Обобщенная схема рельсовой цепи представлена на рисунке 7.1. Здесь и далее будем рассматривать нормально замкнутые рельсовые цепи у которых при отсутствии подвижной единицы путевое реле находится под током.
На схеме указаны: R 0 – ограничивающее сопротивление; Z – сопротивление рельсов; Rи – сопротивление изоляции, U – напряжение источника питания, ИС – изолирующий стык.
Как известно рельсовые цепи работают в следующих режимах: нормальном, шунтовом, контрольном, короткого замыкания, АЛС.
Нормальный режим – такое состояние РЦ, когда она свободна от подвижного состава и путевой приемник выдаёт дискретную информацию «свободно». В нормальном режиме напряжение надежного срабатывания приемника или реле Uр должно обеспечиваться при наихудших условиях передачи сигналов в рельсовую цепь – минимальном напряжении источника питания Umin, максимальном сопротивлении рельсов Zmax, и минимальном сопротивлении изоляции Rи min.
Работу рельсовой цепи в нормальном режиме оценивают коэффициентом перегрузки Kпер, который представляет собой отношение напряжения фактического сигнала на путевом приемнике Uрнф к рабочему значению сигнала Uрн, т.е. Kпер = Uрнф/ Uрн. Минимальное значение Kпер = 1, а максимальное зависит от наиболее благоприятных условий передачи сигналов в нормальном режиме Umax, Zmin, Rи max. Максимальный Kпер определяется техническими условиями на путевые приемники.
Шунтовой режим – такое состояние РЦ, при котором её приемник выдаёт дискретную информацию «занято» при наложении в любой точке РЛ поездного шунта не ниже нормативного.
В шунтовом режиме напряжение надежного выключения приемника или реле Uр вык должно обеспечиваться при наихудших условиях передачи сигналов – максимальном напряжении источника питания Umax, минимальном сопротивлении рельсов Zmin, и максимальном сопротивлении изоляции Rи max. При этом сопротивление поездного шунта в соответствии с техническими требованиями должно быть не более 0,06 Ом. Критерием оценки шунтового режима служит коэффициент чувствительности к поездному шунту Kш, определяемый как отношение напряжения надежного выключения приемника Uр вык к фактическому напряжению на путевом приемнике Uр шф, т.е. Кш = Uр вык/Uр шф. Шунтовой режим выполняется если Кш ≥ 1 при наложении нормативного шунта в любой точке рельсовой линии.
Контрольный режим – такое состояние РЦ, при котором путевой приемник передает дискретную информацию, эквивалентную «занято», при полном электрическом размыкании рельсовой нити в любой точке РЛ. При обрыве рельсовой нити электрическая цепь между источником питания и приемником сохраняется, так как создаются пути для протекания сигнального тока по земле в обход места обрыва. Значение тока при этом существенно зависит от места обрыва рельса и сопротивления изоляции Rи.
В контрольном режиме напряжение надежного выключения приемника или реле Uр вык должно обеспечиваться при наиболее неблагоприятных условиях – максимальном напряжении источника питания Umax, минимальном сопротивлении рельсов Zmin, и критическом сопротивлении изоляции Rи кр.
Критическими называются сопротивление изоляции в места обрыва, при котором напряжение на путевом приемнике РЦ имеет максимальное значение. Как показали исследования, сопротивление Rи кр в коротких рельсовых цепях близко к Rи min = 1 Ом/км.
Количественную оценку выполнения контрольного режима позволяет сделать коэффициент чувствительности к обрыву рельсовой цепи Kк, представляющий собой отношение напряжения надежного выключения приемника Uр вык к фактическому напряжению Uр кф, т.е. Kк = Uр вык/Uр кф. Контрольный режим выполняется при условии Kк ≥ 1 при полном обрыве рельсовой линии в любой точке.
Режим КЗ – наступает с момента шунтирования колёсными парами питающего конца РЦ. При шунтировании ток и мощность источника питания в режиме КЗ превышают допустимые значения. Источник тока может работать с перегрузкой или выйти из строя, поэтому делается расчет режима КЗ для выбранного типа аппаратуры. Для питающего конца устанавливается ограничивающее сопротивление, которое нельзя использовать для регулировки напряжения питающей цепи. Для переменного тока устанавливается ограничительный дроссель.
К критериям этого режима относятся ток Iкз и мощность Sкз. Условия его выполнения определяются из следующих отношений Iкз ≤ Iном и Sкз ≤ Sном – номинальные значения тока и мощности источника питания в соответствии с техническими условиями на источники питания рельсовых цепей.
Режим АЛСН – наступает при вступлении поезда на рельсовую цепь, если предусмотрено её кодирование током АЛСН. В данном случае происходит автоматическое переключение аппаратуры для посылки кода АЛСН навстречу поезду (для передачи информации с пути на локомотив). Для обеспечения нормальной работы устройств АЛСН необходимо, чтобы с момента вступления поезда на РЦ под приемными катушками на локомотиве протекал ток АЛС 1,2 А – при тепловозной тяге; 1,5А – при электротяге переменного тока; 2А – при электротяге постоянного тока.
Для обеспечения контроля свободности путей и стрелок повышения безопасности движения поездов и наиболее эффективного использования путевого развития для поездной и маневровой работы станционные пути и стрелочные участки оборудуют электрическими рельсовыми цепями.
Разбивка станционных путей на изолированные участки и объединение в один участок нескольких стрелок должны обеспечивать наиболее эффективную эксплуатационную работу станции с учетом наиболее рационального использования и обеспечения надежности работы аппаратуры, оборудования, сигнального кабеля и других технических средств, применяемых в устройствах автоматики.
На станции каждый приемо-отправочный путь оборудуют отдельной РЦ. С точки зрения эксплуатационной работы станции можно было бы каждую стрелку выделить в отдельный изолированный участок, при этом обеспечивалось бы быстрое освобождение отдельных участков, по которым может быть установлен другой маршрут. Однако это приводит к удорожанию устройств и повышению трудовых затрат на их обслуживание. Поэтому в большинстве случаев несколько стрелок объединяют в один изолированный участок.
В один изолированный участок можно включать не более трех одиночных (рис. 1, а) или двух перекрестных стрелочных переводов (рис. 1, б). При большем числе стрелок в одном изолированном участке снижается надежность работы рельсовой цепи, и значительно увеличиваются перепробеги подвижного состава при маневровых передвижениях. Наименование стрелочных изолированных участков составляется из номеров крайних стрелок, входящих в изолированный участок, и букв СП, например 1-5 СП (см. рис. 1, а).
Рис. 1. Схемы изоляции стрелок
Стрелки в изолированные участки объединяют так, чтобы не создавалась излишняя враждебность маршрутов. Стрелки съезда включают в разные изолированные участки (рис. 1, в), чтобы не препятствовать возможности установки двух невраждебных маршрутов по стрелкам 1 и 3. Также поступают и в случаях, когда по стрелкам возможны одновременные невраждебные передвижения (рис. 1, г). Размещение изолирующих стыков и приборов РЦ стрелочных изолированных участков должно обеспечивать обтекание током рамных рельсов стрелок и наибольшего числа соединителей, уменьшение длин ответвлений, не обтекаемых током. На двухниточных планах изоляции питающий конец РЦ обозначается прямоугольником с точкой внутри, релейный — таким же прямоугольником с крестиком внутри.
Простейшей разветвленной РЦ является цепь, в которую входит только одна стрелка. Применяют только параллельный способы изоляции ответвлений на стрелках.
При параллельной изоляции ответвления включают параллельно (рис. 2, а, б, в), при этом дополнительные изолирующие стыки (ДИС) могут устанавливаться как по главному пути (рис 2, а), так и по ответвлению (рис. 2 б, в). Частая установка изолирующих стыков по главному пути снижает надежность действия АЛС. В то же время путевое реле нужно устанавливать по более ответственному, т. е. главному пути. Это более удобно и для построения схем кодирования рельсовых цепей, поэтому соединитель в данном случае не контролируется, а для надежности дублируется (см. рис. 2, б). Параллельная схема изоляции более проста и экономична, однако не контролирует исправность рельсовых нитей ответвлений, которые находятся под напряжением и не обтекаются током. Фактически контролируется только то ответвление, на котором установлено путевое реле. На рис. 2,б контролируется ответвление А (главный путь), а ответвление Б не контролируется. Для исключения этого недостатка на ответвлениях устанавливают дополнительные путевые реле 2СП (рис. 2, в). Общее число путевых реле в одной рельсовой цепи не должно быть более трех, а длины ответвлений не должны отличаться друг от друга более чем на 200 м. Дополнительные путевые реле включают в ответвления, длина которых превышает 60 м, считая от центра стрелочного перевода до изолирующего стыка, а также на ответвлениях стрелочных участков, входящих в маршруты приема и отправления, кроме ответвлений съездов и глухих пересечений. На разветвленных стрелочных участках применяют те же рельсовые цепи, что и на неразветвленных, при этом по главному пути предусматривают действие АЛС. Предусматривают также кодирование ответвлений, по которым производится безостановочный пропуск поездов.
Особенностью станционных рельсовых цепей является наличие ответвлений. Контроль ответвлений производится следующим образом (рис. 2). Контроль ответвлений может осуществляться только параллельным способом.
Если ответвление контролируется (на нем установлено путевое реле), то устанавливается одна перемычка, если не контролируется, то две перемычки. Однако в последнее время обычно устанавливаются 2 перемычки.
Наличие реле на ответвление позволяет контролировать любое повреждение в данной рельсовой цепи. Если длина ответвления менее 60 м, то на нем реле не устанавливается.