Системы железнодорожной автоматики и телемеханики

Министерство транспорта Российской Федерации  
Дальневосточный государственный университет путей сообщения

 

 

 

 

 

 

А. Г. Кириленко

 

 

 

 

 

 

 

СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ  АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хабаровск

2005

 

 

 

Введение

 

Рельсовой цепью называется электрическая цепь, проводниками которой служат рельсовые нити пути.

Рельсовые цепи (РЦ) являются основным звеном современных систем управления движением поездов. На железных дорогах они выполняют функции путевого датчика информации о состоянии рельсового пути, а также телемеханического канала непрерывной передачи информации при автоблокировке, автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа, электрической централизации, диспетчерской централизации

Как путевой датчик РЦ используется в пределах перегонов и станций для получения первичной дискретной информации о состояниях путевых участков, на основе которой автоматизируется процесс интервального регулирования движением поездов и повышается его безопасность.

В качестве путевого телемеханического канала РЦ широко используется для установления беспроводной логической связи между смежными исполнительно-распорядительными пунктами (сигнальными точками) в кодовой автоблокировке и передачи оперативной информации с пути на локомотив в системах автоматической локомотивной сигнализации.

Рельсовые цепи широко применяются в автоматических ограждающих устройствах, обеспечивающих безопасность движения поездов и автотранспорта в зоне переездов; в системах автоматического диспетчерского контроля, повышающих эффективность работы диспетчерского персонала; в горочной автоматической централизации, позволяющей автоматизировать процесс расформирования составов на сортировочных горках; в системах автоматического контроля перегона в комплексе путевой полуавтоматической блокировки, способствующей повышению пропускной способности участков и безопасности движения поездов.

Рельсовые цепи имеют  более чем вековую историю, и  их практика и теория связаны с  историей возникновения и развития железнодорожного транспорта и, в частности, с историей сигнализации. И до настоящего времени многочисленные попытки заменить РЦ более совершенными средствами не дали ожидаемых результатов. Трудно или практически невозможно получить в других устройствах такие свойства РЦ, как надёжное и практически безошибочное фиксирование свободности и занятости путевых участков подвижным составом, не оборудованным специальными устройствами. Или при исследовании его с неисправными устройствами, автоматический контроль рельсовых нитей, автоматическое восстановление нормальной и безопасной работы без специальных запоминающих устройств после отключения и последующего включения источника питания или при замене аппаратуры и оборудования, непрерывная непосредственная связь между поездами и состоянием пути и ряд других преимуществ. С возрастанием скоростей и интенсивности движения поездов повышаются требования к рельсовым цепям. В настоящее время продолжаются работы по созданию новых и совершенствованию существующих РЦ.

 

Целью данной курсовой работы является расчёт основных режимов работы рельсовых цепей на примере кодовой РЦ частотой 25 Гц.

 

 

Исходные данные.

 

Коэффициент трансформации ПРТ-А  на питающем конце: n=9,15;

Сопротивление ограничивающего резистора R₀=180 Ом;

Сопротивление соединительных проводов на питающем конце R_сп=0,45 Ом;

Удельное сопротивление изоляции R_из=1,5 Ом∙км;

Сопротивление заземлений контактных опор R₀=5 Ом∙км;

Длина рельсовой линии l=2,8 км;

Коэффициент трансформации ПРТ-А  на релейном конце: n=9,15;

Сопротивление соединительных проводов на релейном конце R_ср=0,45 Ом;

Входное сопротивление  фильтра ФП-25, нагруженного путевым  реле типа              ИВГ-М: =200 Ом;

 

Коэффициенты четырехполюсника ИТ типа ПРТ-A для питающего конца при

n=9,15: A_ип=9,15; B_ип=2,4е^j36 Ом; С_ип=0,006е^-j65 См; D_ип=0,11.

 

Коэффициенты четырехполюсника ИТ типа ПРТ-A для релейного конца при

n=9,15: A_ир=0,11; B_ир=2,4е^j36 Ом; С_ир=0,006е^-j65 См; D_ир=9,15.

 

Коэффициенты четырехполюсника ДТ типа ДТ-1-150 питающего конца: A_дп=3;

В_дп=0,05е^j35 Ом; С_дп=0,302e^-j60 См; С_дп=0,333.

 

Коэффициенты четырехполюсника ДТ типа ДТ-1-150 релейного конца: A_др=0,333;

В_др=0,0525 е^j40 Ом; С_др=0,49e^-j70 См; С_др=3.

 

Удельное сопротивление рельсовой  петли: z= Ом/км;

Коэффициент распределения тока утечки m=0;

Коэффициент взаимоиндукции рельсов М= ;

Критическое значение комплексного числа  на f =25 Гц, при котором удельное сопротивление изоляции РЛ в контрольном режиме принимает критическое значение .

Электрические параметры  реле ИВГ-М:

Напряжение срабатывания реле В;

Напряжение отпускания якоря реле В.

Приведенный коэффициент надежного возврата путевого реле К^’_вн = 0,572.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кодовая рельсовая цепь частотой 25 Гц: принципиальная схема,                       назначение устройств

 

 

Принципиальная схема кодовой рельсовой цепи частотой 25 Гц приведена на          рисунке 1.

Рис.1 Схема кодовой рельсовой цепи переменного тока частотой 25 Гц

         

Рельсовые цепи питаются от преобразователя частоты ПЧ-50/25 мощностью 100 или 150 ВА, вторичная обмотка  которых секционирована, что позволяет  регулировать напряжение частотой 25 Гц в пределах от 0 до 175 В, с градацией через 5 В.

В рельсовую цепь коды, вырабатываемые датчиком кода, посылаются контактами трансмиттерного реле Т (трансмиттерной ячейки ТШ-65В).

Приборы питания размещаются  на выходном конце рельсовой цепи по ходу движения поезда, чтобы коды посылались ему навстречу и могли восприниматься приемными локомотивными катушками системы АЛСН. Для нормальной работы локомотивных устройств АЛСН необходимо, чтобы при шунтировании входного (релейного) конца рельсовой цепи и минимальном сопротивлении изоляции, кодовый ток в рельсах под приемными катушками локомотива был не менее 1,4 А.

В качестве путевого приемника  используется  реле типа ИВГ-М - импульсное герконовое реле, в котором в качестве коммутирующего элемента применен жидкометаллический (ртутный) магнитоуправляемый геркон, что позволяет увеличить срок службы путевых реле до 10 лет.

В целях повышения  надежности работы реле ИВГ-М на выходе фильтра ФП-25 (рис 1.) включаются два встречно соединенных стабилитрона Д1 и Д2 типа Д815Б, с порогом срабатывания 6,1...7,5 В.

Защита импульсного реле от мешающего влияния тягового тока асимметрии и его гармонических составляющих осуществляется фильтром типа ФП-25. Для пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков устанавливаются дроссель-транcформаторы типа ДТ-1-150 - без воздушного зазора, с низким коэффициентом трансформации (n=3).

Для согласования высокого сопротивления аппаратуры питающего  и релейного концов рельсовой  цепи с низким сопротивлением рельсовой  линии применяются изолирующие (согласующие) трансформаторы типа ПРТ-А, с коэффициентом трансформации 9,15. Совместно с автоматическими выключателями типа АВМ-2 (5 А) они защищают аппаратуру и обслуживающий персонал от перенапряжений, которые возникают при большой асимметрии тягового тока.

Аппаратура РЦ имёет  также защиту от кратковременных импульсных перенапряжений, возникающих в рельсовой линии от ударов молнии, разрывов в цепи контактного провода и токоприемника или при коротком замыкании в контактной сети, получаемую посредством тиристорных защитных устройств типа УЗТ-1 и УЗТ-2.

В качестве ограничителя тока источника питания, в режиме короткого замыкания рельсовой линии, последовательно с преобразователем частоты устанавливается сопротивление R₀. Это сопротивление также стабилизирует работу преобразователя частоты ПЧ, придавая активный характер нагрузке. При его отсутствии может происходить срыв генерации в контуре преобразователя на частоте 25 Гц за счет подключения к обмотке контура ПЧ дополнительной индуктивности нагрузки (входного сопротивления рельсовой цепи, имеющего индуктивную составляющую).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчёт коэффициентов общих четырёхполюсников питающего и                  релейного конца.

 

Для  производства расчетов  и исследования работы, кодовую рельсовую  цепь частотой 25 Гц заменим эквивалентной схемой замещения, состоящей из каскадного соединения трёх четырёхполюсников Н, Р и К.

Четырёхполюсник К замещает промежуточную и защитную аппаратуру релейного конца. Четырёхполюсник Н замещает промежуточную аппаратуру питающего конца р.ц. . При этом учитывается сопротивление проводов R_сп, R_ср.

Четырёхполюсник РЛ замещает рельсовую линию.

 

Схема замещения кодовой  рельсовой цепи частотой 25 Гц представлена на                рисунке 2.

      Коэффициенты общего четырехполюсника питающего конца:

 

 

Коэффициенты общего четырехполюсника релейного конца:

 

Рассчитанные параметры  четырёхполюсников Н и К постоянные и не зависят от режимов работы рельсовой цепи.

Параметры четырёхполюсника РЛ переменные и зависят от режима работы рельсовой цепи и изменяются непрерывно вследствие воздействия климатических условий на состояние пути и, следовательно, изменения сопротивления изоляции рельсовой линии дискретно при наложении шунта либо при обрыве рельсовой нити.

2. Расчёт нормального режима.

 

Нормальный  режим – это такое состояние рельсовой цепи, когда рельсовая линия свободна от подвижного состава.

При нормальном режиме сигнальный ток  протекает от источника питания по рельсовым нитям к путевому приемнику. Путевой приемник (реле) притягивает свой якорь и замыкает фронтовые контакты, чем фиксируется отсутствие подвижной единицы на контролируемом участке пути.

Напряжение надёжного  срабатывания в нормальном режиме должно обеспечиваться на входе приёмника при наихудших условиях.

Наихудшими условиями нормального  режима являются такие, при которых  уменьшается сигнал на входе приёмника  рельсовой цепи, т.е. минимальное  напряжение источника питания, максимальное сопротивление рельсов и минимальное сопротивление изоляции.

Для расчёта нормального  режима составляем общую схему замещения:

 

   Определим вторичные (волновые) параметры рельсовой цепи: коэффициент распространения и волновое сопротивление .

 

Для схемы замещения РЦ эквивалентное  сопротивление изоляции и заземлений опор контактной сети:

Ом км;

Коэффициент распространения: 1/км;

Волновое сопротивление Ом.

 

Для рельсовых цепей переменного  тока коэффициент распространения и волновое сопротивление являются комплексными.

 

Рассчитаем коэффициенты четырёхполюсника Р.

 

Коэффициенты рельсового четырехполюсника:

;

Ом;

См.

 

Реле ИВГ обладает паспортными данными: В; В.

Учитывая особую роль путевого приёмника в рельсовых  цепях на паспортные величины вводятся дополнительные коэффициенты, повышающие надёжность работы рельсовых цепей.

С учётом этих коэффициентов получаем коэффициенты надёжного срабатывания и отпускания:  В,  В.

Тогда напряжение и ток  на входе фильтра при рабочем напряжении путевого реле: U_ф=8,0 В, I_ф=0,04 А.

 

 

Напряжение и ток в конце  рельсовой линии

 В;

 А.

 

Напряжение и ток в начале рельсовой линии

 В;

 А.

 

Минимальные значения напряжения и тока  ПЧ

 В;

 А.

 

ПЧ имеет градации напряжения от 5 до 175 В через каждые 5 В, поэтому принимаем В, тогда ток преобразователя равен: .   

 

Коэффициент, учитывающий наличие на зажимах питающего трансформатора градации напряжения ближайшего большего к расчётному:

 А.

 

Мощность, потребляемая рельсовой  цепью в нормальном режиме:

 ВА.

Определение коэффициента перегрузки реле

 

Критерием работы рельсовой  цепи в нормальном режиме является коэффициент перегрузки, который  представляет собой отношение фактического значения сигнала на входе приёмника к рабочему значению сигнала.

Минимальный коэффициент перегрузки имеет место при наиболее неблагоприятных условиях работы в нормальном режиме.

Наибольший фактический коэффициент  перегрузки при максимальных напряжениях источника питания и сопротивлениях изоляции рельсовой линии.

Можно сделать вывод, при которых  будет соблюдаться нормальный режим  работы р.ц.: ,

 

Всю аппаратуру четырёхполюсника К можно заменить входным сопротивлением релейного конца: ,