что такое рельсовая цепь на железной дороге

Рельсовая цепь: определение, виды и основные параметры

Опубликовано 21.06.2021 · Обновлено 06.11.2021

Железнодорожный путь является сложным инженерным сооружением, и не так очевидно, что он еще используется в системах централизации и блокировки, а также, на электрифицированных участках, рельсовые плети являются «второй контактной сетью», доводя низший потенциал для пропуска обратного тягового тока. Рельсы — это токопроводящие элементы электрической цепи, причем, как правило, одновременно нескольких. О том, что же такое рельсовые цепи, как они работают, какие существуют виды и их основные параметры — расскажем в данном материале.

Эта статья предназначена для студентов железнодорожных ВУЗов или профессиональных железнодорожников, а также для технически-продвинутых романтиков. Для обывателей, желающих понять, что же такое рельсовая цепь и для чего она нужна, есть материал здесь.

Что такое Рельсовая цепь?

Рельсовой цепью называется электрическая цепь, включающая источник питания и потребителей (в числе которых может быть путевое реле), в качестве токопроводящих элементов которой выступают рельсовые нити пути.

​На базе рельсовых цепей строятся многие системы железнодорожной автоматики и телемеханики: автоблокировка, АЛСН (автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия), централизация стрелочных переводов и сигналов светофоров, системы диспетчерского контроля, переездная сигнализация и другие.

Таким образом можно выделить основное предназначение рельсовых цепей:

Выше представлена инфографика, с классификацией рельсовых цепей. Далее разберем подробно, что представляет из себя каждая из них.

Для разделения различных рельсовых цепей применяется так называемый изолирующий стык, или изостык, в котором по-сути установлена диэлектрическую прокладку между двумя рельсами.

Рельсовые цепи по принципу действия

Базово рельсовые цепи делятся на две категории: нормально замкнутые (1) и нормально разомкнутые (2). Как известно любая электрическая цепь должна включать источник электродвижущей силы и потребителей электрической энергии. В любых рельсовых цепях всегда присутствует источник питания и приемник, однако в зависимости от принципа действия рельсовой цепи их взаиморасположение может быть различным. В нормально-разомкнутых цепях источник питания и приемник расположены на одном ее конце, в то время как в нормально-замкнутых источник и приемник находятся на противоположных концах цепи.

Нормально-замкнутая рельсовая цепь

В нормально-замкнутых РЦ в тот момент, когда ни одна колесная пара подвижного состава не находится на контролируемом участке, катушка путевого реле находится под током и сигнализирует свободность участка и целостность цепи.

Такие цепи могут работать в четырех режимах:

Катушка реле, расположенная на противоположном конце цепи от источника питания, оказывается под напряжением, таким образом сердечник катушки втягивается, замыкая контакты реле и сигнализируя свободное состояние контролируемого участка. Путевое реле должно надежно удерживать якорь в притянутом состоянии (при непрерывном питании) или надежно срабатывать от каждого импульса (при импульсном питании).​

Неблагоприятными условиями в данном режиме работы являются: минимальное напряжение источника, минимальное сопротивление изоляции и максимальное сопротивление рельсов.​

В данном режиме одна колесная пара замыкает рельсовую цепь шунтируя ее за счет низкого сопротивления колесной пары. Весь ток начинает протекать через колесную пару, создавая своего рода короткое замыкание, а для исключения высоких токов которого используется дополнительное сопротивление (на схеме R0). Соответственно электрический ток в катушке сигнального реле прекращается, и реле переходит в состояние «Занятость участка».

Неблагоприятными условиями являются: максимальное напряжение источника, минимальное сопротивление рельсов, максимальное сопротивление изоляции.​

Шунтовая чувствительность рельсовой цепи должна ​быть не менее 0,06 Ом.

Неблагоприятными условиями являются: максимальное напряжение источника, минимальное сопротивление рельсов, критическое сопротивление изоляции.​

Данный режим соответствует наезду колесной пары поезда на входной конец рельсовой цепи.​

Ток в рельсах под приемными катушками локомотива должен быть не менее расчетного, необходимого для надежной работы устройств АЛС на локомотиве.​

Минимальный расчетный ток д.б. не менее:​

​Неблагоприятные условия совпадают с ​нормальным режимом работы.​

Нормально-разомкнутая рельсовая цепь

В таких цепях при отсутствии колесной пары на контролируемом участке, путевое реле обесточено. Источник питания и реле находятся рядом друг с другом на одном конце цепи, при этом к одному полюсу питания подключается одна рельсовая плеть, а противоположная подключается к катушке реле, второй вывод которой подключается к другому полюсу питания.

В момент наезда на контрольный участок колесная пара замыкает электрическую цепь, и в катушке реле появляется ток. Есть данные о том, что такие цепи обладают большим быстродействием при определении занятости участка. Это происходит из-за того, что якорь реле быстрее притягивается к катушке, нежели под действием пружины, возвращается в исходное состояние. Но однозначным преимуществом нормально-разомкнутой рельсовой цепи является экономия кабелей, так как в качестве проводов используются непосредственно рельсы. Одновременно с этим такая цепь лишена важного качества — возможности контролировать свою целостность и исправность элементов, и это ограничивает ее использование только сортировочными горками.

Параметры рельсовых цепей

Рельсовые цепи работают на различных схемах питания, с разным характером подачи сигнального тока, от чего зависят их параметры. В качестве сигнального применяется как постоянный, так и переменный ток. В случае с переменным током его частота варьируется от 25, 50 Гц, либо частоты от 420 — 780 Гц и 4,5 — 5,5 кГц, в тональном режиме работы.

При передаче сигнального тока от источника к потребителю на преодоление электрического сопротивления среды приходится тратить часть энергии, помимо сопротивления рельсовых нитей имеют место токи утечки, возникающие через низкое сопротивление изоляции. Рельсовая цепь хоть и изолирована от земли, все же конкретное сопротивление этой изоляции зависит от балласта, на котором лежит путь, от материала шпал, загрязнения пути, температуры и влажности среды (наличия осадков), зазора между балластом и подошвой рельса. Железобетонные шпалы обладают меньшим сопротивлением изоляции и уступают шпалам из дерева, по этому применяются дополнительные резиновые прокладки между рельсом и шпалой. Минимальное сопротивление изоляции в норме должно быть не менее 1 Ом*км, зимой 100 Ом*км. Удельное сопротивление зависит от частоты тока и тем выше, чем выше частота.

Также источник питания может работать в нескольких режимах: непрерывном, импульсном и кодовом. Последний применяется для передачи сигналов автоматической локомотивной сигнализации. Действующие показания светофора кодируются специальным устройством, и передаются по рельсам на приемные катушками, установленные на любом локомотиве или самоходном подвижном составе.

Обратный тяговый ток

Любая рельсовая нить для электродвижущего подвижного состава выполняет роль низшего потенциала по отношении к контактной сети. Токи, протекающие от локомотива к тяговой подстанции, достигают огромных значений, и безусловно могут повлиять на работу рельсовых цепей. Обратный тяговый пропускается по одной нити цепи в случае с однониточными цепями, или по двум нитям, в двухниточных рельсовых цепях. Основной проблемой является разделение разных рельсовых цепей, соединенных для прохождения тягового тока. И если в однониточных цепях тяговый ток попеременно может передаваться по одной из нитей, то в двухниточных цепях приходится устанавливать разделяющие дроссель-трансформаторы. Стоит отметить, что в однониточных цепях невозможна передача сигналов АЛСН, а значит их применение сильно ограничено.

» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-300×188.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-1000×625.jpg» width=»1000″ height=»625″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-1000×625.jpg» alt=»Дроссель-трансформатор обратного тягового тока рельсовой цепи | Дроссель-трансформатор обратного тягового тока рельсовой цепи | Движение24″class=»wp-image-46797″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-300×188.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-1000×625.jpg 1000w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-768×480.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-1536×960.jpg 1536w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-2048×1280.jpg 2048w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-520×325.jpg 520w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-720×450.jpg 720w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2395-320×200.jpg 320w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Дроссель-трансформатор обратного тягового тока рельсовой цепи | Движение24″ /> Дроссель-трансформатор

» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-300×188.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-1000×625.jpg» width=»1000″ height=»625″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-1000×625.jpg» alt=»Дроссель-трансформатор внутри, что внутри коробок вдоль железнодорожных путей | Дроссель-трансформатор внутри, что внутри коробок вдоль железнодорожных путей | Движение24″class=»wp-image-46800″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-300×188.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-1000×625.jpg 1000w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-768×480.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-1536×960.jpg 1536w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-2048×1280.jpg 2048w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-520×325.jpg 520w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-720×450.jpg 720w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2398-320×200.jpg 320w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Дроссель-трансформатор внутри, что внутри коробок вдоль железнодорожных путей | Движение24″ /> Дроссель-трансформатор с открытой крышкой

Параметры дроссель-трансформаторов

Первые цифры в названии определяют полное сопротивление переменному сигнальному току частотой 50 Гц (0,2 и 0,6), вторые цифры определяют номинальный тягового тока, на который рассчитана основная обмотка (500 и 1000 А на каждый рельс).​

Основная обмотка дроссель-трансформатора выполнена из медной шины большого сечения и имеет малое сопротивление постоянному тяговому току (от 0,0008 до 0,0024 Ом).​

У дроссель-трансформатора ДТ-0,2 дополнительная обмотка имеет несколько выводов, что позволяет устанавливать различные коэффициенты трансформации (7, 10, 13, 17, 23, 30, 33, 40). Основная обмотка содержит 14 витков из медной шины сечением 100 мм2 для ДТ-0,2-500 и 221 мм2 для ДТ-0,2-1000. Поскольку в рельсовых цепях практически применяют дроссель-трансформаторы ДТ-0,2 с коэффициентом трансформации 17 или 40, с 1985 г. завод выпускает ДТ-0,2, имеющие только один коэффициент трансформации (17 или 40). Дроссель-трансформаторы с коэффициентом 40 имеют на крышке маркировку n=40, а с коэффициентом 17— не имеют маркировки.​

У дроссель-трансформатора ДТ-0,6 дополнительная обмотка имеет только два вывода, коэффициент трансформации равен 15. Основная обмотка содержит 16 витков медной шины сечением 100 и 243 мм2 для ДТ-0,6-500 и ДТ-0,6-1000 соответственно.​

Основные элементы рельсовой цепи

Рельсовые соединители

Стальной штепсельный рельсовый стыковой соединитель состоит из двух стальных проволок диаметром 5 мм, заварен­ных по концам в штепселя конической формы. Длина соедини­теля в развернутом виде 1276 мм. ​

Стальной приварной рельсовый соединитель состоит из куска стального троса диаметром 6 мм, заваренного по концам в стальные наконечники (манжеты). Длина соединителя в выпрямленном состоянии 200 мм, масса 36 г. Стальные приварные соединители устанавливают на участках без электротяги.​

На электрифицированных участках применяют приварные медные рельсовые соединители Такие соединители предназначены для уменьшения сопротивления не только сигнальному, но и тяговому току. Соединитель представляет собой гибкий медный трос длиной 200 мм, заваренный по концам в стальные наконечники (манжеты).

Изолирующие стыки

» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-300×188.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-1000×625.jpg» width=»1000″ height=»625″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-1000×625.jpg» alt=»изолирующий стык рельсовой цепи, изостык, стык покрашенный краской | изолирующий стык рельсовой цепи, изостык, стык покрашенный краской | Движение24″class=»wp-image-46793″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-300×188.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-1000×625.jpg 1000w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-768×480.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-1536×960.jpg 1536w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-2048×1280.jpg 2048w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-520×325.jpg 520w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-720×450.jpg 720w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/06/dvizhenie24_ru_downloads_2391-1-320×200.jpg 320w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»изолирующий стык рельсовой цепи, изостык, стык покрашенный краской | Движение24″ />

Изолирующие стыки устанавливают для электрического разделения смежных рельсовых цепей. Изолирующий стык состоит из двух металлических накладок фасонной формы, стянутых болтами. Болты изолированы от рельса изолирующими втулками. Между накладками и рельсами установлены изолирующие прокладки, а между торцами смежных рельсов — стыковая изолирующая прокладка. Изолирующий стык крепят навесу без сдвоенных шпал.​

На участках бесстыкового пути устраивают высокопрочный стык с пазухами между накладками и рельсом, заполненными изолирующей композицией. При помощи болтов обеспечивается необходимое сжатие склеиваемых поверхностей на период отвердения клеевого шва.

Схемы рельсовых цепей

Рельсовая цепь постоянного тока с импульсным питанием

В импульсных рельсовых цепях постоянного тока путевое реле всегда размещают на выходном конце блок-участка — импульсы для питания реле посылаются по ходу поезда.

Кодовые рельсовые цепи переменного тока 50 Гц без дроссель-трансформаторов

Применяют на перегонах участков без электротяги с учетом последующей электрификации или там, где не предусмотрен переход на электротягу, но имеется надежный источник электроснабжения переменного тока 50 Гц от основной и резервной линий.

Рельсовая цепь постоянного тока с непрерывным питанием

Для контроля замыкания изолирующих стыков предусматривают чередование полярности тока в смежных рельсовых цепях.​

Рельсовые цепи постоянного тока с непрерывным питанием используются только на станциях участков, не подверженных влиянию блуждающих токов. ​

Рельсовые цепи переменного тока

Двухниточная рельсовая цепь с дроссель-трансформаторами и фазочувствительным путевым реле ДСШ-12 или ДСР-12

Двухниточная рельсовая цепь с дроссель-трансформаторами и фазочувствительным путевым реле ДСШ-12 или ДСР-12​

Однониточные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц​

Разветвленные рельсовые цепи​

В случае кодирования бокового пути размещение стрелочных соединителей по типовой схеме изоляции не обеспечивает нормальной работы устройств АЛС в маршрутах приема поездов на боковой путь и отправления с бокового пути. ​

Используемая литература

Автор:
Иван Беляев, ЖД-эксперт

Источник

Рельсовая цепь (РЦ), изолированный участок ж.-д. пути, элемент системы железнодорожной автоматики и телемеханики, в котором проводниками тока служат рельсовые нити. Такие участки, называются блок-участками (рис.), являются путевыми датчиками, срабатывающими под воздействием колёс подвижного состава, обеспечивая связь между ним и устройствами управления — ж.-д. стрелками и сигналами. При свободной (от подвижного состава) РЦ ток путевой батареи (ПБ) проходит через путевое реле (ПР), контакты которого замыкают цепь питания лампы разрешающего (зелёного) огня светофора. При вступлении колёсных пар подвижного состава на РЦ шунтируется путевое реле, отпускается его якорь, в результате чего на светофоре зажигается запрещающий (красный или красно-жёлтый) огонь.

Для контроля свободности РЦ в неё посылают сигнальный ток, по роду которого различают РЦ постоянного и переменного тока. По принципу действия РЦ делятся на нормально замкнутые и нормально разомкнутые. Нормальным считается такое состояние исправной РЦ, при котором на ней нет подвижного состава. В нормально замкнутые РЦ постоянно посылается ток, поэтому, кроме основных функций, они обеспечивают и контроль исправности путевых устройств, в том числе и рельсовой нити. В нормально разомкнутых РЦ путевое реле нормально не возбуждено и не контролирует исправность элементов цепи. На железных дорогах СССР (кроме сортировочных горок) применяются только нормально замкнутые РЦ.

Современные системы железнодорожной автоматики и телемеханики, применяемые на железных дорогах для регулирования движения поездов, автоматизации процесса расформирования составов на сортировочных горках, а также для обеспечения безопасности движения, строятся на использовании электрических рельсовых цепей как основных путевых датчиков и телемеханических каналов.

За последние годы внедрено и создано большое количество новых видов рельсовых цепей. Значительно изменился и характер работы рельсовых цепей в связи с применением железобетонных шпал, повышенной частоты сигнального тока, полупроводниковых приборов.

Большой вклад в теорию, практику ио усовершенствованию и проектированию существующих и созданию новых видов рельсовых цепей внесли ведущие специалисты ВНИИЖТ (ВНИИАС): М. И. Вахнин, Н. Ф. Пенкин, В. А. Минин, В. С. Дмитриев, В. С. Лучинин, А. А. Талыков, А. П. Разгонов, М. А. Покровский, А. В. Шишляков, ЦШ, ЛИИЖТ: Н. О. Рогинский, ГТСС: П. С. Манусевич, Е. В. Никитина, Д. П. Лаптев, А. И. Ушкалов, Т. Л. Лебедева, Ю. В. Соболев, МИИТа: А. М. Брылеев, Ю. А. Кравцов.

Рельсовой цепью называется электрическая цепь, проводниками которой служат рельсовые нити железнодорожного пути (рис. 6.1). На рис. 6.2 приведено устройство изолирующего стыка в рельсовой цени. Рельсовые цепи являются основным элементом всех устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: автоблокировки, автоматической локомотивной сигнализации, электрической централизации стрелок и сигналов, диспетчерского контроля движения поездов, автоматической переездной сигнализации и ряда других систем.

В этих системах рельсовые цепи выполняют разнообразные и ответственные функции. Они автоматически непрерывно контролируют состояние путевых участков на перегонах и станциях и целостность рельсовых нитей, исключая возможность приема поезда на занятый путь, не позволяют перевести стрелку под составом, а также обеспечивают индикацию контроля свободности или занятости путей и стрелок на аппарате управления; с их помощью передаются кодовые сигналы на локомотив для действия устройств автоматической локомотивной сигнализации, обеспечивается увязка между показаниями светофоров в кодовой автоблокировке; в системах переездной сигнализации они обеспечивают автоматический контроль приближения поездов к переездам и последующий контроль их проследования. Рельсовые цепи являются основой всех разрабатываемых систем автоматического управления и контроля движения поездов на железнодорожном транспорте, в значительной мере повышая безопасность движения поездов.

Рельсовые цепи впервые были применены в 1872 г., и вот уже в течение более 100 лет продолжается их внедрение на железнодорожном транспорте различных стран. Многочисленные попытки заменить рельсовые цепи более совершенными средствами до настоящего времени не дали ожидаемых результатов. Такие устройства нашли лишь ограниченное применение или находятся в стадии разработки и эксплуатационных испытаний.

Трудно или практически невозможно получить в других устройствах такие замечательные свойства рельсовых цепей, как надежное и практически безошибочное фиксирование свободности и занятости путевых участков подвижным составом, не оборудованным специальными устройствами, или при следовании его с неисправными устройствами; автоматический контроль целостности рельсовых нитей; автоматическое восстановление нормальной и безопасной работы без специальных запоминающих устройств после отключения и последующего включения источника питания или при замене аппаратуры и оборудования; непрерывная непосредственная связь между поездами и состоянием пути и ряд других преимуществ.

Вместе с тем рельсовые цепи имеют ряд недостатков, снижающих их эксплуатационно-техническую эффективность: зависимость их работы от состояния верхнего строения пути (балласта, шпал, рельсов, соединителей и других элементов), климатических условий (наиболее неблагоприятны районы с суровым климатом, а также районы, в которых наблюдаются значительные колебания температуры и влажности); ухудшение шунтового эффекта при загрязненности поверхности рельсов и колесных пар; значительные затраты труда и средств на техническое обслуживание и ряд других недостатков. Поэтому создание новых и совершенствование существующих рельсовых цепей совмещаются с научными исследованиями и разработкой устройств, которые могли бы заменить рельсовые цепи.

По устройству и электрическим параметрам рельсовые цепи значительно отличаются от воздушных линий связи и электропередачи, провода которых размещены на большом расстоянии от земли, хорошо электрически изолированы друг от друга и от несущих их опор, а отдельные части проводов в стыках надежно соединены между собой. Поэтому электрические параметры линий связи и электропередачи достаточно стабильны, причем сопротивление изоляции проводов между собой и по отношению к земле достаточно велико. По сравнению с ними рельсовые цепи находятся в более тяжелых условиях, так как их проводники — рельсы — слабо электрически изолированы от земли и друг от друга; изоляторами рельсов являются шпалы, погруженные в балластный слой.

Шпалы и балласт в значительной мере изменяют свою электрическую проводимость в зависимости от наличия в них влаги, изменений окружающей температуры и других факторов. Поэтому сопротивление изоляции рельсовой цепи, или, как принято его называть, сопротивление балласта, получается очень низким и весьма нестабильным (изменяется от 0,25 до 100 Ом • км).

Источник