).

Розгалужені РК використовуються для безперервного живлення змінним струмом частотою 50 Гц із реле типу АНВШ (при автономній тязі), частотою 25 Гц із реле типу ДСШ (при електротязі) або тональної частоти при будь-якому виду тяги. Приблизну схему розгалуженого РК при електротязі показано на рисунку нижче. Вільність і справність стрілочної ділянки визначаються збудженням реле АСП і БСП. Загальне колійне реле СП збуджується через послідовно ввімкнені фронтові контакти колійних реле АСП і БСП, ввімкнених на кінцях відгалужень. Зникнення струму в будь-якому з колійних реле розцінюється як зайнятість ізольованої ділянки.