Рельсовыс цепи. Анализ работы и техническое обслуживание - Кравцов Ю.А., Аркатов В.С., Степенский Б.М.

Автор: Кравцов Ю.А. Аркатов В.С. Степенский Б.М.
Теги: рельсовый транспорт железнодорожное движение автоматика железные дороги рельсовые цепи техническое обслуживание телемеханика
ISBN: 5-277-00957-4
Год: 1990
Похожие
Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи
Технический справочник железнодорожника. Том 8. Сигнализация, централизация, блокировка, связь
Основы железнодорожной автоматики и телемеханики.
Устройства автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте
Текст
                    УДК 656.259.12.004.5
Аркатов В. С., Кравцов Ю. А., Степенский Б. М. Рельсовые
цепи. Анализ работы и техническое обслуживание.—М.: Транс-
порт, 1990. — 295 с.
Дана история развития рельсовых цепей. Приведены основ-
ные соображения по выбору параметров элементов широко при-
меняемых рельсовых цепей, рассмотрены основы инженерных ме-
тодов их расчета. Освещены особенности работы рельсовых цепей
в условиях влияния тягового тока и при наличии заземляющих
устройств. Изложены рекомендации по техническому обслужива-
нию рельсовых цепей и повышению надежности их работы
Книга предназначена для инженерно-технических работников,
связанных с эксплуатацией, проектированием и строительством
систем и устройств железнодорожной автоматики и телемехани-
ки, и может быть полезна студентам вузов и учащимся технику-
мов железнодорожного транспорта.
Ил. 186, табл. 21, библиогр. 57 назв.
Рецензент Е. С. Семенов
Заведующий редакцией Н. Л. Немцова
Редактор Г Г. Баюшкина
. 3202040000-210
А ---------------
049(01)-90
24-90
ISBN-5-277-00957-4
©В С. Аркатов, Ю. А. Кравцов
Б. М. Степенский, 1990
ОТ АВТОРОВ
С каждым годом на железнодорожном транспорте расширяется
внедрение современных средств автоматики и телемеханики. Строят-
ся автоблокировка, автоматическая локомотивная сигнализация,
диспетчерская и электрическая централизация, устройства пере-
ездной сигнализации, интенсивно используется автоматика на сор-
тировочных горках. От надежности работы этих систем во многом
зависят ритм перевозок и безопасность движения поездов. Основой
всех перечисленных систем являются рельсовые цепи, выполняю-
щие функции датчиков информации о местонахождении подвижно-
го состава, а также используемые как телемеханические каналы
для передачи информации между путевыми устройствами и между
путевыми и поездными устройствами. Благодаря рельсовым цепям
возможно обеспечение максимальной пропускной способности участ-
ков и станций, а также повышение безопасности движения поездов..
Электрические рельсовые цепи применяют на железных дорогах
всего мира. Ученые многих стран создают принципиально новые
устройства, способные выполнять те же функции, что и рельсовые
цепи. В частности, испытывали системы с использованием путевых
шлейфов, счетчиков осей, радиолокационных устройств. Однако
специалистами признано, что эти устройства по надежности и
функциональным возможностям значительно уступают рельсовым
цепям. С возрастанием скоростей и интенсивности движения поез-
дов повышаются требования к рельсовым цепям. Широкое внед-
рение электрической тяги, повышение тяговых токов при движении
тяжеловесных поездов, тиристорное управление тяговыми двигате-
лями, необходимость заземления конструкций, снижение сопротив-
ления изоляции рельсовых линиц/ртйосительцо"земли значительно
усложнили условия работы рельсоввд^' цецёй.
В настоящей книге предпринята попытка без использования
сложного математического аппарата пояснить основные соображе-
ния по выбору параметров элементов рельсовых цепей различных
типов, изложить основы расчета режимов работы рельсовых цепей,
показать особенности работы рельсовых цепей при повышении
тяговых токов, в условиях влияния заземляющих устройств, а
также дать рекомендации, способствующие повышению надежности
работы рельсовых цепей.
Глава 1
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
Рельсовые цепи являются основным элементом практически
всех устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: ав-
тоблокировки, автоматической локомотивной сигнализации, элек-
трической централизации стрелок и сигналов, автоматической
переездной сигнализации, диспетчерского контроля движения поез-
дов и других систем. В этих системах рельсовые цепи выполняют
следующие функции: автоматически контролируют свободность
и целость рельсовых нитей участков пути на перегонах и станци-
ях; исключают возможность перевода стрелок под составом; с их
помощью передаются кодовые сигналы с пути на локомотив, а так-
же от одной сигнальной установки к другой; обеспечивают авто-
матический контроль приближения поездов к переездам и стан-
циям и т. д. Рельсовые цепи обладают ценными свойствами: авто-
матически контролируют свободность и занятость участков пути
без какого-либо оборудования на подвижном составе, автомати-
чески контролируют электрическую целость рельсовых нитей,
обеспечивают территориальную селективность при передаче инфор-
мации с пути на локомотив. На магистральных железных дорогах
СССР применяют более 30 типов и 800 разновидностей рельсовых
цепей. Общее число рельсовых цепей, эксплуатируемых в СССР,
превышает 300 000. Широко распространены они и в большинстве
стран мира.
Рельсовые цепи имеют более чем вековую историю, и их прак-
тика и теория связаны с историей возникновения и развития же-
лезнодорожного транспорта и, в частности, с историей сигнализа-
ции.
Первая в мире железная дорога с локомотивно-канатной тягой
была открыта в Великобритании 27 сентября 1825 года между
Стоктоном и Дарлингтоном. В 1829 году в штате Пенсильвания
между Карбонделем и Хонезделем была построена железная до-
рога, оборудование для которой было закуплено в Великобритании.
Так как указанные две дороги имели локомотивно-канатную тягу,
то первой самоходной железной дорогой считают дорогу Манчес-
тер — Ливерпуль, построенную в Великобритании и открытую в
1830 году. В России первую железную дорогу на паровой тяге
протяженностью 29 верст построили между Петербургом и Царским
Селом и открыли 30 октября 1837 года.
На начальном этапе устройства сигнализации были достаточ-
но примитивны. Так, по предложению изобретателя паровоза
Джорджа Стефенсона на участке Манчестер — Ливерпуль сигналь-
щики располагались на определенном расстоянии друг от друга.
4
Они разрешали или запрещали движение поезда: флажком днем и
фонарем ночью. В некоторых европейских странах можно было
наблюдать, как впереди поезда ехал верховой, предупреждая
прохожих и экипажи, проверяя состояние пути. В России первая
сигнализация на железной дороге Петербург — Царское Село тоже
была примитивна. Для предупреждения о появлении поезда впе-
реди дымовой трубы паровоза укрепляли заграничный орган,
кондуктор во время движения вертел его ручку, а другие сопро-
вождали музыкальную пьесу игрой на трубах и барабане В 1834 го-
ду в Великобритании появились первые неподвижные сигналы —
семафоры, что и определило развитие сигнализации в России,
США и Великобритании в XIX веке. В тридцатых годах XIX века
существовали и некоторые средства сигнализации на подвижном
составе. В США на паровозах устанавливали смоляные факелы,
а позднее масляные фонари, которые имелись и в хвосте поезда,
применяли и колокольчики. Паровой гудок был изобретен в Вели-
кобритании Джорджем Стефенсоном в 1833 году. У гудка нашлись
противники, которые утверждали, что он звучит очень резко и
нарушает тишину. В США первый свисток был установлен на па-
ровозе в 1837 году. Но при первом же использовании свистка на
него было израсходовано столько пара, что для движения паровоза
ничего не осталось, и его с трудом довели до места назначения
Начиная с конца тридцатых годов в Великобритании, а позже
в США и в России безопасность движения поездов обеспечивалась
с помощью телеграфа и входных станционных семафоров. В России
первый электромагнитный телеграф установили на Царскосельской
дороге в 1846 году. В 1851 году участок Санкт-Петербург — Л4оск-
ва оборудовали телеграфом и проложили подземный кабель длиной
500 км.
Важнейшим достижением пятидесятых — шестидесятых годов
XIX века в области обеспечения безопасности движения поездов
явилось изобретение блокировки и централизации. Блокировка
получила название от английского слова to blok, что означает
ограждать Безусловной принадлежностью блокировки является
постоянный путевой сигнал, который, будучи закрытым, ограж-
дает железнодорожный участок от въезда на него поездов.
Развитие блокировочных устройств прошло три этапа — это
неавтоматическая, полуавтоматическая и автоматическая блоки-
ровки. Чаще всего неавтома-
тическую блокировку исполь-
зовали совместно с телеграф-
ной связью (рис. 1.1). В пунк-
тах А и Б находились путе-
вые сигналы. Дежурный пунк-
та А, отправив поезд по нап-
равлению к пункту Б, закрывал
сигнал. Когда отправленный
Рис. 1.1. Схема неавтоматической
блокировки
о
поезд прибывал на пункт Б, дежурный этого пункта сообщал о
прибытии поезда на пункт А. Для этого использовали телеграфный
аппарат ТА пункта А и телеграфный аппарат ТБ пункта Б. Послед-
нее сообщение давало право дежурному пункта А открыть сигнал
и отправить следующий поезд. При такой организации движения
на участке между двумя сигналами, который носил название блок-
участок, мог находиться только один поезд. Поезда, следующие
друг за другом, все время разделены отрезком пути, что называют
«разграничением поездов пространственным интервалом» и являет-
ся характерной особенностью всех современных систем интерваль-
ного регулирования. При неавтоматической блокировке безопас-
ность движения зависит только от человека. Если к устройствам
неавтоматической блокировки добавить рельсовую педаль, которая
обеспечивает автоматическое закрытие сигнала после прохода мимо
него поезда, то блокировка становится полуавтоматической, так как
сигнал закрывается автоматически, а открывается — человеком.
Автоблокировка отличается от полуавтоматической тем, что
сигналы открываются движущимся поездом без непосредственного
участия человека, причем только в том случае, если поезд поки-
дает блок-участок в полном составе. При автоблокировке безопас-
ность движения поездов полностью зависит от совершенства аппа-
ратуры и бдительности машиниста.
Для устройства автоблокировки с семафорами в качестве сиг-
налов необходимо было: снабдить каждый семафор приводом и
обеспечить управление привода в зависимости от состояния уча-
стка железнодорожного пути, ограждаемого этим семафором. Если
первое было решено быстро, то второе оказалось довольно затруд-
нительно.
Идея связи путевых сигналов с движущимся поездом зароди-
лась в середине прошлого столетия. Первая попытка создания
автоблокировки была во Франции в 1859 году на участке Париж —
Сен Жермен и связана с именем Жана Барановского В качестве
блок-сигнала служил поворотный диск, нормально открытый под
действием противовеса. С помощью тяг и рычагов этот диск был
связан с подвижной шиной, нормально прижатой к ходовому рель-
су. При проходе поезда реборды его колес отжимали шину от
рельса, что и закрывало диск. В то же время поднимался поршень
установленного у диска ртутного тормоза, который и задерживал
диск закрытым. По истечении определенного времени (порядка
6 мин) после прохода поезда поршень, преодолевая вязкость ртути,
возвращался на место, а диск открывался. Таким образом, первая
автоматическая блокировка была блокировкой времени (система
с временным интервалом). Она имела большой недостаток с точки
зрения обеспечения безопасности движения поездов, заключаю-
щийся в том, что поезд, остановившийся на блок-участке, через
фиксированный промежуток времени перестает быть огражден
сигналом.
6
Во второй половине прошлого века предпринимались много-
численные попытки создания автоблокировки с временным и про-
странственным интервалом. Типичной автоблокировкой времени
являлась система «Голландские часы» В качестве индикатора в
системе использовали большой циферблат на мачте, установленной
у железнодорожного полотна. Циферблат указывал, сколько минут
прошло после прохода предыдущего поезда. Часовой механизм
был механически связан с педалью, нажатие которой автомати-
чески переводило стрелку в исходное положение. В инструкциях
поездной прислуги говорилось «...точность движения есть верней-
шее ручательство безопасности путешественников». С современной
точки зрения тогдашняя безопасность держалась только на «чест-
ном слове». Поэтому основные усилия были направлены на созда-
ние систем с пространственным интервалом, обеспечивающих
безопасность движения поездов. В качестве датчика местонахож-
дения поездов применяли рельсовые педали, предпринимали по-
пытки реализовать автоблокировку на основе счета осей поездов,
вошедших и ушедших с блок-участка. К этому времени относятся
первые попытки создания автоблокировки с использованием в
качестве датчиков, определяющих местонахождение поезда, путе-
вых индукторов, устанавливаемых на границах блок-участков, и
поездных индукторов, располагаемых на последнем вагоне состава.
Особое развитие автоблокировка получила в США, где к концу
XIX века функционировало немало различных систем автоблоки-
ровки. Однако в этих системах поезд воздействовал на путевые
устройства только в отдельных точках пути, и эти системы авто-
блокировки получили название точечных систем (рис. 1.2). Поезд,
наезжая на педаль А, размыкал цепь реле 7Р, которое, обесточив-
шись, разрывало цепь сигнального привода СП семафора I и сигнал
закрывался. Открытие семафора I было возможно только после
того, как поезд наезжал на педаль Б, установленную за следующим
по ходу движения семафором //, при этом реле 1Р возбуждалось
и семафор / открывался.
7
Системы автоблокировки точечного типа имели очевидные
эксплуатационные недостатки: не контролировалось освобож-
дение поездом блок-участка в полном составе; отсутствовал
контроль целости рельсов; в случае изменения направления
движения для восстановления работоспособности системы тре-
бовалось вмешательство обслуживающего персонала.
Во второй половине XIX века в Европе стремились совершен-
ствовать системы безопасности, т. е. улучшить блокировочные ап-
параты неавтоматического или полуавтоматического действия.
В то же время американские дороги, стремясь максимально рацио-
нализировать процесс перевозок, акцентировали внимание исклю-
чительно на автоматическую блокировку, в которой автоматичес-
кое действие сигналов зависело от непрерывно контролируемого
состояния железнодорожного пути. Эта задача была впервые ре-
шена в 1867 году американцем Вильямом Робинзоном. Он пред-
ложил использовать ходовые рельсы в качестве проводников элек-
трического тока, в которых поездные скаты должны были осу-
ществлять те или иные электрические изменения. Для этого ему
потребовалось разработать приемник, который подключали к рель-
сам; он питался от первичных элементов и воздействовал на путе-
вой сигнал. В 1869 году Вильям Робинзон разработал модель пу-
тевой автоматической блокировки, которую в 1870 году демонстри-
ровал в Нью-Йорке перед American Institute fair. Эта модель отно-
силась к автоблокировке с нормально разомкнутыми рельсовыми
цепями (рис. 1.3). Рельсовая цепь ограничена изолирующими сты-
ками из изолирующего материала, например фибры или дерева. На
одном из концов устанавливали путевую батарею ПБ и приемник
П. Цепь, составленную таким образом, назвали изолированной сек-
цией или рельсовой цепью, а приемник — путевым реле. При на-
езде поезда (рис. 1.3, а) рельсовая цепь замыкалась скатами
поезда, вследствие чего путевое реле срабатывало и тыловым кон-
тактом размыкало цепь путевого сигнала, сигнал автоматически
закрывался, чем и ограждался поезд, движущийся по данной сек-
ции. После прохода поезда (рис. 1.3, б) рельсовая цепь размыка-
лась, путевое реле обесточивалось и путевой сигнал открывался.
В 1870 году этой системой оборудовали участок Филадельфия —
Эри. Во время эксплуатации автоблокировки с нормально разомк-
нутыми рельсовыми цепями выявились недостатки, опасные для
безопасности движения поездов: отсутствие контроля рельсовой
линии и исправности аппаратуры. При нарушении целости рель-
совой линии, обрыве соединительных проводов или полном разряде
путевой батареи сигнал может остаться открытым даже при нахож-
дении поезда на ограждаемой секции. Именно поэтому нормально
разомкнутые рельсовые цепи не нашли широкого применения.
В настоящее время их используют там, где вопросы безопасности
движения поездов стоят не так остро, например на сортировочных
горках. Вильяму Робинзону удалось в короткий срок исключить
8
Рис. 1.4. Схема автоблокировки с
нормально замкнутыми рельсовыми
цепями при свободном (а) и занятом
(б) состоянии
Рис. 1.3. Схема автоблокировки с
нормально разомкнутыми рельсовыми
цепями при наезде (а) и после про-
хода (б) поезда
указанные недостатки. В 1872 году он предложил нормально замк-
нутую рельсовую цепь, которая получила признание и совершила
переворот в области устройств сигнализации, централизации и
блокировки, подняв их на более высокий технический уровень.
В том же году Вильям Робинзон на прежнем участке Кинзуа :—
Па заменил нормально разомкнутые рельсовые цепи нормально
замкнутыми. Схема нормально замкнутой рельсовой цепи содержа-
ла (рис. 1.4) электрическую рельсовую линию, с двух сторон огра-
ниченную изолирующими стыками. На питающем конце через
резистор R к рельсовой линии подключали источник питания
ПБ — гальванический элемент, а на релейном конце к рельсовой
линии подсоединяли путевое реле П. При свободном состоянии
рельсовой цепи (рис. 1.4, а) сигнальный ток протекал от гальвани-
ческого элемента ПБ по нитям рельсовой линии в обмотку путевого
реле П, реле возбуждалось, его фронтовой контакт замыкался и
путевой сигнал открывался. Реле П было под током, пока на рель-
совую цепь не вступал подвижной состав (рис. 1.4, б), последний
через малое сопротивление скатов закорачивал рельсовые нити,
ток гальванического элемента ответвлялся через скаты поезда и
уровень сигнала в путевом реле П существенно уменьшался, фрон-
9
товые контакты размыкались и путевой сигнал закрывался. Таким
образом, замыканием фронтовых контактов фиксируется свобод-
ность рельсовой цепи — участка пути между изолирующими сты-
ками, а размыканием фронтовых контактов — ее занятость. В слу-
чае нарушения электрической целости рельсовой линии, например
при изъятии рельсового звена, а также при любых повреждениях
источника питания или подключающих проводов путевое реле
обесточивается, и его фронтовые контакты размыкаются, т. е.
наличие повреждений элементов рельсовой цепи фиксируется так
же, как и наличие на ней подвижного состава, — размыканием
фронтового контакта путевого реле. Фронтовые контакты остаются
замкнутыми только при свободности участка пути, целости рель-
совой линии и исправности аппаратуры. При эксплуатации этих
рельсовых цепей встретились некоторые затруднения практического
порядка. Устройства верхнего строения пути и скрепления рельсов
были не приспособлены для протекания электрического тока. Но
Вильяму Робинзону удалось устранить и эти недостатки с помо-
щью стыковых соединителей, а также гибких съемных пружин
для создания контакта между рельсом и накладками и реализовать
рельсовые цепи длиной 2 км. В феврале 1872 года Вильям Робинзон
получил патент на эту рельсовую цепь во Франции и в августе
того же года в США. Предложенную рельсовую цепь использовали
на участках с паровой тягой. Электрификация железной дороги
в Бостоне заставила задуматься над выполнением двух противо-
речивых требований. С одной стороны, для сигнализации необхо-
димо было отделить одну рельсовую цепь от другой изолирующими
стыками, а с другой стороны, следовало обеспечить электрическую
непрерывность рельсов для протекания обратного тягового тока.
В самом деле, тяговый ток подается от тяговой подстанции ТП
(рис. 1.5) к электровозу Э по контактному проводу КП, а возвра-
щается к тяговой подстанции ТП по рельсовым нитям Р и земле 3.
Следовательно, несмотря на то что смежные рельсовые цепи отде-
лены друг от друга изолирующими стыками, тяговый ток должен
иметь возможность проходить из одной цепи в другую. Для этого
предложили однорельсовую (однониточную) рельсовую цепь (рис.
1.6, а), по одной нити которой (тяговой) обеспечивался пропуск
обратного тягового тока /т. Предельная длина таких рельсовых
Рис 1.5. Схема протекания тягового
тока на электрифицированных участ-
ках:
Т — токоприемник, ТД — тяговый двига-
тель
10
КП
Рис. 1.6. Схемы, поясняющие работу
однониточной рельсовой цепи
цепей не превышала 300—400 м, и они оказались неудовлетвори-
тельными, особенно для электрифицированных участков с интен-
сивным движением поездов. Основные недостатки этих рельсовых
цепей следующие: не в полной мере предотвращалось влияние
тягового тока /т на путевое реле при увеличении сопротивления
тягового рельса, например, за счет обрыва соединителя (сопротив-
ление Rc на рис. 1 6, б). При этом в случае занятия поездом рель-
совой цепи часть /Т2 тягового тока /т могла попасть в путевое реле
и реле возбуждалось; не обеспечивался надежный контроль целости
тяговой нити. Тяговая нить не была ограничена изолирующими
стыками (рис. 1.6, в), поэтому ее сопротивление относительно земли
было невелико и в случае обрыва тяговой нити (точка Л) сигналь-
ный ток /с через сопротивления этой рельсовой нити относительно
земли гН1 и ги мог попасть в обмотку путевого реле /7 и вызвать
срабатывание последнего.
Для устранения первого недостатка в качестве путевых реле
пытались использовать поляризованные реле, т. е. реле, реагирую-
щие на уровень сигнального тока и на его полярность. При этом
путевую батарею включали так, чтобы направление обратного
тягового тока в случае попадания его в обмотку реле было противо-
положно направлению сигнального тока. Однако оказалось, что
и поляризованное реле не всегда решало поставленную задачу,
так как направление обратного тягового тока могло меняться в
зависимости от распределения нагрузки и расположения подвиж-
ного состава по отношению к тяговым подстанциям.
Началом новой эры в развитии рельсовых цепей можно считать
1902 год. Для питания рельсовых цепей Штрубле впервые приме-
нил переменный ток. С одной стороны, он существенно упростил
их устройство, а с другой — дал универсальное решение исполь-
п
I
Рис. 1.7. Схема простейшей двухниточной рельсовой пепи переменного тока
с использованием дросселей:
ТД — тяговый двигатель электровоза; КП — контактный провод; ТП — тяговая под-
станция; ИП — источник питания РЦ переменного тока; П — путевое реле; Д1—Д6 -
дроссели
зования рельсовых цепей на электрифицированных железных
дорогах с помощью использования дроссельных катушек, изобре-
тенных в том же году Тулленом. Рельсовые цепи, в которых тяговый
ток /т протекал по двум нитям, получили название двухрельсовых
(двухниточных) (рис. 1.7) На рисунке показаны цепи протекания
сигнального тока 1С в рельсовой цепи 1 и тягового тока /т в обход
изолирующих стыков /, II и III Впервые подобные рельсовые
цепи были использованы в Калифорнии. Рельсовые цепи перемен-
ного тока стали вытеснять рельсовые цепи постоянного тока и на
участках с паровой тягой. Использование коммерческих источни-
ков электроэнергии для их питания и передача для них энергии
на расстояние удешевили эксплуатацию рельсовых цепей и явились
мощным стимулом к развитию автоблокировки. В 1906 году неко-
торые дороги вблизи Нью-Йорка были электрифицированы по
системе переменного тока с напряжением в контактной сети 11 кВ
частотой 25 Гц, что потребовало разработки путевого реле, не сра-
батывающего от тягового тока частотой 25 Гц и блуждающего
постоянного тока. Вскоре было предложено частотное одноэлемент-
ное секторное реле, реагирующее на частоту сигнального тока
60 Гц. В 1908 году было разработано двухэлементное индукционное
секторное реле, обладающее хорошими энергетическими характе-
ристиками. Эти реле применяют во многих странах мира и до нас-
тоящего времени.
Усовершенствованная рельсовая цепь являлась одним из важ-
ных открытий в области железнодорожной техники, которое иск-
лючительно надежно обеспечивала безопасность движения поездов.
В 1910 году американская междуведомственная коммерческая ко-
миссия констатировала: «Вероятно, нет ни одного изобретения
в истории развития железнодорожного транспорта, посредством
которого можно было бы настолько обезопасить движение поез-
12
дов, насколько позволяло это сделать применение рельсовых цепей.
Этим простым самим по себе изобретением было положено осно-
вание для развития других более сложных автоматических систем,
при которых поезд ограждает себя от опасности посредством воз-
действия на соответствующие сигналы. Другими словами, рельсовая
цепь явилась основанием автоматической сигнализации».
В Европе первые рельсовые цепи появились в начале XX века
на городских (подземных и наземных) железных дорогах в Лон-
доне, Париже, Берлине, Гамбурге и несколько позже на приго-
родных участках.
Важным фактором, оказавшим влияние на развитие рельсовых
цепей и автоблокировки, явилось создание источников питания.
Первоначально для питания рельсовых цепей использовали галь-
ванические элементы, а на смену им пришли щелочные. В 1889 го-
ду после усовершенствования их Эдиссоном они нашли широкое
применение. Емкость этих элементов достигала 1000 А-ч, что было
вполне приемлемо для автоблокировки. Однако их стоимость и
эксплуатация были дорогими. В 1900 году появились аккумулято-
ры. С появлением рельсовых цепей переменного тока рельсовые
цепи постоянного тока дальнейшего распространения не получили.
Система питания переменным током имела также недостатки,
связанные с тем, что источники энергии переменного тока в то время
можно было найти далеко не везде, даже в развитых странах.
Кроме того, надежность энергоснабжения была не на должном
уровне. Примерно в 1921 году после изобретения сначала электро-
литических, а затем сухих выпрямителей родилась идея осущест-
вить непрерывный подзаряд аккумуляторов от сети переменного
тока через выпрямители и питать от них рельсовые цепи, а также
другие схемы автоблокировки при авариях на линиях электропере-
дачи. С изобретением этой системы электропитания, которая полу-
чила названия смешанной, рельсовые цепи постоянного тока вновь
получили широкое распространение.
Рельсовые цепи оказались настолько гибким устройством, что
появилась возможность их использования не только в устройствах
автоблокировки, но и в других системах обеспечения безопасности
движения поездов. Они нашли применение на станциях, в устрой-
ствах автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), автома-
тического регулирования скорости, на переездах и т. д.
Идея обеспечения безопасности движения поездов с помощью
применения устройств локомотивной сигнализации и авторегули-
ровки появилась в начале второй половины прошлого столетия.
В 1855 году Тэйлор (Англия) получил патент на механический авто-
стоп. Первое предложение по использованию механического точеч-
ного автостопа в России исходило от инженера-механика С. Я. Ти-
моховича. Первый автостоп, в котором использовалось устройство,
изобретенное Джоном Вудом, испытывали на Пенсильванской
железной дороге в 1880 году. В нем при заграждающем положении
13
крыла семафора рычаг, связанный с семафорным крылом стано-
вился горизонтально и в случае проезда поездом разбивал стек-
лянную трубку, запаянную с конца и соединенную с поездной
воздушной тормозной магистралью, что приводило в действие
тормоза. Первый автостоп был реализован в США в 1901 году
на эстакадной железной дороге в Бостоне. С 1880 года в некоторых
странах Европы проводились опыты с различными автостопами,
в которых связь между путевыми и локомотивными приборами
осуществлялась механическими или электрическими контактными
устройствами. Эти опыты показали недостаточную надежность
этих устройств при повышенных скоростях и значительных пере-
падах температуры окружающей среды. Поэтому в дальнейшем
основные усилия были направлены на создание автостопов и уст-
ройств АЛС с точечной индуктивной связью между путевыми и
локомотивными приборами. Однако системы АЛС точечного типа
имели некоторые эксплуатационные недостатки.
С совершенствованием рельсовых цепей на железных дорогах
США и Европы появились предложения по использованию рель-
совой линии в качестве линии связи для непрерывной передачи
информации на локомотив о показаниях впереди стоящего сигнала.
Первая двузначная АЛС непрерывного действия была внедрена
в 1923 году на одном из участков Пенсильванской железной дороги.
Сигнальный ток АЛС частотой 60 Гц накладывался на постоянный
ток. Эта система стала началом развития кодовых рельсовых цепей.
В 1925 году была внедрена трехзначная АЛС, в которой для пере-
дачи информации на локомотив применялся сигнальный ток часто-
той 60 Гц. Информация передавалась по рельсовой линии с исполь-
зованием фазового признака сигнального тока. При этом реализо-
вались две цепи для протекания сигнального тока — осевая и
сквозная. Осевой ток протекал по двум рельсовым нитям в противо-
положных направлениях навстречу поезду и при вступлении поезда
замыкался через его оси так, как это осуществляется во всех совре-
менных системах АЛС. Сквозной ток замыкался через линейный
провод между сигнальными точками и рельсовыми нитями, про-
текая по ним в одном направлении, и не шунтировался скатами
поезда. Для передачи информации на локомотив использовали
две фазы сквозного тока, а также наличие или отсутствие осевого
тока при вступлении поезда на Занятую рельсовую цепь. Двух-
элементное трех позиционное фазовое реле предназначалось для
приема информации на локомотиве. Осевой ток служил в качестве
опорного сигнала. На пути сигнальный ток кодировался контак-
тами путевого реле, а также крыловыми контактами семафоров.
В дореволюционной России не выделялось достаточно средств
для внедрения прогрессивных систем сигнализации, централизации
и блокировки. До 70-х годов XIX века в России использовалось
интервальное регулирование с временным интервалом. В начале
70-х годов впервые ввели блокировочную систему с простран-
14
ственным интервалом, для чего участок пути разбивали на блок-
участки. Сигналист с блокпоста получал телеграфное сообщение
с последующих участков и в соответствии с полученной информа-
цией регулировал свой сигнал. Появились блок-аппараты, которые
включали в «... особые телеграфные провода так, что между сигна-
лами, расположенными в начале блокпостов, создается такая
механическая или электрическая зависимость, что наезд одного
поезда на другой вполне предупреждается». В 1883 году в Правилах
движения поездов были утверждены пространственный метод интер-
вального регулирования и принцип блок-системы. В 1886 году
полуавтоматической блокировкой оборудовали линию между
С -Петербургом и Гатчиной длиной 42 версты. В 1913 году на 46%
железных дорог России движение осуществлялось с помощью
телеграфных и телефонных способов сношений, 41% — с помощью
жезловой системы и 13% — по полуавтоматической блокировке.
Рельсовые цепи в то время не использовали. Вопрос о применении
рельсовых цепей в России был впервые поднят в 1901 году на
VIII съезде представителей служб телеграфа русских железных
дорог. Однако первый опытный участок, оборудованный автобло-
кировкой длиной 3 км с рельсовыми цепями, построили только
в 1915 году. Реально рельсовые цепи стали широко использовать
в СССР для контроля состояния блок-участков на перегонах и
станционных участков с момента начала строительства автоблоки-
ровки и электрической централизации.
Первые участки автоблокировки Москва — Мытищи и Пок-
ровско-Стрешнево — Волоколамск Московской железной дороги,
построенные на импортном оборудовании, начали эксплуатировать
в 1931 году. Впервые на перегонах контроль свободное™ участ-
ков пути осуществляли рельсовые цепи, а для сигнализации ис-
пользовали светофоры на трехпутном участке Москва — Мытипщ.
В 1929 году на этом участке ввели электрическую тягу постоянного
тока. Поэтому автоблокировку строили с рельсовыми цепями
переменного тока частотой 50 Гц, со стыковыми дросселями и реле
моторного типа. Одновременно устройствами электрической центра-
лизации оборудовали станции Москва-Пассажирская и Лосино-
островская. На однопутном участке Покровско-Стрешнево — Воло-
коламск были построены три системы автоблокировки: с рельсовы-
ми цепями постоянного тока на первичных элементах; с рельсовыми
цепями постоянного тока при питании по смешанной системе; с
рельсовыми цепями переменного тока с двухэлементными сектор-
ными реле и питанием от высоковольтной линии напряжением
6,6 кВ. На четырех промежуточных станциях ввели электрическую
централизацию. Начиная с 1932 года автоблокировку стали строить
на отечественной аппаратуре. Участок Основа — Красный Лиман
Донецкой железной дороги был первым, построенным на отечест-
венном оборудовании.
К началу Великой Отечественной войны протяженность линий
с автоблокировкой уже достигала 8,5 тыс. км и СССР вышло на
второе место в мире по объему ее внедрения. Основные работы
над созданием устройств автоматической локомотивной сигнали-
зации начались со строительства на участке Москва — Владимир
в 1935 году отечественной системы АЛС без путевых сигналов и
путевых приемников, предложенной инженером А. Ф. Булатом.
В ней отразились перспективные направления совершенствования
рельсовых цепей — использование рельсовых цепей без изолирую-
щих стыков с централизованным размещением аппаратуры. В кон-
це Великой Отечественной войны в ЦНИИ разработали числовую
кодовую автоблокировку, которую позже дополнили устройствами
АЛС. В этой системе передача информации между сигнальными
точками, а также с пути на локомотив осуществлялась по рельсо-
вой линии числовым кодом. Ее стали применять как основную
с 1952 года. Наиболее принципиальные решения сохранились в ней
и по настоящее время. Первоначально АЛС использовали только
на перегонах, но вскоре приняли решение о кодировании и стан-
ционных путей. В дальнейшем систему АЛС дополнили устройства-
ми контроля скорости.
В 50-е годы на отечественных дорогах начали применять элек-
трическую тягу переменного тока промышленной частоты. Для
этих участков разработали числовую кодовую автоблокировку с
рельсовыми цепями, работающими на сигнальной частоте 75 Гц.
Этими рельсовыми цепями оборудовали участок Ожерелье — Па-
велец Д^осковской железной дороги в 1957 году, а в 1958—1960 го-
дах— несколько участков Транссибирской магистрали. Для их пи-
тания требовалась высоковольтная линия частотой 75 Гц, что
практически исключало возможность ее резервирования. С раз-
работкой статических преобразователей частоты, преобразующих
промышленную частоту в частоту 25 Гц, начался интенсивный
переход на рельсовые цепи с частотой сигнального тока 25 Гц
сначала на участках с электрической тягой переменного тока.
Использование этих преобразователей позволило перейти к пита-
нию от высоковольтных линий частотой 50 Гц. В настоящее вре-
мя на железных дорогах практически не осталось участков, обо-
рудованных рельсовыми цепями частотой 75 Гц.
В дальнейшем расширяли функциональные возможности рель-
совых цепей и повышали надежность их работы. В плане повы-
шения надежности особое внимание разработчиков привлекала
задача отказа от наименее надежного элемента — изолирующих
стыков. Еще в 1908 году в США на участке с электротягой постоян-
ного тока построили бесстыковые рельсовые цепи частотой 25 Гц
с моторными фазочувствительцыми путевыми реле. С 50-х и 60-х
годов рельсовые цепи* без, изолирующих стыков стали применять
во Франции, Японии иф США. В это время в СССР разработали
рельсовые цепи наложения, сокращающие число изолирующих
16
стыков на переездах. В 70-е годы в СССР разработали систему
интервального регулирования с централизованным размещением
аппаратуры для магистрального транспорта, метрополитена и
скоростного трамвая, основой которой явились рельсовые цепи
без изолирующих стыков
Для питания рельсовых цепей переменного тока сначала ис-
пользовали промышленную сеть или машинный преобразователь
частоты. Частота питания рельсовой цепи была в диапазоне до
100 Гц. Необходимость увеличения объема и скорости передачи
информации на локомотив потребовала повышения частоты сиг-
нального тока. Еще в 1919 году в США был получен патент на рель-
совую цепь повышенной частоты, которую получали от лампового
генератора. Однако ввиду низкой надежности электронных ламп
генератора эти цепи не получили распространения Только изобре-
тение транзистора в 1948 году дало возможность применить в рель-
совых цепях повышенные частоты. В настоящее время в рельсовых
цепях используют диапазон частот от 0 до 20 кГц. Выбор частоты
сигнального тока является принципиальным с точки зрения по-
вышения предельных длин рельсовых цепей, обеспечения работо-
способности при пониженном сопротивлении изоляции рельсовых
нитей относительно балласта, увеличения объема передаваемой
информации, защиты аппаратуры от помех и т д. С 50-х годов
наблюдается тенденция в разделении каналов связи для автобло-
кировки и АЛС. Рельсовые цепи с изолирующими стыками питают-
ся преимущественно на низких частотах (до 125 Гц), что обеспечи-
вает их большую длину и более высокую работоспособность при
пониженных сопротивлениях изоляции. Для передачи информации
на локомотив используют повышенные частоты, обеспечивающие
больший объем и высокую скорость передачи информации. Повы-
шенные частоты предназначены и для реализации коротких рель-
совых цепей, например, на переездах и рельсовых цепей без изо-
лирующих стыков.
Начиная с 60-х годов в некоторых странах стали использовать
рельсовые цепи и системы интервального регулирования с центра-
лизованным размещением аппаратуры, при которой рельсовач
линия на перегоне удалена от аппаратуры, размещаемой в стан-
ционном помещении. В настоящее время подобные системы приме-
няют в СССР, США, Японии, ЧСФР и в других странах.
Днепропетровский
институт инженеров
акал. дор. транспорта I*
ям. М. м. Калинина
БИБЛИОТЕКА
Глава 2
АППАРАТУРА РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
2.1.	Путевые приемники	•
Путевой приемник является выходным элементом рельсовой
цепи. Элементы рельсовых цепей выполняют ответственную функ-
цию — обеспечение безопасности движения поездов. Поэтому они
должны: обладать высокой надежностью и защитой от помех тяго-
вого тока и электромагнитных полей; быть простыми по устройству,
доступными для ремонта и профилактических осмотров. Повреж-
дения элементов РЦ не должны вызывать отказы, опасные для
движения поездов, например ложный контроль свободности рель-
совой цепи при ее фактической занятости. Аппаратура рельсовых
цепей размещена в путевых коробках, релейных шкафах и на
постах электрической централизации. К элементам в релейных
шкафах и путевых коробках предъявляют жесткие требования
по обеспечению виброустойчивости (диапазон частот вибрации
от 5 до 160 Гц при ускорении 0,6 g), а также надежности действия
в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды
от —50 до +60 °C и влажности воздуха до 98%.
Путевые приемники, используемые в различных типах рель-
совых цепей, подразделяют на контактные и бесконтактные.
Приемник рельсовой цепи имеет пороговый элемент релейного
действия и может принимать два состояния: рабочее и выключен-
ное. В рабочем состоянии, при котором выдается информация
«свободно», приемник находится в том случае, если уровень сигнала
на его входе превышает некоторое значение, называемое порогом
срабатывания приемника. Пороговые релейные элементы могут
быть электронными и электромеханическими. В электромехани-
ческих реле порогом срабатывания приемника является напряже-
ние на обмотке, при котором обеспечивается притяжение якоря
реле и замыкание его фронтовых контактов.
В выключенном состоянии, при котором выдается информация
«занято», приемник находится тогда, когда сигнал на его входе
меньше некоторого значения, которое называется порогом отклю-
чения приемника. В рельсовых цепях с путевыми электромехани-
ческими реле порог отключения представляет собой напряжение
на обмотке, при котором путевое реле отпускает якорь и размы-
кает фронтовые контакты.
Обозначим выходную логическую функцию, реализуемую прием-
ником, /п; /п — 1, если фронтовые контакты замкнуты, и fn = 0,
если контакты разомкнуты. На рис. 2.1 приведена зависимость
18
значений функции fn от уровня сигнала на входе приемника t/BX.
Имеется два пороговых значения входного сигнала, при которых
приемник переключается из одного состояния в другое. Если при-
емник выключен, то для его перехода в рабочее состояние необхо-
димо увеличение входного сигнала до напряжения срабатывания
t/cp. Приемник возвращается из рабочего состояния в выключен-
ное при напряжении возврата t/B, которое всегда меньше t/cp.
Разность t/cp—зависит от типа приемника, чем она меньше,
тем лучше приемник. Если применяют электромагнитное реле, то
t/cp — это напряжение притяжения якоря, а иъ — напряжение
отпускания якоря. Напряжения [7ср и Uv указывают в техничес-
ких условиях на реле.
Для надежной работы необходимо обеспечить уровень сигнала
на входе приемника несколько выше, чем напряжение t/cp, с целью
обеспечения запаса на срабатывание приемника. Напряжение
срабатывания с учетом запаса Up (см. рис. 2.1) называется рабочим,
или напряжением надежного срабатывания
^р = ^зср^ср-	(2-1)
Коэффициент запаса на срабатывание приемника Дзср = Up/Ucp >>
>1. Коэффициент запаса выбирают таким, чтобы обеспечить тре-
буемые временные характеристики приемника с учетом влияния
дестабилизирующих факторов. Например, в кодовых рельсовых
цепях большое значение имеет время срабатывания импульсного
путевого реле £ср. Требуемые быстродействие и стабильность вре-
мени срабатывания импульсного путевого реле обеспечиваются
при Дзср 1, 2. Этот коэффициент запаса и принимается при вы-
боре рабочего напряжения £7р в кодовых рельсовых цепях. Обычно
для контактных приемников Дзср = 1,1ч-1,5, а для бесконтактных
КзсР = 1,05ч-1,20.
Коэффициент возврата путевого приемника = зави-
сит от типа приемника, но всегда Дв<;1. Чем больше коэффициент
возврата, тем лучше путевой приемник. У контактных приемников
= 0,34-0,6, а у бесконтактных Дд =0,8ч-0,95.
Для надежного возврата приемника в исходное состояние
(Д = 0) напряжение на входе приемника должно снижаться несколь-
ко ниже напряжения возврата
t/B с целью обеспечения запаса
на отключение приемника. На-
пряжение возврата приемника с
учетом запаса на отключение
называется напряжением надеж-
ного возврата (см. рис. 2.1)
ВН == ^ЗО^Б*
Коэффициент запаса на от-
ключение приемника всегда
ДЗОС1. Его выбирают в зависи-
Рис. 2.1. Статическая характеристика
путевого приемника
19
Рис. 2.2. К пояснению шунтового эффекта рельсовой цепи
мости от типа приемника таким, чтобы обеспечивалось надежное
получение информации «занято» (/п — 0) Кзо =	1 •
Для электромагнитных реле, выполняющих функцию путевого
приемника, принято /<зо = 0,6, а для индукционных сектор-
ных— 0,85. Для импульсных путевых реле /<зо = 0,7 [57].
Коэффициент надежного возврата приемника /Свн = £/внД7р.
Если в качестве приемника используют электромагнитное реле,
то значение сигнала на его входе, при котором выдается дискретная
информация «занято» (фронтовые контакты разомкнуты, /п = 0),
зависит от режима питания рельсовой цепи: непрерывного или
импульсного.
При непрерывном питании рельсовой цепи напряжение на
путевом реле в нормальном режиме имеет постоянное значение,
равное рабочему напряжению (7р, фронтовые контакты замкнуты,
/п==1 (рис. 2.2, а). При наложении шунта вследствие шунтового
эффекта напряжение на путевом реле с учетом запаса должно
снизиться до напряжения UOH меньшего, чем напряжение отпу-
скания Uo:
^вн ~ ^он = ^зо	(2.2)
где б’он — напряжение надежного отпускания якоря (сектора) реле.
Из (2.1) и (2.2) для электромагнитных реле с непрерывным
питанием
^Свн = Кзо б^о/^зср б'ср — Кз о Кв/А^зср •
При импульсном питании рельсовой цепи напряжение на пу-
тевом реле во время импульса равно рабочему напряжению и
фронтовые контакты замкнуты, /п— 1» а во время интервала на-
пряжение на путевом реле полностью отсутствует, вследствие
чего фронтовые контакты разомкнуты, fn = 0 (рис. 2.2, б).
Для фиксации информации «занято» при вступлении подвижной
единицы на рельсовую цепь вследствие шунтового эффекта напря-
жение на путевом реле должно снизиться до напряжения несра-
батывания t/Hcp. При таком напряжении во время импульса реле
20
удерживает якорь притянутым, fn — l. Однако в паузе, когда ис-
точник питания рельсовой цепи будет отключен, реле отпустит
якорь и разомкнет фронтовые контакты. Во время последующих
импульсов реле не сможет притянуть якорь (/п = 0), если факти-
ческое напряжение не будет превышать (7НСР. Напряжение С/Пср
должно быть несколько меньше, чем напряжение срабатывания
Ucp. Коэффициент запаса на несрабатывание
^Знс.р = ^нср/^ср < 1 ; ^вн = ^нср — А'знср ^ср-	(2.3)
В соответствии с [57] принимается КЗНСр — Кзо = 0,7. При им-
пульсном питании коэффициент надежного возврата реле
КцН — вн/^р = ^ЗнСР ^ср/^зср б'ср — КзнСр/Кзср •
Сравнивая выражения (2.2) и (2.3), видно, что напряжение
£7ВН и коэффициент надежного возврата Кв„ электромагнитного
реле при импульсном питании выше, чем при непрерывном, так
как всегда Ucp Z> t/o. Это объясняется тем, что напряжения практи-
чески создают одно и то же тяговое усилие. Однако напряжение
срабатывания Ucp создает тяговое усилие при большем воздушном
зазоре в магнитной системе реле, когда якорь отпущен, а напря-
жение отпускания Uo — при малом воздушном зазоре, когда якорь
притянут.
Одноэлементные электромагнитные реле переменного тока, слу-
жащие в качестве путевых приемников, имеют ту же конструкцию,
что и реле постоянного тока. При переменном сигнальном токе
они работают за счет включения обмоток через выпрямитель.
Электрические характеристики электромагнитных реле постоян-
ного и переменного тока, используемых в качестве путевого прием-
ника, приведены в табл. П1.1 и П1.2.
Импульсные поляризованные реле типа ИМШ применяют в
импульсных рельсовых цепях постоянного тока В кодовых рель-
совых цепях переменного тока в качестве путевого приемника ис-
пользуют импульсное поляризованное реле, обмотка которого
включена через выпрямитель, выполненный в виде моста из четырех
кремниевых диодов, расположенных в корпусе реле типа ИМВШ.
При этом, естественно, здесь не может быть использовано основное
свойство поляризованного реле — избирательность к направле-
нию сигнального тока. Импульсные путевые реле обладают высокой
чувствительностью и быстродействием. Контактная система этих
реле рассчитана на 2-Ю7 переключений при коммутируемом токе
0,5 А и напряжении 16 В. Электрические характеристики этих реле
даны в табл. П1.1 и П1.2. У реле типа ИМВШ ограниченный ком-
мутационный ресурс, и их электрические характеристики непос-
тоянны во времени. Реле типа ИВГ не обладает указанными не-
достатками. Его применяют в качестве путевого приемника взамен
реле типа ИМВШ-110 в кодовых рельсовых цепях переменного
тока. Контакт реле типа ИВГ обеспечивает не менее 5-108 включе-
21
ний и выключений активной нагрузки электрических цепей постоян-
ного тока 0,5 А при напряжении 16 В.
Двухэлементное секторное реле (рис. 2.3) состоит из местного
элемента, имеющего сердечник 3 с обмоткой 4, подключенной к
местному источнику переменного тока, и путевого элемента с сер-
дечником 10 и обмоткой 7, которую включают в рельсовую цепь.
Между полюсами сердечников местного и путевого элементов
расположен алюминиевый сектор 8, вращающийся на оси, и пере-
мещающий при помощи коромысла 5 и тяги 6 пружину общего
контакта О контактной группы 7. Сектор может вращаться между
упорными роликами 2 и 9. При прохождении переменного тока по
обмотке 4 местного элемента магнитный поток, созданный этим
током, пересекая сектор 8, наводит в нем э.д.с., отстающую от вы-
звавшего его потока на угол 90°; в секторе появятся токи, которые
будут замыкаться под полюсами путевого элемента. Известно, что
проводник с током подвергается в магнитном потоке механическому
усилию. Поэтому если по обмотке 1 путевого элемента протекает
ток, то созданный им магнитный поток вступает во взаимодействие
с током в секторе и возникает вращающий момент, стремящийся
повернуть сектор. Аналогичные явления происходят при взаимо-
действии токов в секторе, созданных магнитным потоком путевого
элемента, с магнитным потоком местного элемента. Положительный
вращающий момент и движение сектора вверх, а следовательно,
и замыкание общего контакта О с фронтовым Ф происходят только
при определенном соотношении фаз между токами (напряжениями)
путевого и местного элементов. При выключении тока в обмотке
путевого элемента усилие взаимодействия потоков и токов исче-
зает, сектор под действием собственной массы перемещается вниз,
замыкая общий контакт О с тыловым Т.
Так как магнитные потоки путевого и местного элементов Фр и
ими в секторе, пропорциональны
токам путевого £р и местного iM
элементов, то вращающийся мо-
мент, действующий на сектор,
пропорционален произведению
токов путевого и местного эле-
ментов:
м (/) — Кр ip (/) 1м (О >
где — коэффициент, определяе-
мый конструктивными
параметрами реле.
Полагая, что токи в путевом
и местном элементах изменяют-
ся по косинусоидальному закону
tp (О = ^рcos (°р z+a₽);
iM (0 = ^м cos (WftH + фм).
и токи tcp и iCM, индуцируемые
Рис. 2.3. Конструкция двухэлемент-
ного секторного реле
22
Рис. 2.4. Зависимость вращающего момента, действующего на сектор от вре-
мени (а), и фазовая характеристика (б) двухэлементного сектора реле
получим
М (/)=0,5Кр7р/м {sin [(сор— юм) / + ар	+
+ sin [((oP4-wM) / + <хр-h<рм]}.	(2 4)
При питании путевого и местного элементов от источника пи-
тания одной частоты <л>р = <сом = со и
М (/) = 0,5/Ср /р /м[sin (ар--<рм)-(-sin (2wf + ap +<Pm)J =	(2.5)
где /Иеж = 0,5Кр/рsin (ар —фм); Л1_ = 0,5Кр/р/м sin (2<o^-|-ctp-|-(рм).
Изменение вращающего момента сектора реле во времени в
соответствии с выражением (2.5) показано на рис. 2.4, а. В силу
своей инерционности массивный сектор реагирует на постоянную
составляющую вращающего момента (штриховая линия). За-
висимость постоянной составляющей вращающего момента от
угла сдвига фаз между токами в путевой и местной обмотках Дф/ =
= Ор—фм показана на рис. 2.4, б.
Таким образом, реле типа ДСШ обладают фазовой селективнос-
тью. Наибольший вращающий момент имеет место при Дф/ =
=Фи = 90°, т. е. когда ток в местной обмотке опережает ток в путе-
вой на 90°. Этот угол называется идеальным углом сдвига фаз. При
отклонении фазового угла от идеального фи более чем на 90° направ-
ление вращающего момента, действующего на сектор, меняется
на противоположное.
При построении векторных диаграмм (рис. 2.5, а) принималось
во внимание, что сопротивление путевой обмотки реле типа ДСШ-2
на частоте 50 Гц имеет индуктивный угол фр = 65°, а местной об-
мотки фм=72°; сопротивление же путевой и местной обмоток реле
типов ДСШ-12 и ДСШ-13А на частотах соответственно 50 и 25 Гц
имеет индуктивный угол фр=фм = 72° (рис. 2.5, б).
За начало отсчета принят вектор напряжения на местном эле-
менте UM. Ток местного элемента /м отстает от напряжения UM
на угол фм = 72°. При идеальных фазовых соотношениях ток путе-
вого элемента /р отстает от тока местного элемента /м на угол
Фи = 90°. Таким образом, при идеальных фазовых соотношениях
ток путевого элемента /р отстает от напряжения на местном эле-
менте на угол аи=фм+фи = 72о+90°= 162°.
23
Рис. 2.5. Векторная диаграмма при идеальных фазовых соотношениях для
двухэлементных секторных реле типа ДСШ-2 (а), реле типов ДСШ-12 и
ДСШ-13А (б) при идеальных фазовых соотношениях
Фазовые соотношения удобно оценивать измерением угла
сдвига фаз между напряжениями на путевом и местном элементах.
Поэтому выражение (2.5) для вращающего момента, действую-
щего на секторе реле, представляют в виде:
М= = Кр Up UM cos (<Ррф —sppn),
где Кр — коэффициент пропорциональности, зависящий от конструктивных
параметров реле;
Up — напряжение на путевом элементе;
(7М — напряжение опорного сигнала на местном элементе;
Фрф — фактический угол сдвига фаз между напряжениями путевой и
местной обмоток;
<рри — идеальный угол сдвига фаз между напряжениями путевой и мест-
ной обмоток, при котором обеспечивается максимальный вращаю-
щий момент.
Идеальные фазовые соотношения: для реле типа ДСШ-2 срри =97°
между напряжениями на местном и путевом элементах; для реле
типов ДСШ-12 и ДСШ-13А <рри = 90° между теми же напряжениями.
Для создания одного и того же вращающего момента сектора при
отклонении фазовых соотношений от идеальных на угол р необхо-
димо на путевом элементе повысить напряжение в Кр, раз, причем
Kp=l/cosp	(2.6)
и Р = фрф—фри = С4р—аи>	(2.7)
где сср — фактический сдвиг фаз между током в путевой обмотке реле и на-
пряжением на местной обмотке;
аи — сдвиг фаз между током в путевой обмотке и напряжением на мест-
ной обмотке при идеальных фазовых соотношениях, когда обеспе-
чивается максимальный вращающий момент.
Выражение (2.6) называют фазовой функцией фазочувствитель-
ного приемника. Она определяет связь между значениями входных
сигналов при произвольном и идеальном фазовых соотношениях,
которые обеспечивают один и тот же вращающий момент
= б'эи,	(2.8)
24
где L/рф — фактическое напряжение на путевом элементе,
(/эн — эквивалентное напряжение на путевом элементе которое обеспе-
чивает такой же вращающий момент при идеальном фазовом соот-
ношении, как и напряжение при фактическом фазовом соотноше-
нии.
Ниже приведено изменение р в зависимости от увеличения Кр:
Р...........О	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Кр.......... 1	1,02	1,06	1,16	1,31	1,57	2	2,38	5,8	оо
Отклонение фазовых соотношений от идеальных до 20—30° в
ту или другую сторону мало влияет на вращающий момент. Боль-
шая расстройка фазовых соотношений относительно идеальных
резко уменьшает вращающий момент. Поэтому при эксплуатации
не рекомендуется работать при отклонениях от идеальных фазовых
соотношений более чем на 30°, при отклонении фазовых соотноше-
ний от идеальных более чем на 90° (рис. 2.4, б) вращающий момент
меняет знак и достигает максимального значения при [3=180°.
Практически это означает, что сектор стремится переместиться
вниз и оказывает давление на нижний упорный ролик (см. рис. 2.3).
Основным положительным качеством путевых приемников типа
ДСШ является их фазовая селективность, поэтому эти приемники
и рельсовые цепи, в которых их применяют, называют фазочувст-
вительными. Фазовая чувствительность исключает срабатывание
приемника данной рельсовой цепи от источника питания смежной
рельсовой цепи при коротком замыкании изолирующих стыков.
Поэтому в смежных рельсовых цепях чередуются мгновенные поляр-
ности тока, а путевые обмотки включают так, чтобы положительный
вращающий момент и подъем сектора вверх происходил только
от источника питания своей рельсовой цепи. При коротком замы-
кании изолирующих стыков сигнал от источника смежной рельсовой
цепи будет стремиться опустить сектор к нижнему упорному ро-
лику. Во время регулировок, смены приборов, проведения профи-
лактик не допускается менять местами провода, подходящие к
местным обмоткам. В этом случае путевой приемник не замкнет
фронтовой контакт при приеме сигнала от источника питания
своей рельсовой цепи, но может сработать от источника питания
смежной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков,
что создает угрозу безопасности движения поездов. После прове-
дения любых переключений в фазочувствительных рельсовых це-
пях необходимо проверять правильность чередования фаз в смеж-
ных рельсовых цепях.
Для выполнения чередования фаз в смежных рельсовых цепях,
а также обеспечения фазовых соотношений, близких к идеальным,
в фазочувствительйых рельсовых цепях необходимо включать путе-
вые и местные обмотки путевых приемников в одну фазу от одного
и того же источника питания.
25
Рис. 2 6 Зависимость напряжения срабатывания реле типа ДСШ-13А в зави-
симости от частоты напряжения, подаваемого на местный элемент:
а — 50 Гц; б — 25 Гц
Если приемник типа ДСШ работает при разных частотах сиг-
налов в путевой и местной обмотках, т. е. <ор =/= (ом, то вращающий
момент M(f) в соответствии с выражением (2.4) содержит только
переменные составляющие суммарных (шр -f- <ом) и разностных
(сор—сом) частот.
Если полупериод разностной частоты (сор—wM) соизмерим
с постоянной времени подвижного сектора, последний начнет пере-
мещаться между упорными роликами с периодом разностной час-
тоты, кратковременно замыкая фронтовые контакты. На рис. 2.6
показано напряжение Ucv на путевом элементе реле ДСШ-13 А, при
котором происходит кратковременное замыкание фронтовых кон-
тактов в зависимости от частоты сигнального тока в путевом эле-
менте. Реально при подаче на путевой элемент сигнала частотой
на 4—5 Гц, отличающейся от частоты сигнального тока на местной
обмотке, фронтовые контакты не замыкаются даже в случае много-
кратного повышения напряжения на путевом элементе по сравне-
нию с паспортным напряжением срабатывания. Таким образом,
приемник типа ДСШ срабатывает только от тока той же частоты,
что и частота тока в цепи местной обмотки при выполнении опре-
деленных фазовых соотношений между напряжениями в путевой
и местной обмотках. Фазовая, а следовательно, и частотная селек-
тивности обеспечивают надежную защиту фазочувствительного
приемника от влияния помех тягового тока. Электрические харак-
теристики фазочувствительных приемников типа ДСШ, исполь-
зуемых в рельсовых цепях, приведены в табл. П1.3. Напряжения
прямого (7прп и полного UDn подъема, а также напряжения отпус-
кания С7отП даны при идеальных фазовых соотношениях. При этом
под напряжением прямого подъема (/прп понимается напряжение,
которое необходимо подать на путевую обмотку с тем, чтобы об-
щий контакт замкнулся с фронтовым. При напряжении полного
подъема UBn между общим и фронтовым контактом создается усилие
не менее 30 Г. Uupu = Ucp, a Uuu — Uv (см. рис. 2.1), при этом
26
коэффициент запаса на срабатывание Кзср = 1,4. На основании
экспериментальных исследований и анализа установлено, что в
тех случаях, когда через фронтовой контакт реле типа ДСШ вклю-
чается цепь с высоким сопротивлением, при определении £/р коэф-
фициент запаса на срабатывание можно принимать Кзср = 1,1 4-
4-1,25. При напряжении отпускания обязательно размыкаются
фронтовые контакты реле. При расчете шунтового и контрольного
режимов работы рельсовых цепей пользуются паспортным значе-
нием £/отп Так как при этом гарантируется размыкание фрон-
товых контактов и не гарантируется замыкание тыловых, то не
следует использовать для каких-либо других целей тыловые кон-
такты путевых приемников типа ДСШ.
Паспортные данные приемников типа ДСШ имеют значительные
запасы, которые приводят к расхождению расчетных и фактичес-
ких значений минимального сопротивления изоляции рельсовой
линии. В табл П1.4 даны вероятностные характеристики этих
реле, снятые авторами для реле, выпускаемых с завода, или сразу
после выполнения профилактических работ в РТУ при темпера-
туре окружающего воздуха 20 С.
Из бесконтактных путевых приемников на отечественных же-
лезных дорогах нашли применение приемники [8, 111, предназна-
ченные для бесстыковых рельсовых цепей автоблокировки. В этих
приемниках используют электронные элементы релейного дейст-
вия, например триггер Шмитта. Несмотря на то что рельсовые
цепи с электронным приемником работают в непрерывном режиме,
коэффициент возврата такого приемника Кв = 0,8 4- 0,9, так как
триггер в каждом периоде сигнального тока при положительной
полуволне срабатывает (логическая функция выхода триггера
/п = 1), а при отрицательной — возвращается в исходное поло-
жение (fn = 0).
2.2.	Приборы коммутации рельсовых цепей
В импульсных рельсовых цепях, а также в рельсовых цепях
числового кода необходимо коммутировать силовые цепи, для чего
служат трансмиттеры и трансмиттерные реле. Наибольшее распро-
странение щолучили маятниковые и кодовые путевые трансмитте-
ры 1431. В последнее время применяют бесконтактные типы транс-
миттеров— формирователи кодов ФК и бесконтактные путевые
трансмиттеры БКПТ [8, 53].
Широко используют контактное трансмиттер ное реле типа
ТШ-65В (рис. 2.7) и бесконтактный коммутатор тока типа Б КТ.
Схема реле питается от источника постоянного тока напряжением
12 В. Контактами реле Т коммутируется рельсовая цепь. Реле И —
обратный повторитель реле Т изменяет сопротивление контура
искрогашения. Время замедления реле И превышает время про-
27
текания переходных процессов в рельсовой цепи при переклю-
чениях контакта реле Т. Для повышения надежности работы
схемы контакты реле Т и И включены параллельно. Резисторы
R1— R4 и диоды VD1 и VD2 предназначены для искрогашения
и создают необходимые временные характеристики реле Т и И.
При включении резисторов R1 и R4 вносится необходимая времен-
ная коррекция относительно контактов кодового путевого транс-
миттера КПТ (укорочение импульсов и удлинение интервалов),
равная 30 — 45 мс (короткие интервалы удлиняются от 0,12 до
0,15 — 0,165 с). Если зашунтировать резисторы R1 и R4 (пере-
мычки 1-52 и 2-82), то временная коррекция будет 5 — 20 мс.
При формировании кода КЖ импульсы кодовых сигналов удли-
няют шунтированием резистора R1 по цепи, проходящей через
тыловой контакт сигнального реле Ж.
Схема БКТ (риет-2.8) содержит два силовых диода VD1 и VD2;
два силовых тиристора и VS4; развязывающие диоды VD5 и
VD6 в цепях управления тиристоров; резисторы R1 и R2, под-
ключенные параллельно входам тиристоров, и нелинейный элемент
порогового действия R3. Управление БКТ осуществляется путем
замыкания и размыкания цепи между выводами 33 и 53. Если
цепь управления разомкнута (выводы 33 и 53), тиристоры VS5 и
VS4 закрыты и переменный ток не проходит через элементы БКТ.
Одна полуволна переменного тока не пропускается диодом VD2,
включенным навстречу и закрытым тиристором VS4, а вторая
полуволна обратной полярности не пропускается диодом VD1,
включенным встречно и закрытым тиристором VS5. При замыка-
нии цепи между выводами 33 и 53 происходит следующее: если
Рис. 2 7 Принципиальная схема реле типа ТШ 65В и схема включения его в
кодовую рельсовую цепь частотой 50 Гц
28
Рис. 2 8 Принципиальная схема бесконтактною коммутатора тока типа БКТ
и схема его включения в рельсовую цепь числовой кодовой автоблокировки
при электротяге постоянного тока
мгновенная положительная полярность переменного тока при-
ложена к точке 11, то возникает ток управления тиристором VS4
через последовательно соединенные диод VD1, управляющую цепь
между точками 33 и 53 и диод VD6. В момент, когда ток управле-
ния достигнет тока включения, тиристор VS4 открывается и сов-
местно с диодом VD1 пропускает ток нагрузки, шунтируя цепь
управления. Следовательно, по цепи управления ток протекает
кратковременно и его значение ограничивается чувствительностью
тиристоров При обратной мгновенной полярности переменного
тока, когда плюс приложен к точке 71 и тиристор VS4 закрыт,
аналогичным образом создается цепь управления для включения
тиристора KS3 через диод VD2 и управляющую цепь между точ-
ками 33 и 53, тиристор KS3 открывается и ток обратной мгновен-
ной полярности проходит через диод VD2 и тиристор VS3 в на-
грузку. В каждый полупериод переменного тока, протекающего
через коммутатор, поочередно открываются и закрываются тири-
сторы VS4 и VS5.
Защита элементов БКТ от помех с высокой амплитудой осно-
вана на следующем. Если БКТ выключен (отсутствует коротко-
замкнутая цепь между выводами 33 и 53) и между выводами 11 и
71 прикладывается напряжение помехи, то в зависимости от ее
мгновенной полярности при достижении амплитуды выше поро-
гового напряжения элемента R3 открывается тиристор VS3 или
VS4. При этом к защищаемым диодам прикладывается импульсное
напряжение, не превышающее пороговый уровень нелинейного
элемента R3.
Для того чтобы придать кодовым импульсам прямоугольную
форму, компенсирующую емкость С подсоединяют к выводу 33
29
Б КТ. Во время импульса емкость подключена к блоку, а в ин-
тервале конденсатор отключается с обеих сторон. В результате
размыкается колебательный контур из компенсирующего конден-
сатора С и индуктивности обмотки дроссель-трансформатора ДТ,
что исключает колебательный процесс, заполняющий интервалы
числового кода.
Контакт трансмиттерного реле Т управляет работой Б КТ;
другие контакты участвуют в работе дешифраторной ячейки. Так
как нагрузка на контакты трансмиттерного реле незначительна
(через контакты протекает ток управления тиристорами), то перио-
дичность ремонта трансмиттерных реле может быть увеличена.
2.3.	Источники питания рельсовых цепей
Рельсовые цепи постоянного и переменного тока питаются от
аккумуляторов, выпрямителей, трансформаторов, электромагнит-
ных и полупроводниковых преобразователей.
Аккумуляторы — это электрохимические источники тока, пре-
образующие энергию химической реакции в электрическую. Их
используют в станционных и перегонных рельсовых цепях постоян-
ного тока на участках с ненадежным энергоснабжением. Рельсовые
цепи постоянного тока подключают к сети переменного тока через
выпрямитель, работающий в буферном режиме с аккумуляторной
батареей. При неисправности в сети переменного тока рельсовая
цепь должна в течение 8 ч питаться от аккумулятора типа АБН-72
(автоблокировочный с намазными пластинами и номинальной ем-
костью 72 А-ч). Этот аккумулятор относится к свинцовым аккуму-
ляторам; номинальное напряжение одной банки аккумулятора
2,2 В; минимальное и максимальное расчетные напряжения соот-
ветственно 1,9 и 2,4 В. Разряженный аккумулятор заряжают
током, численно равным 0,1 его емкости, в течение 11—12 ч. При
большем токе аккумулятор перегревается и нарушается активная
масса его пластин. При разряде аккумуляторов необходимо, чтобы
максимальный ток разряда не превышал 1/10 емкости аккумуля-
тора; следует остерегаться короткого замыкания аккумулятора,
при котором возникает очень большой ток, вызывающий выход
из строя аккумуляторов.
Выпрямители преобразовывают переменный ток в постоянный.
В рельсовых цепях они предназначены для работы с аккумулятора-
ми в буферном режиме.
В рельсовых цепях используют выпрямители типов ВАК (вы-
прямитель автоблокировочный, купроксный), а именно: ВАК-14А,
ВАК-14Б, ВАК-14М, ВАК-14.
Трансформаторы служат в качестве источников питания и
кодирования рельсовых цепей, согласующих и изолирующих
элементов. Трансформаторы для питания рельсовых цепей назы-
зо
вают путевыми. В рельсовых цепях применяют следующие типы
трансформаторов: ПОБС; П — путевой, О — однофазный, Б — с
броневым сердечником, С — сухой, т. е. с естественным воздушным
охлаждением, ПРТ-25 — путевой, релейный, ПТ — путевой. Транс-
форматоры типа ПОБС работают на сигнальной частоте 50 Гц, а
трансформаторы типа ПРТ и ПТ — на частоте 25 Гц. В эксплуа-
тации находятся несколько разновидностей трансформаторов ти-
па ПОБС: ПОБС-2, ПОБС-2АУЗ, ПОБС-3, ПОБС-ЗАУЗ, ПОБС-5,
ПОБС-5АУЗ. Буква А обозначает видоизменение конструкции
трансформатора, буква У — климатическое исполнение, 3 — ка-
тегорию размещения. Схемы соединения обмоток типовых транс-
форматоров и основные характеристики трансформаторов, исполь-
зуемых в рельсовых цепях, приведены в [43], а коэффициенты четы-
рехполюсников, замещающих трансформаторы на частотах сиг-
нального тока 25 и 50 Гц, — в табл. П1.5.
Для каждого трансформатора характерны: номинальная мощ-
ность; номинальное напряжение, на которое рассчитана первич-
ная обмотка.
Электромагнитные статические преобразователи предназначены
для питания рельсовых цепей. Отечественная промышленность
выпускает электромагнитные преобразователи четырех типов:
ПЧ50/25-100УЗ, ПЧ50/25-150УЗ, ПЧ5О/25-ЗООУЗ, ПЧ50/25-40УЗ.
Числа 100, 150, 300 и 40 соответствуют выходной мощности. Пре-
образователи питаются от промышленной сети напряжением ПО и
220 В. Отличительной особенностью преобразователей на напря-
жения 300 В-А и 40 В-А является конструкция магнитопровода,
представляющего собой крестообразную магнитную систему, на
которой обмотка накачки и контурная обмотка размещены под
углом 90°.
В связи с этим исключается трансформация тока накачки в
контурную обмотку делителя. Так как предъявляются жесткие
требования к процентному содержанию уровня напряжения, по-
даваемого в цепь местных элементов фазочувствительных путевых
приемников типа ДСШ на частотах 50 Гц и ее гармоник, то для
питания местных элементов этих приемников можно использовать
только преобразователи типов ПЧ50/25-300 и ПЧ50/25-40 Пре-
образователи частоты обладают стабилизирующими свойствами, и
при колебаниях напряжения в сети в пределах ± 20% напряжение
на выходе изменяется не более чем на ± 5%. Если ток перегрузки
превышает номинальный, то преобразование частоты прекращается.
Принцип действия преобразователя основан на явлении пара-
метрического возбуждения колебаний в контуре с индуктивностью
и емкостью. Сущность этого явления заключается в том, что при
принудительном изменении одного из параметров колебательного
контура — индуктивности или емкости — в контуре возникают и
поддерживаются незатухающие колебания, частота которых близка
к собственной частоте контура [54].
31
При питании путевых трансформаторов и местных элементов
приемников от одного преобразователя не исключается возможность
срабатывания путевого приемника от тягового тока и его гармо-
ник. Это возможно при попадании тока промышленной частоты
в рельсовую линию (например, при случайном сообщении провода
осветительной сети с рельсовой нитью), фазочувствительный пу-
тевой приемник возбуждается за счет наличия обходных путей
из рельсовой линии к местному элементу. Такие обходные цепи
исключаются разделением источников питания рельсовых цепей
и местных элементов. Рельсовые линии питаются от одного пре-
образователя частоты (путевой преобразователь), а местные эле-
менты — от другого (местный преобразователь), т. е рельсовые
цепи частотой 25 Гц питаются по двухфазной системе. Фазы коле-
баний на выходе преобразователей частоты с равной вероятностью
могут принимать значения 0° или 180°. Поэтому разработаны спе-
циальные схемы фазирования выходных напряжений преобразо-
вателей частоты [15].
В системе автоблокировки с централизованным размещением
аппаратуры разработки ВНИИЖТ—КБ ЩП применяют полупро-
водниковые генераторы и усилители [8], а также устройства ре-
зервирования питания рельсовых цепей от аккумуляторов, выпол-
ненные на базе тиристорных преобразователей [15].
2.4.	Дроссель-трансформаторы
Путевые дроссель-трансформаторы обеспечивают пропуск об-
ратного тягового тока в обход изолирующих стыков и согласуют
низкоомное сопротивление рельсовой линии с высокоомным сопро-
тивлением аппаратуры на питающем и релейном концах. В пере-
гонных и станционных рельсовых цепях применяют дроссель-
трансформаторы двух разновидностей. При электротяге постоян-
ного тока дроссель-трансформаторы с воздушным зазором типов
ДТ-0,2-500; ДТ-0,2-1000; ДТ-0.6-500М и другие, а при элек-
тротяге переменного тока — дроссель-трансформаторы без воз-
душного зазора типов ДТ-1-150 и ДТ-1-250. Первое число в обозна-
чении указывает полное сопротивление его основной обмотки
переменному току частотой 50 Гц, а второе — тяговый ток, кото-
рый дроссель-трансформатор в состоянии длительно пропускать
по каждой полуобмотке. Так, например, ДТ-0,2-1000 — дроссель-
трансформатор, сопротивление основной обмотки у которого на
частоте 50 Гц равно по модулю 0,2 Ом и который в состоянии про-
пускать по каждой полуобмотке ток 1000 А (по обмотке с номиналь-
ным током 2000 А). Сопротивление же основной обмотки дроссель-
трансформаторов без воздушного зазора зависит от тока, проте-
кающего по этой обмотке. Поэтому число 1 в обозначении дроссель-
трансформаторов в неполной мере определяет сопротивление ос-
32
Рис. 2.9. Кривые зависимостей мо-
дуля полного сопротивления ос-
новных обмоток дроссель-транс-
форматора типа ДТ 0,2	(/),
ДТ0,6 (2), ДТ-1-150 (3) от тока
частотой 50 Гц
новной обмотки. Основной параметр дроссель-трансформатора —
сопротивление основной обмотки определяется в дроссель-транс-
форматорах с воздушным зазором величиной воздушного зазора
1—2 мм, который регулируют только на заводе Учитывая зависи-
мость (рис 2 9) и принимая во внимание, что на питающем и ре-
лейном концах уровни сигналов различны (особенно в длинных
рельсовых цепях), при расчете рельсовых цепей используют раз-
личные параметры дроссель-трансформаторов без воздушного за-
зора на питающем и релейном концах.
Дроссель-трансформаторы типов ДТ-0,2-1000, ДТ-0,6-1000,
ДТ-1-250 устанавливают вблизи тяговых подстанций, на гористых
участках, на линиях с движением тяжеловесных поездов, т. е
чам, где протекают повышенные тяговые токи. В остальных слу-
чаях используют дроссель-трансформаторы типов ДТ-0,2-500,
ДТ-0,6-500 и ДТ-1-150, имеющие меньшие габаритные размеры
и массу.
Рассмотрим особенности расчета схем с дроссель-трансформа-
торами.
Схема замещения дроссель-трансформатора без учета потерь
короткого замыкания (рис. 2.10, а) содержит идеальный транс-
форматор ИТ с коэффициентом трансформации п = ш2/шх и
w2 — число витков основной и дополнительной обмоток) и сопро-
тивление Zn, учитывающее потери холостого хода и представляю-
щее собой сопротивление основной обмотки путевого дроссель-
трансформатора. Уравнения, связывающие токи и напряжения
четырехполюсника дроссель-трансформатора,
(Д — пС2, /г—1/п((/2/2д- /2)ф
Для выяснения общих закономерностей явлений, имеющих
место в рельсовых цепях, и для ориентировочных расчетов рель-
совых цепей данная схема замещения четырехполюсника дроссель-
трансформатора вполне приемлема. Для выполнения более точных
2 Зак. 2402	'	33
Рис. 2.10. Схемы замещения дроссель-трансформатора (а) и (б), схема изме-
рения параметров (в) и векторная диаграмма (г)
расчетов необходимо учитывать не только потери холостого хода,
но и потери короткого замыкания.
В схеме замещения дроссель-трансформатора с учетом потерь
короткого замыкания (рис. 2.10, б) Zr и учитывают потери ко-
роткого замыкания. Для ориентировочного определения сопро-
тивлений Zx и Z2 необходимо провести опыты холостого хода и
короткого замыкания со стороны основной обмотки дроссель-транс-
форматора. Если сопротивления холостого хода и короткого замы-
кания равны соответственно Zxx и ZK3, то параметры схемы заме-
щения
2i = Z2 = (ZK3—г 2) /2; ZO = ZXX Zj,
где г' = г2/л2 — сопротивление дополнительной обмотки г2, приведенное к
основной обмотке.
При расчете рельсовых цепей дроссель-трансформатор пред-
ставляют в виде четырехполюсника, токи и напряжения на входе
и выходе которого
Ui=AU2-]-BI2, I^CUz+Diz.
Коэффициенты четырехполюсника связаны с параметрами схемы
замещения следующими соотношениями:
А = п (14-Zj/Zo); В = п (Z^Z^ + ZiZ^/Zo)-,
C=l/Zon; D^\/n (i^ZJZ^.
Более точный метод определения коэффициентов четырехполюс-
ника, замещающего дроссель-трансформатор, основан на измерении
модулей и аргументов сопротивления основной обмотки при ра-
34
зомкнутой дополнительной Zxo; сопротивления дополнительной
обмотки при разомкнутой основной Zxn; сопротивления основной
обмотки при коротком замыкании дополнительной ZKO. При опре-
делении Zxo и ZXH напряжения на измеряемых сопротивлениях
должны быть близкими к фактическим, особенно для дроссель-
трансформаторов без воздушного зазора. Эти сопротивления из-
меряют методом трех вольтметров (рис. 2.10, в) Последовательно
с измеряемым сопротивлением Z включен дополнительный резис-
тор /?д, сопротивление которого подбирается таким, чтобы [7^д &
« Uz, что повышает точность измерения. Модуль измеряемого со-
противления \Z\ — UzK^IUr^
Аргумент q>z измеряемого сопротивления Z определяется в
соответствии с векторной диаграммой (рис. 2.10, г) на основании
выражения
^2 = С/Дд + ^Ч-2^д^с°8(р2,
откуда
Сопротивления Zxo и ZKO равны десятым и сотым долям
ома, т. е. они соизмеримы с сопротивлением соединительных про-
водов.
Поэтому напряжения U, Uz, необходимо измерять относи-
тельно трех точек 1, 2 и 3 (см. рис 2 10, в) без включения сопро-
тивлений соединительных проводов
Известно, что напряжения и токи в начале 77н, /н и в конце UK,
/к четырехполюсника связаны соотношениями:
бн-Л1/к+В/к; 7H = Cl/K + D/K,
где А, В, С, D — коэффициенты четырехполюсника.
Входное сопротивление четырехполюсника
^вх — Сн//н = (AUKA~ Я W	DIк) .
При определении Zxo ток /к = 0, поэтому Zxo = А/С (2.9);
при определении ZKO напряжение UK = 0, поэтому ZKO = B/D
(2.10); при определении Zxp, учитывая, что направление передачи
энергии через четырехполюсник изменяется на противоположное
и поэтому ZBX = ин/1к = (Рик + BIK)/(CUK + А1К) (при изменении
направления передачи энергии коэффициенты А и D меняются
местами), /к = 0, ZXH = D/C (2.11).
Для любого четырехполюсника должно выполняться следую-
щее условие: AD — ВС = 1 (2.12).
2*	35
Рис. 2.11. Кривые зависимостей сопротивления основной обмотки от величины
воздушного зазора (а) и тока подмагничивания (б):
i'— 6—0; 2'— 6—1,5 мм; 3' — 6=2,0 мм
Решая совместно уравнения (2.9 — 2.12) относительно коэф-
фициентов четырехполюсника, получим:
д ^ХО&^ХД ^ко
Ф^ХД (ZXO-----^ко) Ф^^хдС^ХО------2ко)
V ^хД (^ХО-ZKo)	Ф^ХД^ХО---^ко)
Полученные уравнения можно использовать для определения
коэффициентов четырехполюсников, замещающих дроссель-транс-
форматоры, трансформаторы, фильтры и другие электрические
приборы.
В табл. П1.6 приведены коэффициенты четырехполюсников
дроссель-трансформаторов, используемых на железной дороге и
на метрополитене. Сопротивление основной обмотки дроссель-
трансформатора с воздушным зазором Zo зависит от величины
воздушного зазора б, а также от постоянного тока подмагничи-
вания /п. Зависимость |Z0| = f (б) (рис. 2.11, а) показывает, что
при /п — 0 сопротивление |ZO| уменьшается с увеличением воз-
душного зазора (кривая I). При наличии же /п эта зависимость
более сложная (кривая 2). Один и тот же ток подмагничивания
снижает сопротивление основной обмотки тем меньше, чем больше
воздушный зазор |ДZo| = |Z0| — |Zon| = f (6) (кривая 3). При
зазоре б = 2 мм ток подмагничивания /п = 240 А, протекающий
по полуобмотке, снижает сопротивление основной обмотки сиг-
нальному току частотой 50 Гц не более чем на 10%, при этом со-
противление основной обмотки 0,6 Ом. Рисунок 2.11, б иллюстри-
рует зависимость |ZO| от величины тока подмагничивания для трех
36
значений воздушных зазоров 6. При воздушном зазоре 6 = 2 мм
для дроссель-трансформаторов типов ДТ-0,2-1000 и ДТ-0,6-1000
ток подмагничивания, протекающий по полуобмотке /п = 240А,
снижает сопротивление основной обмотки не более чем на 10%,
для дроссель-трансформаторов типов ДТ-0,2-500 и ДТ-0,6-500 ана-
логичный результат имеет место при /п — 200 А. Указанные токи
подмагничивания и являются расчетными, на возможность появ-
ления которых из-за асимметрии рельсовой линии и рассчитывается
устойчивая работа рельсовых цепей. При больших токах подмаг-
ничивания, которые могут появиться при значительной асимметрии
рельсовой линии, а следовательно, и больших снижениях |ZO|,
устойчивая работа рельсовой цепи не гарантируется.
В связи с ростом скоростей движения поездов и увеличением
массы, а также с ростом пропускной способности и как следствие
с ростом тяговых токов разрабатывают дроссель-трансформаторы,
обладающие большей стабильностью |Z0| при воздействии токов
подмагничивания.
В рельсовых цепях при электротяге переменного тока с дрос-
сель-трансформаторами без воздушного зазора типов ДТ-150 и
ДТ-1-250-12 расчетный ток /п = 5 А.
Глава 3
ОСНОВЫ ТЕОРИИ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
3.1.	Режимы работы
Электрическая рельсовая цепь представляет собой датчик,
обеспечивающий получение информации о трех состояниях участка
пути: участок пути свободен, рельсы исправны; участок пути занят
подвижной единицей; рельсовая нить участка пути оборвана.
Различают три режима работы рельсовой цепи: нормальный,
шунтовой и контрольный.
В нормальном режиме рельсовой цепи энергия передается по
рельсовой линии от передатчика к путевому приемнику, рельсовая
линия свободна от подвижного состава, рельсы исправны. При
этом необходимо обеспечить надежную работу приемника, при
которой он выдает дискретную информацию «свободно» (фронтовые
контакты замкнуты; = 1).
Напряжение надежного срабатывания Up в нормальном ре-
жиме должно обеспечиваться на входе приемника при наихудших
условиях.
Наихудшими условиями нормального режима являются такие,
при которых уменьшается сигнал на входе приемника рельсовой
цепи. Это означает, что напряжение Up следует определять при
_____минимальном напряжении источника питания. Необходимо учи-
тывать также влияние разброса параметров элементов аппаратуры.
Принимают такие параметры из диапазона допустимых значений,
_____которые уменьшают 2напряжениёна путевом приемнике^ т. ё.
сопротивления элементов, не образующих резонансные цепи,
включенных последовательно с приемником, должны быть макси-
мальными, а включенных параллельно — минимальными. При
сложной схеме рельсовой цепи, содержащей несколько реактив-
ных элементов, трудно определить комбинацию параметров эле-
ментов, соответствующую наихудшим условиям нормального ре-
жима. При этом целесообразно использовать вероятностную мето-
дику расчета рельсовых цепей.
Уровень сигнала на входе путевого приемника зависит от ус-
ловий передачи энергии по рельсовой линии. Рельсовая линия —
это электрическая цепь, у которой проводами служат рельсы же-
лезнодорожного пути, изолированные между собой и по отношению
к земле несовершенными изоляторами, какими являются шпалы,
погруженные в балластный слой. Энергия передается к путевому
приемнику с потерями, обусловленными падением напряжения на
продольном сопротивлении рельсовых нитей и током утечки, от-
ветвляющимся от одной рельсовой нити к другой через шпалы и
38
балласт. Ток утечки характеризуется сопротивлением изоляции
рельсовой линии /?и или проводимостью изоляции Gn = 1/Rn-
Сопротивление рельсовых нитей z, сопротивление изоляции
рельсовой линии ги и проводимость изоляции g — \/гп выражают
в удельных величинах, отнесенных к одному километру. В зави-
симости от эксплуатационных условий параметры могут изме-
няться В пределах ОТ mln ДО ^тах, н mln ДО ?и maxi ОТ £fmln ДО
ётах‘
Нормальный режим рассчитывают при максимальном сопротив-
лении рельсовых нитей zmax и минимальном сопротивлении ги mtn
“(максимальной проводимости gmax) изоляции рельсовой линии.
В шунтовом режиме рельсовой цепи ее приемник должен выда-
вать дискретную информацию «занято» (фронтовые контакты ра-
__зомкнуты, fn == 0) при наложении в любой точке рельсовой линии
поездного шунта сопротивлением, равным нормативному или мень-
ше нормативного
Для железных дорог СССР нормативное сопротивление шунта
принято равным 0,06 Ом для всех рельсовых цепей и 0,5 Ом — для
горочных рельсовых цепей.
Сопротивление ската имеет индуктивную составляющую, а
переходноесопротивление в диапазоне частот от б до 10 кГц —
активную составляющую, не зависящую в указанном^диапазоне
от частоты. Так как переходное сопротивление активное и больше
сопротивления скатов, то считают сопротивление поездного шунта
активным.
' “ Рельсовые цепи необходимо рассчитывать так, чтобы при на-
ложении нормативного шунта /?шн = 0,06 Ом в любой точке рель-
совой цепи при условиях, неблагоприятных для шунтового режима,
напряжение на путевом приемнике снизилось до напряжения
надежного возврата. При этом путевой приемник выдает инфор-
мацию о занятости рельсовой цепи.
Эффект снижения тока в приемнике рельсовой цепи при нало-
жений поездного Тиунта ^на рельсы называется шунтовым эффек-
том. Вследствие шунтового эффекта значение сигнала на входе
приемника рельсовой цепи должно снижаться до напряжения
надежного возврата (7ВН (см. рис. 2.1). С увеличением сопротивле-
ния поездного шунта возрастает напряжение на входе приемника
при занятой рельсовой цепи. Поэтому, чтобы выдать информацию-
. «занято» при большем сопротивлении поездного шунта, необходим
приемник с более высоким напряжением надежного возврата, а
следовательно, и более высоким коэффициентом надежного воз-
врата Ква.
При использовании в качестве путевого приемника электро-
магнитного реле рельсовая цепь с импульсным или кодовым прием-
ником зафиксирует наличие шунта большего сопротивления, чем
непрерывная рельсовая цепь, так как в этом случае значение Къа
будет больше (см. выражения (2.3), (2.5)).
39
У индукционных реле типа ДСШ магнитные потоки при замы-
кании и размыкании фронтовых контактов отличаются незначи-
тельно (см. рис. 2.3), поэтому у них коэффициент возврата Кв
почти такой же, как у электромагнитных реле при импульсном
питании. Если принять одинаковый коэффициент запаса на сра-
батывание для индукционных и электромагнитных реле, то чувст-
вительность к шунту рельсовых цепей с непрерывным питанием
и реле типа ДСШ будет примерно такой же, как у рельсовых цепей
с электромагнитными реле при импульсном питании.
Шунтовой режим должен выполняться при наихудших условиях.
Наихудшими условиями шунтового режима являГются такие, при
которых увеличивается сигнал на входе приемника. В шунтовом
режиме необходимо учитывать отклонение параметров от номи-
нальных значений в противоположную сторону по сравнению с
нормальным режимолцДЦддражение на путевом реле в шунтовом
режиме определяется при максимальном напряжении источника
питания, минимальном сопротивлении рельсовых нитей, макси-
мальном сопротивлении изоляции. Сопротивление элементов, вклю-
ченных последовательно с приемником и не образующих резонан-
сные цепи, должно быть минимальным, а включенных параллельно
с приемником — максимальным.
Шунтовой эффект зависит от места расположения шунта на
рельсовой линии. Местом минимальной шунтовой чувствительности,
или критическим местом шунтовой чувствительности называется
место рельсовой линии, при наложении в котором поездного шун-
та шунтовой эффект проявляется наиболее слабо. Одним из наи-
худших условии шунтового режима является расположение шунта
в месте минимальной шунтовой чувствительности.
В контрольном режиме путевой приемник рыдает дщцсрелцдо.
информацию «занято» (фронтовые контакты разомкнуты, fn — 0),
при полном электрическом разрыве рельсовой ни>в любой точке
рельсовой линии. Контрольный режим характеризуется эффектом
снижения напряжения на путевом приемни_ке. вследствие обрыва
одной из рельсовых нитей. .Электрическая цепь между источником
питания и приемником в контрольном режиме сохраняется, так
как создаются пути для протекания сигнального тока по земле
в обход места обрыва.
Значение тока в путевом приемнике при обрыве рельсовой нити
зависит от места обрыва рельса и сопротивления изоляции рель-
совой линии. Критическими называются сопротивление изоляции
гикр и место обрыва хкр (расстояние от путевого приемника до места
обрыва), при которых ток в приемнике рельсовой цепи оказывается
максимальным.
В контрольном режиме при самых неблагоприятных условиях
напряжение на входе приемника должно снижаться до напряжения
надежного возврата UBU.
40

Наихудшими условиями контрольного режима являются такие,
, при которых увеличивается сигнал на входе приемника; макси-
мальное напряжение источника питания, минимальное сопротив-
ление рельсовых нитей, критическое сопротивление изоляции рель-
совой линии, т. е. обрыв происходит в критическом месте. Пара-
метры - элементов, соответствующие наихудшим условиям конт-
рольного режима, такие же, как и при наихудших условиях шун-
тового режима.
3.2.	Критерии оценки работы рельсовых цепей
Количественно работу рельсовых цепей в нормальном, шунто-
воы->и контрольном режимах оценивают с помощью критериев.
(Коэффициент перегрузки Кпрп характеризует работу рельсовой
цепи в нормальном режиме. Он представляет собой отношение фак-
тического значения сигнала на входе приемника~77р11ф к рабочему
значению сигнала Uр, т. е. Кпер =	(3.1).
Минимальный коэффициент перегрузки Кпер ,п1п имеет место
при наиболее неблагоприятных условиях работы в нормальном
режиме. Наибольший фактический коэффициент перегрузки Кпер.ф
при максимальных напряжениях источника питания и сопротив-
лениях изоляции рельсовой линии; КПер.ф должен быть меньше
максимально допустимого Кпер.д-
Нормальный режим выполняется, если соблюдаются условия:
^пер min ^пер.ф ^пер-д-
Требуемое напряжение на входе путевого приемника обеспе-
чивается в рельсовых цепях переменного тока с помощью измене-
ния напряжения источника питания. При выбранных и неизменных
параметрах элементов схемы рельсовой цепи выполнение нормаль-
ного, шунтового и контрольного режимов работы можно оценивать
по напряжению питания^
Для получения рабочего напряжения на приемнике (7р при
наихудших для нормального режима условиях необходимо, чтобы
напряжение питания рельсовой цепи было равно (7mln. Следова-
тельно, для выполнения нормального режима требуется, чтобы
фактическое напряжение питания было больше или равно (7mln,
т. е. £7ф 6/mjn.
В рельсовых цепях с фазочувствительными приемниками (ФЧП)
срабатывание последних зависит не только от амплитуды, но и от
фазы сигнала на путевом элементе. В ФЧП типа ДСШ амплитудно-
фазовая функция представляет собой зависимость вращающего
момента М, действующего на сектор реле, от напряжения
и угла сдвига фаз <ррф между напряжениями на путевом и мест-
ном элементах. При идеальном фазовом соотношении работа ФЧП
характеризуется только амплитудой входного сигнала, поэтому
в качестве параметров ФЧП используются напряжение и ток сра-
41
батывания приемника (£/ри, /ри) при идеальном фазовом соотно-
шении (см. табл. П1.3 приложения 1)
Для приемника типа ДСШ с учетом выражений (2.6) — (2.8)
коэффициент перегрузки определяется выражением:
А^пер — Дэи/^ри = (б^рн.ф/Цэи) cos (фрн.ф—фри).
где (7рн.ф — фактическое напряжение на входе ФЧП в нормальном режиме,
В:
фрн.ф — фактическое фазовое соотношение реле в нормальном режиме,
град.
Критерии шунтового режима количественно оценивают шунто-
вой эффект в рельсовой цепи. Существует два основных критерия
шунтового режима работы рельсовой цепи: абсолютная шунтовая
чувствительность и коэффициент чувствительности к нормативному
шунту.
/Абсолютная шунтовая чувствительность представляет со-
бой сопротивление поездного шунта, при котором напряжение на
входе приемника рельсовой цепи уменьшается до напряжения
надежного возврата приемника при наихудших условиях шунто-
вого режима.
Чем выше абсолютная шунтовая чувствительность рельсовой
цепи, тем лучше обеспечивается шунтовой режим.
Например, пусть в первой рельсовой цепи абсолютная шунто-
вая чувствительность равна /?ш1 = 0,1 Ом, а во второй — /?ш2 =
= 0,06 Ом. Если на участке пути обращаются подвижные единицы,
сопротивление поездного шунта которых может увеличиваться
до 0,1 Ом (легкие дрезины), то в первой рельсовой цепи при ее
занятии информация «занято» будет выдаваться всегда, т. е. шун-
товой режим будет обеспечиваться, а при занятии второй рельсовой
цепи информация «занято» будет выдаваться в том случае, если
сопротивление поездного шунта подвижной единицы будет не бо-
лее 0,06 OmJ
Необходимо, чтобы подвижные единицы, обращающиеся на
магистральных железных дорогах, имели сопротивление поездного
шунта не более 0,06 Ом. Для выполнения этого требования на
легких дрезинах устанавливают дополнительные контактные уст-
ройства, скользящие по рельсам, что и обеспечивает сопротивление
шунта не более 0,06 Ом. Рельсовые цепи, применяемые на магист-
ральных железных дорогах, должны иметь абсолютную шунтовую
чувствительность не менее 0,06 Ом, называемую нормативной.
("Коэффициент чувствительности к нормативному поездному шун-
ТУ Кшн — это отношение напряжения надежного возврата
приемника рельсовой цепи к фактическому напряжению на входе
приемника £/ршф при наложенном нормативном шунте и наихудших
условиях для шунтового режима, т. е. Кшн — ^вН/[/р1иф (3.2).
Шунтовой режим выполняется, если Кш /?шн — 0,06 Ом или
Кшп > 1.
42
Напряжение на входе путевого приемника при наложении нор-
мативного шунта в условиях, наихудших для шунтового режима,
равно напряжению надежного возврата 67ВП, если напряжение
питания рельсовой цепи равно определенному напряжению 67 дШ.
Если фактическое напряжение питания б/ф будет больше 67Д1П, то
напряжение на входе приемника б/рШф превысит значение б/вн.
Таким образом, (7ДШ — допустимое (максимальное) напряжение
питания рельсовой цепи в шунтовом режиме.
Для выполнения шунтового режима требуется, чтобы
Дф<Ддш; ~б^дш/б^ф.	(3 3)
Для рельсовых цепей с реле типа ДСШ
^шн —б^зии/Шршф COS (фртпф — фри)],
где Двни — напряжение надежного возврата реле типа ДСШ при идеальных
фазовых соотношениях, В;
срршф — разность фаз между напряжениями на путевом и местном эле-
ментах реле при наихудших условиях в шунтовом режиме, град.
Напряжение (7ВПШ, при котором опускается сектор реле типа
ДСШ, является напряжением надежного возврата в шунтовом
режиме с учетом реальных фазовых соотношений (7ВНШ = 67вии/
/cos (фрШф — ФРИ).Д
^Коэффициент чувствительности рельсовой цепи к оборванной
(поврежденной) Кка нити количественно оценивает эффект снижения
напряжения на входе приемника при контрольном режиме. Он
представляет собой отношение напряжения надежного возврата
приемника UBU к наибольшему возможному напряжению прием-
ника (7ркф в контрольном режиме, критическом сопротивлении
изоляции и критическом месте обрыва
ДкП — ^вн/б^ркф-	(3 4)
Контрольный режим выполняется, если Ккп^1.
При обрыве рельсовой нити и условиях, наихудших для конт-
рольного режима, напряжение на входе путевого приемника равно
напряжению надежного возврата UBH, если напряжение питания
рельсовой цепи равно определенному б/дкП. Если напряжение пи-
тания t/ф будет больше б/дкП, то напряжение на входе приемника
б7ркф превысит (7ВН. Таким образом, б/дкП — допустимое (макси-
мальное) напряжение источника питания в контрольном режиме.
Для выполнения контрольного режима требуется, чтобы
ДФ Ддкп! Ккп — Ддкп/Дф.	(3.5)
Для рельсовых цепей с реле типа ДСШ
Лл<п — Дини/Шркф cos (<рркф—фри)]тах’
где <рркф — разность фаз между напряжениями на путевом и местном эле-
ментах реле при наихудших условиях в контрольном режиме,
град.
43
Напряжение надежного возврата реле в контрольном режиме
с учетом реальных фазовых соотношений
^ВНКП = ^вни/cos (фркф-фри)^Д
Критерии Кпер. Кшю Ккп используют при расчетах рельсовых
цепей с учетом наиболее неблагоприятного сочетания параметров
элементов аппаратуры и рельсовой линии в каждом из расчетных
режимов. Такие расчеты называют детерминированными. При де-
терминированном методе расчета рельсовой цепи напряжение
источника питания устанавливают таким, что все режимы работы
выполняются во всем диапазоне изменения сопротивления изоля-
ции рельсовой линии от расчетного гир (минимального по техни-
ческим условиям) до бесконечности. Если фактическое сопротив-
ление изоляции рельсовой линии во время эксплуатации ока-
жется меньше чем гпр, то соотношение Кпер > 1, а следовательно,
и нормальный режим не будут выполняться, т. е. при отклонении
всех параметров элементов схемы рельсовой цепи от номиналь-
ного значения в неблагоприятную сторону напряжение на входе
приемника будет меньше расчетного (Ур.
В действительности такой набор параметров элементов будет
встречаться не во всех рельсовых цепях. В тех рельсовых цепях,
у которых значения параметров элементов будут близки к номи-
нальным или будут отклоняться в такую сторону, что будут спо-
собствовать увеличению напряжения на приемнике, нормальный
режим будет выполняться и при более низком сопротивлении изо-
ляции рельсовой линии, чем это получается на основании детер-
минированного расчета. Кроме того, напряжения срабатывания у
разных путевых приемников одного и того же типа не одинаковы
и находятся в диапазоне от Unn min Д°^пп max- При детерминирован-
ном расчете принимается максимальное напряжение, по техничес-
ким условиям допустимое для путевых приемников рассматривае-
мого типа, Up = t/nnmax- Поэтому возможен случай, когда при
неблагоприятном наборе всех параметров элементов схемы рель-
совой цепи напряжение срабатывания реального приемника ока-
жется равным (Упп min и работа в нормальном режиме не нарушится.
Таким образом, при гиФ<гиР нормальный режим рельсовой
цепи может выполняться, а может и не выполняться в зависимости
от того, каким случайным образом параметры путевого приемника
и элементов схемы рельсовой цепи отклонятся от номинальных
значений. Очевидно, что чем меньше гпф по сравнению с гир, тем
меньше степень возможности выполнения нормального режима.
Количественно степень возможности случайного события ха-
рактеризуют определенным числом, которое тем больше, чем более
возможно событие. Такое число называют вероятностью события
Следовательно, степень возможности выполнения нормального ре-
жима при гиф<гир характеризуется некоторой вероятностью Рн.
Методика вероятностного расчета рельсовых цепей изложена в [41 ].
44
3.3.	Схемы замещения рельсовой цепи
При анализе и расчете рельсовые цепи заменяют схемой заме-
щения (рис. 3.1), состоящей из каскадного соединения трех четы-
рехполюсников Н, РЛ и К, которые замещают соответственно
аппаратуру в начале рельсовой линии, рельсовую линию и аппа-
ратуру в конце рельсовой линии. Обозначения на схеме показаны
применительно к работе рельсовой цепи в нормальном режиме.
Все показанные величины являются комплексными. При работе
рельсовой цепи в шунтовом и контрольном режимах схема заме-
щения будет такой же, однако значения коэффициентов четырех-
полюсника РЛ будут другими.
Напряжение и ток на входе каждого четырехполюсника, на-
пример РЛ,
(7н = .4(7к + В/к; iH = CUK + Div.	(3.6)
Коэффициенты четырехполюсников Н и К определяют извест-
ными методами, рассматриваемыми в теории электрических цепей,
с учетом схемы и параметров элементов, включенных в начале и
в конце рельсовой линии.
Пример 3.1. Расчет коэффициентов четырехполюсников.
Схема включения аппаратуры в начале и в конце рельсовой линии может
быть представлена в виде каскадного соединения четырехполюсников, замеща-
ющих участки цепи с последовательным или параллельным включением со-
противлений (схемы а) и б) табл. 3.1) и четырехполюсников, замещающих
типовые устройства: дроссель-трансформаторы, питающие и согласующие
трансформаторы.
В схеме а) токи входа /н и выхода /к равны, а напряжение на входе
равно сумме напряжений на выходе £7К и падения напряжения на сопротивле-
нии Z, т. е. йп - UK + /KZ; /„ = /к.
Если соотношение между входными и выходными значениями предста-
вить в виде уравнений (3.6), то коэффициенты четырехполюсника будут та-
кими, как в табл. 3.1.
В схеме б) напряжения на входе (7Н и выходе UK равны. Ток входа /н ра-
вен сумме токов на выходе /к и проходящего через сопротивление Z, т. е. UH=
=
/н= 1/Z (7К 4-/к •	(3-7)
Рис. 3 1 Общая схема замещения рельсовой цепи
45
Сравнивая выражения (3.6) и (3.7), получим коэффициенты четырехполюс-
ника (см. табл. 3.1).
Коэффициенты четырехполюсников, замещающих трансформа-
торы и дроссель-трансформаторы, определяются экспериментально,
их значения даны в табл. П1.5 и Ш.6.
Коэффициенты четырехполюсника, эквивалентного двум кас-
кадно соединенным четырехполюсникам (схема в), получаются в
результате перемножения матриц коэффициентов первого и вто-
рого четырехполюсников в соответствии с направлением передачи
энергии
А В] ГЛ1 ВЯ ГД2 ВЯ
с D\ dJ [с2 В>2Г	‘ }
Первый и второй элементы первой строки результирующей
матрицы получаются при умножении первой строки первой мат-
рицы соответственно на первый и второй столбец второй матрицы,
г. е по правилу. «Строка умножается на столбец». Коэффициенты
четырехполюсников наиболее часто встречающихся схем приве-
дены в табл П2.1.
46
Осуществляя последовательные преобразования схем каскад-
ного соединения двух четырехполюсников с помощью уравнения
(3.8), можно получить коэффициенты четырехполюсников Л\?
и NK.
Параметры четырехполюсников 2VH и Л’к постоянные и не зави-
сят от режимов работы рельсовой цепи. Параметры четырехполюс-
ника #рл переменные, они зависят от режима работы рельсовой
цепи и изменяются непрерывно вследствие воздействия климати-
ческих условий на состояние пути и, следовательно, изменения
сопротивления изоляции рельсовой линии или дискретно при
наложении шунта либо обрыве рельсовой нити.
Вся схема рельсовой цепи между источником питания и путе-
вым приемником может быть заменена общим четырехполюсником
с коэффициентами Ао, Во, Со, Do (см. рис. 3.1), которые вычисляют
перемножением матриц коэффициентов четырехполюсников #н>
^рл И
[Д0 В0	Дн Вд! Дрл Врд 1 ГДК Вк1	д,
1_Со Do	[Сн Он] [Срл Орл j L^k ^к]
Напряжение и ток источника питания рельсовой цепи
б = До Во/р; / = С0С7р £)0/р.
Четырехполюсники /Урл и jVk принято считать линейными,
т. е. их параметры не зависят от протекающего тока. В связи с
этим напряжение и ток на входе приемника рельсовой цепи в нор-
мальном, шунтовом и контрольном режимах изменяются пропор-
ционально изменению напряжения и тока в конце рельсовой ли-
нии. Это дает возможность при анализе и расчетах рельсовой цепи
пользоваться более простой, так называемой основной схемой
замещения (рис. 3.2, а). Ее получают путем замены электрической
схемы в начале рельсовой линии по методу эквивалентного гене-
ратора и схемы устройств в конце рельсовой линии по методу эк-
вивалентной нагрузки. При этом напряжение эквивалентного гене,
ратора Us равно напряжению холостого хода на выходе четырех-
полюсника Н (рис. 3.2, б) Внутреннее сопротивление эквивалент-
ного генератора Zbxh представляет собой обратное входное сопро-
н
Сн Як
Рис. 3 2 Основная схема замещения рельсовой цепи (а) и схемы для опреде-
ления эквивалентных параметров питающего конца (б и в)


47
тивление четырехполюсника 2VH при замкнутых зажимах источника
питания (рис. 3.2, в).
Сопротивление ZBXK представляет собой входное сопротивле-
ние четырехполюсника NKt на выходе которого подключен прием-
ник рельсовой' цепи с входным сопротивлением Zp (см. рис. 3.1).
С помощью уравнений четырехполюсника получим:
б р Вк 1р = (^к 4" Вк/^р) Up = Кнн Up,
1к — Ск Up 4- DK ip = (Ск Zp -]- DK) ip~ Ктк ip,	(3.10)
где Кнк — 4K “Ь BKIZp — коэффициент снижения напряжения четырехпо-
люсника N к;
Ктк = CKZP + DK — коэффициент снижения тока четырехполюсника
/VK.
Тогда
Zsixvi~UKl iK — (Лк Zp 4- Вк) /(Ск Zp 4-DK).	(3.11)
Используя уравнения четырехполюсника Н при разомкнутых
выходных зажимах (см. рис. 3.2, б), получим: U = Ан й&, откуда
Us — U/An.	(3.12)
Принято обозначение
= ^тн»
где К'тн —обратный коэффициент снижения напряжения в четырехполюс-
нике 7VH.
Учитывая, что при изменении направления передачи энергии
через четырехполюсник коэффициенты А и D меняются местами,
а зажимы генератора замкнуты (рис. 3.2, в), получим:
'вхн = ЛнЛ ^хн = б'хн/4хн=ВнМн.	(3.13)
Напряжение эквивалентного генератора в основной схеме за-
мещения
</э=(7н+ /н z;XH.
Используя уравнения (3.6) и учитывая, что UK —	по-
лучим
u*=i*(C7^n 2вхк+^;хн+д/;хк+в).	(3.14)
Отношение напряжения генератора к току приемника назы-
вается сопротивлением передачи схемы замещения рельсовой цепи
Zn = й/ ip = А-°- i*	.. л0 Zp + Во; (3.15)
где Zn и Zn0 — соответственно сопротивления передачи общей и основной
схем замещения.
48
В соответствии с выражением (3.14)
zno=cZpXH zBXK+£>z^XH +лгвхк+в.	(3.16)
На основании выражения (3.15) с учетом (3.11) и (3.10) получим
Zn = ^H^KZno= ^h^k(CZ;xh ZBXK4-DZgXH + AZBXK 4 By (3.17)
Сопротивление передачи рельсовой цепи изменяется в зависи-
мости’ от коэффициентов рельсового четырехполюсника, которые
в нормальном режиме обозначают А, В, С, D. По выражениям
(3.16) и (3.17) определяют сопротивление передачи основной и
общей схем замещения в нормальном режиме работы рельсовой
цепи. Сопротивление передачи основной и общей схем замещения
рельсовой цепи в шунтовом ZIIoni и контрольном Zn0K режимах
определяют по этим же уравнениям, но используют коэффициенты
рельсового четырехполюсника в шунтовом (Дш, Вш, Сш, £>ш) и
контрольном (Дкп, Вкп, Ски, £>кп) режимах.
3.4.	Первичные параметры рельсовой линии
Условия передачи сигналов в рельсовой линии определяются
ее первичными параметрами: электрическим сопротивлением рель-
сов и сопротивлением изоляции между ними, называемым также
сопротивлением балласта.
Электрическое сопротивление рельсов. Рельсовая линия сос-
тоит из отдельных рельсовых звеньев, электрически соединенных
между собой в пределах одной рельсовой цепи. Длина звена 12,5
или 25 м, применяют также звенья (плети) длиной 800 м. Рельсы
соединяют между собой стыковыми соединителями и стыковыми
накладками, создающими параллельную цепь для пропуска тока.
На основе опытных данных установлены следующие границы
изменения удельного километрического сопротивления рельсовой
линии на постоянном токе (рельсовой петли длиной 1 км) в зави-
симости от состояния стыков и температуры окружающей среды:
при штепсельных соединителях 0,3—0,6 Ом/км, а при стальных
приварных соединителях 0,1—0,2 Ом/км. Максимальные и мини-
мальные значения удельного сопротивления учитывают при рас-
чете соответствующих режимов работы рельсовых цепей.
Для постоянного тока значения удельных сопротивлений сплош-
ной нити из рельсов, применяемых на отечественных железных
дорогах при температуре +20 °C, приведены в табл. 3.2. Темпе-
ратурный коэффициент сопротивления рельсовой стали равен
0,0461 °C'1.
При медных приварных соединителях состояние контакта
между рельсами и накладками играет меньшую роль. В данном
случае сопротивление стыка выражается в эквивалентном сопро
тивлении целого рельса.
49
Таблица 3.2
Тип рельса	Площадь попереч- ного сечения S. м1	Удельное сопротив- ление одной рель- совой нити посто- янному току г„ Ом/км	Периметр по- перечного се- чения рельса и, м	Радиус окружно- сти длиной, рав- ной периметру се- чения Ь, м
Р75	0,00951	0 0218	0 745	0,119
Р65	0,00829	0,0254	0,70	0,111
Р50	0,00658	0,0318	0,62	0,099
Р43	0,00570	0,0367	0,56	0,089
Приме ч а н и е . Для всех типов рельсов удельное сопротивление рельсовой ста-
ли р = 0,21 • 10—* Ом*м, расстояние между осями рельсов а — 1,60 м.
По существующим нормам сопротивление стыка не должно
превышать сопротивления трехметрового рельса.
На активное сопротивление рельсов переменному току влияют
частота тока, форма сечения проводника, проводимость и маг-
нитная проницаемость стали, зависящая от тока в рельсах. Урав-
нения, точно отражающие активное сопротивление рельса пере-
менному току, получить сложно. С достаточной для практических
расчетов точностью активное сопротивление рельсов, Ом/км, опре-
деляют по формуле Неймана:
/?а = 2 8	р/7«»
где и — периметр поперечного сечения, м (см табл, 3.2);
рсг — относительная магнитная проницаемость рельсовой стали;
р—удельное сопротивление рельсовой стали, Ом-м;
f — частота сигнального тока, Гц.
В области слабых полей, создаваемых сигнальными токами в
расчетах, принимают рег = 100
В общем случае рельсовую линию рассматривают в виде двух
цепей рельс — земля, связанных взаимной индуктивностью ЛГ12 и
соответствующим удельным сопротивлением взаимной индуктив-
ности zM — /2л/7И12.
При протекании переменного тока по рельсовой линии созда-
ется магнитный поток, часть которого находится в пределах каждо-
го рельса, а часть — между рельсами. В соответствии с этим пол-
ную удельную индуктивность двухпроводной линии Ln можно
представить в следующем виде:
£п = ^е_1~2 (£j-|-LCT),
где Le — внешняя индуктивность двухпроводной линии, Гн/км;
£, — внутренняя индуктивность целой рельсовой нити, Гн/км;
£Ст — индуктивность стыковых соединителей, приходящихся на 1 км
рельсовой нити, Гн/км.
Внутренняя индуктивность, так же как и активное сопротив-
ление рельсов, зависит от частоты электрического тока и магнитной
проницаемости стали L, = 0,0955 Ra/f, Гн/км.
50
Удельная внешняя индуктивность двухпроводной однородной
линии, Гн/км, зависит только от геометрических размеров
а — b
Ге = 0,4-10~3 In----,
е	Ь
где	а — расстояние между осями рельсов, м;
b — ы 2л — радиус эквивалентного проводника, имеющего длину ок-
ружности, равную периметру поперечного сечения рельса, м
(см. табл. 3.2).
При оценке полной индуктивности рельсовой петли согласно
экспериментальным измерениям для стыкового приварного сое-
динителя индуктивность принимается равной 1,27-Ю-6 Гн, а для
стыкового штепсельного соединителя 1,9-10~6Гн.
Активное сопротивление приварного стыка принимается рав-
ным 300-10-6 Ом.
При протекании тока по цепи рельс — земля переменное маг-
нитное поле, образуемое вокруг каждой рельсовой нити, наводит
в соседней цепи, образованной второй рельсовой нитью и землей,
электродвижущую силу взаимоиндукции.
Взаимная индуктивность, Гн/км, этих цепей
М12=10~* 12,982 — 2 In НаЬ) УоИ—
где о — удельная проводимость земли, См/м, среднее значение о «
й? 2,5-10—3 См/м.
При протекании в индуцирующей цепи рельс — земля перемен-
ного тока возникает э. д. с. самоиндукции, пропорциональная
коэффициенту самоиндукции L'e, называемая внешней индуктив-
ностью рельсовой нити:
Le = Ю~4 12,982 — 2 In \b
Н-'т)-
Сопротивления, соответствующие этим значениям взаимной
М12 и внешней L'e индуктивности, не чисто индуктивные, а комп-
лексные. При умножении мнимой части этих индуктивностей на
/2л/ дает действительное значение л2/’10-4 (при частоте 50 Гц,
равное 0,05 Ом/км), которое представляет собой активное сопро-
тивление земли как одного из обратных проводов.
Рассматривая рельсовые нити как последовательно соединен-
ные элементы цепи, обладающие взаимной индуктивностью, имеем
Le=2(^'.-M12).
Подстановка в эту формулу указанных выше значений Le и
М12 дает ранее приведенное уравнение для Le.
51
Полное удельное сопротивление рельсовой петли переменному
току, Ом/км,
z = 2 (/?аЧ“гст_ >
где гСт — активное сопротивление стыковых соединителей, приходящихся на
1 км рельсовой нити, Ом/км.
С помощью приведенных выше формул можно рассчитать пер-
вичные параметры рельсовых линий.
Значения параметров рельсовой линии" в зависимости от час-
тоты сигнального тока приведены в табл. П2 2. С увеличением
частоты сигнального тока модуль и аргумент удельного сопро-
тивления рельсовых нитей увеличиваются. Для ориентировочных
расчетов в диапазоне частот от 125 до 1000 Гц модуль удельного
километрического сопротивления
где kj — 0,01 —коэффициент пропорциональности, Ом/км*Гц;
f — частота тока, Гц.
Сопротивления первого и второго рельсов и г2 не одинаковы,
т. е. имеет место продольная асимметрия рельсовой линии, кото-
рая может характеризоваться коэффициентом продольной асиммет-
рии рельсовой линии
1^11—1^1
az /zd + IM '
Продольная асимметрия рельсовой линии образуется вследствие
разброса сопротивлений рельсового стыка, зависящего от сопро-
тивления стыкового соединителя и переходного сопротивления
между соединителем и рельсом. При исправных стыковых соеди-
нителях коэффициент продольной асимметрии kaz мал и рельсовые
линии считают симметричными, т. е. zt = z2.
В соответствии с 157] применяемые при расчетах рельсовых
цепей максимальные сопротивления рельсовой петли z приведены
в табл 3.3.
Таблица 33
Соединитель	Максимальное сопротивление рельсовой петли г, Ом/км, для тока			
	постоянного	переменного частотой, Гц		
		25	50	75
Приварной стальной Приварной медный	0,2	О,55еУ5О° 0,5е'Б2°	О,85е>бо° О^е-'вь0	1,07е'б8°
52
Минимальное сопротивление рельсов для постоянного тока
при приварных стальных соединителях принимается равным
0,1 Ом/км. Для рельсовых цепей переменного тока расчетные
минимальные и максимальные сопротивления рельсов принимают'
ся одинаковыми.
Как показали результаты измерений, удельное сопротивление
рельсовой петли (рельсы типа Р65, звенья длиной 25 м, медные
приварные соединители) на частоте 25 Гц может быть принято
равным 0,37 е'58° Ом/км, а на частоте 50 Гц — 0,6 е'70° Ом/км.
Ток утечки из рельса в рельс протекает по проводникам с раз-
личной электропроводностью. Рельсы и металлические детали
верхнего строения пути обладают электронной проводимостью;
балласт, шпалы, земляное полотно и грунт, в которых всегда
имеется влага, обладают ионной проводимостью, их можно рассмат-
ривать как электролиты. Поэтому ток утечки может протекать
из рельса в рельс только при условии, что на границах раздела
элементов с электронной и ионной проводимостью имеют место
определенные электрохимические реакции, в результате которых
возникают необходимые носители электричества (ионы и элект-
роны).
Сопротивление изоляции рельсовой линии. Это сопротивление
является распределенным параметром. Обычно его выражают
через удельное сопротивление, включенное между рельсами, от-
несенное к 1 км рельсовой линии. Нормативное минимальное
удельное сопротивление изоляции рельсовой линии 1 Ом* км.
Самые благоприятные метеорологические условия, при кото-
рых сопротивление изоляции линии минимально, бывают летом
при высокой температуре окружающей среды и влажности воз-
духа, так как повышается интенсивность электрохимических про-
цессов. Засорение балласта солями улучшает условия протекания
электрохимических процессов, что приводит к существенному
снижению сопротивления изоляции. С понижением влажности
воздуха и температуры окружающей среды снижается интенсив-
ность электрохимических процессов и сопротивление изоляции
рельсовой линии увеличивается. При отрицательных температу-
рах сопротивление изоляции гк = 10 4- 100 Ом-км, что позволяет
в расчетах принимать его равным бесконечности.
Часть тока утечки, попадая в балласт и землю, растекается
в них, поэтому при разрыве рельсовой нити непрерывность элек-
трической цепи не нарушается, так как сохраняются пути току в
продольном направлении через землю. Протекание тока может быть
показано на эквивалентной схеме сопротивления изоляции (рис. 3.3).
Сопротивления ги1 и ги2 характеризуют переходные сопротив-
ления между каждым рельсом и землей, сопротивление которой
как провода с очень большой площадью поперечного сечения при-
нимается равным нулю. Сопротивление гп12 характеризует часть
тока утечки, проходящего как бы непосредственно из рельса в
53
1
Зепля	п" Л
Рельс П
Рис. 3.3. Эквивалентная схема сопро-
тивления изоляции
Рельс I	* рельс по верхнему слою бал-
ласта и шпалам.
В расчетах рельсовых цепей
используется также проводи-
мость изоляции представляю-
щая собой величину, обратную
сопротивлению изоляции, т. е.
g = \/ги; аналогично
61 = 1 /ГИ1 > gl = I lrИ2» £12 = 1/ГИ12 •
Неравенство проводимостей
между каждым рельсом и зем-
лей (поперечная асимметрия
рельсовой линии) обусловлено
подключением к одному из рельсов опор контактной сети. Наи-
большее значение поперечная асимметрия рельсовой линии имеет
зимой. Проводимость одной рельсовой нити по отношению к земле
g, и проводимость между рельсами g12 обычно незначительны, а
другая рельсовая нить имеет высокую проводимость g2 за счет
опор контактной сети, соединенных с рельсами.
При отсутствии посторонних подключений к рельсам, напри-
мер опор контактной сети, ги1 = ги2; gt = g2, т. е. рельсовые
линии симметричные.
Коэффициент поверхностной проводимости т характеризует
отношение между составляющими сопротивления изоляции в сим-
метричных рельсовых цепях
т ~ £12!gl = ГИ1 /ГК12 •
Полные сопротивление и проводимость изоляции рельсовой
линии могут быть выражены через их
Я1	2
£=£12 + 2 i £i-£ (i+2m) ’
14-2m
2
2fЩ Гm2
ги= o _	~	; riH—ги
2ГИ1 + Г1И2
составляющие:
2m
£12=£ (I-}-2m) ’
1 4-2m
r„‘a = n,
Коэффициент поверхностной проводимости т зависит от типа
балласта (песчаный, щебеночный, асбестовый), типа шпал (дере-
вянные, железобетонные), типа скреплений, погодных условий и
т. п. Коэффициент т входит в расчетные формулы коэффициентов
рельсового четырехполюсника в контрольном режиме. При рас-
чете контрольного режима принимают т = 0 — наиболее неблаго-
приятное значение для этого режима.
В соответствии с [57] минимальное расчетное удельное сопро-
тивление изоляции принимается равным 1 Ом-км для двухниточ-
ных рельсовых цепей; 0,5 Ом- км — для однониточных и развет-
54
пленных; 0,3 Ом- км — для рельсовых цепей на спуске немехачи-
зированных горок. Для нормально разомкнутых рельсовых цепей
на механизированных горках сопротивление изоляции принимают
равным 3 Ом на рельсовую цепь.
3.5.	Параметры рельсового четырехполюсника
Связь между напряжениями и токами в начале (UR; /н) и в конце
(UK; /к) рельсовой линии (см. рис. 3.1) устанавливается при помощи
уравнений четырехполюсника:
Г7Н = Л£/К4-В/К; /н = СС7к4-Шк.
В соответствии с (1} коэффициенты рельсового четырехполюс-
ника для рельсовых цепей с изолирующими стыками в нормальном
режиме:
А = D = chyl; J3 = ZBshyZ; С—---.	(3.18)
В выражении (3.18) коэффициент распространения
__	___ ________ /____t
Т = «+ /₽ = Уг^ = 1/г/ги = | Vz/rK\ е 2
волновое сопротивление
<pz .
2В = Vz/g=z'|/zr^ = | е 2 .
(3 19)
Коэффициент распространения и волновое сопротивление яв-
ляются вторичными или волновыми параметрами рельсовой линии.
Для рельсовых цепей переменного тока они являются комплек-
сными. Действительная часть коэффициента распространения у
называется коэффициентом затухания а, а мнимая р — фазовым
коэффициентом. Физически коэффициент затухания характеризует
изменение амплитуды, а фазовый коэффициент — изменение фазы
сигнала при прохождении 1 км рельсовой линии.
Волновое сопротивление ZB представляет собой входное сопро-
тивление бесконечно длинной линии. При сопротивлении изоляции
1 Ом-км и менее входное сопротивление рельсовой линии длиной
2,5 км и более на частотах свыше 50 Гц практически не отличается
от волнового.
В рельсовых цепях постоянного тока удельное сопротивление
рельсовой петли R активное, а коэффициент распространения у
и волновое сопротивление /?в действительные числа:
Т = У^/ги ; /?в = V/?/g = “|//?ги -
Выражения для определения коэффициентов рельсового четы-
рехполюсника в нормальном режиме при наличии и отсутствии
55
изолирующих стыков приведены в табл. П2.3, а в табл. П2.4 и
П2 5 приведены коэффициенты рельсового четырехполюсника в
нормальном режиме при наличии изолирующих стыков на питаю-
щем и релейном концах на частотах сигнального тока 25 и 50 Гц.
В соответствии с [1] коэффициенты рельсового четырехполюс-
ника в контрольном режиме рельсовых цепей с изолирующими
стыками:
Лкп = сЬ у/ф- (Si + S-O Е V1 -г2m ch yZt sh yZ2;
Btm = ZB (shy/+(S1 + S2) E ф/l 42mchyZ1chy/2);
Скп = 1/ZB (sh (514-52) E Д/1 -J-2/n sh ylr sh yZ2);
DKn = ch yl -4- (Sx -ф S2) E ф/1 4-2m shyZj ch yZ2>
где I — длина рельсовой линии;
Sj и S2 — коэффициенты схем, учитывающие наличие дроссель-трансфор-
маторов соответственно на релейном и на питающем концах;
li — расстояние от питающего конца до места обрыва;
Z2 — расстояние от релейного конца до места обрыва;
Е — коэффициент земляного тракта;
у — постоянная распространения земляного тракта;
£ = ф/1 -ф 4j<o/W12/z у=Еу.
Значения коэффициентов и S2
цепей приведены ниже.
Рельсовая цепь
Переменного тока с дроссель-транс-
форматорами на обоих концах . . . .
То же с дроссель-трансформатором
на релейном конце ..................
То же с дроссель-трансформатором
на питающем конце ..................
То же без дроссель-трансформато-
ров ................................
Постоянного тока..................
для различных рельсовых
•S1	
1 1	1 cthyj Z2
cthyj. lt	1
cthy! /1	с thy л /2
cthy	cthy Z2
Коэффициенты рельсового четырехполюсника (3.18) и (3.20)
используются при расчетах нормального и контрольного режимов
работы рельсовых цепей.
3.6.	Расчет нормального режима
Критерием работы рельсовой цепи в нормальном режиме
является коэффициент перегрузки KDex) (3.1). При расчете нор-
мального режима необходимо определить значение регулируемого
параметра, которым в рельсовых цепях переменного тока является
напряжение питающего трансформатора, а в рельсовых цепях
постоянного тока — сопротивление ограничителя на питающем
конце.
56
Для рельсовых цепей переменного тока с одноэлементным при-
емником минимальные напряжение и ток питающего трансформа-
тора:
^mln = -^o ЦрТ ^0	/щ1п =Со ^р + М) Д’	(3.21)
где Ао, Во,)— коэффициенты общего четырехполюсника всей цепи (рис. 3.1),
Со. Do> которые вычисляются перемножением матриц коэффициентов
J четырехполюсников Н, РЛ и К (см. выражение 3.9);
Л0=(ЛЛк-}-ВСк) Лн+ (СЛК + DCK) Вн;
В0 = (ЛВк + Ш)к) AH + (CBK + DDK) вн-,
Со—(-^к + ^Ск) CH-f- (СЛк-|-DCK) DH;
(3.22)
D0=(ABk + BDk) Ch+(CBk+DDk) DIfJ
Напряжение £7Inin может быть выражено через рабочий ток в
приемнике /р = (где Uv и Zp — рабочее напряжение на
входе приемника и его входное сопротивление) и сопротивление
передачи Znmax общей схемы замещения рельсовой цепи в нор-
мальном режиме (3.17) при условиях самых неблагоприятных для
нормального режима:
C^min = Д I ^nmax I — ^Д / ^птах/^р | •	(3.23)
Сопротивление передачи Zn тах определяется по выражению
(3.15), в котором коэффициенты общего четырехполюсника Ао и
Во рассчитывают по выражениям (3.22) при условиях самых не-
благоприятных для нормального режима.
Минимальные напряжение £/min и ток /min источника для рель-
совых цепей переменного тока с одноэлементным приемником
можно определить также последовательным вычислением напря-
жения и тока на входе каждого четырехполюсника каскадной схемы
(см. рис. 3.1) по следующим соотношениям:
(Дт1п — -^к С'р + ^к Д; ^Kmln —С’к Up + DK Д;
Днт!п ~	В/Krnin;
^нт1п = C’t/Kmin-р£)/КПу1п; t/min —Ан
4~ ^н^нт!п> Дп1п — Сц ^нт1п 4~ &н Iнт1п 
(3.24)
Номинальное напряжение источника, которое должно быть
установлено на зажимах питающего трансформатора с учетом ко-
лебания напряжения в питающей сети,
— Mic min ^mln,	(3 25)
где Кие mtn — коэффициент нестабильности напряжения сети переменного
тока, учитывающий допустимое уменьшение напряжения
сети (C/cmin) по сравнению с номинальным (Uc ном).
В соответствии с [57] при расчетах рельсовых цепей номиналь-
ное напряжение принимается равным: Дсном — 230 В; минималь-
ное f7Cmin = 197 В, а максимальное Uc max = 245 В.
57
Таким образом,
^нС mln — ном	7; /Сне тах~^с max/ сном~С07;
/Си — UC max/^c min =/Сне min ^нс тах = К25,
где А’цстах — коэффициент нестабильности сети переменного тока, учиты-
вающий допустимое увеличение напряжения сети по сравне-
нию с номинальным,
/Си — коэффициент нестабильности напряжения источника пи-
тания
Для рельсовых цепей постоянного тока при питании от одного
аккумулятора минимальное и максимальное напряжение источ-
ника питания принимают соответственно 1,8 и 2,6 В, т. е.
= 1,44.
Ток на выходе питающего трансформатора / = KI1C min/min-
Фактические напряжение О’ф и ток /ф будут определяться
конструктивными особенностями конкретных путевых трансфор-
маторов, т. е. имеющимися в них градациями напряжения, при
этом
/Ф=/Стр7,	(3 26)
С7ГН
где /Стр = --1 — коэффициент, учитывающий наличие на зажимах пи-
тающего трансформатора градации напряжения
UrH ближайшего большего к расчетному U. Напря-
жение иф учитывается при расчете всех остальных
режимов работы рельсовых цепей.
В рельсовых цепях с фазочувствительным путевым приемником
типа ДСШ необходимо учитывать фазовые соотношения между
напряжениями на путевом и местном элементах в нормальном
режиме, а также то обстоятельство, что на величину вращающего
момента, действующего на сектор, влияет изменение напряжения
и на путевом и на местном элементах вследствие нестабильности
питающей сети. Вначале рельсовые цепи с ФЧП рассчитывают
так же, как и рельсовые цепи с одноэлементным приемником.
При этом задаются номинальными напряжением и током срабаты-
вания, взятыми из паспорта реле, которые имеют место при идеаль-
ных фазовых соотношениях в реле. Затем определяют угол откло-
нения от идеальных фазовых соотношений в нормальном режиме
Рн. После этого рассчитывают приведенные напряжение Umin и
ток /min источника с учетом необходимой компенсации отклонения
от идеальных фазовых соотношений
^min~^mln COSpH; /min:=/min/cos Рн-
Для приемника типа ДСШ вращающий момент, действующий
на сектор реле, изменяется пропорционально произведению напря-
жений на путевом и местном элементах. Поэтому номинальные
приведенные напряжение и ток на выходе путевого трансформатора
58
с учетом возможного уменьшения напряжения в сети, питающей
путевые и местные элементы реле типа ДСШ, будут равны:
ij* —-К-	IJ' • /' — /Г 2	J'
L хнс min ^minj 1 Лнс n'Jn min-
Фактические значения также рассчитывают с учетом градаций
напряжений, имеющихся у конкретных трансформаторов, исполь-
зуемых для питания путевых и местных элементов. Напряжение
на местном элементе реле типа ДСШ обычно 110 В или 220 В
Такие градации напряжения предусматриваются у трансформато-
ров. Однако в ряде случаев, например в разветвленных рельсовых
цепях, порог срабатывания реле типа ДСШ можно регулировать
изменением напряжения на местном элементе. При этом необхо-
димо учитывать дискретность градаций напряжения трансформа-
тора, питающего местные элементы, с помощью коэффициента
Атрм = Сгнм/^МЭ»
где имэ — расчетное напряжение питания местного элемента;
Агнм— ближайшее к £/мэ значение градации напряжения местного транс-
форматора.
Фактические напряжение и ток питающего трансформатора
Аф = АТр АТрм U' ; А}) — Атр АТрм 
Необходимо коэффициенты /СтР и Ктрм выбирать такими, чтобы
произведение КтР Ктрм « 1.
Максимальный коэффициент перегрузки
Апер max = 1 Рн тах/Аср — t/ф тах | Zp |// Zn mln I Аср >
где Аф тах = Ане тах Аф=/Си Атр Amin.
С учетом выражений (3.23)
Ащ1п = Азср Аср I 2П max 1/1 Zp I •
Тогда
Апер max — Азср An Атр (| Zn max I /1 Zn mln I) ♦
гДе 2n min — модуль комплекса минимального сопротивления передачи об-
щей схемы замещения рельсовой цепи в нормальном режиме, оп-
ределяется при Гц max	00’ Amin ~ ^0ooZp Ч- Bqoo, где Лаоо и
В0оо — коэффициенты общего четырехполюсника всей рельсо-
вой цепи, вычисленные по выражению (3.21) при А = D — 1;
В = zl; С = 0.
В нормальном режиме должны выполняться условия
Апер mln В Апер max Аперд»	(3.27)
а допустимый коэффициент перегрузки
Аперд —Ар тах/АСр,
где UCp — напряжение срабатывания путевого приемника;
Ар max максимально допустимое напряжение на путевом приемнике по
техническим условиям.
59
Рис. 3 4. Схема замещения рельсовой цепи постоянного тока
Первое из условий (3.27) выполняется при соответствующем
выборе напряжения питания рельсовой цепи. Второе условие
обеспечивается на этапе разработки путевого приемника, входной
элемент которого рассчитывают с учетом возможного диапазона
изменения напряжения или при проектировании рельсовой цепи,
когда в схеме предусматривается ограничитель, исключающий
появление на приемнике напряжения, большего (/р тах.
При расчете нормального режима рельсовых цепей постоянного
тока, в которых напряжение источника задано (рис. 3.4), опре-
деляется сопротивление ограничителя
Ro~ (^min—^h)/Ai гсп,
где Umin — минимальное напряжение источника постоянного тока;
{7Н и Ai — соответственно напряжение и ток в начале рельсовой линии,
вычисляемые по формулам (3.21) или (3.24);
гсп — сопротивление соединительных проводов и кабеля на питаю-
щем конце.
Максимальная мощность, потребляемая свободной рельсовой
цепью постоянного тока,
^св“^тах ^н,
где /' — ток в начале рельсовой линии при максимальном напряжении ис-
точника питания, А.
Мощность, потребляемая занятой рельсовой цепью постоянного
TOKa Ркз Uщах ^нкз» ГДе /нкз — VтаХ/(#0	Гсп).
В рельсовых цепях переменного тока энергию, расходуемую
на работу приемников и ее потери на нагрев активных сопротив-
лений, характеризует активная мощность Рф. Энергию, которой
обмениваются источник питания и реактивные элементы, харак-
теризует реактивная мощность фф.
Кажущаяся (полная) мощность источника питания 5Ф = (7ф/ф.
Она измеряется в вольтамперах. Между Рф, фф и 5Ф существует
соотношение
]/7ф + Фф = 5ф; Рф = 5фсо8ф; фф = 5ф sirup,
где <р —	— <ру — разность фаз между напряжением и током; <р^ — ар-
гумент комплексного напряжения источника питания;
Ф/ — аргумент комплексного тока источника питания.
60
Номинальная мощность источников питания и трансформаторов
рельсовых цепей характеризуется полной мощностью 5Ф. Она
указывает ту мощность, которая может потребляться от источника
или трансформатора, если нагрузкой будет активное сопротивле-
ние.
Пример 3.2. Расчет нормального режима рельсовой цепи переменного
тока частотой 25 Гц с реле типа ДСШ-13 (рис. 3.5).
Длина рельсовой линии Z = 1,2 км; удельное сопротивление изоляции
рельсовой линии	1 Ом-км; рабочее напряжение реле (напряжение
полного подъема сектора реле) Дпэ — Др=15 В; сопротивление реле Zp —.
— 405 ei72° Ом; коэффициент надежного возврата реле Квн = 0,42.
Максимальный вращающий момент действует на сектор реле при иде-
альных фазовых соотношениях, когда разность фаз между напряжениями на
местном имя = UM и путевом Дпэ = Up элементах <рмр — 90°. Векторная
диаграмма для этого случая показана на рис. 3.6. За начало отсчета принят
вектор рабочего тока в путевом элементе 7р — /ре/0 , т. е. аргумент комплек-
са /р равен 0. Рабочий ток /р = Up |Zp| = 0,037 А. Комплекс рабочего на-
пряжения Др = 7pZp = 0,037 е/0 -405 е/72 = 15е/72 В
На рис. 3.6 вектор Up повернут от вектора /р на угол <рр — 72° против
часовой стрелки. Между векторами UM и 0р угол фмр = 90°.
Если фазы напряжений источников питания путевого 0п и местного Дм
элементов совпадают, то идеальный угол между током /р и напряжением Un аи=
= ^р+Ч'мр = ^2° + 90е = 162°. В данной схеме путевой и местный элемен-
ты питаются от двух параметрических преобразователей частоты и между на-
пряжениями этих преобразователей UM и 0п разность фаз <рмп = 90е. При иде-
альных фазовых соотношениях в реле фмп = 90 . Идеальный угол а* между
током /р и напряжением Дп называется приведенным а' = (рр = 72°.
Параметрические преобразователи частоты обладают частичной способ-
ностью стабилизации выходного напряжения. При коэффициенте нестабиль-
ности источника питания частотой 50 Гц /<и — 1,25, на частоте 25 Гц Кп~
= 1,05, т. е. КнсщЩ = ^нс max “ 1,026, Сопротивление активного ограни-
чителя 2,2 Ом; сопротивление соединительных проводов между дрос-
сель-трансформатором и релейным изолирующим трансформатором г(.р —
= 0,5 Ом; сопротивление кабеля между изолирующим трансформатором и ре-
ле = 150 Ом, сопротивление защитного блока типа ЗБ-ДСШ Z3b =
= 407 е-783°35' ,
Рис 3.5 Схема замещения рельсовой цепи переменного тока частотой 25 Гц
с реле типа ДСШ 13
61
Рис. 3.6. Векторная диаграмма реле
типа ДСШ-13
По табл. П1.4 выбирают коэф-
фициенты четырехполюсников дрос-
сель-трансформатора типа ДТ-1-150
на релейном конце: Адр = 0,333;
ВДр = 0,0525 е/40° Ом; Сдр =
— 0,49 е~/7° См; Одр = 3; на пи-
тающем конце: Адп = 3; Вдп =
= 0,05 еу35° Ом; Сдп = 0,302е~/6°°
См; Ддп = 0,333; изолирующего
трансформатора типа ПРТ-А на ре-
лейном конце
трансформации
— 0,055; Вир =
= 0,0033 е~/80°
Коэффициент распространения рельсовой линии
при коэффициенте
п = 18,3; Аир =
3,9 е/36° Ом; Сир=
См; Дир = 18,3.
Т = Уг/ги = 1/о,5е'52°/1 = 0,707е'26° 1/км;
Т = а-ф /Р = 0,635-}-/0,31 1/км.
Волновое сопротивление рельсовой линии
ZB =	= Уо,5е/52°.1 =0,707 Ом
Коэффициенты рельсового четырехполюсника выбирают (см. табл П1 6)
или рассчитывают по формулам (3.18), используя соотношения:
ch 7/ = ch al cos fil-\-j shal sin p/;
sh y/ = sh al cos PZ4~/ sin p/ ch al;
A=l,254e/14°; В = 0,646e/57°16' Ом; С= 1,292е'5°16' См; П = А
При расчете нормального режима работы рельсовой цепи последователь-
но вычисляют напряжение и ток на входе каждого четырехполюсника каскад-
ной схемы замещения (см. рис. 3.5):
Us = ир= 15 е/72° В; /8 = Z)p.'Z3B + /р = 15 е/72°/407 е“/83°35' +
+ 0,037 = 0,0157 е/77° A; U, = Ue -f- /?к/8 = 15е/72° + 150 - 0,0157 е'77°=-
= 17,3 е'72’40' В, /7 = /8 = 0,0157 е/77° А; Uo = Аир Z7, + Вир /7 =
= 0,055 • 17,3 е'72°40' + 3,9 е/36° • 0,0157 е'77° = 1,0 е'75°В; /6 = Сир£/7+
+Дир/7 = 0,0033 е~/80°-17,3<?/72°40' 4- 18,3-0,0157 е}77° = 0,298 е/б6°04'А;
-Г гср/6 = 1,0 е/75° -+ 0,5 • 0,298 е/66°4' =1,15 е/73°50'В; /5 =
== /6 = 0,298 е/66°4'А
Напряжение и ток в конце рельсовой линии:
1/к = Адр [/б-|--ВдР/Б = 0,333" 1,15^/73 50 -J-
4-0,0525е740° -О,298е/66°04' = 0,367е'15°4' В:
/к = СдрП5+Пдр Z5 = 0,49e—/70°-1,5е/73°50,-|-
4- 3-0,298е/66°4'= 1,044е/39°34 А
62
Напряжение и ток в начале рельсовой линии:
£7н^=Д{7к+В/к = 1,254е/14О-0,367е/15°4'+
+0,646е/57°16' - 1,044е'39°34' = 1 ,3с'96 В;
7Н =CUK + DIK= l,292e'5°l6'-0,367e'15°4' +
+ 1,254с'140.1,044е/39 34' = 2,О6е'81°30' А,
Напряжение и ток дополнительной обмотки дроссель-трансформатора:
= Адп £/нЧ Вдп/Н = 3.1,3с'96 -f-
+ 0,05e'3S°.2,06e'8‘O30' = 4,02c'96C В;
4 = СдП йк + £>дп /н = 0,302с-'60 ° • 1, Зе'96° +
+0,333-2,06е'81°3°'= О,899с'50°43' А.
Минимальные напряжение и ток питающего трансформатора:
Umin =Uz+2,2-12 = 4,02с'96О + 2,2.0,899е'50°43' = 5,109е'78°32' В;
/ш1п=/2= 0,899с'5°°43' А.
Отклонение от идеальных фазовых соотношений в нормальном режиме
(угол расстройки реле)
рн_=ф[/—сс'=78°32'— 72°—6°32',
где <ру = 78°32' — аргумент комплекса £/min.
Минимальное приведенное напряжение путевого трансформатора
Umin=Umin/cos рн=5,109e'78°32'/cos 6°32' =5,123е'78°32'.
Номинальное приведенное напряжение путевого трансформатора с уче-
том возможного уменьшения напряжения на путевом и местном элементе
вследствие нестабильности источника питания
t' = £/min KL mln	5,123^78°32'.1,025'^5,381с'78°32'.
Для трансформатора типа ПРТ-А можно принять = 5,5В, поэтому
КТр = 5,5/5,38 = 1,02. Местный элемент питается напряжением НОВ от пре-
образователя частоты, имеющего такую градацию напряжения, поэтому
Атрм = 1-
Фактический приведенный ток путевого трансформатора
/ф = Атр A^cmln /’mln/cos рн = 1,02-1,0252.0,899e'50°43'/cos 6°32' =
= 0,966с'5°°43' А.
Разность фаз между напряжением и током ф = 78°32'—50°43' = 27с49'.
Кажущаяся (полная) мощность, потребляемая рельсовой цепью в нор-
мальном режиме, Хф = С/ф/ф = 5,5-0,966 = 5,32 В-А
Активная мощность = Хф cos <р = 5,32 cos 27с49' = 4,7 Вт
Реактивная мощность = Хф sin <р = 5,32 sin 27°49' = 2,48 вар, т.е.
основная часть потребляемой мощности активная.
63
3.7. Расчет шунтового режима
Критерий чувствительности рельсовой цепи к наложению нор-
мативного шунта в соответствии с (3.2) и (3.3) представляет собой
отношение
Кшн — ^вн /<7ршФ-СДш/Сф.	(3.28)
Напряжение надежного возврата определяют из выражения
СВН~^ВН^Р> Т. е- Квн —	/Ср — Л"зв Св/КзСР Сср ~ Кзв Кв/Кзср 1
где /Сзв — коэффициент запаса по напряжению возврата. В расчетах при-
нимают /<зв — 0,6 для электромагнитных реле и Л"зв = 0,85 —
для индукционных реле типа ДСШ;
Kv — коэффициент возврата реле;
Кзср — коэффициент запаса на срабатывание реле;
Квн—0,7 при импульсном питании.
Напряжение берут из расчета нормального режима. В соот-
ветствии с (3.23), (3.25) и (3.26)
и*= (С/р/| zPi) /za max / Кнс mln Ктр.	(8.29)
Допустимое напряжение питания рельсовой цепи (7ДШ должно
быть таким, чтобы при наиболее неблагоприятных для шунтового
режима условиях напряжение на путевом реле было бы равно
Uw. Приняв напряжение надежного возврата реле t/BR за исходное,
вычисляют максимальное напряжение питания в шунтовом режиме
тах. Расчет проводят так же, как и для нормального режима,
последовательным вычислением напряжения и тока на входе каж-
дого четырехполюсника каскадной схемы замещения рельсовой
цепи.
Коэффициенты четырехполюсника, замещающего рельсовую ли-
нию длиной I при наложении нормативного шунта сопротивлением
/?ШН на расстоянии х от релейного конца, вычисляются по фор-
мулам:
zx (zl—zx)
:	Г)
'<шп
Z (I — х)
^IUH
(3.30)
zx
— 1 । Д
1
^шн
Коэффициенты четырехполюсника и напряжение 1УШ тах зави-
сят от места наложения шунта х. В общем случае Ulu тзх необхо-
димо рассчитывать для различных мест наложения поездного
шунта и выбирать наименьшее.
На основании (3.23)
Сщ max” (Рвн/1 I) I mln
где |Znuimin| —модуль комплекса сопротивления передачи общей схемы
замещения при наложении нормативного шунта 7?шн=
= 0,06 Ом в месте минимальной шунтовой чувствитель-
ности.
Допустимое напряжение источника, которое должно быть ус-
тановлено на зажимах питающего трансформатора с учетом коле-
бания напряжения в питающей сети,
^Дш~Сш тах/Кцс max•	(3.31)
Подставив (3.29) и (3.31) в (3.28), получим
Кшн = КВц | ^nnimln I АцЛ\р | Znmax I	(3.32)
Приведенный коэффициент надежного возврата путевого при-
емника (с учетом колебания напряжения источника питания)
Квн = Квн/Ки-	(3.33)
Аппаратурный коэффициент рельсовой цепи, учитывающий раз-
брос параметров элементов аппаратуры, колебание напряжения
источника питания, коэффициент возврата приемника и т. д.,
Л^ = Ктр Ки/Квн>
тогда
^ВН=^ТР^-
Аппаратурный коэффициент показывает, во сколько раз рас-
четное напряжение на путевом приемнике в шунтовом режиме
должно быть меньше напряжения срабатывания для того, чтобы
обеспечить условия выполнения нормального и шунтового режи-
мов при неблагоприятных для каждого из режимов сочетаниях
параметров элементов схемы рельсовой цепи.
При расчетах по основной схеме замещения рельсовой цепи
выражение (3.32) примет вид
„ I ZnoniH mln I___^вн I ^пошн mln |
Аш»~ Л/ I 7	| ~ К I 7 I ’	Р-34)
JV I Лпо max I *\тР I Лпо max I
где Z11O max и ZnoIIJH Inin—сопротивления передачи основной схемы замеще-
ния при нормальном режиме и при наложении нор-
мативного шунта.
Из полученных уравнений (3.34) следует, что чувствитель-
ность рельсовой цепи к нормативному шунту повышается с умень-
шением колебания напряжения источника питания и увеличением
коэффициента возврата приемника. Сопротивления различных
звеньев рельсовой цепи влияют на чувствительность к норматив-
ному шунту, поскольку они изменяют отношение модулей сопро-
тивлений передачи |2Пошя| и |Zno|. Чувствительность к норма-
тивному шунту повышается с увеличением отношения |ИПошн|/
/Unol и уменьшается с его уменьшением.
При эксплуатации сопротивления изоляции рельсов изменяют-
ся значительно. С уменьшением минимального сопротивления
изоляции увеличивается сопротивление передачи Znomax и> следо-
вательно, уменьшается К1ПН. При изменении сопротивления рель-
сов сопротивление передачи Zno max рассчитывают при максималь-
64
Зак. 2402
65
ном сопротивлении рельсов, а сопротивление передачи ZnoiuH min —
при минимальном, в результате чего отношение ZnoinH min/Zno тах
уменьшается и уменьшается чувствительность к нормативному
шунту.
В рельсовых цепях переменного тока с ФЧП необходимо учи-
тывать неблагоприятное влияние угла расстройки ФЧП на нор-
мальный режим и благоприятное влияние его на шунтовой режим.
Вращающий момент, действующий на сектор реле, пропорционален
произведению напряжений на путевом и местном элементах. По-
этому необходимо учитывать возможное одновременное уменьшение
вследствие нестабильности питающей сети напряжения на путе-
вом и местном элементах в нормальном режиме и увеличение в
шунтовом режиме.
Для рельсовых цепей переменного тока с ФЧП:
Цр I Zn max I ^нс min ^тр ^тРм
U ф —-------;	(3.35)
/ Zp | cos (фп—аи)
у__________^вн ^р I ^пш mln I
ДШ Zp cos (фпш —«и) К£с тах ’
где фп и фпш — аргументы комплексов соответственно и £/дш.
Чувствительность к нормативному шунту:
^вн I min I cos (фп — аи)
Ктр Кгрм I max | CoS (фпш—аи)
^н = ^вн/^; ^ = КтрКТрм/^н.
Рис. 3.7 Кривые изменения шунтовой
чувствительности вдоль рельсовой
линии
Критерии шунтового режима зависят от того, на каком рас-
стоянии от конца рельсовой линии наложен поездной шунт. Крити-
ческими называют расстояния от конца рельсовой линии до места
наложения поездного шунта, при которых критерии работы в
шунтовом режиме будут минимальными Характер изменения
шунтовой чувствительности Кшн
вдоль рельсовой линии зависит
от знака аргументов входных
сопротивлений по концам рель-
совой линии (рис. 3.7). Если
аргументы входных сопротивле-
ний по концам рельсовой линии
положительные, т. е. ФвХН>0,
Ч’вхк > 0 (кривая 7), то наихуд-
шие условия шунтового режима
имеют место на концах рельсо-
вой линии. Причем Кшн мень-
ше на том конце рельсовой
линии, где меньше модуль вход-
66
ного сопротивления. Например, если |ZBXK| < |ZBXn|, то доста-
точно проверить выполнение шунтового режима в конце рель-
совой линии.
Если сопротивления ZbXH и Zbxk емкостные, т. е. <рвхн <СО
и <рвхк С 0, то минимальное значение Кшн будет при наложении
шунта на некотором расстоянии от конца. Тогда характер измене-
ния шунтовой чувствительности вдоль рельсовой линии при не-
больших модулях сопротивлений Zbxh и ZBXH показывает кривая 2.
При больших модулях сопротивлений по концам рельсовой линии
и отрицательных аргументах минимум шунтовой чувствительности
находится в середине рельсовой линии (кривая 3). Место минималь-
ной шунтовой чувствительности при <рвХН <7 О или <рвх <0 опре-
деляется на основе исследования на минимум численным способом
функции:
1 ^пошн I=/ (*) •
Пример 3.3. Расчет шунтового режима рельсовой цепи переменного то-
ка частотой 25 Гц с реле типа ДСШ-13.
Исходные данные и основные расчетные параметры такие же, как и в при-
мере 3.2. Входные сопротивления на концах рельсовой линии Z'BXH =
— 0,229	°49 Ом и ZBXK = 0,342 е/36 49 . Аргументы входных сопротив-
лений положительные |Z'BXII | = 0,229 |ZBXK | = 0,342, поэтому шунтовая чув-
ствительность хуже на питающем конце. Коэффициенты четырехполюсника
рельсовой линии npjp наложении-шунта на питающем-- конце согласно (3.30):
Л ши = И Яшп =	= 0,5е/52°-1,2 = 0,6 с,52° Ом; Сшп = 1/Яшн =
16,67 См; Ошп = I + 7//Яшн=1 4- 0,5 е/52° • 1,2/0,06 = 10,642 е/47°56'.
Напряжение и ток надежного возврата:
1/вн = 1/р Квн= 15-0,42 = 6,3 В;
/вп = 7р Квн = 0,037-0,42 = 0,01554 А.
Допустимое напряжение питания в шунтовом режиме определяют при
последовательном вычислении напряжений и токов на входах всех четырех-
полюсников каскадной схемы замещения (см. рис. 3.5):
= t/вн = t/рКвн = 15 е'72°-0,42 = 6,3 /72°В; /8 = (l/Z3B)t/BH +
4- 7ВН =» 6,3 е'72*/407 е-/‘83*35' Ц- 0,0155 = 0,0066 е’77° А.
Аналогично вычисляют напряжения и токи на входах остальных четырех-
полюсников. При расчете UH и /н в качестве коэффициентов рельсового четы-
рехполюсника используются коэффициенты Ашп, Виш> СШп, £)шп- После
всех вычислений получим максимальное напряжение питания при наложении
шунта на питающем конце ()шн тах = 6,98 е,8,°3,В
Отклонение от идеальных фазовых соотношений в шунтовом режиме
Рш =	—а'п~ 8ГЗГ — 72° = 9°ЗГ. Максимальное приведенное на-
пряжение путевого трансформатора и'шп max “ ^mnmax^cos Рш =
= 6,98/cos 9°31' = 7,067 В.
Допустимое номинальное напряжение путевого трансформатора с уче-
том возможного увеличения напряжения на путевом и местном элементах
вследствие нестабильности источника питания	тахине max в
= 7.067/1.0252 = 6,73 В.
Чувствительность рельсовой цепи к нормативному шунту Кшнп =
= С^дшп^ф — 6,73/5,5= 1,22, т. е. шунтовой режим обеспечивается с неко-
торым запасом.
3*	67
3.8.	Расчет контрольного режима
Коэффициент чувствительности рельсовой цепи к оборванной
(поврежденной) нити в соответствии с (3.4) и (3.5)
Ккп = ^вн/^ркф==^дкп/^ф-
Напряжение выбирают из расчета нормального режима
(см. 3.29).
Допустимое напряжение питающего трансформатора {/дкП дол-
жно быть таким, чтобы при наиболее неблагоприятных для кон-
трольного режима условиях напряжение на путевом реле было
бы равно Um. При расчете контрольного режима напряжение на
реле принимают равным UBH. Затем последовательно вычисляют
напряжения и токи на входах каскадной схемы замещения рель-
совой цепи (см. рис. 3.5). При этом коэффициенты рельсового че-
тырехполюсника ЛкП, ВкП, Скп, DKll вычисляют по формулам (3.20).
Допустимое напряжение источника питания в контрольном
режиме определяют аналогично (3.31) и (3.35):
для одноэлементного приемника
г/	_ ^вн Цр I ^пк min I
Дкп t 7 I If	’
I I /'нс шах
для фазочувствительного приемника:
у Квн ^Р I ^пк min I
I Zp I max cos (фпк Kli)
^ПК = ^тнКтк /пок; -?ИОК = ^КП ^ВХк4“ ^кп + Ски ^вхк ^вхн	^ВХН , (3-36)
где Zni. и ZnoK — комплексные сопротивления общей и основной схемы за-
мещения в контрольном режиме;
фпк — аргумент комплексного сопротивления ZnK.
После подстановки и (/лки в выражение для Кк„, получим:
для одноэлементного приемника
Д' ^ВН I ^пк min 1 I ZUH injtl}I ZnoK min I
K'rP | Z n max I N I max I N I ^no max I
для фазочувствительного приемника
д.Квн / ^пк min I cos (фп &и)
Ктр Ктрм	Zn max cos (фпк— «и)
Контрольный режим следует рассчитывать при критическом
сопротивлении изоляции гикр и критическом расстоянии х(;р от кон-
ца рельсовой линии до места повреждения рельса, когда чувстви-
68
Рис, 3.8. Кривые изменения сопро-
тивления передачи в контрольном ре-
жиме
тельность к обрыву рельсовой линии Ккп соответствует минималь-
ному модулю сопротивления передачи в контрольном режиме.
Для каждой рельсовой цепи в общем случае гикр и хкр определяют
по результатам расчетов ZI1[( или Znoi{ на ЭВМ по уравнениям
(3.36).
Например, вся длина рельсовой линии может быть разбита
на ряд интервалов с шагом Дх. Для первого места обрыва хг рас-
считывают зависимость |ZnKil — Кги) — кривая 1 (рис. 3.8) и нахо-
дится минимум модуля сопротивления передачи |Zni;1| и соответ-
ствующее сопротивление г11кр1. Затем аналогично для второго места
обрыва х2 = Xi + Дх определяют частный минимум |Zi1k2(,
гикр2 (кривая 2) и вычисляют разность 6 = |ZnK2| — |^nKi|>
Если д<0, то расчет выполняют для следующего значения
х;) = х2 + Дх (кривая 3) и так далее (кривая 4) до тех пор, пока
с заданной точностью 6^0, что будет соответствовать минимуму
сопротивления передачи в контрольном режиме |ZnK min|. Полу-
ченные при этом расстояние до места обрыва хкр и сопротивление
изоляции гикр будут критическими характеристиками рельсовой
цепи в контрольном режиме.
Критическое сопротивление изоляции гнкр растет с увеличением
длины /, сопротивлений по концам рельсовой линии Z'BXK и ZBXI.,
частоты сигнального тока и уменьшением коэффициента поверх-
ностной проводимости т.
Анализ результатов исследований показывает, что для каждой
частоты сигнального тока можно найти некоторые значения |у/|кр,
которые следует принимать при ориентировочных расчетах конт-
рольного режима:
f, Гц.................... 25	50	75	125	175	225
|у/|кр................... 1,13	1,35	1,75	2,1	2,25	2,35
При этом
arg | |кр = <Рг/2.
где — аргумент комплекса удельного сопротивления рельсов.
Критическое сопротивление изоляции гикр = /2|г|/|*|>/|кр.
При равных сопротивлениях по концам критическое место
обрыва находится в середине рельсовой линии.
69
3.9.	Расчет режима АЛСН
Режимом АЛСН называется такое состояние исправной занятой
рельсовой цепи, при котором в рельсовой петле создается уровень
кодового сигнала, достаточный для надежного действия локомо-
тивного приемника, расположенного на удаленном от передатчика
АЛСН конце рельсовой линии и связанного с ней индуктивно.
Критерием работоспособности в режиме АЛСН является соот-
ношение
К л = ^лф min//дн	1»
где Лтф min — фактический минимальный ток в рельсовой линии при надо"
жении поездного шунта на конце рельсовой линии, удален"
ном от передатчика кодовых сигналов АЛСН и наихудших для
этого режима условиях, которые определяются так же, как
и для нормального режима, по путевому приемнику;
/ли — нормативный ток АЛСН, при котором локомотивный прием-
ник работает устойчиво.
В кодовых рельсовых цепях переменного тока используются
одни и те же кодовые сигналы для передачи информации по рель-
совой линии между проходными светофорами и между путевыми
и локомотивными устройствами. Питание рельсовой цепи (рис.
3.9, а) должно осуществляться навстречу движению поезда так,
чтобы кодовые сигналы могли восприниматься не только путевым
П, но и локомотивным приемником после вступления поезда на
рельсовую цепь.
В рельсовых цепях с наложением кодовых сигналов АЛСН
(рис. 3.9, б) для передачи сигнального тока используются два
канала: один для обеспечения работы путевого приемника /7,
другой — для локомотивного приемника. На одном или на обоих
концах рельсовой линии (в зависимости от возможного направле-
ния движения поездов) устанавливают специальные передатчики
ПАЛС, посылающие кодовые сигналы для работы локомотивного
И/ Направление движения
Направление (/бикеная
Рис. 3.9. Структурные схемы одноканальной (а) и двухканальной (б) рель-
совой цепи с локомотивным приемником:
УСН— аппаратура питающего конца; И — источник питания РЦ; ЛК — локомотивные
катушки; ЛУ — локомотивный усилитель; УСК — аппаратура релейного конца; П — путе-
вой приемник; ПАЛС — передатчики АЛС; УУ — управляющее устройство
70
Рис 3.10 Схема замещения рельсовой цепи для режима АЛС
приемника. Кодовые сигналы, воспринятые локомотивным прием-
ником, дешифрируются устройствами автоматической локомотив-
ной сигнализации, дающими машинисту информацию о допустимой
скорости движения поезда. Передатчики ПАЛС подключаются к
рельсовой линии специальными управляющими устройствами УУ.
На участках с тепловозной тягой применяют импульсные рель-
совые цепи постоянного тока. С момента вступления поезда на
блок-участок в рельсовую линию посылаются числовые кодовые
сигналы переменного тока частотой 50 Гц для работы устройств
АЛС. Фазочувствительные рельсовые цепи имеют непрерывное
питание, а при вступлении поезда на рельсовую линию использует-
ся кодовый ток частотой 25 или 50 Гц.
При уровнях напряжения сигнального тока, соответствующих
срабатыванию приемника, устройства рельсовой цепи являются
линейными, т. е под действием тока, протекающего по элементам
схемы, их параметры не изменяются. Это позволяет уровень ко-
дового тока в рельсах рассчитывать для каждого передатчика
АЛС в отдельности.
Схема замещения рельсовой цепи для режима АЛС приведена
на рис. 3.10. На конце рельсовой линии, удаленном от передат-
чика АЛС, включается нормативное сопротивление поездного
шунта /?шн Входным сопротивлением ZBXK четырехполюсника
рельсовой цепи (см. рис. 3.1) пренебрегают, так как |ZBXK| /?шн.
Рельсовая линия замещается четырехполюсником РЛ с коэффи-
циентами А, В, С, D, которые вычисляют по уравнениям (3.18)
при ги min и удельном сопротивлении рельсов, соответствующем
несущей частоте кодовых сигналов АЛСН.
Четырехполюсник Н замещает схему устройств, включаемых
между рассматриваемым передатчиком АЛС и рельсовой линией.
Источники питания на других частотах считаются выключенными,
а их выходные зажимы закороченными или разомкнутыми в за-
висимости от конкретной схемы рельсовой цепи.
Коэффициенты четырехполюсника И определяют по методике,
изложенной в примере 3.1.
При автономной тяге нормативный ток АЛСН /ли = 1,2 А,
f = 50 Гц; при электротяге постоянного тока /лн = 2 A, f = 50 Гц,
а при электротяге переменного тока /лн = 1,4 A, f — 25 Гц.
7J
Минимальные напряжение и ток кодового трансформатора мож-
но определить последовательным вычислением напряжения и тока
каждого четырехполюсника каскадной схемы, так же как и для
расчета рельсовой цепи, работающей в нормальном режиме.
3.10.	Синтез рельсовых цепей
Синтез рельсовых цепей заключается в их проектировании по
заданным исходным данным, т. е. необходимо:
определить максимально возможную длину рельсовой цепи
при заданных минимальном сопротивлении изоляции и частоте
сигнального тока, от которого зависит удельное продольное сопро-
тивление рельсовых нитей;
выбрать параметры приборов таким образом, чтобы при за-
данной длине рельсовой линии обеспечивалась работоспособность
при минимально возможном сопротивлении изоляции.
Эти задачи взаимосвязаны, так как, уменьшая длину рельсо-
вой линии, можно уменьшать расчетное сопротивление изоляции.
Максимально допустимую длину рельсовой линии определяют
из условий обеспечения нормального, шунтового и контрольного
режимов работы рельсовой цепи. Выполнение режимов работы
рельсовой цепи зависит от входных сопротивлений по ее концам.
Для улучшения шунтового режима сопротивления должны увели-
чиваться, а для контрольного режима необходимо, чтобы они умень-
шались. Разрешение этого противоречия является основной за-
дачей синтеза рельсовой цепи.
На рис. 3.11, а заштрихованы области допустимых модулей
ВХОДНЫХ СОПрОТИВЛеНИЙ На КОНЦаХ реЛЬСОВОЙ ЛИНИИ Zbxh — 2ВХК —
— ^вхо по условиям обеспечения шунтового (кривая Z) и контроль-
ного (кривая 2) режимов. В точке пересечения кривых 1 и 2 мини-
мально допустимое входное сопротивление на концах рельсовой
линии по условиям обеспечения шунтового режима будет равно
максимально допустимому входному сопротивлению на концах
рельсовой линии по условию обеспечения контрольного режима.
Рис. 3.11. Области допустимых модулей входных (а) и минимальных (б) со-
противлений по концам рельсовой линии в шунтовом и контрольном режимах
72
Оптимальное входное сопротивление | ZB) | пт. Ом, при частоте сигнального тока f, Гц
0,6	0,085/0,090	0,084/0,088	0,087/0,088	0,098/0,097	0,125/0,120	0,150/0,148	0,170/0,165
1,0	0,149/0,154	0,150/0,155	0,170/0.170	0,210/0,205	0,285/0,280	0,350/0,340	0,420/0,400
2,0	0,35/0,36	0,38/0,38	0,48/0,46	0,71/0,67	1,20/0,95	1,40/1,20	1,50/1,35
Примечание. В числителе дано значение Ги при отсутствии дроссель-трансформаторов, а в знаменателе — при наличии
дроссель-трансформатора
73
По условию получения рельсовой цепи максимальной длины
эти сопротивления являются оптимальными. При оптимальных
сопротивлениях по концам длина рельсовой цепи оказывается
максимально возможной.
Рельсовая цепь может работать в диапазоне таких длин рель-
совой линии, которые соответствуют пересечению заштрихованных
областей допустимых значений сопротивлений по концам рельсо-
вой линии по условиям обеспечения шунтового и контрольного
режимов.
На рис. 3.11,6 для рельсовой линии длиной 2 км заштрихованы
области допустимых минимальных сопротивлений изоляции по шун-
товому (кривая 1) и контрольному (кривая 2) режимам в зависи-
мости от сопротивлений по концам рельсовой линии. Точка пере-
сечения кривых 1 и 2 соответствует оптимальному сопротивлению
по концам рельсовой линии длиной 2 км по условию обеспечения
работоспособности при минимальном сопротивлении изоляции.
В табл. 3.4 и 3.5 приведены значения |^вхо|опт и ги mln, рассчи-
танные для различных Кы, частоты сигнального тока f и длины
рельсовой линии I.
Расчет табл. 3.4 и 3.5 выполнен при /?шн = 0,06 Ом, т — 0,
<Рвхо — 0 и удельных сопротивлениях рельсовой петли, приведен-
ных ниже:
Частота сигнального тока, Гц 25
Удельное сопротивление рель-
совой петли
модуль, Ом/км............. 0,37
аргумент.................. 58°
50	75	175	275	375	475
0,60	0,86	1,73	2,66	3,54	4,38
70°	72°	75°	75°	75°30'	76°
С повышением длины рельсовой цепи существенно сказываются
преимущества использования частоты 25 Гц при работе рельсовых
цепей в условиях пониженного сопротивления изоляции.
3.11.	Особенности рельсовых цепей без изолирующих стыков
Рельсовые цепи без изолирующих стыков различают .двух ви-
дов: с электрическими стыками и неограниченные. Первый вид
характеризуется тем, что между смежными рельсовыми линиями
включаются электрические схемы, которые уменьшают ток, ответ-
вляющий из одной рельсовой линии в другую. Электрические стыки
(рис. 3.12) представляют собой резонансные контуры, образован-
ные индуктивностями Lp участков рельсов ab и cd и конденса-
торами С1 и С2. Вследствие резонанса токов сопротивления кон-
туров увеличиваются, поэтому уменьшается составляющая тока
источника питания, ответвляющаяся в смежную рельсовую цепь.
Известно много различных схем электрических стыков. В схеме
(рис. 3.13) резонансный контур питающего конца для подключения
74
Рис. 3.12. Схема простейшего
электрического стыка
Рис. 3.13. Схема электрического стыка с
S-образной укладкой путевого соединителя
генератора образован конденсатором С1, участком первой рельсовой
нити ab и отрезком соединителя ат, уложенным в виде прямо-
угольной рамки, одна из сторон которой расположена на подошве
второго рельса. Резонансный контур релейного конца для подклю-
чения путевого приемника образован конденсатором С2, участком
второй рельсовой нити cd и отрезком соединителя md, уложенным
в виде прямоугольной рамки, одна из сторон которой расположена
на подошве первого рельса. Распределение сигнального тока между
смежными рельсовыми цепями зависит от полного (индуктивного
и активного) сопротивления соединительных проводов и участков
рельсовых нитей, а также сопротивления взаимной индуктивности
между ними. В смежных рельсовых цепях применяют сигнальный
ток разной частоты. При частоте сигнального тока 1,5 — 3 кГц
длина участка рельса (ab и cd), включаемого в электрический
стык, 15 м.
В неограниченных рельсовых цепях конец одной рельсовой
линии является началом другой. В рельсовой цепи (рис. 3.14)
потенциальный приемник гальванически подключен к рельсам и
срабатывает от разности потенциалов между рельсами в месте
подключения. В нормальном режиме путевой приемник ПП воз-
буждается при удалении поезда
от питающего конца на некото-
рое расстояние /дшн, называемое
зоной дополнительного шунти-
рования в начале рельсовой ли-
нии. По мере удаления поезда
от питающего конца напряже-
ние на путевом приемнике воз-
растает, так как сопротивление,
Рис. 3.14 Схема рельсовой цепи с по-
тенциальным приемником
шунтирующее рельсовую цепь,
плавно увеличивается за счет
75
прибавления к сопротивлению поездного шунта сопротивления
рельсовых нитей	4- 2/дши. Напряжение на путевом реле
достигает уровня срабатывания только в момент, когда расстоя-
ние до уходящего поезда будет не менее /диш.
При приближении поезда к приемному концу рельсовой цепи
на расстояние /дшк, называемое зоной дополнительного шунти-
рования в конце рельсовой линии, путевой приемник оказывается
зашунтированным сопротивлением, состоящим из сопротивления
рельсовых нитей и поездного шунта ZUI = /?ш *+ з/дшк. Напря-
жение на путевом приемнике уменьшается до напряжения возврата
якоря реле и фиксируется занятость рельсовой цепи.
Длина зон дополнительного шунтирования максимальна при
минимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии, когда
напряжение на путевом приемнике минимально, и минимальна —
при максимальном сопротивлении изоляции, когда напряжение на
путевом приемнике в нормальном режиме максимально. При уве-
личении частоты сигнального тока возрастает сопротивление рель-
совых нитей, и длина зон дополнительного шунтирования умень-
шается .
Различают конструктивную и поездную длину рельсовой цепи
без изолирующих стыков. Конструктивная длина рельсовой цепи
/кд — это расстояние между координатами подключения к рель-
совым нитям передатчика и приемника рельсовой цепи. Поездная
длина рельсовой цепи /пд — это расстояние между поездами,
при котором срабатывает путевой приемник; /пд = /кд -|- /дшн +
Светофор автоблокировки может быть установлен на расстоя-
ние, большее /ди|К, так, чтобы исключалось переключение пока-
зания светофора на запрещающее при подходе к нему поезда.
Наличие зоны дополнительного шунтирования на выходном
конце рельсовой цепи не влияет на движение первого поезда, а
задерживает получение информации об освобождении поездом
блок-участка. Поэтому место установки светофора автоблокировки
и начало конструктивной длины рельсовой цепи могут совпадать.
Рис. 3.15. Схема бесстыковых рельсовых цепей автоблокировки
76
Рис. 3.16. Схема рельсовой цепи с
токовым приемником
Рис. 3 17. Схема, поясняющая эф
фект пропадания шунта для токовою
приемника
Блок-участок состоит из трех рельсовых цепей (рис. 3.15).
Рельсовые цепи РЦ1 и РЦ2 питаются от одного источника тока
низкой частоты /н1. Рельсовая цепь РЦЗ, расположенная за све-
тофором, питается током высокой частоты /в2. Частотное разде-
ление сигналов низкочастотной и высокочастотной рельсовой цепи
осуществляется устройствами путевых приемников ПП. В сосед-
них блок-участках низкие частоты /П1 различны.
Расстояние от светофора до момента подключения высокочас-
тотного путевого приемника 10,5 м, оно больше зоны дополнитель-
ного шунтирования на этой частоте. Таким образом, поезд, стоя-
щий перед светофором, не шунтирует высокочастотную рельсовук>
цепь.
За светофором 5 на участке длиной 10,5 м может поместиться
короткая подвижная единица. Она будет ограждаться красным
огнем на предыдущем светофоре 7. В соответствии с ПТЭ поезд
после остановки у светофора с красным огнем может проследовать
его со скоростью не более 20 км/ч. С этой скоростью он будет при-
ближаться к открытому светофору 5, за которым может находить-
ся короткая подвижная единица. Такая ситуация не опасна для
движения поездов и допускается по нормам на проектирование [57]
Рельсовые цепи РЦ1 и РЦ2 питаются от одного источника тока
невысокой частоты. Уменьшение частоты сигнального тока позво-
ляет увеличить конструктивную длину неограниченной рельсовой
цепи. Путевой приемник ПП2 подключается к рельсам на неко-
тором расстоянии от светофора, большем зоны дополнительного шун-
тирования. Свободность этого участка пути контролируется высоко-
частотной рельсовой цепью.
Для стабилизации координаты входного конца поездной длины
неограниченной рельсовой цепи применяются токовые путевые
приемники ТП, которые подключаются к рельсовым нитям ин-
77
дуктивно (рис. 3 16). В таких цепях путевой приемник срабаты-
вает за счет э. д. с., которая наводится в путевых катушках ПК.1
и ПК2 токами /1к и /2к в рельсах. Сигнал на вход путевого прием-
ника перестает поступать только после того, как поездной шунт
будет наложен в пределах конструктивной длины рельсовой цепи.
Таким образом, в рельсовых цепях с токовым путевым приемником
зона дополнительного шунтирования в конце рельсовой цепи равна
нулю, поэтому путевые светофоры можно устанавливать на коор-
динатах концов конструктивной длины рельсовой цепи
На шунтовой эффект неограниченной рельсовой цепи с токовым
путевым приемником оказывает влияние наличие второго поезда
на смежной рельсовой цепи со стороны путевого приемника
(рис. 3.17), т. е. имеет место двустороннее шунтирование путевого
приемника. Наиболее неблагоприятные условия для двустороннего
шунтирования создаются, когда сопротивление шунта второго
поезда очень мало. Практически при расчетах /?ш2 = 0. В этом
случае при нахождении двух поездов вблизи токового путевого
приемника шунтовая чувствительность рельсовой цепи не обеспе-
чивается, так как ток источника питания распределяется обратно
пропорционально сопротивлениям /?ш1 и |z (хП!1 + хш2)|. Если
|z (хш1 + хш2)| 'СЯщ! — 0,06 Ом, то шунтовой эффект проявляет-
ся очень слабо.
Участок рельсдвой цепи у места подключения приемных ка-
тушек хш1, на котором не обеспечивается нормативная шунтовая
чувствительность при подходе к этим катушкам второго поезда
(хш2 — 0 и Т?ш2 = 0), называется опасной зоной, или зоной не-
чувствительности к нормативному шунту /нш. Для обеспечения
безопасности движения в пределах зоны нечувствительности к
нормативному шунту устраивается высокочастотная рельсовая
цепь, с помощью которой проверяется свободность участка рель-
совой линии длиной /нш вблизи токового путевого приемника.
Зона нечувствительности /нш высокочастотной рельсовой цепи
должна быть меньше длины самой короткой подвижной единицы.
Глава 4
РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ ПРИ ЭЛЕКТРОТЯГЕ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
4.1. Особенности работы рельсовых цепей
при протекании в рельсах обратного тягового тока
сил л / ; 3
Электровозы и моторные вагоны электрифицированных желез-
ных дорог .: ], ^л j г э, хктр энергии от энергосистем» i о^цкг.
пользования. Электрическая энергия, вырабатываемая генерато-
рами электростанции Э (рис. 4 1), поступает на повышающую
трансформаторную подстанцию ПТП и далее по линиям электро-
передачи ЛЭП высокого напряжения передается на тяговые под-
станции ТП, расположенные вдоль железной дороги. На тяговых
подстанциях переменный ток преобразуется в ток нужного рода
и напряжения для питания устройств районных потребителей.
Электрические локомотивы ЭЛ питаются от контактной сети КС
через токоприемники. Рельсовая сеть PC является вторым про-
водом тяговой сети. Электростанции Э, подстанций~77777 и ЛЭП
до тяговых подстанций ТП называют первичной или внешней частью
системы электроснабжения. Контактная и рельсовые сети, а также
питающие ПЛ и отсасывающие линии ОЛ образуют тяговую сеть
этой системы На электростанциях вырабатывается трехфазный
переменный ток частотой 50 Гц напряжением 6,3; 10,5 и 21 кВ.
На повышающей трансформаторной подстанции, расположенной
рядом с электростанцией, напряжение повышается до 35, НО,
150, 220, 330, 500 и 750 кВ. Повышенным напряжением электро-
энергия передается на большие расстояния. Чем оно выше, тем
меньше потери в ЛЭП, однако стоимость ЛЭП при этом дороже.
Считается, что экономически выгодно передавать 1 кВ на 1 км
(например, ПО кВ выгодно передавать на расстояние 80—125 км).
Для повышения надежности энергоснабжения и улучшения
качества энергии (постоянства уровня и частоты напряжения и
т. д) электростанции и подстанции одного района соединяют
линиями электропередачи, т. е. образуют энергетическую систему.
Все электрифицированные железные дороги СССР питаются от
энергосистем. Применяют две системы электротяги: постоянного
тока с номинальным напряжением в тяговой сети 3 кВ; однофазного
переменного тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением
25 кВ.
Последняя более перспективна и интенсивно развивается в
СССР и за рубежом (в ряде зарубежных стран частота промыш-
ленной сети 60 Гц). Ее преимущество — это высокое напряжение
в тяговой сети (а следовательно, низкие токи), в результате чего
79
контактная сеть имеет малую площадь поперечного сечения, прос-
тые трансформаторные подстанции и большое расстояние между
ними. На некоторых зарубежных дорогах еще эксплуатируют
систему переменного тока пониженной частоты 16 2/3 Гц и 25 Гц.
Тяговые подстанции используют также для питания нетяговых
железнодорожных (устройства СЦБ, силовые и осветительные на-
грузки промышленных станций, депо и т. д.), промышленных и
сельскохозяйственных нагрузок. Для этого на подстанциях уста-
навливают дополнительные трансформаторы. Эти нагрузки пита-
ются от трехфазной высоковольтной линии напряжением 6 или
10 кВ продольного электроснабжения, обычно подвешиваемой на
опорах контактной сети. Эта высоковольтная линия допускает
отбор электроэнергии в любом месте с помощью передвижных
или станционных комплектных трансформаторных подстанций
КТП либо трансформаторов типа ОМ. От этой же линии получают
резервное питание сигнальные установки автоблокировки, посты
электрической централизации и рельсовые цепи. Основное же
питание устройств СЦБ осуществляется через линейные транс-
форматоры типа ОМ от высоковольтной линии СЦБ (ВЛ — СЦБ)
напряжением 6 или 10 кВ, подвешиваемой на отдельных опорах.
На участках с электротягой переменного тока для резерва питания
устройств СЦБ вместо линии продольного электроснабжения ис-
пользуется линия ДПР (два провода — рельс) напряжением 25 кВ.
Провода этой линии подвешивают на опорах контактной сети и к
ним подводится питание от распорядительного устройства тяговой
подстанции. Тяговые подстанции расположены вдоль железной
дороги через 15—25 км на дорогах с электротягой постоянного
тока и через 40—60 км на дорогах с электротягой переменного
тока.
Электроэнергия подается электроподвижному составу через
контактную сеть в виде воздушной подвески или дополнительного
контактного рельса (в метрополитене). Контактная и рельсовая
сети соединяются с шинами тяговой подстанции воздушными или
кабельными линиями.
Все потребители электроэнергии разделены на три категории.
В соответствии с категорией потребителя принимают схемы внеш-
него электроснабжения. Электрифицированные железные дороги
относятся к первой категории, т. е. наиболее ответственной кате-
гории потребителей, которые не допускают прекращения подачи
электроэнергии. Эти потребители питаются от двух и более источ-
ников, резервное питание включается автоматически. В каждом
релейном шкафу на перегоне и на постах электрической центра-
лизации время перехода с одного источника питания на другой
не должно превышать 1,3 с. Жесткие требования предъявляют к
стабильности напряжения источника питания устройств СЦБ,
которое должно быть (23012*з°) В частотой (50 ± 0,5) Гц.
83
Рис. 4,2, Схема сглаживающих фильтров на под-
станции постоянного тока:
/ — преобразовательный трансформатор; 2 — шестифаз-
ный выпрямитель
Рис. 4.1 Схема элект-
ропитания электрифици-
рованного участка же-
лезной дороги
На электрифицированных железных дорогах _ рельсовые нити
одновременно используют для пропуска обратного тягового тока
от движущихся электровозов к "тяговойПТоТтан ии и сигнального
тока ельсовых цепей.
Для защиты рельсовых цепей от воздействия тяговых токов,
которые на 2—3 порядка превышают сигнальный ток, частота
сигнального тока должна отличаться от частоты тягового тока и
его гармоник. Постоянный тяговый ток получается выпрямлением
переменного тока промышленной частоты с помощью мощных
выпрямителей, включаемых по шестифазной схеме Помимо постоян-
ной составляющей, кривая выпрямленного напряжения содержит
гармоники переменного тока, т. е. составляющие с частотой 300 Гц
и кратные ей гармоники (600, 900, 1200 Гц и т. д.). Эти гармоники
оказывают мешающее воздействие на рельсовые цепи. Для по-
давления этих гармоник на тяговых подстанциях применяют сгла-
живающие фильтры, снижающие пульсации гармоник в кривой
тягового тока (рис 4.2). Они состоят из реактора: Lp (4,5—6,5 мГн),
нескольких резонансных контуров, настроенных на частоты 300,
600, 900, 1200 Гц, и конденсатора Сш, шунтирующего высоко-
частотные гармоники. Гармонические составляющие в основном
замыкаются через фильтр и не выходят за пределы подстанций в
тяговую сеть.
При некоторых неисправностях на тяговых подстанциях в
выпрямленном напряжении появляются гармоники, кратные час-
тоте 50 Гц (50, 100, 150, 200 и т. д.).
Гармонический состав тягового тока может быть охарактери-
зован коэффициентом гармоник kr, показывающим, какая часть
общего тягового тока /т приходится на долю рассматриваемой
гармоники /г; kr = 1Г/1Т.
81
a) if1 дтр дтп
дтр
ДТп
От питающих
устройств РЦ
От питающих
устройств РЦ
К приемным
устройствам РЦ
К приемным уст-
оойствим РЦ
К приемным
устройствам РЦ
________ Схемы протека-
ния тягового тока в обход
изолирующих стыков в
двухниточных (а) и одно-
ниточных (б) рельсовых це-
Рис. 4.3.
От питающих
। устройств РЦ
пях:
/т и /с — соответственно тяго-
вый и сигнальный токи; /т и
/с — соответственно частоты тя-
гового н сигнального тока
Рельсовая цепь должна быть защищена от опасных и мешающих
воздействий тягового тока. Опасным влиянием считают такое влия-
ние, которое может привести к ложному возбуждению путевого
приемника при фактической занятости рельсовой цепи. Мешающее
влияние проявляется в том, что при свободности рельсовой цепи
путевой приемник ложно фиксирует ее занятость.
На линиях с электротягой постоянного тока применяют рель-
совые цепи с изолирующими стыками частотой 50 и 25 Гц, а также
при отсутствии изолирующих стыков частоты 420, 480, 580 , 720
и 780 Гц.
Обратный тяговый ток пропускается по одной или по обеим
рельсовым нитям каждого пути. В зависимости от этого рельсовые
цепи подразделяют на однониточные и двухниточные. В двухниточ-
ных рельсовых цепях (рйс. 4.3, а) обход изолирующих стыков
тяговым током осуществляется с помощью дроссель-трансформа-
торов. При этом общий тяговый ток /т проходит по двум рельсовым
нитям, делясь примерно на равные /Т1 и /т2. Для пропуска тяго-
вого тока из одной рельсовой цепи в другую на их границе у изо-
лирующих стыков устанавливают два дроссель-трансформатора
ДТр и ДТп. Их основные обмотки большого сечения подключают
к рельсовым нитям, а средние точки основных обмоток соединяют
между собой. Тяговые токи /т1, /т2 проходят из нитей 1П по обеим
половинам основной обмотки ДТр и соединительному тросу и по-
падают к средней точке основной обмотки ДТп 2П. Здесь токи
вновь разветвляются и протекают по рельсовым нитям 2П. Анало-
гично осуществляется обход тяговым током изолирующих стыков
82
между 2П и ЗП. Так как тяговые токи /т1 и /т2 проходят по двум
половинам основных обмоток дроссель-трансформаторов в противо-
положных направлениях, то магнитные потоки, образованные этими
токами, вычитаются. Поэтому сердечник дроссель-трансформатора
подмагничивается тяговым током от результирующего разностного
потока. Аппаратура релейного и питающего концов связана с
рельсовой линией через дополнительную обмотку дроссель-транс-
форматора. Этим уменьшается влияние постоянной составляющей
тягового тока на работу аппаратуры рельсовой цепи. Обычно
дроссель-трансформаторы имеют большой коэффициент трансфор-
мации, что позволяет использовать их как согласующие трансфор-
маторы.
В однониточных рельсовых цепях (рис. 4.3, б) общий тяговый
ток /т проходит из одной рельсовой цепи в другую по тяговому
соединителю ТС и разветвляется в точке А на две неравные состав-;
ляющие: большая /Т1 проходит по тяговой нити TH, а другая /т2 —
по сигнальной нити СИ через аппаратуру питающего и релейного
концов. Однониточные рельсовые цепи в основном применяют на
боковых некодируемых станционных путях.
Рельсовые цепи характеризуются рядом показателей качества,
определяющих их пригодность для решения поставленных задач, —
это минимальное рабочее сопротивление изоляции, надежностные
показатели аппаратуры, энергетические показатели, а также по-
казатели безопасности движения поездов. При безусловном вы-
полнении требований безопасности движения поездов наибольшее
влияние на бесперебойность перевозок оказывает минимальное
рабочее сопротивление изоляции и надежностные показатели
аппаратуры.
4.2. Рельсовая цепь числовой кодовой автоблокировки
Схемы (рис 4.4, а) позволяют кодировать рельсовую цепь
при движении поезда в неправильном направлении. В схеме при
движении в правильном направлении медленнодействующий повто-
ритель дополнительного трансмиттерного реле ДПТ обесточен, а
при движении в неправильном направлении ДПТ работает в ко-
довом режиме, осуществляя полное разделение релейных и коди-
рующих устройств, исключая влияние конденсаторов Ск и Сия
на цепь путевого реле. С релейного конца рельсовая цепь коди-
руется дополнительным трансмиттерным реле ДТ. В схеме
(рис. 4.4, б) при движении в четном направлении возбуждено реле
ЧНР, а при движении в нечетном направлении — реле НИР.
Кодовые рельсовые цепи питаются от высоковольтной линии
автоблокировки импульсами переменного тока промышленной час-
тоты 50 Гц. Датчиками импульсов числового кода являются элек-
тромеханические трансмиттеры типов КПТШ-515 и КПТШ.-715,
83
Рис. 4 4. Схема кодовой рельсовой цепи для двухпутного (а) и однопутного
(б) участков
84
чередующиеся в смежных рельсовых цепях, или бесконтактные
кодовые трансмиттеры; силовые цепи коммутируются трансмиттер-
ными реле типа ТШ-65В с использованием схем искрогашения или
бесконтактными коммутаторами тока Б КТ (см. § 2.2). Приемни-
ками рельсовых цепей являются путевые реле типа ИМВШ-НО
либо герконовые реле типа ИВГ. Питающая и кодирующая аппа-
ратура расположена на выходном конце рельсовой цепи, а прием-
ная аппаратура — на входном конце. Такое расположение аппа-
ратуры объясняется тем, что кодовые импульсы в рельсовой линии
принимаются путевым и локомотивным приемниками. Кодирование
должно осуществляться навстречу движущемуся поезду с тем,
чтобы кодовые импульсы могли восприниматься локомотивными
катушками. Опасные ситуации при замыкании изолирующих
стыков исключаются схемно-временным способом на уровне схем
автоблокировки. Для пропуска обратного тягового тока в обход
изолирующих стыков на границах рельсовых цепей устанавливают
дроссель-трансформаторы. Для защиты приборов релейного и
питающего концов от перенапряжений, возникающих при грозо-
вых разрядах, а также при коротких замыканиях в контактной
сети служат разрядники FV типа РВНШ-250. Отсасывающий
фидер тяговой подстанции и конструкции, заземляемые на рельсы,
подключают к средним точкам дроссель-трансформаторов питаю-
щего и релейного концов, если они удалены от этих дроссель-
трансформаторов на расстояние не более 600 м. При большем
удалении устанавливают дополнительный дроссель-трансформатор
типа ДТ-0,6, настроенный в резонанс на частоту сигнального тока
50 Гц с помощью подключения к дополнительной обмотке дроссель-
трансформатора конденсатора емкостью 24 мкФ. К средней точке
этого дроссель-трансформатора подсоединяют отсасывающие фиде-
ры и тросы заземляемых конструкций. Рельсовая цепь питается
от путевого трансформатора FIT типа ПОБС-ЗА, а напряжение
регулируется с помощью его секционированной вторичной обмот-
ки. Другие способы регулировки, т. е. изменение индуктивностей
дросселей, емкостей конденсаторов, сопротивлений резисторов и
коэффициентов трансформации дроссель-трансформаторов, запре-
щаются.
Рассмотрим соображения, связанные с выбором параметров
элементов схемы (см. рис. 4.4, а). При электротяге постоянного
тока единственным способом стабилизации сопротивлений по кон-
цам является использование дроссель-трансформаторов с воздуш-
ным зазором. Дроссель-трансформаторы не только обеспечивают
пути тягового тока в обход изолирующих стыков, но и согласовы-
вают высокоомное сопротивление элементов аппаратуры (дросселей
v Zop и емкостей Zc„, Zc„) с низкоомным сопротивлением рельсовой
линии. Причем если коэффициент трансформации пп, то сопротив-
ления указанных элементов, приведенные к рельсовой линии /дР —
— Znv/rih, Zen = Zcn/nn, Ze,, = ZCM/rtn. Для уменьшения ин-
85
дуктивностей и емкостей, что целесообразно по экономическим и
надежностным соображениям, необходимо выбрать пп как можно
большим. При выборе коэффициента /гп имеется ограничение, свя-
занное с необходимостью выполнения требований безопасности пер-
сонала, не допускающее появления на любом элементе рельсовой
цепи и на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора напря-
жения свыше 250 В, т. е. Пдоп =250 В. При вступлении поезда
на релейный конец рельсовой цепи при минимальном расчетном
сопротивлении изоляции для нормальной работы АЛС необходимо
обеспечить ток в рельсах под приемными катушками /длс = 2 А.
При этом напряжение в начале рельсовой линии UH, т. е. на основ-
ной обмотке дроссель-трансформатора питающего конца,
^Н = ^рл ^к+ ^рл + ^АЛС»
где Лрл, 5Рл — коэффициенты четырехполюсника рельсовой линии длиной /;
Uк — напряжение на нормативном шунте сопротивлением /?шн при
протекании по немутока /Алс;
ДрЛ = сЬу/, Брл — ZB sh у/; UK = Iдлс Кшн•
Таким образом, = (/?шнсН yl + ZB sh у/) /длс-
Для рельсовой цепи предельной длины I = 2,6 км и сопротив-
лении изоляции гн mln = 0,35 Ом-км (с запасом по отношению к
нормативному значению ги mln = 1 Ом-км) Un 15 В. Учитывая
возможность повышения напряжения в сети на +5% (Кнс max =
= 1,05), максимальный коэффициент трансформации nn max = Unon/
/Кнстах^н = 250/1,05-15^15. Коэффициент трансформации дрос-
сель-трансформатора питающего конца пп = 15.
При выборе сопротивления основной обмотки дроссель-транс-
форматоров |Z0| питающего и релейного концов необходимо обес-
печить: входные сопротивления по концам, близкие к оптималь-
ным; приемлемые энергетические показатели рельсовой цепи; ра-
циональный подход к выбору массы и габаритных размеров дрос-
сель-трансформаторов .
На частоте сигнального тока 50 Гц оптимальный модуль сопро-
тивлений по концам |ZBX| = 0,27 Ом (см. §3.10). Такое входное
сопротивление можно обеспечить в большом диапазоне изменения
Zo. Сопротивление |ZBX| = 0,27 Ом возможно реализовать и при
|Z0| <0,27 Ом, используя емкостную компенсацию сопротивле-
ния Zo.
Сопротивление Zo, характеризующее потери холостого хода,
включено параллельно полезной нагрузки — входному сопро-
тивлению рельсовой линии ZB и шунтирует ее (рис. 4.5, а). На
рис. 4.5,6 приведены кривые зависимости относительной пол-
ной S и активной Ра мощностей, потребляемых рельсовой линией
от сопротивления |Z0|. Кривые построены для рельсовой линии
длиной 2,5 км при ги = 1 Ом-км, т. е. входное сопротивление
рельсовой линии принималось равным волновому сопротивлению
86
а) о
Рис. 4.5. Расчетная схема (о) и зави-
симость относительной активной Ра и
полной S мощностей от сопротивле-
ния основной обмотки цроссель-тран-
сформатора Zo (б)
(ZB = 0,775 е/35° Ом), полагая аргумент сопротивления Zo рав-
ным 85°. За 100% принята мощность, потребляемая рельсовой
линией при |Z0| = оо. Чем больше сопротивление основной об-
мотки дроссель-трансформатора, тем большие массу и габаритные
размеры имеет этот п »ибор и на его изготовление требуется боль-
ший расход стали. Так, масса дроссель-трансформатора типа
ДТ-0,2-500 (|Z0| = 0,Й Ом) 115 кг, а ДТ-0,6-500 (|Z0| = 0,6 Ом)
199 кг. Поэтому с точки зрения сокращения стоимости дроссель-
трансформаторов желательно применять эти приборы с минималь-
ным |Z0|. Однако при пом с уменьшением |Z0| ниже 0,6 Ом в дрос-
сель-трансформаторе питающего конца резко возрастает активная
и реактивная мощности, потребляемые рельсовой линией. Поэтому
на питающем конце кодовой рельсовой цепи использован дроссель-
трансформатор с |Z0| = 0,6 Ом.
Кодовая рельсовая цепь должна быть рассчитана и отрегулиро-
вана по току АЛС на релейном конце /АЛс = 2 А. При этом если
исходить из приближенных соотношений и считать, что входное
сопротивление релейного конца близко к оптимальному |ZonT| =
= 0,27 Ом, а ток в конце рельсовой линии в нормальном режиме
близок к току /дЛс, то на входном сопротивлении релейного конца
выделяется мощность S = /2 |ZonT| = 22-0,27 = 1 В-A. Приемни-
ком рельсовой цепи служит реле типа ИМВШ-110, рабочее напря-
жение которого — 3,84 В (в рельсовой цепи отрегулированной
на ток /Алс = 2 А, напряжение на обмотке путевого реле в нор-
мальном режиме должно быть 3,84 В), и сопротивление обмотки
Rp = 165 Ом, т. е. рабочая мощность приемника Рп — Up/Rp —
= 3,842/165 « 0,09 В-А. На релейном конце имеется значительный
избыток мощности, который должен быть погашен. Поэтому необ-
ходимо, чтобы на релейном конце рельсовой цепи был дроссель-
трансформатор с минимальным сопротивлением, которое только
может быть допущено из условия обеспечения сопротивления
конца, близкого к оптимальному. На релейном конце используют
дроссель-трансформатор типа ДТ-0,2 с |Z0| — 0,21 Ом, хотя в
данной схеме релейного конца это сопротивление основной об-
87
мотки не обеспечивает оптимальное входное сопротивление релей-
ного конца. Коэффициент трансформации релейного дроссель-
трансформатора выбирают из условия согласования уровня сиг-
нала АЛС и рельсовой цепи пр = 23. Выполним ориентировочный
расчет, подтверждающий, что принятый коэффициент п обеспе-
чивает согласование.
Пример 4.1. Расчет напряжения на путевом реле при условии обеспече-
ния заданного тока АЛС.
Схема рельсовой цепи между источником питания и точками подключе-
ния на релейном конце поездного шунта с сопротивлением /?шн = 0,06 Ом
(рис. 4.6, а) замещена по методу эквивалентного генератора (см. рис. 3.5,6, в
и /равнения (3.12), (3.13).). Внутреннее сопротивление эквивалентного генера-
тора будет равно входному сопротивлению рельсовой линии со стороны ре-
лейного конца. Его можно принять равным волновому и вычислить по фор-
муле (3.19). Примем ги — 1 Ом-км, z = 0,6 е1 ‘ Ом-км, тогда ZB= ~[/гги —
Удбе/70° • 1 = 0,775е/35° Ом.
Для обеспечения тока IА с = 2 А через /?шн необходимо, чтобы напряже-
ние эквивалентного генератора
|СЭ| = Ралс(2в4-/?шн)1 = |2(0,775е'35°+0,06)| — 1,68 В
В нормальном режиме эквивалентная схема замещения релейного конца
(рис. 4.6,6) имеет /?р = 165 Ом, сопротивление обмотки реле типа ИМВШ-
110, /?* — 120 Ом — суммарное сопротивление защитного резистора R.^
= 60 Ом (см. рис. 4.4, а) и последовательного контура АфСф на частоте 50 Гц
(/?к = 60 Ом) в фильтре ЗБФ-1, 2ГоР = 0,21 g/85° — сопротивление основной
обмотки дроссель-трансформатора, ИТ—идеальный трансформатор с пр=23.
Напряжение в конце рельсовой линии = IZBXK/(ZB + ZBXK)] Ua,
где ZBXK — входное сопротивление релейного конца, определяемое как парал-
лельное соединение сопротивления ZOp и суммарное сопротивление Rc~ /?ф+
R , пересчитанное к основной обмотке, т. е. ориентировочно:
Zop [(/?ф + ^р)Мр]	0,21е/85° (120+165)/232
Zbxk гор+(Яф + Яр)М£ 0,21е/85°+ (120+ 165) /232
« 0,191e/G4°20' Ом;
0,191g/64°20'
0,775g/33° +0,191g/64°20'
1,68 = 0,335е/23°35' В.
Напряжение на обмотке реле при этом будет равно |t/p| — |£7K/ip/?p
/(Яр+Яф) = 0,335-23- 165/(165+120)= 4,42 В. В * * * * * * *
В результате расчета получился несколько завышенный резуль-
тат, так как не учитывались потери короткого замыкания дроссель-
трансформатора. Для кодовых рельсовых цепей при двухпутной
автоблокировке в нормалях, выпускаемых ранее, не предусматри-
валась возможность кодирования рельсовой цепи с релейного конца
в неправильном направлении и коэффициент трансформации ре-
лейного дроссель-трансформатора был пр == 17. Увеличение коэф-
88
Рис. 4 6 Эквивалентные схемы замещения рельсовой цепи в шунтовом (а) и
нормальном (6) режимах
фициента трансформации позволило уменьшить мощность кодиро-
вания с релейного конца. Однако это повлекло за собой умень-
шение входного сопротивления релейного конца, что ухудшило
условия выполнения шунтового режима и улучшило условия
выполнения контрольного режима рельсовой цепи, для рельсовой
цепи повысилось минимальное рабочее сопротивление изоляции
Gunin, при котором возможно кодирование рельсовой цепи при
движении в неправильном направлении без нарушения требований
безопасности — напряжение на дополнительной обмотке дроссель-
трансформатора не должно превышать 250 В. Для рельсовой цепи
предельной длины I — 2,6 км и пр = 23 минимальное рабочее
сопротивление изоляции rlimin = 0,5 Ом-км (при пр = 15 гипцп =
= 0,35 Ом-км).
В анализируемых рельсовых цепях используют индуктивный
ограничитель, выполненный на базе дросселя L типа РОБС-ЗА
сопротивлением Zor = 45е'81° Ом. Конденсаторы СП1 и Сп2, вклю-
ченные параллельно, общей емкостью Сп = 24 мкФ совместно с
входным сопротивлением дополнительной обмотки дроссель-транс-
форматора питающего конца образуют параллельный контур. На-
личие конденсаторов компенсирует индуктивную мощность, потреб-
ляемую нагрузкой (дроссель-трансформатор), что необходимо для
улучшения энергетических характеристик рельсовой цепи. Сопро-
тивление дополнительной обмотки дроссель-трансформатора Znon «
« Zon п2 = 0,&?/82°. i52= 135^/820 ом (Zon = (W82° Ом — сопро-
тивление основной обмотки). Емкостное сопротивление конденса-
тора Сп = 24 мкФ на частоте 50 Гц Хс — 133е~'90° Ом. Таким
п
образом, от источника питания (путевого трансформатора) потреб-
ляется минимальный ток. Компенсировать следует не только вход-
ное сопротивление дроссель-трансформатора, но и входное сопро-
тивление рельсовой линии, пересчитанное через коэффициент
трансформации пп, имеющей также индуктивный характер. Это
сопротивление зависит от длины рельсовой линии и сопротивления
изоляции. Известны предложения, улучшающие энергетические
показатели рельсовой цепи подбором конденсаторов Сп в зависи-
мости от длины кодовой рельсовой цепи, т. е. мощность, потреб-
ляемая рельсовой цепью, может быть снижена на 30 — 40%.
89
Сопротивление ограничителя Zor выбирают исходя из того,
чтобы входное сопротивление питающего конца было близким
к оптимальному.
В соответствии с (3.11) и (3.12) сопротивления
Z' = 0,292е/80° Ом и ZBXK = 0,198е 65° Ом
ОЛП
Входные сопротивления питающего и релейного концов ориен-
тировочно оценивают по эквивалентным схемам (рис. 4.7) (пренебре-
гая потерями короткого замыкания дроссель-трансформаторов
см. § 2.4). Тогда:
____ Zj Zpn	____Zor ХСд 1___
BXH~Z1+Zon’ ГДе Zor+XCn п* '
t ZBXK= z-2	, где Z2=: (7?ф+/?р)-~2“.
Z2 ^op	p
Подставляя в эти формулы численные значения, получаем:
4хн = 0,21е/78° Ом; ZBXK = 0,191е/64°20' Ом.
Эти расчеты показывают, что ошибка при определении ZBXH
существенна, в то время как при определении ZBXK она не пре-
вышает 4%. Это объясняется тем, что на питающем конце имеют
место достаточно острые резонансные явления.
Если входное сопротивление питающего конца ZbxhI —
= 0,292 Ом достаточно близко к оптимальному |ZBX|cnT — 0,27 Ом,
то входное сопротивление релейного конца |ZBXK| = 0,198 Ом
выбрано неудачно. Диаграммы работоспособности кодовой рель-
совой цепи частотой 50 Гц (рис. 4.8) рассчитаны при оптимальных
и реальных сопротивлениях по концам. Диаграммы рассчитаны
при аппаратурном коэффициенте Л/ = 1/0,585 = 1*71. Отклоне-
ние входных сопротивлений от оптимальных привело к повыше-
нию минимального рабочего сопротивления изоляции на 10 — 20%
в зависимости от длины рельсовой цепи.
При выполненном выше расчете входного сопротивления ре-
лейного конца не учитывалось шунтирующее сопротивление дрос-
Рис. 4.7. Схемы замещения рельсовой цепи для расчета входных сопротивле-
ний питающего (а) и релейного (б) концов
90
Рис. 4.8. Диаграмма работоспо-
собности кодовой рельсовой цепи
при 7=0,6 е-»700 Ом/км, 7V=1,71:
1 — оптимальные соопротивления по
концам (Z вхн =Zbxk—0,27 Ом); 2 —
реальные сопротивления по концам
(ZBXH =0.292	Zbxk=0.198 е)^а Ом)
селя £зб фильтра ЗБФ-1 (см. рис 4 4, а). Этот дроссель пред-
назначен для защиты импульсного путевого реле от перенап-
ряжений при замыкании изолирующих стыков, когда к об-
мотке этого реле прикладывается большое напряжение от питаю-
щего конца смежной рельсовой цепи, в результате чего вышел бы
из строя выпрямитель реле. При нормальном уровне сигнала на
входе фильтра дроссель £зг> имеет большое сопротивление на сиг-
нальной частоте 50 Гц (4—5 кОм), поэтому это сопротивление не
учитывалось в расчете. При возрастании напряжения на входе
фильтра до 10—12 В (в случае короткого замыкания изолирую-
щих стыков) насыщается сердечник дросселя и его сопротивление
резко падает (до 20 Ом и ниже). Последнее шунтирует обмотку
путевого реле сопротивлением Rp — 165 Ом, а избыток напряже-
ния падает на защитном резисторе R3. Из-за наличия нелинейного
элемента (дросселя L3) при регулировке рельсовой цепи основным
контрольным параметром является напряжение на рельсах релей-
ного конца рельсовой цепи, которое указывается в регулировочной
таблице.
Кодовые рельсовые цепи должны быть защищены от опасного
и мешающего влияния тягового тока, вследствие того, что тяговый
ток неравномерно распределяется между рельсовыми нитями из-за
наличия продольной и поперечной асимметрии рельсовой линии
(см. § 3.4). Поэтому на путевой приемник воздействует напряжение
помехи, наводимое на дополнительной обмотке дроссель-транс-
форматора гармониками тягового тока. Из-за воздействия k-й гар-
моники тягового тока напряжение
^ПК — I АтК-^2ТК I (2вхк/4) 2пр,
где /1тк» Лтк — токи /г-й гармоники в первом и втором рельсах;
ZBXK/4 — входное сопротивление релейного конца рельсовой
цепи для /?-й гармоники, отнесенное к половине ос-
новной обмотки;
2пр — коэффициент трансформации релейного дроссель-
трансформатора по отношению к половине основной
обмотки.
91
При отсутствии поезда в пределах рельсовой цепи путевой
приемник (реле типа ИМВШ-110) воспринимает кодовые посылки,
сформированные на питающем конце, и работает в кодовом режиме,
замыкая фронтовой и тыловой контакты, воздействует на вход
дешифраторной ячейки и далее на сигнальные реле. При наличии
шунта в пределах рельсовой цепи замыкается тыловой контакт
путевого реле. Если в последнем случае из-за превышения асим-
метрии тягового тока расчетного значения (например, при обрыве
соединителя) на вход путевого приемника поступает напряжение
помехи большого уровня, то замкнется фронтовой контакт путе-
вого реле, в результате чего сигнальные реле не смогут возбу-
диться (дешифратор устроен так, что возбуждение сигнального
реле на его выходе возможно только при работе приемника в ко-
довом режиме). В этом случае на светофоре, ограждающем рельсо-
вую цепь, будет гореть красный огонь. Таким образом, тяговый
ток защищается от опасного влияния в шунтовом и контрольном
режимах. Для исключения мешающего влияния необходимо, чтобы
в нормальном режиме при наличии расчетной асимметрии помехи
тягового тока не препятствовали отпусканию якоря путевого реле
в интервалах кода. Для этого предназначен последовательный
контур ЬфСф блока типа ЗБФ (см. рис. 4.4, а), настроенный
на частоту 50 Гц и выполняющий функцию полосового фильтра.
На частоте сигнального тока 50 Гц сопротивление этого контура
60 Ом, а на частоте 300 Гц (первая гармоника шестифазного выпрям-
ления, содержащаяся в тяговом токе) — около 5 кОм (£ф = 2,54 Гн,
Сф — 4 мкФ).
Для токов частотой 50 Гц фильтр ЗБФ-1 представляет малое
затухание, а для гармоник тягового тока частотой 300 Гц —
большое
На частотах 150 и 300 Гц ток в обмотке путевого реле соот-
ветственно равен 16,6 и 7,7% от тока на частоте 50 Гц, если уровни
входных сигналов на всех частотах одинаковы.
Как указывалось в 3.1 важнейшими характеристиками рель-
совой цепи являются коэффициенты чувствительности к норма-
тивному шунту и к обрыву рельсовой нити. На кривых (рис. 4.9)
показаны зависимости этих коэффициентов по длине рельсовых
цепей для двух длин. Точка минимальной шунтовой чувствительнос-
ти находится на релейном конце рельсовой цепи, а критическое
место обрыва — ближе к питающему концу.
Энергетические характеристики рассматриваемой рельсовой це-
пи (рис 4.10) определяются необходимостью обеспечения на вход-
ном конце рельсовой цепи тока 2 А при условиях, самых неблаго-
приятных для режима АЛС (минимальное расчетное сопротивление
изоляции ги min и расчетные колебания напряжения в сети (от +5
до —10)%). Мощность, потребляемая рельсовой цепью при на-
хождении поездного шунта на питающем конце, S2 превышает мощ-
ность, потребляемую при свободной рельсовой цепи, Sv Известны
92
Рис. 4.9. Изменение коэффициента чувствительности к нормативному шун-
ту Кт» и к обрыву рельсовой линии Хкп, а также критического сопротивления
изоляции рельсовой линии ги 1(р по длине кодовой рельсовой цепи для двух-
путной автоблокировки при Z=0,60 eJ'70° Ом/км, rHmin==l Ом-км, 2V= 1,71 для
1=2,6 км (а) и 1=\ км (б):
ПКи РК — соответственно питающий и релейный конец рельсовой цепи
предложения по использованию емкостного ограничителя рель-
совой цепи. При этом энергетические характеристики рель-
совой цепи улучшаются. По мнению авторов, целесообразно раз-
работать схему кодовой рельсовой цепи с емкостным ограничите-
лем на питающем конце, а также схему кодирования при движении
в неправильном направлении, не повторяющую схему питающего
конца (см. рис. 4.4, а), а с использованием емкостного ограничи-
теля. Использование емкостного ограничителя целесообразно также
и по той причине, что закорачивание в типовой схеме дросселя
ограничителя в результате повреждения ведет к нарушению усло-
вий выполнения шунтового и контрольного режимов.
На однопутных участках с двусторонним движением при смене
направления движения питающие и релейные концы рельсовой
цепи переключаются, поэтому из энергетических соображений на
обоих концах, каждый из которых может быть питающим или ре-
лейным, устанавливают дроссель-трансформаторы типа ДТ-0,6 (см.
рис. 4.4, б). Таким образом, эта рельсовая цепь в отличие от рель-
совой цепи (см. рис. 4.4, а) имеет дроссель-трансформатор
ДТ-0,6 на релейном конце с коэффициентом трансформации пр = 15.
Для согласования тока АЛС (/алс — 2 А) и рабочего напряжения
на реле (t/p = 3,84 В) последовательно с приемником подключают
дополнительный резистор Rn сопротивлением около 300 Ом. На
этом резисторе гасится избыток напряжения, возникающий на
релейном конце рельсовой линии вследствие того, что входное
сопротивление релейного конца повысилось из-за применения
дроссель-трансформатора с большим сопротивлением основной
обмотки.
93
Пример 4.2. Расчет ZBXK рельсовой цепи двусторонней автоблокировки
Схема замещения приведена на рис. 4 11, а.
у ^Дтр (Кд ~ГКф-^/?р)	^Дтр _
бдтр (КдЧ Кф-|-Кр) Н-Сдтр
0,08ezl °30'.585+ 1,815е/72°30'	-7.о
= 0,565е/7 Ом-
0,135е/80°50 -585 -rl5,5e/3°10
Коэффициенты четырехполюсника дроссель-трансформатора типа
ДТ-0,6-500 (л = 15) при частоте 50 Гц из табл. П1.5.
В данной схеме входное сопротивление релейного конца выше
оптимального, следовательно, ухудшается выполнение контроль-
ного режима. При сравнении диаграммы работоспособности этой
рельсовой цепи (рис. 4.11, б) с диаграммой (см. рис. 4.8) видно,
что вследствие значительного отклонения входного сопротивления
Рис. 4.10	Рис. 4.11
Рис. 4.10. Энергетические характеристики кодовой рельсовой цепи:
-----—/=2,6 км;---------/=1 км
Рис. 4.11. Схема замещения для определения входного сопротивления релей-
ного конца (fl) и диаграмма работоспособности кодовой рельсовой цепи для
однопутных участков (б) и при ZBxH = 0,292 е?80°, ZBxi< = 0,565 е?71°, Z =
= 0,6 е>70° Ом/км, #=1,71 (б)
94
релейного конца от оптимального работоспособность рельсовых
цепей ухудшилась.
В реальных условиях каждый элемент может иметь отклонение
его параметров от расчетных, которые изменяют условия выпол-
нения основных режимов. Источниками этих отклонений могут
являться: случайные технологические отклонения при производ-
стве и настройке элементов; случайные погрешности измерений
при настройке элементов; расстройка элементов во время эксплуа-
тации под действием процессов старения, износа; изменение па-
раметров при изменении температуры; изменение технологии,
модернизация и унификация элементов, выполненные после уста-
новления расчетных параметров.
Для кодовых рельсовых цепей последний вид отклонений про-
исходит при замене типа диодов в реле типа ИМВШ-110; из-за
допущений, что сопротивление рельсовой петли не зависит от типа
рельсов (хотя установленная норма удельного сопротивления
рельсовой петли на частоте сигнального тока 50 Гц в 50-е годы
для рельсов Р38 0,8е/65° Ом/км, а для рельсов Р65 по ряду источ-
ников она равна 0,6е/70° Ом/км); вследствие допущений, что пара-
метры и коэффициенты четырехполюсника дроссель-трансформато-
ров остаются неизменными для всех их модификаций.
Отклонение параметров элементов от принятых в расчете при-
водит к отклонению основных контролируемых параметров — на-
пряжений на релейном конце рельсовой линии, входе фильтра и
обмотке путевого реле — от расчетных. При этом установлено,
что отклонение фактических уровней от расчетных могут дости-
гать следующих значений: (15 — 30)% из-за несоответствия удель-
ного сопротивления рельсовой петли (для рельсов Р65, принятого
в качестве нормативного 0,8е/65° Ом/км, фактическому 0,6е'70°
Ом/км); (10 — 20)% из-за различия типа выпрямителей в реле
типа ИМВШ-110; (5—10)% из-за различия дроссель-трансфор-
маторов по типам и модификациям.
В связи с этим для выполнения расчетов рельсовых цепей нор-
мативные материалы должны быть дифференцированы по маркам
рельсов, типам выпрямителей в путевом приемнике и модифика-
циям дроссель-трансформаторов. При дифференцировании указан-
ных параметров вследствие установленных в технической доку-
ментации допусков на параметры элементов, а именно
Сопротивление основной обмотки дрос-
сель-трансформаторов, Ом, на конце:	« g р pg
питающем ......................... 0^ h 0.02
релейном .........................
Емкость конденсаторов Сп,мкФ . . .	24±4,8
Сопротивление ограничивающего дрос-
селя ................................*	45е'в1°± 2,25е^1°
Сопротивление фильтра ЗБФ-1, Ом .	120 ± 12
Удельное сопротивление рельсовой
петли................................. 0,бе770 ± 0,025е770°
95
конденсатора Ск. Для исключения ложной свободности рельсовой
цепи при замыкании всех контактов тройника трансмиттерного
реле Т1 в первичную обмотку КТ включают тыловой контакт повто-
рителя путевого приемника П1. При одновременном кодировании
рельсовой цепи с питающего и релейного концов трансмиттерные
реле Т и Т1 подключают к кодовым путевым трансмиттерам разных
типов (КПТШ-515 и КПТШ-715) Иначе при посылке с обеих сто-
рон одного кода от одного трансмиттера после освобождения рель-
совой цепи не возбудится путевое реле.
На рис. 4.14, а и б приведены эквивалентные схемы рельсовой
цепи для определения входного сопротивления питающего и ре-
лейного концов:
Ддтп /;кв + #ДтП	^Дтр ^э'кв+ ^Дтр
Сдтп 7эКВ+Лдтп ВхК Сдтр 2"кв4-£>дтр
где '(J ДТП» ^дтп» б1 ДТП’ 7) Дтп и
Лдтр, Вдтр, Сдтр, £)Д1р — коэффициенты четырехполюсников дроссель-
трансформаторов соответственно питающего
и релейного концов (см. табл. ГН.6);
Z3KB^Ro + R^-iXCl> — 284е — /69°20 Ом;
l-jXc \ZP
+	 у- 17б0е/3°° Ом.
(-Mcp) + zP
Подставив эти значения в приведенные формулы, получим:
Zbxh =0,36^’1О30' Ом; ZbxK=O,197^72°20' Ом.
На рис. 4.15, а приведены зависимости чувствительности к
нормативному шунту Хши и к обрыву рельсовой линии Хкп от ее
длины для рельсовой цепи предельной длины I — 1500 м, откуда
видно, что на релейном конце Кшп близка к единице. Поэтому
выполнена корректировка схемы (рис. 4.15,6), т. е. увеличена ем-
кость конденсатора Ср до 9 мкФ. При этом входное сопротивление
релейного конца увеличилось до ZBX = 0,278е'64°30' Ом Для
скорректированной схемы рельсовой цепи зависимости чувстви-
тельности к нормативному шунту и обрыву рельсовой линии по
Рис. 4.14. Схемы замещения рельсовой цепи для расчета в.ходных сопротив-
лений питающего (а) и релейного (б) концов
100
Рис. 4.15. Изменение Кшн, Ккц и ги кр по длине станционной рельсовой цепи
частотой 50 Гц при /=1,5 км, Z=0,6 е*70°, гИтп1п==1 Ом-км, W=2,94
ее длине приведены на рис. 4.15, б. Скорректированная схема
обладает лучшей чувствительностью к нормативному шунту.
В правильно спроектированной рельсовой цепи с фазочувст-
вительным приемником необходимо, чтобы при минимальном со-
противлении изоляции фазовые соотношения в нормальном режи-
ме были близки к идеальным, а при увеличении сопротивления
изоляции расстройка должна увеличиваться При выполнении
этой зависимости улучшаются энергетические показатели рельсо-
вой цепи и условия выполнения шунтового режима. Пробой огра-
ничивающего конденсатора Со в рассматриваемой рельсовой цепи
контролируется, при этом в 2—3 раза уменьшается напряжение
на питающем конце рельсовой линии и одновременно резко ухуд-
шаются фазовые соотношения, что делает рельсовую цепь нерабо-
тоспособной в нормальном режиме.
При кодировании с релейного конца необходимо учитывать,
что кодовое питание, подаваемое по релейным проводам, может
оказывать влияние на работу других путевых реле, которые под-
ключены к рельсовым нитям через тот же кабель Это осуществ-
ляется через емкость между жилами кабеля. За счет этой же емкости
искажаются временные параметры импульсов числового кода,
так как в интервалах между импульсами кода протекают остаточ-
ные токи, наводимые из других цепей этого кабеля. Поэтому ук-
ладка релейно-кодирующих проводов в одном кабеле с релейными
концами других рельсовых цепей разрешается только при длине
кабеля до 650 м. При большей длине кодирующей цепи должны
размещаться в отдельном кабеле 12].
Для сокращения числа дроссель-трансформаторов, а также
исключения недопустимых обходных контуров на боковых путях
станций применяют двухниточные рельсовые цепи с одним дроссель-
трансформатором (рис. 4.16). Схема питающего конца этой рель-
совой цепи совпадает со схемой (см. рис. 4.13), но при длине рель-
совой це^и до 750 м емкость ограничителя 10 мкФ, а свыше 750 м —
8 мкФ На релейном конце в качестве согласующего элемента вмес-
то дроссель-трансформатора используют релейный трансформатор
101
Рис. 4.16. Схема двухниточной рельсо-
вой цепи частотой 50 Гц с одним црос-
сель-трансфсрматором (длина рельсовой
цепи /=-1,25 км)
Рис. 4.17. Изменение Кши, Ккп
и г и кр по длине рельсовой цепи
при /=1,25 км, 2 = 0,6 е’70°,
rumin —1 Ом-км, W = 2,94
РТ типа ПРТ-А (п = 15), подключаемый низкоомной обмоткой
к рельсам через защитный резистор Ra. Суммарное сопротивление
этого резистора и соединительных проводов гсп должно быть
не менее 1 Ом Сопротивление R3 снижает уровень тягового тока,
ответвляющегося в цепь низкоомной обмотки релейного трансфор-
матора РТ до значения, на которое рассчитана эта обмотка (около
6 А), в следующих ситуациях: при движении поезда под тягой
по данной рельсовой цепи; при коротком замыкании одного из
изолирующих стыков на релейном конце.
На рис. 4.17 приведены кривые изменения коэффициента
чувствительности к нормативному шунту Ашн и обрыву рельсо-
вой линии Ккп по длине рельсовой цепи. В расчете принималось
сопротивление кабеля на питающем и релейном концах RK — 100 Ом,
а сопротивление Ra + Rcn = 1 Ом. При этом входные сопротив-
ления аппаратуры по концам рельсовой цепи Znxn = 0,433е/46°30'Ом,
ZBXK = 6,05с/33°30' Ом.
На большей части рельсовой линии контрольный режим не
выполняется (Ккп < 1), что объясняется высоким входным сопро-
тивлением релейного конца.
4.4. Однониточные рельсовые цепи частотой 50 Гц
Однониточные рельсовые цепи частотой 50 Гц применяют на
некодируемых станционных путях и стрелочных секциях При
новом строительстве их не проектируют. По устройству они проще
102
и дешевле двухниточных рельсовых цепей с дроссель-трансфор-
маторами. Однониточные рельсовые цепи применяют с нейтраль-
ным реле типов АНВШ-2-2400, НВШ1-800, НМВШ2-900/900
(рис. 4.18) или с фазочувствительными реле типа ДСШ-12. Схема
однониточной фазочувствительной рельсовой цепи отличается от
схемы однониточной рельсовой цепи с нейтральным реле только
тем, что на релейном конце вместо ЗФ на посту ЭЦ в цепь высоко-
омной обмотки трансформатора РТ последовательно включены
путевой элемент реле типа ДСШ-12 и конденсатор емкостью 4 мкФ.
Для тягового тока однониточная рельсовая цепь представляет
собой параллельное соединение двух ветвей (рис. 4.19, а) с разными
сопротивлениями. В точке А тяговый ток /т разделяется, большая
часть /Т1 проходит по тяговому рельсу сопротивлением /?т, а мень-
шая /т2 — по сигнальному рельсу сопротивлением Rc через низко-
омные обмотки питающего ПТ и релейного РТ трансформаторов
и защитные резисторы Ru и Ra. Ток /т2 может оказать мешающее
и опасное влияние на работу рельсовой цепи. В нормальном режиме
мешающее влияние заключается в том, что ток /т2 вызывает под-
магничивание стали питающего и релейного трансформаторов.
Трансформаторы могут насытиться, и путевое реле обесточится
(возможен также перегрев и выход из строя обмоток трансформа-
торов). При этом будет выдана ложная информация о занятости
рельсовой цепи при ее фактической свободности. Опасное влияние
проявляется в том, что в шунтовом режиме гармоники тягового
тока /т2 могут вызвать возбуждение путевого реле. Наиболее не-
благоприятная ситуация для опасного влияния — это нахождение
поездного шунта на питающем конце рельсовой цепи. В этом слу-
чае резистор Rn и обмотка путевого трансформатора ПТ зашунти-
рованы скатами поезда и ток максимален. Снижение мешающего
и опасного влияния тягового тока связано с уменьшением состав-
ляющей /т2. Для этого необходимо уменьшить сопротивление тя-
говой нити 7?т и увеличить сопротивление последовательной цепи,
содержащей сопротивления сигнальной нити Rc и защитных ре-
зисторов питающего Rn и релейного Ra концов. Уменьшение со-
противления резистора RT достигается ограничением длины одно-
ниточной рельсовой цепи до 500 м при нейтральном приемнике и
до 1100 м при фазочувствительном; параллельным соединением тя-
говых нитей однониточных рельсовых цепей параллельных путей
путем установки уравнительных соединителей не реже чем через
400 м, тем самым уменьшают тяговый ток в тяговом рельсе каждой
однониточной рельсовой цепи, а следовательно, и ток /т2, ответвляю-
щийся в сигнальную нить.
Возможности по увеличению сопротивления цепи сигнальной
рельсовой нити ограничены. Реально эту задачу можно решить
увеличением сопротивлений защитных резисторов Rn и R3. Однако
при этом повышается мощность, потребляемая рельсовой цепью.
Каждое из сопротивлений этих резисторов в сумме с сопротивле-
103
Рис. 4 18	Рис. 4.19
Рис. 4.18. Схема однониточной рельсовой цели с одноэлементным путевым
приемником
Рис. 4.19 Схема протекания тягового тока по однониточной рельсовой цепи
(с); схема защитного фильтра (б) и зависимость сопротивления параллель-
ного контура |Z| от частоты / (в)
ниями соединительных проводов гси зависит от длины рельсовой
цепи и составляет 1 — 2 Ом для рельсовых цепей с нейтральными
реле и 1 Ом — для рельсовых цепей с фазочувствительным прием-
ником. Защитный резистор Rn выполняет одновременно функцию
ограничивающего резистора, обеспечивая выполнение шунтового
режима. Обмотка релейного трансформатора рассчитана на номи-
нальный ток 10 А, а питающего — на 17 А Для того чтобы при
случайном повышении тягового тока в сигнальной нити (напри-
мер, при обрыве соединителей в тяговой нити и повышении сопро-
тивления /?.г) не повредились трансформаторы ПТ и РТ, на обоих
концах установлены автоматические выключатели многократного
действия QF.
Электрический фильтр ЗФ типа РЗФШ-2 защищает нейтральные
путевые реле П (см. рис. 4.18, а) от ложного срабатывания вслед-
ствие влияния гармоник в составляющей тягового тока /т2. Фильт-
рующие свойства фильтра ЗФ основаны на использовании парал-
лельного контура (рис. 4.19, б) из конденсатора емкостью Сф,
и дросселя Ьф с потерями г. Сопротивление параллельного кон-
тура на частоте <о может быть определено |Z| = (£ф/Сф)/
/)/г2 + (<о£ф — 1/(оСф)2. При резонансной частоте соо — ПУЬфСф
индуктивная и емкостная проводимости параллельного контура оди-
104
каковы по значению и противоположны по знаку и общее сопротив-
ление достигает максимального значения Zmax (рис. 4.19, в), ко-
торое при добротности Q> 5 (Q = <ооГф/г) может быть прибли-
женно определено выражением Zmax » (ооГф(2 = (сооГф)2/г. Если бы
г = 0, то на резонансной частоте сопротивление параллельного
контура было бы бесконечно большим. Для использования час-
тотных свойств параллельного контура необходимо источник пи-
тания U подключить к контуру через балластное сопротивление
/?б и при этом должно быть выполнено следующее неравенство:
^б ^тах-
ПрИ включении контура параллельно нагрузке и частотах, близ-
ких к резонансной fQ, сопротивление контура велико (рис. 4.19, в)
и сигнал будет выделяться на контуре, а следовательно, и на
нагрузке. При частотах, отличающихся от резонансной в сто-
рону увеличения и уменьшения, сопротивление контура умень-
шается и сигнал (или помеха) будет выделяться на балластном
сопротивлении /?б, а не на контуре.
Таким образом, при данном включении нагрузки параллель-
ный контур выполняет функцию полосового фильтра. Для более
полного использования избирательных свойств контура необхо-
димо, чтобы сопротивление нагрузки было много больше сопро-
тивления контура на резонансной частоте.
Защитный фильтр ЗФ (см. рис. 4.18) состоит из секциониро-
ванной емкости Сф и дросселя L. Конденсатор Сф подключен па-
раллельно высокоомной обмотке релейного трансформатора РТ,
образуя параллельный резонансный контур, настроенный на час-
тоту сигнального тока 50 Гц. На этой частоте контур имеет макси-
мальное сопротивление. Последовательно с дросселем L включена
обмотка путевого реле П. Входное сопротивление релейного транс-
форматора РТ со стороны рельсовой линии гармоникам тягового
тока (300 Гц и выше) значительно меньше, чем сигнальному, и,
следовательно, они создают меньшее напряжение на вторичной
обмотке этого трансформатора Для гармоник тягового тока до-
полнительное затухание создается за счет дросселя L, который
имеет небольшое сопротивление на частоте сигнального тока 50 Гц.
Секционированный конденсатор Сф дает возможность при настрой-
ке контура на параллельный резонанс учесть индивидуальные
особенности рельсовой линии (ее длину и сопротивление изоля-
ции).
Фазочувствительные реле защищены от ложного срабатывания
при воздействии гармоник тягового тока, т. е. гармоник частотой,
отличной от 50 Гц (см. § 2 1).
Максимальная длина однониточных рельсовых цепей с ней-
тральным приемником 500 м, а с фазочувствительным—1100 м.
Контроль замыкания изолирующих стыков в однониточных
рельсовых цепях с нейтральными путевыми реле достигается на-
личием тяговой перемычки ТП, соединяющей тяговые нити смеж-
105
ных рельсовых цепей. При замыкании одного из стыков эта пере-
мычка закорачивает данную рельсовую цепь или смежную с ней
и обесточивается соответствующее путевое реле. Поэтому тяговые
перемычки должны быть обязательно исправными.
Путевые фазочувствительные приемники типа ДСШ дополни-
тельно исключают возможность срабатывания от источника пи-
тания смежной рельсовой цепи за счет чередования мгновенных
полярностей.
Однониточные рельсовые цепи должны иметь не менее двух
выходов для тягового тока и могут использоваться только на стан-
циях, на которых имеется возможность пропускать обратный
тяговый ток не менее чем по шести параллельным рельсовым ни-
тям на двухпутных участках и по трем — на однопутных участках.
Однониточным рельсовым цепям свойственны следующие осо-
бенности и недостатки.
Отсутствует контроль повреждения тяговой рельсовой нити.
Так как тяговые нити соединяются, создавая параллельные цепи
для протекания тягового тока, то по этим параллельным обход-
ным цепям создается путь для протекания и сигнального тока в
обход места нарушения электрической целости тяговой рельсовой
нити. При повреждении сигнальной нити контрольный режим
выполняется.
Отсутствует возможность их кодирования. Так как практически
весь тяговый ток протекает по одной рельсовой нити — тяговой,
то его гармоники, а также высокочастотные составляющие спектра
при коммутации тягового тока создают некомпенсируемые помехи
в одной из локомотивных катушек, расположенной над тяговым
рельсом. Эти помехи не дают возможности обеспечить устойчивую
работу АЛСН, поэтому однониточные рельсовые цепи могут быть
использованы только на некодируемых путях и секциях.
С увеличением числа параллельно объединенных тяговых рель-
совых нитей уменьшается сопротивление между ними и землей, а,
следовательно, и удельное сопротивление изоляции рельсовой
линии. Если рассмотреть эквивалентную схему сопротивления
изоляции (см. рис. 3.3) при т = 0, то удельное сопротивление
будет равно гп = ги1 + где ги1 и ги2 — сопротивления соот-
ветственно сигнальной и тяговой нити относительно земли; п —
число параллельно объединенных тяговых нитей. При большом
числе параллельно объединенных тяговых нитей пгия гк1, поэто-
му для однониточных рельсовых цепей нормативное минимальное
удельное сопротивление изоляции рельсовой линии принято
0,5 Ом • км, а для двухниточных — 1 Ом • км. Низкое сопротив-
ление рельсовой линии неблагоприятно сказывается на выполнении
основных режимов.
Указанные недостатки ограничивают область применения одно-
ниточных рельсовых цепей. Станционные фазочувствительные рель-
совые цепи частотой 50 Гц и однониточные рельсовые цепи 50 Гц
106
используют в качестве полезного сигнала непрерывный сигнал по
частоте, совпадающей с частотой промышленной сети 50 Гц. При-
менение промышленной частоты в рельсовых цепях нежелательно,
так как сети с частотой 50 Гц служат для освещения, отопления,
работы различных механизмов, машин и устройств. При возмож-
ных повреждениях в этих сетях, например случайном соединении
проводов сети освещения с рельсами, возможно попадание токов
частоты 50 Гц в рельсовые нити, а следовательно, и в приемную
аппаратуру. При наличии поезда на рельсовой цепи это может
привести к ложному возбуждению путевого приемника, что недо-
пустимо по условиям безопасности движения поездов. При новом
строительстве и модернизации при всех видах тяги стали широко
использовать рельсовые цепи с частотой сигнального тока 25 Гц.
4.5. Станционные фазочувствительные
рельсовые цели частотой 25 Гц
Эти рельсовые цепи питаются от статива питания типа СП 1-50/25,
в который входит восемь сфазированных преобразователей типа
ПЧ50/25-300. Преобразователи фазируют фазирующими устрой-
ствами ФУ1 [15J. Особенностью питающих устройств станционных
рельсовых цепей частотой 25 Гц являются использование отдель-
ных преобразователей частоты ПМ для питания местных элементов
путевых реле (к ним запрещено подключение каких-либо других
нагрузок) и питание путевых трансформаторов от преобразова-
телей ПП, т. е. применена двухфазная система питания. При пи-
тании путевых трансформаторов и местных элементов реле от
одного преобразователя не исключается возможность срабатыва-
ния путевого фазочувствительного приемника от гармоник тяго-
вого тока или посторонних помех. Эти гармоники или помехи
могут поступать в путевую обмотку, соединенную с рельсами, и
одновременно путем обратной трансформации из рельсов через
путевой трансформатор и общий выход преобразователя в цепь
местного элемента, создавая вращающий момент сектора. Такие
обходные цепи исключаются разделением источников питания
рельсовых цепей и местных элементов. Так как на местный эле-
мент поступает сигнал с гарантированной частотой 25 Гц, то пу-
тевой приемник может сработать только при поступлении с рель-
совой линии сигнала той же частоты (реле ДСШ обладает острой
частотной селективностью, см. §2.1).
При использовании частоты сигнального тока 25 Гц на участ-
ках с электротягой постоянного тока рельсовые цепи кодируются
на частоте 50 Гц. Это выполнено по следующим причинам.
Мощность импульсных помех тягового тока в диапазоне 25 Гц
больше мощности этих помех в диапазоне 50 Гц. Поэтому для
обеспечения одной и той же помехоустойчивости приемных устройств
107
АЛС переход на кодирование частотой 25 Гц потребовал бы повы-
шения мощности питающих устройств в 3—4 раза по сравнению
с кодированием на частоте 50 Гц.
Кодовые рельсовые цепи на перегонах работают на частоте
50 Гц. Обеспечить же работу локомотивного приемника АЛСН на
одной частоте на перегонах, а на другой частоте на станциях за-
труднительно.
Использование двух разных частот для путевого и локомотив-
ного приемника позволяет в непрерывных рельсовых цепях обес-
печить предварительное кодирование рельсовых цепей, включае-
мое не с момента занятия рельсовой цепи поездом, как это имеет
место в станционных рельсовых цепях 50 Гц (см. § 4.3), а с мо-
мента вступления поезда на рельсовую цепь, предыдущую по ходу
движения. Предварительное кодирование введено в рельсовых
цепях частотой 25 Гц на питающем и релейном концах, что позво-
лило улучшить работу устройств АЛСН на локомотивах при сле-
довании поездов с большой скоростью по коротким путям и стре-
лочным секциям.
Схему (рис. 4.20) применяют на путях с двусторонним коди-
рованием. На питающем конце рельсовой цепи имеется блок пита-
ния и кодирования БПК, а на релейном конце — релейно-коди-
рующий блок БРК. Эти блоки, содержащие питающие ПТ и ко-
дирующие КТ трансформаторы, а также реактивные элементы —
дроссели и конденсаторы, в первую очередь решают задачи элект-
рического разделения частотных сигналов 25 и 50 Гц. В блоке
БПК с помощью трансформатора ПТ регулируют напряжение час-
тотой 25 Гц в рельсовой цепи, а с помощью трансформатора КТ1 —
ток АЛСН. Параллельный контур, состоящий из дросселя L1
индуктивностью 2,03 Гн и конденсатора С1 емкостью 20 мкФ,
настроен на частоту f = 1 /2зтVLI Cl — \ 72л J/ 2,03-20-10~° = 25 Гц
и имеет на этой частоте большое сопротивление Znop = Qp —
= Q VUICl « 11 У2,03/20- 10е « 3,5 кОм, где Q = 10 -4- 12 доб-
ротность дросселя L1. Контур L1C1 используют как фильтр-пробку
для исключения шунтирования тока частотой 25 Гц цепью коди-
рующего трансформатора КТ1. Дроссель L2 индуктивностью 1,02 Гн
на частоте 50 Гц имеет в два раза большее сопротивление, чем на
частоте 25 Гц (Z25O = 320<?/85° Ом). Он уменьшает ток утечки
частотой 50 Гц в цепь питающего трансформатора ПТ. Конденса-
тор С2 емкостью 12 мкФ настраивает питающий конец рельсовой
цепи в резонанс на частоте 25 Гц, выполняет функцию ограничи-
теля и обеспечивает необходимые фазовые соотношения.
В блоке БРК трансформатором КТ2 регулируют кодовый ток
в рельсовой линии. Последовательный контур, образованный
дросселем L3 индуктивностью 0,84 Гц и конденсатором С1 емко-
стью 12 мкФ, настроен в резонанс на частоту f — 1/2л L3C3 —
= 1 /2л V 0,84- 12- 10~в=50 Гц и имеет на этой частоте низкое сопро-
108
тивление Znoc = VL3 СЗ \/Q = КО,84/12 • 10~e  1/11 = 22 Ом.
Этот контур обеспечивает пропуск тока кодирования частотой 50 Ги
в обход обмотке путевого реле. Дроссель L4 емкостью 1,11 Гн
обеспечивает последовательное подключение источника кодиро-
вания и путевого приемника, а параллельный контур L1C1 устра-
няет колебания напряжения на путевом элементе реле типа ДСШ
при кодовой работе реле Т1. В случае отсутствия этого контура
при размыкании фронтового контакта реле Т1 дроссель L4 был
бы шунтирован на частоте 25 Гц большим сопротивлением холостого
хода кодирующего трансформатора КТ2, а в случае замыкания
фронтового контакта Т1 — малым сопротивлением короткого за-
мыкания того же трансформатора. При этом в зависимости от
состояния контакта Т1 существенно менялись бы параметры тракта
передачи по сигнальному току частотой 25 Гц, что неблагоприятно
сказывалось бы на режимы работы рельсовой цепи.
Рис. 4.20. Схема станционных фазочувствительных рельсовых цепей частотой
25 Гц с двусторонним кодированием
-----► полезный н------* паразитный пути протекания кодового тока при кодирова
пии рельсовой цепи с питающего конца
109
На некодируемых путях в схеме рельсовой цепи на питающем
конце в блок питания БП входят только питающий трансформатор
ПТ и конденсатор С2 емкостью 18 мкФ, выполняющий функцию
ограничителя и обеспечивающий необходимые фазовые соотноше-
ния. На релейном конце параллельно обмотке путевого реле вклю-
чен блок ЗБ-ДСШ, представляющий собой последовательный
контур, настроенный на частоту 50 Гц и защищающий путевой
приемник от возможных помех тока промышленной частоты.
Если наложение кодового сигнала осуществляется с одного
из концов, то на этом конце схема рельсовой цепи выполняется в
соответствии со схемой (см. рис. 4.20), а на другом — как на не-
кодируемых путях.
Сопротивление блока ЗБ-ДСШ релейного конца на частоте
52 Гц является емкостным — Zx + Zc, где Zj — 133е'83’ Ом
и Zc = 532е'90 Ом,
133<?/83°+532б’-'90° =407£?-'83°90' Ом.
Сопротивление Z$ совместно с индуктивным сопротивлением
путевого элемента приемника Zn9 — 400е/72°0м образует парал-
лельный контур, настроенный на частоту сигнального тока 25 Гц.
Сопротивление этого контура ZK = Z(!jZli;j/(Z())+ZII;j) = 407е-'83°30' X
x400e’727(407e-'83°30'+400e:72°) ж 950е-/3° Ом.
При сопротивлении кабеля на питающем и релейном кон-
цах RK = 75 Ом входные сопротивления по концам некодируе-
мой рельсовой цепи ZHBX = 0,575е-'20° Ом, ZBXK = 0,268 е'65°Ом.
Если входное сопротивление релейного конца близко к опти-
мальному, то входное сопротивление питающего конца выбрано
Рис. 4 21. Изменение Хшк, Хкп и г и кр по длине рельсовой цепи при емкости
конденсатора на питающем конце 18 мкФ (а) и 28 мкФ (б), при /=1,2 км
7=0,37 е,58°, гИпип=1 Ом-км, /У=2,94
НО

Рис. 4 22 Схема защитного фильтра
неудачно с точки зрения выполнения контрольного режима. Бы-
ло предложено увеличить емкость конденсатора С2 на питаю-
щем конце в некодируемых рельсовых цепях до 28 мкФ, при
этом Z'BXH — 0,24е~'23° Ом, улучшились фазовые соотношения и
энергетические характеристики рельсовой цепи. Зависимости
(рис. 4.21, а и б) построены для схемы некодируемых рельсовых
цепей при различных емкостях конденсатора на питающем конце.
Помимо рассмотренных неразветвленных схем рельсовых цепей
частотой 25 Гц используют двухниточные рельсовые цепи с одним
дроссель-трансформатором и однониточные рельсовые цепи [2].
В процессе внедрения рельсовых цепей частотой 25 Гц на стан-
циях при некоторых условиях обнаружилась возможность появ-
ления импульсов кодового тока частотой 50 Гц на некодируемых
в маршруте путях. Было установлено, что это явление связано
с протеканием импульсов кодового тока частотой 50 Гц через пре-
образователь частоты, одновременно питающего несколько рель-
совых цепей. Кодовый ток создает на выходной обмотке преобра-
зователя частоты напряжение, достаточное для реализации в рель-
сах некодируемых в маршруте рельсовых цепей тока, превышаю-
щего чувствительность приемных устройств АЛСН. Для того
чтобы устранить это опасное влияние, разработан фильтр (рис. 4.22),
представляющий собой последовательный контур, образованный
индуктивностью £ф « 0,5 Гн (два дросселя L1 и L2 типа РОБС-ЗА
с уменьшенным воздушным зазором, соединенные последовательно)
и конденсатором Сф емкостью 20 мкФ (Cl + С2), настроенным на
частоту кодового тока 50 Гц. Этот фильтр подключается параллель-
но выходу преобразователя частоты ПЧ50/25-300 и шунтирует
его, а следовательно, и путевые трансформаторы ПТ других рель-
совых цепей на частоте кодового тока 50 Гц.
Фазочувствительное реле Р контролирует исправность элемен-
тов фильтра, а конденсатор СЗ обеспечивает фазовые соотноше-
ния, необходимые для работы контрольного реле Р. Любые повреж-
дения элементов фильтра приводят к обесточиванию реле Р. Фрон-
товой контакт реле Р включен в цепь питания обмоток кодовклю-
111
чающих реле. Поэтому при любом повреждении фильтра кодиро-
вание прекращается. Модернизация существующих рельсовых
цепей частотой 50 Гц на станциях при электротяге постоянного
тока путем перехода к сигнальной частоте 25 Гц связана со зна-
чительными затратами, в частности с заменой дроссель-транс-
форматоров типа ДТ-0,2 более металлоемкими типа ДТ-0,6 Поэтому
при модернизации предложено применять техническое решение
[52], связанное с подачей в смежные рельсовые цепи и на местные
элементы фазочувствительных приемников типа ДСШ разных
частот, несколько отличных от промышленной частоты, но нахо-
дящиеся в полосе пропускания приемного фильтра АЛСН. Благо-
даря этому без изменения сохраняется путевая аппаратура рель-
совых цепей и аппаратура АЛСН без ухудшения режимов ее ра-
боты. В то же время реле типа ДСШ, обладая высокой частотной
селективностью, при занятой рельсовой цепи и при приеме посто-
роннего сигнала (помехи) из сети или из смежной рельсовой цепи
начинает работать в импульсном режиме; при этом основной повто-
ритель путевого реле обесточивается. Частоты, подаваемые в смеж-
ные рельсовые цепи, выбраны исходя из условий обеспечения
надежной работы действующих рельсовых цепей и АЛСН, созда-
ния надежной защиты от частоты промышленной сети и смежной
рельсовой цепи, простоты формирования сигнальных частот из
частоты промышленной сети. В качестве сигнальных частот в
смежных рельсовых цепях использованы частоты 48,5 и 51,6 Гц,
получаемые в результате умножения и деления частоты промыш-
ленной сети 50 Гц соответственно на 33/34 и 35/34. Эта система
получила название «Дельта». Применение устройств «Дельта»
повышает безопасность движения поездов за счет более качествен-
ной проверки замыкания изолирующих стыков (не требуется перио-
дическая проверка чередования полярности напряжения в смеж-
ных рельсовых цепях) и защиты от влияния сети переменного тока
промышленной частоты.
112
Глава 5
РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ НА УЧАСТКАХ
С ЭЛЕКТРОТЯГОЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
5.1.	Особенности работы рельсовых цепей
На участках с электротягой переменного тока для питания
рельсовых цепей необходимо применять сигнальный ток, отличный
по частоте от тягового тока и его основных гармоник. При электро-
тяге переменного тока номинальное напряжение в контактной сети
относительно рельсов и земли 25 кВ На двухпутных железных
дорогах суммарный ток контактной сети у тяговых подстанций
800—1000 А, а при переходе на вынужденный режим, когда одна
из тяговых подстанций отключена, а ее нагрузку воспринимают
одна или две подстанции, смежные с ней, ток в контактной сети
может повышаться до 1500 А. При коротком замыкании в контакт-
ной сети при непосредственной близости от тяговой подстанции
ток в контактном проводе может достигать 10 000 — 14 000 А на
время до 0,3 с. Мощность современных электровозов около 5000 кВт,
а максимальный потребляемый ток около 500 А. Процентное со-
держание высших гармоник тягового тока определяется в основ-
ном несинусоидальной формой кривой напряжения в сети и нели-
нейностью цепи нагрузки. Наибольшее процентное содержание
нечетных гармоник приведено ниже:
Частота гармоники, Гц .	.	150	250	350	450	550	650
Содержание нечетной гар-
моники, %................. 18	7	3,6	2,4	1,65	1,2
Измерения тяговых токов в рельсах показали, что ток, потреб
ляемыи электровозами, распределяется, как правило, равномер-
но по обе стороны от электровоза, а значительная часть тягового
тока возвращается к тяговой подстанции по земле. Расчетный
тяговый ток в рельсах 250 А.
Влияние тягового тока на аппаратуру рельсовых цепей всегда
связано с неравномерным распределением тягового тока между
двумя рельсами. При полной симметрии тяговых токов в рельсо-
вых нитях и сопротивлений каждой из полуобмоток дроссель-
трансформаторов тяговый ток и его гармоники не оказывают ни-
какого влияния на работу аппаратуры рельсовых цепей. В этом
случае тяговые токи создают в двух полуобмотках дроссель-транс-
форматоров равные и противоположно направленные э. д. с.,
поэтому напряжение помехи на приборах питающего и релейного
концов равно нулю. Причинами неравномерного распределения
тягового тока являются продольная асимметрия рельсовой линии,
113
асимметрия сопротивления рельсовых нитей относительно земли
(поперечная асимметрия) и наличие магнитных влияний контактной
сети, соседних путей и т. п. Эти причины приводят к появлению
мешающего напряжения на аппаратуре питающего и релейного
концов. Мешающее напряжение пропорционально полу разности
тяговых токов в рельсах и входному сопротивлению аппаратуры
рельсовой цепи для влияющего тока.
Так как для электротяги используют ток промышленной час-
тоты 50 Гц, то частота сигнального тока должна быть другой.
При выборе частоты сигнального тока следует обращать внима-
ние на защиту от импульсных помех, оказывающих мешающее
влияние на работу АЛС. Основной причиной этих помех является
пульсация магнитного поля, которая образуется при перераспре-
делении тока в ходовых токонесущих частях электровозов, рас-
положенных вблизи приемной системы.
Наиболее сильные помехи имеют место в гололед, при загряз-
нении головок рельсов. Источником импульсных помех являются
также переходные процессы, связанные с изменением переходных
сопротивлений между бандажами электровоза и рельсами, нека-
чественным токосъемом, искрением токоприемника и др. При скач-
кообразном изменении тягового тока возникает сплошной спектр
частот, при этом появляются и такие составляющие, которые будут
в полосе пропускания локомотивного приемника. Защита от им-
пульсных помех достигается снижением чувствительности прием-
ника, а следовательно, и повышением мощности, потребляемой
рельсовой цепью; введением временной селекции приемных уст-
ройств АЛС. Зависимость относительной интенсивности импульс-
ных помех переменного тягового тока от частоты представлена ниже:
Частота, Гц........... 25	33,3 75 125 225	325	425	525
Относительная интенсив-
ность помех ............. 1	1,49 1 0,39 0,141 0,092 0,067 0,053
Таким образом, с точки зрения воздействия импульсных помех
выгодным является повышение частоты сигнального тока. Однако
(см. §3.10) при этом ухудшается основной показатель качества
рельсовой цепи — минимальное рабочее сопротивление изоляции.
С точки зрения воздействия импульсных помех каналы 25 и 75 Гц
практически равноценны.
В начальный период внедрения электротяги переменного тока
(пятидесятые годы) отсутствовали статические преобразователи
частоты 50/25 Гц для автономного питания рельсовых цепей.
Поэтому применение частоты 25 Гц оказалось практически невоз-
можным, так как передача энергии на частоте 25 Гц по высоко-
вольтной линии автоблокировки потребовала бы больших затрат
на замену линейных, путевых и сигнальных трансформаторов.
Поэтому в рельсовых цепях была использована сигнальная частота
114
75 Гц. Ток этой частоты вырабатывался машинными преобразо-
вателями частоты на тяговых подстанциях. При этом возникали
серьезные трудности в обеспечении резервного питания сигналь-
ных точек от двух независимых линий. После разработки стати-
ческих преобразователей частоты типа ПЧ-50/25 начался интен-
сивный перевод рельсовых цепей на частоту сигнального тока
25 Гц, который практически завершен. При наличии этих
преобразователей основное питание сигнальных точек автоблоки-
ровки осуществляется током промышленной частоты от высоко-
вольтной линии, а резервное питание — от линии электропередачи.
В рельсовых цепях частотой 25 Гц по сравнению с рельсовыми
цепями частотой 75 Гц уменьшается потребляемая мощность, так
как затухание рельсовой линии возрастает с увеличением частоты;
повышается работоспособность рельсовой цепи при пониженном
сопротивлении изоляции рельсовой линии.
Дополнительное преимущество рельсовых цепей частотой 25 Гц
связано с тем обстоятельством, что статические преобразователи
частоты типа ПЧ-50/25 обладают стабилизирующими свойствами
(для них коэффициент нестабильности источника питания Ки —
— ^max/^min = 1,05), что повышает приведенный коэффициент
возврата приемника и положительно сказывается на работоспо-
собности рельсовых цепей на участках с низким сопротивлением
изоляции.
Работоспособность рельсовых цепей зависит от стабильности
параметров элементов. Если параметр какого-либо элемента аппа-
ратуры меняется под воздействием дестабилизирующих факторов
(температуры окружающей среды, влажности воздуха, старения,
тягового тока и т. п.), то это ухудшает один из расчетных режимов,
а следовательно, основной показатель качества — сопротивления
изоляции ги mJn. При проектировании рельсовых цепей применяют
такие элементы, параметры которых стабильны во времени. Однако
сопротивление основной обмотки дроссель-трансформатора зависит
от тягового тока, а точнее, от разности тяговых токов по двум полу-
обмоткам. Для стабилизации этого параметра требуются опреде-
ленные затраты. При электротяге постоянного тока воздействие
гягового тока уменьшает сопротивление основной обмотки. Для
борьбы с этим явлением в магнитопроводе дроссель-трансформатора
предусматривается воздушный зазор, благодаря чему устраняется
намагничивание сердечника постоянным тяговым током и тем
самым достигается стабильность сопротивления основной обмотки
дроссель-трансформатора. Применение воздушного зазора при
заданном сопротивлении основной обмотки сигнальному току
требует дополнительных затрат стали магнитопровода. Чем больше
допустимый ток подмагничивания, тем больше воздушный зазор
и больше расход стали.
При электротяге переменного тока в путевом дроссель-транс-
форматоре происходят более сложные физические процессы. К
115
обмотке дроссель-трансформатора приложено напряжение, равное
сумме двух переменных напряжений с различными частотами:
напряжения тяговой (7Т и сигнальной Uc частот. Эта сумма может
быть заменена одним напряжением средней частоты, модулиро-
ванным по амплитуде и фазе. Магнитная проницаемость стали
магнитопровода, а следовательно, и сопротивление основной об-
мотки зависят от верхнего и нижнего пределов изменения ампли-
туды напряжения, приложенного к обмотке дроссель-трансформа-
тора. Поэтому в зависимости от соотношения напряжений (7Т и
Uc изменяется сопротивление основной обмотки дроссель-транс-
форматора без воздушного зазора в широких пределах. Изменение
сопротивления основной обмотки под действием тягового тока
приводит к нестабильности сопротивлений по концам, которые
как известно, представляют собой параллельное соединение ин-
дуктивного сопротивления основной обмотки дроссель-трансфор-
матора и сопротивления аппаратуры, пересчитанной к основной
обмотке. Стабилизировать сопротивление по концам можно двумя
способами: применением дроссель-трансформатора с воздушным
зазором; повышением сопротивления путевых дроссель-трансфор-
маторов до такого, чтобы колебания сопротивления дроссель-
трансформатора незначительно влияли на сопротивление передачи
рельсовой цепи.
Невозможно добиться абсолютной стабильности режима Счи-
тается, что режим работы рельсовой цепи достаточно стабилен,
если сопротивления по концам под воздействием тягового тока
меняются не более чем на ±5% от среднего значения. Если обозна-
чить входные сопротивления по концам ZHK, то данное условие
выражается следующим образом:
I (^нк max mln) 1/1 (^нк max + ^нк min) I 0,05.
Стабилизация сопротивления дроссель-трансформатора за счет
введения воздушного зазора в магнитопровод эффективнее, чем
выше частота сигнального тока по сравнению с частотой тягового
тока. Если частота сигнального тока близка к частоте тягового
тока, то для дроссель-трансформатора с воздушным зазором со
стабильностью сопротивления ±5% требуется в два раза больше
стали, чем для дроссель-трансформатора высокого сопротивления
без воздушного зазора. При применении дроссель-трансформаторов
высокого сопротивления пересчитанное к основной обмотке сопро-
тивление аппаратуры Zan = Zan/n2 (где п — общий коэффициент
трансформации дроссель-трансформатора и трансформатора) долж-
но быть мало по сравнению с сопротивлением основной обмотки
дросселя | ZaiI|«|Z01 и стабильно. При изменении сопротивления
дроссель-трансформатора в диапазоне от Zo mln до Zo max сопротив-
ления по концам изменяются в диапазоне от ZHKnilu = Zan20 min/
/(Zan -b ZOmtn) ДО ZHK max ZanZ0 raax/(Zan “1“ zo max)*
116
При этом модуль отношения
ZHH max I _ I / । ^an/Z<*mln |a + 1 + 2 |	J cos (tPan^^o)
^hk mln I r | ^an/^omax |2“h 1	| Zan/Zomax | cos (<pan~-<p0)
гче <р'п и <p0 — аргумент сопротивления аппаратуры и основной обмотки
дроссель-трансформатора.
Это отношение тем меньше отклоняется от единицы, чем меньше
Zan по сравнению с Zo. Кроме того, для стабилизации большую
роль играет величина cos (фа'п — Фо)» при уменьшении которой
стабильность ZHK возрастает. Таким образом, надо стремиться к
тому, чтобы cos (Дфап — Фо) — 0- Так как ф0—85°, то, очевидно,
наибольшая стабильность параметров будет получена при фап == 0°.
Пусть |z;n| = 0,3 Ом, I Zo mtn I = 1 Ом» l^o maxi = 2 Ом. Тогда
отношение) ZHKmax/ZHK mini Для трех значений фап — 0°, 90° и —90°
равно соответственно 1,035; 1,13 и 1,24.
Необходимость применения путевого дроссель-трансформатора
без воздушного зазора при электротяге переменного тока обуслов-
лена также особенностью работы рельсовой цепи при обрыве рель-
совой нити и возникновении 100%-ной асимметрии тягового тока
(рис. 5.1). В этом случае появляются высокие напряжения как
между концами разъединенных рельсов так и между концами
рельса в месте повреждения с соседним рельсом U2 и Ua. Падение
напряжения на сопротивлении полуобмотки каждого дросселя,
обтекаемой тяговым током, равно • l/4Z0, но так как дроссель-
трансформаторы работают в режиме повышающего трансформатора
с коэффициентом трансформации п = 2, то напряжение на основ-
ной обмотке дроссель-трансформатора /т • 1/2ZO. Для уменьшения
этого напряжения, представляющего опасность для людей, необ-
ходимо, чтобы магнитопровод путевых дроссель-трансформаторов
насыщался, потому что только так можно ограничить возрастание
напряжения на нем. С этой точки зрения наиболее целесообразны
путевые дроссель-трансформаторы без воздушного зазора с малой
площадью поперечного сечения стального провода в магнитопро-
воде. В рассматриваемом аварийном случае магнитопровод насы-
щается, вследствие чего уменьшается сопротивление Z(l и ограни-
чивается падение напряжения тягового тока на путевом дроссель-
трансформаторе. Выше не учитывалось, что падение напряжения

Рис. 5.1. Схема, поясняющая появле-
ние высокого напряжения па элемен-
тах рельсовой линии
Рис. 5.2. Схемы подключения аппаратуры к рельсовой линии с использовани-
ем путевых дросселей (а) и путевых дроссель-трансформаторов (б)
на полуобмотке дроссель-трансформатора определяется не только
сопротивлением этой полуобмотки, но и пересчитанным сопротив-
лением аппаратуры. Это объясняется тем обстоятельством, что в
случае обрыва рельсовой нити срабатывает автоматический выклю-
чатель многократного действия, включаемый в цепь дополнитель-
ной обмотки дроссель-трансформатора в рельсовых цепях при
электротяге переменного тока. Таким образом, в аварийной ситуа-
ции возможно большое насыщение стали магнитопровода дроссель-
трансформаторов, что целесообразно с точки зрения техники безо-
пасности. При электротяге переменного тока особые требования
предъявляются к коэффициенту трансформации п дроссель-транс-
форматора. При рассмотренной выше аварийной ситуации на
дополнительной обмотке появляется высокое напряжение, имеющее
-форму кривой с остроконечными пиками, величина которых про-
порциональна /г. Эти пики опасны для изоляции дроссель-транс-
форматора и практически трудно реализовать коэффициент транс-
формации более 4-—5. Такой коэффициент трансформации недо-
статочен для согласования низкого сопротивления рельсовой линии
с высокими сопротивлениями аппаратуры на питающем и релейном
концах. Поэтому в схемы рельсовых цепей при электротяге пере-
менного тока на каждом конце включают еще по одному согласую-
щему трансформатору. Учитывая наличие согласующих трансфор-
маторов, казалось бы не следует применять дроссель-трансформа-
торы, а необходимо установить дроссели Д и согласующие транс-
форматоры СТ с коэффициентом трансформации, необходимым
для согласования (рис. 5.2, а). Однако такое решение имеет сущест-
венные недостатки: по соединительным проводам и низкоомнои
обмотке согласующего трансформатора необходимо пропускать
большие тяговые токи асимметрии, что крайне нежелательно;
при расчете режимов работы рельсовых цепей необходимо
учитывать сопротивления соединительных проводов, значения ко-
торых не поддаются точной оценке и как следствие ухудшается
качество функционирования рельсовых цепей; для обеспечения
требуемого входного сопротивления концов рельсовой цепи не-
обходимо многократное дублирование соединительных проводов
1 1 Я
между шкафом с согласующим трансформатором и дросселем, если
шкаф находится на значительном расстоянии от места располо-
жения дросселя. Поэтому более удобно использовать схему с дрос-
сель-трансформатором ДТ в соответствии (рис. 5.2, б).
При проектировании рельсовых цепей на участках с электро-
тягой переменного тока необходимо исходить из следующих сооб-
ражений:
частота сигнального тока должна отличаться от частоты тя-
гового тока. (Частоту 25 Гц используют на станциях и перегонах);
дроссель-трансформатор должен иметь малый коэффициент транс-
формации (п<4) и не содержать воздушного зазора, т. е. быть
нелинейным (при использовании повышенных частот сигнального
тока, целесообразно применение дроссель-трансформатора с воз-
душным зазором); между аппаратурой и дополнительной обмот-
кой дроссель-трансформатора устанавливают согласующий (изоли-
рующий) трансформатор, в цепь низкоомной обмотки которого
включают предохранитель или автоматический выключатель много-
кратного действия; сопротивление аппаратуры, пересчитанное
к основной обмотке дроссель-трансформатора, должно иметь ар-
гумент, близкий к нулю, а его модуль должен быть значительно
меньше сопротивления основной обмотки дроссель-трансформатора.
Указанные принципы реализованы в рельсовых цепях, эксплуа-
тируемых при электротяге переменного тока.
При использовании дроссель-трансформаторов без воздушного
зазора необходимо учитывать, что дроссель-трансформатор является
нелинейным элементом. Поэтому при протекании по основной
обмотке такого дроссель-трансформатора сигнального и тягового
токов в рельсовой цепи создаются условия для появления токов
комбинационных частот совместно с полезным сигналом. Сопро-
тивление основной обмотки путевого дроссель-трансформатора
может рассматриваться как управляемое сопротивление, а тяговый
ток — как ток управления. В (31 показано, что так как индуктив-
ность, а следовательно, и сопротивление основной обмотки меня-
ются дважды за период (от положительной и отрицательной полу-
волн тягового тока), то в рельсовой цепи будут появляться токи
комбинационных частот fc ± 2п/т, где /с и Дг — соответственно
частоты сигнального и тягового тока, п = 1, 2, .... Наибольший
уровень имеют комбинационные частоты fc ± 2/т. Помимо комби-
национных частот, из-за наличия нелинейного элемента (дроссель-
трансформатора) появляются токи с частотами, кратными /с и /т.
С появлением в рельсовой цепи с дроссель-трансформаторами
без воздушного зазора сигналов с частотами, отличными от частоты
сигнального и тягового тока, необходимо считаться в тех случаях,
когда используется частотный признак для передачи информации
по рельсовой линии между проходными сигналами или с пути на
локомотив.
119
5.2.	Кодовые рельсовые цепи
Схему кодовой рельсовой цепи частотой 25 Гц с наложением
кодовых сигналов АЛС с питающего и релейного концов на не-
сущей частоте 25 Гц (рис. 5.3, а) используют на двухпутных участ-
ках железных дорог с учетом возможности движения поездов по
неправильному пути по сигналам АЛС. Рельсовая цепь питается
от высоковольтной линии переменного тока частотой 50 Гц, что
дает возможность резервировать электропитание автоблокировки
от линии электроснабжения. Сигнальный ток частотой 25 Гц полу-
чается от статического преобразователя частоты ПЧ50/25-100, на
Рис. 5.3. Схема кодовой рельсовой цепи частотой 25 Гц (а) и схема фильтра
ФП (б)
120
выходе которого можно получить напряжения от 5 до 175 В через
каждые 5 В, что используется для регулировки рельсовой цепи.
Назначение контактов реле Т, ТИ,ДПТ и ДТ то же, что и в схеме
кодовой рельсовой цепи при электротяге постоянного тока. Аппа-
ратура защищается от импульсных перенапряжений, возникающих
от воздействия тягового тока и грозовых разрядов, разрядниками
FV типа РВН-250 или нелинейными выравнивателями. Импульс-
ное реле И устанавливают на входном конце рельсовой цепи с
тем, чтобы кодирование осуществлялось навстречу поезду и обес-
печивалась работа АЛС. Для нормальной работы устройств АЛС
необходимо, чтобы при шунтировании входного конца рельсовой
цепи при минимальном сопротивлении изоляции ток в рельсах
был не менее 1,4 А. Параметры схемы релейного конца выбраны
с учетом согласования уровня тока АЛС при наличии шунта на
релейном конце (1,4 А) с уровнем напряжения на обмотке импульс-
ного путевого реле ((/р = 3,84 В) и входе фильтра — 6,6 В,
/ф — 0,03 А). От мешающего влияния тягового тока и его гармо-
нических составляющих импульсное путевое реле защищено элект-
рическим фильтром ФП типа ФП-25 (рис. 5.3, б). Он содержит три
параллельных контура CITI, С2Т2, C3L и конденсатор С4. Кон-
туры С1Т1 и С2Т2 настроены на частоту сигнального тока 25 Гц,
и, обладая на этой частоте большим сопротивлением, они не шун-
тируют ток частотой 25 Гц. Контур C3L настроен на частоту 50 Гц
и является заградительным элементом на этой частоте. Фильтр
ослабляет сигнал на частоте 50 Гц не менее чем в 100 раз. На сиг-
нальной частоте 25 Гц этот контур имеет индуктивное сопротивле-
ние, которое совместно с конденсатором С4 образует последова-
тельный резонансный контур, настроенный на частоту 25 Гц, чем
обеспечивается малое затухание фильтра на сигнальной частоте
25 Гц. Входное сопротивление фильтра на частоте сигнального
тока 25 Гц при включении на выходе импульсного путевого прием-
ника типа ИМВШ-110 Z«200 Ом, а напряжение, подаваемое на
вход фильтра, необходимое для создания на его выходе напряжения
надежного срабатывания и несрабатывания путевого приемника,
соответственно 6,6 и 4,55 В.
Работа схемы рельсовой цепи, а также методы защиты от лож-
ного возбуждения сигнальных реле при замыкании изолирующих
стыков те же, что и в кодовых рельсовых цепях переменного тока
частотой 50 Гц.
Разделение сигнального и тягового токов на границах рельсо-
вых цепей осуществляется с помощью дроссель-трансформатора
типа ДТ-1-150 без воздушного зазора с высоким сопротивлением,
обладающего нелинейной вольт-амперной характеристикой и малым
коэффициентом трансформации п=3. На питающем конце напря-
жение сигнального тока между рельсовыми нитями в зависимости
от длины рельсовой цепи UQ = 1,5-4-4 В, при этом сопротивление
основной обмотки |Z0 — 1,14-1,5 Ом, а на релейном конце, где
121
Рис. 5 4. Зависимости модуля сопро-
тивления основной обмотки |Z0|
дроссель-трансформатора типа
ДТ-1-150 от приложенного напря-
жения
концах:
это напряжение ниже, Uo =
= 0,24-0,3 В, сопротивление
основной обмотки |Z0| = 0,5-т-
4- 0,7 Ом (рис. 5.4). Так как
сопротивление основной обмот-
ки зависит от приложенного
напряжения, коэффициенты че-
тырехполюсников питающего и
релейного дроссель-трансформа-
торов различны (см. табл. П1.6).
Пример 5.1. Расчет входных со-
противлений аппаратуры по концам
рельсовой цепи (см. рис. 5.3, а).
При ориентировочном расчете
принято, что согласующие трансфор-
маторы идеальны. Определим пере-
считанные к основной обмотке со-
противления аппаратуры на питаю-
щем и релейном концах, предпола-
гая, что сопротивление проводов
между дроссель-трансформатором и
согласующим трансформатором Rcu = 0,3 Ом (нормируемое значение). Оче-
видно, входное сопротивление аппаратуры на питающем и на релейном
^апп=(^о/^п+₽сп)/^тп = (200/9,15^4-0,3)/32 = 0,3 Ом;
^Пр=(2ф/л«р + /?сп)/пДтр = (200/9,152+0,3)/32 = 0,30м,
где 7?о = 200 Ом — сопротивление ограничителя;
= 200 Ом — входное сопротивление фильтра Ф17;
псп = «ср = 9,15 — коэффициенты трансформации согласующих транс-
форматоров соответственно на питающем и на релейном концах;
Пдтп = лдтр == 3 — коэффициенты трансформации дроссель-трансфор-
маторов на питающем и на релейном концах.
Выполнив расчет с учетом коэффициентов четырехполюсников согласую-
щих трансформаторов, Получили
^пп = ^пр = {[^ст2+Вст)/(Сст Z+DCT) +Ясп]/л£т} = О,31е'8°30 Ом,
где Ro = Z$ — Z = 200 Ом;
Лст, бет» Сст, £>ст — коэффициенты четырехполюсника согласующего транс-
форматора, выбираемые по табл П1.5.
Сопротивления по концам рельсовой цепи, рассчитанные при равенстве
сопротивлений основной обмотки питающего и релейного дроссель-трансфор-
маторов, соответственно Zon = 1,1 е760” Ом и Zop = О.ббе77®0 Ом, предпо-
лагая, что отсутствуют потери короткого замыкания дроссель-трансформато-
ров:
z'bxh = Z'ann Zon/(Zann + Zan) = 0,3 - 1,1 e/607(O,3 + 1,1 e'60*) =
= 0,26 e',2° Ом; Zbxk = Z' Zop/(Z'anp + Zop) = 0,3-0,65e'7°7(0,3 +
+ 0,65e/7°°) = 0,242 e/’20°30' Ом.
122
При Za'nn — Za'np, несмотря на то что сопротивление основной
обмотки релейного дроссель-трансформатора существенно меньше,
чем у питающего |Zop| « 0,6|Zon|, сопротивление релейного конца
по модулю незначительно отличается от сопротивления питающего
конца |ZBXK| « 0,93|ZBXH|. Таким образом, даже значительные
изменения Zon и Zop мало влияют на входные сопротивления по
концам. Выполнив расчет входных сопротивлений по точным фор-
мулам с учетом реальных параметров согласующих трансформа-
торов и дроссель-трансформаторов на питающем и релейном концах,
получим Z;XH = 0,269е/20°30' Ом, ZBXK = 0,251^28°30' Ом.
Для стабилизации сопротивлений по концам выбирают огра-
ничитель в виде резистора Ro сопротивлением 200 Ом, аргумент
сопротивления которого равен 0. Для согласования сопротивле-
ния аппаратуры с рельсовой линией на обоих концах имеются
согласующие (изолирующие) трансформаторы ИТ1, ИТ2 (см. рис.
5.3, а) Совместно с автоматическими выключателями типа АВМ-1
эти трансформаторы защищают аппаратуру и обслуживающий
персонал от перенапряжений, которые возникают при большой
асимметрии тягового тока, например при нарушении электричес-
кой целости рельсовой нити или обрыве одной из дроссельных пере-
мычек, а также при случайных замыканиях контактного провода
на рельс. На дополнительной обмотке дроссель-трансформатора
типа ДТ-1-150 появляется высокое напряжение, но при этом насы-
щается магнитопровод изолирующих трансформаторов, вследствие
чего их сопротивление падает, а ток в цепи возрастает, срабаты-
вают автоматические выключатели типа АВМ-1 и отключают аппа-
ратуру от дроссель-трансформатора, защищая ее от повреждения
тяговым током Автоматические выключатели типа АВМ-1 на но-
минальный ток 5 А рассчитаны на размыкание при протекании
тока, превышающего уровень срабатывания /ср = 7 А. Таким
образом, эти выключатели будут срабатывать при токе асимметрии
/ас в рельсовой линии /ас — /ср-2/гдт — 7 • 2 • 3 = 42 А. Расчет-
ный максимальный ток асимметрии 12,5 А (5% от максимального
тока 250 А), поэтому складывается впечатление, что выключатель
взят с большим запасом, но это не так. По выключателю протекает
сигнальный ток частотой 25 Гц. Максимальный ток имеет место
в рельсовых цепях предельной длины (напряжение на выходе
преобразователя частоты Uпч максимально) при нахождении поезда
на питающем конце. При этом ток в цепи ПЧ /пчтах = Г/пч/2вХКЗ,
ток в цепи выключателя ZBX max = /Пч max пит, где ZBXK3=/?0 + ZBX—
минимальное входное сопротивление нагрузки преобразователя
частоты; ZBX — входное сопротивление первичной обмотки изо-
лирующего трансформатора при нахождении шунта на питающем
конце. Несложными расчетами можно определить ZBX « 35е'35° Ом
и |ZBXK3| « 230 Ом. Для длинных рельсовых цепей (при (7пч=175 В
по нормалям) /пч = 0,76 А и /вх шах~ 7 А. Выбор равных коэффи-
циентов трансформации изолирующих трансформаторов на питаю-
123
Рис. 5.5. Изменение Лши, Ккп и
ги кр по длине рельсовой линии при
/—-2,6 км, Z==0,37 е-’58° Ом/км,
r„ min —1,0 Ом-км,
щем и релейном концах позво-
ляет применить одинаковую
рельсовую цепь на двухпутных
и на однопутных участках. На
однопутных участках направ-
ление кодирования изменяется
путем переключения аппарату-
ры в цепях первичных обмо-
ток изолирующих трансформа-
торов, где проходят наимень-
шие тяговые токи. На рис. 5.5
приведены зависимости чувстви-
тельности к нормативному шун-
ТУ Кцш и обрыву Ккп рельсо-
вой нити кодовой рельсовой
цепи, а также критического
сопротивления изоляции гикр
рельсовой линии от длины рельсовой линии. Кодовая рельсовая
цепь частотой 25 Гц обладает минимальным числом элементов и
малой чувствительностью к разбросу их параметров.
5.3.	Станционные фазочувствительные
рельсовые цепи частотой 25 Гц
На станциях с электротягой переменного тока проектируют и
строят непрерывные рельсовые цепи переменного тока частотой
25 Гц с фазочувсгвительными путевыми реле типа ДСШ-13. Основ-
ной схемой станционных рельсовых цепей является схема двухни-
точной рельсовой цепи с двумя дроссель-трансформаторами и дву-
сторонним наложением кодовых сигналов АЛС (рис. 5.6, а). На
питающем и релейном концах установлены дроссель-трансформа-
торы типа ДТ-1-150 и трансформаторы типа ПРТ-А. Трансформа-
тор ИТ на релейном конце согласовывает сопротивления аппара-
туры и рельсовой линии, а путевой трансформатор ПТ на питающем
конце питает рельсовую цепь. Рельсовую цепь регулируют
подбором напряжения на вторичной обмотке трансформатора ПТ.
Резистор Ra совместно с соединительными проводами выполняют
функцию ограничителя. Их суммарное сопротивление должно быть
равным 2,2 Ом, чем обеспечивается шунтовая чувствительность
рельсовой цепи. На релейном конце параллельно путевому эле-
менту реле П типа ДСШ-13 включен защитный блок ЗБ типа ЗБ-
ДСШ, представляющий собой последовательный контур, настроен-
ный на частоту тягового тока 50 Гц, т. е. фактически этот блок
выполняет роль заграждающего фильтра путевого приемника П
от помех тягового тока частотой 50 Гц. Включение последователь-
ного контура как заграждающего фильтра поясняется на рис. 5.6, б.
124
В случае появления на входе напряжения U с резонансной частотой
контура /0 последний шунтирует нагрузку RK и ббльшая часть
напряжения U прикладывается к балластному сопротивлению /?с.
В действительности на резонансной частоте контура f0 к сопро-
тивлению нагрузки Rn прикладывается напряжение U„ ж Url
/(R6 + г), где г — (j)0LIQc — сопротивление потерь контура. Для
получения заграждающего эффекта необходимо, чтобы г /?б и
При отклонении частоты от резонансной сопротивление
контура возрастает и его шунтирующее действие исчезает. Пара-
метры элементов фильтра типа ЗБ-ДСШ L — 0,84 Гн, С — 12 мкФ,
Q= 11 —13. На резонансной частоте 50 Гц сопротивление кон-
тура Zcp50 ~ 24 Ом, а на сигнальной частоте 25 Гц Zcp25
= 407е“/83°30' Ом. Путевой элемент реле ДСШ на частоте 50 Гц ока-
зывается зашунтированным низким сопротивлением. Фильтр
ЗБ-ДСШ снижает уровень помех тягового тока частотой 50 Гц
при асимметрии рельсовой линии на обмотке путевого реле. На-
личие больших уровней напряжения частотой 50 Гц на обмотке
путевого реле хотя и не может вызвать его ложного срабатывания,
но оказывает мешающее действие на его работу. При больших
уровнях помех наблюдаются колебания и вибрации сектора путе-
вого реле, ухудшаются условия его работы.
Определим уровень мешающего напряжения частотой 50 Гц при макси-
мальной расчетной асимметрии тягового тока /ас = 12,5 А. Ток в цепи фильт-
ра типа ЗБ-ДСШ будет равен /ф « ZaC/2nCTrtnT" 12,5/2-3-18,3 = 0,114 А, где
пит ~ 18,3 — коэффициент трансформации изолирующего трансформатора,
мешающее напряжение на обмотке путевого реле </м = /ф£ф50 = 0,1 14-24~
« 2,8 В.
Рис. 56. Схема двухни-
точной рельсовой цепи с
двумя дроссель-транс-
форматорами (а) и схе-
ма, поясняющая работу
ЗБ (б)
125
Такое низкое мешающее напряжение не оказывает заметного
влияния на работу путевого реле. Схема допускает наложение
кодирования с питающего и релейного концов. С питающего конца
рельсовая цепь кодируется контактом группового трансмиттерного
реле ГТ с момента вступления на нее поезда, когда размыкается
фронтовой контакт собственного путевого реле. Чтобы кодирование
включалось только при движении поездов в заданных маршрутах,
кодирование включается через фронтовой контакт реле КВ. Це-
почка /?ИСИ защищает контакты трансмиттерного реле от искро-
гашения. С релейного конца рельсовая цепь кодируется контактом
трансмиттерного реле Т1, подающим питание в рельсовую линию
от кодового трансформатора КТ через ограничивающий резистор RK
сопротивлением 200 Ом.
Рассчитав сопротивление по концам, с учетом коэффициентов
четырехполюсников дроссель-трансформаторов и изолирующего
трансформатора на релейном конце получим: ZB'XH = 0,229г'12° Ом,
ZBXK = 0,34г'36° Ом.
На рис. 5.7 приведены изменения Кшн, Ккп. гикр по длине
рельсовой цепи. Ограничивающим режимом является шунтовой
режим. Точка минимальной шунтовой чувствительности находится
на питающем конце. Поэтому при проверке чувствительности к
нормативному шунту нормативный шунт следует накладывать на
питающий конец.
В данной рельсовой цепи используют фазочувствительный
приемник и ложное срабатывание приемника от источника пита-
ния смежной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков
исключается чередованием мгновенных полярностей напряжения
в смежных рельсовых цепях.
Использование в качестве путевого приемника реле типа ДСШ-13
(в рельсовых цепях частотой 25 Гц при электротяге постоянного
тока применяют реле типа ДСШ-13А с улучшенными энергетичес-
кими характеристиками) позволило согласовать уровень тока АЛС
на релейном конце при вступлении на него поезда и уровень сиг-
нала на путевом элементе реле в нормальном режиме.
Боковые пути, кодируемые в одном направлении, и некоди-
руемые пути оборудуют двухниточными рельсовыми цепями с
Рис. 5.7. Изменения Кшв, Ккп и
Гн кр но длине рельсовой линии при
/=1,2 км, Z=0,37e'S8° Ом/км,
Гиппп = 1 Ом км, W=2,64
126
Рис. 5.8. Схема фазочувствительной
рельсовой цепи частотой 25 Гц с од-
ним дроссель-трансформатором
Рис. 5.9. Схема фазочувствительиой
однониточной рельсовой цепи часто-
той 25 Гц
одним дроссель-трансформатором. На рис. 5.8 показана рельсовая
цепь, кодируемая с питающего конца. Если необходимости в ко-
дировании на питающем конце нет, то путевой трансформатор ПТ
подключают к источнику питания частотой 25 Гц и исключают
искрогасительный контур /?ИСИ. Так как на релейном конце дрос-
сель-трансформатор отсутствует, то сопротивление аппаратуры
согласовывают с низким сопротивлением рельсовой линии изоли-
рующим трансформатором ИТ с высоким коэффициентом транс-
формации п = 40. Для защиты аппаратуры релейного конца от
тягового тока служит защитный резистор сопротивление ко-
торого совместно с сопротивлением соединительных проводов
гсП равно 1 Ом. Влияние тягового тока проявляется в основном
при замыкании изолирующих стыков на релейном конце. Путевой
приемник защищается от мешающего воздействия тягового тока
фильтром ЗБ типа ЗБ-ДСШ и автоматическим выключателем QF.
Входное сопротивление релейного конца ориентировочно опреде-
ляют по выражению ZBXK = (R3 + гсп) + Zo6/z^T, где R3 + гсп =
= 1 Ом; Zo6 = 950e~/3°30' Ом, пит = 40. Отсюда ZBXB « 1,6е/5°.
Использование рельсовых цепей с одним дроссель-трансфор-
матором позволяет обеспечить выполнение условий по канализа-
ции тягового тока без нарушения требований к числу рельсовых
цепей в замкнутых контурах.
При необходимости некодируемые пути в горловине станций
и приемо-отправочные пути длиной до 500 м оборудуют однони-
точными рельсовыми цепями частотой 25 Гц (рис. 5.9). Рельсовая
127
цепь питается от путевого трансформатора ПТ, подключенного к
ней через ограничивающий резистор /?0. Путевое реле П типа
ДСШ подключают к рельсовой линии через защитный резистор /?3
и изолирующий трансформатор ИТ с коэффициентом трансформа-
ции п = 40. Сопротивления резисторов Ro и /?3 определяют из
соотношений: Ro 4 гсп = R3 + гсп — 1 Ом (гсп и гср — сопротив-
ления соединительных проводов на питающем и релейном концах).
В однониточных' рельсовых цепях исправность изолирующих
стыков (помимо фазового контроля) контролируется тяговыми
перемычками, соединяющими тяговые нити смежных рельсовых
цепей. При замыкании изолирующего стыка тяговой перемычкой
шунтируется данная или смежная с ней рельсовая цепь, что фик-
сируется размыканием фронтового контакта путевого реле при
фактической свободности рельсовой цепи.
5.4.	Фазочувствительные рельсовые цепи частотой 25 Гц
для станций стыкования
На станциях стыкования рельсовые цепи постоянного и пере-
менного тока подвержены воздействию постоянного и переменного
тягового тока. Аппаратура и схемы таких рельсовых цепей должны
одновременно удовлетворять требованиям, предъявляемым к ним
при обоих видах тяги. Эти рельсовые цепи используют на про-
межуточных станциях при реконструкции устройств автоматики
и телемеханики в связи с заменой электротяги постоянного тока
на электротягу переменного тока без прекращения действия уст-
ройств автоблокировки и АЛС. Поэтому частота сигнального тока
рельсовой цепи и АЛС принята равной 25 Гц. При создании рель-
совых цепей для станций стыкования основным вопросом является
выбор дроссель-трансформаторов. Дроссель-трансформаторы без
воздушного зазора не могут быть использованы, так как их маг-
нитопровод будет намагничиваться постоянным тяговым током,
сопротивление основной обмотки резко изменится и нарушится
нормальная работа рельсовой цепи. При постоянном тяговом токе
следует использовать дроссель-трансформаторы с воздушным за-
зором типов ДТ-0,2 и ДТ-0,6, сопротивление основной обмотки
которых на частотах сигнального тока 25 Гц равно соответственно
0,1 и 0,3 Ом. Обеспечить требуемые входные сопротивления по
концам рельсовой цепи (0,25—0,35 Ом), применяя дроссель-транс-
форматор типа ДТ-0,2, невозможно, поэтому на станциях стыко-
вания используют более металлоемкие дроссель-трансформаторы
типа ДТ-0,6. Применять этот дроссель-трансформатор с коэффи-
циентом трансформации п= 15 (как это сделано в кодовой рельсовой
цепи) нельзя, так как при обрыве рельсовой линии и, следователь-
но, 100%-ной асимметрии переменного тягового тока возможно
появление на дополнительной обмотке высоких напряжений,
128
опасных для обслуживающего персонала. Максимально возможный
коэффициент трансформации nmax дроссель-трансформатора ДТ-0,6
(сопротивление основной обмотки на частоте переменного тяго-
вого тока |Z0| = 0,6 Ом) при условии, что допустимое напряжение
на дополнительной обмотке (7ДОП = 250 В при протекании мак-
симального тягового тока по одной полуобмотке /тах = 250 А
(100%-ной асимметрии), определяется из выражения: (7Д0П =
= 1 /4|Z0|/raax • 2п1Пах. Откуда nraax=(/noII/0,5Z0Zraax = 250/0,5-0,6
Х250 « 3,33.
На станциях стыкования применяют дроссель-трансформатор
типа ДТ-0,6-500С с коэффициентом трансформации п = 3. Схему
рельсовой цепи с дроссель-трансформаторами типа ДТ-0,6-500С
с двусторонним кодированием на частоте 25 Гц (рис. 5.10) исполь-
зуют на путях с электротягой переменного тока. Изолирующие
трансформаторы ИТ на питающем и на релейном концах при низ-
ком коэффициенте трансформации дроссель-трансформаторов со-
гласовывают высокое сопротивление кабельной линии с низким
Рис. 5.10. Схема фазочувствительной рельсовой цепи для станций стыкова-
ния электротяги постоянного и переменного тока
5 Зак. 2402	1 29
сопротивлением рельсовой линии. Конденсаторы С1 и С2, вклю-
ченные на высоковольтные обмотки I изолирующих трансформа-
торов ИТ на питающем и на релейном концах, повышают входные
сопротивления концов до значений, близких к оптимальным по
току сигнальной частоты 25 Гц, и значительно снижают его току
частотой 50 Гц, что способствует уменьшению влияния тягового.тока
на аппаратуру. Конденсаторы С1 и С2 установлены в трансформа-
торных ящиках Tfi у рельсовой линии. На частоте тягового тока
50 Гц конденсаторы С1 и С2 шунтируют кабельную линию с под-
ключенной аппаратурой, т. е. значительная часть тягового тока
трансформируемою из рельсовой линии, не попадает в кабельную
линию, замыкаясь через эти конденсаторы. Конденсаторы С1 и
С2 включены на всю высокоомную обмотку изолирующих транс-
форматоров, для того чтобы их емкость была минимальна. Если
бы они были подключены к полуобмоткам параллельно кабельной
линии, то их емкость необходимо было бы повысить в 4 раза. На-
значение блока ЗБ-ДСШ и АВМ то же, что и в рельсовых цепях
при электротяге переменного тока. Резистор Ro обеспечивает
необходимую шунтовую чувствительность и ограничивает ток пу-
тевого трансформатора при нахождении поезда на питающем конце.
В результате расчета входных сопротивлений по концам рель-
совой цепи получили: Zbxh = 0,308е'3° Ом; ZBXK = 0,48e/49°15' Ом,
т. е. входные сопротивления по концам больше оптимальных
(|Zbxh| = |ZBXK| = |ZonT| = 0,27 Ом), поэтому ограничивающим ре-
жимом в этих рельсовых цепях является контрольный.
Г л а в a 6
РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ ПРИ АВТОНОМНОЙ ТЯГЕ
6.1. Перегонные рельсовые цепи
На неэлектрифицированных участках железных дорог по рель-
совым нитям протекает только сигнальный ток, тяговый ток от-
сутствует. На таких участках можно применять импульсные и
непрерывные рельсовые цепи, работающие на постоянном и на
переменном токе. Реально участки с ненадежным энергоснабже-
нием оборудованы рельсовыми цепями постоянного тока с исполь-
зованием в качестве резерва аккумуляторов, а при наличии на-
дежного энергоснабжения на перегонах и станциях используют
рельсовые цепи, работающие на сигнальной частоте 50 и 25 Гц.
На перегонах эксплуатируют три системы автоблокировки с
различными схемами и рельсовыми цепями: автоблокировка с
линейными цепями и импульсными рельсовыми цепями постоян-
ного тока; числовая кодовая автоблокировка с кодовыми рельсо-
выми цепями частотой 50 Гц; унифицированная автоблокировка
с непрерывными рельсовыми цепями частотой 25 Гц.
Импульсная рельсовая цепь постоянного тока для однопутных
участков приведена на рис. 6.1. Питание в рельсовую линию по-
дается импульсами постоянного тока через контакт непрерывно
работающего маятникового трансмиттера МТ от аккумулятора GB
типа АБН-72, работающего в буферном режиме с выпрямителем
ВАК типа ВАК-14. В качестве путевого приемника служит им-
пульсное поляризованное реле И типа ИА1Ш-0,3, работающее в
импульсном режиме. Его контакты не могут быть включены в
исполнительные цепи автоблокировки, поэтому реле И работает
на вход дешифратора импульсной работы ДИР, на выходе кото-
рого включено путевое реле П, удерживающее якорь притянутым
только при импульсной работе реле И. Контакты реле П включены
в исполнительные цепи автоблокировки.
В импульсных рельсовых цепях постоянного тока реле И всег-
да расположено на выходном конце рельсовой цепи, а источник
импульсного питания — на ее входном конце. Импульсы постоян-
ного тока посылаются по ходу поезда. Такое расположение аппа-
ратуры позволяет использовать контакты путевого реле П для
включения кодов АЛС с момента вступления поезда на рельсовую
цепь, а также для подачи извещений на станцию и переезд о прибли-
жении поезда. При этом исключается мешающее воздействие им-
пульсов постоянного тока на приемные устройства АЛС. Защита
путевого реле от ложного возбуждения при попадании в обмотку им-
пульсного реле постоянного тока из смежной рельсовой цепи до-
5*	131

стирается: использованием реле, обладающим избирательностью
к полярности тока, и чередованием полярности тока в рельсовых
нитях смежных рельсовых цепей. Импульсы тока от источника
тока смежной рельсовой цепи при повреждении изолирующих
стыков, проходя по обмотке реле Я, не возбуждают его, а следова-
тельно, от этих импульсов не сможет возбудиться и путевое реле П
Защита путевого реле П от возбуждения при работе реле И от
переменного тока, попадающего в рельсовую линию в результате
случайного сообщения с промышленной сетью или при кодировании
смежной рельсовой цепи и нарушении изоляции в стыке, обеспе-
чивается схемой дешифратора. Кодирование рельсовой цепи чис-
ловым кодом включается с момента вступления поезда трансмит-
терным реле Т на несущей частоте 50 Гц. Для устранения потерь
холостого хода кодирующего трансформатора КТ его первичная
обмотка при свободности рельсовой цепи отключена от сети и под-
ключается к ней тыловым контактом путевого реле П. При вступ-
лении поезда на входной конец рельсовой цепи кодовый ток АЛС
в рельсах должен быть не менее 1,2 А (норма для участков с
автономной тягой).
Для защиты приборов от перенапряжений при грозовых раз-
рядах служат керамические выравниватели типа В К-10.
Рельсовые цепи постоянного тока регулируют изменением
сопротивления ограничивающего резистора. При этом меняется
сопротивление питающего конца, а следовательно, условия выпол-
нения шунтового и контрольного режимов. Для выполнения этих
режимов в регулировочной таблице для каждой длины рельсовой
цепи фиксируется минимальное сопротивление ограничивающего
132
резистора R() (в сумме с сопротивлением соединительных прово-
дов гсП), а также сопротивление соединительных проводов на ре-
лейном конце гсР. Входные сопротивления питающего и релейного
концов в этой рельсовой цепи Rbxh — R() 4~ fcn и /?вхк = Rp 4- гсР
(R — 0,3 Ом — сопротивление обмотки реле И). Уменьшение со-
противлений Ro + гсП и гср меньше значения, указанного в регу-
лировочной таблице, нарушает условия выполнения шунтового и
контрольного режимов, а следовательно, и безопасности движения
поездов. Точка минимальной шунтовой чувствительности в этих
рельсовых цепях находится на релейном конце, так как обычно
RBXK </?вхн- Достоинством рельсовых цепей постоянного тока
является их простота, надежное резервирование питания от акку-
муляторных батарей и малое потребление электроэнергии (не
более 3 Вт по постоянному току и не более 20 В • А по переменному
току с учетом потерь в выпрямителе).
Однако эти рельсовые цепи имеют и ряд недостатков.
Аккумуляторы, применяемые для резервного питания, требуют
тщательного ухода и специальные батарейные шкафы. Они кри-
тичны к изменению температуры окружающей среды. Емкость
аккумуляторов недостаточна для обеспечения действия АЛС,
поэтому при пропадании питания переменного тока поезда движутся
только по путевым сигналам.
Учитывая малые сопротивления Ro + гсп и Rp -г гср (в соот-
ветствии с регулировочными таблицами в зависимости от длины
рельсовой цепи Ro + гсП = 1,1	2,1 Ом; Rp + гср = 0,65 4- 1,9 Ом),
поддерживать эти рекомендуемые сопротивления во время эксплуа-
тации не представляется возможным. Это объясняется соизмери-
мостью сопротивления переходных контактов в соединениях с
сопротивлениями соединительных проводов, сопротивлением ог-
раничивающего резистора, сопротивлением обмотки реле, пере-
ходным сопротивлением контактов. При этом некоторые из этих
сопротивлений зависят от времени, температуры окружающей
среды, влажности воздуха и т д. Особенно тяжелые в этом плане
условия складываются в схеме рельсовой цепи для однопутных
участков (см. рис. 6.1), в которой в цепь питающих проводов и в
цепь импульсного реле И последовательно включены по два кон-
такта реле направления. Причем при движении в одном направле-
нии источник питания подключается к рельсовой линии через
фронтовые контакты одного реле направления 2Н, а при движении
в другом направлении — фронтовые контакты другого реле на-
правления 1Н, а обмотка импульсного путевого реле И при дви-
жении в одном направлении подключается к рельсовой линии
через тыловые контакты одного реле направления 1Н, а при дви-
жении в другом направлении — через тыловые контакты другого
реле направления 2Н.
В соответствии с нормативными документами переходное со-
противление одного фронтового контакта реле направления нахо-
133
дится в диапазоне от 0 до 0,3 Ом, а сопротивление одного тылового
контакта — в диапазоне от 0 до 0,08 Ом (реле направления -— типа
НМШ). При эксплуатации фактические сопротивления по концам
рельсовой цепи могут отличаться от расчетных и изменяются во
времени. Это обстоятельство ухудшает реальную работоспособ-
ность рельсовых цепей по сравнению с расчетной, т. е. фактическое
минимальное рабочее сопротивление изоляции выше расчетного.
На рис. 6 2 представлены две диаграммы работоспособности
импульсной рельсовой цепи для однопутного участка. Кривая 1
построена в предположении, что сопротивления элементов —
строго детерминированные величины, равные номинальным, а
переходные сопротивления контактов равны 0. Кривая 2 построена
на основе расчетов шунтового и контрольного режимов по номи-
нальным значениям, а нормального режима, предполагая, что на
питающем конце включены контакт маятникового трансмиттера
(переходное сопротивление /?мт = 04-0,05 Ом), два фронтовых
контакта реле направления (переходное сопротивление каждого
нф= 04-0,3 Ом) и тыловой контакт трансмиттерного реле (пере-
ходное сопротивление /?т = 0—0,1 Ом), а на релейном конце
включены два тыловых контакта реле направления (переходное
сопротивление каждого /?, г = 0-4-0,08 Ом) и тыловой контакт
трансмиттерного реле (переходное сопротивление /?т = 04-0,1 Ом).
Расчет выполнялся, предполагая, что все указанные переходные
сопротивления распределены по усеченным нормальным законам
с математическим ожиданием, равным среднему значению. Кри-
вая 2 построена из условия выполнения нормального режима с
вероятностью 0,99. Таким образом, отсутствие информации о точ-
ных значениях параметров элементов приводит к существенному
ухудшению работоспособности рельсовой цепи.
Рельсовые цепи постоянного тока критичны к появлению в
рельсовой линии блуждающего постоянного тока. При появлении
этого тока импульсное путевое реле замыкает фронтовой или ты-
ювой контакт (в зависимости от направления блуждающего тока),
что приводит к ложному контролю занятости рельсовой цепи.
Таким образом, применять рельсовые цепи постоянного тока в
зоне действия блуждающих токов (от электрического транспорта)
не представляется возможным.
Серьезным недостатком импульсных рельсовых цепей постоян-
ного тока является проявление в них электрохимического эффекта,
который наиболее интенсивен на участках с железобетонными
шпалами. Если на участках с деревянными шпалами вредное дейст-
вие электрохимического эффекта сказывается при неудовлетвори-
тельном состоянии балласта, большой влажности воздуха и плю-
совой температуре окружающей среды, то на участках с железо-
бетонными шпалами его интенсивность резко возрастает. Электро-
химический эффект проявляется в том, что после отключения ис-
точника питания от рельсовой линии в ней сохраняется электри-
134
Рис. 6 2. Диаграмма работоспо-
собности импульсной рельсовой
цепи постоянного тока
Рис. 6.3 К пояснению электрохимиче-
ского эффекта, возникающего в импульс-
ных рельсовых цепях постоянного тока
ческий заряд, под действием которого через пугевое реле продол-
жает протекать ток, направление которого совпадает с направле-
нием тока источника питания рельсовой цепи. Этот ток является
следствием действия электрохимических процессов, протекающих
в верхнем строении пути Рельсовая линия как бы запасает энер-
гию, накопленную в течение импульса. В интервале, когда импульс-
ное реле должно отпускать якорь, за счет тока электрохимического
эффекта оно удерживает его притянутым и нормальное действие
рельсовой цепи нарушается. Интенсивность электрохимического
эффекта характеризуется коэффициентом (рис. 6,3, а)
Кэх — эх ’
где 7Эх — ток в паузе, протекающий через импульсное путевое реле, А;
/р — рабочий ток реле, А.
В реальных условиях кэх = 0,7-?0,8 Электрохимический эф-
фект нарушает работу рельсовой цепи, если /эх превышает ток от-
пускания импульсного путевого реле. Для борьбы с электрохими-
ческим эффектом используют ряд методов, которые можно подраз-
делить на активные, пассивные и комбинированные
Активные методы уменьшают ток /эх и реализуются с помощью
схем, обеспечивающих шунтирование рельсовой линии на питаю-
щем или на релейном конце во время интервала питания, а также
применением двухполярного питания рельсовой цепи. Схема (рис.
6.4, а) отличается от типовой тем, что на питающем конце включены
тыловые контакты дополнительного трансмиттерного реле Т —
повторителя маятникового трансмиттера МТ. В интервале на
рельсовую линию накладывается заземленный шунт. При этом
часть тока электрохимического эффекта замыкается через него и
ток /эх, поступающий в реле И, снижается. Положительный эф-
фект схемы тем выше, чем меньше сопротивления соединительных
проводов и контактов реле Т, а также сопротивление заземления
(должно быть менее 10 Ом). Рассматриваемая схема дает удовлет-
135
верительный защитный эффект при длинах рельсовых цепей до
1200 м.
В схеме с двухполярным питанием (рис. 6.4, б) используется
компенсация тока электрохимического эффекта током обратной
полярности, посылаемым в рельсовую линию с питающего конца
во время интервала. Через тыловой контакт трансмиттерного
реле Т в рельсовую цепь через диоды VD1 и VD2 подается выпрям-
ленный ток обратной полярности с целью компенсации тока электро-
химического эффекта. Известны и другие схемы, в которых исполь-
зуется эта идея [31], т. е. в рельсовую линию во время интервала
подается не выпрямленный, а постоянный ток обратной поляр-
ности. У всех схем с двухполярным питанием имеется тот недоста-
ток, что в них трудно регулировать соответствие полезного и ком-
пенсирующего сигналов, так как /ох величина случайная, завися-
щая от многих факторов. Схемы с двухполярным питанием постоян-
ного тока требуют дополнительных технических решений для
исключения ложного возбуждения импульсного путевого реле
при коротком замыкании изолирующих стыков.
Пассивные методы защиты от электрохимического эффекта до-
стигаются с помощью импульсных трансформаторов на релейном
конце, фиксирующих спад импульса тока в начале интервалов —
в моменты /2 и t-з (см. рис. 6.3). В схеме пассивной защиты
(рис. 6.5, а) от переднего фронта импульса сигнального тока на-
водится э. д. с. во вторичной обмотке импульсного трансформатора
ИТ и открывается транзистор VT, срабатывает защитное реле 3.
фронтовым контактом шунтируя дополнительный резистор 7?д
в цепи обмотки импульсного путевого реле И. Реле И срабаты-
вает на время импульса от сигнального тока. В начале интервала
от заднего фронта импульса во вторичной обмотке ИТ наводится
э. д. с., закрывающая транзистор VT, реле 3 обесточивается и
последовательно с обмоткой реле И включается резистор 7?д, бла-
годаря чему ток электрохимического эффекта в обмотке реле И
Рис. 6.4. Схема питающего конца импульсной рельсовой цепи с заземленным
шунтом (а) и с двухполярным шунтом (б)
136
Рис. 6.5. Схема пассивной защиты (о) и комбинированная схема (б)
падает до значения ниже тока отпускания. Конденсатор С служит
для стабилизации реле 3, а диоды VD1 и VD2 защищают тран-
зистор VT от перенапряжений.
Недостаток пассивных методов заключается в том, что они
не уменьшают ток электрохимического эффекта и при обрыве
рельсовой нити он складывается с током источника питания, про-
текающим через реле в обход места повреждения. Поэтому в тече-
ние некоторого отрезка времени, который может быть достаточно
большим, пока не рассеится электрический заряд, накопленный
в рельсовой цепи, условия контрольного режима существенно
ухудшаются.
При новом проектировании и строительстве автоблокировки
с импульсными рельсовыми цепями постоянного тока применяют
комбинированную защиту от электрохимического эффекта (рис.
6.5, б), сочетающую в себе на питающем конце активный метод,
а на релейном конце — пассивный.
Кодовую рельсовую цепь частотой 50 Гц применяют на пере-
гонах при отсутствии электротяги с учетом последующей электри-
фикации или там, где не предполагается переход на электротягу
при наличии надежного электроснабжения сигнальных точек от
основной и резервной линий. Схема кодовой рельсовой цепи для
двухпутных участков (рис. 6.6) выполнена с учетом возможности
движения по неправильному пути по сигналам АЛС.
Питание рельсовой цепи и кодирование с релейного конца
осуществляются соответственно питающим ПТ и кодирующим
КТ трансформаторами типа СОБС-2А. Импульсное путевое реле И
подключается к рельсовой линии через изолирующий трансфор-
матор ИТ типа СТ-4, согласующий высокое сопротивление обмот-
ки реле R — 165 Ом с низким входным сопротивлением рельсовой
линии.
Дроссели Zo и ZK типа РОБС-4А (Z = 2е'Г85° Ом) выполняют
функцию ограничителей по питающему и кодирующему току.
137
Рельсовою цепь регулируют изменением напряжения на путевом
трансформаторе ПТ таким образом, чтобы при шунтировании поез-
дом входного конца ток АЛС был не менее 1,2 А при минимальном
сопротивлении изоляции. Такая регулировка вызывает в нормаль-
ном режиме перенапряжение на путевом реле И, которое гасится
на дополнительном резисторе /?д. Сопротивление этого резистора
устанавливают во время регулировки, ориентировочно 7?д = 250 Ом.
Процесс определения сопротивления резистора R заключается
в следующем: к рельсам на релейном конце рельсовой цепи под-
ключают амперметр с входным сопротивлением не более 0,06 Ом
и изменением напряжения на вторичной обмотке питающего транс-
форматора ПТ выставляют ток АЛС 1,2 А. Затем амперметр от-
ключают и подбирают такое сопротивление резистора /?д, при
котором напряжение на реле равно 3,9 В.
Вопросы кодирования, искрогашения, а также исключения
опасных ситуаций при коротком замыкании изолирующих стыков
решаются так же, как и в кодовой рельсовой цепи при электри-
ческой тяге. Входные сопротивления аппаратуры на питающем
и релейном концах при = 250 Ом Z;xH — 2е/85°; ZBXK = З,45е/?О
при гсП = гср = о и Z;XH = 2,02е/82°; ZBXK = 3,74е/6°30' при
гсп = Грр — 0,3 Ом.
На рис. 6.7 приведены кривые изменения коэффициента чувст-
вительности к нормативному шунту Кшн и к обрыву рельсовой
линии АкП по длине рельсовой цепи.
На рис. 6.7, а все режимы рассчитаны при гср==гсП=0,3 Ом.
На рис. 6.7, б шунтовой и контрольный режимы рассчитаны при
ггп=гср = 0 (неблагоприятные условия для этих режимов) и нор-
138
Рис. 6.7. Изменение /Си1П, Кки и гп кр по длине рельсовой линии при 1=
= 1,2 км, Гтах —0,2 Ом/км, rmin = 0,l Ом/км, Гитах=1 О.М-КМ, jV = 5,05
мальный режим при гсП=гср=0,3 Ом. Таким образом, отсутствие
достоверной информации о сопротивлении соединительных прово-
дов приводит к ухудшению работоспособности рельсовых цепей.
Контрольный режим на большей протяженности длины рельсовой
линии не выполняется (Л'кп<1 ).
6.2. Станционные рельсовые цепи
На станциях железнодорожных линий при автономной тяге с
ненадежным энергоснабжением используют непрерывные рельсовые
цепи постоянного тока или рельсовые цепи частотой 50 Гц с резер-
вированием питания от аккумуляторов, а при наличии основного
и резервного питания — надежное энергоснабжение — рельсовые
цепи переменного тока, работающие на частотах 50 или 25 Гц.
При этом в случае надежного энергоснабжения при отсутствии
электрификации проектируют рельсовые цепи переменного тока
частотой 50 Гц с одноэлементными путевыми приемниками; при
переходе в будущем на электротягу постоянного тока — фазо-
чувствительные рельсовые цепи частотой 50 или 25 Гц, кодируе-
мые током частотой 50 Гц, а при переходе на электрическую тягу
переменного тока — фазочувствительные рельсовые цепи часто-
той 25 Гц, кодируемые током частотой 25 Гц.
Рельсовая цепь постоянного тока с непрерывным питанием
приведена на рис. 6.8, а. Источником питания служит аккумулятор
GB типа АБН-72(80), работающий в режиме непрерывного под-
заряда с выпрямителем ВАК типа ВАК-14. Кодирование рельсовой
цепи возможно с питающего и с релейного концов. При кодиро-
вании с питающего конца источники постоянного и кодового
тока включают последовательно Вторичная обмотка кодового
трансформатора КТ имеет малое сопротивление по постоянному
току и не оказывает влияния на работу рельсовой цепи. Рельсовую
цепь регулируют изменением сопротивления ограничивающего
139
a)
-i-----—--------------------
l i 1200м
Рис. 6.8. Схема станционной рель-
совой цепи постоянного тока (л)
и изменение Кшп и КкП по дли-
не рельсовой линии при 2=1,2 км,
Z—0,6 eJ'70°	Ом/км, г„ П1 iи =
— 1 Ом км, Л'= 1,6
резистора Ro, которое совместно с сопротивлением кабеля питаю
щего конца для рельсовой цепи с путевым приемником 11 типа
АНШ2-2 должно быть не менее 2,0 Ом. Коэффициент надежного
возврата реле постоянного тока в режиме непрерывного питания
для путевого реле П низкий —0,25, а приведенный коэффициент
возврата /Сви — 0,195, что неблагоприятно сказывается на выпол-
нении шунтового и контрольного режимов. На рис. 6.8, б приве-
дены изменения /Сшп и /СкП подлине рельсовой линии, из которых
следует, что контрольный режим не выполняется. Это объясняется
высокими входными сопротивлениями аппаратуры по концам.
Входное сопротивление питающего конца R'RKll — Ro + гс„ =-=
— 2—3,8 Ом; оно регламентируется регулировочной таблицей в
зависимости от длины рельсовой цепи, а входное сопротивле-
ние релейного конца — суммарным сопротивлением реле Rp и
соединительного кабеля гср — Лвкк = Rp + гср = 2-4- 2,3 Ом.
Короткое замыкание изолирующих стыков контролируется
чередованием полярности смежных рельсовых цепей. По обе сто-
роны изолирующего стыка устанавливают одноименные приборы
реле—реле или аккумулятор—аккумулятор. При замыкании изо-
лирующих стыков вследствие противоположного направления тока
ог источников питания смежных рельсовых цепей общий ток в
приемнике снижается и становится меньше тока отпускания реле.
Оба путевых реле отпускают якорь, благодаря чему обнаружи-
вается замыкание изолирующих стыков. Если же одна из рель-
совых цепей занята поездом, то при коротком замыкании изоли-
рующих стыков путевого реле занятой рельсовой цепи будет полу-
чать питание только от источника питания смежной рельсовой
цепи. При этом если подвижной состав находится на большом
расстоянии от замкнувшихся изолирующих стыков и в сопротив-
ление шунта по отношению к влияющему источнику будет вхо-
дить значительное сопротивление рельсовой петли (от подвижной
140
единицы до стыков), то возможно срабатывание путевого прием-
ника смежной рельсовой цепи. Поэтому используемый в данной
рельсовой цепи метод контроля короткого замыкания изолирующих
стыков не является достаточно надежным. Эти рельсовые цепи и
рельсовые цепи частотой 50 Гц с одноэлементным приемником
находят ограниченное применение.
Фазочувствительные рельсовые цепи частотой 50 Гц с кон-
денсаторами в цепи местных элементов применяют на станциях
с ненадежным энергоснабжением, где для резервирования пита-
ния служат полупроводниковые преобразователи типов ПП-300М,
ППВ-0,5М, ППВ-1, работающие от аккумуляторной батареи на-
пряжением 24 В и вырабатывающие напряжения прямоугольной
формы. Рассматриваемые рельсовые цепи обладают высокими
энергетическими показателями, что крайне важно при работе в
Рис. 6.9. Схема питания фазочувстви-
тельной рельсовой цепи частотой
50 Гц с конденсатором в цепи мест-
ных элементов (а), векторная диаг-
рамма цепи местных элементов (б) и
зависимости Ki, К2 и <рм от емкости
этого конденсатора (в)
141
режиме резерва питания, имеют высокий cos ср и обладают другими
достоинствами. Характерной особенностью этих рельсовых цепей
является наличие в общей цепи местных элементов фазочувстви-
тельных приемников типа ДСШ-12, конденсатора См, который
обеспечивает необходимые фазовые соотношения в рельсовой цепи
и компенсирует реактивные потери местных элементов. В схеме
питания таких рельсовых цепей (рис. 6.9, а) напряжение на путевые
и кодирующие трансформаторы подается от источника переменного
тока напряжением 220 В, а местные элементы всех путевых реле
станции, соединенные параллельно и настроенные в резонанс с
последовательно соединенной емкостью См, питаются через пони-
жающие трансформаторы Т1 и Т2 от той же фазы силового транс-
форматора Конденсатором См и местными элементами реле типа
ДСШ-12 образуется последовательный резонансный контур, век-
торная диаграмма напряжений на элементах которого показана
на рис. 6.9, б Таким образом, включением конденсатора См дости-
гается тот эффект, что напряжение на местном элементе (7МЭ по
фазе опережает напряжение на трансформаторе £7тр (а следователь-
но, и на путевом трансформаторе £7Пт) на угол фм. При заданном
сопротивлении местного элемента ZM3 = 3800е/72° Ом угол <рм
определяется емкостью конденсатора См = CN, где 7V — число
местных элементов реле типа ДСШ-12, включенных в схему пита-
ния. Зависимости <рм = F(CM), Кг =	= f(C) и К2 =
-= (7с/(7тр = f(C) при включении местного элемента одного реле
приведены на рис. 6.9,в. Исходя из условия получения фазовых соот-
ношений, близких к идеальным
для рассматриваемой ниже рель-
совой цепи, выбрана емкость
конденсатора С = 0,9 мкФ на
одно путевое реле. При этом
(см. рис. 6.9, б) в местной цепи
сдвиг фаз 81°, а напряжение,
снимаемое с трансформаторов
(7тр, для получения на местных
элементах напряжения 220 В
должно быть равным (7тр =
= 220/Кг « 70 В, где Кг =
= 3,05 (см. рис. 6.9, в). Если
от трансформаторов (см. рис.
6.9, а) питаются N местных эле-
ментов реле типа ДСШ-12, то
общая емкость конденсатора
См = 0,9 N мкФ. В этом случае
фазовые соотношения в местной
цепи, а также коэффициенты
Ki и К2 те же, что и показан-
ные на рис. 6.9, в. Так как
142
идеальные фазовые соотношения в реле ДСШ-12 достигаются при
сдвиге фаз токов в путевом /Пэ и местном /мэ элементах на 90 ,
а фазовые углы сопротивлений путевого и местного элемента рав-
ны друг другу = <рмэ — 72°; то идеальные фазовые соотноше-
ния будут при сдвиге фаз в путевом тракте между (711т и UVi:> на 9
в сторону отставания последнего.
Схема путевого тракта рельсовой цепи (рис. 6.10) обеспечивает
необходимые фазовые соотношения, а также кодирование с питаю-
щего и релейного концов. Регулируемый резистор Ru выполняет
функцию ограничителя, а резистор /?л используют для регули-
ровки рельсовой цепи, если необходимо погасить избыток напря-
жения на реле при выставленном токе АЛС.
Входные сопротивления аппаратуры по концам рельсовой цепи
ZBXK = 3,8е'46° Ом и Zbxh = Rn + гсп = 1 Ом При таких боль-
ших сопротивлениях |7вхн| и |ZBXK| ограничивающим режимом
является контрольный.
При отказе основного питания путевая и местные цепи питаются
от преобразователя, преобразовывающего постоянное напряжение
на выходе аккумуляторной батареи в напряжение переменного
тока частотой 50 Гц. Выходное напряжение преобразователя имеет
форму, близкую к прямоугольной, которая, помимо основной
частоты 50 Гц, содержит высшие гармонические составляющие.
На сектор путевого реле воздействует только основная частота
несинусоидального переменного тока, так как все высшие гармо-
ники в путевом тракте имеют большее затухание, чем частота 50 Гц.
Напряжение основной частоты 50 Гц определяется коэффициентом
при первом члене разложения прямоугольной функции в ряд
Фурье = 4£7Bbn/n]/r2. Для обеспечения t/50 = 220 В необхо-
димо, чтобы амплитуда выходного напряжения прямоугольной
формы 77ВЬ1Х = 240 В.
Применение общего конденсатора См в местной цепи изме-
няет угол сдвига фаз при изъятии путевого реле для замены, так
как в этом случае увеличивается эквивалентная индуктивность
местных элементов. Однако если число реле больше восьми, то
изменение меньше 20 и не приводит к отказу в работе рельсовой
цепи. При меньшем числе реле их следует заменять в свободное
от движения поездов время.
Г л а в a 7
РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ ПРИ АВТОБЛОКИРОВКЕ
С ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫМ РАЗМЕЩЕНИЕМ АППАРАТУРЫ
7.1. Рельсовые цепи без изолирующих стыков
Одним из перспективных направлений в области совершенст-
вования устройств интервального регулирования движения поез-
дов является создание системы автоматической блокировки с цент-
рализованным размещением аппаратуры (ЦАБ). Размещение пу-
тевой аппаратуры на станциях, исключение из комплекса уст-
ройств рассредоточенных вдоль линии высоковольтных питающих
установок позволяет повысить надежность системы регулирова-
ния, сократив время на отыскание и устранение неисправностей.
При централизованном размещении аппаратуры улучшаются усло-
вия труда обслуживающего персонала, уменьшается время его
пребывания в зоне повышенной опасности, сокращается время
на технологическое обслуживание аппаратуры. Если на про-
межуточных станциях имеются источники электроснабжания, то
на некоторых участках можно отказаться от высоковольтной линии
автоблокировки, так как на перегонах не требуется источников
питания. Централизованное размещение аппаратуры дает воз-
можность наиболее просто устанавливать функциональные связи
между системой интервального регулирования на перегонах и
другими техническими средствами, используемыми для организа-
ции движения поездов. Система интервального регулирования
движения поездов с централизованным размещением аппаратуры
широко распространена в США, Японии, Англии, Чехословакии,
ФРГ и в других странах.
Аппаратуру устанавливают на станциях, ограничивающих пе-
регон. Рельсовые цепи получают питание от генераторов с несу-
щими сигнальными частотами /8 = 425 Гц и f9 = 475 Гц. Несу-
щие частоты каждого генератора модулируются низкими частота-
ми /м соответственно 8 и 12 Гц. В результате модуляции образуются
четыре частотных сигнала /81 и f82 с несущей частотой 425 Гц и
/91 и с несущей частотой 475 Гц. Амплитудно-модулированные
сигналы /82 и /91 используются в рельсовых цепях одного пути, а
к и /92 ~ в рельсовых цепях другого пути. Графики формируемых
сигналов представлены на рис. 7.1. Указанный порядок использо-
вания частот защищает путевые реле от ложных срабатываний при
объединении рельсовых нитей соседних путей.
В схеме (рис. 7.2) для питания рельсовых цепей без изолирую-
щих стыков имеются генераторы Г1 и Г2, настроенные соответст-
венно на частоты /81 и /92. Эти генераторы чеоедуют по всей длине
144
перегона. От каждого генератора питаются две смежные рельсовые
цепи, расположенные по обе стороны от точки его подключения
к рельсовой линии. Между генераторами к рельсовой линии под-
ключены два селективных приемника П1 и /72, настроенные на
прием сигналов /81 и /92 соответственно. С питающих и релейных
концов рельсовой цепи в рельсовую линию подаются кодовые
сигналы числовой и частотной АЛС. Путевые трансформаторы
согласовывают сопротивления аппаратуры и рельсовой линии.
Дроссель-трансформаторы типа ДТ-0,6-500 служат в качестве
элементов защиты (ЭЗ) при электротяге переменного и постоянного
тока Согласующие элементы СЭ и элементы защиты расположены
на пути вблизи рельсовой линии и соединены с аппаратурой на
станции кабельными линиями. Длина кабельной линии может
достигать 10 км при электротяге и 15 км при автономной тяге.
Контроль состояния перегона, смена направления движения и
увязка между станциями осуществляются по специальным цепям
линии смены направления ЛСН и линии обмена информации ЛОИ.
Схема (рис. 7.3) предусматривает наложение кодовых сигналов
числовой АЛС. Путевой генератор модулированных сигналов
И2ПГМ8 вырабатывает частотный сигнал /81 для рельсовых це-
пей 1П и 2/7. Далее сигнал усиливается путевым усилителем И2ПУ
и через выходной трансформатор И2ВТ, путевой фильтр, состоя-
щий из реактора индуктивностью L и конденсатора емкостью С,
последовательную искрогасящую цепочку Ск Ru, стабилизирую-
щий резистор R и конденсатор С подается в кабельную линию.
Кодовые сигналы числовой АЛС передаются от кодового транс-
форматора контактом трансмиттерного реле И2Т. Конденсатор С
компенсирует реактивное сопротивление кабеля, нагруженного
на дополнительную обмотку дроссель-трансформатора, и входное
сопротивление рельсовой цепи на частоте тока кодирования 50 Гц.
Параметры искрогасящей цепочки Rn Си и конденсатора С выбра-
425 Гц или
4 '15 Гц
Л I
1Гц или 12 Ги
Рис. 7.1. Графики несущего /и, модулирующего и амплитудно-модулиро-
ваиного fc сигналов, подаваемых в рельсовую линию
145
ны таким образом, что они мало влияют на условия передачи час-
тотного сигнала рельсовой цепи. Резистор /?д стабилизирует
работу схемы питающего конца при различных длинах кабеля.
Для согласования сопротивлений кабельной и рельсовой линий
на пути устанавливают согласующие элементы СЭ — трансфор-
маторы типа ПРТ-А с коэффициентом трансформации п — 40, а
в качестве элементов защиты ЭЗ от тягового тока — дроссель-
трансформаторы с разомкнутой дополнительной обмоткой. На
участках с автономной тягой дроссель-трансформаторы не устанав-
ливают, а на участках с электротягой переменного тока защитными
элементами являются дроссель-трансформаторы типа ДТ-0,6-500
с коэффициентом трансформации п — 6, дополнительная обмот-
Рис. 7.2. Структурная схема системы централизованной автоблокировки
(ЦАБ) без изолирующих стыков для однопутного участка
146
ка которого замыкается на последовательный контур, настроен-
ный на частоту 50 Гц.
Рельсовые цепи ЗП и 4П питаются аналогично от путевого
генератора 314ПГМ9 и усилителя 314ГГУ на частоте /92, которые
размещены на ст. Б.
На приемном конце рельсовой цепи сигнал через аналогичные
элементы поступает на последовательно соединенные входы прием-
ников ПП смежных рельсовых цепей. В результате чего на выходе
путевого приемника, настроенного на несущую и модулирующую
частоты принимаемого сигнала, срабатывает путевое реле /7. Пу-
тевое реле на выходе другого приемного устройства срабатывает,
если при соответствующей настройке сигнал поступит из смежной
рельсовой цепи. Контактами путевых реле перегона 1П—4П и их
повторителей выбираются кодовые сигналы АЛС для каждой рель-
совой цепи с учетом заданного направления движения. Каждая
рельсовая цепь начинает кодироваться с момента занятия ее поез-
дом и прекращает после ее освобождения.
Кодирование рельсовой цепи 1 с питающего конца при дви-
жении по нечетному направлению от точки В начинается с момен-
та замыкания тылового контакта реле 1П в цепи трансмиттерного
реле U2T. Код, посылаемый в рельсовую линию, выбирается кон-
тактами путевых реле (или их повторителей) в зависимости от
поездной ситуации. Выбор кодовых сигналов для передачи их в
путевые участки перед входными светофорами осуществляется
контактами реле, управляющими огнями входных светофоров.
При приближении поезда к участку 217 путевое реле 2П последнего
шунтируется при нахождении поезда на некотором расстоянии
от границы участка 2 (зона дополнительного шунтирования /Ц1
свойственна бесстыковым рельсовым цепям) и навстречу поезду
с релейного конца трансмиттерным реле 2I3T подаются импульсы
числового кода от точки С. При этом контактом U2T в рельсовую
цепь 1П от точки В мог бы передаваться кодовый сигнал КЖ.
Чтобы этого не происходило, в схеме содержится блокирующее
реле И2Б, которое возбуждается при занятии путевого участка
1П и свободном состоянии участка 2П. Фронтовым контактом
блокирующего реле И2Б отключается цепь возбуждения транс-
миттерного реле 1/2Т по кодовому сигналу КЖ. Аналогично вклю-
чаются и работают блокирующие реле 2/ЗБ и 314Б Для работы
устройств кодирования информацию о состоянии граничных участ-
ков пути, расположенных в середине перегона, необходимо пере-
дать с одной станции на другую. Эта информация передается по
двухпроводным кабельным линиям И1—ОИ1, И2—ОЙ2.
Одной из основных характеристик системы является макси-
мальное расстояние между пунктами размещения аппаратуры.
Это расстояние равно удвоенной максимальной длине кабельных
жил, с помощью которых рельсовые линии подключаются через
согласующие элементы к аппаратуре, расположенной на станции..
148
Рис. 7 4 Зависимости длины кабеля /к от длины рельсовой цепи I на участках
с электрической (а) и автономной (б) тягой:
а—при f-50 Гц, /длс ~2 A, |Zxx|=0,6 Ом; б — при /'=50 Гц, /длс = 1,2А, |Zxx|=°°;
I — /ш —50 м; 2 — /ш= 150 м: 3 — /ш=250 м
Допустимая длина кабельных жил ограничивается требованиями
техники безопасности, в соответствии с которыми максимальное
напряжение, подаваемое в кабельную линию, не должно превы-
шать 220 В. При нахождении на рельсовой линии поезда в нее
одновременно подаются сигналы рельсовой цепи на частотах 425
или 475 Гц и сигналы кодирования рельсовой цепи числовым и
частотным кодом. Мощность сигнального тока числовой АЛС боль-
ше мощности остальных сигналов. Поэтому допустимую длину
кабеля /к с учетом требовании техники безопасности (7доП — 220 В
определяют, полагая, что в кабельную линию подаются сигналы
числового кода, а все остальные сигналы отсутствуют (8,111.
Зависимость максимальной длины кабеля /к от конструктивной
длины рельсовой цепи /кд=/ и длины зон дополнительного шун-
тирования /ди1н=^дшк—ПРИ частоте сигнального тока f = 50 Гц
для участков с электротягой постоянного тока и автономной
тягой при п — 40 приведена на рис. 7.4.
При I = 1000 м и /ш = 250 м предельные длины кабелей на
участках с электротягой и автономной тягой равны соответственно
13 и 18 км. С учетом запасов длина кабеля принята для указанных
участков 10 и 15 км, т. е. расстояния между пунктами размещения
аппаратуры 20 и 30 км. Для рельсовой цепи рассматриваемой
системы характерны две главные особенности: влияние на входные
сопротивления питающего и релейного концов параметров соеди-
нительного кабеля; наличие зон дополнительного шунтирования.
Входное сопротивление аппаратуры ZHK на конце рельсовой
цепи может быть определено на основании схемы замещения (рис.
7.5):
•^НК— (-4с ^-ВХК-Ь^с) /(< С ^ВХК“Г^с) •
(7.1)
149
Входное сопротивление кабеля ZBXK, нагруженного на нагрузку
Ян = #вх + Яд:
^вхк — Мк ^н+ Вк) /(Ск /?итОк).	(7.2)
Коэффициенты четырехполюсника кабельной линии определя-
ются через ее вторичные параметры ук, Zc и длину /к: дк = гк =
—ch Тк Вк — Zc sh ук Ск = 8Ь ук 1К/2С.
Вторичные параметры кабельной линии выражаются через
первичные параметры — удельное сопротивление кабельной петли
/?к = 47 Ом/км и километрическую емкость Ск = 0,04 мкФ/км:
Zc =VЯк/(1/2л/сСке_/90°); Тк= КЯк2л/с Скв/90°.
Расчет вторичных параметров при указанных первичных па-
раметрах для средней частоты сигнального тока Д. = 450 Гц дает
следующие результаты: Zc — 640е~/‘5° Ом; ук = 0,072е/45°. Модуль
входного сопротивления кабеля предельной длины /к = 10—15 км,
рассчитанный по выражению (7.2) при /?н =0 — оо, находится
в диапазоне от 430 до 960 Ом. Так как это сопротивление на частоте
сигнального тока (425 или 475 Гц) намного меньше сопротивления
холостого хода высокоомной обмотки согласующего элемента (с
учетом коэффициента трансформации), то входное сопротивление
аппаратуры ZHK = ZBXK/7ic, где пс — коэффициент трансформации
согласующего элемента.
По условиям выполнения основных режимов рельсовой цепи
желательно иметь входные сопротивления аппаратуры постоянны-
ми и не зависящими от длины соединительного кабеля. Для этого
входные сопротивления приемника 7?вх на релейном конце выби-
рают значительно меньшими волнового сопротивления кабеля
RBX — 140 Ом <<С JZC| = 640 Ом. Если длины кабеля близки к пре-
дельным, то указанный выбор обеспечивает входное сопротивление
кабеля ZBXK, близкое к волновому. При меньших длинах кабеля
последовательно с приемником включается дополнительный ре-
зистор /? , сопротивление которого 7?д = (10 — /к) 50; при /{Д> 10 км
= 0. Аналогично определяют сопротивление дополнительного
резистора на питающем конце. Входные сопротивления питающего
и релейного концов мало зависят от длины кабеля и их значения
равны от 0,38 до 0,42 Ом. Резистор /?д в широких пределах ком-
Рис. 7.5. Схема замещения конца рельсовой цепи
150
Рис 7.6. Схемы замещения для расчета бесстыковой рельсовой цепи в ре-
жимах:
а — нормальном; б — АЛС; в — шунтовом
пенсирует разницу затухания соединительных линий различной
длины; исключает шунтирование сигнала АЛС при коротких дли-
нах кабеля в зоне шунтирования 1Ш, т. е. увеличивает сопротив-
ление ZHK на частоте сигнального тока АЛС.
В схеме замещения для расчета нормального режима бессты-
ковой рельсовой цепи (рис. 7.6, п):
2V£;	— четырехполюсники согласующих элементов соот-
ветственно на питающем и на релейном концах;
/?вх = 140 Ом — входное сопротивление приемного устройства;
N1 — четырехполюсник рельсовой линии длиной /•
Ra ~ Кц max ~ 500 Ом — сопротивление дополнительного резистора;
ZB — волновое сопротивление рельсовой линии —
эквивалент входных сопротивлений смежных
рельсовых линий;
г, С, L — активное сопротивление, емкость и индуктивность
фильтра с коэффициентом трансформации п —
=	~ 1,3.
В приведенной схеме не учитывают параметры защитных эле-
ментов, выходных цепей передающих устройств АЛС, а также
входного сопротивления приемного устройства смежной рельсовой
цепи. Указанные элементы не оказывают заметного влияния на
распределение токов и напряжений в схеме.
Целью расчета нормального режима является определение
действующих напряжения Ua и тока /п источника питания в пред-
положении, что сигнал немодулирован при заданных параметрах
элементов и уровнях сигнала на входе приемника t/BXH = 0,35 В,
/вхн=2,1 мА. Коэффициенты четырехполюсника I (см. табл. ГТ.2.3):
X = D = ch'y/4-shy/; B = ZBshyZ; C = 2/ZB (chyZ-f-shyl)
Вторичные параметры рельсовой линии ZB = ^rzrH и z/rn,
где удельное сопротивление рельсовой петли z на частотах 425 и
151
475 Гц соответственно 4,9е'79° и 5,4е/79° Ом/км. Полученные на-
пряжения Un действительны на частоте сигнального тока 425 Гц
для любых длин соединительного кабеля на питающем и на релей-
ном концах в диапазоне от 0 до 10 км, а на частоте 475 Гц, если
длина кабеля на питающем конце не превышает 10 км, а на релей-
ном — 6 км. Для больших длин кабеля полученные напряжения Un
должны быть пересчитаны с помощью корректирующих коэффи-
циентов, приведенных в [8].
При расчете контрольного и шунтового режимов схема заме-
щения бесстыковой рельсовой цепи совпадает со схемой замещения
(см. рис. 7.6, а), за исключением четырехполюсника /. В конт-
рольном режиме коэффициенты четырехполюсника /:
AK = ch yl-t-shyl + 2Е V1 Д—2m ch ylx (sh-y^-hcli у/2);
— ZB (shyl-\-2E Д/1 4-2zn ch ylx ch y/2)»
CK = 2 ZB (l Д- £ Д/l -\~2m) (sh yl	ch у 1)',
DK — ch yZ-|-sh yl-\-2E Д/1 2m ch yl2 (shy/j + ch у It) ,
ly и Z2 — расстояния до места повреждения от питающего и
релейного конца соответственно, м, 1г Д- Z2 ~ I-
В схеме замещения для бесстыковой рельсовой цепи в режиме
АЛС (рис. 7.6, б)-
ZB — волновое сопротивление рельсовой линии на час-
тоте АЛС; 
Z’3 — сопротивление защитного элемента;
ZIiK = 0.4 Ом — входное сопротивление аппаратуры конца;
А</	— четырехполюсник рельсовой линии, длина кото-
рого равна зоне шунтирования приближающегося
поезда /ш;
/ли — нормативный ток АЛС под локомотивными катуш-
ками (для числовой АЛС частотой 50 Гц /лн—2 А и
/ П1 = 1,2 А соответственно при электротяге по-
стоянного тока и автономной тяге и для чис-
ловой АЛС частотой 25 Гц 7ЛН — 1,4 А при
электротяге переменного тока).
Схема замещения составлена, предполагая, что отсутствует
влияние на работу канала АЛС передающих на питающем конце
и приемных на релейном конце устройств рельсовой цепи часто-
той 425 и 475 Гц.
Задача расчета режима АЛС состоит в определении напряже-
ния Ua и тока /п источника питания при известных параметрах
элементов и заданном токе /лн.
В схеме замещения для расчета бесстыковой рельсовой цепи
в шунтовом режиме (рис. 7.6, в):
ZCH “ 7^см ZHK — входное сопротивление смежной рельсовой ли-
нии на частоте сигнального тока;
/см -5-длина смежной рельсовой цепи;
г — расстояние от релейного конца до места наложе-
ния шунта.
152
При расчете шунтового и контрольного режимов рельсовой
цепи приведенный коэффициент надежного возврата путевого при-
емника /Свн = 0,56
По результатам расчета бесстыковых рельсовых цепей уста-
новлено, что все режимы надежно выполняются при длине рель-
совой линии 1000 м и минимальном расчетном сопротивлении изо-
ляции в нормальном режиме ги mIn = 1 Ом • км. Важной харак-
теристикой бесстыковой рельсовой! цепи является зона шунтиро-
вания /дш (см. рис. 3.14), зависящая от многих аргументов, основ-
ными из которых являются сопротивление изоляции рельсовой
линии, сопротивление шунта приближающегося поезда. Очевидно,
максимальная зона шунтирования имеет место в том случае, когда
на входе путевого приемника при подходе поезда с минимальным
сопротивлением шунта (/?,„ = 0) напряжение минимально, т. е.
в случае минимального сопротивления изоляции ги mln рельсовой
линии.
Уменьшение зоны шунтирования связано с увеличением коэф-
фициента перегрузки путевого приемника Ап = Пф/77(.р, где (7ф
и С/ср — соответственно фактическое напряжение на входе прием-
ника и напряжение его срабатывания. Зависимость зоны шунти-
рования от коэффициента перегрузки для рассматриваемой рель-
совой цепи приведена на рис. 7.7. При расчете нормального
режима рельсовой цепи с ЦАБ принят коэффициент запаса
К., = 1,2.
Очевидно, это значение и является коэффициентом перегрузки
при ги п11п = 1 Ом • км. Тогда расчетная зона шунтирования для
рельсовой цепи предельной длины (/ = 1000 м)/дш = 125 м. Фак-
тические размеры зоны шунтирования существенно отличаются от
расчетных. Они зависят от сопротивления изоляции рельсовой
линии и при 2 Ом • км фактическая зона шунтирования для
рельсовой цепи предельной длины не превышает 60—80 м. В рель-
совой цепи длиной меньше предельной шунтовой и контрольный
режимы выполняются при повышенных коэффициентах пере-
грузки приемника в нормальном режиме, т. е. Ап> 1,2. Соот-
ветственно в таких рельсовых цепях уменьшается и зона шунти-
рования /дш.
В бесстыковых рельсовых цепях ЦАБ один передающий конец
является общим для двух приемников. При этом две смежные
рельсовые цепи, питающиеся от одного передающего устройства,
могут иметь различные длины. Очевидно, на питающем конце
напряжение выставляют таким, чтобы сигнал на входе приемника
более длинной рельсовой цепи соответствовал условию выпол-
нения нормального режима. Приемник смежной рельсовой цепи
работает с некоторым коэффициентом перегрузки. Допустимый
коэффициент перегрузки /(Д0Г1 определяется из условий выполне-
ния шунтового и контрольного режимов, а его значение в зави-
симости от длины рельсовой цепи представлено в виде штриховой
153
Рис. 7.7	Рис. 7.8
Рис. 7.7 Зависимость зоны шунтирования /дш от коэффициента перегрузки
Ли для рельсовой цепи предельной длины /=1000 м
Рис. 7.8. Зависимости коэффициента перегрузки от длины смежных рель-
совых цепей с общим питающим концом
I — 1-375, м; 2 — /, = 500 м; 3 — /,=625 м: 4 — /,=750 м; 5—/,=812 м; 6 —/,-875 м; 7 —
/,= 1000 м
кривой (рис 7.8). Сплошными линиями представлено семейство
кривых, определяющих зависимость фактического коэффициента
перегрузки /<п, который имеет место в более коротких рельсовых
цепях, от их длины /2 при различных длинах смежной более длин-
ной рельсовой цепи /г. Для каждой длины длину 12 определяют
но кривым из условия Л\ Кяоп- При 1Л = 875 м смежная рель-
совая цепь может быть любой длины: 250 м < /2 < 875 м.
В пределах каждого пути для контроля свободности участков
используют два частотных сигнала /я2 и /91 Для одного пути и /81
и /92 для другого пути. При принятом в системе расположении
аппаратуры питающие и приемные концы разных рельсовых цепей
с одинаковыми несущими и модулирующими частотами разделяют-
ся тремя рельсовыми линиями. Так, например (рис. 7.9, а), на одно-
путном участке приемник П1 рельсовой цепи 5 отделен от генера-
тора Г1, питающего рельсовые цепи 1 и 2, тремя рельсовыми ли-
ниями, а именно 2, 3 и 4, ив точке а рельсовой линии присутствует
сигнал от генератора Г1, подключенного к рельсовой линии в точ-
ке в. Уровень этого сигнала определяется уровнем сигнала в точ-
ке в, который зависит от длины рельсовой цепи, а также от сум-
марной длины рельсовых цепей 2, 3 и 4. Для нормальной работы
системы указанный уровень не должен превышать допустимого,
так как в противном случае приемник данной рельсовой цепи мо-
жет сработать при наличии шунта или изломе рельсовой линии
от генератора другой рельсовой цепи. Допустимый уровень указан-
ного сигнала оговаривается и в соответствии с расчетом факти-
ческий уровень ложного сигнала в точке в не превосходит допусти-
154
мого при выполнении следующих соотношений: при 750 м
/2 + /3 + Ц 2000 м; при > 750 м /2 + /3 + h 1750 м; где
/п ^2» 4, h — длины рельсовых цепей 1, 2, 3 и 4.
При проектировании ЦАБ необходимо выполнять указанные
соотношения по длинам рельсовых цепей. Бесстыковые рельсовые
цепи (БРЦ) с централизованным размещением аппаратуры внедря-
ют на магистральном транспорте и на линиях метрополитена.
Общая структура построения БРЦ метрополитена та же, что и на
магистральном транспорте. Однако рельсовые цепи на метрополи-
тене короче (/рц = 254-300 м), что и определило необходимость
применения для контроля свободности участков сигналов повы-
шенной частоты и другой порядок использования частотных сиг-
налов. В БРЦ метрополитена используются амплитудно-модули-
рованные сигналы с несущими частотами /14 = 725 Гц и /15 = 775 Гн
и частотами модуляции 8 или 12 Гц. В пределах каждого пути
частотные сигналы чередуются в такой последовательности (рис. 7.9,
б): 725/8; 775/12; 725/12; 775/8 и т. д., что обеспечивает повторение
одного и того же сигнального признака через семь рельсовых цепей.
Использование высоких несущих частот способствует умень-
шению зон шунтирования /дш, что важно для линий метрополи-
тена с высокой интенсивностью движения, а применение четырех
сигнальных признаков по каждому пути (вместо двух на магистраль-
ном транспорте) обеспечивает требуемое затухание сигнала через
семь рельсовых цепей (вместо трех на магистральном транспорте)
короткой длины. Амплитудно-модулированный сигнал (см. рис. 7.1)
формируется генератором ПГМ (рис. 7.10, а), далее этот сигнал
усиливается путевым усилителем ПУ выходной мощностью 40 В • А
и через трансформатор ПТЦ и фильтр ФП 14/15 (с настройкой на
частоту /14 или /15) поступает в кабельную линию КЛ, выход ко-
торой через согласующий элемент СЭ (трансформатор типа ПОБС-2А
с коэффициентом трансформации п = 40) подключен к рельсовой
линии. Приемный конец БРЦ имеет два последовательно включен-
ных путевых приемника ПП (рис. 7.10, б), настроенных на прием
сигналов, формируемых генераторами ПГМ., которые расположены
на смежных питающих точках. На выходе приемников включены
путевые реле П. Кроме согласующих элементов, на приемных кон-
цах БРЦ имеются дроссель-трансформаторы типа ДТМ-0,17 с
t)
а) 1 6 2 J ч а 5 5
^sz) (fyl) fal) si)
Рис. 7.9. Схема объясняющая порядок использования сигнальных частот на
магистральном транспорте (а) и на метрополитене (б)
П1 И П1 П2 Г2 П2 ПЗ ГЗ П ПЗ Г4 ПЧ П1 Г1
125/8	125/8 175/12 125/12 725/12 775/8 725/8
125/8	175/12 175/12 125/12 775/8 775/8 725/8
155

Рис. 7.10. Схема включения аппара-
туры рельсовых цепей метрополитена
на питающем (а), релейном (6) кон-
цах и схема подключения защитного
элемента (в)
разомкнутой дополнительной обмоткой (рис. 7 10, в). Дроссель-
трансформаторы выравнивают тяговые токи в рельсах. Расстояние
между смежными дроссель-трансформаторами от 250 до 500 м.
Сигналы системы автоматического регулирования скорости
АРС) передаются с пути на подвижной состав путевыми устройст-
вами на питающем и приемном концах путем подачи в рельсовою
линию непрерывных частотных сигналов на частотах — 75 Гц,
/2 = 125 Гц, /3 — 175 Гц, — 225 Гц и /5 = 275 Гц. К путевым
устройствам АРС относятся путевой генератор ПГ-АЛС путевой
усилитель ПУ (на рис. 7.10 не показаны) и фильтр типа ФП-АЛС.
Частотные сигналы АР подаются с момента вступления поезда на
рельсовую цепь. < игнальные частоты, подаваемые в рельсовую
линию, выбираются контактами управляющих реле 40 У', 6ОУ;
7ОУ в зависимости от поездной ситуации. При занятии поездом
следующей по ходу движения рельсовой цепи сигналы АРС выклю-
чаются. Для обеспечения нормальной работы устройств частотного
кодирования на каждой сигнальной точке используется блокирую-
щее реле
156
7.2. Фазочувствительные рельсовые цели
Аппаратура системы централизованной автоблокировки с фазо-
чувствительными рельсовыми цепями (ЦАБФЧ) (рис. 7 11) распо-
ложена на станциях, ограничивающих перегон, и связана с рас-
положенными на перегоне согласующими элементами СЭ (путе-
выми трансформаторами при автономной тяге или дроссель-транс-
форматорами при электрической тяге) кабельными линиями свя
зи ЦЛ. Для экономии кабеля, а также учитывая принципиальные
затруднения, связанные с работой рельсовых цепей при большой
удаленности аппаратуры от рельсовой линии, на каждой станции
располагается, как правило, аппаратура половины рельсовых
цепей, прилегающих к данной станции.
Рельсовые цепи питаются по двухфазной системе: рельсовая
линия питается от источника питания рельсовой цепи ИПРЦ, а
местные элементы путевых приемников — от источника питания
местных элементов ИПМ.Э, сфазированного с ИПРЦ.
Питающее устройство ПУ из преобразователей ИПРЦ и ИПМЭ
выполнено по типовой схеме, так же как и питающее устройство
станционных рельсовых цепей частотой 25 Гц. Сдвиг фаз между
Рис. 7 11 Структурная схема системы ЦАБФЧ
157
напряжениями, подаваемыми в рельсовые линии и на местные эле-
менты путевых реле, равен 90е.
Короткое замыкание изолирующих стыков смежных рельсо-
вых линий контролируется фазовым способом, поэтому взаимное
расположение питающих и релейных концов смежных рельсовых
цепей, питающихся от одного источника питания, не имеет зна-
чения. Однако при всех видах тяги аппаратуру целесообразно
располагать в таком порядке: питание—питание, реле—реле.
Рельсовые цепи ЗП и 4П, питающиеся от несфазированных
источников, расположенных на разных станциях, при всех видах
тяги должны стыковаться по питающим концам.
Рельсовая цепь кодируется с питающего или с релейного конца
в зависимости от заданного направления движения. Рельсовая
цепь кодируется с момента вступления поезда на рельсовую цепь
с контролем предварительного занятия предыдущей по ходу дви-
жения рельсовой цепи и прекращается при вступлении поезда на
следующую по ходу движения рельсовую цепь. Эту задачу решает
блок включения кодирования БВК,. Система обеспечивает возмож-
ность передачи сигнальной информации на локомотив при помощи
путевых устройств автоматической локомотивной сигнализации
ПУАЛС. Сигнальная информация АЛС формируется схемой вы-
бора кодового сигнала СВЕС в зависимости от поездной ситуации,
заданного направления движения, а также показаний входного
светофора при подходе к станции. Поездная ситуация определяется
путевыми приемниками 1П—ЗП на ст. А и 4П—6П наст. Б. При
движении поезда по рельсовым цепям 2П и ЗП в сторону ст. Б
для кодирования рельсовой цепи необходимо на ст. А иметь ин-
формацию о состоянии рельсовых цепей 4П и 5/7, путевые реле
которых находятся на ст. Б. Точно так же при движении в сторону
ст. А по рельсовым цепям 5/7 и 4/7 для кодирования рельсовых це-
пей необходимо иметь на ст. Б информацию о состоянии рельсовых
цепей ЗП и 2/7, путевые реле которых находятся на ст. А. Для
передачи информации о состоянии двух ближайших к каждой
станции рельсовых цепей, аппаратура которых расположена на
соседней станции, служит линия обмена информацией ЛОИ и
устройства обмена информацией У ОН. Состояние перегона и смена
направления движения контролируются по двухпроводной линии
ЛСН и по схеме смены направления ССН. Работа устройства об-
мена информацией У ОН, схемы смены направления ССН и схемы
выбора кодовых сигналов СВЕС осуществляются во взаимодейст-
вии с устройствами электрической централизации ЭЦ.
Схема рельсовой цепи (рис. 7.12) обеспечивает передачу сиг-
налов числовой и частотной АЛС или АЛСЕ. При использовании
частотной АЛС или АЛСЕ дополнительно включают конденсаторы
С4 и С5.
В зависимости от заданного направления все переключения
в схеме осуществляются контактами реле направлений Н и Ч
158
Кодовключающее реле КВ включает кодирование в момент вступ-
ления поезда на рельсовую цепь и прекращает кодирование при
вступлении первых скатов поезда на следующую по ходу движе-
ния рельсовую цепь. При кодировании с питающего конца на
время кодирования от рельсовой цепи отключается источник пи-
тания частотой 25 Гц, что позволяет1 исключить возможность
попадания кодового тока частотой 50 Гц в другие рельсовые цепи
через общий источник питания — преобразователь частоты; улуч-
шить условия работы системы АЛС (навстречу поезду не подается
сигнал на частоте 25 Гц); уменьшить суммарное напряжение»
подаваемое в кабельную линию
При движении поезда в сторону релейного конца источник
питания частотой 25 Гц от рельсовой линии не отключается. В слу-
чае нарушения правильного порядка движения, а также при
случайных сбоях в работе или повреждениях рельсовой цепи при
кодировании с питающего конца возможна ситуация, при которой
после фактического освобождения рельсовой цепи путевое реле
не притянет якорь (реле КВ не обесточится и в рельсовую цепь
не будет подано питание частотой 25 Гц). В этом случае вспомо-
гательное реле Р восстанавливает рельсовую цепь, т. е. через его
фронтовой контакт в рельсовую линию кратковременно подается
сигнальная частота 25 Гц. Если рельсовая цепь свободна, то пу-
тевое реле притянет якорь и работа схемы восстанавливается.
Рис. 7.12. Схема рельсовой цепи частотой 25 Гц при автономной гяге
159
Рис. 7 13 Зависимости максимально-
го сопротивления жил кабеля /?|<так
or коэффициента трансформации со-
гласующего трансформатора п для
/=1,75 км (/) и /=2 км (2)
Кодирование рельсовой цепи
числовым кодом с питающего и
релейного концов на частоте
сигнального тока 50 Гц осущест-
вляется трансмиттерными реле
ТП и ТР соответственно.
Резисторы R\ и R2 выравни-
вают сопротивления по концам
в зависимости от длины кабель-
ной линии. Конденсатор С1 на-
строен в резонанс с обмоткой пу-
тевого реле на частоту сигналь-
ного тока 25 Гц (С1 — 16 мкФ,
ХС1 = 400е~'90° Ом, а сопротив-
ление путевого элемента путе-
вого реле Znn — 400е'72° Ом).
Конденсатор С2 компенсирует
реактивную составляющую
входного сопротивления рельсовой линии по цепи кодирования.
Конденсатор СЗ в цепи местной обмотки путевого реле обеспечи-
вает необходимые фазовые соотношения.
Для обеспечения соответствия фактических уровней токов
с паспортными в качестве согласующих элементов на питающем
конце используют два трансформатора ИТ1 и ИТ2, низкоомные
и высокоомные обмотки которых включены параллельно.
Ограничение по удаленности аппаратуры от рельсовой линии
связано с тем, чтобы напряжение, подаваемое в кабельную линию,
не превышало С/доп = 220 В.
При этом при вступлении поезда на входной конец рельсовой
цепи ток АЛС должен быть равен /Алс = 1,2 А.
На рис. 7.13 приведены зависимости RKmax~Kn) ДДя Двух
длин рельсовой цепи. Расчеты выполняли с учетом сопротивления
соединительных проводов между рельсовой линией и согласующим
элементом. Рациональные коэффициенты трансформации согла-
сующих трансформаторов находятся в диапазоне от 25 до 50. Коэф-
фициенты трансформации согласующих трансформаторов следует
выбирать с учетом обеспечения оптимального входного сопротив-
ления концов рельсовой цепи по критерию минимума рабочего
сопротивления изоляции в нормальном режиме при условии вы-
полнения шунтового и контрольного режимов. Оптимальные со-
противления по концам находятся в диапазоне от 0,25 до 0,35 Ом.
Мощность, потребляемая рельсовой цепью максимальной дли-
ны /рц = 2 км, по каналу частотой 25 Гц не превышает 30 В • А
в нормальном режиме и 60 В • А в шунтовом. Мощность, потреб-
ляемая по каналу АЛС, не превышает 60 В • А Максимальная
удаленность аппаратуры от рельсовой линии без дублирования
жил кабеля в системе ЦАБФЧ принята равной 15 км.
160
Глава 8
ОСОБЫЕ ВИДЫ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
8.1. Разветвленные рельсовые цепи на станциях
На станциях с электрической централизацией для контроля
свободности путей и стрелок и наиболее эффективного исполь-
зования путевого развития для поездной и маневровой работы
станционные пути разбивают на отдельные стрелочные и бесстре-
лочные участки, которые оборудуют электрическими рельсовыми
цепями. При этом необходимо учитывать обеспечение эффектив-
ной эксплуатационной работы станции и минимальный расход
сигнального кабеля и аппаратуры автоматики Каждый приемо-
отправочный путь на станции представляет изолированный учас-
ток, который оборудуют отдельной рельсовой цепью. В стрелоч-
ный участок не может быть включено более трех одиночных или
двух перекрестных стрелочных переводов. Для обеспечения эф-
фективной маневровой работы в районах местного управления
стрелками каждую централизованную стрелку выделяют в изо-
лированный участок и оборудуют рельсовой цепью. В разные
изолированные участки включают стрелки съезда, а также стрелки,
по которым возможны одновременные невраждебные передвиже-
ния. С увеличением числа стрелочных переводов, включаемых в
один изолированный участок, создается лишняя враждебность
маршрутов, чем затрудняется эксплуатационная работа станции,
а также усложняются вопросы регулировки и ухудшаются условия
выполнения режимов рельсовых цепей со многими ответвлениями
В тоже время выделение в изолированные участки каждой стрелки,
улучшая возможности эксплуатационной работы, приводит к
повышенному расходу кабеля и аппаратуры, увеличению расхо-
дов на строительство и эксплуатацию устройств автоматики
Известны последовательная и параллельная схемы изоляции
стрелочных участков, оборудованных разветвленными рельсовыми
цепями. При последовательной схеме изоляции (рис. 8.1, а) все
рельсовые нити и рельсовые соединители PC обтекаются током
источника питания ИП и путевое релеС/7 контролирует их целость,
что является ее преимуществом. Однако эта схема сложна, требует
большого числа изолирующих стыков и междупутных соедините-
лей МС и кодирование рельсовой цепи затруднительно. Поэтому
последовательная схема практически не используется.
В параллельной схеме изоляции дополнительные изолирующие
стыки и междупутные соединители не требуются. При использовании
параллельной схемы (рис. 8.1, в) изолирующие стыки стремятся
ус ановить так, чтобы рельсовые соединители PC обтекались сиг-
6 Зак. 2402	1GJ
нальным током, что гарантирует контроль их исправности. Для
этого стрелочное путевое реле СП необходимо подключать к рель-
сам, в которых имеются изолирующие стыки переводных кривых
(см. рис. 8.1,в ). Однако эта схема имеет два недостатка Рельсовые
нити 1 и 2 сигнальным током не обтекаются. Поэтому их элек-
трическая целость не контролируется. Таким образом, если обор-
валась рельсовая нить 1 или 2 и за местом обрыва находится поезд-
ной шунт, то путевое реле СП останется возбужденным и выдаст
ложный контроль свободности рельсовой цепи при ее фактической
занятости. Частая установка стыков по главному кодируемом)
пути (см. рис 8.1, в) снижает надежное действие АЛС
Схема (рис. 8.1, б) не обладает вторым из указанных недостат-
ков, но в этой схеме рельсовые соединители PC не обтекаются сиг-
нальным током и, следовательно, их целость не контролируется
Для повышения надежности рельсовой цепи при этой схеме изоля-
ции рельсовые соединители дублируют. Таким образом, парал-
лельным схемам изоляции стрелочных участков свойственен
недостаток, связанный с возможностью потери шунта на ответв-
лении, на котором отсутствует путевое реле, в случае наруше-
ния электрической целости рельсовой нити на этом ответвлении.
Для устранения этого недостатка на всех ответвлениях должны
иметься путевые реле (рис. 8.1, г). Свободность разветвленной рель-
совой цепи фиксируется при возбужденном состоянии всех путевых
реле. В стрелочной путевой секции не должно быть больше трех
реле. В соответствии с существующими правилами проектирования
путевые реле устанавливают на всех ответвлениях, длина которых
превышает 60 м, а также на всех ответвлениях стрелочных участков
Рис. 8.1. Схемы изоляции стрелок
162
Рис. 8.2. Схемы размещения стрелочных соединителей
независимо от длины ответвлений, входящих в поездные маршруты
приема и отправления, кроме ответвлений съездов и глухих пере-
сечений.
Главные пути станции кодируются, поэтому эти пути обору-
дуют двухниточными рельсовыми цепями. Кодирование по боко-
вым путям выполняют в тех случаях, когда по ним осуществляется
безостановочный пропуск со скоростью более 50 км/ч. Стрелочные
участки, примыкающие к этим боковым путям, оборудуют двух-
ниточными рельсовыми цепями и путевыми устройствами АЛС.
При оборудовании устройствами АЛС главных и боковых путей
изолирующие стыки следует устанавливать в направлении дви-
жения с более низкими скоростями (рис. 8.2, а). Однако при раз-
мещении стрелочных соединителей по типовой схеме изоляции не
обеспечивается надежная работа устройств АЛС в маршрутах
движения по боковому пути. Это определяется тем, что при про-
следовании поезда по стрелке на боковой путь или в обратную
сторону на участках /, II, III кодовый ток отсутствует или значи-
тельно снижается. Для непрерывного восприятия кодов АЛС ло-
комотивными устройствами при следовании поезда на боковой
путь стрелочные соединители подключают в соответствии со схе-
мой (рис. 8.2, б). Учитывая, что кодовый ток при этом в участ-
ках II и III все же несколько ослаблен, повышенные требования
предъявляются к кодовому току. Его значение в рельсовой линии
при всех видах тяги должно быть на 30% выше нормативного,
По каждую сторону изолирующих стыков в смежных рельсо-
вых цепях и внутри каждой рельсовой цепи полярности череду-
ются. По обе стороны изолирующего стыка рекомендуется распо-
лагать питающие или релейные концы, что контролирует корот-
кое замыкание изолирующих стыков и обеспечивает экономный
расход кабеля. Стрелочные секции обозначают по номерам стре-
лок, которые в нее входят, например 3—5СП (рис. 8.3, а) 7СП,
9СП (рис. 8.3, б). Наибольшую сложность представляет изоляция
рельсовых цепей на кодируемых перекрестных съездах (рис. 8.4).
Изолирующие стыки устанавливают на боковом пути и включают
дополнительное реле 1—7Б на одной из двух изолированных сек-
ций (в данном случае на секции 1—7СП). Дополнительное реле
е*	163
контролирует стрелочные соединители и большую часть ответвле-
ний.
Схему (рис. 8.4, а) проектируют при междупутье 5,9 м на участ-
ках с автономной и электрической тягой. Буквой Т и Р обозна-
чают соответственно питающий (трансформаторный) и релейный
концы рельсовой цепи, а буква К — наличие путевых устройств
кодирования. При междупутье 5,3 м для электрифицированных
линий проектируют однониточные рельсовые цепи с укладкой
шлейфов для кодирования (рис. 8.4, б). Чтобы непрерывный сиг-
нальный ток рельсовой цепи не нарушал работу локомотивных
устройств, ее питание осуществляется в хвост поезда. Поэтому
при движении поезда в направлении от питающего к релейному
концу ток рельсовой цепи шунтируется скатами поезда и под при-
емными катушками протекает только ток АЛС по шлейфу. Пе-
реход от однониточной рельсовой цепи к смежной двухниточной
рельсовой цепи осуществляется с помощью тягового соединителя
ТС, подключающего среднюю точку дроссель-трансформатора смеж-
ной рельсовой цепи к плюсовой точке рельсовой нити однониточ-
ной рельсовой цепи. В однониточных рельсовых цепях асимметрия
тягового тока 100%, что вызывает сильные помехи в приемных
устройствах АЛС, поэтому схема (см. рис. 8.4, а) является пред-
почтительной.
На разветвленных стрелочных участках применяются те же
типы рельсовых цепей, что и на неразветвленных участках. Длины
разветвленных рельсовых цепей всех типов определяются сумми-
рованием отдельных ветвей и участков. Длины участков исчисля-
ются от изолированных стыков до середины стрелочного перевода.
При этом их суммарная длина должна быть как минимум на 25%
меньше допустимой длины неразветвленной рельсовой цепи такого
же типа.
На участках с автономной тягой с учетом перехода на электри-
ческую тягу переменного тока используют рельсовые цепи часто-
той 25 Гц, кодируемые током частотой 25 Гц (рис. 8.5). Для повы-
шения надежности действия рельсовой цепи путевые реле вклю-
чены на всех ответвлениях. Общее путевое реле НСП возбуждается
через последовательно соединенные фронтовые контакты реле от-
ветвлений ACII, БСП, ВСП.
В схемах электрической централизации включены контакты
реле НСП. При наложении поездного шунта в любой точке хотя бы
одно путевое реле отпускает сектор и фиксируется занятость стре-
лочного участка. Обрыв рельса или соединителя приводит к от-
пусканию сектора одного из путевых реле. Рельсовая цепь коди-
руется по главному пути в обоих направлениях и с одного из бо-
ковых путей. Рельсовую цепь регулируют путевым трансформа-
тором ПТ так, чтобы ток АЛС под приемными катушками при
шунтировании наиболее длинного ответвления и минимальном
сопротивлении изоляции был не менее 1,2 А. Регулируемые ре-
164
Рис. 8.3. Схема изоляции стрелочной секции (о) и стрелок съезда (б):
положительная и---------------отрицательная полярности
Рис. 8.4. Изоляция кодируемого перекрестного съезда с двухниточными (а) и
однониточными (б) рельсовыми цепями
165
Рис. 8.5. Схема разветвленной рельсовой цепи с тремя путевыми реле при автономной тяге
700 м
166
зисторы R3i, R-н и R33 уравнивают напряжения на путевых реле
АСП, БСП и ВСП, подключенные на разных расстояниях от пи-
тающего конца. Общее сопротивление каждого резистора и кабеля
между рельсами и изолирующим трансформатором ИТ не должно
превышать 1 Ом. При кодировании с одного из релейных концов
кодовый ток регулируется кодирующими трансформаторами КТ1
и КТЗ. Резистор Rn является ограничителем Суммарное сопротив-
ление этого резистора и кабеля, соединяющего низковольтную
обмотку ПТ с рельсами, должно быть равным 2 Ом.
У разветвленных рельсовых цепей более чем с одним прием-
ником во время регулировки необходимо выравнивать напряжения
на путевых реле ответвлений различной длины, что достигается
дополнительными резисторами R31, R32 и R33. Однако изменение
сопротивления каждого из этих резисторов приводит к изменению
уровней сигналов (модулей и фаз) на всех путевых реле. Кроме
этого, изменение этих сопротивлений приводит, естественно, и к
изменению входных сопротивлений релейных концов. В этих ус-
ловиях процесс регулировки разветвленных рельсовых цепей с
учетом обеспечения требуемых уровней и фаз напряжений на пу-
тевых реле достаточно затруднителен.
Поэтому, по мнению авторов, целесообразно выравнивать не
напряжения на путевых элементах фазочувствительных реле, а
моменты, действующие на сектор. При этом могут быть исключе-
ны выравнивающие резисторы, а напряжения на местных элементах
должны быть установлены в зависимости от напряжений на путе-
вых элементах в нормальном режиме. Так, например, пусть при
регулировке разветвленной рельсовой цепи с тремя путевыми
приемниками в нормальном режиме на путевом элементе прием-
ника, расположенного на самом длинном ответвлении, напряжение
равно t/пэ! —15 В (напряжение полного подъема реле типа ДСШ-13),
а на двух других, расположенных ближе к питающему концу, соот-
ветственно (7пэ2 — 18 В и t/пэз = 20 В. Тогда вопрос выравни-
вания моментов, действующих на сектор путевых реле, можно было
бы решить, выставив следующие напряжения на местных элемен-
тах этих реле: 77Мэ1 = ИОВ; Umsz = 110 • -Jg- = 92 В, 77Мэз —
Iе;
= ПО--—- = 82 В.
Установка на ответвлениях путевых реле связана с большим
расходом кабеля. Целость ответвления может контролировать
конденсатор Со, размещаемый на конце ответвления и подклю-
чаемый к рельсовой линии через трансформатор ТО (рис 8.6).
В нормальном режиме конденсатор Со обеспечивает фазовые соот-
ношения в путевом реле /7, необходимые для его устойчивой ра-
боты. Полный или частичный обрыв в цепи ответвления резко
изменяет фазовые соотношения в рельсовой цепи. При этом фазо-
чувствительное реле размыкает фронтовые контакты Эту схему
167
Рис. 8.6. Схема разветвленной рельсовой цепи с конденсаторным контролем
ответвления-
а+/>2^600 м; &|^200 м
применяют на участках с автономной тягой. Схемы с тем же прин-
ципом построения применяют и на участках с электротягой постоян-
ного и переменного тока
8.2. Горочные рельсовые цепи
Рельсовые цепи на сортировочных горках выполняют функции
основных путевых датчиков, которые формируют информацию
о состоянии изолированных путевых участков. Для полной авто-
матизации сортировки вагонов, осуществляемой при помощи уст-
ройств горочной автоматической централизации и автоматического
регулирования скорости на горках, электрически изолируют
(рис. 8.7) стрелочные 3, 5, 7 и межстрелочные 7, 2, 4,6 участки, а
также участки подгорочного парка. Информацию, вырабатывае-
мую рельсовой цепью каждой из этих трех групп участков, исполь-
зуют для автоматизации различных операций общего технологи-
ческого процесса роспуска составов В связи с этим требования,
предъявляемые к рельсовым цепям каждой группы, имеют харак-
терные особенности. Рельсовые цепи стрелочных участков должны
исключать возможность перевода стрелки под отцепом и передачи
ложного задания устройствам автоматической централизации на
автоматическое задание очередного маршрута в соответствии с
1G8
программой роспуска состава. Для увеличения перерабатывающей
способности горок необходимо, чтобы время фиксации занятого
и свободного состояния стрелочного и межстрелочного участков
было минимальным. Жесткие требования к временным параметрам
контрольных участков подгорочного парка не предъявляют, так
как частота следования отцепов на каждый путь подгорочного
парка меньше, чем на горке. Длина стрелочных изолированных
участков 11,5 м, а длина межстрелочных изолированных участков
от 6 до 11,5 м. Горочные рельсовые цепи работают в тяжелых ус-
ловиях, связанных с повышенным загрязнением балласта и шпал
пылью сыпучих грузов, кислотами, соляными растворами и т. д.,
а также с покрытием головок рельсов изолирующим слоем из
смазок, грязи, пыли и т. п. Поэтому нормируемые сопротивление
шунта и сопротивление изоляции другие по сравнению с анало-
гичными параметрами для магистрального транспорта Норматив-
ное сопротивление шунта на горочных стрелочных и межстрелоч-
ных рельсовых цепях принято равным 7?шп — 0,5 Ом, а минималь-
ное сопротивление изоляции рельсовых нитей на длине этих рель-
совых цепей /?н min = 3 Ом. Время срабатывания приемника при
занятии и освобождении этих рельсовых цепей 0,15 с. Несмотря
на большое сопротивление нормативного шунта и низкое минималь-
ное сопротивление балласта (3 Ом на длине 11,5м соответствует
0,034 Ом • км, т. е. в 30 раз ниже, чем на магистральном транс-
порте), вследствие сильного загрязнения головок рельсов стре-
лочных участков имели место случаи «потери шунта» и ложного
перевода стрелок под отцепом. Поэтому на наиболее загрязненных
стрелочных участках для контроля нахождения подвижного сос-
тава дополнительно рельсовой цепи устанавливают по одной или
по две путевые педали на один стрелочный участок: ПЗ и П4 на
стрелочные участки 5, 7 и П1, П2 на участок 3.
При проходе колесной пары над педалью (рис. 8.8) срабаты-
вает педальное реле ПД и включает медленнодействующие повто-
рители О ПСП и ПОПС с суммарным замедлением на отпускание
Рис. 8.7. Устройство изолированных путевых участков на сортировочных гор-
ках:
1ТП, 11ТП, ///Т/У — соответственно первая, вторая и третья тормозные позиции
169
Рис. 8.8. Схема нормально разомкнутой
рельсовой цепи переменного тока часто-
той 25 Гц, дополненная одной педалью
1,9—2,1 с. Эти реле разме-
щены в блоке медленно-
действующих повторителей
Б МП. Кроме того, для ис-
ключения перевода стрелки
под отцепами при потере
шунта в момент следования
длиннобазных вагонов стре-
лочный участок оборудуют
фотоэлектрическим или ра-
диотехническим устройством
(ФЭУ или РТУ) с контроль-
ным реле на выходе. Нали-
чие вагона на стрелочном
изолированном участке фик-
сируется ФЭУ или РТУ за
счет перекрытия светового
луча или сверхвысокочастот-
ного излучения рамой ваго-
на, контрольное реле обес-
точивается.
На сортировочных горках применяют две принципиально раз-
личные схемы рельсовой цепи: нормально-замкнутые, в которых
путевой приемник при свободной и исправной цепи возбужден,
и нормально-разомкнутые, в которых путевой приемник нормально
не возбужден.
Схема нормально-разомкнутой рельсовой цепи переменного
тока частотой 25 Гц дополнена одной педалью и используется
при любых видах тяги. Рельсовая цепь питается от преобразова-
теля частоты ПЧ50/25-150, приемником служит быстродействую-
щее импульсное реле ИС типа ИМВШ-110, подключаемое к аппа-
ратуре рельсовой цепи на электрифицированных участках через
фильтр типа ФП-25 (см. рис. 5 3, б), защищающий путевой прием-
ник от помех тягового тока.
При отсутствии шунта в пределах изолированного участка
путевой трансформатор ПТ работает в режиме, близком к холос-
тому ходу, сопротивление его первичной обмотки велико Zmax
и практически все напряжение питания от преобразователя час-
тоты прикладывается к первичной обмотке, напряжение на входе
фильтра ФП ниже напряжения отпускания путевого реле ИС.
При вступлении поезда на изолированный участок вторичная
обмотка путевого трансформатора закорачивается скатами под-
вижного состава, сопротивление его первичной обмотки умень-
шается до Zmin, в цепи первичной обмотки трансформатора пере-
распределяется напряжение источника питания и на входе ФП
появляется напряжение выше напряжения срабатывания путевого
приемника.
170
Рассмотрим основы расчета нормально-разомкнутой рельсовой цепи.
Для этого определим напряжение на входе фильтра ФП при отсутствии (7И
и наличии иш поездного шунта в пределах изолированного участка при са-
мых неблагоприятных условиях При отсутствии поездного шунта путевой
приемник ИС должен быть обесточен и поэтому неблагоприятными условиями
являются те условия, которые увеличивают напряжение на входе фильтра
ФП, а именно: максимальное напряжение источника питания Umax = 115 В,
минимальное сопротивление рельсовой линии изолированного участка
Яп min ~ 3 Ом и минимальное сопротивление соединительных проводов
ЯСп max — 0 между рельсами и вторичной обмоткой путевого трансформато-
ра ПТ. При наличии поездного шунта путевой приемник ИС должен быть
возбужден и поэтому неблагоприятными условиями являются те, которые
уменьшают напряжение па входе фильтра ФП, а именно: минимальное на-
пряжение источника питания t7mjn= 105 В, максимальное сопротивление по-
ездного шунта Яшн = 0,5 Ом, максимальное сопротивление изоляции
Яитах = 00 и максимальное сопротивление соединительных проводов
Ren max 0м-
Расчетные соотношения для определения напряжении L'JI и с7ш;
{/„ = /„ [Яр Яф/(Яр + Яф)Ь
где; /н—максимальный ток в цепи первичной обмотки трансфор-
матора ПТ при отсутствии поезда на рельсовой цепи, А;
Яр = 180 Ом — шунтирующий резистор;
Яф — входное сопротивление фильтра типа ФП-25, Ом.
Л<~^тах/[^тах + #о + Яр Яф/(Яр + Яф)],
где Яо — 360 Ом — ограничивающий резистор.
Сопротивление первичной обмотки путевого трансформатора при отсут-
ствии шунта на рельсовой линии
2	_ Ait (Ясп mio + Яи min) + ЯПт
пт (Ясп inin + ^n min) Г>пт
где Аит, Вит, Спт, £>„т — коэффициенты четырехполюсника трансформатора
типа ПТМ при п — 34.
В результате расчета получено:
2тах = 2490^33°Ом; |С7Н| = 3,5 В; = [Яр Яф/(Яр+Яф)];
— ^min/[^min “h Яо 4_Яр Яф/(Яр 4" Яф) ],
где /ш —- минимальный ток в цепи первичной обмотки трансформатора П
при наличии шунта на рельсовой цепи;
Zmln — сопротивление первичной обмотки путевого трансформатора при
наличии шунта на рельсовой линии;
7 ^Пт (Ясп max -рЯщн) Ч~ ^Пт	т
Сцт (Ясп шах + Яшн ) + Dm
Zmln==650e/4I° Ом и | йш | =9,1 В.
Так как коэффициент передачи фильтра Яп иа сигнальной частоте 25 Гц
равен 0,58, то напряжение на обмотке путевого приемника при отсутствии
шунта на изолированном участке (7ПН = 0,58 UH = 2 В, а при его наличии
1/нш = 0,58 (7Ш = 5,28 В. Напряжение срабатывания путевого приемника
типа ИМВШ-110 UCp — 3,2 В и напряжение отпускания (70тп = 2 В. Так
как С7ПН = Г7ОТП, а ^пш> ^ср. то данная рельсовая цепь надежно фиксирует
наличие и отсутствие шунта в пределах изолированного участка. Наличие
шунта фиксируется с большим коэффициентом запаса Кя = t/nni t/Cp ~
= 5,28'3,2 — 1,65, который обеспечивает требуемое быстродействие схемы по
срабатыванию путевого приемника (менее 0,15 с).
171
Рис. 8.9. Схема вентильной рельсовой
цепи
Для обеспечения более
качественной работы нор-
мально-разомкнутой рельсо-
вой цепи, т. е. большему
отношению UnH к ДПш ПРИ
заданных нормативах на
шунт и на сопротивление
изоляции следует стремиться
к стабилизации напряжения
источника питания, повыше-
нию сопротивления холостого
хода Zxx путевого трансфор-
матора ПТ и уменьшению
сопротивления /?сп тах между
путевыми трансформатором и
рельсами. Увеличение Zxx и
уменьшение /?с тах способ-
ствуют большему отношению
^тах к Zmin, что и опре-
деляет главным образом эффективность схемы. Путевое реле СП
(см. рис. 8.8), обесточившись, фиксирует занятость изолированного
участка, если срабатывает приемник рельсовой цепи ИС (размы-
кается его фронтовой контакт) или срабатывает педаль (размы-
каются тыловые контакты реле О ПСП или ПОСП),
При оборудовании изолированного участка фотоэлектричес-
ким или радиотехническим устройством последовательно с об-
моткой путевого реле СП включен контакт выходного реле фото-
электрического или радиотехнического устройства.
Нормально замкнутые рельсовые цепи, применяемые на стре-
лочных и межстрелочных участках, мало отличаются от рельсовых
цепей с одноэлементным приемником (реле типов НМВШ2-1000/1000;
ЫВШ-800). Рельсовые цепи с двухэлементными приемниками на
горках не используют из-за их низкого быстродействия.
Рельсовые цепи с вентильным преобразователем (рис. 8.9)
применяют на горках (для бесстрелочных участков замедлителей),
а также на участках приближения к переездам и на промышленном
транспорте. Они питаются током частотой 50 Гц от путевого транс-
форматора ПТ. Путевой приемник — реле П (типов АНШ2-2,
НШ2-2, НШ1-2) работает от постоянного тока. В качестве огра-
ничителя используют электролитические конденсаторы большой
емкостью С = 1000 4- 2000 мкФ. Конденсатор С предотвращает
замыкание постоянной составляющей через обмотку трансформа-
тора ПТ, исключая его подмагничивание. При свободности рель-
совой цепи переменный ток от путевого трансформатора выпрям-
ляется вентилем VD и его постоянная составляющая возбуждает
путевое реле П. При вступлении поезда на рельсовую цепь его
скаты шунтируют вентиль VD и постоянная составляющая тока
172
резко снижается, размыкаются фронтовые контакты путевого реле.
Эта рельсовая цепь обладает высоким быстродействием.
Вентильные рельсовые цепи имеют непрерывный контроль
исправности элементов аппаратуры и наличия напряжения источ-
ника питания. Их недостаток — необходимость применения элек-
тролитических конденсаторов, работающих в цепи переменного
тока.
Для автоматизации процесса расформирования составов на
сортировочных горках следует иметь информацию о длине /п сво-
бодной части подгорочного пути, начиная от паркового замедли-
теля. Эту задачу выполняет устройство контроля заполнения
подгорочных путей (КЗП) с помощью путевых датчиков стати-
ческого контроля.
Один из вариантов датчика выполнен на базе рельсовой цепи
без изолирующих стыков в пределах каждого подгорочного пути
(рис. 8.10). Каждый подгорочный путь, в конце которого устанав-
ливается перемычка П между рельсами, запитывается током час-
тотой 1000 Гц от генератора тока. Напряжение, создаваемое за
счет протекания по рельсу сигнального тока с участков одной
рельсовой нити длиной по 30 м, подается на входы двух электрон-
ных приемников ЭПР. Для одного из этих приемников напряжение
будет отпирающим С7ОТК, а для последующего — запирающим (/зап.
Замедлитель
Рис. 8.10. Схема бесстыковых рельсовых цепей контроля заполнения подго-
рочных путей
173
Работа устройства КЗП на каждом участке основана на сравнива-
нии напряжений (70тк и (7аап, выполняемым ЭПР. Для возбуждения
путевого реле П на выходе ЭПР необходимо, чтобы разность С/зап —
С/Отк не превышала некоторого значения А. Соотношение С/зап —
^отк < имеет место для электронного приемника ЭПР, если
пбследний вагон на подгорочном пути расположен правее участка,
с которого на данный приемник подается отпирающее напряжение.
В зависимости от места нахождения последнего вагона на подго-
рочном пути контакты путевых реле 1П—10П осуществляют ком-
мутации в измерительной цепи, содержащей последовательно вклю-
ченные вторичные обмотки измерительных трансформаторов 1ИТ—
10ИТ. При занятии вагоном какого-либо участка пути соответст-
вующее путевое реле отключает от измерительной цепи источники
напряжения своего участка и участков, следующих по ходу дви-
жения вагонов В измерительную цепь оказываются включенными
источники всех ближайших к началу подгорочного пути и сво-
бодных от вагонов участков, а на выходе цепи установится напря-
жение, пропорциональное их числу. Это напряжение подается
через разделительный трансформатор РТ на устройство, преобра-
зующее это напряжение в цифровое значение.
В этих рельсовых цепях используют потенциальные приемники.
Разработан также бесстыковой вариант рельсовой цепи с исполь-
зованием токовых приемников [401, который устраняет недостатки
варианта с потенциальным приемником, связанные с нестабиль-
ностью напряжения на стыковых соединителях.
8.3. Рельсовые цепи контроля свободности перегона
и участков приближения к переездам и станциям
Разработаны технические предложения по реализации систем
контроля свободности перегона, основанных на рельсовых цепях
с изолирующими и без изолирующих стыков. При создании всех
этих систем ставилась задача минимального расхода линейных
проводов.
Системы контроля свободности перегона на базе рельсовой
цепи с изолирующими стыками (рис. 8 11). Основой этой системы
являются рельсовые цепи с трансляционными точками. На одной
из станций, ограничивающих перегон, например наст. А, имеется
источник питания рельсовой цепи переменного тока — преобразо-
ватель частоты типа ПЧ50/25. От этого преобразователя питается
воздушная линия связи напряжением 36 В. Рельсовая линия
перегона разделена изолирующими стыками на отдельные рельсо-
вые цепи (РЦ1, РЦ2, РЦЗ и РЦ4). У каждого стыка размещается
аппаратура транслирующей точки ТТ1, ТТ2, ТТЗ. У входного
светофора ст. А устанавливается аппаратура, подающая в РЦ1
импульсы переменного тока при подключении рельсовой линии
174
К
175
к линии питания через изолирующий трансформатор ИТ. Импульсы
передаются при замыкании фронтового контакта реле Г, обмотка
которого включена на выходе генератора импульсов ГИ. Времен-
ные параметры импульсов генератора ГИ выбраны такими, чтобы
во время паузы импульсы транслировались по всем рельсовым
цепям перегона. Длительность импульсов 0,25—0,3 с, а скваж-
ность регулируют в зависимости от числа рельсовых цепей на пе-
регоне. У входного светофора ст. Б установлено реле И4, подклю-
ченное к рельсовой линии через изолирующий трансформатор ИТ.
Если это реле работает в импульсном режиме, то перегон свободен.
Контакт повторителя импульсного реле ПИ управляет работой
дешифратора импульсной работы ДИР, на выходе которого уста-
новлено реле ДИ, управляющее схемой реле контроля свободности
перегона ДСП. В данной схеме предусматривается передача ин-
формации о состоянии перегона со ст Б паст. А. Для этого исполь-
зована линия питания, которая уплотнена сигнальным током
повышенной частоты, вырабатываемым генератором ГЧ, подающим
питание в воздушную линию во время импульсов, т. е. во время
срабатывания реле И4 и его повторителя ПИ. На ст. А к линии
питания через разделительный дроссель L подключен частотный
приемник ПР, воспринимающий импульсные посылки от генера-
тора ГЧ. На выходе частотного приемника ПР установлен дешифра-
тор импульсной работы ДИР. Контакты выходного реле ДИ уп-
равляют схемой включения реле контроля свободности перегона
СВР ДСП. Таким образом, информация о свободности перегона
имеется на двух станциях
Работа рельсовой цепи системы с трансляционными токами
поясняется временной диаграммой (рис. 8.11, б). При срабатыва-
нии реле Г на ст. А (см. рис. 8.11, а) линия питания через изоли-
рующий трансформатор ИТ подключается к рельсовой линии РЦ1
и в последнюю подается импульс. В случае свободности и исправ-
ности рельсовой линии срабатывает реле И1 на первой трансля-
ционной точке ТТ1. Фронтовым контактом реле И1 к линии пита-
ния через выпрямительный мост VD1 — VD4 и резистор RJ под-
ключается конденсатор С1, который заряжается до амплитудного
значения напряжения в линии питания. По окончании импульса
обесточивается реле Г и И1, конденсатор С1 разряжается на об-
мотку трансмиттерного реле Т1, через фронтовой контакт кото-
рого линия питания подключается к рельсовой линии РЦ2. Анало-
гично транслируются импульсы на всех последующих точках.
При отсутствии поезда на перегоне и исправности всех рельсовых
цепей в конце цикла трансляции срабатывает реле И4. При нали-
чии поезда в пределах перегона или при неисправности одной из
рельсовых цепей реле И4 не будет работать в импульсном режиме.
Для обеспечения подключения к линии питания в каждый момент
времени только одной рельсовой цепи, что требуется для работы
системы, необходимо, чтобы длительность цикла генератора им-
176
Рис. 8.12. Зависимость сопротивле-
ния питающей линии от длины рель-
совой цепи
1 — Г и mln~0,7 Ом-км; 2 — гм mln —
=0.5 Ом-км; 3 — гм min = 0,3 Ом-км
Рис. 8.13. Схема трансляционной
точки
пульсов ГИ была больше времени трансляции импульсов по пере-
гону (см. рис. 8.11, б).
Недостатком этой системы является использование рельсовой
цепи с изолирующими стыками.
Основной характеристикой системы является зависимость со-
противления питающей линии R, определяющего максимальную
длину линии питания, от длины рельсовой цепи I и минимального
сопротивления изоляции rlimin (рис. 8.12). Если в качестве линии
питания используют биметаллические провода диаметром 4 мм с .
удельным сопротивлением петли 22 Ом/км при длине рельсовой
цепи 1,5 км и - минимальном сопротивлении изоляции 0,5 Ом • км,
максимальная удаленность питающего конца рельсовой цепи от
поста, где расположен преобразователь частоты, /тах = 270/22«
ж 12 км.
Схема трансляционной точки системы контроля свободности
перегона на базе рельсовых цепей без изолирующих стыков
(рис. 8.13) построена по тем же принципам, что и схема (см. рис. 8.11,
а). На каждой трансляционной точке содержатся три реле: импульс-
ное путевое И, трансмиттерное Т и реле фиксации Ф, которые
нормально обесточены. Если в рельсовой цепи появилось напря-
жение, достаточное для срабатывания реле И, то оно притягивает
якорь и фронтовым контактом создает цепь заряда конденсатора С7,
проходящую от линии питания напряжением 230 В через выпря-
митель VD1 — VD4 и ограничивающий резистор R1. Одновременно
от линии питания заряжается конденсатор С2 через тыловой кон-
такт реле Т. После окончания импульса реле И обесточится и ты-
177
L
левым контактом создаст цепь разряда конденсатора С1 на об-
мотку трансмиттерного реле Т через резистор R2. Реле Т срабо-
тает, и через его фронтовой контакт конденсатор С2, заряженный
во время импульса, подключится к обмотке фиксирующего реле Ф.
Реле Ф возбудится, и через его фронтовые контакты по линии пи-
тания напряжение будет передаваться на следующую точку, а
также через ограничивающий конденсатор СЗ и выпрямительный
мост VD5 — VD8 на свою обмотку. С момента срабатывания реле Ф
и до момента отпускания якоря реле Т в рельсовую линию от линии
питания через фронтовые контакты реле' Т и трансформаторы Т1
и Т2 поступает переменное напряжение. Длительность импульса
зависит от параметров цепи разряда конденсатора С1. По оконча-
нии импульса реле Ф остается под током и своими контактами
отключает цепь заряда конденсатора С1, поэтому при срабаты-
вании реле И от импульса, посылаемого в рельсовую линию сле-
дующей по направлению к ст. Б трансляционной точки, реле Т
не сработает и, таким образом, одна трансляционная точка дважды
в течение одного цикла работы системы послать в рельсовую линию
импульс не может. Если при хорошем балласте от импульса в рель-
совой линии сработают путевые реле нескольких по направлению
кет. Б трансляционных точек, то ответный импульс в линию может
послать только первая по направлению к ст. Б, еще не работавшая
в данном цикле трансляционная точка, поскольку на остальные
трансляционные точки еще не будет подано напряжение по линии
питания. Трансляционные точки расположены на расстоянии
1,2—1,6 км друг от друга.
Известно техническое решение по реализации системы конт-
роля свободности перегона, построенной на базе бесстыковых
рельсовых цепей с трансляционными конденсаторами и линией
питания постоянного тока напряжением 230 В [2].
Реактивные рельсовые цепи. Для контроля участков приближе-
ния к станциям и переездам при полуавтоматической блокировке,
а также для контроля состояния поездных, карьерных и тупиковых
путей на линиях с автономной тягой целесообразно использовать
реактивные рельсовые цепи. Они представляют собой импульсные
рельсовые цепи постоянного
тока, в которых импульсное
путевое реле получает рабочие
импульсы от энергии разряда
энергоемкого элемента — кон-
денсатора либо дросселя. В этих
рельсовых цепях путевое реле
и источник питания располо-
жены в одной точке, поэтому ре-
ализация реактивных рельсовых
цепей связана с минимальным
расходом кабеля.
178
Рис. 8.14. Схема реактивной рельсо-
вой цепи с дроссельным реактором
В схеме (рис. 8.14) при замыкании контакта маятникового
трансмиттера МТ ток от путевой батареи GB через ограничивающий
резистор R поступает в рельсовую линию и в обмотку дросселя L
на противоположном конце рельсовой цепи, создавая в дросселе L
магнитный поток. Часть тока батареи ответвляется в обмотку
импульсного реле И (типа ИМИ! 1-2). Однако реле И обладает
полярными свойствами и не реагирует на импульс от батареи.
Сопротивление обмотки путевого реле И в несколько раз превы-
шает входное сопротивление рельсовой линии и дросселя L, поэто-
му в обмотку ответвляется незначительная часть тока батареи GB.
Протекание тока батареи через обмотку реле можно исключить
включением диода VD последовательно с обмоткой реле И. При
размыкании контакта маятникового трансмиттера МТ ток через
дроссель L мгновенно измениться не может и замыкается через
обмотку реле И, последнее срабатывает. Таким образом, при сво-
бодной и исправной рельсовой цепи импульсное реле работает в
импульсном режиме. В случае вступления на рельсовую линию
поезда дроссель L шунтируется скатами поезда и импульсная ра-
бота реле И прекращается. В схеме в качестве дросселя L исполь-
зуют трансформатор типа ПРТ-25, вторичная обмотка которого
подключена к рельсовой линии, а первичная — разомкнута.
Глава 9
РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ УЧАСТКОВ
С НИЗКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ИЗОЛЯЦИИ
9.1. Состояние вопроса
Работоспособность рельсовой цепи характеризуется диапазо-
ном изменения удельного сопротивления изоляции рельсовой линии,
в котором обеспечивается выполнение нормального, шунтового
и контрольного режимов. Верхняя граница этого диапазона соот-
ветствует сопротивлению изоляции при сильно промерзшем бал-
ласте, которое принимается бесконечно большим. В этом случае
работоспособность рельсовой цепи определяется нижней грани-
цей допустимого изменения сопротивления изоляции. Известно,
что нормативное минимальное сопротивление изоляции на оте-
чественных железных дорогах ги mln = 1 Ом • км. В большинстве
стран это сопротивление выше: в Японии — 1,6 Ом • км, в США —
1,8 Ом - км, в Аргентине—1,5 Ом - км, в ряде социалисти-
ческих стран и странах Западной Европы — 2 Ом • км. Несмотря
на низкое нормативное сопротивление изоляции, на некоторых
участках отечественных железных дорог сопротивление изоляции
ниже нормы. Из почти 300 тыс. рельсовых цепей на сети дорог
более 22% эксплуатируют при сопротивлении изоляции ниже
нормативного и около 7% — при сопротивлении изоляции в нес-
колько раз ниже нормативного. Это участки массовой перевозки
сыпучих грузов (минеральных удобрений, угля, руды и т. д.),
а также участки, заносимые песком. В сухую погоду удельное
сопротивление изоляции на них ги = 0,03 4- 0,5 Ом • км, а при
выпадении осадков оно снижается до ги =0,01 4- 0,15 Ом - км.
Число отказов по причине
низкого сопротивления изоля-
ции в среднем по сети дорог
составляет 16% общего числа
отказов рельсовых цепей, а на
отдельных направлениях дохо-
дит до 70—80%. Причем эти от-
казы возникают при определен-
ных погодных условиях и носят
длительный характер, что приво-
дит к значительным задержкам
поездов. По мнениям специали-
стов в будущем ожидается
еще большее снижение сопро-
тивления изоляции рельсовой
180
линии. На рис. 9.1 показана характерная гистограмма распреде-
ления продолжительности отказов Т в рельсовых цепях по меся-
цам для участка железной дороги, на котором низкое сопротивле-
ние изоляции обусловлено сильным загрязнением балласта солон-
чаковой пылью. Анализ распределения отказов по месяцам пока-
зывает, что наиболее часты продолжительные отказы в период
весенних дождей (апрель-май) и осенью (ноябрь), когда идут
дожди с мокрым снегом. В силу указанных соображений разра-
ботка мероприятий, направленных на обеспечение работоспособ-
ности рельсовых цепей на участках с низким сопротивлением изо-
ляции, актуальная задача.
9.2. Повышение работоспособности рельсовых цепей
Возможные пути повышения работоспособности рельсовых це-
пей в условиях пониженного сопротивления изоляции представ-
лены на рис. 9.2. Эффективность сокращения длины рельсовой
цепи с изолирующими стыками при различных частотах сигналь-
ного тока f поясняется кривыми (рис. 9.3). Снижение частоты сиг-
нального тока благоприятно влияет на возможность работы рель-
совых цепей при пониженном сопротивлении изоляции. Это пре-
имущество низких частот тем больше, чем длиннее рельсовые цепи.
Таким образом, для повышения работоспособности рельсовых
цепей с изолирующими стыками необходимо снижать частоту
сигнального тока. Именно поэтому при всех видах тяги широко
внедряют рельсовые цепи частотой 25 Гц.
Кривые (см. рис. 9.3) рассчитаны при оптимальных входных
сопротивлениях аппаратуры питающего* и релейного концов. Мо-
дули оптимальных входных сопротивлений по концам Z (см.
табл. 3.4) соответствуют минимальным расчетным сопротивлениям
изоляции при фиксированных длинах рельсовых цепей. Эти вход-
ные сопротивления рассчитаны из условий выполнения шунтового
и контрольного режимов.
Эти кривые и данные таблицы являются основой для проекти-
рования рельсовых цепей при заданном минимальном расчетном
сопротивлении изоляции.
Целесообразность сокращения длин рельсовых цепей может
быть оценена по диаграмме работоспособности, показывающей
для конкретного типа рельсовой цепи зависимость между длиной
рельсовой цепи и максимальной рабочей проводимостью изоляции
gmax (рис. 9.4).
Сокращение длины рельсовой цепи связано с увеличением
числа изолирующих стыков и силовых опор с оборудованием для
электроснабжения, а также с размещением релейных шкафов
с аппаратурой. Все это увеличивает затраты на строительство,
181
создает дополнительные трудности при обслуживании и резко
снижает аппаратурную надежность автоблокировки.
Одним из направлений повышения работоспособности рельсо-
вых цепей является корректировка нормативов, при которых
выполняются основные режимы работы рельсовых цепей. К этим
нормативам относятся сопротивление поездного шунта /?шн и
коэффициент поверхностной утечки tn. Оценим целесообразность
изменения нормативных значений /?и1Н и т с точки зрения повы-
шения работоспособности рельсовых цепей, т. е. уменьшения ра-
бочего сопротивления изоляции. При расчетах шунтового и конт-
рольного режимов принимают /?шн = 0,06 Ом и т = 0. Для по-
вышения работоспособности рельсовых цепей необходимо снизить
сопротивление /?„1Н и повысить коэффициент т. Ослабление тре-
бования к одному из указанных нормативных значений при неиз-
менности другого имеет ограниченный практический смысл в плане
повышения работоспособности рельсовых цепей.
Кривые (рис. 9.5) рассчитаны для частоты f = 25 Гц при вход-
ных сопротивлениях аппаратуры по концам ZBX = 0,3 Ом. Коррек-
тировка нормативов на RUIH и т в сторону их ужесточения —
эффективное средство повышения работоспособности рельсовых
цепей.
Оценим целесообразность изменения нормативных значений /?шн
и т для перегонных кодовых рельсовых цепей частотой 50 и 25 Гц,
а также для перегонных импульсных рельсовых цепей постоян-
Рис. 9.2. Пути повышения работоспособности рельсовых цепей
« оэ
a)
Рис. 9.3 Зависимость предельной длины рельсовой цепи I от минимального
расчетного сопротивления изоляции ги при различных частотах f и коэффици-
енте возврата /Свн— 0,585 (а), ^вн —0,4 (б):
l-f-25 Гц; 2 — f=75 Гц: 3 — /=175 Гц; 4 - /=475 Гц
ного тока в плане повышения их работоспособности, т. е. снижение
минимального рабочего сопротивления изоляции. Анализ диа-
грамм (рис. 9.6) показывает, что эффект повышения работоспособ-
ности от изменения нормативных значений /?шн и т может быть
значителен. Однако снижение нормативного сопротивления шунта
по отношению к норме 0,06 Ом вряд ли обосновано. За рубежом
нормативное сопротивление шунта равно или больше той нормы,
которая принята в СССР. В некоторых странах Западной Европы
нормативное сопротивление шунта 0,1 Ом, в Финляндии — 0,2 Ом,
в ГДР — на перегонах и станциях по главным путям — 0,06 Ом,
а по боковым путям — 0,4 Ом, в Греции — 0,3 Ом, в США — 0,06
Ом, в Аргентине—0,09 Ом. Исследования, выполненные ВНИИЖТ,
показали, что нет достаточных оснований для пересмотра нор-
мативных значений Rum и т. По мнению авторов, пересмотр
нормативов на /?шн и т и регулировка рельсовых цепей исходя
из более жестких требований на /?пш и т могут быть приняты как
крайняя мера на ограниченные временные периоды с одновремен-
ным принятием ряда организационных мероприятий (в частности,
запрещением движения легких подвижных единиц).
Шунтовой режим работы рельсовых цепей рассчитывают, пред-
полагая, что сопротивление изоляции равно бесконечности. Такое
сопротивление изоляции неблагоприятно для обеспечения шунто-
вого режима В то же время измерения на участках с низким со-
противлением изоляции показали, что при благоприятных погод-
ных условиях сопротивление изоляции стабилизируется на неко-
тором уровне, отличном от бесконечности. По результатам расчета
минимального рабочего сопротивления изоляции гн в нормальном
режиме при различных максимальных сопротивлениях изоляции
в шунтовом режиме гигаах построены кривые (рис. 9.7). Штрихо-
вые линии представляют собой асимптоты, к которым стремятся
183
Рис. 94 Диаграмма работоспособности
для кодовых рельсовых цепей частотой
50 Гц с дроссель-трансформаторами ти-
па ДТ-0,6 на питающем и типа ДТ-0,2
на релейном концах при Лвн =0,585
Рис. 9.5. Зависимости минимального сопротивления изоляции г„ (а) и мини-
мального коэффициента поверхностной утечки т (б), при котором обеспечи-
вается выполнение контрольного режима ог нормативного сопротивления
шунта:
1—К вн -0.4; 2 —КвН=О,585; 3 — Кви=1;4 — при электрической тяге; 5—при автоном
ной тяге
184
Рис. 9.6. Зависимости длины
рельсовой цели от максимальной
рабочей проводимости изоляции
кодовых рельсовых цепей частотой
50 Гц (л) и 25 Гц (б), а также
импульсной рельсовой цепи посто-
янного тока (в):
------— кривая для ограничивающего
контрольного режима;
/ —/?шн=0.03 Ом, /и—1,4; 2—/?шн=
= 0.03 Ом, Щ=О.С; 3 —Яшн=0.06 Ом:
м=0; 4 — /?шн=0,03 Ом. ш-=2:	>—
/бин—0,06 Ом. /н=0,4
0	2 Ч 6	/км
кривые при rIimax-> сю. При этом учитывались условия выполне-
ния только шунтового режима. Если в результате исследований
установлено, что максимальное сопротивление изоляции ги тах
стабилизируется на невысском уровне, то это может быть исполь-
зовано для снижения минимального сопротивления изоляции.
При этом должно быть доказано, что коэффициент поверхностной
проводимости изоляции на этих участках не ниже расчетного.
Как показывают расчеты, для выполнения контрольного режима
при длине рельсовой цепи I < 1,2 км и r„max = 0,2 Ом • км доста-
точно, чтобы т было более 1,2.
Существует мнение, что для повышения работоспособности
рельсовых цепей на участках с пониженным сопротивлением изо-
ляции можно отказаться от выполнения контрольного режима.
Следует отметить, что невыполнение контрольного режима при
электрическом обрыве рельсовых нитей в двух точках и располо-
жении шунта между точками обрыва (рис. 9 8) приводит к лож-
ному контролю свободности рельсовой цепи при ее фактической
занятости. Таким образом, отказ от выполнения контрольного
режима есть отказ от выполнения шунтового режима, что совер-
185
шенно неприемлемо по условиям безопасности движения поездов.
В то же время возможна реализация технических решений, позво-
ляющих раздельно проверить выполнение шунтового и контроль-
ного режимов в рельсовой цепи. К таким решениям относится ор-
ганизация в пределах рельсовой цепи двух каналов с временным
или частотным разделением. При этом в пределах одного канала
реализуются условия, наиболее благоприятные для выполнения
шунтового режима (|ZBX| -> оо), а в пределах другого — наиболее
благоприятные для выполнения контрольного режима (|ZBX| 0).
В табл. 9.1 приведены результаты расчета, определяющие зави-
симость минимального сопротивления изоляции от длины рель-
совой цепи ги mln — f(l), полученные из условия выполнения только
шунтового и только контрольного режимов раздельно.
При разделении режимов работы рельсовых цепей ограничи-
вающим по минимальному сопротивлению изоляции во всех слу-
чаях является шунтовой режим.
Сравнение данных, приведенных в табл. 9.1 и на кривых (см.
рис. 9.3), при низком приведенном коэффициенте возврата К™
показывает, что разделение шунтового и контрольного режимов
позволяет существенно уменьшить минимальное расчетное сопро-
тивление изоляции. При высоких /<вн указанное техническое
решение менее эффективно.
При принятом методе расчета режимов работы рельсовых цепей
Рис. 9.7 Зависимости минимального рабочего сопротивления изоляции г„ в
нормальном режиме от максимальных сопротивлений изоляции в шунтовом
режиме Гитах при длине рельсовой цепи 1—\ км (о) и /=0,3 (б)
/—/и = 0,31 Ом-км; II— Ги—0,155 Ом-км; III—ги=0,09 Ом-км; IV — гк= 0,1 Ом-км; V —
ги=0,041 Ом-км; V/— ги—0,021 Ом-км: / —Хвн*=0,4; 2 — /Свн=0,585; 3 — Кв1 =!
186
Рис. 9.8. Схема, поясняющая условия нарушения шунтового режима при об-
рыве рельсовых нитей в двух точках и расположении шунта между точками
обрыва
и контрольного режимов входит приведенный коэффициент надеж-
ного возврата /Св». При этом /Свн = /Свн//Си» где коэффициенты
/<1Ш и Ли учитывают несовершенство соответственно путевого прием-
ника и источника питания. Коэффициент /Свн позволяет учитывать
влияние несовершенства всей аппаратуры, приемника и источника
питания на работоспособность рельсовой цепи. Из кривых зави-
симости минимального сопротивления изоляции от приведенного
коэффициента надежного возврата путевого приемника ги mln =
= /(Лвн) (рис. 9.9) следует, что повышение /Свн, которое может
быть достигнуто увеличением коэффициента возврата приемника
и стабилизацией напряжения источника питания, — эффективное
средство снижения минимального рабочего сопротивления изоля-
ции. Возможность повышения коэффициента /Сви выше значений
0,7—0,8 сомнительна.
Таблица 9.1
Длина рельсовой цепи /.км	Минимальное сопротивление изоляции ги mjn, Ом-км, при коэффициенте возврата К^н		Расчетные данные
	0,585	0,4	
	Шунтовой режим		
0,6	0,077	0,11	f = 25 Гц
1	0,14	0,2	/?шн=0,06 Ом
2	0,32	0,45	1 ^ВХ 1	00
	Контрольный режим		
0,6	0,025/0,03	0,03/0,06	f = 25 Гц
1	0,03/0,04	0,05/0,08	т — 0
2	0,16/0,17	0,3/0.36	1 2ВХ | —* 0
Примечание. В числителе дано значение ги mjn при отсутствии дроссель-
трансформаторов, а в знаменателе—при их наличии.
187
Рис. 9.9	Рис. 9.10
Рис. 9.9. Зависимости минимального сопротивления изоляции от приведенного
коэффициента надежного возврата путевого приемника при f=25 Гц, /п=0;
/?1ин = 0,06 Ом:
/ — /=2 км; 2 — I— 1 км; 3 — 1 = 0,6 км
Рис. 9.10. Диаграмма работоспособности кодовой рельсовой цепи частотой
50 Гц (/) и 25 Гц (2)
В [41] изложены идеи вероятностного метода расчета рельсовых
цепей, который в более полной мере отражает реальную ситуацию,
чем детерминированный метод расчета. При вероятностном методе
учитывают, в частности, разброс параметров элементов аппара-
туры При детерминированном методе расчета используют
номинальные параметры элементов и при этом не учитывается
влияние разброса параметров элементов на режимы работы рель-
совых цепей. Расчеты режимов работы кодовых рельсовых целей
частотой 50 Гц вероятностным методом показали, что в диапазоне
длин от 1 до 2,5 км при прочих равных условиях снижение раз-
броса параметров всех элементов аппаратуры в 2 раза по сравне-
нию с типовыми приводит к снижению минимального расчетного
сопротивления изоляции на 7—10%.
При определении минимальных рабочих сопротивлений изо-
ляции в зависимости от различных расчетных условий учитывались
только принципиальные ограничения, связанные с выполнением
режимов работы рельсовых цепей. Энергетические ограничения
при этом во внимание не принимались. Не учитывались также
уровни сигналов з рельсовых цепях с точки зрения их соответствия
требованиям техники безопасности.
Диаграммы работоспособности (рис. 9.10) построены для двух
типов рельсовых цепей исходя из того, что напряжение на вторич-
ной обмотке питающего трансформатора не превышает 220 В.
Кривые показывают принципиальные ограничения на работоспо-
собность рельсовых цепей, связанные с превышением напряжения
питания исходя из требований техники безопасности. Эти ограни-
188
чения сказываются на участках с низким сопротивлением изоляции
при переходе на сезонную регулировку. Для таких участков с
целью снятия ограничений требований по энергетике и техники
безопасности (напряжение питания не более 220 В) может быть
использована усилительная приставка, включаемая на релейном
конце фазочувствительной рельсовой цепи. Такую приставку целе-
сообразно применять при нормальном сопротивлении изоляции в
станционных рельсовых цепях частотой 25 Гц при автономной
тяге и аккумуляторном резерве для существенного уменьшения
мощности, потребляемой фазочувствительной рельсовой цепью
[56].
В процессе эксплуатации фазочувствительных рельсовых цепей
при низком сопротивлении изоляции и сезонной регулировке
возникают ограничения, связанные не только с требованиями
энергетики и техники безопасности, но и с большим изменением
аргумента сопротивления передачи рельсовой цепи в нормальном
режиме при колебаниях сопротивления изоляции от реального
минимального значения до бесконечности. В этом случае может
создаться следующая ситуация: при реальном минимальном со-
противлении изоляции рельсовую цепь настраивают в нормальном
режиме на фазовые соотношения, близкие к идеальным. В случае
возрастания сопротивления изоляции от минимального значения,
несмотря на многократное возрастание уровня сигнала на путевом
элементе, фазочувствительный приемник обесточится вследствие
того, что отклонение фазового угла от идеального приблизится
к 90°. Указанная особенность фазочувствительных рельсовых
цепей может быть использована как свойство, обеспечивающее
контроль недопустимых перегрузок на входе путевого приемника,
при которых нарушаются условия выполнения шунтового и конт-
рольного режимов Кривые (рис. 9.11) зависимости Аср = f(rM mIn)
приведены для колебаний сопротивлений изоляции, изменяющихся
от минимального сопротивления изоляции ги min до бесконечности.
Одно из направлений совершенствования аппаратуры рельсовых
цепей связано с созданием приемника, обладающего порогом от-
пускания при достижении входным сигналом максимально допус-
тимой перегрузки. При этом верхний порог отпускания должен
быть реализован по первому классу надежности. Наличие верхнего
порога отпускания дает возможность использовать в рельсовых
цепях сезонную регулировку без нарушения требований безопас-
ности.
Данное техническое предложение может быть использовано
только совместно с техническими средствами прогнозирования
приближения сигнала на входе приемника к величине, требую-
щей выполнения операции регулировки Для оценки возможнос-
тей данного направления построены зависимости приведенного ко-
эффициента допустимой перегрузки Кдп от минимального сопротив-
ления ИЗОЛЯЦИИ (рис. 9.12) Кдп-=(Квн/|^птах|)П1,П1 |^пш min|, 4>к min|] =
189
Рис. 9.12. Зависимости приведенных коэффи-
циентов возможной Квп и допустимой Кдп пе-
регрузок от минимального сопротивления изо-
ляции при f=25 Гц, 7(вн =0,585:
1 — /—0,6 км; 2 — 1—1,0 км; 3 — 2=2,0 км
Рис. 9.11. Зависимости фа-
зового сдвига Дд от мини-
мального расчетного сопро-
тивления изоляции рельсо-
вой линии при длине рель-
совой цепи /=1,5 км (/) и
I = 1 км (2)
— Там же приведены зависимости возможных приведенных
коэффициентов перегрузки /СвП при колебаниях сопротивления
изоляции от текущего значения ги до ги —> оо. Коэффициент пере-
грузки Ккп = К™ (IZnk/IZJn^oo).
При Лдо> для фиксированной длины рельсовая цепь
не требует сезонной регулировки. Возможность использования
рассматриваемого технического решения зависит, с одной сторо-
ны, от скорости изменения сопротивления изоляции, а с дру-
гой — от возможного времени реакции обслуживающего персонала
на сигнал о необходимости регулировки рельсовой цепи. Для
повышения работоспособности рельсовой цепи на действующих
участках с низким сопротивлением изоляции интенсивно внедряют
технические решения, связанные с устройством в пределах сущест-
вующих блок-участков, ограниченных изолирующими стыками,
нескольких рельсовых цепей без изолирующих стыков. Известны
два принципиально различных направления.
Бесстыковые рельсовые цепи. В пределах существующих блок-
^частков устраивают рельсовые цепи наложения, работающие на
тональных частотах ПП (Р ис. 9 13). Схема для блок-учасдка
между светофорами 5 и 7 в значительной мере совпадает со схемой
централизованной автоблокировки без изолирующих стыков для
перегона (см. §7.1). В пределах рассматриваемого блок-участка
оборудовано шесть рельсовых цепей без изолирующих стыков.
Аппаратура рельсовых цепей А4, А5 и А6 размещена в релейном
шкафу светофора 5, а Б1, Б2, БЗ — в релейном шкафу светофора 7.
190
Аппаратура рельсовой цепи подключена к рельсовой линии кабе-
лем через согласующие элементы СЭ, в качестве которых исполь-
зуют путевые трансформаторы типа ПОБС-2А, устанавливаемые
в путевых коробках. Бесстыковые рельсовые цепи питаются от
генераторов Г, каждый из которых работает на два приемника П
по обе стороны от точки подключения к рельсовой линии. В обозна-
чениях генераторов и приемников в числителе указаны несущие
частоты сигналов (/', /"), а в знаменателе — частоты модуляции
(F', F"). Между сигнальными точками 5 и 7 информация передается
по линейным цепям Л—ОЛ и С—ОС. По линии Л—ОЛ передается
информация с сигнальной точки 5 на сигнальную точку 7 о состоя-
нии рельсовых цепей Al, А2 и АЗ, а по линии Н—ОН осуществ-
ляется смена направления движения. Схему бесстыковых рельсо-
вых цепей в пределах блок-участка дополняют устройствами авто-
матической локомотивной сигнализации (АЛС) числового кода.
Путевые устройства АЛС подключают к релейным и к питающим
концам бесстыковых рельсовых цепей. При использовании рель-
Рис. 9.13 Структурная схема бесстыковых рельсовых цепей в пределах блок-
участка
191
Рис. 9.14. Зависимости .минимально допустимого сопротивления изоляции гп
от частоты сигнального тока при расстоянии между точками подключения ап-
паратуры /ап = 150 м (а) и /ап=250 м (б):
I - К 'н =0,555; 2—К вН=О,585
совых цепей тональной частоты на участках с низким сопротивле-
нием изоляции в пределах блок-участка может сохраняться дейст-
вие рельсовой цепи числового кода, что способствует повышению
надежности автоблокировки. В самом деле, когда состояние изоля-
ции удовлетворительно, аппаратура тональных рельсовых цепей
может быть отключена и схема автоблокировки будет работать
на базе рельсовых цепей числового кода. При низком сопротивлении
изоляции схема автоблокировки будет работать на базе частотных
рельсовых цепей, т. е. в данном решении присутствуют элементы
резервирования, что способствует повышению аппаратурной на-
дежности системы автоблокировки. При реализации данного пред-
ложения центральным вопросом являлся выбор частоты сигналь-
ного тока f и расстояния между точками подключения аппаратуры
/а11. Зависимости минимального допустимого сопротивления изо-
ляции ги от частоты сигнального тока f (рис. 9.14) построены для
двух длин Zan. Существует оптимальная частота сигнального тока
/опт, минимизирующая сопротивление изоляции гп. В зависимости
от /ап оптимальная частота сигнального тока находится в диапа-
зоне от 400 до 600 Гц. Наличие оптимальной частоты объясняется
характером изменения затухания от частоты при передаче энергии
по рельсовой линии. В рельсовой цепи без изолирующих стыков
затухание энергии при ее передаче от питающего конца к релей-
ному определяется затуханием рельсовой линии, а также вход-
ными сопротивлениями смежных рельсовых цепей. С повышением
частоты сигнального тока затухание, обусловленное рельсовой
линией, возрастает. Входные сопротивления смежных рельсовых
192
линий увеличиваются, и затухание, обусловленное этими сопро-
тивлениями, уменьшается. Наличие этих двух факторов и опре-
деляет оптимальную частоту сигнального тока.
Расчет зависимостей (рис. 9.15) выполнен при сопротивлениях
по концам близких к оптимальному |ZBX| — 0,4 Ом.
Из приведенных кривых (рис. 9.16) следует, что, если ги1п1п
изменяется в диапазоне от 0,05 до 0,1 Ом • км, оптимальная рабо-
чая частота находится в диапазоне от 725 до 225 Гц.
Применяют три несущие частоты: 425, 475 и 575 Гц. Если длины
рельсовых цепей /аП> 250 м (ги>* 0,07 Ом • км), то применяют
амплитудно-модулированные сигналы с несущими частотами =
= 425 Гц и — 475 Гц и частотами модуляции F± ~ 8 Гц и
Г2 = 12 Гц. Все три частоты используются в случае, если /аП < 250 м
(ги <0,07Ом • км). Необходимость в трех несущих частотах в
бесстыковых цепях малой длины определяется требованиями исклю-
чения влияний между источниками и приемниками различных
рельсовых цепей одного пути.
Рельсовые цепи (рис. 9.17) питаются от путевого усилителя У
типа ПУ-1 через выходной трансформатор 3!4ВТ типа ПТЦ и
фильтр 3!4Ф типа Ф8/9. На вход усилителя от генератора 3/4Г
типа ПГМ подается частотно-модулированный сигнал. Рельсовую
цепь регулируют изменением напряжения на вторичной обмотке
трансформатора ВТ. Из рельсовой линии сигнал принимается
путевым приемником ЗПП, на выходе которого включено путевое
реле ЗП (типа АНШ2-1230) Сигналы автоматической локомотив-
ной сигнализации числового кода на частоте 50 Гц подаются к
питающему и релейному концам от типовых передающих устройств
на искрогасительную цепочку /?и Си, далее в кабель к путевому
трансформатору ПТ (типа ПОБС-2А) и в рельсовую линию. Ап-
паратура рельсовой цепи питается переменным напряжением 17 В.
Средняя мощность, потребляемая аппаратурой в расчете на одну
рельсовую цепь при ее длине 250 м, около 8 В • А.
Бесстыковые транслирующие точки. В пределах существую-
щего блок-участка устраивают бесстыковые транслирующие точки.
В схеме рельсовой цепи числовой кодовой автоблокировки с двумя
транслирующими точками (рис. 9.18) импульсы числового кода
вырабатываются кодовым путевым трансмиттером KJIT. Эти им-
пульсы подаются в рельсовую линию 1 при условии свободности
участка 1 и срабатывания импульсного приемника И1, трансли-
руются аппаратурой трансляционной точки ТТ1 в рельсовую линию
2. При свободности рельсовой линии 2 и срабатывании импульсного
приемника И2 аппаратурой транслирующей точки 2 кодовые им-
пульсы передаются в рельсовую линию 3. Импульсная работа
основного импульсного реле блок-участка И у светофора 3 свиде-
тельствует о свободности блок-участка. Схемные зависимости
исключают возможность одновременного подключения к рельсовой
линии блок-участка источника кодового питания более чем в од-
I Зак. 2402	193
Рис. 915. Зависимости сопротивле-
ния изоляции от расстояния между
точками подключения аппаратуры
при К вн =0,585:
/-/=425 Гц; 2—/=575 Гц; 3 —/=725 Гц
Рис. 9.16. Зависимости оптимальных
частот сигнального тока fonr (/) и
максимальных длин бесстыковой
рельсовой цепи /ап (2) от минималь-
ного сопротивления изоляции при
Квн =0,585
194
1
ной точке, т. е. при срабатывании импульсного приемника И1 и
подаче кодового импульса в рельсовую линию 2 от рельсовой ли-
нии 1 отключается источник питания у светофора 1; при срабаты-
вании импульсного приемника И2 и подаче импульса в рельсовую
линию 3 отключается источник питания на трансляционной точке 1.
Диаграммы работоспособности кодовых рельсовых цепей час-
тотой 50 Гц, длиной I при наличии в пределах блок-участка одной,
двух и трех транслирующих точек, расположенных на равных
расстояниях друг от друга, приведены на рис. 9.19.
На протяжении трех последних десятилетий высказывались
предложения, направленные на повышение работоспособности рель-
совых цепей на участках с низким сопротивлением изоляции путем
автоматического регулирования уровня сигнала, подаваемого на
ее питающем конце, в зависимости от погодных условий и состоя-
ния изоляции. При этом сопротивление изоляции измерялось
прямым или косвенным методом Однако ни одно из этих предло-
жений не нашло реального воплощения по следующим причинам:
отсутствует функциональная зависимость между погодными усло-
виями и расчетным параметром рельсовой линии — сопротивле-
нием изоляции; эта зависимость имеет вероятностный характер;
измерение сопротивления изоляции в фиксированной точке рель-
совой линии не несет достоверной информации о сопротивлении
изоляции рельсовой линии на протяжении всей рельсовой цепи;
реализация схем автоматического регулирования рельсовых цепей
с удовлетворением требований безопасности встречает серьезные
затруднения.
Для повышения работоспособности рельсовых цепей при низком
сопротивлении изоляции могут быть использованы нетрадицион-
ные для рельсовых цепей методы обработки сигналов путевым
приемником. Задача, решаемая путевым приемником, может быть
Рис. 9.18. Структурная схема устройства с транслирующими точками
7*	195
Рис 9 19 Диаграмма работоспособности кодовой рельсовой цепи 50 Гц при
Квн=0,б4 и наличии в пределах блок-участка одной (/), двух (2) и трех (<?)
транслирующих точек, расположенных на равных расстояниях друг от друга
сформулирована в терминах теории проверки статистических
решений: имеются два возможных состояния рельсовой цепи —
занята или неисправна (гипотеза //0) и свободна (гипотеза HJ.
Приемник выбирает решение, принять или отклонить гипотезу
относительно указанных двух состояний по результатам наблю-
дений. В существующих рельсовых цепях решение принимается
на основе амплитудного признака. Использование амплитудного
признака недостаточно для принятия решения в условиях низкого
сопротивления изоляции. Для обеспечения работоспособности рель-
совых цепей в этих условиях предлагается использовать следую-
щие соображения. В результате многочисленных эксперименталь-
ных наблюдений установлено, что стоящий подвижной состав
(в том числе и легкий) имеет сопротивление шунта значительно
ниже нормативного 7?шн = 0,06 Ом, а движущийся подвижной
состав — большое сопротивление шунта, меняющееся во времени.
Характерный пример сигнала на входе путевого приемни-
ка рельсовой цепи с непрерывным питанием при движении
легкой подвижной единицы
(двухосной дрезины) приведен
на рис. 9.20. В зафиксирован-
ных крайне редких случаях,
когда стоящий подвижной со-
став не шунтировал рельсовой
цепи, сопротивление поездного
шунта было больше норматив-
ного Исходя из указанных
соображений можно принимать
решение не только на осно-
ве амплитудного признака, но
и на основе характера изме-
196
Рис. 9.20. Пример случайной реали-
зации сигнала на входе путевого
приемника в шунтовом режиме
нения сигнала на входе приемника во времени. Основой для
статических выводов о принятии гипотезы Но и Нх служит выборка
заданного размера п, т. е. результаты п измерений Хх, Х2, Х3,
Хп случайной величины е — сигнала на входе приемника во вре-
мени. Возможен также вариант принятия решения, при котором
заранее не планируется объем выборки п, а определяется во время
наблюдений. Решение о продолжении или прекращении наблюдений
принимается после каждого измерения. При этом необходимо иметь
в виду, что использование любого правила выбора решения в силу
случайности природы объекта наблюдения неминуемо связано с
возможностью ошибочных решений. Увеличением объема выборки п
вероятность ошибочного решения можно сделать как угодно малой.
Рассматривая характерную реализацию изменения сигнала на
входе путевого приемника при движении легких подвижных еди-
ниц можно предложить ряд признаков распознавания состояния
рельсовых цепей, представленных ниже:
Признаки распознавания
и их обозначения
Сумма модулей разностей после-
довательности п отсчетов (П1) . .
Отношение суммы модулей раз-
ностей последовательности п от-
счетов сигналов к среднему значе-
нию (П2)........................
Разность максимального и мини-
мального значений при п отсчетах
(ПЗ)............................
Отношение максимального к ми-
нимальному значению при п отсче-
тах (П4)........................
Дисперсия огибающей уровня
сигнала при п отсчетах (П5) . . .
Коэффициент вариации огибаю-
щей уровня сигнала при п отсче-
тах (П6)........................
Минимальное значение при и от-
счетах (П7).....................
Математическое выражение
в уровнях сигналов
на входе приемника
1 = 1
A2=AX/U, где
»=1
— ^max ^niln
At — ^inax/^mln
Д6= l/(n-l)2(^-t7)2
1=1
л6 = дб/(7
^7 ~ ^min
Все эти признаки основаны на выявлении факта изменения
огибающей сигнала на входе приемника во времени.
Очевидно, могут быть предложены и другие признаки рас-
познавания. Использование дополнительных признаков распозна-
вания позволит обосновать меньшее нормативное значение поезд-
ного шунта, что способствует повышению работоспособности рель-
совой цепи при низком сопротивлении изоляции рельсовой линии
Следует отметить, что техническая реализация рельсовой цепи с
использованием указанных признаков распознавания состояния
связана с применением микропроцессорной техники.
197
Глава 10
РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ В УСЛОВИЯХ ВЛИЯНИЯ
ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ
10.1.	Необходимость установки заземляющих устройств
На электрифицированных железных дорогах опоры контакт-
ной сети, все металлические и железобетонные сооружения и кон-
струкции в соответствии с Правилами устройства электроустано-
вок заземляют. Сопротивление заземления заземляющих устройств
не должно превышать 0,5 Ом. Подлежат заземлению все метал-
лические конструкции, сооружения и устройства (мосты, опоры,
путепроводы, мачты светофоров, релейные шкафы и др.), рас-
положенные в опасной зоне (рис. 10.1) (зона возможного падения
контактного провода при обрыве).
Необходимость заземления всех указанных устройств вызвана
обеспечением электробезопасности обслуживающего персонала и
надежной защиты от короткого замыкания в тяговой сети.
Защита от короткого замыкания в тяговой сети осуществляется
быстродействующими выключателями, реагирующими на ток ко-
роткого замыкания в тяговой сети, который может вызвать повреж-
дение оборудования тяговой подстанции, тяговой сети и других
конструкций. Быстродействующая защита отключает контактную
сеть от подстанции, если ток в сети достигает значения тока уста-
новки быстродействующего выключателя Так как уровень макси-
мальных рабочих тяговых токов (особенно на участках обращения
тяжеловесных поездов) часто достигает уровня минимальных токов
короткого замыкания, то основным условием надежности работы
устройств защиты от короткого замыкания в тяговой сети является
необходимость обеспечения минимального сопротивления цепи
короткого замыкания. Если цепь короткого замыкания будет
иметь большое сопротивление, то ток короткого замыкания не
достигнет уставки защиты, последняя не сработает и напряжение
с конструкции не отключится. Возможны случаи поражения об-
служивающего персонала электрическим током, разрушения кон-
струкций, обжиг и обрыв контактной подвески. Для надежной
фиксации короткого замыкания в контактной сети следует обеспе-
чить минимальное сопротивление цепи короткого замыкания. При
этом известны или могут быть просчитаны сопротивления таких
элементов цепи короткого замыкания, как питающая энергосис-
тема, тяговая подстанция, контактная и рельсовая сети. Суммар-
ное сопротивление этих элементов сотые — десятые доли ома.
Сопротивление непосредственно в месте короткого замыкания (/?3),
являющееся определяющим во всей этой цепи, если не принять
198
специальных мер, неопределенно, так как зависит от случайных
факторов. Исследованиями установлено, что металлические опоры
и сооружения имеют сопротивление цепи заземления от 0,5 до
200 Ом. Сопротивление заземления железобетонной опоры больше,
чем металлической, и составляет от десятков ом до десятков кило-
ом. Мосты, путепроводы, пешеходные мостики, виадуки имеют
сопротивление изоляции от десятых долей до сотен ом. Сопротивле-
ние заземления релейных шкафов и светофорных мачт менее
300 Ом. Таким образом, если не принять специальных мер, то при
замыкании контактной сети на конструкцию (табл. 10.1, а) послед-
няя окажется под полным напряжением контактной сети. При
этом ток короткого замыкания будет меньше рабочих токов тяговой
сети, выключатели на подстанции не сработают и это может иметь
тяжелые последствия как для обслуживающего персонала, так и
для конструкций, обеспечивающих безопасность движения поез-
дов Следовательно, при коротком замыкании требуется надежное
и быстрое отключение напряжения с контактной подвески, что
может быть достигнуто быстродействующими выключателями при
низком сопротивлении заземления. Именно поэтому все конструк-
ции, на которых может оказаться высокое напряжение, должны
быть заземлены и сопротивление заземления не должно превы-
шать 0,5 Ом. Сопротивление /?3 шунтируется малым сопротивле-
нием заземляющего проводника. Идеальным заземлением является
глухое присоединение конструкции к рельсовым нитям пути,
которые выполняют роль естественного заземлителя (табл. 10.1, б).
Заземление представляет собой стальной прут диаметром 10 мм и
12 мм соответственно при электротяге переменного и постоянного
тока.
Такое глухое заземление является идеальным с точки зрения
обеспечения электробезопасности и надежности отключения напря-
жения с контактной сети при коротком замыкании. Однако это
решение может оказаться неприемлемым по следующим причинам:
подключение конструкций к рельсовой сети создает утечки сигналь-
Рис. 10.1. Зона заземления одиноч-
ных объектов, не связанных с тяго-
вым электроснабжением:
Зона А — металлические элементы конст-
рукций заземляются; Зона В — металли-
ческие элементы конструкций «е зазем
ляются
199
Таблица 1 Ц/i
Злектрические схемы замещения Зля различных Видав заземления yto рельсовую сеть

• Глухое
'б) КС
а) кс
'в) кс
г) кс
Через
защитное
устройство
без заземления
на рельсовую
сеть
Комбинирован-
ное с дополни -
тельной изоляцией
между ко нет -
рукииями
Комбинирован -
ное с нейтраль-
ной вставкой
Глухое с допол-
нительной изо-
ляцией от земли
*3
R3
*3
Глухое
По особым
условиям
Глухое
заземление обязательно
Глухое	ХГлухое за^емле -
заземление не обязательно ^обязательно

- заземляемая конструкция
ЗУ защитное устройство
Условные обозначения-.
КС-контактная сеть Д ‘ сопротивление току
утечки через конструк-
цию в землю
В3
| - заземляющий проводник
-изоляция контактной сети
Р-рельсовая сеть
Виз
- сопротивление
дополнительной
изоояции
ного тока рельсовой цепи через сопротивление заземления /?3
этих конструкций в землю, что может привести к нарушению ре-
жимов работы рельсовой цепи; на участках с электротягой постоян-
ного тока через сопротивление заземления /?3 создается цепь утеч-
ки тягового тока из рельсовой сети в землю, что может привести
к электрокоррозионному разрушению конструкций, заземляемых
на рельс. При электротяге переменного тока электрокоррозионное
разрушение конструкций практически не наблюдается.
Таким образом, обе причины, препятствующие возможности
глухого заземления, связаны с наличием сопротивления зазем-
ления конструкций 7?3, через которое в землю из рельсовых нитей
могут протекать сигнальный и тяговый токи. Поэтому разработаны
технические решения, позволяющие обеспечить электробезопас-
ность обслуживающего персонала и отключение напряжения с
контактной сети в случае короткого замыкания при выполнении
режимов работы рельсовых цепей и исключении электрокоррозион-
ного разрушения материалов заземляемых конструкций. В схеме
(табл. 10.1, в) повышение сопротивления заземления собственно
конструкции обеспечивается применением специальных изолирую-
щих элементов с большим сопротивлением изоляции /?из. В схемах
200
(табл. 10.1, г и д) конструкции подсоединяют к рельсам через
специальное защитное устройство ЗУ, которое исключает утечку
с рельсов на землю сигнального и тягового токов, но закорачивают
конструкцию на рельсы во время короткого замыкания. В ряде
случаев, когда по требованиям электробезопасности или защиты
от токов короткого замыкания требуется глухое заземление кон-
струкции, но при этом не выдерживаются требования защиты от
коррозии или выполнения режимов работы рельсовых цепей,
применяют комбинированную схему заземления (табл. 10.1, е).
При выборе конкретной схемы заземления контактной сети,
а также других сооружений, конструкций устройств, расположен-
ных в опасной зоне (см. рис. 10.1), следует руководствоваться
табл. 10.1 и соображениями, приведенными в [45]: за нормируемое
сопротивление заземления конструкции /?норм на участках постоян-
ного тока принимается большее значение из нормируемых по тре-
бованиям СЦБ — 7?р.ц (табл. 10.2) и защиты от электрокоррозии
/?,. (табл. 10.3), т. е. ^„орм^ max /?к] на участках пере-
менного тока — только по требованиям СЦБ (см. табл. 10.2).
Следует отметить, что:
нормы для сопротивлений токам утечки (см. табл. 10.3) дейст-
вительны для анодных и знакопеременных зон, в устойчивых же
катодных зонах токи утечки не нормируют;
прежде всего оценивают возможность глухого заземления
сооружений и конструкций на рельсовую сеть (см. табл. 10.1, б)
как наиболее приемлемую схему согласно требованиям электро-
безопасности и защиты от токов короткого замыкания. Эта схема
может быть использована, если выполняется требование СЦБ и
защиты от электрокоррозии;
глухое заземление предусматривают также на конструкциях,
для которых оно является единственно возможным по требованиям
электробезопасности или защиты от токов короткого замыкания
(например, опоры контактной сети, релейные шкафы, мачты све-
тофоров и т. д., расположенные в общедоступных местах или в
местах, где обслуживающий персонал периодически проводит
различные технологические операции). Если же при этом не вы-
полняются требования СЦБ или защиты от электрокоррозии, то
могут быть использованы схемы (см. табл. 10.1, в, г и д), обеспе-
чивающие повышение уровня изоляции конструкций от земли.
Если требования СЦБ или защиты от электрокоррозии не вы-
держиваются и в то же время заземление конструкций может
быть не глухим, то следует использовать схему с включением в
цепь заземления защитного устройства ЗУ (см. табл. 10.1, ё).
Пример 10.1. Сопротивление заземления железобетонной мачты свето-
фора 7?з = 120 Ом. Потенциал рельс—земля 1.5 В. По требованиям СЦБ
(см. табл. 10.2) возможно глухое заземление на рельс. По требованиям элект-
рокоррозии (см. табл. 10.3) /?к =" 100-1,5 = 150 Ом Глухое заземление по
требованиям электрокоррозии недопустимо, так как 7?3 < RK.
201
Таблица 10.2
Место подключения заземляемой конструкции к рельсовой цепи	Сопротивление сигнальному току утечки в землю через заземленную на рельсовую цепь конструкцию (ие меиее) при заземлении индивидуальном	групповом
Средний вывод путевого дроссель-транс- форматора Рельс двухниточной рельсовой цепи Тяговый рельс однониточной рельсовой цепи Средний вывод путевого дроссель-транс- форматора в пунктах отсоса тяговых токов .и подключения междупутных перемычек, а также дополнительный дроссель-трансфор- матор, специально установленный для реа- лизации заземления	5 Ом	5 Ом 100 Ом	6 Ом-км Не нормируется То же
Таблица 10 3
Конструкция
Сопротивление
цепи заземления
на 1 В среднего
значения положи-
тельных потенциа-
лов рельс—земля,
Ом/В, не менее
Норма сопротив-
ления, исключаю-
щая необходи-
мость оценки по
току утечки и по-
тенциалу рельс —
земля, Ом, ие ме-
нее
/Металлическая или железобетонная опо-
ра контактной сети
Бетонный фундамент светофора
Железобетонная мачта светофора или фун-
дамент релейного шкафа
Фундамент поста секционирования или
пункта параллельного соединения
Фундамент (опора) моста или путепрово-
да
25	10000
400	10000
100	10 000
10	500
Определяется для каждого
моста (путепровода) в зависи-
мости от его конструкции
202
10.2.	Конструкции защитных устройств
Защитные устройства обеспечивают надежное соединение с
минимальным внутренним сопротивлением защищаемой конструк-
ции с рельсами при наличии короткого замыкания и полный раз-
рыв цепи или большое сопротивление между защищаемой конструк-
цией и рельсами в нормальном режиме. Защитные устройства дол-
жны обладать многократностью действия, т. е. восстанавливать
свое сопротивление после окончания короткого замыкания.
Указанными свойствами обладает искровой промежуток с
вольт-амперной характеристикой (рис. 10.2). Пробивное напря-
жение Unp искрового промежутка можно регулировать, но при
реальном использовании защитного устройства его устанавливают
равным от 800 до 1200 В. Выбор такого напряжения обусловлен
необходимостью защиты от срабатывания искрового промежутка
напряжением со стороны рельса, которое в переходных режимах
может достигать в течение нескольких микросекунд 800 В.
Для группового заземления контактных опор, релейных шка-
фов, мостов в качестве защитного устройства используют диодный
заземлитель, выполненный на кремниевых диодах (рис. 10.3, а, б).
Обратное пробивное напряжение диодов £7пр не ниже 900 В. Диод-
ные заземлители, пропуская одну полуволну сигнального пере-
менного тока рельсовой цепи, не исключают полностью протекания
сигнального тока с рельсов на землю. Следовательно, при низких
сопротивлениях заземления конструкций диодные заземлители не
в полной мере решают задачу исключения нежелательного влияния
на режимы работы рельсовых цепей. Для устранения указанного
недостатка были разработаны тиристорные заземлители (рис. 10.3,
виг), вольт-амперная характеристика которых близка к анало-
гичной характеристике искрового промежутка. В нормальном сос-
тоянии тиристоры закрыты и исключается протекание сигнального
и тягового токов в землю через заземляющие конструкции. В слу-
чае короткого замыкания необходимо открыть четыре параллельно
включенных тиристора для того, чтобы обеспечить равномерное
распределение тока между ни-
ми. При параллельном вклю-
чении нескольких тиристоров и
использовании их в динистор-
ном режиме в силу разброса па-
раметров при коротком замы-
кании открылся бы один тири-
стор, который, взяв на себя весь
ток короткого замыкания, мог бы
повредиться. Поэтому эта схема
имеет цепи управления тири-
сторами. При коротком замы-
кании за счет падения напря-
Рис. 10.2. Вольт-амперная характе-
ристика искрового промежутка
203-
О? К заземляемой конструкции
К рельсам
8) К заземляемой конструкции
К рельсам
Рис. 10.3. Схема диодного заземлителя (а) и его вольт-амперная характери
стика (б); схема тиристорного заземлителя (в) и его вольт-амперная харак-
теристика (г)
U,B>
-I—
BOO JZOO
~и,в
I
1ZOO
жения на резисторе R2 делителя R1 — R2 создается ток управле*
ния тиристором VT1, последний открывается и за счет падения
напряжения на резисторе R3 создаются токи управления осталь-
ными тиристорами. Резисторы R3 в цепях тиристоров также вы-
равнивают ток короткого замыкания по параллельным цепям.
Иногда используют защитное устройство по схеме (рис. 10.4),
объединяющей диодный заземлитель 3D и искровой промежуток ИП
Вольт-амперная характеристика этого устройства близка к харак-
теристике тиристорного заземлителя. При коротком замыкании
о)	К заземляемой
конструкции
Д' рельсам
Рис. 10.4. Схема диодно-искрового заземлителя (а) и его вольт-амперная ха-
рактеристика (б)
204
промежуток пробивается на заземляемую конструкцию и в работу
включается диодный заземлитель. После короткого замыкания и
восстановления искрового промежутка схема возвращается в ис-
ходное положение.
10.3.	Электрокоррозионное разрушение конструкций
Подземные металлические конструкции, расположенные на
электрифицированных железных дорогах, подвергаются почвенной
коррозии в результате агрессивного воздействия электролити-
ческой почвенной среды и электрокоррозии, т. е. коррозии под
действием токов внешних источников, а именно блуждающих
токов. На неэлектрифицированных участках имеет место только
почвенная коррозия. Механизм протекания этих разрушений
одинаков и носит электрохимический характер. На электрифици-
рованных участках электрокоррозия является определяющей фор-
мой разрушения Непременным условием коррозии является кон-
такт металла с электролитом. В земле электролитом является
почвенная влага с растворенными в ней кислотами, щелочами,
солями и другими элементами. В электролите наличие токов обес-
печивается перемещением ионов, а внутри металлов — перемеще-
нием электронов. При этом на поверхности металла всегда будут
участки, где коррозионный ток стекает в электролит, — анодные
участки и участки, где ток обратно возвращается из электролита
в металл, — катодные участки. По результату прохождения кор-
розионного тока анодные и катодные участки резко отличаются
друг от друга На анодных участках металл растворяется (потеря
массы), т. е. происходит коррозионное разрушение; на катодных
участках металл сохраняется. Таким образом, коррозионному
разрушению подвергаются только анодные участки, т, е. участки
металлических конструкций, где ток стекает с поверхности металла
в электролит. Потери массы металла при электрокоррозии пропор-
циональны количеству электричества, сошедшего с поверхности
металла в электролит.
Критерием защищенности от электрокоррозии является сни-
жение до нуля токов утечки с поверхности металла или снижение
до нуля анодного потенциала по отношению к земле. Для исклю-
чения почвенной коррозии необходимо обеспечить отрицательный
потенциал оголенных участков сооружений по отношению к зем-
ле— катодная поляризация. Таким образом, электрокоррозионное
разрушение металлических конструкции возможно при положи-
тельном потенциале конструкций по отношению к земле и при
стекании тягового тока, попавшего в конструкцию из рельсовой
сети в землю. При электротяге постоянного тока участок рельсовой
сети, с которого тяговый ток стекает в землю, называется анодной
зоной, а участок, на котором тяговый ток возвращается в рельсовую
205
Рис. 10.5. Потенциальная диаграмма рельс-земля при двустороннем питании
тяговой нагрузки постоянного тока:
ОФ — отсасывающий фидер; ТП — тяговая подстанция; PC — рельсовая сеть; TH— тяго-
вая нагрузка; КС—контактная сеть
сеть — катодной зоной. Максимальный положительный потенциал
в рельсовой сети находится там, где расположен потребляющий
энергию поезд, а максимальный отрицательный потенциал всегда
расположен в точках подключения к рельсам отсасывающего фи-
дера подстанции. Так как поезда непрерывно перемещаются и
меняется их токовая нагрузка, то потенциал каждой точки рель-
совой сети изменяется во времени. Потенциальная диаграмма рель-
совой сети (рис. 10.5) получена в результате расчета среднего по
времени потенциала в каждой точке сети и содержит три харак-
терные зоны.
В анодной зоне АЗ потенциальный рельс положителен по отно-
шению к земле и тяговые токи стекают с рельсовой сети в землю. В
катодной зоне КЗ тяговые токи имеют направление от земли в рель-
сы.
В знакопеременной зоне 33 тяговые токи зависят от положения
поездов, они могут стекать с рельсов или протекать в рельсы.
Электрокоррозионному разрушению подвергаются конструк-
ции, электрически связанные с рельсовой сетью, заглубленные
в землю и расположенные в анодной или знакопеременной зоне
Конструкции, расположенные в катодной зоне, электрокоррозион-
ному разрушению не подвергаются
206
10.4.	Способы ограничения токов утечки
Тяговый ток, стекающий в землю с рельсов или соединенных
с ними конструкций, называют током утечки. Токи утечки, сум-
мируясь в земле, создают блуждающий ток. В грунте с высокой
электропроводностью токи утечки локализуются в районе, распо-
ложенном в нескольких сотнях метров от трассы железнодорож-
ной линии; в скальном грунте с низкой электропроводностью блуж-
дающие токи распространяются на расстояние от 20 до 30 км от
трассы. Так как причиной электрокоррозионного разрушения кон-
струкций являются блуждающие токи, то одним из основных пу-
тей борьбы с электрокоррозией является ограничение токов утечки.
На токи утечки влияют продольная и поперечная проводимости
рельсовой сети, тяговые нагрузки и расстояние между тяговыми
подстанциями. Для уменьшения токов утечки необходимо обеспе-
чить максимальную продольную проводимость и минимальную
поперечную проводимость рельсовой сети. Продольная проводимость
сети зависит от типа рельсов и соединителей. С целью увеличения
продольной проводимости следует на грузонапряженных участках
применять тяжелые рельсы и бесстыковой путь. Удельная попе-
речная проводимость (рис. 10.6) зависит от изоляции рельсового
пути от земли и количественно определяется по выражению: gnon —
= 2g3, где g3 — удельная проводимость одного рельса относитель-
но земли. Удельная поперечная проводимость зависит от удельного
сопротивления изоляции ги и коэффициента поверхностной утеч-
ки т gnon = 4/ги(1 4- 2т).
Важную роль в ограничении утечек тяговых токов играют
междупутные перемычки, обеспечивающие уменьшение продольного
сопротивления рельсовой сети тяговому току за счет того, что
тяговые нити соседних путей включают параллельно. Поэтому
двухпутные и мндгопутные электрифицированные участки с рель-
совыми цепями должны быть оборудованы наибольшим числом
междупутных перемычек, которое допустимо по условиям обеспе-
чения нормального функционирования рельсовых цепей. На элек-
трифицированных участках, не оборудованных рельсовыми цепя-
Рис 10 6 Цепи утечки тягового то-
ка с рельсов
Рис. 10 7 Схема установки между -
рельсовых МР и междупутных МП
перемычек
207
Рис. 10 8. Схема вентильного секционирования путей тупикового парка («),
парковых станционных путей (б) и локальных участков на перегоне (в тон-
неле) (в)
ми, устанавливают междурельсовые МР и междупутные МП пе-
ремычки (рис. 10.7). Снижению уровня блуждающих тяговых
токов способствует уменьшение расстояний между тяговыми под-
станциями, которые при электротяге постоянного тока равны: на
пригородных участках от 8 до 12 км, а на магистральных участках
от 15 до 18 км.
Эффективной мерой снижения утечек тягового тока является
вентильное секционирование рельсовой сети. Значительные утечки
тяговых токов в землю происходят на крупных станциях и парках
депо, а также в тоннелях, если эти парки и тоннели расположены
в анодных зонах. Это происходит по той причине, что рельсовые
нити на этих путях часто имеют низкое переходное сопротивление
иа землю (низкое сопротивление изоляции), а следовательно, и
высокую поперечную проводимость. Утечки устраняют с помощью
соединения этих участков пути с главными путями через вентиль-
ные блоки ВБ (рис. 10.8, а и б), которые пропускают тяговые токи
с выделенных путей при нахождении на них тяговых нагрузок
и исключают возможность пропуска тягового тока в обратном на-
правлении. Непрерывность рельсовой сети для тягового тока в
тоннелях (рис. 10.8, в) обеспечивается обходной перемычкой ОП,
выполненной укладкой кабеля или старогодных рельсов Вен-
тильные блоки, осуществляющие секционирование, содержат по
десять параллельно соединенных вентилей, рассчитанных на про-
пуск тяговых токов до 2000 А с обратным напряжением не менее
900 В. На участках, где применяют рекуперацию, схему вентиль-
ного блока дополняют тиристорным плечом, по которому пропус-
кается ток от находящегося в пределах выделенного участка реку-
перирующего электровоза.
208
10.5.	Защита подземных металлических сооружений
от электрокоррозии
Для подземных металлических сооружений (кабелей, трубо-
проводов) анодные электрокоррозионно-опасные зоны стабильны
по расположению и сосредотачиваются в основном у отсасываю-
щих пунктов тяговых подстанций — в анодных зонах (рис. 10.9).
Защита подземных сооружений от электрокоррозии блуждающими
токами осуществляется выполнением комплекса мероприятий по
ограничению блуждающих токов в земле (см. § 10.4) и примене-
нием пассивных и активных средств защиты на самих сооруже-
ниях. Пассивными средствами достигается уменьшение попада-
ния блуждающих токов в подземные сооружения и снижение по-
тенциалов последних по отношению к окружающей среде. В ос-
нове активных методов защиты лежит отвод блуждающих токов
с подземного сооружения в рельсы — электродренажная защита
или нейтрализация действия этих токов встречным током — ка-
тодная защита.
К средствам пассивной защиты подземных сооружений отно-
сятся [46]: рациональный выбор трассы прокладки; устройство
изолирующих покрытий и изолирующей канализации; электри-
ческая изоляция от сооружений и конструкций, имеющих метал-
лическую связь с рельсом; продольное электрическое секциони-
рование и заземление подземных сооружений.
К средствам активной защиты подземных сооружений отно-
сятся дренажная и катодная защиты, а также усиленный дренаж.
Дренажная защита. Защита дренажной установкой (рис. 10.10, а)
заключается в отводе блуждающего тока с подземного сооружения С
в рельсы Р. Этот вид защиты применяют, когда потенциал защи-
щаемого сооружения выше среднего потенциала рельса, измерен-
тп
0Ф

ЖШ ////
// м \ \ /////1 www
£
/3
КЗ
zW/w
///AV
-—I
43
Рис. 10.9. Схема расположения потенциальных зон на трубопроводе;
ТП — тяговая подстанция; ОФ — отсасывающий фидер; КС — контактная сеть; Р — рель-
сы; Т — трубопровод; АЗ — анодная зона; КЗ — катодная зона
209
яз
Рис. 10 10 Принципиальные схе-
мы дренажной (а) и катодной (6}
защиты, а также усиленного дре-
нажа (в)
ного относительно земли. Дренажная защита наиболее эффективна
в районе расположения тяговой подстанции (в пределах от 3 до
5 км от точки присоединения отрицательных питающих линий к
рельсам). Таким образом, если потенциал рельсов отрицательный,
а на защищаемом сооружении анодная зона, то при наличии между
ними электрического соединения ток с сооружения стекает (дре-
нирует) в рельсы и утечка тока с поверхности сооружения в землю
прекращается. Вентиль VD в дренажной цепи исключает протекание
тока в обратном направлении, когда защитное сооружение нахо-
дится в знакопеременной зоне, регулируемый резистор R под-
держивает защитный потенциал в нормируемых пределах, а плав-
кий предохранитель FU защищает цепь дренажа от максимальных
токов. Электрический дренаж является наиболее простым и эф-
фективным средством активной защиты подземных сооружений от
электрокоррозии.
Катодная защита. Защита подземных сооружений катодными
установками (рис. 10.10, б) заключается в компенсации блуждаю-
щих токов, стекающих с подземного сооружения, встречным током,
создаваемым специальным источником тока ИТ — катодной стан-
цией. Для создания этого тока минусовой вывод источника тока
подключают к подземному сооружению С, а плюсовой — к анод-
ному заземлителю АЗ. Если ток катодной установки превышает
стекающий блуждающий ток с подземного сооружения, то на
последнем создается катодная поляризация, т. е. достигается от-
рицательный потенциал сооружения относительно земли. Катод-
ную защиту можно применять в любом месте между тяговыми
подстанциями.
Усиленный дренаж. Эта защита совмещает принципы дренаж-
ной и катодной защит (рис. 10.10, в). Ток, втекающий в рельс,
состоит из двух составляющих: дренажного, определяемого полем
блуждающих токов в земле, и током, создаваемым источником
тока. Усиленный дренаж можно применять в любой зоне между
тяговыми подстанциями, и он потребляет меньше энергии, чем
катодная защита.
Получили также распространение дренажно-катодная защита
и унифицированная дренажная защита.
210
Активные методы защиты, и в частности дренажи, требуют под-
ключения устройств к рельсам, что связано с возможностью влия-
ния на работу рельсовых цепей, катодная же защита создает в
земле поле токов, которые также могут оказать нежелательное
воздействие на работу рельсовых цепей.
в 0.6. Способы подключения заземляющих устройств
к рельсовой сети
Заземление опор контактной сети выполняют индивидуальным
или групповым (рис 10.11, а и б) с использованием защитных
устройств ЗУ (см. табл. 10.1, а) или без их использования (см.
табл. 10.1, б и в). Некоторое распространение получил способ
заземления опор устройством нейтральных вставок НС (рис. 10.11,
в). Металлические опоры контактной сети 1—7 с роговыми раз-
рядниками или секционными разъединителями заземляют только
индивидуально. Порядок подключения опор к рельсам сети для
участков с электротягой постоянного тока при индивидуальном и
групповом заземлениях определяется соответственно табл. 10.4 и
10.5.
На участках с электротягой переменного тока требования
к электрокоррозии опор снимаются. Допускается глухое подклю-
чение опоры к рельсам, если ее сопротивление заземления не ниже
100 Ом, в противном случае опора подключается к рельсу через
искровой промежуток.
Заземление напольных устройств СЦБ должно осуществляться
к средним выводам путевых дроссель-трансформаторов, а при их
отсутствии или отдаленном расположении — непосредственно к
тяговому рельсу. Заземляют металлические напольные устройства
СЦБ — светофоры, релейные шкафы, светофорные мостики и т. п.,
расположенные в опасной зоне (см. рис. 10.1). Не заземляют дрос-
сель-трансформаторы, путевые коробки, карликовые светофоры,
Рис. 10.11. Индивидуальное (о) и групповое (б) заземления опор; заземление
опор с помощью нейтральных вставок (в):
Р— рельс; ОКС — опоры контактной сети; ТГЗ — тросе группового заземления; ИКС —
изоляторы контактной сети; ДИ — дополнительные изоляторы; // — изоляторы
211
Т а б л и ц а 10.4
		Способ присоединения опоры	
Потенциальная зона рельсовой сети	Сравнительное сопро- тивление заземления опоры	к средней точке путе- вого ДТ (/?р ц=5 Ом) или к рельсу двухни- точной рельсовой це- пи (Яр.ц = ЮО Ом)	к тяговой нити одно- ниточной рельсовой цепи
Анодная и знако-	^?р.ц <	Наглухо	Наглухо
переменная	R<Rp.n ИЛИ R<RK	Через ИП	Через ИП
Катодная	R Rp.n	Наглухо	Наглухо при лю-
ДТ — дроссель-т	R ^р.ц рансформатор; ИП —	Через ИП искровой промежуток.	бом R
Таблица 10.5
Потенциальная зона рельсовой сети	Сравнительное сопро- тивление группового заземления	Способ присоединения группового заземления	
		к средней точке путе- вого ДТ (/?р ц=5 Ом) или к рельсу двухни’ точной рельсовой не' ПИ (Гр.ц =6 Ом • км)	К ТЯГОВОЙ нити одно- ниточной рельсовой цепи
Анодная и зна- копеременная	Rv.< R> > ^р.ц (г > гр.ц)	Наглухо	Наглухо
	R< Rp-n ИЛИ R<RK	ЗД	ЗД
	Rk > R < Rp ц r < Гр.ц	Последовательно соединенные ЗД + + два ИП, соеди- ненные параллель- но, или один ЗТ	ЗД
Катодная	R > Др.ц Г > Гр.ц	Наглухо	Наглухо
	R < Rp.u, Гр.ц	Два ИП, соединен- ные параллельно	Наглухо
ЗД— заземлитель диодный; ЗТ — заземлитель тиристорный.
212
Рис. 10.12. Схемы заземления светофорных мачт и релейных шкафов на сиг-
нальной точке:
/—светофор; 2 — искровой промежуток; 3 — корпус релейного шкафа; 4—изолирую-
щие элементы; 5 — заземляющий проводник: 6 — диодный заземлитель; 7 — выравнива-
тель
групповые муфты, бутлеги и стрелочные переводы. Помимо глухого
заземления, используемого в тех случаях, когда выполняются
требования, предъявляемые к устройствам автоматики и телеме-
ханики, а также требования защиты от электрокоррозии, приме-
няют схемы заземления (рис. 10 12 а, б, в). Недостаток схемы
(рис. 10.12, в) — необходимость выполнения вокруг релейного
шкафа, имеющего источник переменного тока напряжением 220 В,
дополнительного контура заземления, который прокладывают по
периметру основания шкафа на глубине от 0,2 до 0,25 м и присоеди-
няют к шкафу не менее чем в двух точках.
Необходимо, чтобы оболочки и броня кабелей, введенных в
релейный шкаф и светофорную мачту, были надежно изолированы
от их корпусов и арматуры. Сопротивление изоляции брони кабе-
ля от заземления должно быть не менее 10 кОм.
Для проверки изоляции металлических оболочек и бронелент
кабеля от корпуса релейного шкафа необходимо вольтметром со
шкалой измерения 15 или 30 В измерить напряжение между обо-
лочкой проверяемого кабеля и корпусом релейного шкафа UmK.
Если измеренное напряжение более 1 В, то изоляция в норме.
Если же Ulul. < 1 В, то необходимо выполнить дополнительные
измерения напряжения между корпусом релейного шкафа и зем-
лей (71ПЗ и между кабелем и землей L/K3. При этом если Пшз « (7КЗ
и в тоже время Пшз>> (7ШК, UK3> Пшь, то изоляция между метал-
лической оболочкой или бронелентой кабеля и релейным шкафом
повреждена.
Электрический контакт между проводником от вольтметра и
землей достигается с помощью стального электрода, вводимого
в землю. Диаметр электрода от 10 до 12 мм, а длина рабочей части
от 50 до 70 см.
Заземление мостов, эстакад и путепроводов следует выполнять
на рельсовую сеть только в одном месте, как правило, к средним
точкам путевых дроссель-трансформаторов и обычно наглухо.
213
Устройство двух или нескольких заземлений не допускается
Мосты четного и нечетного пути изолируют электрически и каждый
заземляют на свой путь. На металлических и железобетонных мос-
тах рельсы должны быть электрически изолированы от ферм мос-
тов, от бетона и арматуры. Не допускается заземление ферм, контр-
рельсов, опор контактной сети и других устройств, находящихся
в пределах рельсовой линии моста, на рельсовые нити. Все устрой-
ства, находящиеся в пределах моста и требующие заземления,
присоединяют тросом к фермам моста. Фермы мостов соединяют
друг с другом. Мосты с общей фермой для двух путей заземляют
в одном месте на один из путей.
Все приборы освещения, осветительные и другие провода, рас-
положенные на мостах, должны быть закреплены на деревянных
кронштейнах и изолированы от ферм моста.
10.7.	Влияние заземляющих устройств
на работу рельсовых цепей
Все заземляющие устройства, подключаемые к рельсам, можно
подразделить на устройства с пассивными и активными элемен-
тами в цепи заземления. Пассивные устройства не содержат в цепи
заземления источников энергии, а активные имеют в этой цепи ис-
точник э.д.с. (усиленный дренаж).
При подключении любых типов заземляющих устройств к рель-
сам в двухниточных рельсовых цепях для предотвращения шунти-
рования последних необходимо присоединить все заземляющие
устройства к одной рельсовой нити пути. В случае присоединения
заземляющих устройств к рель-
Рис. 10.13. Схема, поясняющая опас-
ное влияние рельсовой цепи соседне-
го пути при повреждении защитных
устройств в цепи заземления
к приемник!/
К источнику
питания
7^Электрическое
I1 сообщение
су двумя проводниками расстоя-
ние между их подключениями
должно быть минимальным и не
должно превышать 200 мм. Пос-
леднее требование определяется
тем обстоятельством, что нару-
шение целости рельсовой нити
между точками подключения
проводников не контролируется.
Особое внимание следует
уделять контролю исправно-
сти защитных устройств, вклю-
чаемых в цепь заземления
конструкций на рельсы. В са-
мом деле, в случае если со-
противления в цепи заземле-
ний R31 и R32 конструкций
малы (рис. 10.13), что харак-
214
Рис. 10.14. Схема растекание сигнального тока при подключении к реаьсовой
-нити заземляющих устройств » и ла аги.шния
терно для металлических опор контактной сети	0,5 Ом),
мостов (/?3 пип = 0,2 Ом), путепроводов (7?3 min ~ 0,15 Ом), пеше-
ходных мостиков (7?3 га1п ~ 0,4 Ом) а защитные усхройсгва (искро
вой промежуток, диодный или тиристорный заземлители) в резуль-
тате повреждения закорочены, то случайное электрическое сооб-
щение между рельсами разных путей двухпутного или многопут-
ного участка может привести к ложному срабатыванию приемных
устройств рельсовой цепи при ее фактической занятости от источ-
ника питания рельсовой цепи соседнего пути.
Влияние пассивных заземляющих устройств на работу рель-
совых цепей. Рассмотрим влияние заземляющих устройств на
режимы работы рельсовых цепей. Подключение пассивных зазем-
ляющих устройств изменяет условия передачи энергии сигналь-
ного тока по рельсовой линии ог источника питания к приемнику
Рельсовая линия представляет собой линию с распределенными
параметрами. Условия передачи по такой линии зависят от пер-
вичных параметров — удельного сопротивления рельсовой линии
и удельного сопротивления изоляции, определяющего ток утечки
между рельсовыми нитями. Известно ( м. раздел 3.4), что ток утеч-
ки содержит две составляющие (рис 10.14; Ток утечки непосред-
ственно из рельса в рельс (Pl Р2) через шпалы и верхний слой
балласта /т1 определяется удельным сопротивлением ги12 (прово-
димость g12). Ток утечки через землю /т2 определяется удельным
переходным сопротивлением между каждым рельсом и землей
гМ и ги2(£2).
Присоединение к одной рельсовой нити сооружений и конструк-
ций, имеющих связь с землей, приводит к снижению сопротивления
этой нити относительно земли и, как следствие, к снижению эк-
вивалентного сопротивления изоляции рельсовой линии. В самом
деле, расчетное удельное сопротивление изоляции:
при отсутствии заземляющих устройств
ГИ18 (ГИ14-ГИ8)
ги— ~	;
ГИ12 ” Г Hi	Ги2
21о
при наличии заземляющих устройств
ГИ12 ( Г1Ц Н~ ГИ2 Го/ ( ГИ2 + Г0 )
ГИЭ-	I		,,	,	, •
ГИ12 + ГН1 + ГИ2 Го/ ( ГИ2 + Г0 )
В последнем выражении г0 — добавочное удельное сопротив-
ление между одним из рельсов и землей, создаваемое за счет под-
ключения заземляющих устройств. Так, например, если на про-
тяжении 1 км к рельсовой нити непосредственно подключено 16 опор
контактной сети, каждая из которых имеет сопротивление зазем-
ления 100 Ом, то сопротивление г0 — 6 Ом • км. В табл. 10.6 при-
ведены эквивалентные значения удельного сопротивления изоляции
в зависимости от ги = 2гп1= 2ги2(гп1 = ги2) и г0, предполагая, что
отсутствует ток утечки через шпалы и верхний слой балласта,
т. е. гя12 = оо (коэффициент поверхностной утечки т = 0).
Если рельсовая линия имеет минимальное расчетное удельное
сопротивление изоляции 1 Ом • км, то при непосредственном под-
ключении на протяжении 1 км к рельсовой нити двухниточной
рельсовой цепи шестнадцати опор, каждая из которых имеет ми-
нимально допустимое сопротивление заземления 100 Ом, экви-
валентное расчетное сопротивление изоляции снизится на 5% и
будет равно 0,95 Ом • км, т. е. заземление сооружений на рельс
эквивалентно в нормальном режиме уменьшению расчетного удель-
ного сопротивления изоляции в соответствии с табл. 10.6.
Шунтовой режим рельсовых цепей рассчитывают при гп = оо.
Наличие же утечек с одной из рельсовых нитей при подключении
к ней заземляющих устройств эквивалентно уменьшению удель-
ного продольного сопротивления рельсовой линии за счет шунти-
рования через землю заземляющей рельсовой нити (рис. 10.15, а).
Как показывают расчеты, при нахождении сопротивления утечек
в пределах нормы (см. табл. 10.2) уменьшение эквивалентного
удельного продольного сопротивления рельсовой линии на часто-
тах сигнального тока 25 и 50 Гц не превышает (2—3)%, с чем прак-
тически можно не считаться.
Наличие заземлений, подключенных к рельсовой нити, создает
предпосылки для образования цепи сигнального тока в обход
места нарушения электрической целости заземленной рельсовой
Т аблица 10.6
Удельное сопротивление изоляции рельсовой линии гп, Ом - км	Эквивалентные значения удельного сопротивления изоляции при удельном сопротивлении заземления сооружений, Ом-км						
	0,5	0,7	1	2	6	10	20
1	0,76	0,8	0,84	0,9	0,95	0,98	0,99
2	1,33	1.41	1,49	1,64	1,85	1,91	1,95
216
Рис. 10.15 Схемы, поясняющие влияние заземляющих устройств на продоль-
ное сопротивление рельсовой линии (а) и нарушение контрольного режима при
закорачивании защитных устройств ЗУ (б)
нити. Как показали расчеты, при симметричной рельсовой линии
(ги] = ги2; zt = z2) и нахождении сопротивления заземления в
пределах нормы (см. табл. 10.2), влияние заземлений сказывается
на частотах сигнального тока 25 и 50 Гц в уменьшении критерия
чувствительности к обрыву рельсовой нити не более чем на 5—8%.
В то же время при хорошем сопротивлении изоляции рельсовых
нитей закорачивание защитных устройств ЗУ при низком сопро-
тивлении заземлений /?31 и заземляемых на рельс конструкций
(10.15, б) может нарушить контрольный режим рельсовой цепи.
Поэтому необходимо контролировать исправность защитных уст-
ройств, особенно для конструкций и сооружений, имеющих низкое
сопротивление заземления.
Подключение заземляющих устройств к одной рельсовой нити
двухниточных рельсовых цепей создает поперечную асимметрию
рельсовой линии, за счет чего возникает асимметрия тягового
тока. При выполнении требований по заземлению конструкций
коэффициент асимметрии тягового тока не должен превышать 1%
[231.
Подсоединение пассивных заземляющих устройств к тяговому
рельсу однониточных рельсовых цепей не нарушает работоспособ-
ность рельсовых цепей, так как расчетное сопротивление тяговой
нити относительно земли принимается равным нулю.
Если место присоединения отсасывающего фидера тяговой
подстанции или заземляемой конструкции находится на расстоя-
нии более 500 м от основных дроссель-трансформаторов главного
пути, то устанавливают дополнительный дроссель-трансформатор
(рис. 10.16). С целью уменьшения влияния третьего дроссель-
трансформатора на нормальный режим работы рельсовой цепи
необходимо обеспечить максимально большое сопротивление ос-
новной обмотки этого дроссель-трансформатора сигнальному току.
217
«7 ДТ- is*icw
п~ /5
0) Д - '
Г -3
О"
в) дт-ис-дом
л -3»
Гиг 10.16. С тема включения дополнительных дроссель-трансформаторов в
рельсовы . непях част- той 50 Гц (о) и 25 Гц (б), а также в рельсовых цепях
частотой 25 Гц, кодируемых током частотой 50 Гц (в):
1 к отсасывающему фидер (ягов/.и подстанции или заземляемой конструкции
Для этого к дополничвльноД об» отке дроссель-трансформатора
подключают конденсатор, настраивающий дроссель-трансформатор
в резонанс на частоту сигнального юка. В рельсовой цепи час-
тотой 25 Гц, кодируе?юй током частотой 50 Гн, этот дроссель-
трансформатор настра лваю а частоту 34 Гц с тем, чтобы повы-
сить входное сопротивление на частотах 25 и 50 Гц. Входное со-
противление основной обмотки дроссель-трансформатора типа
ДТ 0 6, настроенной з резонанс по дополнительной обмотке на
частотах 50 и 25 Гц, составляет соответственно от 4,5 до 5,5 Ом и
от 2,0 до 3 Gm При настройке дроссель-трансформатора типа
ДТ 0,6 в резонанс на пром^жуточн) ю частоту (/ = 34 Гц) его
с противление, с ина, ь о <у тжу частоте* 25 Гц равно 0,6е/75° Ом,
а сопротивление сигналы юл току частотой 50 Гц — 0,4е-7<’ Ом.
Шунтирование дополнительным доос^ель-трансформатором рель-
совой линии приводит к тому, что для обеспечения нормального
режима работы требуется повышение напряжения питания рель-
совых цепей с тремя дроесель-тран^Форматорами. При этом в за-
висимости от длины рельсовой цепи это повышение в соответствии
с нормалями для рельсовых цепей частотой 50 Гц от 2 до 5%, для
рельсовых цепей частотой 25 Гц — от 5 до 10% и для рельсовых
цепей частотой 25 Гц, кодируемых током частотой 50 Гц, — от
20 до 40%. Подключение к средней точке дополнительного дроссель-
трансформатора заземляющего устройства с сопротивлением за-
земления менее 1 Ом (сопротивление заземления отсасывающего
фидера менее 0,5 Ом) снижает критерии чувствительности рельсовой
цепи к обрыву рельсовой нити на 15—25%. При этом кодовые
рельсовые цепи частотой 50 Гц длиной более 2,4 км и частотой
25 Гц длиной более 2,2 км не обеспечивают контроль целости рель-
совых нитей. Условия выполнения контрольного режима будут
ухудшаться тем сильней, чем ближе к концам рельсовой цепи
подключают заземляющее устройство и чем больше длина рельсовой
218
цепи. Подключение к средней точке дополнительного дроссель-
трансформатора заземляющего устройства с сопротивлением за-
земления более 8 Ом практически не сказывается на контрольном
режиме.
Влияние активных заземляющих устройств на работу рельсо-
вых цепей. Активные заземляющие устройства (усиленные и уни-
фицированные дренажи и т. д.) подключают к двухниточным рель-
совым цепям только через средние точки основного или дополни-
тельного дроссель-трансформатора (рис. 10.17). Поэтому влияние
этих устройств на приемник рельсовой цепи и приемник АЛС оп-
ределяется асимметрией рельсовой линии, т. е. разностью токов
/П1 и /п2, а также уровнями гармонических составляющих напря-
жений, выдаваемых источником питания активных заземляющих
устройств. Так как все эти устройства содержат выпрямительные
мосты VD, питающиеся от тока промышленной частоты 50 Гц, то
они являются мощными источниками гармоник частотой, кратной
100 Гц, а при повреждении плеч выпрямителя появляются гармо-
ники, кратные 50 Гц. Выпрямленный ток 1п усиленных дренажей
может достигать 100 А и более. Максимальные уровни гармони-
ческих составляющих 50 и 100 Гц нормируются. Для обеспечения
Рис. 1017 Схема подключения усиленного дренажа со сглаживающим
устройством к рельсовой сети и подземному сооружению:
\РЦ—аппаратура рельсовой цепи
219
Рис. 10.18. Номограмма для onpeie
ления минимально допустимого рас-
стояния анодного заземлителя катод-
ной установки от рельсов при исполь-
зовании в рельсовой цепи рече типа
ИМВШ 1-0,3;
/ — р= 10 Ом-м; 2 — р—20 Ом-м; 3—р =
=30 Ом-м, 4 — р=50 Ом-м
требуемых уровней гармоник в цепь активных заземлителей вклю-
чается сглаживающее устройство СУ, выполненное по схеме за-
щитного фильтра трансформаторного типа. Наиболее эффективным
способом защиты от опасных и мешающих влияний активных
заземляющих устройств на путевой приемник, а также приемник
АЛС является применение рельсовых цепей, работающих на час-
тотах сигнального тока, отличных от частоты 50 Гц, в частности
переход на частоту 25 Гц.
При защите подземных сооружений от почвенной коррозии
катодными установками (см. рис. 10.10, б) в районе неэлектрифи-
цированных железных дорог следует учитывать возможность
опасного и мешающего влияния токов катодной установки, стекаю-
щих с анодного заземлителя на путевые реле рельсовых цепей,
работающие на постоянном токе. Для исключения этого нежела-
тельного влияния анодный заземлитель, по которому протекает
ток /3, необходимо располагать на расстоянии, равном не менее
h, относительно рельсовых путей в соответствии с разработанными
нормативами (рис. 10.18.) На электрифицированных железных
дорогах для исключения влияния гармонических составляющих
выпрямленного тока на приемники АЛС и на путевые реле при
расположении анодных заземлителей ближе 25 м от крайнего рель-
са, а также защиты от тока выше 100 А следует применять сгла-
живающие устройства (см. рис. 10.17).
10.8.	Работа рельсовых цепей
при вентильном секционировании
Целью вентильного секционирования является электрическое
отделение рельсов электрокоррозионно-опасного участка от рель-
сов вне его с помощью вентильных блоков. По вентильным блокам
пропускается тяговый ток от поездов при их следовании по выде-
ленному участку и они препятствуют протеканию тягового тока
по этому участку, т. е. действие вентильного секционирования
основано на предотвращении попадания токов по рельсам внутрь
участка секционирования от поездов, находящихся в тяговом
220
режиме вне этого участка. Вентильное секционирование является
эффективным средством ограничения блуждающих токов, а также
защитой от электрокоррозионного разрушения рельсов и скрепле-
ний на локальных участках с низким сопротивлением изоляции
при их нахождении в анодных зонах. К таким участкам, как пра-
вило, относятся тоннели, для которых характерны течи и заводне-
ния. Установлено, что выделение локальных участков в тоннелях
позволяет снизить коррозионные повреждения рельсов и скрепле-
ний в 4—6 раз.
Устройство вентильного секционирования тупиковых парков
и парковых станционных путей в соответствии со схемами (см.
рис. 10.8, а и б) не накладывает каких-либо особенностей на работу
рельсовых цепей. Непрерывность рельсовой сети при выделении
локальных участков обеспечивается обходной перемычкой ОП
(рис. 10.19, а), прокладываемой вдоль этого участка и электрически
соединяющей средние точки дроссель-трансформаторов питающего
и релейного концов рельсовой цепи. Если вентильные блоки ВЫ
и ВБ2 исправны, то наличие обходных перемычек не влияет на
режимы работы рельсовых цепей. При коротком замыкании вен-
тильных блоков создаются условия для нарушения контрольного
режима работы рельсовой цепи, так как через обходную перемыч-
ку создается дополнительная цепь для протекания сигнального
тока от питающего к релейному концу в обход места излома рель-
совой линии. При указанных повреждениях нарушаются условия
выполнения контрольного режима реально для всех эксплуатируе-
мых типов рельсовых цепей в широком диапазоне изменения со-
противления изоляции.
Рис. 10.19. Схема, поясняющая нарушение контрольного режима при вентиль-
ном секционировании (а); схемы вентильного секционирования с защитными
дросселями (б) и установки защитных дросселей на двухпутном участке (в):
\ЛК—аппаратура питающего конца; АРК — аппаратура релейного конца; Т — тоннель
221
Рис. 10.20, Зависимости полного со-
противления |2ДТ| сигнальному току
частотой 50 Гц основной обмогки
дроссель-трансформатора типа
ДТ-0.6-1000 о г емкости С:
1— 6=1,12 мм: 2 — 6=3,2 мм; 3 — (>—
=5,2 мм
Для обеспечения устойчивой работы рельсовых цепей во всех
режимах при наличии обходных перемычек в обходную цепь уста-
навливают два защитных дросселя ЗД1 и ЗД2 (рис. 10.19, б). Каж-
дый дроссель на частоте 50 Гц должен иметь сопротивление не
менее 5 Ом В качестве дросселей используют основные обмотки
дроссель-трансформаторов типа ДТ-0,6-1000, настроенные в ре-
зонанс при помощи конденсаторов, подключенных к дополнитель-
ной обмотке. Необходимость двух дросселей объясняется тем об-
стоятельством, что при протекании по основной обмотке дроссель-
трансформатора постоянного тягового тока сопротивление этой
обмотки сигнальному переменному току уменьшается. Один из
защитных дросселей ЗД1 включают последовательно с вентильным
блоком ВБ1, а другой — в обходную перемычку. Зависимости
полного сопротивления |ZHT| основной обмотки дроссель-транс-
форматора типа ДТ-0,6-1000 сигнальному току 50 Гц от емкости С,
подключенной к вторичной обмотке (рис. 10.20), построены для
различных воздушных зазоров 6. В условиях эксплуатации реко-
мендуется выставлять зазор 6 = 1,54-2 мм, а емкость конденсатора
С = 24 — 28 мкФ, так же как и при использовании дроссель-транс-
форматора типа ДТ-0,6-1000 в качестве дополнительного (третьего)
дроссель-трансформатора.
10.9.	Работа рельсовых цепей при междупутных перемычках
и подключении заземляющих устройств
к средним точкам дроссель-трансформаторов
На двухпутных и многопутных перегонах, а также на стан-
циях осуществляется ряд мероприятий по канализации тягового
тока, направленных на повышение эффективности рельсовой сети
как линии для протекания обратного тягового тока. При этом
преследуется задача уменьшения сопротивления рельсовой линии
для тягового тока, что целесообразно с точки зрения уменьшения
потерь тягового тока, снижения уровня блуждающих токов, улуч-
шения условий срабатывания автоматических выключателей на
тяговых подстанциях при коротком замыкании в тяговой сети, а
222
также снижения разогрева элементов рельсовой линии (дроссель-
трансформаторов, дроссельных перемычек, стыковых соедините-
лей), что важно для участков с тяжеловесным движением поездов.
Мероприятия по улучшению канализации тягового тока на
участках с электротягой переменного тока способствуют сниже-
нию перенапряжений на рельсовых нитях при коротком замыкании
тяговой сети, что повышает условия безопасности при путевых
работах. Эти мероприятия создают условия для уменьшения уров-
ня тягового тока, протекающего по каждому рельсовому пути двух-
путных и многопутных участков, что улучшает условия работы
рельсовых цепей (уменьшаются уровни помех, действующих на
аппаратуру рельсовых цепей, снижаются и абсолютные уровни
токов подмагничивания дроссель-трансформаторов).
Одним из основных мероприятий по улучшению канализации
тягового тока является установка на электрифицированных пу-
тях междупутных перемычек в соответствии со следующими пра-
вилами.
Двухпутные и многопутные электрифицированные участки дол-
жны быть оборудованы наибольшим числом междупутных соедини-
телей, которое допустимо по условиям нормального функциониро-
вания рельсовых цепей.
При двухниточных рельсовых цепях на перегоне — не чаще
чем через три рельсовые цепи; при этом длина обходного шунти-
рующего пути (рис 10 21) по смежным и параллельным путям не
должна быть менее 6 км. На многопутных участках места установ-
ки междупутных перемычек определяют исходя из конкретных
условий и требований, изложенных выше.
В случае использования однониточных рельсовых цепей — че-
рез каждые 400 м пути. На станциях тяговые нити однониточных
рельсовых цепей соединяют между собой и подключают к средним
точкам путевых дроссель-трансформаторов двухниточных цепей.
На станциях в замкнутых контурах, содержащих однониточ-
ные и двухниточные рельсовые цепи, должно быть не менее шести
рельсовых цепей при сигнальной частоте 50 Гц и не менее десяти
Рис. 10.21 Схема расстановки междупутных соединителей на перегоне двух
путного участка
223
Рис. 10.22. Схема установки электротяговых соединителей и дроссельных пе
ремычек при электротяге постоянного тока:
^п’	НП — рельсовые цепи с двумя дроссель-трансформатора.ми; 1СП, 7СП,
чСП — разветвленные рельсовые цепи с двумя дроссель-трансформаторами; ЗП — рельсо-
вая цепь с одним дроссель-трансформатором; 1 — точка подсоединения третьего дрос-
сель-трансформатора; 2— рельсовые цепи без дроссель-трапсформаторов
рельсовых цепей при сигнальной частоте 25 Гц. На перегонах
и станциях каждая рельсовая цепь должна иметь не менее двух
выходов для тягового тока Для рельсовых цепей с одним дроссель-
трансформатором вторым выходом считается соединение их с дру-
гими рельсовыми цепями междупутными соединителями МП.
Выполнение последнего требования исключает повреждение
приборов рельсовых цепей и других приборов тяговым током, а
также пробой изолирующих стыков и кабелей в случае обрыва
одного из выходов.
Удовлетворение требований по установке соединителен на
станциях часто затруднено Поэтому для правильной установки
междупутных соединителей на станциях целесообразно составить
вспомогательную схему пропуска тягового тока (рис. 10.22), на
которой по плану станции наносят все двухниточные рельсовые
цепи, обозначают однониточные рельсовые цепи, наносят точки
объединения рельсовых цепей. После нанесения на схему всех
соединителей проверяют правильность их установки в соответст-
вии с этими требованиями
При разработке схемы канализации тягового тока необходимо
учитывать следующее.
В рельсовых цепях нежелательно использовать более двух
дроссель-трансформаторов Применение трех и более дроссель-
трансформаторов затрудняет регулировку и ухудшает условия
выполнения шунтового режима.
Запрещается использовать рельсовые цепи с одним дроссель-
трансформатором на путях отстоя, оборудованных устройствами
для обогрева вагонов.
224
Для пропуска тягового тока рельсовые цепи с дроссель-транс-
форматорами соединяют с другими рельсовыми цепями только
через средние выводы дроссель-трансформаторов дроссельными
перемычками, длина которых не должна превышать 100 м. В пре-
делах станции не рекомендуется соединять средние выводы дроссель-
трансформаторов рельсовых цепей, расположенных по разные сто-
роны от главных путей.
Отсос тягового тока от рельсов выполняют двумя параллельно
соединенными линиями: при электротяге постоянного тока —
двумя воздушными фидерами, а при электротяге переменного то-
ка — воздушным или кабельным отсасывающим фидером и рель-
сами подъездного тупика подстанции.
Подъездной путь, ведущий на территорию тяговой подстанции
постоянного тока и на территорию совмещенной тяговой подстан-
ции, расположенную на станции стыкования обеих систем электро-
тяги, должен быть изолирован от других путей тремя парами
изолирующих стыков, располагаемыми у места соединения подъезд-
ного пути к другим путям, у места выхода с территории подстан-
ции; посередине между этими стыками.
При электротяге переменного тока средние выводы дроссель-
трансформаторов главных станционных путей, к которым подклю-
чены отсасывающие фидеры, соединяют между собой. Если отса-
сывающие фидеры отсутствуют, то средние выводы дроссель-транс-
форматоров главных путей соединяют между собой у входных
светофоров.
Все эти ограничения связаны с опасениями нарушения контроля
изъятия рельса за счет создания обходных путей в рельсовой цепи
для сигнального тока рельсовых цепей через междупутные соеди-
нения и землю. С точки зрения улучшения условий канализации
тягового тока эти междупутные соединения следовало бы устанав-
ливать как можно чаще, т. е. существует противоречие в порядке
установки междупутных соединений между энергетиками и спе-
циалистами по автоматике и телемеханике.
Рассмотрим более подробно цепи протекания сигнального тока
в обход места обрыва рельсовой нити при наличии междупутных
соединителей, устанавливаемых на перегоне, в соответствии с
рис. 10.23. Нити рельсовых цепей 1РЦ — 5РЦ представлены в
однониточном изображении. Рельсовые нити этих рельсовых цепей
соединяют через междудроссельные перемычки. На схеме пред-
ставлены сопротивления одной нити рассматриваемой рельсовой
цепи относительно земли ги1 и отрезков до и после места обрыва
другой нити этой рельсовой цепи г„2, ги3, а также сопротивления
относительно земли двух нитей рельсовых цепей 1РЦ—5РЦ, вклю-
ченных параллельно, соответственно гн4 — ги8. Входные сопротив-
ления средних точек дроссель-трансформаторов относительно зем-
ли питающего конца рассматриваемой рельсовой цепи /, а также
одного из концов рельсовых цепей 2РЦ, ЗРЦ и 5РЦ относительно
8 Зак. 2402	225
земли обозначены на схеме соответственно ZBX1, ZBX2; ZBX3 и ZBX5
Направление сигнальных токов показано для обозначенной мгно-
венной полярности напряжения на дроссель-трансформаторе пи-
тающего конца рассматриваемой рельсовой цепи /.
Цепи протекания сигнального тока в обход места обрыва рель-
совой нити достаточно многообразны и разветвлены, но можно
выделить два главных пути: через исправную рельсовую нить
рассматриваемой рельсовой цепи / и далее через рельсовые нити
своего 1РЦ и 2РЦ, междупутные перемычки МП и рельсовые нити
соседнего пути ЗРЦ, 4РЦ и 5РЦ, через землю, когда сигнальный
ток попадает за счет конечных сопротивлений рельсовых нитей
относительно земли, т. е. сопротивлений ги1 — ги8, а также сопро-
тивлений ZBX1, ZBX2, Zbx3, Zbx5.
Исследования контрольного режима для кодовых рельсовых
цепей, работающих на частотах сигнального тока 50 и 25 Гц, а
также для станционных фазочувствительных рельсовых цепей
с приемником типа ДСШ, работающих на тех же частотах, позво-
лили установить рекомендуемые длины обходных цепей /обх в за-
висимости от длины рассматриваемой рельсовой цепи, которые
приведены ниже.
Длина рельсовой цепи, км
Длина обходных цепей,
не менее ................
0,5	I рцС 1
5 рц
/рц>1
3/рц
Дц 0,5
7Дц
Увеличение длины обходных цепей выше рекомендуемого зна-
чения не улучшает условия выполнения контрольного режима.
Приведенные ограничения на установку междупутных перемычек
являются менее жесткими для энергетиков, чем те, которые сфор-
Рис. 10.23. Схема протекания сигнального тока в обход места излома
226
мулированы в [44, 45]. При рекомендуемых длинах обходных
цепей отрицательное влияние междупутных перемычек связано не
с наличием физической цепи обхода по соседнему пути, а с объеди-
нением средних точек дроссель-трансформаторов соседних путей,
что снижает сопротивление объединенной средней точки по отно-
шению к земле в 3 раза (к средней точке дроссель-трансформатора
рассматриваемой рельсовой цепи подключают не один дроссель-
трансформатор, как это имеет место при отсутствии междупутных
соединителей, а три).
Таким образом, междупутный соединитель на конце рельсовой
цепи даже в том случае, если расстояние до следующей между-
путной перемычки велико, ухудшает условия выполнения конт-
рольного режима, так как при этом снижается входное сопротив-
ление средней точки дроссель-трансформатора относительно земли
и, следовательно, увеличиваются токи через землю в обход места
обрыва рельсовой нити. Установлено, что междупутный соедини-
тель на одном конце рельсовой цепи при выполнении требований
к длине обходной цепи в зависимости от типа рельсовой цепи и ее
длины снижает коэффициент чувствительности к обрыву рельсовой
нити на 20 — 35%. Неудовлетворительная ситуация для выпол-
нения контрольного режима складывается на станциях, где благо-
даря наличию междупутных и междудроссельных соединителей
сопротивления средних точек дроссель-трансформаторов относи-
тельно земли на обоих концах рельсовых цепей могут быть исклю-
чительно низкими. В станционных рельсовых цепях частотой 50 Гц,
длиной менее 300 м междупутный соединитель даже на одном ее
конце принципиально нарушает условия выполнения контрольного
режима. С увеличением длины рельсовой цепи положение несколько
улучшается.
Наиболее эффективным техническим решением на участках
с электротягой постоянного тока, позволяющим выполнить конт-
рольный режим, является включение в цепь междупутных соеди-
нителей МП защитных дросселей ЗД (см. рис. 10.21). Сопротивле-
ние защитных дросселей для постоянного тягового тока должно
быть минимальным для того, чтобы не нарушать условия равно-
мерного растекания тягового тока по обоим путям двухпутного
участка, а для сигнального тока — лмаксимальным с тем, чтобы
увеличить сопротивление цепи обхода через землю. При наличии
в цепи междупутных соединителей защитных дросселей с сопро-
тивлением на частоте сигнального тока от 4 до 5 Ом практически
можно не считаться с наличием междупутных соединителей при
расчете контрольного режима. Таким образом, при включении
в цепь междупутных соединителей защитных дросселей сопротив-
лением не менее 5 Ом на частоту установки этих соединителей
не следует накладывать каких-либо ограничений. В 'качестве за-
щитного дросселя может быть использован дроссель-трансформа-
тор типа ДТ-0,6, настраивая его дополнительную обмотку с кон-
8*	227
денсатором в резонанс на частоту сигнального тока. При уста-
новке защитных дросселей необходимо считаться с возможностью
уменьшения их сопротивления сигнальному току вследствие под-
магничивания магнитопровода уравнительным тяговым током,
протекающим по основной обмотке. На участках с движением
тяжеловесных поездов эти уравнительные токи в отдельные моменты
могут превышать 1000 А.
Подключение заземлений и дренажных устройств к средним
выводам дроссель-трансформаторов также оказывает отрицатель-
ное влияние на контрольный режим, так как способствует умень-
шению входного сопротивления среднего вывода дроссель-транс-
форматора относительно земли. Поэтому сопротивление сигналь-
ному току утечек через заземленные конструкции, подключаемые
к средним выводам дроссель-трансформаторов (см. табл. 10.4),
должно быть не менее 5 Ом. Сопротивления конструкций относи-
тельно земли, подключаемые к средним выводам дроссель-транс-
форматоров в пунктах отсоса, а также в пунктах подключения
междупутных перемычек, не нормируются. Это объясняется тем,
что в этих пунктах сопротивления дроссель-трансформаторов
относительно земли близко к нулю и подключение других устройств,
способствующих заземлению указанных выводов, не может сущест-
венно ухудшить условия выполнения контрольного режима.
10.10.	Защита аппаратуры рельсовых цепей
от влияния посторонних источников тока
Наиболее разрушительное влияние на приборы рельсовых це-
пей оказывают тяговые токи короткого замыкания контактной
сети электрифицированных железных дорог, а также токи, созда-
ваемые прямыми ударами молнии в контактную сеть, рельсовую
линию или провода высоковольтной линии автоблокировки. На
устройства рельсовых цепей воздействуют высокие уровни токов
и напряжений, способные привести к повреждению приборов.
Влияние короткого замыкания контактной цепи на рельсовые
цепи обусловлено присоединением опор контактной сети только
к одной рельсовой нити. Это присоединение — непосредственное
или через искровой промежуток (см. § 10.1) — обусловлено тре-
бованиями техники безопасности, а также требованием обеспе-
чения работы быстродействующей защиты на тяговой подстанции
при коротком замыкании в тяговой сети. Наиболее часто корот-
кие замыкания в контактных цепях происходят при срабатывании
роговых разрядников, установленных на опорах контактной сети,
или пробое изоляторов от атмосферных перенапряжений. В этом
случае (рис. 10.24, а) импульс тока /кз проходит по полуобмотке
дроссель-трансформатора ДТ1 по цепи: тяговая подстанция ТП,
контактный провод КП, пробитые роговые разрядники РР или
228
Рис. 10.24. Схема прохождения тягового тока 1КЗ при коротком замыкании тя-
гового разрядника (а) и осциллограмма волны тока молнии (б):
/ — лидерная стадия; // — главная стадия; Ш — стадия послесвечения
изоляция опоры контактной цепи, заземляющий спуск роговых
разрядников или опора контактной сети, рельс (точки 1—2), полу-
обмотка ДТ1, средние точки ДТ1 и ДТ2 и далее ток разветвляется
на две примерно равные части и /2 и возвращается через полу-
обмотку дроссель-трансформатора ДТЗ на тяговую подстанцию ТП.
Прохождение волны тока /к:, по одной полуобмотке дроссель-
трансформатора ДТ1 (случай полной асимметрии) сопровождается
резким изменением магнитного потока в его сердечнике. Во вто-
ричной обмотке наводится э. д. с. (до нескольких тысяч вольт) и в
приборах питающего и релейного концов могут возникать опасные
напряжения (тысячи вольт) и токи (десятки ампер). Для ограни-
чения опасных воздействий тока короткого замыкания контактной
сети на рельсовые цепи опоры контактной сети с роговыми разряд-
никами удаляют от дроссель-трансформаторов. Вследствие низкой
изоляции рельсов относительно земли часть тока короткого замы-
кания /кз ответвляется с одной рельсовой нити на другую, что
способствует выравниванию токов короткого замыкания в полу-
обмотках дросселя и, следовательно, уменьшению наведенной
э д. с. на вторичной обмотке. Поэтому допускается устанавливать
роговые разрядники на опоры при расположении последних на
расстоянии более 200 м от дроссель-трансформатора
Указанное требование по расположению разрядников опре-
деляется и следующим соображением. При срабатывании рогового
разрядника от атмосферных перенапряжений по первичной обмот-
ке ДТ1 протекают токи короткого замыкания контактной сети и
молнии. При этом амплитуда тока молнии А может достигать от
100 до 200 кА, а скорость нарастания и спада этого тока — де-
сятки микросекунд (рис. 10.24, б). Из-за малой длительности
тока молнии волна этого тока практически полностью затухает
на расстоянии 200 м. Если опора контактной сети с роговым раз-
рядником расположена на расстоянии менее 15 м от дроссель-
SB Зак. 2402	229
трансформатора, то такие опоры и разрядники присоединяют к
средней точке этого дроссель-трансформатора. При коротком за-
мыкании ток будет проходить по каждой полуобмотке дроссель-
трансформатора в разных направлениях и э. д. с. на вторичной
обмотке будет наводиться только в силу асимметрии рельсовой
линии. Это обстоятельство является еще одним аргументом в поль-
зу необходимости максимального симметрирования рельсовых ли-
ний. Таким образом, с точки зрения уменьшения разрушительных
влияний токов короткого замыкания контактной сети и токов
молнии желательно заземлять опоры контактной сети и роговые
разрядники на средние точки дроссель-трансформаторов, что легко
реализуемо при групповом заземлении конструкций контактной
сети.
Полной симметрии рельсовых линий добиться в условиях экс-
плуатации невозможно. При реальных асимметриях напряжения
на приборах рельсовых цепей в случае короткого замыкания тяго-
вой сети могут достигать нескольких тысяч вольт. Пробивное
импульсное напряжение изоляции приборов рельсовых цепей от
400 до 1700, т. е. ниже коммутационных перенапряжений. Для
предохранения приборов от перегрузок по напряжению и току
используют приборы защиты.
Низковольтными вентильными разрядниками (рис. 10.25) за-
щищают силовые цепи напряжением 380/220 В от перенапряжений.
Основными элементами вентильного разрядника являются искро-
вой промежуток ИП и рабочее сопротивление PC, соединенные
последовательно и подключенные между проводом и землей. Волна
атмосферного напряжения (предварительно ограниченная высоко-
вольтными вентильными разрядниками в цепи высокого напря-
жения), приходящая с линии и имеющая амплитуду, превосходя-
щую импульсное пробивное напряжение ИП, вызывает его пробой.
Рис. 10 25 Схема вклю-
чения ;и ильного раз-
рядника
Рис. 10.26. Вольт-амперная характеристика вен
тильного выравнивателя типа ВК-10 I=f(U) и
зависимость сопротивления от напряжения /? —
230
Таблица 10.7
Тип разрядника	Номинальное напряжение, В	Пробивное напряжение, В		Максимальное остаю- щееся напряжение, В, при амплитуде им- пульсного тока. А	
		переменного тока частотой 50 Гц	импульсное при времени перед разря- дом, 1,5 мкс	50	100
РВН-500 РВНШ-250 РВН-250	500 250	2750+250 800 ±100	4000 2000	350	3500 1400
Амплитуда волны срезается до напряжения, безопасного для изо-
ляции защитного устройства. Импульсный ток молнии отводится
через искровой промежуток с провода на землю. Вслед за током
молнии под действием рабочего напряжения по проводу протекает
переменный ток, который как бы «сопровождает» ток молнии.
В момент прохождения тока молнии между электродами ИП возни-
кает дуга, горение которой поддерживается сопровождающим то-
ком. Эту дугу необходимо погасить, так как разрядник может по-
вредиться. Дуга погаснет при первом переходе сопровождающего
тока через нуль. Когда дуга погаснет, произойдет деионизация
воздушного зазора между электродами искрового промежутка и
разрядник опять готов к работе, т. е. разрядник способен к много-
кратной работе. Характеристики низковольтных вентильных раз-
рядников приведены в табл. 10.7.
Выравниватели — это нелинейные резисторы, обладающие спо-
собностью поглощать энергию, способствующую перенапряжениям.
Сопротивление выравнивателей зависит от приложенного напря-
жения: с увеличением напряжения оно уменьшается. Вольт-ам-
перная характеристика выравнивателя симметричная (рис. 10.26),
т. е. реакция выравнивателя зависит только от уровня приложен-
ного напряжения и не зависит от его полярности. Время сраба-
тывания выравнивателей несколько наносекунд. Они приблизи-
тельно на три порядка более быстродействующие, чем вентильные
разрядники. Такое высокое быстродействие позволяет использо-
вать выравниватели для защиты от перегрузок полупроводниковых
приборов. Выравниватели подключают параллельно защищаемому
прибору. При рабочем напряжении сопротивление выравнивателей
велико и они не оказывают заметного влияния на работу электри-
ческой цепи, а при перенапряжениях их сопротивление резко
снижается и они шунтируют защищаемый прибор. После прохож-
дения импульсов перенапряжения сопротивление выравнивателей
восстанавливается до прежнего значения, т. е. выравниватели об-
ладают многократностью действия. В табл. 10.8 приведены основ-
8В*	231
Таблица 10.8
Тип выравнивателя	Номинальное напряжение переменного тока, В	Ток утечки при номиналь- ном напряже- нии, мА, ие более	Остающееся напряжение, В, при амплитуде импульсного тока 50 А, не меиее	Допустимая мощность рас- сеяния, Вт, ие менее
вк-ю	10	35	250	3
ВК-220	220	15	1100	10
ВОЦ-220	220	1	—		
ВС-90	90	10	400—600	3
ВС-220	220	10	900	6
ные электрические характеристики выравнивателей, применяемых
в рельсовых цепях.
Автоматическими выключателями защищают приборы рельсо-
вых цепей от тяговых токов перегрузки, возникающих при наличии
асимметрии рельсовой линии; силовые цепи напряжением до
250 В — от короткого замыкания. Принцип действия выключателя
основан на отключении электрической цепи за счет размыкания
контактов при нагревании термоэлемента (биметаллической плас-
тины) проходящим по нему током определенного значения и в
последующем повторном включении электрической цепи после
остывания термоэлемента. Выключатели типа АВМ-1 выпускают на
номинальные токи 3; 5; 7,5; 10 и 15 А. Время размыкания контактов
выключателей при двукратной перегрузке не более 1,5 мин, время
обратного автоматического включения контактов не более 3 мин.
Наибольшую опасность для приборов рельсовых цепей пред-
ставляют прямые удары молнии в контактную сеть, которые со-
провождаются пробоем разрядников и перекрытием изоляции
на опорах контактной сети. Вслед за токами молнии в рельсовые
нити попадают токи короткого замыкания контактной сети. В
местные сигнальные и рельсовые цепи попадают также импульсы
высокого напряжения при ударе молнии в провода высоковольтной
сигнальной линии автоблокировки. Для надежной работы устройств
автоблокировки предусматриваются типовые решения по защите
приборов на сигнальных установках [17].
В схеме (рис. 10.27) силовые цепи напряжением 110/220 В за-
щищают вентильными разрядниками FV типа РВНШ-250, уста-
навливаемыми в релейном шкафу. Для защиты трансформаторов
типа ОМ, находящихся на опорах высоковольтной линии, от пе-
регрузок в случае короткого замыкания в цепях питания имеются
выключатели QF типа АВМ-1 (в кабельных ящиках) и предохра-
нители FU на номинальный ток 20 А (в релейных шкафах). При
наличии резервной линии питания аналогично защищают резервные
цепи. Линейные сигнальные воздушные провода ЛСП защищены
232
разрядниками FV, установленными в релейных шкафах и кабель-
ных ящиках. Разрядники в релейных шкафах заземляют, присоеди-
няя их к металлическому корпусу шкафа и к средней точке дрос-
сель-трансформатора ближайшего пути, а разрядники кабельных
ящиков — на специально оборудуемое низковольтное заземление
с которым соединяется броня и металлическая оболочка сиг-
нального кабеля СК. Данная схема исключает появление высоких
напряжений между токоведущими частями сигнальных и путевых
приборов и оборудованием, заземленным на рельсы. Это напряже-
ние равно остающемуся напряжению разрядников, которое выбрано
ниже электрической прочности изоляции токоведущих частей по
отношению к земле.
Для защиты сигнальных кабелей от пережога, который может
произойти при резких возрастаниях тягового тока в случае корот-
кого замыкания контактной сети, броню и металлическую оболочку
кабелей надежно изолируют от релейного шкафа. Приборы рель-
совых цепей защищены от коммутационных перенапряжений при
коротком замыкании в контактной сети выравнивателями RU типа
ВК-220. Э. д. с., индуцированная в дополнительной обмотке дрос-
сель-трансформатора, при коротком замыкании контактной цепи
воздействует на путевые приборы и выравниватель^ включенные
параллельно. Так как сопротивление выравнивателя резко сни-
жается при повышении приложенного напряжения (см. рис. 10.26),
то он выполняет функции нелинейного шунта. Максимальная ам-
плитуда напряжения, которое прикладывается к путевым прибо-
233
Рис. 10.28. Схемы защи-
ты приборов сигнальной
установки на участках
с электротягой перемен-
ного тока (а) и с авто
номной тягой (б)
234
рам, равна остающемуся напряжению выравнивателя (см. табл.
10.8).
В схеме (рис. 10,28, а) рельсовые цепи защищают выравнива-
телями RU типов ВС-90 и ВС-220 соответственно на релейном и на
питающем концах, которые выполняют функции нелинейных шун-
тов. При этом максимальное напряжение, прикладываемое к ап-
паратуре рельсовой цепи на релейном и питающем концах, не
может превышать 600 и 900 В соответственно (см. табл. 10.8).
Рельсовая цепь должна быть рассчитана так, чтобы максималь-
ное рабочее напряжение в точках подключения выравнивателей
на питающем и на релейном концах не должно превышать соот-
ветственно 220 и 90 В. При наличии асимметрии рельсовой линии
переменный тяговый ток трансформируется в дополнительную
обмотку дроссель-трансформатора и далее через изолирующий
трансформатор ИТ в цепь подключения аппаратуры. По приборам
рельсовой цепи могут длительно протекать токи, превышающие
допускаемые значения, что вызывает перегрев приборов от пере-
грузок по току и выход их из строя. Автоматические выключатели
многократного действия типа АВМ-1 на номинальный ток 5 А за-
щищают приборы от перегрузок по току.
В схеме (рис. 10,28, б) низковольтные силовые цепи и линейные
сигнальные цепи ЛСН защищают посредством вентильных разряд-
ников FV типа РВНШ-250 так же, как и на участках железных
дорог с электротягой постоянного тока. Релейный шкаф соединяют
с рельсами двумя выравнивателями типа В К-10. При атмосферных
перенапряжениях (выше 1000 В) сопротивление выравнивателей
снижается с 5 кОм до десятых и сотых долей Ома. Металлический
корпус закорачивают на рельсы и следовательно при воздействии
грозовых разрядов разрядники, расположенные в кабельном ящике
и релейном шкафу, заземляют через низковольтный заземлитель /?зн
и рельсовые нити, т. е. за счет подключения рельсовых нитей со-
противление заземления снижается, что повышает эффективность
грозозащиты сигнальной установки. При атмосферных перенапря-
жениях выравниватели осуществляют электрическое соединение
низковольтного заземлителя 7?зн с рельсами и защищают аппара-
туру питающего и релейного концов от разрушения. Максимальное
рабочее напряжение на рельсах питающего и релейного концов
должно быть менее 10 В.
Глава 11
РАБОТА РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ НА УЧАСТКАХ
С ДВИЖЕНИЕМ ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ПОЕЗДОВ
11.1. Термическое воздействие тягового тока
Воздействие тягового тока на аппаратуру рельсовых цепей
проявляется в двух аспектах: термическое воздействие на эле-
менты тяговой рельсовой сети; мешающее или опасное воздействие
на путевой приемник рельсовой цепи.
Термическое воздействие определяется только абсолютным зна-
чением тягового тока, а мешающее воздействие — абсолютным
значением тягового тока и неравномерностью растекания тягового
тока между двумя рельсовыми нитями.
Для оценки воздействия тягового тока на работу рельсовых
цепей рассмотрим методику определения абсолютных уровней
тяговых токов, протекающих через элементы тяговой рельсовой
сети, т. е. ходовые рельсы со стыковыми соединителями, обеспе-
чивающими их электрическую непрерывность, путевые и дополни-
тельные дроссель-трансформаторы (ДТ и ДДТ), дроссельные,
междудроссельные и междупутные перемычки (методика разра-
ботана ВНИИЖТом). Вопросы термической устойчивости наиболее
актуальны для участков, электрифицированных на постоянном
токе. Это связано с тем обстоятельством, что напряжение в кон-
тактной сети относительно рельсов и земли при электротяге постоян-
ного тока 3,3 кВ, а при электротяге переменного тока — 27,5 кВ.
Таким образом, при одной и той же мощности электровоза уровень
тока в тяговой сети при электротяге постоянного тока на порядок
больше, чем при электротяге переменного тока.
Электрическая тяга постоянного тока. Тяговый ток в рельсах
в каждой конкретной точке не является постоянным и зависит
от расположения точки относительно тяговых подстанций, числа
и местоположения поездов, наличия междупутных соединителен
И т. д.
График тепловой нагрузки Ppt для разных точек между под-
станциями показывает, что в межподстанционной зоне имеются
два характерных участка I — область повышенных тепловых
нагрузок у тяговых подстанций (на участке длиной около 15% от
длины межподстанционной зоны по обе стороны от каждой под-
станции); II — область пониженных тепловых нагрузок (около
70% длины в середине межподстанционной зоны).
Для возможности оценки термической устойчивости элементов
тяговой рельсовой сети необходимо ток в рельсах, изменяющийся
во времени, привести к эффективному току /эф, т. е. току, постоян-
236
ному по значению, но эквивалентному по выделению тепловой
энергии реальному изменяющемуся току. Ток /эф можно опре-
делить для действующих участков, измерив средний ток в рельсах
I в течение нескольких межпоездных интервалов, а при проек-
тировании — исходя из расчетных токов поездов /п и интервалов
попутного следования Т. В первом случае ток /эф = кэф/ср, где
к — коэффициент эффективности тока в рельсах для соответ-
ствующего межпоездного интервала Т и расстояния между под-
станциями L.
Во втором случае по тяговым расчетам определяют длительный
ток установившегося режима движения поезда по лимитирующему
участку данной межподстанционной зоны. При нескольких тяговых
единицах, ведущих поезд, в 1п суммарно входит ток каждой из
них. Далее по планируемым интервалам Т определяют ток: 7оф =
^эф^ср^п Кэф.п7п-
Коэффициент эффективности тока в рельсах, определяемый
по поездному току, кэф.п = кэФкср> кср — коэффициент среднего
тока в рельсах.
Графики изменения этих коэффициентов в зависимости от
интервалов попутного следования Т и расстояния между тяговы-
ми подстанциями L представлены на рис. 11.1.
На основе приведенных выше выражений и кривых (см. рис. 11 1)
и (рис. 11.2) определяют ток /эф, который сравнивают с допускае-
мым током /доП для данного элемента рельсовой сети. Если /эф <
< /цоп — то элемент термически устойчив, в противном случае
необходимо принять дополнительные меры по усилению терми-
ческой устойчпрости.
При электротяге постоянного тока используют дроссель-транс-
форматоры с воздушным зазором типов ДТ-0,2-500; ДТ-0,2-1000;
ДТ-0,6-500 и ДТ-0,6-1000. Второе число в условном обозначении
означает длительно допустимый ток через каждую из полуобмоток
дроссель-трансформатора, т. е. ток, проходящий через каждый из
рельсов. Допустимый ток, пропускаемый дроссель-трансформато-
ром, равен суммарному току через полуобмотки, т. е. удвоенном}
значению, приведенному в обозначении.
Паспортные данные дроссель-трансформаторов и допускаемые
токи по требованиям термической устойчивости для дроссель-
трансформаторов приведены в табл. 11.1.
По требованиям термической устойчивости допускаемые токи
для различных типов перемычек приведены ниже:
Дроссельная	Междудроссельная
Перемычка, мм2	. . .	2x50	2x70	4x50	4x70	4x95 4x120
Длительно допускае-
мый ток, А.......... 470	680	940	1360	1830	2340
Все выпускаемые дроссель-трансформаторы имеют некоторый
запас по сравнению с паспортными данными. Электрическую це-
237
Рис. 11.1. Зависимости коэффициен-
тов кЯф, кСр, Кэф.п от интервалов по-
путного следования Т и расстояния
между тяговыми подстанциями L—
=10 км (/); £=20 км (2); £=104-
4-20 км (3):
и II — соответственно зоны повышен-
ных и пониженных тепловых нагрузок
-----— Кер;-------— Кэф.п; — • — — Кэф
Рис 11 2 Зависимости расчетных по-
ездных токов 7П от веса поезда Р и
профиля пути при электротяге посто-
янного тока (пэ — число электрово-
зов) :
1 — Р-10 000 тс; 2 — Р=8000 тс; 3 — Р-
”6000 тс; 4 — Р=“5000 тс; 5 — Р=4000 тс:
6 — Р=3000 тс; 7 — Р-2000 тс; 8 — Р-
-1000 тс
лость тяговой рельсовой сети обеспечивают рельсовые стыковые
соединители. Допустимый ток для медного неприваренного соеди-
нителя 350 А, а при его приварке к рельсу повышается вследствие
охлаждающей способности массы рельса до 800—1000 А. Темпера-
тура соединителя при этом не превышает 100 °C. При затянутых
болтах и очищенных от ржавчины, а также плотно прилегающих
к рельсу накладках ток в основном проходит по накладке, ток в
соединителе не более 10—15% тока в рельсе. Таким образом,
сборный стык в исправном состоянии допускает токовую нагрузку
до 5000 А.
При определении термической устойчивости междупутных пе-
ремычек следует учитывать, что эффективный ток через них состав-
ляет не более одной трети общего тока в дроссельном пункте. Меж-
дупутная перемычка (2 х 70 мм2) практически во всех случаях
обеспечивает реальные токовые нагрузки.
Определив реальные токовые нагрузки элементов рельсовой
сети и изучив нагрузочные способности этих элементов, можно
связать минимально допустимый межпоездной интервал Tmln с
поездным током /п из условия обеспечения термической устойчи-
238
Таблица 111
Тип дроссель- трансформатора	Номинальный ток, А	Длительно допускае- мый (эффективный) ток, А	Сопротивление полу- обмотки ДТ постоян- ному току Дп оБм, Ом
ДТ-0,2-500	1000	1800	0,5 10-3
ДТ-0,6-500	1000	1500	0,9 10-3
ДТ-0,2-1000	2000	2400	0 4 10-3
ДТ-0,6-1000	2000	2200	0,65- 10-3
вости. Зависимости 7"mln = f(/n) (рис. 11.3) приведены для области
повышенных тепловых нагрузок у тяговых подстанций.
Наибольшие ограничения по Tmln накладывают дополнитель-
ные дроссель-трансформаторы. Это естественно, так как по этим
дроссель-трансформаторам на тяговую подстанцию возвращается
весь тяговый ток, тогда как при установке отсоса у дроссель-
ного стыка тяговый ток подразделяется на два дроссель-трансформа-
тора.
Если дополнительный дроссель-трансформатор по условиям
термической устойчивости не удовлетворяет требованиям про-
пускной способности, то возможен перенос точки подключения
отсасывающих фидеров к ближайшему изолирующему стыку с
двумя дроссель-трансформаторами; или если это расстояние велико
Рис. 11.3. Зависимости минимально допустимых межпоездных интервалов от
тягового тока:
а) — при дроссель-траисформаторах типов ДТ-0,2-1000 (/); ДТ-0,6-1000 (2), ДТ-0,2-500
(3); ДТ-0,6-500 (4) и междудроссельных перемычках типов 4X70 мм2 (5) и 2X50 мм2 (6);
б) — для дополнительных дроссель-трансформаторов типа ДТ-0,6-1000
239
Рис. 11.4. Схема включения до-
полнительных дроссель-транс-
форматоров:
1 — путевые дроссель-траисфор.ма
торы; 2 — дополнительные дрос-
сель-трансформаторы типа ДТ-0,6-
-1000 л—15, С=24 мкФ; 3 — отса-
сывающий фидер тяговой подстан-
ции; АРЦ — аппаратура рельсовой
цепи
(более 600 м), то возможно оборудование новой разрезной точки
с двумя дроссель-трансформаторами.
Когда термическая устойчивость путевых дроссель-трансфор-
маторов типов ДТ-0,2-1000 и ДТ-0,6-1000 не обеспечивается, у
изолирующих стыков в точках отсоса параллельно к существующим
дроссель-трансформаторам следует подключить дополнительные
дроссель-трансформаторы типа ДТ-0,6-1000 (рис. 11.4), настраивая
их вторичные обмотки в резонанс на частоту сигнального тока.
Электрическая тяга переменного тока. При электрической тяге
переменного тока имеются две характерные зоны тепловых нагру-
зок:
I — зона повышенных тепловых нагрузок, расположенная
на расстоянии до 3 км по обе стороны от тяговых подстанций ТП
Рис. 11.5. Расчетные значе-
ния «Ср (а) и (б) и кЭф (в)
для различных точек меж-
подстанционной зоны и рас-
стояний между ТП и АТП
L — расстояние между отсоса-
ми ТП; Z — расстояние между
отсосами АТП; х — удаление от
точки подключения отсосов; 1—
т=0; 2 — х=5 км; 3 — х=10 км;
4—х=15 км; 5 — L(l)=50 км;
6 — L(l)— 40 км; 7 — L(Z)=30 км;
8 — L(Z)=20 км; 9 — L(l)~
=10 км; 10 — £(Z)=5 км
Рис. 11.6. Зависимости расчетных
поездных токов /п от веса поезда Р
и профиля пути при электротяге пе
ременного тока (нэ — число электро-
возов) :
/ _ />=10 000 тс; 2~ Р-8000 тс; 3 — Р=
=6000 тс; 4 — /-’=5000 тс; 5 — Р=4000 тс;
6 — Р-3000 тс; 7 — Р—2000 тс; 8—Р=
— 1000 тс
при системе энергоснабжения 25 кВ и 2—3 км вблизи каждого
автотрансформаторного пункта АТП при системе энергоснабже-
ния 2 х 25 кВ;
II — зона пониженных тепловых нагрузок на остальных уча-
стках межподстанционной зоны.
Эффективный ток /эф в рельсовой сети может быть определен
по результатам измерений среднего тока /ср за промежуток времени,
равный межпоездному интервалу Т:
Кэф ср •
где — коэффициент эффективного тока (рис. 11.5), или по расчетным
поездным токам /п и планируемым межпоездным интервалам Т по вы-
ражению
^эф — кэф кср Х/п,
где кСр — коэффициент среднего тока;
л — коэффициент, учитывающий распределение тягового тока (для
тяговых подстанций X — 0,7; для автотрансформаторных пунктов
X = 1).
При расчете за ток поезда /п принимают длительный ток устано-
вившегося режима движения поезда по лимитирующему участку
рассчитываемой межподстанционной зоны (рис. 116).
Условия термической устойчивости элементов рельсовой тя-
говой сети /эф < /доП. Величины /доП для различных элементов
в соответствии с исследованиями ВНИИЖТа приведены в табл.
11.2.
241
Таблица 11.2
Тип элемента	Поминаль- ный ток, А	Длительно допускаемый (эффективный) ток, А	Допускаемая температура нагрева, «С	Ограничиваю- щий фактор
Дроссель-трансформаторы:				
ДТ-1-150 ДТ-1-250	300 500	480 900	100	Нагрев масла
ДТ-0,6-500С	1000	1500		
Перемычки дроссельные:				
2x35 мм2 2x50 мм2	—	390 530	115	Безопасность обслужива- ния
3x70 мм2	—	780		
Перемычки междудроссель- ные:				
3x35 .мм2	—	580		
4x50 мм2	—	1060	115	То же
4x70 мм2	—	1560		
Перемычки междупутные 2x50 мм2	—	530	115	»
Стыковые приварные соеди- нители: \		Без учета накладок		
медные 50 мм2	—	520		
25 мм2	—	370	115	»
стальные d = 6 мм	—	25		
2d = 6 мм		40		
Ограничивающее влияние термической устойчивости дроссель-
трансформатора типа ДТ-1-150 и перемычек для зоны I на про-
пускную способность участков показано на рис. 11.7. При исполь-
зовании дроссель-трансформаторов типов ДТ-1-250, ДТ-0,6-500 С
ограничений по межпоездным интервалам практически не возни-
кает. Если на отдельных участках с электротягой переменного
тока необходимо усиление дроссельного пункта, то это можно обес-
печить заменой дроссель-трансформатора типа ДТ-1-150 на ДТ-1-250
или проектировать рельсовые цепи с дроссель-трансформатором
типа ДТ-0,6-500 С.
Применение на электрифицированных участках переменного
тока медных приварных соединителей с площадью поперечного
сечения 50 мм2, обладающих значительным запасом по термичес-
кой устойчивости, не ограничивает пропускную способность же-
242
Рис. 11.7. Допустимые межпоездные интервалы по термической устойчивости
дроссель-трансформатора при системе энергоснабжения 25 кВ (а) и 2x25 кВ
(б):
/ —Р-=10 000 тс. 2 — Р=8000 тс; 3 — Р-6000 тс; 4 — Р-5000 тс; 5 — Р-4000 тс; 6 — Р°
= 3000 тс; 7 — Р-2000 тс
резных дорог. Температурные режимы ходовых рельсов любых
типов на участках с электротягой переменного тока также не вно-
сят каких-либо ограничений.
11.2. Мешающее и опасное воздействие тягового тока
Влияние тягового тока на аппаратуру рельсовых цепей всегда
связано с неравномерным распределением тягового тока между
двумя рельсами. Причинами неравномерного распределения тяго-
вого тока являются продольная и поперечная асимметрия рельсо-
вой линии, а также магнитное влияние контактной сети переменного
тока соседних путей.
Как показывают расчеты, асимметрия по утечкам (поперечная
асимметрия) влияет на разность токов в меньшей степени, чем
продольная асимметрия, и, следовательно, к асимметрии утечек
можно предъявлять менее жесткие требования, чем к продольной
асимметрии
Поперечная асимметрия, или асимметрия по утечкам, является,
как правило, следствием присоединения к одной из тяговых нитей
заземлений контактных опор и других металлических сооружений.
Поперечная асимметрия ограничивается правилами заземления
устройств, в соответствии с которыми к рельсу двухниточных рель-
совых цепей не допускается непосредственное подключение инди-
243
видуальных заземлений с сопротивлением менее 100 Ом, а также
групповых заземлений с сопротивлением менее 6 Ом • км. Если
конструкции имеют сопротивления заземления менее указанных
значений, то их должны подключать к рельсу через искровые
промежутки, диодно-искровые и тиристорные заземлители, индук-
тивные защитные дроссели и т. п. (см. главу 10).
Наиболее часто продольная асимметрия или асимметрия по
сопротивлению, возникает из-за нарушения целости одного или
нескольких стыковых соединителей на одной из рельсовых нитей
Продольное сопротивление рельсовой нити с поврежденными соеди-
нителями возрастает, и по ней протекает меньший ток, чем по
другой нити. В то же время следует иметь в виду, что в стыках
с соединителями существует резервный элемент в виде рельсовой
накладки. Сопротивление цепи тяговому току через накладки на
порядок меньше сопротивления медного рельсового соединителя
в случае нормальной затяжки болтов накладок.
Асимметрия может возникнуть и при полной исправности соеди-
нителей в случае установки дроссель-трансформаторов питающего
и релейного концов с одной стороны рельсовой колеи. Известно,
что сопротивление короткого и длинного усовиков дроссель-транс-
форматора эквивалентно сопротивлению соответственно 8 и 18 м
Рис. 11.8. Зависимости коэффициен-
та асимметрии от фактического мак-
симального тягового тока кА =
=f(/max) для дроссель-трансформа-
торов тиров ДТ-0,2-1000 и ДТ-0,6-
-1000 (/);	ДТ-0,2-500	и ДТ-0,6-500
(2)
ри расположении дроссель-транс-
ш сопротивление одной из парад-
на сопротивление эквивалентное
целому рельсу длиной 20 м. Ука-
занное обстоятельство отрица-
тельно сказывается в коротких
рельсовых цепях, в частности в
рельсовых цепях метрополите-
на В коротких рельсовых цепях
на асимметрию оказывают боль-
шое влияние и одиночные повре-
ждения стыковых соединителей.
В длинных рельсовых цепях с
большим числом соединителей
проявляется эффект выравнива-
ния, снижающий уровень асим-
метрии.
Количественно асимметрию
в рельсовых цепях оценивают
коэффициентом асимметрии
кА = 1(|Л-/2|)/(/1+/2)] 100%,
где/], /2 — токи в рельсовых
нитях.
В литературе дается макси-
мальный коэффициент асиммет-
рии тягового постоянного тока
244
Рис. 11.10. Схема прибора для изме-
рения асимметрии переменного тяго-
вого тока
Рис. 11.9. Схема измерения падения
напряжения постоянного тока на
обеих полуобмотках дроссель-транс-
форматора
в двухниточных рельсовых цепях на уровне 6%, а коэффициен
та асимметрии переменного тягового тока — 4%. При элек-
тротяге постоянного тока мешающее действие асимметрии ска-
зывается в подмагничивании дроссель-трансформатора и умень-
шении сопротивления его основной обмотки сигнальному гоку
(см. рис. 2.11). При этом для дроссель-трансформаторов ти-
пов ДТ-0,2-500 и ДТ-0,6-500 допускается абсолютное значение
асимметрии |Д — /2| = 200 А, а для дроссель-трансформаторов
типов ДТ-0,2-1000 и ДТ-0,6-1000 — 240 А. Поэтому для каждой
конкретной рельсовой цепи целесообразно выбирать свой коэффи-
циент допускаемой асимметрии в зависимости от фактического
максимального тягового тока /т тах — Лтах + Лтах > протекаю-
щего через среднюю точку дроссель-трансформатора. Кривая
зависимости кА =/(/ТГПах) (рис. 11.8) построена в соответствии
с указанными соображениями. Известно, что при эксплуатации
обеспечить коэффициент асимметрии ниже 6% затруднительно.
Максимальные тяговые токи, при которых гарантируется расчет-
ный уровень абсолютной асимметрии 200 и 240 А (в случае 6%
асимметрии), находятся в диапазоне от 3300 до 4000 А. В то же
время тяговые устройства рассчитывают на номинальный ток до
6000 А. Таким образом, имеется несоответствие между возмож-
ностями тяговых устройств и устройств СЦБ, требующее усиления
последних. На участках с электротягой постоянного тока для
определения коэффициента асимметрии измеряют падение напря-
жения постоянного тока на обеих полуобмотках дроссель-транс-
форматора (рис. 11.9). При этом Kj — [(6/х—1/2|) (Ur-\-U2)] 100%.
Измерения проводят вольтметром со шкалой измерения 75 мВ при
малых тяговых токах или вольтметром со шкалой измерения 300 мВ
245
или 1,5 В при большом тяговом токе. Тяговый ток, протекающий
через среднюю точку дроссель-трансформатора /т = (С\+{72)/ЯПобм,
где Rn обм — сопротивление полуобмотки дроссель-трансформатора
постоянному току (см. табл. 11.1).
При электротяге переменного тока из-за асимметрии появля-
ются помехи на входе приемных устройств автоматической локо-
мотивной сигнализации и повреждается аппаратура рельсовой
цепи. Асимметрия тягового тока не должна превышать 15 А при
использовании дроссель-трансформатора ДТ-1-150А. Для изме-
рения асимметрии используют токоизмерительные клещи Дитца
(прибор типа Ц-91), которыми охватываются дроссельные пере-
мычки. При измерении асимметрии переменного тягового тока
может быть использован прибор (рис. 11.10). Две катушки R1 и
К2 накладывают на две крайние шины одного и того же дроссель-
трансформатора. При встречном включении катушек напряжение
на резисторах R1 и R2 пропорционально разности тяговых токов
через полуобмотки дроссель-трансформатора. Это напряжение из-
меряется вольтметром PV, включенным в диагональ выпрями-
теля В. Трехпозиционный переключатель SA1 позволяет подклю-
чать к измерительной цепи каждую из катушек и R2 в отдель-
ности и таким образом измерять ток в каждом из рельсов. Пере-
ключатель SA2 служит для изменения пределов измерения.
При электротяге переменного тока напряжение асимметрии
измеряют вольтметром переменного тока на рельсах релейного
конца в момент нахождения подвижного состава на питающем
конце рельсовой цепи. Для двухниточных рельсовых цепей это
напряжение не должно превышать 2,5 В; для двухниточных рель-
совых цепей с одним дроссель-трансформатором — 5 В и для одно-
ниточных рельсовых цепей — 15 В. Надежным средством защиты
путевого приемника от напряжения асимметрии, представляющего
стационарную помеху, являются электрические фильтры.
Глава 12
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
12.1.	Проверка исправности стыковых соединителей
Диагноз в переводе с греческого «диагнозис» означает рас-
познавание, определение.
Техническая диагностика в рельсовых цепях решает два типа
задач. К первому типу относятся задачи по определению состояния,
в котором находится рельсовая цепь в настоящий момент времени.
При этом делается вывод об исправности или неисправности рель-
совой цепи и решается задача поиска неисправности, т. е. указание
места неисправности. К второму типу относятся задачи по пред-
сказанию состояния, в котором окажется рельсовая цепь в неко-
торый будущий момент времени. Это — прогноз (от греческого
«прогнозис» — предвидение, предсказание).
Наиболее часто отказы рельсовых цепей связаны с обрывом
стыковых соединителей, перемычек, тяговых и сигнальных джем-
перов; повреждением изоляции изолирующего стыка, стрелочной
гарнитуры, сережки, крестовины; с понижением сопротивления
изоляции и др. Для поиска неисправностей применяют информа-
ционные диаграммы, представляющие собой целесообразную после-
довательность действий обслуживающего персонала для обнару-
жения отказа за минимальное время [19]. Как правило, поиск
отказов в рельсовой цепи обычно сводится к определению места
обрыва или короткого замыкания. При этом примерное соотноше-
ние случаев обрыва и короткого замыкания составляет 1 : 3 в
неразветвленных и 1 : 5 в разветвленных [9] рельсовых цепях.
Подавляющее число случаев обрыва рельсовой цепи прихо-
дится на обрыв стыковых соединителей, что связано с их неудачной
конструкцией и нарушением технологии при установке.
Согласно Инструкции по техническому обслуживанию устройств
сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) ЦШ МПС/3820
один раз в две недели электромонтер проверяет исправ-
ность соединителей и перемычек. Нормативные сопротивления
стыковых соединителей выражаются в метрах эквивалентной длины
целого рельса и составляют для: медных приварных соединителей—
9 м; остальных приварных соединителей — 36 м; стальных штеп-
сельных соединителей — 123 м. Сопротивление постоянному току
1 м рельса Р50—3,33 • 10~5 Ом, а Р75 — 2,54 . 10"5 Ом.
При наличии стыковых соединителей различных типов сопро-
тивление рельсовых стыков в большинстве случаев равно от 1 до
20 м эквивалентной длины; при отсутствии стыковых соединителей
сопротивление стыков равно от 2 до 200 м эквивалентной длины.
247
В эксплуатации используют различные способы повышения
надежности работы стыковых соединителей, наиболее эффектив-
ный из которых — дублирование. ДЛя стыка с дублированными
соединителями вероятность отказа в зависимости от периода про-
филактических работ на один-два порядка меньше, чем для стыка
с одним соединителем.
Для измерения сопротивления соединителей применяются стыко-
измерители типов ЦНИИ-56 и ИЭСС-1М (рис. 12.1), имеющие
различную конструкцию. При подключении измерителя необхо-
димо следить зз тем, чтобы рельсовые накладки и стыковые соеди-
нители полностью находились между зажимами К1 и О и между
зажимами и рельсовой нитью был хороший контакт.
При электротяге постоянного тока измерительный прибор
стыкоизмерителя — гальванометр G — работает от тягового тока,
протекающего по рельсовой нити, а при электротяге переменного
тока и автономной тяге — от источника питания — сухого эле-
мента GB с током короткого замыкания порядка 30 А или от пере-
носного аккумулятора (показано штриховой линией). Схема при-
бора собрана при принципу неполного моста, дополняемого двумя
плечами при установке стыкоизмерителя на путь (сплошной рельс
длиной 1 м и стык рельсов с двумя концами рельсов общей длиной
1 м). После подключения прибора переключатель SA необходимо
установить в такое положение, чтобы уравновесить мост, т. е
добиться нулевого показания гальванометра G. При этом выпол-
няется условие равновесия моста, заключающееся в том, что про-
изведения сопротивлений противоположных плеч равны. Обозначив
суммарное сопротивление от точки Д7 до точки подключения пере-
ключателя 5 А через R1, а от точки подключения переключателя SA
248
до точки К2 через R2, можно записать /?1Мрельса^1 = ЯстыкаЯг»
Откуда /?СТЫКа —^1 м рельса (^1/^2)•
Соотношение Ri/R2 определяет, во сколько раз сопротивление
стыка больше сопротивления отрезка целого рельса длиной 1 м
Величина этого соотношения нанесена на шкале прибора. При
сопротивлении резисторов, указанных на рис. 12.1, а, стыкоизме-
ритель позволяет измерить сопротивление стыка, не превышающее
9 м эквивалентной длины, т. е. фактически предназначен только
для измерения медных соединителей. Изменив сопротивления
резисторов (значения сопротивлений, данные в скобках), можно
расширить пределы измерения прибора до 200 м эквивалентной
длины, что позволяет измерять сопротивления стыковых соедини-
телей любых типов.
В случае если не требуется большая точность при измерении
сопротивления стыковых соединителей, может быть использован
метод вольтметра-амперметра (рис. 12.2). Гальванометром G из-
меряют падение напряжения Ur на резисторе Ro и падения напря-
жения Ur на стыковом соединителе. Тогда, очевидно, сопротив-
ление стыкового соединителя /?Ст = ^о(^дст/^до)-
Наиболее важна проверка электрической целости стыковых
и стрелочных соединителей при техническом обслуживании необ-
текаемых параллельных ответвлений стрелочных изолированных
участков, так как обрыв цепи необтекаемых ответвлений может
привести к ложному контролю свободности стрелочной секции.
При отсутствии описанного выше прибора исправность дублиро-
ванных необтекаемых соединителей и стыковых соединителей
можно проверять токоизмерительными клещами типа Ц-91 с по-
мощью фиксации тока в каждом из соединителей при наложении
на конец ответвления нормативного шунта.
Электрическую целость стыковых соединителей необтекаемых
ответвлений можно проверять также наложением нормативного
шунта на конец этого ответвления. При этом остаточное напря-
жение на путевом реле в импульсных рельсовых цепях постоянного
тока не должно превышать 60% от напряжения притяжения путе-
вого реле, 85% от напряжения отпускания в рельсовых цепях
с реле типа ДСШ и 60% напряжения отпускания во всех осталь-
ных типах рельсовых цепей. Если путевое реле находится на зна-
чительном расстоянии от рельсовой линии, то остаточное напряже-
ние можно измерять не на путевом реле, а на рельсах релейного
конца.
При этом расчетным методом должны быть определены до-
пускаемые значения этого напряжения для каждой конкретной
рельсовой цепи с необтекаемым ответвлением.
Исправность стыковых соединителей, не обтекаемых током,
можно проверить индикатором тока. Шунт накладывают на парал-
лельное ответвление.
249
Рис. 12.2. Схема измерения сопротив-
ления стыков методом вольтметра-
амперметра
Рис. 12.3. Схема определения места
обрыва при проходе поезда
В исправном соединителе будет протекать ток, наличие кото-
рого будет определять индикатор.
При поиске отказов в рельсовой цепи часто требуется опреде-
лить обрыв или повышение сопротивления в месте соединения
элементов рельсовой линии. Для этого измеряют напряжение
между рельсовыми нитями до и после соединителя или же изме-
ряют напряжение на каждом соединителе по обеим рельсовым
нитям. При измерении напряжения на переменном токе и исполь-
зовании прибора Ц4380 повышение чувствительности может дости-
гаться измерением напряжения амперметром переменного тока
этого прибора на шкале 0,006 А. Максимальное полное отклоне-
ние стрелки прибора будет иметь место при напряжении на соеди-
нителе 0,09 В В то же время полное отклонение стрелки вольт-
метра переменного тока в приборе Ц4380 при напряжении 0,3 В,
т. е. при измерении амперметром напряжения прибор в три раза
чувствительней. На участках с автономной тягой при ложном
контроле занятости рельсовой цепи для приблизительного обна-
ружения места обрыва стыкового соединителя применяют следую-
щий способ. К тросам на питающем конце подключают вольтметр
PV (рис. 12 3), который покажет скачкообразное увеличение или
уменьшение напряжения в тот момент, когда поезд хвостом или
головой проследует за неисправный соединитель. Этот метод со-
кращает время обнаружения отказа.
12.2.	Проверка исправности изолирующих элементов
рельсовых целей
Одной из основных причин отказов рельсовых цепей является
снижение сопротивления изоляции элементов рельсовой линии:
изолирующих стыков, стрелочных гарнитур и других элементов.
Проведенные измерения показали, что сопротивление исправной
изоляции указанных элементов в зависимости от некоторых усло-
вий колеблется от 100 Ом до нескольких килоом, а сопротивление
изоляции, непригодной к эксплуатации, менее 50 Ом.
Наиболее характерным отказом изолирующего стыка с метал-
лическими накладками является нарушение боковой изоляции или
изоляции в болтах накладок. Поэтому состояние изолирующих
стыков контролируется в основном измерением «рельс—-накладка».
Исходя из того что нормативное сопротивление изоляции 50 Ом,
можно проверять сопротивление изоляции накладки вольтметром
с внутренним сопротивлением 50 Ом. При отсутствии такого при-
бора параллельно входу высокоомного вольтметра устанавливают
резистор сопротивлением 51 Ом При автономной тяге измерение
стыка 1 сводится к определению напряжений (рис. 12.4, а). Если
напряжения £7p2Hi <0,5 tfplp2 и С/р2й2 <0,5 £/plpa, a t/p4H1 <
<0,5£/р3р4 и t/p4H2 <0,5С/р3р4, то сопротивление изоляции наклад-
ки Н1 и Н2 относительно рельсовых нитей Р1 и РЗ больше 50 Ом,
т. е. соответствует нормативному. Если хотя бы одно из указанных
неравенств не выполняется, то изоляция накладок Н1 или Н2
относительно рельса Р1 или РЗ нарушена. Аналогично определяют
исправность изоляции стыка 2. Указанный метод измерения ос-
нован на том, что напряжение между рельсовыми нитями прикла-
дывается к последовательной схеме из сопротивлений измеритель-
ного вольтметра (51 Ом), подключенного к одной из рельсовых
нитей и накладке, и сопротивления изоляции между этой наклад-
кой и противоположным рельсом. При этом чем больше сопро-
тивление изоляции между накладкой и рельсом, тем меньше на-
пряжение на измерительном вольтметре, подключенном между
этой накладкой и противоположным рельсом. Эквивалентная
схема (рис. 12 4, б) поясняет распределение напряжений при под-
ключении измерительного вольтметра к рельсу Р1 и накладке НЗ.
Рис. 12.4. Схема, поясняющая порядок измерения изоляции накладок стыка
(а), и эквивалентная схема измерения сопротивления изоляции между рель-
сом Р2 и накладкой Я<9 (б)
251
Сопротивления изоляции между соответствующими накладками и
рельсами:
^Р1Н1 = ^?ВН Gpip2/kp2Hl- 1); Яр1Н2 —Явн (^Р1Р2/Ср-2Н2-О '•
^РЗН1 ~ RbH (Срзр4/Ср4н1— 1) ; /?РЗН2 = ^ВН (^РЗР4/^Р4Н2— ’ ) ’
^Р2НЗ = ^ВН (^Р1Рг/^Р1НЗ- О; ^Р2Н4~^вн (^Р1Р?./^Р1Н4---О»
Яр4НЗ~ЯвН (Срзр4/£7рзнз— 1); Яр4Н4 = ^ВН (^РЗР4/^РЗН4-О»
где /?ЕН — внутреннее сопротивление измерительного вольтметра.
Сопротивление изоляции «рельс—накладка» можно опреде-
лить с помощью пяти измерений в соответствии со схемами (рис.
12.5, а) и последующего расчета по выражениям:
^Р1н1= {[^Р1Рг— (^piHi+Cp2Hi)РСР2Н1) 7?вН;
^Р2Н1= {1^Р1Р2— (^Р1Н1+ ^Р2Н1)]/Ср1Н1}
^Р1Н2— {[kpip2— (Срщг + Ср2Н2)]/Ср2Н2’ /?ВН;
#Р2Н2= {[Цр1Р2--(^Р1Н2 + Ср2Н2)]/[7р1Н2) 7?вн.
Приведенный способ может быть использован для измерения
сопротивления изоляции «рельс—накладка» во всех изолирую-
щих стыках на электрифицированных участках, а также на внут-
ренних стыках стрелочных секций неэлектрифицированных участ-
ков. На стыках без дроссель-трансформаторов данный способ
можно применять, если противоположный стык зашунтировать
сопротивлением 7?ш = 10 Ом (рис. 12.5, б).
В однониточных рельсовых цепях исправность изолирующих
стыков проверяют по схеме (рис. 12.6) с использованием вольт-
метра, внутреннее сопротивление которого 51 Ом. Условие исп-
равности изоляции в изолирующем стыке (7р1н1 <0,5(7с,
б^р1Л2 6,5 Uc, ^Р2П1 <~' 6,5 Uc и ^Р2Н2 < 6,5 Uc.
Сопротивление изоляции изолирующего стыка в цепи «рельс-
накладка» можно определить по схеме (рис. 12.7). При использо-
вании источника постоянного тока GB напряжением 8—9 В изме-
Рис. 12.5. Измерение сопротивления изоляции «рельс—накладка» па электри-
фицированном (а) и нсэлектрифицированном (б) участках
252
Рис. 12.6. Схема измерений при про-
верке исправности изолирующих
стыков в однониточньух рельсовых
цепях
Рис. 12.7. Схема измерения изоляции
стыка с помощью вспомогательного
источника постоянного тока (о) и из-
мерителя сопротивления (б)
ряют напряженнее/ и ток I (см. рис. 12.7, а). Затем по отношению
UH вычисляют сопротивление изоляции цепи «накладка—рельс».
При электротяге постоянного тока этим методом необходимо вы-
полнить дополнительное измерение, изменив порядок подключе-
ния проводников. Окончательный результат будет равен среднему
значению результатов двух измерений. Для измерения сопротив-
ления изоляции можно использовать и измеритель сопротивления
МС типов МС-07(08) или М16 (рис. 12.7, б)о
Состояние изолирующих элементов сережек остряков, стрелоч-
ных гарнитур, стяжных полос и распорок проверяют также вольт-
метром с внутренним сопротивлением 51 Ом. При проверке состоя-
ния изолирующих элементов сережек остряков и стрелочных гар-
нитур (рис. 12,8, а) измеряют напряжение между рельсами (7р,
а затем напряжения между связной тягой и рельсами (/тр1 и t/Tp2.
Если Птр1 0,5Пр, то неисправна изоляция со стороны второго
рельса. Если же £7Т]1 <0,5(7р и (7тр2 <0,5(7р, то изоляция ис-
правна. Конкретное место пробоя изоляции определяют следую-
щим образом. В свободное от движения поездов время по догово-
ренности с ДСП со стороны, где исправная изоляция, гарнитуру
соединяют с рельсом и в это время индикатором рельсовой цепи
определяют место неисправной изоляции.
При измерении сопротивления изоляции 3 стяжных полос 1
(рис. 12.8, б) определяют напряжения между рельсами (7р (или
полосами), а затем между каждым рельсом (полосой) и болтом 2
(7п1б, ^п2б- Если Unl6 <0,5(7 и (7п2б <0,5(7р, то изоляция ис-
правна.
Отыскание мест короткого замыкания в элементах рельсовых
цепей (изолирующие стыки, стяжные полосы, железобетонные
шпалы) упрощается при использовании индикаторов тока, основ-
ным элементом которых является индукционная катушка. При
протекании по рельсу или другому элементу, на который на-
ложена индукционная катушка переменного тока или импульс-
253
Рис. 12.8. Схема проверки изолирую-
щих элементов:
4) сережек остряков; б) стяжных полос
Рис. 12.9. Принципиальные схемы
измерителя рельсовой цепи типа
ИРЦ58 (а) простейшего прибора
для измерения тока (б)
ного постоянного тока в последней наводится э. д. с. Для опре-
деления мест короткого замыкания большое распространение
получил измеритель рельсовой цепи типа ИРЦ58 (рис. 12.9, а),
содержащий катушку индуктивности /С, усилительную схему У
на двух транзисторах VT1, VT2 и измерительный прибор ИП.
Для измерения можно применять катушку К. без усилителя с чув-
ствительным стрелочным прибором П, подключаемым через вы-
прямитель В (рис. 12.9, б). Отсутствие усилителя позволяет об-
ходиться без источника питания, однако чувствительность прибора
снижается. Эти схемы обладают слабой частотной селективностью
и поэтому их использование на участках с электротягой затруд-
нительно. Для аналогичных цепей может быть использован прибор
ИРЦ 25/50. Индикатор тока электрических рельсовых цепей типа
ИРЦ 25/50 предназначен для индикации присутствия в рельсах
и других элементах станционных и перегонных рельсовых цепей
сигнальных токов на частотах 25 и 50 Гц, в том числе на частоте
25 Гц при больших мешающих воздействиях переменных тяговых
токов промышленной частоты и сигнальных токов частотой 50 Гц.
Индикатор построен по схеме частотно-избирательного приемника
прямого усиления (рис. 12.10). С измеряемой цепи сигнал сни-
мается индуктивным способом — катушкой индуктивности Л, что
исключает влияние индикатора на режим работы измеряемой цепи.
Сигнал с катушки поступает на вход согласующего устройства СУ 7,
согласовывающего относительно высокое сопротивление катушки К
с низким входным сопротивлением электрического фильтра Ф.
Одновременно СУ/ усиливает сигнал с катушки К. Электрический
фильтр Ф настраивается на частоту сигнального тока в измеряемой
цепи. С его выхода сигнал поступает на согласующий каскад СУ2
и далее на два канала индикации: канал стрелочной индикации,
254
имеющий усилитель У7, выпрямитель VD и прибор ИП\ канал све-
товой индикации, состоящий из усилителя У 2 и светоизлучающего
диода CD, обеспечивающего индикацию в темное время суток.
В индикаторе предусмотрена перестройка с частоты 25 Гц на час-
тоту 50 Гц, осуществляемая переключателем 5А. При этом фильтр Ф
перестраивается на другую частоту, измеряется коэффициент
усиления СУ1 и изменяется схема включения секций катушки /С
Чувствительность прибора выбрана такой, чтобы при индикации
наличия сигнального тока полное отклонение стрелки ИП наблю-
далось при токах в измерительной цепи около 3 А, а начало све-
чения светоизлучающего диода — при токах около 0,5 А. Прибор
обладает высокой избирательностью. Максимальный ток промыш-
ленной частоты, при котором сохраняется работоспособность при-
бора, — до 200 А. Индикатор питается от источника постоянного
тока номинальным напряжением 9 В.
Для индикации состояния изоляции элементов рельсовых це-
пей на дорогах разработано много различных схем. Интересный
прибор разработан на Западно-Сибирской дороге (рис. 12.11).
Постоянное напряжение 4,5 В батареи GB с помощью транзисторов
V77 и VT2 преобразуется в переменное, которое далее выпрям-
ляется выпрямительным мостом VD3—VD6 и подается на конден-
сатор С1. Через резистор R3 конденсатор заряжается до напря-
жения пробоя динистора VD7. Динистор разряжается на последо-
вательную цепочку, содержащую один из резисторов R5, R6 или
R7 (подключаемые переключателем SA), и измеряемое сопротив-
ление Rx. После окончания разряда конденсатор С1 опять заря-
жается от преобразователя и процесс повторяется.
Напряжение с подключенного резистора R5, R6 или R7 подает-
ся на вход порогового устройства, выполненного на микросхеме
DA1, порог срабатывания которого определяется сопротивлением
резистора R8 и стабилитроном VD9. Сопротивления резисторов R5,
Рис. 12.10. Структурная схема индикатора тока электрических рельсовых це-
пей типа ИРЦ 25/50
255
R6 и R7 подобраны таким образом, чтобы падение напряжения
на них при разряде конденсатора С1 в случае снижения сопротив-
ления Rx было достаточным для срабатывания порогового устрой-
ства. Контролируемые сопротивления изоляции резистора Rx при
подключении резисторов R5, R6 и R7 соответственно 2, 20 и 200 Ом.
Если R меньше указанных значений при соответствующем поло-
жении переключателя срабатывает пороговое устройство,
импульс с выхода которого через конденсатор С2 поступает на вход
схемы индикации, выполненной на транзисторе VT10 и тиристо-
ре VS1, и загорается лампа HL. Питание схемы индикатора вклю-
чают кнопкой SB1 только на период измерения. Существует не-
сколько вариантов подключения индикатора ИИ к различным
элементам изоляции рельсовых цепей (рис. 12.11, б, в и г).
На железных дорогах широко используют железобетонные шпа-
лы (рис. 12.12). Исправное состояние шпалы 3 обеспечивается при
отсутствии касания между ее арматурой /, электрически соединен-
ной с закладными болтами ЗБ1 и ЗБ4, и рельсами 2 и 4, электри-
чески соединенными с клеммными болтами КБ2 и КБЗ. На участ-
ках с железобетонными шпалами сопротивление изоляции рель-
совых нитей снижается из-за неисправностей арматуры крепления
Рис. 12 11 Принципиальная схема индикатора (а) и варианты подключения
индикатора для измерения сопротивления элементов изоляции:
б) «рельс-накладка»: в) связной полосы: г) серег крепления тяг стрелочного электро-
привода
256
Рис. 12.12. Электрическая схема кон
струкции железобетонных шпал
шпалы. Конкретными причинами потери изоляции являются ка-
сание стопорной шайбы закладного болта с зажимом клеммного
болта, стирание резиновой прокладки, загрязнение пространства
между болтами грязью, мазутом и т. д. Изоляцию на каждой шпале
измеряют таким образом. Вольтметром измеряют напряжение между
рельсами, а затем — между каждым закладным болтом и противо-
положным ему рельсом. Если напряжения на участках «рельс—
рельс» и «рельс—закладной болт» будут равны, то это значит, что
изоляция между рельсом и арматурой нарушена. Односторонний
пробой изоляции может быть выявлен индикатором рельсовой цепи.
Для этого на каждую шпалу устанавливают индикатор и попере-
менно замыкают болты: ЗБ1 с К.Б2 и КБЗ с ЗБ4. При односторон-
нем пробое изоляции индикатор отметит протекание тока. Шпалы
с двусторонним нарушением изоляции, когда оба рельса закоро-
чены на арматуру, определяются индикатором тока по резкому
изменению показания его прибора при последовательной установке
индикатора на рельс в каждом шпальном ящике.
На электрифицированных участках железных дорог для обеспе-
чения нормального и контрольного режимов работы рельсовых
цепей важно обеспечить исправность искровых промежутков.
Исправность искрового промежутка проверяют измерением потен-
циала на его зажимах вольтметром на шкале измерений 20 В по-
стоянного тока. Если стрелка вольтметра отклоняется, то искровой
промежуток исправен, если стрелка не отклоняется даже в момент
прохода электровоза, то искровой промежуток считается неис-
правным и подлежит замене.
12.3.	Проверка чередования полярности в рельсовых цепях
Для безопасности движения большое значение имеет правиль-
ное чередование полярности тока в рельсах соседних рельсовых
цепей. Имели место случаи, когда при сходе изолирующих стыков
из-за одинаковой полярности в смежных рельсовых цепях пере-
водились стрелки под подвижным составом и принимали поезда
на занятый путь. Поэтому необходимо строгое соблюдение пра-
вильности чередования полярности в рельсовых цепях и ее перио-
дическая проверка. При правильном чередовании полярности
исключается ложное срабатывание путевых реле при повреждении
изолирующих стыков. Чередование полярности тока проверяют
регулярно в соответствии с графиком технологического осмотра.
Кроме того, такую проверку следует выполнять после замены
257
аппаратуры питающего конца рельсовой цепи или после работ,
связанных с отключением кабельных жил, дроссельных и бутлеж-
ных перемычек прибором типа Ц4380, индикатором ИП4П и путем
замыкания изолирующих стыков.
В смежных рельсовых цепях постоянного тока при импульсном
и непрерывном питании чередование полярности определяют вольт-
метром. Вольтметр включают сначала по одну сторону изолирую-
щих стыков, а затем, поменяв концы проводов прибора, — по
другую. В случае если стрелка прибора отклонится в одну сторону,
чередование полярностей правильное. Если стыкуются двухни-
точйые рельсовые цепи с дроссель-трансформаторами (рис. 12.13, а)
при правильном чередовании фаз Ur = (Ulpn + U2pu)/2, а П2 =
= (^1рц — ^грц)7^. то признаком такого чередования фаз является
выполнение условия	Если указанными измерениями
из-за действия помех не удается достоверно убедиться в выпол-
нении требуемого неравенства, то следует замкнуть один из изо-
лирующих стыков и убедиться в реакции путевых реле на это
замыкание.
При правильном чередовании полярности в зависимости от
расположения питающих и релейных концов по отношению к ис-
следуемому стыку реакция путевых реле будет следующей:
Расположение концов питаю-
щих и релейных у изолирую-
щего стыка
Питающий — релейный
Релейный — релейный
Питающий — питающий
Реакция путевых реле
Реле, подключенное у изолирую-
щего стыка, отпускает сектор
Оба реле, подключенные у изоли-
рующего стыка, отпускают сектор
Отпускает сектор хотя бы одно пу-
тевое реле
Правильность чередования фаз при стыковании двухниточных
рельсовых цепей без дроссель-трансформаторов проверяют изме-
рением напряжений в соответствии со схемой (рис. 12.13, б). Усло-
вие правильного чередования полярности: меньшее из U$ и 1/4
больше большего из Ur и U2t т. е. min [t/3, (74]>> max [Uit U2].
При отсутствии уверенности в выполнении данного неравенства
необходимо замкнуть изолирующие стыки и убедиться в правиль-
ности чередования полярности.
Правильность чередования полярности при стыковании двух
ниточной и однониточной рельсовой цепи (рис. 12.13, в) проверяют
таким образом. Отключают напряжение на вторичной обмотке
питающего трансформатора в двухниточной рельсовой цепи. За-
мыкают изолирующие стыки. Необходимо убедиться, что сектор
путевого реле двухниточной рельсовой цепи перемещается вниз.
При стыковании однониточных рельсовых цепей (рис. 12.13, а)
чередование полярности правильное, если выполняются условия
U3 <U. и U3 <U2.
258
Рис. 12.13 Порядок проверки чередования полярности при оыковании двух-
ниточных рельсовых цепей с дроссель-трансформаторами (о), двухниточных
рельсовых цепей без дроссель-трансформаторов (б); двухниточной и однони-
гочной рельсовых цепей (в) и однониточных оельсовых цепей (г)
Правильность чередования полярности при стыковании двух-
ниточной рельсовой цепи и непрерывном питании с импульсной
рельсовой цепью или рельсовой цепью числового кода проверяют
замыканием изолирующих стыков при отключенном напряжении
питания в рельсовой цепи с непрерывным питанием. При правиль-
ном чередовании полярности сектор путевого реле рельсовой цепи
с непрерывным питанием должен двигаться в сторону нижнего
ролика.
Для проверки правильности чередования полярности при сты-
ковании двух однониточных или двух двухниточных рельсовых
цепей, питаемых от одной фазы, может быть использован инди-
катор проверки чередования полярности (рис. 12.14). Прибор
имеет две одинаковые фазочувствительные схемы, выполненные
на транзисторах VT1 и VT2 Коллекторное питание на каждый
транзистор формируется из напряжения на рельсах рельсовой
цепи 1. Для этого служат трансформаторы Т1 и Т2 и выпрями-
тельные диоды VD1 и VD2. В базовые цепи транзисторов подается
сигнал от рельсовой цепи 2 через трансформаторы ТЗ и Т4.
При этом фаза сигнала на базе транзистора VT1 противоположна
фазе сигнала на базе транзистора VT2. При правильном чередова-
нии транзистор VT1 открывается в течение каждого полупериода
сигнального тока В цепи коллектора этого транзистора включен
стрелочный прибор П1, отклонение стрелки которого свидетель-
ствует о правильности чередования полярности на стыке. Тран-
259
Рис 12.14. Схема индикатора провер-
ки чередования полярности
зистор VT2 открываться не бу-
дет, и стрелка прибора П2 не
отклоняется. При неправильном
чередовании полярности тран-
зистор VT1 будет закрыт, а на
каждом полупериоде сигналь-
ного тока открывается транзис-
тор VT2. Отклонение стрелки
прибора П2 свидетельствует о
нарушении правильности по-
рядка чередования полярности.
В рельсовых цепях число-
вой кодовой автоблокировки
частотой 25 и 50 Гц чередова-
ния фаз тока в смежных рель-
совых цепях не требуется, так
как защита сигнальных реле
от ложного возбуждения при
работе путевого реле от источника соседней осуществляется схе-
мой дешифраторной ячейки. Защита проверяется при занятой
рельсовой цепи и замыкании изолирующих стыков. При этом
сигнальные реле желтого и зеленого огней не должны возбуж-
даться .
12.4.	Измерение шунтовой чувствительности и сопротивления
изоляции рельсовой линии
Шунтовую чувствительность рельсовых цепей проверяют по
графику технологического обслуживания и после резкого измене-
ния погодных условий. Для этого на рельсовую цепь накладывают
типовой шунт с нормативным сопротивлением 0,06 Ом. В двухни-
точных рельсовых цепях шунт накладывают на питающем и на
релейном концах. В разветвленных рельсовых цепях шунтовую
чувствительность измеряют на питающем и релейном концах, а
также на всех параллельных ответвлениях. При наличии в раз-
ветвленной рельсовой цепи нескольких путевых реле, шунтовой
эффект достаточно проверить по путевому реле, которое контро-
лирует шунтируемое ответвление. В однониточных рельсовых це-
пях шунтовую чувствительность проверяют при наложении шунта
по всей длине рельсовой цепи через каждые 100 м. Шунтирование
рельсовой цепи определяют по состоянию путевого реле при нало-
жении шунта: путевое реле нейтрального типа должно полностью
отпускать якорь, замыкая свои тыловые контакты; сектор двух-
элементного реле должен опускаться и его фронтовые контакты
размыкаться; якорь импульсного путевого реле может частично
трогаться с места при импульсах тока, но тыловые контакты при
260
этом не должны размыкаться. Шунтовая чувствительность зависит
от чистоты поверхности головок рельс. Покрытие головки рельсов
ржавчиной, буксовой смазкой, снегом, песком или шлаком вызы-
вает резкое повышение сопротивления между рельсом и поверх-
ностью катания колесных пар, что может привести к потере шунта.
При сильных морозах — (25 — 35) °C на Восточных дорогах
наблюдались случаи потери шунта под подвижными едини-
цами из-за образования тончайшей изолирующей пленки на
рельсах.
При наличии указанных недостатков должны быть приняты
меры к их устранению. Загрязненные поверхности рельсов можно
очищать при неоднократном пропуске локомотива по участку
пути. Для удаления изолирующей пленки зимой головки рельсов
шлифуют электрошлифовальным поездом.
Шунтовую чувствительность целесообразнее всего проверять
при промерзшем балласте (высокое сопротивление изоляции) и
максимальном напряжении в питающей сети. При этом склады-
ваются самые неблагоприятные условия для шунтирования рель-
совых цепей.
При измерении удельного сопротивления изоляции рельсовой
линии без отключения приборов рельсовой цепи применяют прибор
типа ИСБ-1. Принцип работы прибора основан на измерении вход-
ного сопротивления длинной линии ZBX, которое равно волновому
сопротивлению ZB. Прибор типа ИСБ-1 работает на частоте 5 кГц,
и при сопротивлении изоляции в диапазоне от 0,2 до 1,0 Ом - км
для обеспечения приемлемой точности его следует подключить к
рельсовой линии на расстоянии не менее 200—400 м от точек под-
ключения аппаратуры, при этом ZBX « ZB/2. Измеренное сопро-
тивление изоляции относится к ограниченному участку рельсовой
линии. Если необходимо определить среднее удельное сопротив-
ление изоляции по длине рельсовой цепи, то измерения проводят
в п точках пути через каж-
дые 250 — 300 м.
Тогда
_______________п___________
1 /Ги1 1 Т"и2 И - • . 4- 1 /Гип
где ги1, ги2, . гиП — удельное со-
противление изоляции в 1,2, ...,
п точке.
Приближенно удельное со-
противление изоляции можно
определить измерением на ча-
стоте 25 и 50 Гц модуля вход-
ного сопротивления |ZBX| рель-
совой линии длиной /, разомк-
нутой на конце (рис. 12.15).
Рис. 12.15. Схема измерения удель-
ного сопротивления изоляции г„ ме-
тодом холостого хода
261
При этом удельное сопротивление изоляции определяется по вы-
ражению: ги = |ZBX/|, где ZBX = t/BX//Bx. Если удельное сопротив-
ление изоляции более 1,0 Ом • км при I 1,2 км, то погреш-
ность измерений на частотах сигнального тока 25 и 50 Гц не
превышает 10%. Погрешность тем меньше, чем больше факти-
ческое сопротивление изоляции.
12.5.	Регулировка рельсовых цепей
Целью регулировки рельсовых цепей является поддержание
на обмотках путевых реле напряжений, при которых выполняются
нормальный, шунтовой и контрольный режимы. Рельсовые цепи
постоянного тока регулируют изменением ограничивающего со-
противления, а рельсовые цепи переменного тока — изменением
напряжения на вторичной обмотке путевого трансформатора или
преобразователя. Существует два метода регулировки рельсовых
цепей: на участках с нормальным сопротивлением изоляции при-
меняют постоянную регулировку; на участках с пониженным
сопротивлением изоляции используют трехступенчатый метод регу-
лировки, разработанный Уральским отделением ВНИИЖТа.
На участках с нормальным сопротивлением изоляции сущность
регулировки заключается в том, что в соответствии со схемой и
регулировочной таблицей для рельсовой цепи фиксированной длины
напряжение на реле устанавливают с учетом реального состояния
балласта.
Для участков с пониженным сопротивлением изоляции регу-
лировочные таблицы составляют на основе диаграммы работо-
способности, которые строят расчетным путем. На диаграмме
работоспособности кодовой рельсовой цепи длиной I = 1,5 км
(рис. 12.16) при электротяге постоянного тока приведены пять
кривых. Каждая из кривых, рассчитанная из условия выполнения
одного из режимов, делит плоскость напряжения источника пита-
ния Un — удельная проводимость изоляции рельсовой линии gM на
две области—область выполнения и невыполнения соответствую-
щего режима. Области выполнения шунтового режима при нахож-
дении нормативного шунта на питающем и на релейном концах
находятся соответственно ниже кривых 1 и 2, область выполнения
контрольного режима ниже кривой 5, а области выполнения нор-
мального режима и режима АЛС выше кривых 4 и 5. Для оценки
степени выполнения режимов на диаграмму работоспособности
необходимо нанести рабочую точку, координаты которой соответ-
ствуют напряжению питающего трансформатора с/п и удельной
проводимости изоляции рельсовой линии glv Так, для рабочей
точки /, характеризующейся напряжением питания t7nl и удель-
ной проводимостью изоляции £и1, выполняются все режимы. Од-
нако если при фиксированном напряжении питания L/nl удельная
262
проводимость изоляции увеличится до g„2, то нарушатся условия
выполнения нормального режима; если же проводимость изоляции
уменьшится до gll3, gvA, gif5, то нарушатся соответственно контроль-
ный, а также шунтовой режимы на релейном и питающих концах.
Если напряжение Uu <zUnmax (область /7), то принципиально не
могут быть нарушены условия выполнения шунтового и контроль-
ного режимов; нормальный же режим выполняется в диапазоне
изменения удельной проводимости ИЗОЛЯЦИИ ОТ О ДО £и max- Таким
образом, (7П = UrImax - то предельное напряжение источника
питания, которое можно выставить и при этом не опасаться за на-
рушение шунтового и контрольного режимов, гарантирующих
безопасность движения поездов.
Если Ua> 77птах (область Р), то имеется конечная вероят-
ность того, что при определенной удельной проводимости изоляции
(левее заштрихованной области) создаются условия, связанные с
нарушением шунтового и контрольного режимов. Поэтому работа
рельсовой цепи в области Р не гарантирует выполнения требований
безопасности. При эксплуатации в этой области необходимо сле-
дить за состоянием изоляции и при ее ухудшении снижать питаю-
щее напряжение так, чтобы рабочая точка всегда находилась в
заштрихованной области.
Для оценки реальной возможности работы рельсовых цепей
в области Р необходимо знать динамику удельной проводимости
изоляции, т. е. как изменяется это сопротивление во времени.
Установлено, что наиболее быстро меняется удельная проводи-
мость изоляции при температуре окружающей среды 20—30 °C
при выпадении осадков и резком повышении влажности воздуха
Экспериментально получены случайные реализации изменения
удельной проводимости изоляции в период выпадения обильных
осадков для одного из участков с сильно засоленным балластом
(рис. 12.17). При интенсивном выпадении осадков удельная про-
водимость изоляции резко возрастает в течение нескольких минут,
а далее стабилизируется и даже несколько снижается. За короткий
промежуток времени удельная проводимость изоляции возрастает
в шесть и даже более раз. В последующем после выпадения осадков
удельная проводимость изоляции восстанавливается за промежу-
ток времени, измеряемый в десятках минут и часах. Сопоставляя
ширину области диаграммы работоспособности Р с кратностью
изменения удельной проводимости изоляции при изменении по-
годных условий, можно сделать вывод, что эксплуатационный штат
практически не в состоянии перерегулировать рельсовые цепи для
удержания рабочей точки в допустимой области. Поэтому экс-
плуатация рельсовых цепей в режиме перерегулировки в зависи-
мости от погодных условий (область Р) полностью не гарантирует
безопасности движения поездов. Таким образом, на участках с
плохим удельным сопротивлением изоляции рельсовые цепи сле-
дует эксплуатировать круглый год при неизменном напряжении
263
Рис. 12.16. Диаграмма работоспособ-
ности кодовой рельсовой цепи дли-
ной /=1,5 км при электротяге посто-
янного тока
Рис. 12.17. Зависимости удельной
проводимости g or времени t при
выпадении обильных осадков
питающего напряжения, т. е. без перерегулировки. Питающее
напряжение не должно превышать предельно допускаемого t/nmav
(см. рис 12.16), обеспечивающего работоспособность рельсовой
цепи при удельной проводимости изоляции £итах. Если проводи-
мость изоляции становится больше gMmax, то для восстановления
работоспособности рельсовой цепи необходимо улучшить состояние
изоляции или заменить эту рельсовую цепь другой, работоспособ-
ной при реальной удельной проводимости изоляции.
Для организации обслуживания рельсовых цепей при пони-
женном сопротивлении изоляции разработана инструкция по экс-
плуатации, регламентирующая выбор и корректировку режимов
регулировки, контроль за параметрами элементов рельсовых цепей
и устранение их отклонений от нормативных, а также прогнозиро-
вание работоспособности рельсовой цепи.
Основной частью инструкции является регулировочная таб-
лица, фрагмент которой для кодовой рельсовой цепи при электро-
тяге постоянного тока (см. рис. 4.4, а) приведен в табл. 12.1.
В соответствии с этой таблицей предложен трехступенчатый
метод регулировки. В начале эксплуатации на питающем трансфор-
маторе устанавливают напряжение L/nmin — первая ступень регу-
лировки. При этом обеспечивается работоспособность рельсовой
цепи до снижения сопротивления изоляции до нормативного
1 Ом- км.
264
Работа на первой ступени осуществляется с минимальным рас-
ходом электроэнергии и при минимальных коэффициентах электри-
ческой нагрузки элементов, что целесообразно с точки зрения
аппаратурной надежности. После первого отказа во время дождя
из-за снижения удельного сопротивления изоляции напряжение
питающего трансформатора устанавливается равным Uu max — вто-
рая ступень регулировки. Напряжение Пптах может быть уста-
новлено также, если в результате измерений выявлено, что удель-
ное сопротивление изоляции приближается к 1 Ом • км. При
Ua тах рельсовую цепь эксплуатируют также до первого отказа
во время дождя. После этого напряжение повышают до предельно
допустимой величины пр — третья ступень регулировки — и
выполняют мероприятия по улучшению состояния изоляции или
повышению работоспособности рельсовой цепи. Повышать напря-
жение выше Пппр в соответствии с инструкцией категорически
запрещается.
Данный метод регулировки эффективен только при хорошем
совпадении фактических режимов работы с расчетными. Степень
совпадения расчетных и фактических режимов оценивают по от-
носительному отклонению фактического напряжения на реле от
расчетного. Расчетное напряжение определяют на основе диаг-
раммы работоспособности по фактическим питающему напряжению
и удельной проводимости изоляции при измерении прибором типа
ИСБ-1. Расхождение расчетных и фактических значений считается
приемлемым, если они для кодовой рельсовой цепи не отличаются
более чем на -4- 10%. В первую очередь расхождение расчетных и
фактических режимов связано с отклонением фактических пара-
метров элементов аппаратуры и удельного сопротивления рельсов
от расчетных. Наибольшее влияние на отклонение фактических
режимов от расчетных для кодовой рельсовой цепи связано с от-
клонением емкостей конденсаторов питающего конца от номиналов,
Таблица 12.1
Длина рельсо- вой цепи 1, м	Предель- ное сопро- тивление изоляции г г Ом-км	Предельно допустимое напряже- ние Un и	Рекомендуе- мые пределы напряжения питающего трансформато- ра, В		Напряжение на рельсах питающею конца, В		Максимальное на- пряжение на до- полнительной об- мотке дроссель- трансформатора релейного конца, В
			^пщах	%П)1й	^шах	^min	
500—613	0.13	52	49,5	38,5	2,06	1,4	10,5
613—726	0,15	57,8	55	44	2,39	1,6	10,8
726—834	0,18	63,5	60,5	44	2,73	1,8	11
834—952	0,2	69,3	66	49,5	3,06	1,95	11,2
952—1065	0,23	75,1	71,5	55,0	3,39	2,15	11,3
1065—1178	0,26	80,9	77	55,0	3,73	2,35	11,5
9 Зак. 2402
265
Рис. 12.18	Рис. 12.19
Рис 12 18 Зависимости фазы сигнала на входе путевого приемника от мини-
мального сопротивления изоляции при [=25 Гц; Z=037 ej5S°:
I — 1—2 км; 2 — /=1.5 км; 3 — /=1 км; 4 — /==0,5 км
Рис 12.19. Диаграмма устойчивости работы кодовых рельсовых цепей
воздушных зазоров дроссель-трансформаторов от заданных значе-
ний и сопротивления рельсов от нормативного, принятого для
расчета.
Второй из рассмотренных методов регулировки имеет тем боль-
ший реальный смысл, чем меньше длина рельсовой цепи. Если
длины рельсовых цепей близки к предельным, то второй метод пре-
имуществ по работоспособности в сравнении с первым не имеет.
При регулировке фазочувствительных рельсовых цепей сле-
дует учитывать не только амплитуду, но и фазу сигнала на путе-
вом приемнике. Поэтому представляет интерес, каков диапазон
изменения фазы сигнала на входе приемника Д<р при изменении
сопротивления изоляции от минимального расчетного гит1п до
бесконечности. Кривые зависимостей Л<р —/ (r„min) (Рис 12 18)
рассчитаны для рельсовых цепей с входными сопротивлениями
по концам 0,Зе/60° Ом.
При эксплуатации рельсовых цепей важное значение имеет
прогнозирование момента потери рельсовой цепью работоспособ-
ности Зная текущее сопротивление изоляции, а также закономер-
ности изменения максимальной проводимости изоляции, можно
оценить, через какой временной промежуток рельсовая цепь вый-
дет за пределы работоспособной области.
Задачи прогнозирования могут быть решены на основе диаг-
раммы устойчивости работы рельсовой цепи. Диаграмму устойчи-
вости (рис 12.19) строят на основе диаграммы работоспособности,
рассчитанной для различных длин рельсовых цепей. На диаграмме
устойчивости координаты каждой точки соответствуют реальной
рельсовой цепи, имеющей заданную длину и максимальную удель.
266
ную проводимость изоляции. Если точка лежит ниже предельной
зависимости между длиной рельсовой цепи и удельной проводи-
мостью изоляции, то рельсовая цепь работоспособна при напря-
жении источника питания не более предельно допустимого значе-
ния Un Пр- Рельсовые цепи, соответствующие точкам 1, 2, 3 и 4,
не могут эксплуатироваться без нарушения требований безопас-
ности движения поездов.
Удаленность точки налево по горизонтали от предельной кри-
вой служит мерой запаса работоспособности рельсовой цепи.
Основным процессом, который ведет к снижению сопротивле-
ния изоляции рельсовой линии, является необратимый процесс
накопления хорошо растворимых солей внутри древесины шпал.
Электропроводность шпал, определяющая сопротивление изоляции
рельсовой линии, зависит от концентрации соли в балласте, влаж-
ности балласта, влагопроводности шпал и срока их службы. На
рис. 12.20 приведен характер зависимости изменения удельной
проводимости изоляции рельсовой линии от срока службы шпал.
При чистом песчаном балласте удельная проводимость изоляции
увеличивается до нормативной за 16—20 лет; при асбестовом чис-
том балласте — за 6—8 лет, а при засоленном балласте — за 1—1,5
года.
Изменение изоляции gm во времени (см. рис. 12.20). описы-
вается выражением
gm ~ Smo~\~ St. ст
где Srno. gm — средняя удельная проводимость изоляции сразу после капи-
тального ремонта пути и через Т лет;
кт,ст — коэффициент, характеризующий скорость старения изоляции
Основной причиной колебании сопротивления изоляции при
изменении погодных условий является изменение переходного
сопротивления рельс—-шпалы; сопротивление шпалы изменяется
незначительно.
Изменение сопротивления изоляции рельсовой линии с железо
бетонными шпалами имеет ряд особенностей [28].
Рис. 12.20. Зависимость удельной
проводимости изоляции рельсовых
цепей от срока службы деревянных
шпал:
1 — на засоленных участках с асбестовым
балластом; 2, 3 — на незасоленных участ-
ках с чистым асбестовым н песчаным бал-
ластом
9*
267
Практически весь ток с рельсов стекает через изолирующие
скрепления; непосредственная утечка тока с рельсов в балласт
не играет практической роли, что связано с увеличенным по срав
нению с деревянными шпалами расстоянием между подошвой
рельсов и балластом.
При чистом щебеночном балласте переходное сопротивление
между шпалами и землей велико, поэтому около 90% тока утечки
протекает по шпале и 10% стекает в балласт.
По мере загрязнения балласта относительная доля тока, стека-
ющего в балласт, растет и при сильно засоренном и засоленном
балласте она достигает 80%, т. е. как при деревянных шпалах.
Сопротивление железобетонной шпалы не играет существенной
роли в обеспечении изоляции рельсовой линии, в основном изоля-
цию определяют сопротивлением изолирующих скреплений. Со-
противление изолирующих скреплений определяют собственными
электроизоляционными свойствами изолирующих элементов, сте-
пенью засорения скреплений и электроизоляционными свойствами
засоряющих веществ. Электроизоляционные свойства изолирую-
щих элементов в начале эксплуатации высоки, однако со временем
они ухудшаются под действием старения.
Таким образом, при железобетонных шпалах старение изоляции
рельсовой линии определяется ухудшением электроизоляционных
свойств изолирующих втулок и резиновых прокладок под дейст-
вием загрязнения и образования на их поверхности микротрещин,
в которые проникают соли из балласта, снижая их поверхностное
сопротивление.
В том случае, когда сопротивление изоляции на участке падает
ниже уровня, при котором исчерпана возможность обеспечения
работоспособности рельсовой цепи за счет регулировки, встает
вопрос о восстанавливаемости изоляции рельсовой линии. В 1281
исследована восстанавливаемость изоляции, т. е. ее способность
возвращаться к первоначальному уровню при выполнении раз-
личных видов путевых работ: подрезка и замена балласта, замена
токопроводных шпал.
Под подрезкой балласта принято понимать работы по устра-
нению непосредственного контакта балласта и засоряющих ве-
ществ с металлическими элементами верхнего строения пути.
Данные снижения максимальной проводимости изоляции при вы-
полнении этого мероприятия приведены в табл. 12.2.
Замена старого асбестового балласта новым на незасоленных
участках приводит к повышению сопротивления изоляции в 1,1 —
1,4 раза, а на засоленных участках — в 2 — 2,5 раза. При замене
асбестового балласта щебнем возможно повышение сопротивления
изоляции в 5—8 раз. Однако на засоленных участках этот поло-
жительный эффект теряется через 1,5—2 года. Учитывая большую
трудоемкость работ при замене балласта, а также необходимость
268
Таблица 12 2
Путевые работы	Снижение проводимости, %, значения	
	среднее	предельные
Вырезка балласта из-под подошвы рельсов	5	0—10
Очистка шпал в районе подкладок	20	10—35
Вырезка балласта на 30—50 мм ни- же верхней плоскости шпал	15	10—40
прекращения движения поездов, этот метод восстановления изо-
ляции следует признать бесперспективным.
Токопроводные шпалы следует заменять выборочно, те. за-
менять шпалы с наибольшей электропроводностью, к которым от-
носятся шпалы со сквозными трещинами следами гнили и зна-
чительными повреждениями.
Фактическая удельная проводимость изоляции при замене
части шпал новыми определяется выражением.
биф = бии 4" Рз био •
где £им — проводимость изоляции после изъятия токопроводных шпал;
— относительное число заменяемых шпал;
Вио — проводимость изоляции рельсовой линии сразу после замены всех
шпал новыми
Способ замены токопроводных шпал является практически
единственным способом, который позволяет восстановить изоля-
цию до любого необходимого уровня.
Работы, связанные с восстановлением сопротивления изоляции,
являются трудоемкими и дорогостоящими. По ориентировочным
данным каждый процент улучшения изоляции за счет замены бал-
ласта или шпал обходится около 1 тыс. руб. на 1 км пути. Поэтому
целесообразно применять мероприятия, снижающие скорость ста-
рения изоляции. Наиболее эффективным мероприятием в этом
плане является снижение влагопроводности и влажности древе-
сины шпал, что достигается пропиткой шпал масляными антисеп-
тиками. При качественной пропитке древесины шпал креозотом
влага в древесину практически не проникает При заводской про-
питке шпалы оказываются пропитанными только на глубину
1,5—2 мм, а пропитанный слой нарушен многочисленными тре-
щинами. Второе место по эффективности занимает способ снижения
влажности балласта, что достигается его очисткой от засоряющих
веществ и улучшением отвода грунтовых и дождевых вод от балласт-
ной призмы.
269
12.6.	Анализ надежности рельсовых цепей
Отказы рельсовых цепей могут быть защитными и опасными.
Если при фактической свободности рельсовой цепи выдается лож-
ная информация о ее занятости — это защитные отказы. В случае
если при фактической занятости рельсовой цепи выдается ложная
информация о ее свободности — это опасные отказы.
Для оценки надежности рельсовых цепей применяют обще-
принятые количественные характеристики, а именно:
Р (0: Q (0 — соответственно вероятности безотказной работы и отказа
за отрезок времени t;
X — интенсивность отказов;
Кг — коэффициент готовности;
Tv; Тв — наработка на отказ и среднее время восстановления и т. д.
Указанные выше показатели надежности имеют следующий
физический смысл и определяются таким образом.
Пусть на испытании находится N однотипных объектов (эле-
ментов, устройств, систем) и к моменту времени t отказало n(t)
объектов, причем если разбить отрезок времени от 0 до t на i
(i — I-г-к) интервалов Л/, и на каждом из них фиксировать число
k
отказавших элементов &n(ti)ln(ti) — то:
t=i
N — п (/)
P(t) — ----jy---- — вероятность безотказной работы объекта за промежу-
ток времени от 0 до Z;
п (/)
Q(Z) = —— — вероятность отказа объекта в промежутке времени от 0 до г.
An(/f)
Л(б) —	— плотность распределения наработки до отказа,
определяемая при условии, что до рассматриваемого момента
времени отказ не возникал;
Кг — вероятность того, что в произвольный момент времени объект
находится в состоянии работоспособности или относительное
время пребывает в состоянии работоспособности;
Тп — математическое ожидание случайной величины наработки меж-
ду отказами;
Тв — математическое ожидание случайной величины времени восста-
новления работоспособности.
Для восстанавливаемых объектов P(t) и Q(/) характеризуют
надежность между отказами. Основные соотношения между пока-
зателями надежности:
р (t) -t-Q(O = i; ^г^т’н/СТ'н+т'в);	тн=1 А.
Последние два соотношения действительны, если интенсивность
отказов X = const не изменяется по времени.
Защищенность систем от опасных отказов оценивают харак-
теристиками безопасности P6(t); Хб; ^нб» ^вб и т- А-
Эти характеристики аналогичны указанным выше харак-
270
теристикам надежности, но при их определении учитываются
только опасные отказы.
Особенность эксплуатации железных дорог характеризуется
тем, что при возникновении защитных отказов движение поездов
не может быть приостановлено. При защитном отказе, например
при обрыве соединителя и ложном загорании красного огня на
путевом светофоре, эксплуатационные работники должны органи-
зовать движение согласно имеющимся инструкциям, а ответст-
венность за его безопасность принять на себя. При неправильных
действиях эксплуатационного персонала возможна авария Из-
вестно, что человек в зависимости от обстоятельств совершает
одну ошибочную операцию на 103—104 выполненных (в зависи-
мости от состояния, условий работы и т. д.).
Учитывая изложенные соображения, вероятность аварии на
железнодорожном транспорте может быть определена выражением
<?а (О=[(?б (0 + Сз (О Фош (^boc)J Qn (^вос),
где Qfj (/); Q3 (/) — соответственно вероятности опасного и защитного отказов;
Сош (^вос) — вероятность ошибочного опасного действия обслуживаю-
щего персонала за время восстановления;
Qn(^Boe) — вероятность возникновения поездной ситуации, способст-
вующей аварии, за время восстановления.
Безопасность движения зависит не только от опасных, но и
защитных отказов, поэтому не следует стремиться к очень малым
значениям Q6(Z) за счет увеличения Q3(Z).
При создании рельсовых цепей должны быть сформулированы
требования к надежности. Количественно эти требования могут
быть оговорены в виде вероятности безотказной работы, среднего
времени наработки на отказ, коэффициента готовности и т. п.
При этом количественные показатели надежности должны быть
всесторонне обоснованы; удовлетворение этих требований должно
быть возможным и экономически целесообразным. Существует
несколько методов обоснования требований к надежности: анализа
последствий отказов; оптимизации требований по минимальным
суммарным затратам на производство и эксплуатацию; экспертных
оценок и т. д. Наибольшие трудности позникают при назначении
требований по надежности для систем, отказы которых могут вы-
звать опасные для жизни и здоровья людей последствия. Сущест-
вует несколько подходов к решению задачи обоснования норм
надежности для подобных систем.
В табл. 12.3 приведены требования к показателям надежности
и безопасности элементов систем централизации стрелок и сигна-
лов на микропроцессорах. В качестве показателя надежности и
безопасности используют установившееся значение коэффициента
простоя Кп — 1 — Аг, где Кг — установившееся значение коэф-
фициента готовности.
271
Таблица 12.3
Схема	Нормы коэффициента простоя Кц, не более, при отказе	
	защитном	опасном
Управления стрелкой	7-10-’	2- Ю-l2
Управления светофором	2-10—"	з ю-12/3 ю-10
Рельсовой цепи	2-10“'	ю-12
Примечание. В числителе дано значение для разрешающего огня светофо-
ра, а в знаменателе — для пригласительного.
Предлагается также в качестве нормы надежности и безопас-
ности применительно к одному маршруту принять, что вероятность
опасного отказа не должна превышать 10-11, а вероятность отка-
за, приводящего систему в неработоспособное безопасное состоя-
ние, — 10~* * 5.
В соответствии с предложением ЛИИЖТа показатель безо-
пасности определяют исходя из условия, что за срок службы 7'
всех элементов данного типа среднее значение числа их опасных
отказов а должно быть много меньше 1. В качестве расчетного пред-
лагается принять а = 0,1. Тогда, используя экспоненциальный
закон надежности, можно определить предельно допускаемые
требования к интенсивности опасных отказов Хб д011 элементов
данного типа (общее число элементов п):
(1 — е >с доп 7 В * сл) п т а - 0 1.	(12 1)
Если эксплуатируют 107 реле, от которых зависит безопасность
движения поездов, а срок их службы Тсл — 106 ч ж 12,5 лет, то
Хбдоп 1	13 Ьч. Данный метод обоснования требований к
параметрам безопасности элементов предлагается использовать
при разработке систем железнодорожной автоматики и телемеха-
ники на бесконтактных элементах.
Имея в виду, что на сети отечественных железных дорог эксплуа-
тируется порядка п = 300 000 рельсовых цепей и принимаемый
срок их службы ТсЛ — 20 лет « 175 000 ч, в соответствии с выра-
жением (12 1) можно определить верхнюю границу интенсивности
опасных отказов рельсовых цепей: ХбдоП — 0,2 • 10 11 1/ч. Если
принять среднее время восстановления рельсовой цепи Тв - 2 ч,
то коэффициент простоя по опасному отказу Ku = 1—
— 1——у- — । /^б Т"rf" I0-12, т. е. получен результат,
близкий к норме (см. табл. 12 3).
Для периода нормальной эксплуатации характерной является
неизменность интенсивности отказов во времени X — const. В этот
период проявляются внезапные отказы, т. е. такие отказы, кото-
272
рые возникают в результате мгновенного изменения какого-либо
параметра элемента (сопротивления при обрыве стыкового соеди-
нителя или резистора, емкости при обрыве или закорачивании кон-
денсатора и т. д.). Для внезапных отказов действует экспонен-
циальный закон надежности, связывающий интенсивность отка-
зов X и вероятность безотказной работы за отрезок времени от
О до t — P(t) = e~Ki. Внезапные отказы не могут быть предотвра-
щены техническим обслуживанием.
Расчеты показателей надежности рельсовой цепи обычно вы-
полняют для периода нормальной эксплуатации. При этом в ка-
честве исходного материала выступают интенсивности отказов
отдельных элементов, полученные на основе эксплуатационных
испытаний [9,55].
В приложении 3 приведены средние значения интенсивностей
отказов ряда приборов рельсовых цепей и наиболее распростра-
ненных элементов автоматики и телемеханики.
При расчете показателей надежности рельсовой цепи все эле-
менты ее схемы считаются включенными последовательно. При
последовательном соединении отказ системы имеет место при от-
казе любого элемента. Проведем расчет аппаратурной надежности
рельсовой цепи числовой кодовой автоблокировки при электротяге
постоянного тока (см. рис. 4.4). При последовательном соединении
Таблица 12.4
Тип элементов	Число элементов Ni	Интенсивность отказов эле- ментов данно- го типа • 10-6, 1 /ч	Aj Xzxio-6, 1/ч
Питающий трансформатор ПОБС-ЗА	1	0,057	0,057
Реактор РОБС-ЗА	1	0,040	0 040
Кодовый путевой трансмиттер КПТШ-5	1	0,310	0,310
Трансмиттерное реле ТШ-65В	1	1,200	1,200
Искрогасящий резистор	1	0.100	0,100
Блок КБ4Х1	2	0 054	0,108
Блок КБ4Х.4	1	0,070	0,070
Дроссельная перемычка	4	0,350	1,400
Дроссель-трансформатор	2	0,100	0,200
Изолирующий стык	4	2,700	10,800
Стыковой соединитель (длина рельсо-			
вой цепи 2,0 км)	158	0,021	3,400
Защитный блок-фильтр ЗБФ-1	1	0,115	0,115
Импульсное путевое реле ИМВШ1-110	1	0,504	0,504
Блок счетчиков БС-ДА	1	0,450	0,450
Блок конденсаторов Б К-ДА	1	1,420	1,420
Блок исключения БИ-ДА	1	2,190	2,190
Сигнальные реле АНШ5-1600	2	0,026	0,052
%р.ц =2Д^=22,4 10~6 1/ч
273
элементов интенсивность отказа рельсовой цепи Лрц определяется
суммой интенсивностей отказов элементов Лрц=£ Хг, где k — число
4=1
элементов; а вероятность безотказной работы как функции времени
P(t) и средьее время работы до отказа Трц определяется следующи-
ми соотношениями: ^рц(0	и Трц=1/Хрц.
Результаты расчета показателей надежности удобно оформлять
в виде таблицы (табл. 12.4). Интенсивности отказов элементов
взяты из приложения 3.
Среднее время работы рельсовой цепи до отказа Трц =
= 45 000 ч » 5 лет.
По прошествии некоторого времени эксплуатации начинают
сказываться постепенные отказы, являющиеся закономерным сле-
дствием постепенного износа и естественного старения элементов,
используемых в аппаратуре. Постепенные отказы связаны с тем,
что параметры элементов выходят за пределы заданных допусков.
Например, у путевых реле с течением времени увеличивается
напряжение срабатывания, повышается переходное сопротивление
контактов, у конденсаторов с течением времени меняется емкость,
у дроссель-трансформаторов изменяется величина воздушного за-
зора и свойства магнитного материала, а следовательно, и рас-
четные характеристики и т. д. Изменение параметров элементов
приводит к изменению сигнала на входе путевого приемника,
порог срабатывания которого также непостоянен. Таким образом,
изменение параметров элементов рельсовых цепей могут привести
к нарушению режимов работы, а следовательно, и к отказам Про-
цесс технического обслуживания направлен на предотвращение
постепенных отказов. По статистическим данным около 20% от-
казов рельсовых цепей относятся к внезапным, 60% — к посте-
пенным и 20% — к отказам вида сбой.
Рельсовые цепи являются восстанавливаемыми устройствами.
Процесс восстановления, заключающийся в обнаружении и устра-
нении отказа, является вероятностным так же, как и процесс возник-
новения отказа. В качестве случайной величины здесь выступает
время восстановления, зависящее от многих факторов: приспособ-
ленности к обнаружению и устранению отказов, подготовки об-
служивающего персонала, наличия транспортных средств и за-
пасных элементов и т. д. Количественно восстанавливаемость рель-
совых цепей может быть оценена рядом характеристик и, в част-
ности, средним временем восстановления:
Тв — Т’дв 4' Т’об т* Ту,
где Тдв — среднее время следования к месту отказа;
Тоб — среднее время обнаружения отказа;
Ту — среднее время устранения отказа
В табл. 12.5 приведены параметры составляющих времени
восстановления для различных типов рельсовых цепей.
274
Таблица 12.5
Тип рельсовой цепи	гдв- м,,и	Тоб. мин	мнн	тв, мин
Числовая кодовая автоблокировка частотой 50 Гц	27	14	25	66
Импульсно-проводная автоблоки- ровка	29	10	21	60
Рельсовая цепь приемо-отправоч- ных станционных путей	10	14	22	46
Рельсовая цепь секции в горловине станции	15	14	22	51
Из табл. 12.5 видно, что время следования к месту отказа со-
ставляет 20—50% от времени восстановления и особенно велико
для рельсовых цепей автоблокировки.
12.7.	Техника безопасности
при обслуживании рельсовых цепей
Рельсовые цепи питаются электрической энергией. Поэтому
эксплуатационный штат должен иметь четкие представления об
опасности воздействия электрического тока, знать и соблюдать
правила и инструкции по технике безопасности, установленные
нормы технического обслуживания электрооборудования и уст-
ройств заземления, умегь квалифицированно оказывать первую
помощь пострадавшему.
Для человека наиболее опасен ток частотой 50—500 Гц. Сущест-
венная опасность возникает уже при прохождении через тело
человека от одной руки до другой тока 10 мА; при токе 50 мА насту-
пает паралич дыхательного центра; ток выше 0,1 А является смер-
тельным. Наиболее опасные пути протекания тока «рука—нога»
и «рука—рука». Степень опасности поражения электрическим
током зависит от характера прикосновения человека к электри-
ческой сети: прикосновение может быть однополюсным и двух-
полюсным. Наиболее часты однополюсные прикосновения. Может
показаться, что такое прикосновение не опасно. Это мнение оши-
бочно, так как каждая линия обладает определенной емкостью
и активной проводимостью относительно земли. Поэтому при одно-
полюсном прикосновении через тело человека создается цепь про-
текания тока. Аналогичная ситуация имеет место при прикосно-
вении к конструкциям или корпусам, которые оказались под на-
пряжением вследствие повреждения изоляции. Для исключения
поражения человека в последнем случае корпуса и конструкции
заземляют. На линиях с электротягой релейные шкафы, мачты
27а
светофоров, металлические оболочки и броня сигнальных кабелей
должны быть заземлены. При этом сопротивление заземления
должно быть менее 10 Ом.
Заземление обязательно для установок и электроустановок
напряжением 500 В и более, а в помещениях с повышенной опас-
ностью и в наружных установках — при напряжении свыше 36 В
переменного тока.
Монтажные работы в релейных шкафах, дроссель-трансформато-
рах, путевых коробках и на приборах рельсовых цепей, находящихся
под напряжением, а также замену заземляющих проводов, искро-
вых промежутков и измерения на них следует проводить в диэлект-
рических перчатках либо инструментом с изолирующими ручками,
находясь на изолирующем материале.
При работах на светофорной мачте, заземленной через искровой
промежуток, необходимо его зашунтировать съемной медной пере-
мычкой с площадью поперечного сечения не менее 50 мм2.
На электрифицированных железных дорогах при электротяге
переменного тока переменный ток контактной сети оказывает
электромагнитное влияние на все воздушные и кабельные линии,
находящиеся вблизи железной дороги. Поэтому все работы с ка-
бельными и воздушными проводами должны проводить с учетом
возможного появления высоких потенциалов в цепях, особенно в
момент коротких замыканий в контактной цепи. В этом случае,
кроме заземления с обеих сторон проводов включенного участка,
работы необходимо выполнять в диэлектрических перчатках.
Чтобы избежать травм, возникающих из-за э. д. с., наводимой
в длинномерных рельсах, плети длиной 400 м и более заземляют
на рельсы поперечной перемычкой из медного провода с площадью
поперечного сечения не менее 50 мм2 (рис. 12.21). Следующую
пару плетей заземляют таким же образом, но к другой рельсовой
нити.
При замене изолирующих трансформаторов на участках с
электротягой переменного тока запрещается разрывать цепь об-
мотки высокого напряжения без предварительного отключения или
замыкания накоротко обмотки низкого напряжения, соединенной
с рельсами или с дроссель-трансформатором. Указанное требова-
ние определяется тем, что в режиме холостого хода напряжение
от воздействия тягового тока значительно возрастает. Из-за воз-
Рис. 12.21. Схема заземле-
ния длинномерных рельсов,
сложенных внутри колеи:
/ — длинномерные плети; 2 —
путевой рельс; 3 — поперечные
перемычки
276
Рис 12.22. • Схема прохож-
дения тягового тока в мес-
те изолирующего стыка и
установка временных пере-
мычек при ремонтных рабо-
тах
никновения 100%-ной асимметрии при отключении одной из пере-
мычек дроссель-трансформатора от рельсовой нити на его допол-
нительной обмотке может образоваться высокое напряжение.
Поэтому перед отключением обе рельсовые нити, соединенные
перемычками, следует подключить к средней точке дроссель-транс-
форматора соседней рельсовой цепи.
Замена дроссель-трансформаторов или одной из перемычек
связана с разрывом цепи прохождения тягового тока. При этом
необходимо соблюдать некоторые защитные мероприятия. Перед
заменой дроссельной перемычки необходимо установить временную
перемычку 7 из медного провода (рис. 12.22), один из концов ко-
торой укрепляют на выходе дроссель-трансформатора специальным
зажимом, а другой — на подошве рельса струбциной При замене
дроссель-трансформатора в обход изолирующих стыков подклю-
чают перемычки 2 и 3 из медного провода с площадью поперечного
сечения 50 мм2 и при электротяге переменного 120 мм2, и при
электротяге постоянного гока. В соответствии с действующими
правилами при работах с дроссель-трансформаторами исполни-
тель должен быть в диэлектрических перчатках или пользоваться
инструментом с изолирующими ручками.
Правила производства работ на электрифицированных желез-
ных дорогах запрещают нарушать целость рельсовой тяговой
сети. Поэтому при смене рельсов и их скреплении, разгонке зазо-
ров в стыках следует принять меры, исключающие нарушения
целости цепи протекания тягового тока, что достигается органи-
зацией обходных цепей по свободным перемычкам. Наличие об-
ходных цепей, для организации которых используют перемычки
из медного многожильного провоца с площадью поперечного сече-
ния 50 и 120 мм2 соответственно при электрической тяге перемен-
ного и постоянного тока, исключают возможность ожогов при разъ-
единении рельсовой нити. Перед сменой рельса 1 на участках
с автоблокировкой устанавливают поперечные перемычки 2 (рис.
12.23, а). Перемычки 2 снимают только после зашивки нового рель-
са и закрепления накладок. На участках, не оборудованных авто-
блокировкой, перед сменой рельса 1 подключают обходную пере-
277
мычку 3 (рис. 12 23, б). Одновременная смена рельсов по обеим
рельсовым нитям допускается только при отключении напряжения
с контактной сети.
Порядок установки поперечной перемычки 2 при электротяге
постоянного тока, а также поперечной и дополнительной пере-
мычки 4, соединяющей средний вывод дроссель-трансформатора
с рельсом при электротяге переменного тока при смене рельсов,
к которым присоединены дроссельные перемычки 3 (рис. 12.23,
в и г). Указанные перемычки должны быть установлены до изъя-
тия заменяемого рельса и отсоединены после закрепления нового
рельса.
Рельсы, к которым присоединен отсасывающий фидер 4, заме-
няют только по согласованию с дистанцией контактной сети. До
отсоединения рельса 3 необходимо установить перемычку 2, сое-
Рис. 12.23. Пояснение к установке перемычек при смене рельса:
о) на участках с автоблокировкой; б) на участках, не оборудованных автоблокировкой,
в) примыкающего к изолирующему стыку для участков с электротягой постоянного то-
ка; г) то же для участков с электротягой переменного тока
278
Рис, 12 24 Пояснение к установке:
а) перемычек при смене рельса в изолирующем стыке в месте подключения отсасываю
щего фидера тяговой подстанции; б) дублирующих перемычек перед отключением зазем-
ления опор контактной сети от заменяемого рельса на участках, оборудованных рельсе
выми цепями; в) то же, не оборудованных рельсовыми цепями 1 — перемычка, соеди
няющая средний вывод дроссель-трансформатора с рельсом 2 — обходная перемычка,
3 — заменяемый рельс; 4 — отсасывающий фндер 5 —опора; 6 — заземляющий спуск
диняющую средний вывод дроссель-трансформатора с рельсом, и
обходную перемычку 2 (рис 12.24, а) Если указанные перемычки
не могут быть установлены, то отключать дроссельные перемычки
можно только после отключения напряжения контактной сети
Дроссельные перемычки должны быть поставлены на место до
включения напряжения
При работе с заземляющими элементами сооружений и устройств
необходимо выполнять особые меры предосторожности. Запре-
щается проводить ремонт и электрические измерения на заземляю-
щих устройствах во время дождя, грозы, мокрого снега и тумана,
а также в темное время суток. Отсоединение от рельсов, а также
восстановление ранее отключенного или нарушенного заземления,
подключенного к рельсовой нити, разрешаются только после от-
ключения напряжения с контактной подвески. Заземление восста-
навливает работник участка энергоснабжения с помощью спе-
циальной штанги, устанавливаемой в обход места обрыва На
рис. 12.24, б и в показан порядок установки перемычек перед за-
меной рельса, на который заземлена опора контактной сети на
участках, оборудованных и не оборудованных рельсовыми цепями
Снятие этих перемычек разрешается только после смены рельса,
закрепления накладок и присоединения заземляющего спуска
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТУРЫ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ
Таблица П.1.1 Электрические характеристики путевых приемников
постоянного тока
Гин реле	Ток, А		Коэффициент		Число обмоток и их соединение
	срабатыва- ния якоря, не более	отпускания якоря, не менее	возврата *в	надежного возврата ли н	
НШ2-2 AHIII2-2	0,135 0,135	0,055 0,055	0,41 0.41	0,25 0.25	Одна обмотка Две обмотки, по-
ПМШ1-2	0,110	0,045	0,90	0,70	следовательное Одна обмотка
И МШ 1-0,3		0,28	0,135	0,9	0,75	То же
Таблица П.1.2. Электрические характеристики одноэлементных
путевых приемников переменного тока
Тип реле		Напряжение, В		Коэффициент		Схемы выпрямления, число обмоток реле н их соединение
		срабатыва- ния якоря, не более	отпускания якоря, не менее	возврата Кв	надежного возврата ^вн	
АНВШ2-2400		10,5	5	0.48	0.3	Мостовая, две, параллельное
		35	17,5	0,5	0,3	Однополупериод- ная, две, последо- вательное
НМВШ2-1000	1000	10,5	5	0,48	0,3	Однополупериод-
						ная, две, последо- вательное
НВШ1-800		27	12	0,44	0,3	Однополупериод- ная, две, последо- вательное
ИМВШ-110		3,2	2	0,9	0,70	Одна обмотка
Примечание. Коэффициент надежного возврата для путевых приемников с не
прерывным питанием /<вН — /<в-0,6, а для импульсных приемников К. вН = Кв • 0,778.
Таблица П.1.3. Электрические характеристики приемников типа ДСШ
Тнп реле	Частота сигналь- ного тока f, Гц	Местный элемент		Путевой элемент						льный угол а между ва- яниями ФрИ,	
		Напряжение ^мэ- в	Ток, не бо- лее	А М J	Прямой подъ- ем, не более		Полный подъ- ем, не более		Отпускание, не менее			
					р.	к Е да	Е	с Ф	О <		
										X	сдвиг пряж град
ДСШ-2	50	НО	0,145	28	0,047	45	0,075	20	0,0330		97
ДСШ-12	50	220	0,072	10	0,0165	14	0,023	6,3	0,0105		90
ДСШ-13	25	110	0 050	11	0,027	15	0,037	7	0,0160		90
ДСШ-1 ЗА	25	110	0,080	9	0,023	12	0,030	5,4	0,0135		90
280
Таблица П.1.4. Вероятностные характеристики приемников типа ДСШ
Тип реле	Частота сигнального тока f, Гц	Напряжение на путевом элементе. В, при						Напряжение на местном элементе имэ- В
		прямом подъеме		полном подъеме		отпускании		
		m 1	о	т	ст	т	°	
ДСШ-1 ЗА	25	7,61	0,27	11,83	0,49	7,07	0,270	НО
ДСШ-12	50	7,92	0,19	12,62	0,25	7,10	0,153	220
ДСШ-2	50	26,2	1,44	41,60	1,19	23,46	1,070	НО
т. — математическое ожидание, о — среднеквадратичное отклонение
Таблица П1.5. Коэффициенты четырехполюсников трансформаторов
Тип трансфор- матора	п	А	в	С	D
		Частота 25 Гц			
ПРТ-А	9,15	0,110в'®°	2,4е'3в°	0,006е~'6&°	9,15е/0°
	12,20	0,082^0°	2, бе'3® °	0,0075е~/67°	12 2е'°°
	15,70	0,67^0°	З.Ое'3®0	0,012е—'®’°	15,7е/°°
	18,30	0,055^»0 _	З,9е'3б°-	0,0033е~'8о° —	18,Зе/°°
	30,00	0,033^0°	4,2е'3°°	0,0064е~/8о°	30,0е'о°
	40,00	0,026е'°°	4,4е/2во	0,008е~М’	40,0е'°°
	44,00	0,023е/о°	4, бе'230	0,009е~/’*в	44,0е'°°
	55,00	0,019^°°	5,0е'15°	0,011е—'70°	
Частота 50 Гц
ПОБС-2А	18,20	0,0564е'3°2о'	1,072е/2в°»о'	0,0141е-/ю°8о'	17,72е'3°2о'
ПОБС-ЗА	5,00	0,250е'°°	5,4е/2оо	0,0025е_/70°	5,0е/о°
ПРТ А	9 15	0,109е/0°	2,0в'2БС	0,0024е-/во°	9,15^0°
	12,20	0,082е'°°	2,3ей80	0 0044е-/в’°	12,2е/о°
	15,70	0,067е'°°	2,5е'15°	0 0046е-/600	15,7е/о°
	18,30	0,055е'°°	3,15e'17J	0,0014е-/б°°	18 3eio°
	22,00	0,046е'°°	3,38е'17°	0,0018е~/бо°	22,0^0°
	33,00	0,033е/0°	З,97е/15°3°'	0,0021е-/во°	30,0^°°
	40,00	0,025^0°	4,32е'14ОЗ°'	0,0026е-/в°°	40, О<?/о°
СОБС-2	13,7	0,073е'3°05'	7,5«/21045'	0,0033е-'б2°з5'	13,69е-^О0Б'
	15,0	0,0б7е'3°42'	7i7e/lS°5O'	0,0035е-/б3°28'	14,52е-/’°<3'
	16,0	0,064е'2°25'	7,74е/22°25'	0,0036е~/61°ББ'	15,77е-'2°2Б'
	17,0	0,058е'3°1Б'	7,77еЙ’°4Б'	0,041е-/в2°45'	17,0e-/,So1*'
СОБС-2А	13,7	0,076е/0°40'	4,96e'23°i&'	0,002k-/se°	13,2^о°40'
	15,0	0,073е'°°45'	5,02еП8°5о'	0 00124е-/57°	13,64^О°«'
	17,0	0,067е'°°05'	5,29е'1в°	0,00134е-/бб°зо'	14,74е-/®0®5'
261
Таблица П.1.6. Коэффициенты четырехполюсников
Тип дроссель- трансформатора	п	ЛДт	ВДТ	
Частота
ДТ-1-150	3	0.0333б/«0/3,0б/о°	0,0525б/40°/0,05б;35°
ДТ-0,2-500	40	0,0267е~ До/4зе-до	0,62б/'вв° /0,62б/6»0
ДТ-0,6-500	15	0,082е-'2°/15,0е-/2°	1,03б/»80/1,03б/580
ДТ-0,6-1000	15	0,074е-й°/15,8е-'2°	0,083б'6®° /0,083б/®»°
ДТ-0.6-500С	3	0,3726-/2°»®' /3,35б -/2О3®'	0,208б 5’03®70,208б/6?03®'
ДТ-0.6-500М	15	0,0745г-/2°з®' /16,75г-/'203®'	1,04б/57ОЗ®'/1,04б/57 0 3®'
	38	0,02916-/»о3»'/42 2g-A°	2,47е/5»°зо 42,47е/з»°зо •
			Частота
ДТ-0,2-500	17	0,07б-/2°<2' /17,056-/®°»®'	0,624е/®1в/0,624б/б10
	23	0,052б-/»°/23б-й°	0,842б/61°/0,842б/61°
	30	0,04б-/зо/30,2б-/'10	1,1б/®10/1,1б/®10
	40	0,03б-/3°;40, к-/'10	1,47б/'в1О/1,47б/в1°
ДТ-0,2-1000	17	0,0635б-/»°/18 5б /зо	0 561б/7®03®'/0,561б/’о03®'
	30	0.03956-/*3 ЗОб-'1 °	1, 1б/61°/1, 1б/®10
ДТ-0,6-500	15	0.08б/1о3»'/15,5б-/ЗС1о'	1,815б/’2°зо'/1,815б/’2°зо'
ДТ-0,6-1000	15	0,072б/« /16,35б /2°	1,455б/’5°/1,455б/75°
ДТ-0.6-500С	3	0,4б/2°/3,1б-/3°	0 ЗбЗб/’г /О.ЗбЗб/720
ДТ-0,6-500М	15	0,08б/1оз®715,5б-/3°	1,815б/’2°ЗО'/1 ,815б'72°30'
	38	О.ОЗб-/8°/4Об/о03®'	4,4б/’»о/4,4б/’3°
ДТМ-0,17-1000	40	0,029б-/»°/43.116-/1О2®'	1,5б7б/’»о/1,567б/’»°
Частота
ДТМ-0,17-1000 | 40 | 0.031е~п°/40 5б-'1С
| 2 02еП2°/2.02е/’2°
Частота
ДТМ-0.17-1000 i	40 |	0,033б-/1о/37,4-П°	I 3,186/-‘73.j86/73°.	|
ДТМ-0,17-1000 |	40 |	0,033б-/’10 /38,16-/*°	Частота | 4,57б/8«о/4,57б/8»°	|
ДТМ-0,17-1000 |	40 |	0,033б-/2°/37,5б-/10	Частота | 5,24б/”°/5,24б/'77в	|
			Частота
ДТМ-0,17-1000 | Примечай	40 | н е.	0,033е-/2°/37,7б-/10 В числителе даны значения	| 6,41е/7®76,41б/76°	| коэффициента при включении дрос
нии его иа питающем конце.
282
дроссель-трансформаторов
СДТ
DJW
25 Гц
0,49е-^°0/0,302е-лоо
0,27б~/84°/0,27б-/'84°
0,245<?-/82° /0,245е-/82°
0,21е-/82°/0,21е-/82°
1,24e-J82°3o'/i ,246-/82°зо'
0,248е-/82°зо '/о, 248б-/82° з0'
0,097е-'84° /0,097е-/84о
3,0б/о°/0,333б/о0
43,0e-/lo/0,0267e-/10
15,0б-/2°/0,082е-/2о
15,86-/2°/0,074б-/'4°
3,35б-/2°зо' /о, 372б“/2°зо'
16,75б-/2°зо '/0,0745е-/2°зо'
42,2б-/1О/0,0291 е-/5°3«'
50 Гц
0,331 е-/82°/0,331^-/82°
0,244б-/820/0,2446-/82°
0,1876-/82°/0,1876-/82°
0,14б-/82°/0,146-/82°
0,315е-/81о/0,315б-/81°
0,186(?-/82°/0,186б-/82°
0,135б-/81°/0,135е~/81°
0,117б-/81°/0,117е~ /81°
0,675б-/81°/0,675б-/81°
0,135е-/81°/0,135е-/810
0,05б-/84°/0,05е-/84°
0,173е-/8»°/0,1736-/8»°
17,05б-/«°50 70,07б- /2°42 •
23б-/4О/0,052е-/3°
30,2б-/170!04б-/'3°
40,1б-/1О/0,03е-/з°
18,5б-/30/0,06356-'°°
30е-/1о/0,0395б-/з°
15,5г-/з°1»70,08е/10зо'
16,35е-/20/0,072б/°°
3,1б-/з°/0,4б/2°
15,5б-/з°/0,08б/10зо'
40б/°°зо70,03б-/з°
43,11б~/1О2°'/0,029б—/1О
75 Гц
0,124б~'8в°/о, 124б-/8в°
| 40,56-/1° /0,031б-/’10
125 Гц
I 0,077е-/8б°/0,077б-/8в°
175 Гц
| 0,057е-/84°/0,057е-/84°
225 Гц
| 0,044е-/84°/0,044б-/84°
275 Гц
| 0,037е-/84О/0,037е-/84°
сель-трансформатора на релейном конце
37,4б-/1°/0,0336-/1°
38,16-/1°/0,033е-/1°
37,5б-/1о/0,033б-/2°
| 37,7е-/1о/0,033б-/2°
совой цепи, а в знаменателе—прн включе-
283
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА РЕЛЬСОВОЙ ЛИНИИ
Таблица П2 1 Коэффициенты типовых четырехполюснике
Схемы	Коэффициенты четырехполюсника			
	Л	|	« 1	с	|	D
.	ф z		1 1 1 l+т- л2 Z1 1+х	Z 0 Z. Z, Z\ + ^з + z,z3 + v	0 1 Z 1 Z 1 22 1 zs	+ + nJ м	“	n In С |Ы	>»	!*•
..lb °	1+— 7 лз	л	1 1 Z-2 + 23 <-2^-3	Z1 1+f- д2
—UJ	4 Bf — z <-	C, Vi 		CrZ	DiZ f-Bj		
284
Продолжение табл. П.2.1
Схема				Коэффициенты четырехполюсника			
				А	R	с 1	D
	_ Л, В, - Cl В,	1 в,^=У- Zz		С(214*Л1	л1г2+в1+		ClZ + D1 CtZ34-^i
2		 к_ л, в, С, Р, _ । :	.?	J	L	.? — ।	I 			« о>	ГУТ	1 Г	1	'	cq1! N	лГ1 ” 1	2Q 1 N	4- (С1^2 4- 4- Ву Bi Вг	Л1 С1+Т Dt С^~г С1+7Г+	5i Dx + ~L 1 Z Bi °‘+л
	«*	J 1 I	Г	лх вг сг		Д1Л2-Ь ^1^2	л i^2 4- B^D2	4-^1+ + -^ ) zj Z2 ^1Л2 -j- DjCz	CiB2-{- DyD2
285
Таблица П.2.2. Значение параметров рельсовой линии (рельсы Р65,
длина звена 12,5 м, о — 1,5 . 10~3 см/м)
Частота сигнально- го тока f, Гц	Расчетное удельное со- противление рельсовой петли Zp, Ом/км		Взаимная индуктивность М1г - 10“°, Гн/км		Коэффициент земляного тракта Е	
	Модуль 1 2р 1	Аргумент <р_ Р	Модуль М1г|. 10-5	Аргумент ФМ12	Модуль |£|	Аргумент <j>£
12,5	0,22	50,89	157	—5,71	1,75	11,44
25	0,36	57,40	150	—5,99	1,88	9,66
50	0,61	63,56	144	—6,28	1,98	7,56
75	0,84	67,07	140	—6,46	2,02	6,29
125	1.29	70,90	134	—6,71	2,06	4,75
175	1,73	73,26	131	—6,88	2,08	3,80
225	2,16	74,88	129	—7,01	2,09	3,13
275	2,58	76,03	127	—7.12	2,09	2,62
325	3,00	77,03	125	—7,22	2,10	2,22
375	3,42	77,80	124	—7,30	2,10	1,89
425	3,84 !	78,45	122	—7,38	2,10	1,61
475	4,26	78,99	121	—7,44	2,10	1,38
525	4,67	79,47	120	—7,51	2,10	1,17
575	5,08	79,88	119	—7,56	2,10	0,99
625	5.49	80,25	118	—7,62	2,09	0,82
675	5,91	80,22	117	—7,67	2,09	0,68
725	6,32	80,88	116	—7,71	2,09	0,54
775	6,72	81,15	116	—7,76	2,09	0,43
1000	8,56	82,12	114	—7,93	2,09	0,02
2000	16,63	84,29	107	—8,44	2,06	— 1,04
3000	24,64	85,29	103	—8,77	2,04	— 1,54
4000	32,61	85,89	100	—9,03	2,02	— 1,56
5000	40,56	86,31	98	—9,23	2,01	—2,08
6000	48,49	86,62	96	—9,40	2,00	—2,26
7000	56,41	86,86	95	—9,56	1,99	—2,40
8000	64,32	87,06	93	—9,69	1,98	—2,51
9000	72,22	87,22	92	—9,82	1,97	—2,61
10000	80,11	87,36	91	—9,93	1,96	—2,70
286
Таблица П.2.3. Коэффициенты рельсового четырехполюсника
в нормальном режиме
Изолирующие	Коэффициенты четырехполюсники			
СТЫКИ		в	c	°
На питающем и релейном концах	ch у/	ZB shZZ	shyl ^B	chyZ
На релейном конце	chyZ	ZB shy/	chyZ-j-shyZ 2.	chy/-|-shy/
На питающем конце	chyZ-|-shy/	ZB shy!	chyl+ shy/ ^B	chyl
Отсутствуют на питающем и релей- ном концах	chy/-| shy/	ZB shyZ	2(ch/-|-shy/)	chyZ shy/
tv Таблица П24 Коэффициенты рельсового четырехполюсника в нормальном режиме (/=25 Гц, Z—О З?^680 Ом/км)
Сопротивление изоляции ги, Ом-км						Длина рельсовой цепи, /, км									
		0,5			1 ,0			1,5			2,0			2,5	
	A—D	В	С	д=о	в	С	Д=О	В	С	д=о	В	с	A D	В	С
0,4	1,065	0,19	1,28	1,29	0,4	2,14	1,79	0 67	4 54	2,66	1,046	7,06	4 05	1,59	10,75
	5,39	59,9	1,86	19,05	65,24	7,248	35,6	73,65	15,65	51,51	84,3	26,3	66,16	96,4	38,4
0,6	1,04	0,19	0,84	1,19	0,39	1,76	1,48	0,629	2,837	1.99	0,93	4,19	‘,76	1,33	5,97
	3,64	59,2	1 .24	13,4	62,9	4,89	26,44	68 69	10,69	39,97	76,3	18,3	52,76	85,26	27,26
0,8	1,04	0,19	0,63	1,14	0,39	1,3	1,34	0,61	2,06	1,69	0,88	2,96	2,21	1,21	4,087
	2,75	58,9	0,93	10,34	61,7	3,68	21,01	66,12	8,12	32,77	72,02	14,02	44,3	79,13	21,13
1,0	1,03	0,19	0,5	1,107	0,38	1,03	1,265	0,598	1,62	1,52	0,85	2,29	П91	1,15	3,09
	2,21	58,7	0,75	8,413	60,95	2,96	17,43	64,54	6,65	27,78	69 37	11,4	38,28	75,25	17,25
2,0	1,01	0,18	0,25	1,05	0 38	0,51	1,122	0,58	0,78	1,23	0,79	1,07	1_,39	L027	1,39
	1.11	58,37	0,37	4,35	59,5	1,49	9,39	61,32	3,32	15,74	63,8	5,84	22,89	66,98	8,99
100	1,0	0,19	0,005	1,001	0,37	0,01	1,00	0,56	0,015	1,004	0,74	0 02	1,006	0 93	0,025
	0,023 1	58,0	0,008	0,089	58,03	0,03	0,20	58,06	0,067	0,36	58,1	0,12	0,56	58,18	0,19
Примечание. В числителе дан модуль коэффициента, а в аКаменателе — его аргумент (град).
10 Зак. 240?
Таблица ГТ.2.5. Коэффициент рельсового четырехполюсника в нормальном режиме 50 Гц, Z =0.6е'7"° Ом/км)
Сопротивление изоляции ги, Ом-км							Длина	рельсовой цепи		1, км				—	
		0.5			1 0			1,5			2,0			2,5	
	A=D	в	<	/1 =£>	в	С	A=D	В	С		в	с	4=0	В	С
0,4	1.075	0,31	1 ,28	1,406	0,66	2,75	2,197	1,132	4.72	3,66	1,85	7,72	6,103	3,03	12,6
	9,64	73,3	3,34	32,85	82,9	12,97	57,88	97,74	27,7	80,15	115.8	45,83	100,7	135,4	65,48
0,6	1,04	0,3	0,85	1,24	0,64	1,77	1,69	1,041	2,894	_2,51	1,58	4 398	3,81	2,36	6,56
	6,53	72,23	2.23	23,54	78,8	8,76	44,39	89,07	19 07	64,06	102,3	32,3	81,9	117,4	47,4
0,8	.1.03	0,3	0,63	1 ,17	0,63	1,31	1,47	1,0015	2.09	2,02	1,47	3,06	2,88	2,09	4,35
	4,94	71,67	1.68	18,3	76,6	6,6	35,98	84,52	14,52	53,8	94,41	24 9	70,11	107,1	37,13
1 0	1,027	0,3	0,504	1,13	0,62	1,036	1,35	0 98	1,63	1,76	1,4	2,34	2,38	1 94	3,24
	3,97	71,34	1,34	14,95	75,3	5,31	30,21	81,72	11,7	46,4	90,3	20,26	61,68	100,5	30,5
2,0	1,01	0,3	0,25	1,058	0,61	0,51	1,14	0,937	0,78	1,304	1 29	1,08	1,54	1,09	1,41
	2.001	70,67	0,67	7,79	72,7	2,67	16,65	75.96	5,96	27,45	80,45	10,45	38,94	86,05	16,05
ЮЛ	1,003	0,3	0,005	1,001	0,6	0,01	1,002	0,9	0,015	1,004	1,2	0,02	1,006	1,5	0,025
	0,04	70,01	0,014	0,16	70,05	0,054	0,363	70,12	0,12	0,64	70 2	0,215	1,005	70,33	0,336
Прим чан и е. В числителе дан модуль коэффициента, а в знаменателе — его аргумент (град)
ПРИЛОЖЕНИЕ. 3
ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТКАЗОВ ПРИБОРОВ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ
		Интенсивность		Интенсивность	
Iип прибора		отказов 10~®,	Тип прибора	отказов Ю-в)	
		1/ч		1 /ч	
	Реле		Т рансформаторы		
НР2-2		0,031	ПОБС-2		0,057
HP 1-2		0.014	ПОБС-2Д		0 057
ИМИ!-0.3		0,824	ПОБС-3		0 057
ИМВШ-110		0,504	ПОБС-ЗА		0.057
ДСР 11(12)		0,139	СОБС-1		0,23
НШ2-2		0,035	СОБС-2		0 049
ТШ-65В		1.2	СОБС-2А		0.049'
ТШ1-65		1.720	СОБС-3		0 49
ТШ1 2000		1.510	ПТ-25		0 071
ТШ-2000Б		0,630	ПТ-25А		0,071
ДСШ-12		0.200	ПРТ-25		0 19
ДСШ-13		0 385	ПРТ-25А		0 19
АНШ5-1600		0.026	СТ-2		0.29
			СТ-2А		0 09
	Блоки		СТ-3 СТ-ЗА		0,06 0,24
КБМШ-1 КБМШ-1А		2.02 2,00	РОБС 1 РОБС 3		0 07 0,04
КБМШ-4 КБМШ 4А		2,14 1.62	Маятниковые трансмиттеры		
ЗБ ДСШ		0,32	МТ-1		1	0,48
			МТ-2		1	0 64
	Ячейки				
			Кодовые транс читтеры		
ДЯ-ЗА		1.29			
ДЯ-ЗБ		2,30	КПТШ-5		0.31
БС-ДА		0,45	КПТШ-7		0.98
БК ДА		1,42	КПТШ 8		0 98
БИ-ДА		2,19	КПТШ-9		0,35
	Выпрямители		Конденсаторные	блоки	
ВАК-14		0,29	КБ4Х1		0 057
ВАК 14А		1,35	КБ4Х4		0 070
ВАК-14Б		0,64	КБ1Х2		0,080
ВАК-14М		0,29	КБ6		0,330
			КБ1		0,610
	Фильтры		Разное		
ЗБФ 1		0,115	АВМ-1		0 063
РЭФ-1		0,013	РВН-250		0,710
ФП-25		0,170	ПЧ50/25		0 363
ФП-75		0 180	Стыковой соединитель		0,021
290
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Брылеев А. М.» Кравцов Ю. А., Шишл яков А В. Тео-
рия, устройство и работа рельсовых цепей. М.: Транспорт, 1978. 344 с.
2	Рельсовые цепи магистральных железных дорог/В. С. Аркатов,
М. Ф Котляренко, А. И. Баженов, Т. В. Лебедева. М : Транспорт, 1982.
360. с.
3.	Котельников А. В. Блуждающие токи электрифицированного
транспорта. М.: Транспорт, 1986. 279 с.
4.	Котельников А. В, Наумов А. В., Слободя-
нюк Л. П. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств
М.: Транспорт, 1980. 207 с.
5.	Д м и т р и е в В. С. Основы железнодорожной автоматики и телеме-
ханики. М.: Транспорт, 1982. 268 с.
6.	Автоматическая локомотивная сигнализация и автостопы А. М. Бры-
леев, О. Поупе, В. С. Дмитриев и др. М : Транспорт, 1981. 319 с.
7.	Р я з а н ц е в Б. С. Развитие автоматики, телемеханики и связи на
железных дорогах. М.: Транспорт, 1986. 278 с.
•8. Д м и т р и е в В. С., Мини и В. А. Новые системы автоблокировки.
М . Транспорт, 1981. 246 с.
9.	М е и ь ш и к о в Н. Я., Королев А. И., Ягудин Р. Ш. На-
дежность железнодорожных систем автоматики и телемеханики. М.: Тран-
спорт, 1979. 214 с.
10.	П е р н и к и с Б. Д., Ягудин Р.Ш. Предупреждение и устране-
ние неисправностей в устройствах СЦБ. М.: Транспорт, 1984. 233 с.
11.	ДмитриевВ С., Минин В. А. Совершенствование систем ав
тоблокировки. М.: Транспорт, 1987. 143 с.
12.	Б а р т н о в с к и й А. Л., К о з и н В. О., Кучер С. А. Измере-
ния в электротехнических устройствах железнодорожного транспорта М.:
Транспорт, 1980. 407 с.
13.	О щ у р к о в И. С., Б а р к а г а н Р. Р. Проектирование электри-
ческой централизации. М,- Транспорт, 1980. 295 с.
14	Махмутов К- М. Устройства интервального регулирования
движения поездов на метрополитене. М.: Транспорт, 1986. 350 с.
15.	Коган Д. А., Э т к и н 3. А. Аппаратура электропитания железно-
дорожной автоматики. М.: Транспорт, 1987. 255 с.
16.	Герман Л А., Векслер М И., Шелом И А. Устройства
и линии электроснабжения автоблокировки. М . Транспорт, 1987. 191с.
17.	Е в с е е в И. Г Защита устройств связи и СЦБ. М.: Транспорт,
1982. 175 с.
18.	Ф о н а р е в Н. М. Автоматизация процесса расформирования сос-
тавов на сортировочных горках. М.: Транспорт, 1971 270 с.
19.	РазгоновА П., Овод ко в Л. В Профилактическое обслу-
живание рельсовых цепей М.; Транспорт, 1980. 142 с.
20.	Семерник М. Л., ШишляковА. В. Быстродействующая ав-
томатическая локомотивная сигнализация для метрополитенов. М
Транспорт, 1970 127 с.
21.	Кравцов Ю. А., С т е п е н с к и й Б. М. Система интерваль-
ного регулирования движения поездов с централизованным размещением ап-
паратуры. — МИИТ, 1983. 86 с.
22.	Пенкин Н.Ф. Рельсовые цепи переменного тока с дроссель-транс-
форматорами. i'V Трансжелдориздат, 1953 140 с.
291
23.	Устройства СЦБ при электрической тяге переменного тока//
//И М , Вахнин, Н. Ф Пенкин, М А. Покровский и др. М.: Транспорт,
1956	19 с.
24.	Системы и устройства интервального регулирования движения поез-
дов// Тр. ВНИИЖТ, 1986. Вып. 560. 136 с.
25.	Повышение эффективности систем автоблокировки и АЛС: Сб. науч.
трудов//Под ред. В. С. Дмитриева. М.: Транспорт, 1984. 101 с.
26.	Усиление устройств тягового электроснабжения //НТО железнодо-
рожного транспорта. М : Транспорт, 1984 38 с.
27.	Лисенков В. М. Теория автоматических систем интервального
регулирования. М Транспорт, 1987. 148 с.
28.	Бушуев В И Исследование, разработка и оценка эффективно-
сти методов повышения устойчивости работы рельсовых цепей систем автома-
тического регулирования движения поездов на грузонапряженных участках:
Дне. на соиск. уч степ. канд. техн. наук. Л., 1983. 493 с.
29.	Аркатов В. С.. Кравцов Ю. А., Степе н ски й Б. Я.
Пути повышения работоспособности рельсовых цепей. М . 1986. 21 с. (Авто-
матика и связь). Экспресс-информация И ЦНИИ ТЭИ МПС. Вып. 3.
30.	С т е п е н с к и й Б. М. Повышение работоспособности рельсовых
цепей с пониженным сопротивлением изоляции . АТС. 1978. № 9, С. 14 —16.
31.	Котляренко Н Ф., Соболев Ю. В., Баженов А И.
Защита импульсных рельсовых цепей постоянного тока от электрохимическо-
го эффекта // АТС. 1978. № 9, С. 11—14.
32.	Кравцов Ю А., С т е п е н с к и й Б. Я Система автоматиче
ского контроля свободности перегона АТС. 1984. № 4. С. 9 —12.
33.	Алексеев А В., Рябов В Н. Реактивные рельсовые цепи//
//АТС. 1971. № 12. С. 15—16
34.	Переборов А. С., К о с т р о м и н о в А. Я. Бесконтактный
коммутатор тока // АТС. 1986. № 4 С. 4—6.
35.	Наумов А. В Особенности эксплуатации рельсовых цепей в
условиях вентильного секционирования /ZATC. 1974. № 7. С. 15—18.
36.	Кондрате нкоЛ.Ф., Пр ынцов В А Сысоев В Н
Импульсное путевое реле ИВГ АТС 1986. № 3. С. 8—11.
37.	Б у ш у е в В. И., Оводков Л. В. Проблемы изоляции рель-
совых цепей и основные направления ее решения / АТС. 1982. № 9. С. 17 — 20
38.	Бушуев В И. Методы обслуживания рельсовых цепей при по-
ниженном сопротивлении изоляции 7 АТС. 1982. № I 1. С. II —14.
39.	Бушуев В И., Оводков Л. В. Проблемы и перспективы
рельсовых цепей /АТС. 1985. № 4 С.26—28.
40.	Ефимов Л. Л., Соловьев Ф А, Ершов А Ф Подсис-
тема контроля заполнения путей для сортировочных горок АТС. 1986
№ 12. С. 7.-9.
41.	Сте п е н с к и й Б М Вероятностный расчет рельсовых цепей /7
Вестник ВНИИЖТ. 1982. Вып. 4, С. 51—54.
42.	Кравцов Ю А, Степенен и й Б М., М у х и н Л. В
Рельсовые цепи системы УСАБ при электротяге постоянного тока И АТС, 1987
№ И. С. 33—37.
43.	С о р о к о В. И., РазумовскийБА. Аппаратура железнодо-
рожной автоматики и телемеханики М.: Транспорт, 1976, Т I — 399 с.;
т. II — 352 с.
44.	П о п о в В. Г. Унифицированная система автоматической блоки-
ровки // АТС, 1987. № 5. С. 9—15.
45.	Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на элект-
рифицированных железных дорогах МПС СССР. М.: Транспорт, 1985. 48 с.
46.	Инструкция по защите железнодорожных подземных сооружений
от коррозии блуждающими токами/МПС СССР М Транспорт, 1979. 87 с.
4	7. Устройства СЦБ. Технологический процесс обслуживания/ МПС
СССР. М.: Транспорт, 1984 150 с.
292
48.	Руководящие указания по защите от перенапряжений устройств
СЦБ/МПС СССР М.: Транспорт, 1985. 63 с.
49.	Технические указания по подготовке обратной тяговой сети элект-
рифицированных участков переменного тока к пропуску тяжеловесных по-
ездов// ВНИИЖТ. М.: 1982. 23 с.
50.	Технические указания по определению нагрузочной способности и
техническому содержанию путевых дроссель-трансформаторов в условиях
интенсивного движения и пропуска тяжеловесных поездов на электрифици-
рованных участках постоянного тока //ВНИИЖТ. М.: 1980. 30 с.
51.	КравцовЮ. А., Гоцадзе М. А., Г у с я т и н е р А. М. Ав-
томатизация проектирования рельсовых цепей И Труды ГПИ 1984 Вып 7
С 10—15.
52.	Устройство повышения безопасности работы станционных рельсовых
цепей «Дельта» /Д. А. Коган, 3. А Эткин, В. И. Талалаев, В М Ульянов —
АТС. 1988. № 8. С. 18—22.
53.	Казаков А. А., Б у б н о в В. Д., Казаков Е. А. Системы
интервального регулирования движения поездов. М.: Транспорт, 1986. 399 с.
54.	Тал j ков А. А., Разгонов А П., Фазочувствительные рель-
совые цепи М.: Транспорт, 1972. 96 с.
55.	Ши щ л я ков А. В., Кравцов Ю. А., Михайлов А. Вс
Эксплуатационная надежность устройств автоблокировки и АЛС М • Транс-
порт, 1969. 87 с.	’	F
56.	Кравцов Ю. А., С т е п е н с к и й Б. М., Панин В. М. Уси-
лительная приставка к фазочувствительному реле типа ДСШ. М : 1983. 40 с
(Автоматика и связь. Экспресс-информация ЦНИИ ТЭИ МПС- Вып 4)
С. 12 — 16.
57.	Ведомственные нормы технологического проектирования МПС СССР
М,- Транспорт, 1986. 123 с
ОГЛАВЛЕНИЕ
От авторов .	. .	. .	....... .3
Глава 1. История развития рельсовых цепей ...	4
Г л а в а 2. Аппаратура рельсовых цепей и ее основные характеристики 18
2.1.	Путевые приемники . .	......... ... 18
2.2.	Приборы коммутации рельсовых цепей	27
2.3.	Источники питания рельсовых цепей .	.... 30
2.4	Дроссель-трансформаторы	.32
Глава 3. Основы теории рельсовых цепей ...	38
3.1.	Режимы работы............................................. 38
3.2.	Критерии оценки работы рельсовых цепей	. . 41
3.3.	Схемы замещения рельсовой цепи........................ ...	45
3.4	Первичные параметры рельсовой	линии	49
3.5.	Параметры рельсового четырехполюсника .	 55
3.6.	Расчет нормального режима	 56
3.7.	Расчет шунтового режима ....	64
3.8	Расчет контрольного режима ...	68
3.9.	Расчет режима АЛСН . .	......... . ... . 70
3.10.	Синтез рельсовых цепей....................................72
3.11.	Особенности рельсовых цепей без изолирующих стыков . .	. . 74
Глава 4. Рельсовые цепи при электротяге постоянного тока . 79
4.1.	Особенности работы рельсовых цепей при протекании в рель-
сах обратного тягового тока...................................   79
4.2.	Рельсовая цепь числовой кодовой автоблокировки.............83
4.3.	Станционные фазочувствительные рельсовые цепи частотой 50 Гц 97
4	4 Однониточные рельсовые цепи частотой 50 Гц....	102
4.5.	Станционные фазочувствительные рельсовые цепи частотой 25 Гц. 107
Глава 5. Рельсовые цепи на участках с электротягой переменного
тока ...	. . 113
5.1	Особенности работы рельсовых цепей	113
5.2.	Кодовые рельсовые цепи..................................  120
5.3.	Станционные фазочувствительные рельсовые цепи частотой 25 Гц. 124
5.4.	Фазочувствительные рельсовые цепи частотой 25 Гц для станций
стыкования........................................... .	- 	128
Глава 6. Рельсовые цепи при автономной тяге	. 131
6	1. Перегонные рельсовые цепи	. .	.	... 131
6.2 Станционные рельсовые цепи . ...	...	139
Глава 7. Рельсовые цепи при автоблокировке с централизованным
размещением аппаратуры . .	144
7	1. Рельсовые цепи без изолирующие стыков	. .	. . 144
7О2 Фазочувствительные рельсовые цепи	157
Глава 8. Особые виды рельсовых цепей	161
8.1 Разветвленные рельсовые цепи на станциях	. 161
8 2 Горочные рельсовые цепи................................... 168
5.3. Рельсовые цепи контроля свободности перегона и участков при-
ближения к переездам и станциям........................... ....	174
294
Глава 9. Рельсовые цепи участков с низким сопротивлением изо-
ляции	180
9 1 Состояние вопроса ....................................... 180
9 2 Повышение работоспособности рельсовых	цепей	181
Глава 10. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих уст-
ройств	198
10.1.	Необходимость установки заземляющих	устройств	198
10.2.	Конструкции защитных устройств	203
10.3	Электрокоррозионное разрушение конструкций .	205
10	4. Способы ограничения токов утечки	. 207
10.5.	Защита подземных металлических сооружений от электрокоррозии 209
10.6.	Способы подключения заземляющих устройств к рельсовой сети 211
10.7.	Влияние заземляющих устройств на работу рельсовых цепей 214
10	8 Работа рельсовых цепей при вентильном секционировании .	220
10.9.	Работа рельсовых цепей при междупутных перемычках и под-
ключении заземляющих устройств к средним точкам дроссель-
трансформаторов	............ . 222
10.10.	Защита аппаратуры рельсовых цепей от влияния посторонних
источников тока ...	. .	.	228
Глава 11 Работа рельсовых цепей на участках с движением тяже-
ловесных поездов.............................................. 236
11.1. Термическое воздействие тягового тока	236
11.2. Мешающее и опасное воздействие тягового тока . .	243
Глава 12. Техническая диагностика рельсовых цепей . . .	247
12	1 Проверка исправности стыковых соединителей .	247
12.2.	Проверка исправности изолирующих элементов рельсовых це-
пей . .	....	250
12.3.	Проверка чередования полярности в рельсовых цепях	. 257
12.4.	Измерение шунтовой чувствительности и сопротивления изоляции
рельсовой линии	.	260
12.5.	Регулировка рельсовых цепей ...	262
12.6.	Анализ надежности рельсовых цепей...................... 270
12.7.	Техника безопасности при обслуживании рельсовых цепей 275
Приложения
1.	Характеристики аппаратуры рельсовой цепи ,	280
2.	Характеристики четырехполюсника рельсовой линии	284
3.	Интенсивность отказов приборов рельсовой цепи	. 290
Список литературы.....................................    .	. 291