Text
                    Среднее специальное образование
УЧЕБНИК
В. С. Дмитриев
И. Г Серганов
Основы
зкелезнодорозкноп
автоматики
и телемеханики
ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Утверждено
Главным управлением
учебными заведениями МПС
в качестве учебника для техникумов
железнодорожного транспорта
МОСКВА "ТРАНСПОРТ" 1988

УДК 656.25(075) Дмитриев В. С., Серганов И. Г. Основы железнодорожной авто- матики и телемеханики: Учебник для техникумов ж.-д. трансп. 3-е изд., перераб. и доп.—М.: Транспорт, 1988.—288 с. Изложены основы устройств автоматики и телемеханики, при- меняемых в системах автоблокировки, автоматической локомотивной сигнализации, диспетчерской централизации и других системах авто- матического управления и контроля движения поездов. Приведены сведения по техническому обслуживанию устройств. Второе издание вышло в 1982 г. Настоящее издание дополнено сведениями о микропроцессорах и мини-ЭВМ, даны принципы програм- мирования, отражены вопросы перспективного развития микропроцессор- ной техники. Для учащихся техникумов железнодорожного транспорта. Ил. 196, табл. 31, библиогр. 15 назв. Рецензент Я. Ю. Плавник Заведующий редакцией В. П. Репнева Редактор М. В. Пономаренко 3602040000-288 Д --------------- 206 — свод. пл. вып. лит. для средн, спец, учебн. 049(01)-88 заведений иа 1988 г. ISBN 5-277-00042-9 (g) Издательство «Транспорт», 1988
ВВЕДЕНИЕ Транспорт — одна из важнейших отраслей народного хозяйства страны. Большие и ответственные задачи поставил XXVII съезд КПСС перед железнодорожным транспортом в обеспечении своевре- менного, качественного и полного удовлетворения потребностей в перевозках, повышения экономической эффективности его работы. В XII пятилетке намечено ввести в эксплуатацию 2,3 тыс. км новых железнодорожных линий, построить не менее 4 тыс. км вторых путей, электрифицировать 8 тыс. км линий, значительно обновить парк локомотивов и вагонов, увеличить объем перевозок гру- зов на 8—10%, пассажирооборот — на 7—9%, повысить произ- водительность труда на железнодорожном транспорте на 10—12%. Это позволит обеспечить прирост объема перевозок за счет повы- шения производительности труда. Для решения этой задачи необхо- димо значительно повысить вес и скорости движения поездов, поднять статическую нагрузку на ось вагона, автоматизировать и механизировать ряд технологических процессов перевозок, увели- чить пропускную способность основных направлений грузопотока и и перерабатывающую способность станций, снизить затраты труда на техническое обслуживание устройств. Решение поставленных задач во многом определяется внедрением средств автоматики и телемеханики. При сравнительно небольших капитальных вложениях устройст- ва автоматики и телемеханики позволяют существенно повысить пропускную способность линий и перерабатывающую способность станций, значительно повысить производительность труда и улуч- шить условия труда железнодорожников, повысить безопасность движения поездов. Внедрение автоблокировки на двухпутных линиях повышает их пропускную способность в 2—3 раза по сравнению с полуавтома- тической блокировкой. Автоблокировка совместно с диспетчерской централизацией повышает пропускную способность однопутных линий на 40—50 %. При этом на каждые 100 км линий высвобож- дается 60—70 человек эксплуатационного штата, а на 100 стрелок электрической централизации — примерно 40 дежурных стрелочных постов. В прошлой пятилетке введено в эксплуатацию 12,7 тыс. км автоблокировки и диспетчерской централизации, 33,7 тыс. стре- лок электрической централизации. В XII пятилетке намечено ввес- ти в эксплуатацию 10,5 тыс. км автоблокировки и диспетчерской 3
централизации, 35 тыс. стрелок электрической централизации, 25 автоматизированных горок, 15 тыс. км кабельных линий связи. Министерством путей сообщения принято решение о снятии обслуживания дежурным работником со значительной части желез- нодорожных переездов. Но для достижения этой цели требуется внедрение более совершенных устройств автоматики на переездах. Начато оборудование устройств переездной сигнализации светофор- ной головкой с зеленым огнем. Внедрение устройств автоматики и телемеханики во многом определяет ускорение темпов научно-технического прогресса. На- учно-исследовательские, проектно-конструкторские организации, за- воды треста «Транссигналсвязьзаводы» выполняют исследования и разработки в области совершенствования эксплуатируемых и создания новым систем. Ставится задача существенно сократить сроки разработки и внедрения новой техники. Предстоит раз- работать системы автоматики на новой элементной базе с примене- нием микропроцессорной техники. На основе микропроцессорной техники создается агрегатная система диспетчерской централизации, которая предназначена для применения на грузонапряженных линиях. Применение этой системы создает основу для построе- ния автоматизированных систем управления движением поездов. Завершается разработка автоматической локомотивной сигнализа- ции на новой элементной базе. Уже разработана и принята в опыт- ную эксплуатацию система автоматизированного роспуска составов с горки, КГМ-РИИЖТ, выполненная на базе микропроцессор- ной техники комплекса КТС ЛИУС-2. Получит более широкое применение система централизованной автоблокировки, в которой впервые в нашей стране применены рельсовые цепи без изо- лирующих стыков. На основе применения этих рельсовых цепей решен важный вопрос обеспечения устойчивой работы автоблоки- ровки на участках с пониженным сопротивлением балласта. Технические решения доведены до стадии широкого практического внедрения на сети дорог. Разработаны и внедряются и другие системы автоматики и телемеханики. Внедрение новых и совершенст- вование эксплуатируемых средств автоматики и телемеханики является основой для решения перспективной задачи — комплексной автоматизации и механизации перевозочного процесса на железно- дорожном транспорте.
РАЗДЕЛ I ЭЛЕМЕНТЫ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 1.1. Элементы систем Каждый элемент системы осуществляет качественное или коли- чественное автоматическое преобразование воздействий, полученных от предыдущего элемента, и передачу этого воздействия на по- следующий. Характеристики любой системы автоматики и телемеханики оп- ределяются свойствами входящих в нее элементов и способом их взаимного соединения. Элементами железнодорожной автома- тики и телемеханики являются датчики, электрические фильтры, реле, трансмиттеры, стабилизаторы, усилители, двигатели, распреде- лители, трансформаторы, преобразователи и др. Датчик предназначен для преобразования контролируемой или регулируемой входной величины в другую физическую величину, более удобную для воздействия на следующий элемент системы. Электрический фильтр пропускает электрические сигналы одних частот и задерживает электрические колебания других частот. Реле представляет собой электромеханическое устройство, в котором при изменении тока в одной электрической цепи (в об- мотке) замыкаются или размыкаются контакты, которые управляют работой другой электрической цепи. У реле при плавном изменении входной величины выходная изменяется скачком. Трансмиттер предназначен для вырабатывания кодовых комбина- ций, используемых в системах автоматики и телемеханики. Стабилизатор поддерживает неизменной выходную электричес- кую величину при изменении в некоторых пределах входной. Усилитель предназначен для усиления сигналов, т. е. для количественного преобразования входной величины. Входная и вы- ходная величины усилителя имеют одинаковую размерность. Двигателем называется элемент, служащий для преобразования какого-либо вида энергии в механическое движение. Распределителем называют многопозиционный элемент с одним входом и заданным числом выходов. Трансформаторы применяют для повышения или понижения на- пряжения. Преобразователи в большинстве случаев предназначены для преобразования одного рода тока в другой. 5
а; x Рис. 1.1. Схема элемента авто- матики В системах железнодорожной ав- томатики и телемеханики применяют также более сложные элементы, сос- тоящие из нескольких рассмотренных выше простых. К сложным элемен- там относится, например, рельсовая цепь, которая может содержать трансмиттер, фильтр, усилитель, ре- ле и другие элементы. В общем случае каждый элемент К автоматики и телеме- ханики можно рассматривать как преобразователь энергии и характеризовать зависимостью выходной величины у от входной х (рис. 1.1). Входные и выходные величины могут быть электрическими (ток, напряжение, проводимость) и неэлектрическими (давление, перемещение, температура, скорость, ускорение и т. д.). В системах железнодорожной авоматики и телемеханики, как правило, приме- няют электрические элементы, т. е. такие, в которых обе величины, или хотя бы одна из них (входная или выходная), являются электрическими. Эти элементы получили широкое распростране- ние, так как электрическую энергию наиболее просто получить, изме- рить и передать практически на любые расстояния. У элементов, качественно преобразующих энергию, входная величина х и выходная у имеют различную размерность (на- пример, входной величиной является скорость, а выходной — на- пряжение) . Элементы, выполняющие количественное преобразование энергии, имеют на входе и выходе одни и те же физи- ческие величины и размерность. При этом у одних элементов энергия величины у полностью берется из энергии входной величины х (см. рис. 1.1, а); у других энергия выходной величины у поступает от вспомогательного источника питания Z (см. рис. 1.1, б). Входная величина х в этом случае лишь управляет энергией, поступающей от источника питания Z к выходной величине у. При наличии источника питания в большинстве случаев малая вход- ная величина х усиливается (получение значительной выходной величины у). Элементы автоматики и телемеханики отличаются принципом действия, параметрами, конструкцией и т. п. Однако их свойства можно определить общими характеристиками, присущими всем эле- ментам или отдельным группам. Общей характеристикой элементов является передаточный коэффициент: k = y/x. Размерность передаточного коэффициента определяется размер- ностями входной и выходной величин. В частности, при количест- венном преобразовании энергии входной величины х в выходную 6
у коэффициент k представляет собой безразмерную вели- чину. Для электрических усилителей различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности. Важной характеристикой элементов является погрешность — разность между фактическим значением выходной величины у и расчетным у$. Погрешность является следствием изменения внутренних свойств элементов (старение материала, износ и т. п.) или результатом воздействия внешних факторов (изменение температуры окружающей среды, напряжения источников пита- ния, нагрузки, влажности, влияние внешних электромагнитных полей и т. д.). Различают абсолютную, относительную и приведен- ную относительную погрешность. Абсолютная погрешность Ду — разность между факти- ческим и расчетным значениями выходной величины у. &У = У — Ур- Относительная погрешность а — отношение абсолютной по- грешности к расчетному значению выходной величины: а = Ай. юо% . ур Приведенная относительная погрешность b — отношение абсолютной погрешности к максимальному значению выходной величины утах: 6 = -^- 100% . ^тах Относительная и приведенная относительная погрешности яв- ляются величинами безразмерными. В системах автоматики и телемеханики часто применяют эле- менты с обратной связью (рис. 1.2), в которых выходная величина или ее часть подается с выхода на вход. Доля выходной величины, передаваемая по цепи обратной связи на вход, характеризуется коэффициентом обратной связи 0. В зависи- мости от его знака образуется положительная или отрицатель- ная обратная связь (хос). При положительной обратной связи на входе элемента действует величина х + хОс = х+Ру, а при отрица- тельной — х—Хос=х — Ру. Положительная обратная связь увеличивает, а отрицательная уменьшает передаточный коэффициент. Отрицательная обратная связь применяется для стабилизации коэффициента усиления уси- лителей при изменениях нагрузки, напряжения источников питания, Рис. 1.2. Схема элемента с обратной связью 7
Рис. 1.3. Зависимость выходной ве- личины от входной при наличии зоны нечувствительности коэффициента усиления отдельных приборов (электронных ламп, транзисторов) и т. п. Это существенно улучшает эксплуатацион- ные свойства элементов, хотя общий коэффициент усиления элемен- та при этом уменьшается. Во многих случаях отрицательная обратная связь является обязательной. Положительную обратную связь широко используют в генерато- рах с самовозбуждением (автогенераторах) для получения не- затухающих колебаний, а также в некоторых других элементах для увеличения передаточного коэффициента. Некоторые элементы автоматики и телемеханики характеризу- ются зоной нечувствительности. Наличие таких зон может быть обусловлено различными причинами (трение, люфт, насыщение и т. п.). На графике зависимости выходной величины у от входной х при наличии зоны нечувствительности (рис. 1.3) выходная величина у=0 не реагирует (нечувствительна) на из- менение входной х в зоне от Х| до хг, поэтому эту зону называют зоной нечувствительности, а значения х, и хг—порогами чувствительности. Во многих случаях наличие зоны нечувствительности полезно и необходимо для нормальной работы устройств и специально предусматривается при конструировании элементов. Реле, триггеры, некоторые типы усилителей и другие элементы должны срабаты- вать только при достижении определенного значения входного сиг- нала. Такие элементы называют пороговыми. Наличие порогов чувствительности, в частности, позволяет осуществить эффектив- ную защиту от помех (элемент не реагирует на воздействие входной величины, если она ниже заданного порога срабатывания). Рассмотренные выше характеристики и понятия применитель- но к элементам автоматики и телемеханики могут быть исполь- зованы для описания свойств систем автоматики и телемеха- ники. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики уве- личивают пропускную способность железных дорог, скорость движе- ния поездов и обеспечивают высокую безопасность движения. Поэтому, помимо указанных выше общих показателей и характе- ристик, к элементам автоматики и телемеханики предъявляют дополнительные требования. Элементы должны обладать высокой надежностью действия и защитой от воздействия помех, создаваемых тяговым током, быть быстро заменяемыми и доступными для ремонта и профилакти- ческих осмотров, простыми по устройству и принципу действия, иметь небольшие размеры и массу, иметь защиту от воздействия посторонних электромагнитных полей. 8
При повреждениях элементов (обрыв или короткое замыкание в обмотках реле, обрыв монтажных проводов, обрыв или замы- кание в цепях усилительных элементов, пробой конденсаторов и др.) должны исключаться положения, опасные для движения поездов. Для некоторых элементов необходимо обеспечивать сигнализацию об исправности их действия. В зависимости от конкретных условий эксплуатации элементы должны отвечать и некоторым дру- гим требованиям. Например, элементам, размещенным в релейных шкафах на пути и на локомотивах, предъявляют требования по виброустойчивости, надежности действия при изменении темпера- туры и влажности окружающей среды в широких пределах. 1.2. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики Автоматикой и телемеханикой называется отрасль техники, обеспечивающая контроль и управление производственными процессами. Железнодорожная автоматика и телемеханика способст- вуют повышению производительности труда, увеличению пропускной способности, обеспечению безопасности движения поездов, улучше- нию условий и культуры труда железнодорожников, совершенствова- нию методов обслуживания пассажиров. Эти устройства позволяют более эффективно использовать весь комплекс технических средств железнодорожного транспорта, обладая высокими показателями эксплуатационной, технической и экономической эффективности. Средства автоматики и телемеханики заменяют труд человека при контроле и управлении производственными процессами. На- иболее общей и совершенной системой автоматики является систе- ма автоматического регулирования (САР). Различные виды САР отличаются принципом действия, конструкцией элементов, областью применения и т. п. Однако они имеют ряд общих функциональных узлов, позволяющих представить любую систему САР в виде общей функциональной схемы. В системе автоматического регулирования (рис. 1.4, а) из- мерительный орган (датчик Д) измеряет регулируемую величину. В качестве измерительного органа используют датчик, преобразую- Рис. 1.4. Общие функ- циональные схемы САР 9
щий регулируемую величину в пропорциональную ей другую физи- ческую величину, удобную для воздействия на орган сравнения ОС. Элементами, выполняющими функции измерительного органа, могут быть тахогенератор, преобразующий скорость вращения в э.д.с., или ток; термопара, преобразующая изменение температуры в э.д.с.; мембрана, преобразующая изменение давления в перемеще- ние, и т. п. Измерительные органы, как правило, должны потреб- лять малую мощность, чтобы не нарушать регулируемый процесс. Задающий орган 30 служит для задания установленного значе- ния регулируемой величины. Функции этого органа могут выпол- нять простые элементы, например, реле, кнопка, рукоятка, если задание является постоянным, или сложные, если задание являет- ся переменным и должно вычисляться в зависимости от конкретных значений нескольких переменных. Орган сравнения ОС предназначен для определения отклонения фактического значения регулируемой величины от заданного в результате их сравнения. Для обеспечения работы органа срав- нения необходимо, чтобы выходные параметры измерительного и задающего органов имели одинаковую физическую величину. При отклонении фактического значения от заданного орган сравнения передает воздействие на исполнительный орган ИО, ко- торый восстанавливает заданное значение регулируемой величины объекта регулирования ОР. Таким образом, САР представляет собой замкнутую цепь воз- действий: объект — на измерительный орган (датчик) — орган сравнения — исполнительный орган — объект регулирования. Поэ- тому рассмотренная структура САР называется также замкнутой системой автоматического управления. Замкнутая цепь воз- действий состоит из двух основных частей. Одна из них контро- лирует регулируемую величину, а другая — управляет ею. Функциональная схема САР может содержать и другие элемен- ты. Во многих случаях, например, между органами сравнения и ис- полнительным имеется усилительный орган, так как мощность на выходе органа сравнения обычно невелика и недостаточна для уп- равления исполнительным органом. На железнодорожном транспорте широко распространены разом- кнутые системы автоматического регулирования, в которых осуще- ствляется лишь одна из функций САР — автоматический контроль или автоматическое управление. В системах автоматического контроля (рис. 1.4, б) измери- тельный орган (датчик Д) воздействует на указательный орган УО, который сигнализирует или записывает значение контролируе- мой величины или положение объекта (контроль положения стре- лок, сигналов, свободности путей и т. п.). Функция управления объектом здесь отсутствует и может выполняться другой системой. В системе автоматического управления (рис. 1.4, в) функ- ция контроля отсутствует. Объект может контролироваться другой системой. 10
Рис. 1.5. Системы телемеханики В системах автоматики расстояние между объектом управления или объектом контроля и пунктом управления или пунктом контро- ля невелико. Если требуется осуществлять управление или конт- роль удаленными объектами, то необходимы специальные техничес- кие средства для сокращения числа каналов связи между пункта- ми и объектами управления и контроля. В этом случае системы автоматики преобразуются в системы телемеханики. Системы теле- механики отличаются от систем автоматики тем, что они содержат каналы связи КС, шифраторы Ш, передатчики Пер, приемники Пр и дешифраторы ДШ. К системам телемеханики относят телерегулирование (рис. 1.5, а),телесигнализацию (рис. 1.5, б), т е л е у прав- ление (рис. 1.5, в). Применение систем телемеханики дает возможность управления и контроля большим числом удаленных объектов из одного цент- рального пункта с использованием небольшого числа (часто одно- го) каналов связи. Различия между системами автоматики и теле- механики условны. На практике не во всех случаях можно про- вести четкую границу между системами автоматики и телемеха- ники. Часто применяют комплекс устройств, содержащий несколь- ко систем автоматики и телемеханики. На железнодорожном транспорте для повышения пропускной способности и обеспечения безопасности движения поездов ис- пользуют следующие основные системы автоматики и телемеханики, обеспечивающие нормальное функционирование устройств сигнали- зации, централизации и блокировки (СЦБ). Автоматическая блокировка (автоблокировка) — система ин- тервального регулирования движения поездов на перегонах при помощи путевых светофоров, показания которых изменяются ав- томатически под действием движущихся поездов. При автоблоки- ровке межстанционные перегоны делят на блок-участки, каждый из которых ограждается проходным светофором. Блок-участок оборудуют рельсовой цепью, которая является датчиком инфор- 11
мации о наличии или отсутствии на ней поезда. Светофоры сигнальными огнями передают информацию о состоянии впереди лежащих блок-участков. Воспринимая эту информацию, машинисты движущихся поездов регулируют скорость поездов в соответствии с показаниями светофоров. Автоматическая локомотивная сигнализация и автостопы (АЛС) — устройства, предназначенные для повышения безопаснос- ти движения поездов и улучшения условий работы локомотивных бригад. Устройства АЛС обеспечивают автоматическую передачу с пути и прием на локомотиве сигналов, соответствующих показа- ниям путевого светофора, к которому приближается поезд. В зависимости от совершенства и уровня решаемых эксплуа- тационных задач различают системы АЛС с контролем бди- тельности, с контролем скорости и с авторегу- лировкой скорости. При контроле бдительности поезд останавливается автома- тически, если после предупреждения (например, звукового сиг- нала) о смене сигнала на более запрещающий или по истечении контрольного времени машинист нажатием рукоятки бдительности не подтвердит бдительность. Контроль бдительности может быть неоднократным или периодическим. Система АЛС с контролем скорости по техническим призна- кам относится к разомкнутым системам автоматического регулиро- вания. Снижение скорости до значения, определяемого сигна- лом АЛС, производит машинист. Если машинист не выполнит за- данную программу снижения скорости, то произойдет автомати- ческое торможение. Наиболее совершенной является система АЛС с авторегули- ровкой скорости, которая представляет собой замкнутую систе- му автоматического регулирования (см. рис. 1.4, а). Объектом регулирования является скорость поезда. Заданная скорость движения определяется сигналом АЛС (задающий орган), а фак- тическая скорость движения контролируется скоростемером (дат- чиком), связанным с колесом локомотива. Информация о за- данной и фактической скорости движения сравнивается в ор- гане сравнения. Если фактическая скорость превышает заданную, создается воздействие на исполнительный орган, связанный с тормозами поезда; начинается торможение и снижение скорости до заданной величины, после чего торможение прекращается. Фактическая скорость непрерывно фиксируется скоростемером (датчиком). Таким образом, система автоматического регулирования скорости обеспечивает автоматическое снижение скорости до заданной. Полуавтоматическая блокировка—система регулирования движения поездов на линиях с неинтенсивным движением, при 12
которой правом на занятие поездом перегона является разре- шающее показание выходного сигнала станции. Открытие сигна- ла производит дежурный по станции или блокпосту, а закрытие осуществляется автоматически от воздействия движущегося поезда. Прибытие поезда в полном составе и освобождение перего- на подтверждает дежурный по станции. Автоматический диспетчерский контроль представляет собой систему телесигнализации (см. рис. 1.5,6) о местоположении поездов на участке, состоянии сигналов и свободности путей на промежуточных станциях. Автоматическая переездная сигнализация и автоматические шлагбаумы — ограждающие устройства на переезде, обеспечиваю- щие автоматическое включение светофорной сигнализации для автотранспорта и автоматическое закрытие шлагбаумов (при их наличии) при приближении поезда. Эти устройства предназначены для обеспечения безопасности движения поездов при пересе- чении железных дорог в одном уровне с автомобильными. Переездная сигнализация выключается и шлагбаум открывается автоматически после освобождения поездом переезда. Электрическая централизация стрелок и сигналов — комплекс станционных .устройств автоматики и телемеханики, позволяющий управлять стрелками и сигналами целой станции (или отдельной ее части) из одного пункта (поста ЭЦ), обеспечивающий безопасность движения поездов и высокую пропускную способ- ность станции. При всех видах электрической централизации для перевода стрелок устанавливают электроприводы; приемо- отправочные пути и стрелочные участки оборудуют рельсовыми цепями; в качестве сигналов применяют светофоры. В зави- симости от типа электрической централизации управление стрел- ками может быть раздельным или маршрутным. При раздель- ном управлении маршрут устанавливают переводом каждой входя- щей в маршрут стрелки нажатием кнопки или поворотом стрелоч- ной рукоятки, после чего нажатием сигнальной кнопки открывают сигнал. При маршрутном управлении стрелки переводят, и сигнал открывают нажатием двух или нескольких кнопок на пульте управления. Диспетчерская централизация — комплекс устройств, в сос- тав которого входят устройства электрической централизации на станциях, автоблокировка на перегонах и кодовые системы телеуправления (ТУ) и телесигнализации (ТС) для передачи команд управления с центрального пункта и передачи извеще- ний с контролируемых объектов на центральный пункт. Устройства диспетчерской централизации дают возможность уп- равлять из одного пункта стрелками и сигналами в пределах диспетчерского участка протяженностью до 300 км. Новейшие системы диспетчерской централизации дают возможность уп- 13
равлять объектами, удаленными от пункта управления практически на любое расстояние. Автоматизация сортировочных горок — комплекс устройств, предназначенный для повышения перерабатывающей способности сортировочных горок и обеспечения безопасности движения, со- стоящий из горочной автоматической централизации (ГАЦ) для автоматического перевода стрелок по маршрутам следования от- цепов; системы автоматического регулирования скорости скаты- вания отцепов (АРС), обеспечивающей интервальное и прицельное торможение для поддержания необходимых интервалов между отце- пами; автоматического задания скорости роспуска (АЗСР), обес- печивающего возможность роспуска состава с переменной скоро- стью с целью повышения перерабатывающей способности горки; телеуправления горочным локомотивом (ТГЛ) для автоматичес- кого регулирования скорости надвига состава на горку без учас- тия машиниста; программно-задающих устройств (ГПЗУ), позво- ляющих получить наиболее эффективный режим роспуска отцепов на сортировочной горке. Кроме рассмотренных выше современных систем автоматики и телемеханики, на железнодорожном транспорте находятся в экс- плуатации простые и менее совершенные системы — электрожезло- вая для безопасности движения поездов на малодеятельных уча- стках (в основном на однопутных перегонах); механическая цент- рализация стрелок и сигналов для централизованного управ- ления стрелками и сигналами на станциях при помощи гибких тяг; ключевая зависимость, обеспечивающая в наиболее простом виде взаимозависимость между стрелками и сигналами станции или поста. Эти системы применяют ограниченно и постепенно заменяют более совершенными. Основные положения и порядок работы устройств СЦБ, как и других сооружений и устройств железнодорожного транспорта, устанавливаются Правилами технической эксплуатации железных дорог Союза ССР (ПТЭ), точное выполнение которых обеспечивает слаженность работы всех звеньев железнодорожного транспорта, четкую и бесперебойную работу железных дорог и безопасность движения. В соответствии с требованиями ПТЭ для обеспечения безо- пасности движения, а также для четкой организации движения поездов и маневровой работы служат сигналы. Сигнал является приказом и подлежит беспрекословному выполнению. На железно- дорожном транспорте применяют только сигналы, утвержденные министром путей сообщения. В качестве постоянных сигналов применяют светофоры. При повреждении на светофоре должен ав- томатически загораться красный огонь, а на предупредительном светофоре — огонь, соответствующий запрещающему показанию связанного с ним основного светофора. 14
1.3. Методы избирания и системы кодов В системах телемеханики на железных дорогах объекты уп- равления и контроля, как правило, рассредоточены вдоль же- лезнодорожных линий на расстоянии до 200—300 км и более. В некоторых случаях требуется управление удаленными от поста централизации объектами в пределах крупных станций и узлов. Каждый из них должен быть связан с центральным пунктом, с ко- торого осуществляется управление или контроль. При значительных расстояниях до объектов управления одним из важнейших требований к системе телемеханики является сокращение числа каналов связи. Для этого применяют распределительный, кодо- вый и кодово-распределительный методы избирания (селекции). При распределительном методе избирания осуществляется вре- менное разделение импульсов, предназначенных для управления или контроля объектов. Это позволяет один и тот же канал связи использовать для управления или контроля большого числа объектов. В схеме распределительной селекции на примере системы телеконтроля (рис. 1.6) на центральном ЦП и линейном ЛП пунктах устанавливают синхронно и синфазно работающие рас- пределители 1Р и 2Р. За полный цикл их работы (один оборот под- вижных контактов 1Р и 2Р) контролируемые объекты ЛП поочередно подключаются к ЦП. В данном случае контролируемыми объектами являются рельсовые цепи, состояния которых контролируют путе- вые реле 1П, 2П и ЗП. При нахождении щеток распределителя на первом контакте ЦП и ЛП к центральному пункту подключается первый контролируемый объект. Так как рельсовая цепь 1П сво- бодна, то замкнут фронтовой контакт реле 1П, и на ЦП возбуж- дается контрольное реле /К. Контактом этого реле замыкается цепь белой лампы 1ЛБ, контролирующей свободное состояние рельсовой цепи 1П. На втором шаге распределителя контроли- руется второй объект. Если контакт реле 2П разомкнут (рель- совая цепь 2П занята поездом), то реле 2Ц на ЦП не возбуж- дается и через его тыловой контакт включается красная лампа 15
2ЛЦ, контролирующая занятость рельсовой цепи 2П. На третьем ша- ге распределителя контролируется рельсовая цепь ЗП. Таким об- разом, за полный цикл проверки контролируются все объекты. Затем контроль объектов непрерывно повторяется. При распределительной селекции время цикла проверки зависит от числа контролируемых объектов или объектов управления: чем больше их число, тем больше длительность цикла. Например, в системе диспетчерского контроля БДК цикл проверки равен 16 с при контроле 93 объектов. В этой системе применен ре- лейный распределитель. Сократить цикл проверки можно, исполь- зуя электронные распределители. При правильной передаче сигналов необходимо, чтобы распреде- лители на ЦП и ЛП работали синхронно и синфазно. В системе БДК это достигается тем, что на ЦП и ЛП они работают от одних и тех же импульсов постоянного тока чередующейся поляр- ности, которые посылаются по этой же линии (на схеме рис. 1.6 цепи передачи синхронизирующих импульсов постоянного тока не показаны). При большой емкости системы (большом числе объектов контро- ля и управления) с целью сокращения времени передачи сигналов применяют кодовый метод избирания, называемые также кодовой селекцией. Для образования кодовых комбинаций можно использовать раз- личные импульсные признаки — временные (рис. 1.7, а), числовые (рис. 1.7, б), частотные (рис. 1.7, в), фазовые (рис. 1.7, г) и полярные (рис. 1.7, д). При кодовом методе избирания каждая команда (приказ) передается определенной кодовой комбинацией. Число команд Л\ которое может быть передано (емкость системы), определяется числом импульсных признаков К и общим числом им- пульсов п в кодовой комбинации: N=Kn. При использовании полярных признаков (К = 2) с тремя импуль- сами в кодовой комбинации может быть передано N = 23 = 8 команд. Однако коды на все сочетания (с использованием всех возможных кодовых комбинаций) обладают низкой помехозащищенностью, так как искажения одного элемента достаточно для преобразования одной кодовой комбинации в другую. Поэтому в устройствах телемеханики, как правило, применяют помехозащищенные коды. Наиболее простыми из них являются коды с проверкой на четность (нечетность) и коды с постоянным числом активных импульсов (коды по закону сочетаний). Код с проверкой на четность содержит во всех исполь- зуемых комбинациях четное число активных импульсов (например, импульсов положительной полярности). В пункте приема появляется возможность выявить все комбинации, в которых искажено нечетное 16
a) S) ti J 7 b - fl - t d) 7 imrwA t г) ~ Рис. 1.7. Импульсные признаки, применяемые при кодовой селекции число импульсов. Практически этот код защищает от одиночных ошибок, от искажения двух или любого другого четного числа им- пульсов он не защищает. Более защищенным является коде постоянным числом импульсов, в котором во всех используемых комбинациях, построенных по за- кону сочетания, содержится постоянное число активных признаков. В пункте приема подсчитывают число активных импульсов в кодо- вой комбинации, и если оно отличается от заданного, то такую комби- нацию не реализуют. Помехозащищенные коды значительно сокращают общее число передаваемых команд: чем выше помехозащищенность, тем меньшее число кодовых комбинаций используют для передачи сообщений при одном и том же числе импульсов в кодовой комбинации. Кодовыми комбинациями с 10 импульсами с полярными признаками кода на все сочетания может быть передано 1024 команды. В случае приме- нения простейшего помехозащищенного кода с проверкой на четкость число передаваемых команд сокращается в два раза. Если же используют код с. постоянным весом, например комбинации с пятью активными импульсами в кодовой комбинации, то число ис- пользуемых комбинаций сокращается до 252. В большинстве случаев применяют помехозащищенные коды, несмотря на резкое сокраще- ние используемых комбинаций с целью обеспечения надежной за- щиты от воздействия помех в системах телемеханики. При кодовой селекции за время передачи одной кодовой ком- бинации посылают только одну команду. Для передачи команды другому объекту необходимо передать другую кодовую комбинацию. В системах телеуправления и телесигнализации на железнодо- рожном транспорте, в частности в системах диспетчерской центра- лизации, в большинстве случаев используют кодово-распределитель- ный метод избирания. При сосредоточении объектов в ряде пунктов их разбивают на группы. В этом случае группу объектов, например одной станции, выбирают по принципу кодовой селекции, а приказы объектам выбранной группы передают с использованием распределительной селекции. Это позволяет передавать приказы 17
часть Исполнительная часть Рис. 1.8. Построение управляющих приказов в системе ПЧДЦ всем объектам выбранной группы за один цикл. При таком построе- нии каждая кодовая комбинация содержит две части — избиратель- ную для выбора группы объектов или станции и исполнительную для передачи приказов всем объектам выбранной группы. Для передачи управляющих приказов в системе полярно-частот- ной диспетчерской централизации (ПЧДЦ) применяют полярные им- пульсные признаки (рис. 1.8). Время передачи управляющего при- каза равно примерно 3 с. Управляющий приказ содержит 17 импуль- сов. Нулевой импульс (всегда положительный) обеспечивает про- хождение управляющего приказа перед известительным при одно- временном их образовании. Импульсы с первого по шестой состав- ляют избирательную часть. Первые четыре из них предназначены для выбора одной из 16 станций (24 = 16), а пятый и шестой импуль- сы— одной из четырех групп на данной станции (22 = 4). Импульсы с седьмого по 16-й служат для передачи приказов каж- дому из 10 объектов, входящих в группу (по методу распреде- лительной селекции). Приказы в исполнительной части передаются только импульсами положительной полярности. Отрицательными им- пульсами отменяются ранее полученные команды. В диспетчерской централизации с циклическим контролем систе- мы «Нева» для передачи управляющих и известительных приказов применяют частотные импульсные признаки. Управляющий приказ содержит 19 импульсов (рис. 1.9), его четные импульсы пере- даются часотами fiy и f%y (500 и 600 Гц), нечетные — /зу и /4у (700 и 800 Гц). Активными являются частоты fiy и f3y, пассивными — f2y и f4y. Пассивные частоты служат для разделения соседних импульсов. Нулевой импульс передается частотой f3y и приводит приемные устройства линейных пунктов в рабочее состояние. Импульсы с пер- Избирательная часть f3 Избирательная Испалнитепьная часть часть В 7 8 8 10 11 1г 13 14 15 16 17 18 f, fl, fi fi, 4 о 1 г з ч Рис. 1.9. Построение управляющих приказов в диспетчерской централизации сис- темы «Нева» 18
вого по шестой являются избирательными и используются для выбора одной из станций. При этом три из шести импульсов передают активными частотами, остальные — пассивными. Число со- четаний С из шести по три (число групп управляемых объектов станции): Г т = С3 = "! = 6 • 5 • 4 • 3 • 2 • 1 = 6 5 4 3 2 1 _ 2 q с п — L 6— (п_ту т\ (6-3)! 3' 3-2- 1-3 -2-1 где п. — общее число импульсов; т — число активных импульсов; и! (и факториал) — произведение целых чисел от 1 до п. Импульсы с седьмого по девятый, а также и 18-й (избирательные) используют для выбора на станции соответствующей группы объек- тов. Два импульса из четырех передают активными частотами и два — пассивными, поэтому на каждой станции можно выбрать до шести групп управляемых объектов (С4 = 6). Число групп управляемых объектов на станции может быть доведено до семи; для выбора седьмой группы все четыре импульса (7—9 и 18) передают активными частотами. Импульсы 10—17 являются исполнительными и служат для передачи восьми приказов объектам выбранной группы (по мето- ду распределительной селекции). Глава 2 ДАТЧИКИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ 2.1. Датчики Датчики предназначены для преобразования контролируемой входной величины в другую физическую величину, более удобную для передачи воздействия на последующий элемент системы автомати- ки и телемеханики. Датчик качественно преобразует воздействия. Широкое и разностороннее использование датчиков в системах автоматики и телемеханики обусловливает их большое разнообра- зие. По принципу действия датчики подразделяют на электромеха- нические, термоэлектрические, оптические, радиоизотопные и др. Датчики, преобразующие изменение входной величины в измене- ние электрического параметра (сопротивления, индуктивности, ем- кости), называют параметрическими. Они относятся к пассивным элементам, требующим источник питания. Примерами пассивных датчиков могут служить фоторезисторы, угольные микрофоны и др. Датчики, преобразующие входную величину и электрическую энергию (э.д.с.) на выходе, называют генераторными. Эти датчики 19
не требуют дополнительного источника питания. Примерами генера- торных датчиков могут служить тахогенераторы, в которых напря- жение на выходе пропорционально частоте вращения; термопары, э.д.с. которых пропорциональны разности температур в точках соединения разнородных проводников; пьезодатчики, э.д.с. на выхо- дах которых пропорциональны давлению, и др. На железных дорогах датчики применяют для контроля про- следования подвижного состава в системах полуавтоматической блокировки и автоматической переездной сигнализации, в системах счета осей, на сортировочных горках, в устройствах измерения скорости подвижного состава, в системах обнаружения перегрева букс, наличия ползунов на колесах, в системе автомашиниста для контроля проследования определенных точек пути и в других системах. Электромеханические датчики в большинстве случаев служат для преобразования механических величин (перемещение, скорость, ускорение, давление, вибрация) в электрические (э.д.с., сопротив- ление, индуктивность, емкость). Иногда электромеханические дат- чики применяют и для обратного преобразования, т. е. для преобразования электрических величин в механические. Широкое распространение в системах железнодорожной автома- тики и телемеханики получили датчики проследования подвижно- го состава, называемые рельсовыми педалями. Воздушно-мембранную педаль устанавливают под рельсом. Эта педаль реагирует на изгиб рельса при прохождении подвижного состава. Для переключения контакта педали достаточен прогиб рельса 0,015 мм. Через контакт педали включают педаль- ное реле. Просадочная саморегулирующая педаль ПСП реагирует на просадку рельса при прохождении подвижного состава. Эту педаль устанавливают с боковой стороны рельса, контакт ее пе- реключается при прохождении подвижного состава; воздействие пе- дали передается к педальному реле. Воздушно-мембранная и рельсовая просадочная педали имеют эксплуатационные недостатки. Они сложны по устройству, содержат большое количество деталей, требуют непрерывного ухода, не всегда четко фиксируют проследование облегченного подвижного состава, особенно при высоких скоростях движения и применении рельсов тяжелых типов. Поэтому в новых системах автоматики и телемеханики эти педали не применяют, а в эксплуатируемых устройствах постепенно заменяют более совершенными датчиками. Бесконтактная магнитная педаль ПБМ-56 по принципу действия является бесконтактным индуктивным датчиком и содержит сердечник из постоянного магнита с разомкнутой магнитной цепью и обмотку, насаженную на сердечник (рис. 2.1). Педаль крепят к рельсу с внутренней стороны колеи на 15 мм ниже уровня головки рельса. При приближении подвижной единицы 20
Рис. 2.1. Схема бесконтактной маг- нитной педали ПБМ-56 Рис. 2.2. Схема трансформатор- но-компенсационной педали ТКП (колеса) в педали уменьшается (шунтируется) воздушный зазор магнитной цепи, вследствие чего изменяется (возрастает) магнитный поток в сердечнике. При этом в обмотке индуцируется импульс э.д.с., амплитуда и длительность которого зависят от расстояния между колесами и датчиком и скорости прохождения подвижного состава над датчиком. Когда колесо вагона удаляется от педали, снова изменяется маг- нитный поток (уменьшается) и в обмотке появляется импульс э.д.с. другой полярности. Импульсы э.д.с., получающиеся на выходе датчика ПБМ-56, могут непосредственно управлять работой чувстви- тельного быстродействующего поляризованного реле РП типа РП17. Однако реле реагирует лишь на импульсы, получающиеся при ско- ростях 1—30 км/ч, так как при скоростях менее 1 км/ч амплитуда импульса недостаточна для срабатывания реле, а при скоростях более 30 км/ч длительность импульса меньше времени срабатывания реле. Для обеспечения надежной фиксации проследования подвиж- ного состава при скоростях движения до 200 км/ч на выходе датчика ПБМ-56 включают усилительную полупроводниковую приставку, к которой подключается реле типа НМШ (на схеме не показано). Педаль ПБМ-56 применяют в основном в устройствах горочной автоматики и системах обнаружения перегретых букс ПОНАБ. Трансформаторно-компенсационная педаль ТКП предназначена для работы в системах автоматики на сортировочных горках. Основным ее элементом (рис. 2.2) является дифференциаль- ный измерительный трансформатор с S-образным сердечником /, на котором закреплена питающая обмотка 3, соединенная с источ- ником переменного тока 220 В, 50 Гц, сигнальная обмотка 2 и компен- сационная обмотка 4, включенная встречно сигнальной. Педаль ТКП устанавливают внутри колеи так, чтобы стержень магнито- провода с сигнальной обмоткой 2 был обращен к рельсу. При отсутст- вии колеса в зоне действия педали переменный магнитный поток, создаваемый питающей обмоткой 3, индуцирует в сигнальной и ком- пенсационной обмотках одинаковые-э.д.с. На выходе педали э.д.с. 21
Рис. 2.3. Кинематическая схема весо мера отсутствует, так как эти обмотки включены встречно. При прохожде- нии колеса около педали возрастает магнитный поток и э.д.с. у сиг- нальной обмотки вследствие уменьшения воздушного зазора, а у компенсационной обмотки магнитный поток и э.д.с. несколько умень- шаются; на выходе педали появляется напряжение, от которого срабатывает приемное устройство. В большинстве случаев в качестве приемника используют реле Р с выпрямителем В и сглаживающим конденсатором С. Педаль ТКП может работать в сочетании с электронно-релейным приемни- ком. Допустимая длина кабелей между педалью ТКП и приемником равна 10 км. Благодаря применению дифференциальной системы обеспечивается высокая защита датчика от воздействия посторон- них элекромагнитных полей. Магнито-электронный датчик (МЭД) может работать в диапазоне скоростей от 0 до 200 км/ч. Этот датчик может быть ис- пользован в устройствах, определяющих направление, скорость и ускорение подвижных единиц, в системах счета осей и других уст- ройствах железнодорожной автоматики и телемеханики. Датчик устанавливают на внутренней стороне рельса. Принцип действия дат- чика основан на срыве колебаний автогенератора при прохожде- нии колеса в зоне действия датчика. Для определения направле- ния, скорости и ускорения движения, а также в системах счета осей используют два автогенератора. Путевой датчик вес омера (рис. 2.3) в системе АРС ЦНИИ предназначен для определения весовой категории (легкой, легко-средней, средней и тяжелой) оси вагона при скатывании отцепов на сортировочных горках. При движении колеса вагона по пружинному мостику 1 из легированой стали, укрепленному на рельсовой вставке 2, опускается палец 5, который поворачивает по часовой стрелке ось 6 с насаженной на нее рычажной передачей 4, связанной с текстолитовым повод- ком 8 и контактами 3. В зависи- мости от веса подвижной единицы замыкаются контакты датчика. Зазоры контактов выполнены так, что mI<mII<mIII<mIv. Поэтому при следовании по пружинному мостику легкой подвижной едини- цы замыкается только контакт /, имеющий наименьший зазор меж- ду упорной и контактной пружи- нами. При следовании легко-сред- ней подвижной единицы замыка- ются контакты / и II, средней — /, // и /// и тяжелой — /, II, III и IV. Через эти контакты от генератора импульсов в ячейку вычисления 22
средневесовой категории поступают электрические импульсы. Пру- жина 7 служит для возвращения контактной системы в исходное положение после проследования подвижной единицы. В качестве электрических датчиков угловой скорости в промыш- ленности и на транспорте широко применяют тахогенераторы. В тахогенераторах постоянного тока э.д.с. пропорциональна частоте вращения <о: Е = k<t>. В тахогенераторах переменного тока при изменении скорости вращения изменяются амплитуда Е и частота f выходного напряже- ния: £ = /ji<o; / = /гг<о, где k\ и k<i— коэффициенты, определяемые конструкцией датчика. В системах АЛС с авторегулированием скорости, разработан- ных ВНИИЖТ и КБ ЦШ МПС для линий метрополитена и высоко- скоростных линий, применяют датчик скорости ДС. Так как скорость движения поезда пропорциональна угловой скорости (час- тоте вращения колеса), то, зная диаметр колеса D, можно опреде- лить линейную скорость (скорость движения поезда): ц = лДсо. Таким образом, частота и напряжение на выходе датчика про- порциональны скорости движения поезда Е = /гзЩ f=ktv, где /гз и /г4 — коэффициенты, определяемые конструкцией датчика ДС, диа- метром колеса и числом зубьев ротора датчика. В радиолокационном измерителе скорости, при- меняемом в системе АРС на сортировочных горках, действие дат- чика скорости основано на использовании эффекта Допплера. Этот эффект заключается в том, что сигнал в виде электромагнитной вол- ны, отраженный от движущегося объекта, изменяет свою частоту пропорционально скорости движения объекта. Таким образом, меха- ническая величина — перемещение — преобразуется в изменение частоты электрического сигнала. Для определения скорости отцепа на сортировочной горке ус- танавливают передатчик высокочастотных колебаний (с длиной вол- ны нескольких сантиметров или миллиметров). С помощью специаль- ной антенны эти электромагнитные колебания направляют острым пучком вслед движущемуся отцепу. Отраженный луч воспринимает- ся приемной антенной. Частота отраженного сигнала отличается от передаваемого на значение АД пропорциональное скорости движе- ния отцепа. По разности частот А/ передаваемого и принимаемого сигналов определяют скорость движения отцепа. 2.2. Электрические фильтры Электрический фильтр осуществляет селективное (избиратель- ное) преобразование воздействия, полученного от предыдущего элемента, и передачу его на последующий элемент. Входными и 23
выходными величинами электрических фильтров (называемых далее просто фильтрами) являются электрические величины (напряжение, ток, мощность). В железнодорожной автоматике и телемеханике фильтры ис- пользуют для разделения каналов передачи в системах диспетчерс- кой централизации, диспетчерского контроля за движением поездов, в частотной автоблокировке и автоматической локомотивной сигнали- зации, а также в ряде других систем. Разделение каналов при пере- даче сигналов по рельсовой цепи, защита от помех, вызываемых воздействием тягового тока электрических железных дорог, также осуществляются фильтрами. Фильтры предназначены для пропускания токов в определенной полосе частот с небольшим затуханием (после пропускания), а для токов с частотами, лежащими вне этой полосы, они представляют большое затухание (полоса непропускания). Частоты, лежащие на границах полос пропускания и непропускания, называются частота- ми среза. Таким образом, фильтры обладают избирательными свойст- вами. Полосой пропускания называется полоса частот, на границах которой амплитуда тока (или напряжения) снижается от максималь- ного его значения до 0,7. Затухание фильтра характеризует степень ослабления тока (на- пряжения, мощности) на выходе /вых по сравнению с его значением на входе /вх. Для простейших фильтров обычно используют без- размерную величину /г = /вх//вых = £Лх/^вых, показывающую, во сколько раз ток (напряжение) на выходе меньше его значения на входе. Для более сложных фильтров затухание а, как правило, выра- жается в децибелах (ранее в неперах): a=201g|/BX//BMX| = 201g | и„/ивых\ = 101g|PBX/PBBlx|. Так как натуральный логарифм какого-либо числа в 2,31 раза больше десятичного, то для перевода неперов в децибелы и обратно используют соотношения 1Нп = 8,686 дБ; 1 дБ = 0,115 Нп. Затухание фильтра характеризуется лишь снижением амплитуды сигнала по абсолютному значению. При прохождении сигнала через фильтр изменяется также его фаза b (фазовый сдвиг). Для одно- временной оценки затухания и фазового сдвига вводится величина g = a-\-jb, называемая постоянной передачи: g = 20lg(/BX//BMX) = 20lg(t/BX/t/BbiX)= 101g(PBX//3BbIX). Действительная часть этого выражения определяет затухание, а мнимая — фазовый сдвиг. В зависимости от используемых элементов фильтры подразде- ляются на LC, элементами которых являются индуктивности катушек 24
и емкости конденсаторов; резонатор- ные, элементами которых являются пьезоэлектрические, электромеханичес- кие или другие резонаторы; RC, эле- ментами которых являются резисторы и конденсаторы. В зависимости от полос пропускания фильтры подразделяются: на фильт- ры нижних частот (ФНЧ), про- пускающие сигналы с частотами от нуля до определенной частоты среза fc; фильтры верхних частот (ФВЧ), про- пускающие сигналы высоких частот, начиная с определенной частоты /^по- лосовые фильтры (ПФ), пропус- кающие сигналы в полосе частот от /1 до /2; заграждающие фильт- р ы (ЗФ), не пропускающие сигналы в определенной полосе частот от /1 до /2, и многополосовые фильтры, имеющие несколько полос пропускания. В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики на- ибольшее распространение получили LC-фильтры. Простейшей схемой, обладающей избирательными свойствами и поэтому позволяющей использовать ее в качестве фильтра, являет- ся колебательный контур. Явление резонанса в колебательных конту- рах лежит в основе действия всех LC-фильтров. Последовательный колебательный контур (рис. 2.4) образован последовательным соединением индуктивности L, конденсатора С и активного сопротивления г. Наличие активного со- противления г в колебательном контуре обусловлено потерями энергии в катушке индуктивности и диэлектрике конденсатора. Полное сопротивление контура Рис. 2.4. Схема последователь- ного колебательного контура и частотная зависимость его сопро- тивления Z = г (со/. Индуктивное х7= j2nfL = ja>L и емкостное сопротивление 1 / 2nf С 1 /а)С являются реактивными и зависят от частоты / (здесь и далее частота обозначена / и <о = 2л/). Общее реактивное сопротивление x=xL—хс (см. рис. 2.4). __ При резонансной частоте <о0=1 /VLC , 1 л o>oL—ю' Реактивное сопротивление х=0 отвечающей условию (полное сопротивление 25
Z при отсутствии потерь стремится к нулю), а амплитуда тока в кон- туре достигает максимального значения С ^max UI Г. Одинаковые по значению и противоположные по знаку индук- тивное (OoL и емкостное —5-^ сопротивления при резонансе обозна- чу С чаются р и называются характеристическими: p = (i>0L = =~\/ L/C . “о с В колебательных контурах индуктивное и емкостное сопротив- ления, как правило, во много раз больше сопротивления потерь г. Поэтому на резонансной частоте <оо напряжения на индуктивности и емкости равны между собой и во много раз превышают входное напряжение U: UL—Uc=lр«0 L=U —-— , т. е. в d>oL/r раз превышает входное напряжение, откуда и происхо- дит название резонанс напряжений, или последова- тельный резонанс. Величина toaL/r = p/r=Q характеризует качество контура и на- зывается добротностью контура. Чем выше добротность контура, тем больше напряжение на индуктивности и емкости по сравнению с входным напряжением. В радиотехнических колебательных контурах значение Q состав- ляет несколько сотен, поэтому при подключении последовательного контура к источнику с напряжением, например, 10 В на индуктив- ности и емкости напряжения могут достигать несколько тысяч вольт. В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики используют относительно низкие частоты, при которых значение Q колебательных контуров, как правило, равно 10—50. При включении в контур сопротивления нагрузки его добротность снижается. На относительно низких частотах основные потери энергии обус- ловлены потерями в катушках индуктивности. Энергия расходуется на нагрев обмотки (потери в меди) и сердечника (потери в стали вследствие наличия вихревых токов и явления гистерезиса). Для уменьшения потерь катушки индуктивности выполняют проводом с малым сопротивлением, а сердечник набирают из тонких пластин магнитомягкой стали. Пластины изолируют одну от другой лаком или другим непроводящим материалом. В последнее время индуктивные элементы фильтров выполняют с применением сердечников из специ- альных сплавов, обладающих малыми потерями. Снижение потерь значительно улучшает избирательные свойства колебательных кон- туров. Как было сказано выше, при резонансе напряжений ток дости- гает максимального значения; напряжения на индуктивности и 26
Рис. 2.5. Резонансные кривые фильт- ра ЗБФ-1 Рис. 2.6. График избирательности колебательного контура с резонанс- ной частотой 8 Гц емкости также максимальны и равны между собой (они противо- положны по знаку и взаимно компенсируются). Поэтому на практике последовательный колебательный контур настраивают в резонанс по максимуму тока или максимуму напряжения на индуктивности или емкости. Добротность контура Q = UL/U=UC/U. При определении добротности для получения более точных данных необходимо, чтобы входное сопротивление вольтметра было намного выше реактивного сопротивления индуктивности (емкости). Поэтому обычно используют электронные вольтметры с большим входным сопротивлением. При расстройке колебательного контура (изменении частоты) ток / и напряжения на индуктивности и емкости уменьшаются, так как сопротивление Z увеличивается на реактивную составляющую Зависимость относительного изменения тока колебательного кон- тура от частоты представляет собой резонансную кривую последова- тельного колебательного контура, характеризующую его избиратель- ность. На рис. 2.5 приведены резонансные кривые последовательного контура фильтра типа ЗБФ-1, используемого для защиты путевого реле рельсовой цепи 50 Гц от гармоник тягового тока на линиях с электротягой постоянного тока. Последовательный контур фильтра образуют (см. рис. 2.4, а) дроссель индуктивностью 2,54 Гн и конден- сатор емкостью 4 мкФ. Сопротивление потерь г фильтра на частоте 50 Гц равно примерно 60 Ом. При резонансной частоте (50 Гц) индуктивное и емкостное сопротивления равны по значению. Реактивное сопротивление каж- дого из них сооА = 1/сооС = 800 Ом. 27
Таким образом, добротность контура Q = u>oL /г = 800 /60 ж 133. При включении последовательно с контуром реле с входным сопротивлением примерно 200 Ом добротность его значительно сни- жается и резонанская кривая становится более пологой (кривая 2) по сравнению с резонансной кривой 1 контура без подключения путевого реле, т. е. избирательность контура ухудшается. Однако ближайшие гармоники тягового тока (ближайшая из них 300 Гц) значительно удалены от резонансной частоты и даже с такой относительно низкой добротностью достигается достаточное затуха- ние гармоник тягового тока и обеспечивается защита путевого реле. На рис. 2.6 изображена резонансная кривая последователь- ного колебательного контура, используемого в приемных устройст- вах автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры (ЦАБ). Добротность такого контура с нагрузкой составляет пример- но 5. Следует отметить, что при прохождении сигналов различных частот через фильтр изменяется не только амплитуда, но и фаза сигнала. Для частот ниже резонансной сопротивление последователь- ного контура имеет емкостный характер, а для частот выше резонанс- ной— индуктивный (см. рис. 2.4, б). Полоса пропускания последовательного колебательного контура Af==fo/Q, т. е. полностью определяется его добротностью. В частнос- ти, для фильтра ЗБФ-1 без нагрузки 16 Гц (см рис. 2.5). Полоса пропускания контура с резонансной частотой 8 Гц составляет при- мерно 1,6 Гц (см. рис. 2.6). В приведенных выше примерах последовательный колебатель- ный контур включался последовательно с нагрузкой и выполнял функции полосового фильтра. Если последовательный контур включить параллельно с нагрузкой и ввести дополнительный балластный резистор R6 (рис. 2.7), то контур будет выполнять функции заграждающего фильтра. При таком включении на резо- нансной и близких к ней частотах контур, обладая малым сопротив- лением, будет шунтировать нагрузку. Большая часть входного на- пряжения U будет падать на балластном резисторе Ro, а на на- грузочном резисторе R„ лишь малая часть его, т. е. контур будет обладать большим затуханием. При отклонении частоты от резонанс- ной контур расстраивается, его сопротивление возрастает и шунти- рующее действие уменьшается. °----“----------------1 Т 1*1 V Рис. 2.7. Схема последовательного 5 Т колебательного контура как заграж- ~ [_______I дающего фильтра 28
Рис. 2.8. Схема параллельного колебательного контура и график частотной зави- симости его полного сопротивления Примером использования последовательного контура как заграж- дающего фильтра является фильтр типа ЗБ-ДСШ с резонансной частотой 50 Гц. Этот фильтр включают параллельно путевой обмотке реле ДСШ и защищают от влияния переменного тяго- вого тока промышленной частотой 50 Гц в рельсовых цепях пере- менного тока 25 Гц. Емкость конденсатора фильтра равна 12 мкФ, индуктивность дросселя — примерно 0,8 Гн. В параллельном колебательном контуре (рис. 2.8, а) индуктивность L и емкость С соединены параллельно. Сопро- тивление потерь можно было бы, как и в последовательном контуре, включить последовательно с индуктивностью или емкостью, однако в большинстве случаев эквивалентное сопротивление потерь вклю- чают параллельно контуру (рис. 2.8, б). Между эквивалентным сопротивлением потерь г, включенным в последовательный контур (или внутри параллельного контура), и сопротивлением потерь R того же контура, элементы которого включены параллельно, существует зависимость: R = Q2r. Если Q= 100 и г=10 Ом, то /? = 1002 • 10= 100 кОм. При резонансной частоте индуктивная и емкостная проводимости параллельного контура одинаковы по значению и противоположны по знаку, полное сопротивление Z при этом достигает максимума (рис. 2.8, в). Если бы сопротивление потерь отсутствовало, то на резонансной частоте сопротивление контура было бы бесконечно большим. Значение общего тока при этом минимально, а одинаковые по значению токи в ветвях Л и С достигают максимального значения; напряжение на контуре будет также максимальным. Равенство токов в ветвях L и С соответствует резонансу токов в контуре. Поэтому параллельный колебательный контур можно на- страивать в резонанс по минимуму общего тока, по максимуму тока в ветвях L и С или по максимуму напряжения на контуре. При настройке последовательно с контуром необходимо вклю- чать балластный резистор /?б или использовать источник с боль- 29
шим внутренним сопротивлением (см. рис. 2.8, б), иначе контур бу- дет зашунтирован внутренним сопротивлением источника. Условия резонанса токов для параллельного контура с достаточной для прак- тики точностью могут быть приняты те же, что и для резонанса напряжений последовательного контура, т. е. <оо= 1 /д/LC . Параллельный контур, так же как и последовательный, может быть использован как полосовой или заграждающий фильтр, одна- ко его включение должно быть противоположным по сравнению с включением последовательного контура. Если контур включают параллельно нагрузке (рис. 2.9, а) при резонансной и близких к ней частотах, сопротивление контура будет велико и сигнал будет выделяться на контуре, а значит, и на нагрузке. При всех других частотах сопротивление контура будет уменьшаться и помеха будет выделяться на балластном резисторе /?б- В этом слу- чае контур выполняет функции полосового фильтра. При включении контура последовательно с нагрузкой (рис. 2.9, б) контур будет оказывать большое сопротивление току резонанс- ной и близких к ней частот, напряжение на нагрузке будет минимальным. При всех частотах сопротивление контура будет уменьшаться, и он не будет препятствовать прохождению тока в на- грузку. При таком включении контур будет выполнять роль за- граждающего фильтра для определенной полосы частот. Параллельный колебательный контур широко используют в уст- ройствах железнодорожной автоматики и телемеханики, в частности в рельсовых цепях 25 Гц, кодируемых током 50 Гц, для взаимного разделения каналов передачи. Рассмотренные последовательный и параллельный одиночные колебательные контуры обладают недостаточно высокой избиратель- ностью (крутизной резонансной кривой). Стремление повысить избирательность увеличением добротности контура в большинстве случаев не может быть реализовано, так как с увеличением доброт- ности уменьшается полоса пропускания &f = f0/Q. Одним из основ- ных требований к фильтрам при передаче сигналов является обес- печение заданной полосы пропускания. Для повышения избирательности и обеспечения заданной поло- сы пропускания широко применяют фильтры, составленные из не- скольких колебательных контуров, соединенных между собой по Рис. 2.9. Схема параллельного контура как фильтра Рис. 2.10. Связанная система колебательного контура 30
Рис. 2.11. Схема камертонного фильтра I/J LI I JI д? Й Гд |(_ специальным схемам. Широко распространены системы, состоящие из двух связанных контуров. Связь между контурами (рис. 2.10) в большинстве случаев применяется магнитная М (через общий магнитный поток одного из контуров). Однако в ряде случаев может быть использована емкостная (электрическая) или резисторная (гальваническая) связь. Для повышения избирательности фильтров и получения большой крутизны затухания в ряде устройств устанавливают резонаторные фильтры. В зависимости от типов резонаторов их подразделяют на пьезоэлектрические, магнитострикционные и электромеханические. Добротность применяемых в фильт- рах пьезорезонаторов достигает 30 000, механических— 10 000, а магнитострикционных — 5 000. Пьезоэлектрические и магнитострик- ционные фильтры используют на относительно высоких частотах. В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики практическое применение нашли электромеханические фильтры с резонаторами в виде камертонов, поэтому их называют также камертонными фильтрами. Их используют для работы в области час- тот от 300 до 20 000 Гц. Камертонные фильтры применяют в переезд- ной сигнализации с использованием рельсовых цепей наложения тональной частоты, в системе ЧДК и ряде других устройств. Камертонный фильр (рис. 2.11) представляет собой сдвоенный камертонный резонатор К, ножки которого находятся под воздейст- вием магнитных полей постоянного магнита NS и переменного, создаваемого катушкой L / с сердечником. Частота собственных колебаний камертона определяется его размерами и зависит от материала, из которого он сделан. Если к одной из обмоток возбуждения (например L1) подклю- чить источник переменного тока, магнитный поток будет изменяться с частотой возбуждающего тока, что вызовет колебание ножек камертона. Благодаря упругой связи колебания передаются другому концу камертона, колебания которого изменяют магнитный поток, пронизывающий обмотку катушки L2, в результате чего в ней возни- кает э.д.с. с частотой колебания ножек камертона. Амплитуда колеба- ний камертона и значение э.д.с. выходной катушки имеют макси- мальное значение, если частота возбуждающего сигнала совпадает с собственной (резонансной) частотой колебаний камертона. Частотная характеристика камертонного фильтра (избиратель- ность) аналогична кривой L С-фильтра с двумя связанными конту- рами, однако его избирательность значительно выше избиратель- ности связанной системы колебательных контуров. В устройствах переездной сигнализации применяют камертон- 31
ные фильтры в диапазоне частот от 1500 до 2000 Гц, а в системе ЧДК — от 300 до 1500 Гц. Ширина полосы пропускания фильтров равна примерно 0,5 % от несущей частоты сигнала. Камертонные фильтры обладают высокой избирательностью и хорошей температур- ной стабильностью. К недостаткам камертонных фильтров следует отнести трудность их настройки, особенно при использовании слож- ных фильтров. RC-фильтры применяют наряду с LC- и резонаторными фильтра- ми. Элементами RC-фильтров являются резисторы и конденсаторы. Их использование особенно целесообразно на инфранизких часто- тах (от нескольких десятков до десятых и сотых долей герца). Объяс- няется это тем, что добротности катушек индуктивности на этих частотах низки, а значения L и С высоки. Резонаторные фильтры при низких частотах также не могут быть использованы. В то же время RC-фильтры не могут быть построены с хорошей избира- тельностью, так как RC -цепи не обладают резонансными свойствами. Этот недостаток может быть устранен применением активных RC- фильтров, включающих в себя усилитель с положительной или от- рицательной обратной связью, в зависимости от типа фильтра. Од- нако наличие усилителя и связанная с этим необходимость ис- точника питания усложняют фильтр. RC-фильтры обладают и другим существенным недостатком — исправность их элементов не контролируется, поэтому RC-фильтры в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики приме- няют ограниченно. Глава 3 РЕЛЕ И ПРИБОРЫ РЕЛЕЙНОГО ДЕЙСТВИЯ 3.1. Принцип действия реле и их классификация Наиболее распространенными элементами систем железнодорож- ной автоматики и телемеханики являются реле и приборы релей- ного действия, при помощи которых осуществляются процессы автоматического управления, регулирования н контроля движения поездов, а также различные схемные зависимости. Основным отличием реле и приборов релейного действия от дру- гих элементов автоматики и телемеханики является скачкообраз- ное изменение выходной величины у при плавном изменении вход- ной величины х (рис. 3.1). При изменении входной величины от нуля до хСр выходная величина у остается постоянной и равной нулю (или близкой к нулю). После достижения входной величиной значения хср (срабатывания) скачкообразно изменяется выходная 32
У Рис. 3.2. Схема электромагнит- ного реле Рис. 3.1. Характеристика реле величина от нуля до у\. При дальнейшем изменении входной вели- чины выходная величина не изменяется и остается равной у\. При уменьшении входной величины до х0 (отпускания) выходная вели- чина скачкообразно уменьшается до нуля и остается неизменной. В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики, как правило, применяют реле и приборы релейного действия, в которых входными и выходными являются электрические величины (ток и на- пряжение). Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи достигается физическим размыканием цепи, то такой элемент назы- вают контактным реле, или просто реле. Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи обусловливается изменением внут- реннего состояния элемента (внутреннего сопротивления проводи- мости, индуктивности и т. п.) без физического размыкания цепи, то такой элемент называют прибором релейного действия, или б е с к о н т а к т н ы м реле. Основной частью реле (рис. 3.2) является электромагнит — наиболее простой преобразователь электрического сигнала в меха- ническое перемещение. Электромагнит состоит из обмотки 1 с сер- дечником 2, ярма 3 и подвижной части 4, называемой якорем. Якорь воздействует на исполнительный орган — контакты 5. При прохожде- нии тока по обмотке возникает магнитный поток; магнитные силовые линии замыкаются через воздушный зазор, пронизывают якорь, который под действием электромагнитных сил притягивает- ся, замыкая контакты. Это явление называется срабатыванием (возбуждением) реле. При выключении тока якорь под действием силы тяжести (собственного веса) или сил реакции контактных пружин возвращается в исходное состояние, размыкая контакты. Это явление называется отпусканием (обесточиванием) реле. Для условного обозначения состояний элементов автоматики и телемеханики, в том числе и реле, применяют двоичную систему счисления: возбужденное состояние реле обозначают символом 1, обесточенное — символом 0. Контактные реле получили наибольшее распространение в экс- плуатируемых устройствах железнодорожной автоматики и теле- механики благодаря их простоте и надежности работы. К их до- стоинствам следует отнести возможность одновременного независи- 2 Зак. 863 33
мого переключения нескольких выходных цепей постоянного и пере- менного тока, что обусловлено наличием раздельных групп контак- тов у этих элементов. При этом выходные цепи оказываются галь- ванически не связанными одна с другой и с входной цепью. Достоинствами реле также являются малые потери мощности в контактном переходе, практически бесконечное отношение сопротив- лений контакта в разомкнутом и замкнутом состояниях, независи- мость от воздействия электрических и магнитных полей, высокая электрическая прочность и др. Однако контактные реле имеют относительно большие размеры и массу, небольшой срок службы, особенно при работе в импульсном режиме, недостаточное быстродействие, обусловленное наличием механических перемещений при работе реле. Указанные недостатки в основном могут быть устранены применением бесконтактных реле, у которых отсутствуют подвижные трущиеся элементы. Бесконтактные приборы обладают большим быстродействием, имеют малые размеры и массу, менее подвержены воздействию вибрации, наблюдающейся при проследовании подвижного состава. В связи с бурным развитием электроники бесконтактные приборы получают все более широкое внедрение. Вместе с тем бесконтактные приборы релейного действия имеют и существенные недостатки, которые связаны с трудностью построения бесконтактных элементов, отвечающих одному из основных требова- ний к устройствам СЦБ — исключению опасных положений при по- вреждении отдельных элементов схем. При использовании бескон- тактных реле возникает трудность одновременного коммутирования нескольких выходных цепей, гальванически не связанных друг с дру- гом. Указанные недостатки ограничивают область применения бес- контактных реле в устройствах железнодорожной автоматики и те- лемеханики, поэтому в ответственных исполнительных цепях, а также при необходимости коммутации нескольких гальванически не связан- ных выходных цепей сохраняются, как правило, контактные реле, ко- торые непрерывно совершенствуются. В перспективе наиболее приемлемым следует признать оптималь- ное сочетание контактных и бесконтактных приборов. Применение тех или иных приборов в конкретных системах автоматики и телемехани- ки определяется на основании эксплуатационных, технических и экономических требований, предъявляемых к вновь разрабатывае- мым и проектируемым системам. Рассмотренные в данном разделе книги классификация и основ- ные характеристики относятся лишь к контактным реле. По надежности действия реле подразделяются на I и низшие клас- сы надежности. К реле I класса надежности относятся реле, у которых возврат якоря при выключении тока в обмотках обеспечивается с максималь- ной гарантией и осуществляется под действием собственного веса (силы тяжести). Реле I класса надежности имеют также следующие 34
дополнительные свойства, обеспечивающие высокую надежность их действия: несвариваемость фронтовых контактов, замыкающих наиболее ответственные цепи при возбужденном состоянии реле; для этого фронтовые контакты изготовляют из графита с примесью серебра, а остальные контакты — из серебра; надежное контактное нажатие и сравнительно большие меж- контактные расстояния (нажатие на фронтовые контакты не ме- нее 0,3 Н, на тыловые — не менее 0,15 Н), зазор между контактами при крайних положениях якоря должен быть не менее 1,3 мм; исключение залипания якоря при выключении тока в обмотке реле, что обеспечивается наличием антимагнитных штифтов на якоре. Реле I класса надежности применяют во всех системах автоматики и телемеханики без дополнительного схемного контроля отпускания якоря. У реле низших классов надежности возврат якоря при выключе- нии тока в обмотках реле может обеспечиваться как под действием собственного веса, так и под действием сил реакции контактных пру- жин. Эти реле, как правило, используют в схемах, не связанных непо- средственно с обеспечением безопасности движения поездов (дис- петчерский контроль, схемы наборной группы маршрутно-релейной централизации, кодовая аппаратура диспетчерской централизации и др.). При использовании этих реле в ответственных цепях (де- шифраторы автоблокировки и АЛС, путевые реле импульсных рельсо- вых цепей и др.) предусматривают обязательный схемный контроль притяжения и отпускания якоря реле при непрерывной импульсной работе. Если же эти реле работают в ответственных цепях с непрерыв- ным питанием, то применяют их дублирование (параллельное или последовательное включение обмоток реле и последовательное вклю- чение контактов). По принципу действия реле подразделяют на следующие типы: электромагнитные, в основу действия которых положено свойство электромагнита притягивать якорь и переключать связанные с ним контакты при протекании по обмотке тока. Электромагнитные реле получили наиболее широкое распространение в железнодорожной и промышленной автоматике и телемеханике; индукционные (двухэлементные), работающие от взаимодей- ствия переменного магнитного потока одного элемента и тока, инду- цируемого в легком подвижном секторе переменным магнитным пото- ком другого элемента. Индукционные реле работают только от пере- менного тока; электротермические, основанные на явлении расширения тел при нагревании; чаще всего в электротермических реле применяют биметаллические пластины, изгибающиеся при нагревании, и замыка- ющие контакты, связанные с биметаллическими пластинами. По роду питающего тока реле подразделяются на реле постоянно- го, переменного и постоянно-переменного тока. 2* 35
Реле постоянного тока подразделяются на нейтральные, поляризованные и комбинированные. В зависимости от времени срабатывания реле делятся на быстродействующие —с временем срабатывания на притя- жение и отпускание до 0,03 с; нормальнодействующие — с временем срабатывания до 0,3 с; медленнодействующие — с временем срабатывания до 1,5 с; в р е м е н н ы е (реле выдержки вре- мени) — с временем срабатывания свыше 1,5 с. Реле имеет два состояния — рабочее (возбужденное) и нерабочее (обесточенное). В рабочем состоянии реле возбуждено током, якорь его притянут, верхние, нормально разомкнутые (фронтовые) контак- ты замкнуты. В нерабочем положении через обмотку реле ток не про- текает (или он ниже тока отпускания), якорь находится в отпущен- ном положении, при этом замыкаются нижние, нормально замкнутые (тыловые), контакты. Напряжение и ток, при которых якорь притягивается до упора и замыкаются фронтовые контакты, называют напряжением и током срабатывания^ напряжение и ток, при котором проис- ходит отпускание якоря, — напряжением (током) отпус- кания. Номинальное рабочее напряжение всегда несколько выше напряжения срабатывания (обычно в 1,5 раза). Отношение напряжения (тока) отпускания Uo к напряжению (то- ку) срабатывания Ucp характеризует коэффициент возврата реле — U0///ср ИЛИ kв — /о//ср- Для большинства реле, используемых в устройствах СЦБ, коэффи- циент возврата находится в пределах от 0,25 до 0,5. В устройствах автоблокировки реле, кроме специальных типов, рассчитаны на номинальное рабочее напряжение 12 В, а в стан- ционных устройствах, как правило, — на 24 В. На железных дорогах применяют реле трех видов: малогабарит- ные штепсельные реле (НМШ, АНШ, ОМШ, АШ), предшествующие им большие штепсельные реле (НШ, КШ) и наиболее ранние не- штепсельные реле, соединение контактов которых с внешними монтажными проводами осуществляется болтовыми соединениями (HP, КР и др.). При проектировании и новом строительстве устройств предусмат- ривают использование малогабаритных штепсельных реле, которые изготовляются двух типов: в защитном кожухе (колпаке) для установки в релейных шкафах и на стативах и открытые (без кожуха) для установки в релейных блоках электрической централи- зации. Применяемые в устройствах железнодорожной автоматики и теле- механики реле имеют специальную маркировку (условное наименова- ние), состоящую из букв и цифр, занимающих определенное место в обозначении. Первая буква или сочетание двух первых букв в обо- 36
значении указывают на физический принцип действия реле: Н — ней- тральное, П — поляризованное, К — комбинированное, СК — само- удерживающее комбинированное, И — импульсное, ДС — индукци- онное переменного тока (двухэлементное секторное). Буква М, стоя- щая на втором месте в условном обозначении штепсельных реле, ука- зывает на малогабаритное исполнение реле в отличие от ранее вы- пускавшихся больших штепсельных реле, в которых буква М отсут- ствует. Буква М отсутствует также у малогабаритных реле автобло- кировки, у которых буква А означает, что это реле автоблокировки малогабаритное. У пусковых реле в условном наименовании имеется буква П, а у реле с выпрямителями — буква В. Конструкция реле, которая характеризуется в основном видом электрического контактного соединения с другими приборами, обо- значается буквой Ш (штепсельное) или Р (реле с разборным бол- товым соединением). Условные буквенные обозначения некоторых типов реле расшиф- ровываются следующим образом: НМШ — нейтральное малогаба- ритное штепсельное; НМПШ — нейтральное малогабаритное пуско- вое штепсельное; ИМВШ — импульсное малогабаритное штеп- сельное с выпрямителем; НШ — нейтральное штепсельное (боль- шое); НПР — нейтральное пусковое с болтовым соединением (не- штепсельное); ДСШ— двухэлементное секторное штепсельное. У медленнодействующих на отпускание реле в обозначении имеет- ся дополнительная буква М, а у реле с замедлением на срабатывание, достигаемым с помощью термоэлемента, — буква Т, например НМШМ — нейтральное малогабаритное штепсельное медленнодей- ствующее; НМШТ — нейтральное малогабаритное штепсельное с термоэлементом; НРТ — нейтральное с болтовым соединением и тер- моэлементом. Цифра после указанных букв характеризует контактную систему реле. У штепсельных реле цифра 1 указывает на наличие восьми кон- тактных групп на переключение 8 фт (ф — фронтовой, т — тыловой контакты); цифра 2 обозначает четырехконтактные реле (4 фт)\ цифра 3 указывает на наличие у реле двухконтактных групп на пере- ключение и двух фронтовых контактов (2 фт, 2 ф); цифра 4 обознача- ет четыре полных тройника и четыре фронтовые контакта (4 фт, 4 ф); цифра 5 указывает на наличие двух тройников на переключение и двух тыловых контактов (2 фт,'2 т). У реле типа HP цифра 1 указывает на наличие шести групп кон- тактов, цифра 2 и цифра 3 — на наличие двух групп контактов. У некоторых типов реле (ДСШ, ИМШ и др.) цифры, характеризую- щие контактную систему, не ставят. Второе число, которое пишется через черточку, указывает на значение общего сопротивления обмо- ток постоянному току при последовательном включении обмотки (НМШ1-1800, АНШ2-1600, НР2-2000). Если обмотки включают раздельно или они имеют различное со- противление, то его значение указывают дробью: в числителе ука- 37
Таблица 3.1 Наименование реле Условное обозначение Тип реле Нейтральное постоянного тока: однообмоточное нлн с последо- вательно соединенными обмот- ками с двумя параллельно соединен- ными обмотками с раздельно соединенными об- мотками с выпрямительным элементом с замедлением при отпускании Поляризованные: нормального действия с преобладанием полярности с выпрямительным элементом Комбинированное нормального дейст- вия Переменного тока: одноэлементное двухэлементное Кодовое @ НМШ, НМ нмпш, нмп АНШ, НШ, HP и др. нмвш, ОМШ, АНВШ, АСШ и др. НМШМ, АНШМ н др. ПМШ, ПМПШ, ППРЗ и др. ИМШ-0,3, ИР-0,3 и др. ИМВШ-110, ИРВ-110, КМШ, КШ, КР и др. АР, АПШ и др. ДСШ, ДСР и др. КДР. КДРШ, УКДР, ТШ, РКН и др. зывают сопротивление первой катушки (расположенной ближе к основанию у штепсельных реле и левой — у реле типа HP), а в зна- менателе — второй. Полные номенклатуры некоторых типов реле расшифровываются так: НМШ1-1800 — нейтральное малогабаритное штепсельное реле с восемью контактными группами и общим сопротивлением обмоток, включенных последовательно, 1800 Ом; НМПШ2-400 — нейтральное малогабаритное пусковое штепсельное реле с четырьмя контактными группами на переключение и сопротивлением обмоток 400 Ом; НМПШЗ-0,2/220 — нейтральное малогабаритное пусковое штепсель- ное реле с контактной системой 2 фт, 2 ф и сопротивлением обмоток 0,2 и 220 Ом; НРВ1-250 — нейтральное с выпрямителем и болтовым соединением контактов, шестиконтактное, сопротивление обмоток по- стоянному току — 250 Ом. Рассмотренная выше система обозначений выдерживается не для всех типов реле. Например, у огневых и аварийных реле первая буква 38
указывает на назначение реле: ОМШУ-40 — огневое малогабаритное штепсельное четырехконтактное с сопротивлением обмоток 40 Ом; АШ2-110/220 — аварийное штепсельное четырехконтактное на номи- нальное напряжение НО и 220 В. У нейтрального реле типа РЭЛ бук- вы в обозначении указывают: реле электромагнитное разработки Ле- нинградского электромехнического завода. Условные графические обозначения реле в электрических схе- мах приведены в табл. 3.1. Реле в защитном кожухе изготовляют для работы при температу- ре окружающей среды от —50 до +60 °C и относительной влаж- ности до 90 % (при температуре +20 °C), а открытые реле, предназ- наченные для установки в релейных блоках, — при температуре окру- жающей среды от +5 до +35 °C и относительной влажности до 80 % (при температуре +20 °C). 3.2. Элементы магнитных систем По магнитным свойствам все вещества подразделяются на диа- магнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Магнитные свойства вещества во многом определяются относительной магнитной прони- цаемостью ц (Гн/м), которая показывает, во сколько раз проницае- мость вещества больше или меньше проницаемости вакуума: цо = 4л • 107 . У диамагнитных веществ ц<1, поэтому магнитная индукция (ацоН при одной и той же напряженности магнитного поля Н в таких веществах меньше, чем в вакууме. Диамагнетиками являются инерт- ные газы, вода, некоторые металлы (золото, серебро, медь, свинец, цинк, висмут) и многие органические соединения. В парамагнитных веществах магнитные свойства выражены сла- бо, их относительная магнитная проницаемость больше единицы, поэ- тому магнитная индукция в этих веществах несколько больше маг- нитной индукции в вакууме при одинаковой напряженности внеш- него магнитного поля. К парамагнетикам относятся многие металлы (кальций, магний, хром, молибден, алюминий, марганец и соли же- леза, кобальта, никеля и др.). Веществами с сильно выраженными магнитными свойствами яв- ляются ферромагнетики, у которых относительная магнитная про- ницаемость ц>> 1 и может достигать десятков и даже сотен тысяч. Ферромагнитными свойствами обладает небольшое число хими- чески чистых элементов (железо, никель, кобальт, гадолиний и неко- торые редкоземельные элементы). Однако имеется большое число сплавов, обладающих ферромагнитными свойствами,— это сплавы самих ферромагнитных элементов и их сплавы с неферромагнитными элементами. Получены ферромагнитные сплавы из неферромагнит- ных элементов. К ферромагнитным веществам относятся ферриты, 39
состоящие из окислов металлов, иногда их называют неметалличес- кими ферромагнетиками. Ферриты широко применяют в качестве магнитных сердечников индуктивных элементов электрических фильтров. Ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомяг- кие и магнитотвердые материалы. Магнитная система реле должна обеспечивать его срабатывание при малой потребляемой мощности и небольших размерах активных материалов. При выключении тока должно обеспечиваться надежное отпускание якоря, поэтому для изготовления магнитных систем реле (сердечников, ярма и якоря) применяют магнитомягкие и фер- ромагнитные материалы. Магнитомягкими материалами являются электротехнические стали и сплавы на основе железа с другими ме- таллами, никелевые сплавы — пермаллой, кобальтовые сплавы — пермендюры и др. Электротехнические стали являются наиболее дешевыми магнит- ными элементами, поэтому их широко применяют при изготовлении магнитных реле. Для магнитных систем реле постоянного тока ис- пользуют низкоуглеродистую электротехническую сталь марки Э. Эти материалы обладают: высокой относительной магнитной про- ницаемостью р, (до 200 000), обеспечивающей большой магнитный поток при малой напряженности поля, создаваемый катушкой; малой коэрцитивной силой с целью уменьшения потерь на гистерезис (пе- ремагничивание); большим удельным электрическим сопротивлением для уменьшения потерь на вихревые токи; хорошей износоустой- чивостью с целью сохранения магнитных свойств. В магнитных элементах реле систем железнодорожной автомати- ки, обеспечивающих безопасность движения поездов, особенно неже- лательным является наличие остаточной индукции (намагничива- ния), так как это ухудшает стабильность параметров реле, снижает коэффициент возврата, увеличивает время отпускания якоря и, что особенно опасно, может привести к залипанию его. Для исключения залипания якоря на нем устанавливают упорный штифт из немагнит- ного материала (обычно бронзы), гарантирующий минимальный воз- душный зазор между якорем и сердечником. Магнитные элементы реле переменного тока изготовляют из от- дельных пластин электротехнических сталей толщиной 0,35—0,50 мм с повышенным содержанием кремния для увеличения удельного элек- трического сопротивления и снижения потерь на вихревые токи. Постоянные магниты поляризованных и комбинированных реле изготовляют из магнитотвердых материалов, обладающих высокой остаточной индукцией и большой коэрцитивной силой, так как они в отличие от электромагнитов должны сохранять неизменной неогра- ниченно долго запасенную энергию, которая определяется значения- ми остаточной индукции и коэрцитивной силы. Постоянные магниты обычно делают из сплавов железа с вольфрамом, хромом, кобальтом или никелем. Одним из лучших магнитных сплавов является аль- никосплав, содержащий алюминий, никель и кобальт. Расчеты электромагнитных реле и прежде всего расчеты их маг- нитных полей представляют трудную задачу. Эта трудность обуслов- 40
Рис. 3.3. Тяговая и ме- ханическая характе- ристики реле лена главным образом тем, что в процессе работы реле (притяжения, отпускания якоря и переключения контактов) непрерывно изменяется размер воздушного зазора между сердечником и якорем, что влияет на многие другие параметры. Работа реле во многом определяется тяговой и механической (на- грузочной) характеристиками реле. Тяговой характеристикой называют зависимость элек- тромагнитного усилия от воздушного зазора между якорем и сердеч- ником. Это усилие при уменьшении воздушного зазора б и неизмен- ных намагничивающих силах непрерывно возрастает, так как с уменьшением зазора возрастает магнитный поток из-за уменьшения сопротивления магнитной цепи. При увеличении намагничивающих сил катушки электромагнитное усилие F3 возрастает. Характер тяговых характеристик (рис. 3.3, а) различных типов ре- ле изменяется незначительно, они имеют вид гипербол в пределах из- менения зазора от бтах ДО 6mm- Механической характеристикой называют зависи- мость противодействующего усилия от размера зазора между якорем и сердечником. Механическая характеристика реле может быть полу- чена измерением усилия FM на якоре в различных его положениях (обмотка реле при измерениях должна быть выключена). Механи- ческая характеристика реле представляет собой ломаную кривую (рис. 3.3, б), характер которой зависит от типа и конструкции реле, так как механические усилия различных реле отличаются. Срабатывание реле будет обеспечено лишь в том случае, если тя- говая характеристика находится выше механической. Естественно, что реле отпустит якорь в том случае, если тяговая характеристика при намагничивающих силах отпускания будет ниже механической характеристики. Электромагнитное усилие реле приближенно р 2 (/w)2 .S J Q — 5 э 62 где Iw — магнитодвижущая сила, А; б и S — зазор и площадь сечения воздушного зазора, см2. 41
3.3. Элементы контактных систем Наиболее ответственными элементами, определяющими надеж- ность действия и срок службы, являются контакты, которые пе- реключают электрические цепи. Особенно высокие требования предъ- являют к контактам реле, работающим в импульсном режиме. Тран- смиттерные и импульсные реле кодовой автоблокировки производят около 50 млн. переключений в год. От надежности работы этих приборов зависит действие автоблокировки, бесперебойность и без- опасность движения поездов, поэтому контакты реле должны обеспе- чивать надежное переключение электрических цепей, удовлетворяя ряду технических требований. Основными параметрами контактов являются переходное сопро- тивление, контактное нажатие, коммутируемая мощность (напря- жение, ток) и температура нагрева. Переходное сопротивление должно быть по возмож- ности небольшим, поэтому контакты в большинстве случаев изготов- ляют из металлов, обладающих высокой электрической проводи- мостью (серебро, платина, золото, красная медь, а также некоторые сплавы и металлокерамические композиции). Наилучшими свойства- ми обладает серебро: переходное сопротивление контактов из серебра сохраняется низким (не более 0,03 Ом) даже после окисления, по- скольку проводимость окиси серебра равна проводимости чистого серебра. Контакты большей части реле железнодорожной автоматики и телемеханики, за исключением фронтовых контактов реле I класса надежности, изготовляют из серебра. Так как фронтовые контакты реле I класса надежности замыкают ответственные цепи, то должна исключаться возможность сваривания этих контактов, поэтому для изготовления фронтовых контактов применяют графит с серебряным наполнителем (графито-серебряная композиция), а общие и тыловые контакты делают серебряными. Переходное сопротивление контактов графит-серебро составляет не более 0,25 Ом. Графито-серебряные контакты необходимо проверять на равно- мерное вкрапление серебра. При скоплении серебра на поверхности не исключается полностью возможность сваривания контактов. Для изготовления усиленных контактов реле (трансмиттерных, аварийных, пусковых) применяют металлокерамические сплавы, в частности металлокерамический сплав марки СрКд86-14, содержа- щий 86 % серебра и 14 % кадмия. Переходное сопротивление таких контактов по техническим условиям должно быть не более 0,15 Ом. Контакты в виде наклепок укрепляют на упругих пружинах. При срабатывании якорь реле перемещает подвижную пружину (об- щий контакт) до соприкосновения с неподвижной (фронтовой кон- такт). Поверхности соприкосновения (контакты) прижимаются друг к другу с определенным усилием, называемым контактным нажатием. Чтобы обеспечить длительную надежную работу кон- 42
тактных пружин, они не должны иметь остаточных деформаций. С целью обеспечения надежности замыкания цепи некоторые кон- тактные пружины на концах разрезают, образуя два или три лепест- ка, на каждый из которых помещают контактирующий материал. Для обеспечения надежного размыкания цепи между поверхно- стями контактов в разомкнутом состоянии делают зазор 1—5 мм. Для большинства реле железнодорожной автоматики и телемехани- ки он равен 1,3 мм. Надежная работа контактов обеспечивается созданием соответ- ствующего контактного нажатия. Контактное нажатие фронтовых контактов для большей части реле должно быть не менее 0,3 Н, тыловых — 0,15 Н. Для некоторых специальных типов реле преду- сматривают другие значения контактного нажатия. Контактная система реле, как правило, рассчитана на переключе- ние электрических цепей постоянного тока при нагрузке 2 А напря- жением 24 В и переменного тока при нагрузке 0,5 А напряжением 220 В. В ряде случаев требуется переключение более мощных цепей (рельсовые цепи, пусковые цепи стрелочных электроприводов, пере- ключение цепей питания). Неблагоприятным режимом работы кон- тактов является переключение (разрыв) цепи постоянного тока, в особенности при индуктивной нагрузке, так как при этом создаются условия для возникновения и поддержания дуги. В цепях перемен- ного тока дуга гаснет при прохождении мгновенного значения тока через нуль, поэтому при прочих равных условиях те же контакты в це- пях переменного тока могут коммутировать в два-три раза большую мощность. Усиленные контакты изготовляют из металлокерамических спла- вов, между контактами предусматривают увеличенное расстояние, а также обеспечивают большее контактное нажатие. Контакты аварий- ных реле рассчитаны на переключение электрических цепей перемен- ного тока напряжением 220 В при токе до 15 А. Контакты некоторых пусковых реле, предназначенные для коммутирования больших токов, имеют магниты дугогашения (магнитное дутье), при этом используют принцип возникновения силы, действующей на проводник с током (дуга), расположенный в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом. В соответствии с действующими техническими условиями на реле железнодорожной автоматики и телемеханики темпера- тура нагрева контактов допускается не более 100 ° С по отно- шению к температуре окружающей среды. Повышение температуры контактов сверх допустимых норм приводит к увеличению со- противления контактного перехода, что в свою очередь вызывает дальнейший нагрев контактов. Таким образом, процесс может стать необратимым и приведет к разрушению контактов. В момент размыкания цепи, содержащей индуктивность, поверх- ность соприкосновения контактов резко уменьшается, что приводит к быстрому возрастанию сопротивления, в то же время ток в цепи не успевает уменьшиться. Поэтому резко увеличивается выделяемая на 43
контактах мощность, материал в точках соприкосновения плавится, между расходящимися контактами появляется жидкий мостик, кото- рый разрывается при дальнейшем увеличении расстояния между контактами. После этого происходит газовый разряд, сопровождае- мый появлением искры. В мощных цепях может возникнуть дуга. Искрение вызывает эрозию контактов, которая связана с плавлением, распылением и переносом материала с контакта на контакт. Это при- водит к изменению формы контактов, их быстрому износу и возмож- ности сваривания. Кроме того, при искрении и дугообразовании про- исходит окисление контактов при высоких температурах, это приво- дит к образованию непроводящих пленок и к временному или устой- чивому нарушению контакта. Степень эрозии контактов зависит от тока и напряжения ком- мутируемой цепи, индуктивности и емкости цепи, материала контак- тов, состояния их поверхности, выбрации, условий окружающей сре- ды и ряда других факторов. Для каждого вида контактных материа- лов существуют определенные значения напряжения и тока, при превышении которых начинается искрообразование или возникнове- ние дуги. Чем ниже твердость и температура плавления металла, тем при меньших значениях напряжения и тока начинается искрообра- зование. Для большинства реле при токе переключения 0,5—1 А на- пряжение, при котором создаются условия возникновения искры, сос- тавляют около 300 В. В цепях с индуктивной нагрузкой возможно сильное искрение контактов, вызываемое э.д.с. самоиндукции, стре- мящейся сохранить ток такого же значения, который протекал по це- пи до момента ее размыкания. При этом напряжение, возникающее при размыкании контакта, может в десятки и даже сотни раз превы- шать напряжение источника питания, и хотя его действие весьма кратковременно, оно вызывает искровой разряд между размыкаемы- ми контактами. При использовании в схемах совместно с реле полупроводниковых приборов под действием импульсов перенапряжения может нару- шиться нормальное действие бесконтактных схем или произойти их повреждение (пробой). Для уменьшения искры и увеличения срока службы контактов применяют специальные меры: искрогасящие схемы, особые кон- струкции контактов из тугоплавких металлов и сплавов, магниты ду- гогашения и др. Наиболее широкое распространение получили искро- гасящие схемы, содержащие резисторы и конденсаторы, подключае- мые параллельно контакту или нагрузке (обмотке реле). Искрогася- щий элемент выбирают с таким расчетом, чтобы напряжение на кон- тактах при размыкании не превышало напряжения зажигания искро- вого разряда U3« 300 В. На схеме (рис. 3.4, а) контакт К шунтируется резистором г. В этой схеме ток, обусловленный э.д.с. самоиндукции, замыкается через ре- зистор г. Так как в первый момент после размыкания контакта К ток 44
за счет э. д. с. самоиндукции равен то максимальное напря- жение на контакте где U„ — напряжение источника питания; R — сопротивление нагрузки, например сопротивление обмотки включаемого реле. Чтобы напряжение на контакте не превышало 300 В, сопротивле- ние искрогасящего резистора: и "и и При отключении реле НМШ1-1800 от источника питания 24 В со- противление резистора г не должно превышать 22 500 Ом. Эффект искрогашения тем лучше, чем меньше г. Однако при малом г теряется управляемость контакта, так как при разомкнутом контакте ток про- ходит через управляемый прибор (обычно другое реле), который мо- жет остаться возбужденным при размыкании контакта. Кроме того, при разомкнутом контакте непроизвольно расходуется электроэнер- гия. В схеме (рис. 3.4, б) контакт шунтируется конденсатором С. При размыкании цепи энергия вместо пробоя воздушного промежутка расходуется на заряд конденсатора. Однако при очередном замыка- нии контакта конденсатор разряжается через малое сопротивление контакта, что ухудшает условия работы последнего, особенно при Рис. 3.4. Схемы искрогашения 45
частых переключениях. При пробое конденсатора С теряется управ- ляемость схемы. Эти недостатки схемы в основном устраняются включением по- следовательно с конденсатором резистора г (рис. 3.4, в). Такую схему применяют наиболее часто, причем в практических схемах емкость конденсатора С равна 0,25—4 мкФ, а сопротивление резисто- ра г — 30—200 Ом. При пробое конденсатора в данном случае также теряется управляемость схемы, поэтому в ответственных схемах ее не применяют. В схеме (рис. 3.4, г) контакт шунтируется нелинейным резистором (варистором) г. При рабочем напряжении цепи сопротивление этого резистора велико и практически не оказывает влияния на режим ра- боты цепи. В момент размыкания контакта и увеличения напряжения за счет э.д.с. самоиндукции сопротивление нелинейного резистора резко уменьшается, ограничивая перенапряжение на контактах. Эффект искрогашения достигается также включением рассмот- ренных искрогасительных цепей параллельно нагрузке (рис. 3.4, д, е, ж, з). В схеме (см. рис. 3.4, д) резистор подключают параллельно нагрузке (например, обмотке реле). В момент размыкания контакта К ток, обусловленный э.д.с. самоиндукции, замыкается через резис- тор г. Чтобы напряжение на контакте t/K не превышало 300 В, сопро- тивление резистора Подключение резистора г параллельно нагрузке повышает потреб- ление энергии от источника питания. Однако, если резистор по срав- нению с нагрузкой имеет высокое сопротивление, то этот недостаток не играет существенной роли. В тех случаях, когда нежелательно иметь дополнительный расход энергии, последовательно с резистором включают диод VD (рис. 3.4, и). Эта схема практически является равноценной схеме рис. 3.4, з. Диод включают по отношению к источ- нику питания во встречном направлении, его обратное сопротивление велико и потерь энергии почти нет. При размыкании контакта воз- никающая э.д.с. самоиндукции имеет обратное направление, ток за- мыкается через диод. Для исключения короткого замыкания при пробое диода последовательно с ним включают резистор. Включение диода для искрогашения вызывает замедление на отпус- кание управляемого реле, поэтому применение диода недопустимо, если появление замедления изменяет режим работы схемы. При включении резистора (см. рис. 3.3, д) замедление на отпус- кание якоря также увеличивается, хотя и в меньшей степени. При с замедлением, обусловленным подключением резистора, можно практически не считаться. На временные параметры управ- ляемого прибора оказывают влияние в той или иной степени и схе- мы искрогашения (см. рис. 3.4, е, ж, з). 46
Глава 4 РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА 4.1. Нейтральные реле Электромагнитные реле постоянного тока получили наибо- лее широкое распространение, так как они просты по устройст- ву и надежны в работе. Реле постоянного тока подразделяют на нейтральные, поляризованные, комбинированные и самоудержи- вающие комбинированные. Нейтральные реле не реагируют на направление тока в обмотке (нейтральны к полярности тока). Якорь нейтрального реле притяги- вается, переключая контакты при любой полярности тока в обмот- ках. После выключения тока якорь возвращается в исходное состоя- ние. Таким образом, нейтральное реле является двухпозиционным. Электромагнитная система нейтрального малогабаритного реле типа НМШ (рис. 4.1) состоит из сердечника 1 с двумя катушками 2, Г-образного ярма 3 и якоря 4 с противовесом. Бронзовый упор на якоре исключает его залипание, так как препятствует касанию якоря в притянутом положении к полюсу сердечника. Якорь двумя тягами 5 управляет контактной системой. Фронтовые контакты 7 изготовляют из графита с серебряным наполнением, а общие 8 и тыловые 9 — из серебра. Контактирующий материал 47
помещается на концы контактных пружин. Сочетание контактов графит-серебро исключает возможность сваривания фронтовых контактов с общими при пропускании по ним тока, в несколько раз превышающего номинальный. При отсутствии тока в обмотках реле якорь под действием силы тяжести противовеса находится в опущенном положении, общие контакты замыкаются с тыловыми. При прохождении тока через об- мотки реле намагничивается сердечник, магнитные силовые линии замыкаются через воздушный зазор и якорь, который притяги- вается к сердечнику. Тяга перемещается вверх, размыкая тыловые и замыкая общие контакты с фронтовыми. Концы контактных пружин, через основание 6 выведенные наружу, образуют штеп- сельную розетку. Реле закрывается прозрачным кожухом 12 с ручкой 11. Кожух крепится к основанию реле затяжным винтом 10. Для включения реле в схему выведенные наружу контакты встав- ляют в гнезда штепсельной розетки, к лепесткам которой припаи- вают монтажные провода. Шпули катушек нормальнодействующих реле изготовляют из фе- нопласта, а медленнодействующих — из красной меди. За счет мед- ных шпулей достигается замедление на отпускание якоря до 0,2 с. Для увеличения замедления до 0,6 с на месте первой катушки, расположенной у основания, устанавливают сплошную медную гильзу. Расположение и нумерация контактов реле типов НМШ1 и НМШМ1 приведены на рис. 4.1. Первая катушка подключается к выводам 1 и 3, вторая, по- мещенная со стороны якоря,— к выводам 2 и 4. Катушки могут включаться раздельно, последовательно и параллельно. Фронтовые (ф) и тыловые (т) контакты, работающие с одним общим контактом (о), образуют контактную группу или тройник. Реле типов НМШ1 и НМШМ1 имеют восемь контактных групп и обоз- начаются 8 фт. Номер каждого контакта нейтрального реле со- ставляют из двух цифр, первая из которых указывает номер кон- тактной группы, а вторая — тип контакта. Все цифровые обоз- начения общих контактов оканчиваются цифрой 1, фронтовые — 2 и тыловые —3. Например, номер 72 обозначает, что это фронтовой контакт седьмой группы, 71—общий контакт, 73—тыловой контакт. Контакты рассчитаны на переключение цепей при токе нагрузки до 2 А. Выводы от обмоток подключаются к выводам 1-3 и 2-4 (см. рис. 4.1). При последовательном включении обмоток соединяют перемычкой выводы 2-3, а при параллельном —1-2 и 3-4. Малогабаритные реле для установки в закрытых релейных бло- ках электрической централизации выпускают без защитного кожуха. Они имеют такие же электрические и механические характери- стики, что и соответствующие им штепсельные реле с защитным кожухом. Реле без кожуха в номенклатуре не имеют буквы Ш, напри- мер НМ — нейтральное малогабаритное, НММ — нейтральное мало- 48
АНШ2;АНШМг Аншмг-ш АНШ5 Рис. 4.2. Расположение контактов реле АНШ габаритное с замедлением. Эти реле предназначены для работы в отапливаемых помещениях при температуре окружающей среды от +5 до +35 °C. Малогабаритные реле автоблокировки АНШ2, АНШМ2 и АНШ5 для установки в релейных шкафах аналогичны по устройству, но имеют лучшую герметизацию и меньшую мощность срабатыва- ния (более чувствительны). Они могут работать при температу- ре окружающего воздуха от —50 до +60 °C. Меньшая мощность срабатывания достигается увеличением магнитопровода и числа витков катушек и сокращением числа контактных групп до четы- рех при тех же габаритах, что и реле НМШ. Контакты реле АНШ расположены в верхней части и их нумерация отличается от нумерации контактов НМШ. Реле АНШ2 и АНШМ2 (рис. 4.2) име- ют четыре контактные группы (первую, третью, пятую и седь- мую), катушки реле подключаются к выводам 21-61 и 41-81. Реле АНШМ-380 имеет аналогичную контактную систему и отли- чается тем, что на месте первой катушки установлена медная гильза. У реле АНШ5 контактная система имеет два полных тройни- ка и два неполных (2 фт, 2 т). Наличие только двух фронто- вых контактов позволяет снизить мощность срабатывания. Нейтральные штепсельные реле типа НШ по сравнению с реле НМШ имеют большие размеры и массу (примерно в два раза), поэтому они нашли ограниченное применение в устройствах СЦБ. При новом строительстве эти реле не применяют. Находятся так- же в эксплуатации нейтральные реле ранних выпусков HP. Реле HP (рис. 4.3) состоит из катушек 1, которые могут соединяться последовательно, параллельно или включаться раздельно; двух стальных сердечников с полюсными наконечни- ками, сверху соединенными ярмом; якоря 2, вращающегося на 49
оси, опирающейся на подшипники; упорного винта 5, ограничи- вающего ход якоря при отпускании. Для предотвращения зали- пания якоря из-за остаточного магнетизма на нем против по- люсов имеются бронзовые наклепы. К якорю прикрепляются изо- ляционные колодки 3 с контактными пластинами 4 (общие кон- такты). В притянутом положении якоря общие контакты о сое- диняются с фронтовыми контактами ф, а при отпущенном положе- нии якоря — с тыловыми контактами т. Выводы от контактов выве- дены наружу реле. Контактная система вместе с якорем закры- та кожухом, предохраняющим от механических повреждений, пыли, влаги и грязи. Контакты наружу выводятся при помощи болтов с гайками. Фронтовые контакты находятся в верхнем ряду, тыловые— в среднем, общие — в нижнем. Зажимы общих контактов соединены с контактными пластинами четырьмя гибкими медными тросиками (литцами). Реле HP изготовляют на шесть (НР1), четыре (НР2) или две (НРЗ) контактные группы. Реле НШ и HP при реконструкции устройств заменяют малога- баритными реле. Нейтральные реле НМШ, АНШ, НШ и HP относят- ся к реле I класса надежности. В ряде устройств требуется иметь замедление на срабаты- вание или отпускание реле. Существуют конструктивные и схемные способы изменения временных парамет- ров реле. Выше было сказано, что для замедления на отпускание нейтральных реле применяют медные гильзы. В ряде случаев на месте первой катушки устанавливают сплошную медную гильзу, представляющую собой короткозамкнутый виток. При выключении Рис. 4.3. Конструкция и нумерация контактов реле HP Шестиконтактные 50
Рис. 4.4. Схемы изменения временных параметров реле тока изменяющееся магнитное поле наводит в медной гильзе э. д. с., вследствие чего в ней протекает ток, который создает магнитный поток, поддерживающий исчезающее магнитное поле. Этим дости- гается замедление на отпускание. Время замедления зависит от мас- сы гильзы (чем она больше, тем больше замедление) и приложен- ного напряжения. Практически этим способом достигается замедле- ние реле на отпускание: нейтральных реле НМШМ — до 0,6 с; АНШМ до 0,9 с. В устройствах СЦБ широко применяют схемные методы измене- ния временных параметров реле. Применение короткозамкнутой обмотки (рис. 4.4, а), в которой при размыкании цепи инду- цируется э. д. с. и протекает ток, создающий магнитный поток, совпадающий по направлению с исчезающим рабочим магнитным потоком, обеспечивая замедление на отпускание якоря. Корот- козамкнутая обмотка создает также замедление на срабатывание реле, так как при включении цепи в короткозамкнутой обмотке также индуцируется э. д. с. и протекает ток. Создаваемый им магнитный поток в этом случае препятствует нарастанию рабо- чего магнитного потока. Если по условиям работы реле требует- ся обеспечить замедление только на отпускание или только на притя- жение якоря, то применяют схемы, изображенные на рис. 4.4, б или в соответственно. Применение короткозамкнутой обмотки дает меньшее замедление на отпускание по сравнению с медными гильзами (примерно 0,2 с). Роль короткозамкнутой обмотки может выполнять рабочая об- мотка при шунтировании ее диодом (рис. 4.4, г) или резистором (рис. 4.4, д). Последний способ менее эффективен, так как резистор 51
снижает индуцируемым ток и увеличивает расход мощности от источ- ника питания, причем эти свойства взаимно противоположны. Для исключения короткого замыкания при пробое диода последовательно с ним может включаться резистор, однако время замедления при этом снижается. Наиболее распространенным и эффективным способом полу- чения замедления на отпускание является подключение параллель- но обмотке реле конденсатора (рис. 4.4, е). После размыкания цепи конденсатор разряжается на обмотку реле. Для ограничения тока заряда конденсатора последовательно с ним включают резистор. При включении второго резистора последовательно с обмоткой реле достигается замедление на отпускание и притяжение якоря (рис. 4.4, ж). При замыкании цепи вследствие падения напряже- ния на резисторе R2 от тока заряда медленно нарастает напряжение на конденсаторе и достигается замедление реле на срабатывание. После размыкания цепи конденсатор разряжается на обмотку реле, чем достигается замедление на отпускание якоря. При необходимости быстрого заряда и медленного разряда конденсатора используют комбинированную схему с разделением цепей заряда и разряда диодом (рис. 4.4, з). Конденсатор в этом случае заряжается через диод VD и резистор R1 с малым сопротивлением. Конденсатор разряжается на обмотку реле через резистор R2 с большим сопротивлением. Применение конденсато- ров различной емкости позволяет получить необходимые замедления на отпускание от нескольких миллисекунд до минуты и более. Электрические характеристики наиболее распространенных типов нейтральных реле приведены в табл. 4.1. Для замыканий и размыкания цепей с выдержкой времени в уст- ройствах СЦБ, широко применяют реле с термическими вклю- чателями (НМШТ, АНШМТ-380 и др.). Эти реле, кроме контактов, управляемых электромагнитной системой, имеют тройники (51- 52-53), управляемые термоэлементом (рис. 4.4, и), не связанные с электромагнитной системой. Термовключатель представляет собой контактный тройник с пружинами из термобиметалла. На средней пружине (общий кон- такт) расположена нагревательная обмотка из нихромового провода марки Х15Н60. Реле с термовключателем обычно применяют совместно со вспо- могательным реле В, которое служит для контроля полного осты- вания термовключателя. В противном случае при повторном вклю- чении реле и горячем состоянии термоэлемента выдержка време- ни может уменьшиться. Перерыв между действиями термоэлемен- та при нормальной работе должен быть достаточным для полного остывания нагревательного элемента (5—7 мин). При замыкании цепи ток проходит через контакт управляющего реле и через контакты 51-53 термовключателя, контролируя его холодное состоя- ние. В результате возбуждается вспомогательное реле. Затем через 52
Таблица 4.1 Тип реле Сопротив- ление об- моток, Ом Напряжение, В Ток, А Замедле- ние на от- пускание, с срабаты- вания отпуска- ния номиналь- ное отпуска- ния срабаты- вания номиналь- ный НМШ 1-1800; НМ1-1800 2X900 16 6 24 — — — — НМШ 1-7000; НМ1-7000 2 x 3500 41 15 60 — — — — НМШМ1-700; НММ1-700 1X700 16 5 24 — — — 0,45 НМШ2-4000; НМ2-4000 2 X2000 16 5 24 — — — — НМШМ1-1400; НММ1-1400 2x700 16 5 24 — — — 0,2 НМШ4-3.4; НМ4-3.4 2X1,7 — — — 0,135 0,045 0,2 — НМШ4-3000; НМ4-3000 2X1500 16 5 24 — — — — НМШ 1-400; НМ1-400 2x200 7,5 2,5 12 — — — — НМШ2-900; НМ2-900 2X450 7,5 2,3 12 — — — — НМШМ4-250; НММ4-250 1X250 7,5 2,3 12 — — — 0,5 НМШМ4-500; НММ4-500 2x250 7,5 2,3 12 — — — 0,2 АНШ2-2 2x1 — — — 0,135 0,055 0,2 АНШ2-40 2x20 1,2 0,29 1,8 — — — АНШ2-1600 2X800 8,0 2—3,1 12 — — — АНШМ2-380 1X380 7,5 1,8 12 — — — 0,9 АНШМ2-760 2X380 7,5 1,8 12 — — — 0,5 АНШ5-1600 2x800 8,0 1,4— 2,1 12 — — — — НР2-2 2X1 — — 0,105 0,053 — НР2-900 2X450 7,5 2,5 12 — — — 0,9 НР2-2000 2X1000 6,5 2,4— 3,2 12 — — — — фронтовой контакт реле В и тыловой контакт 61-63 основного реле создается цепь нагревательной обмотки термовключателя. После нагрева он замыкает контакты 51-52 и включает обмотку основного реле (НМШТ), которое срабатывает, отключая контактом 63 об- мотку термовключателя и получая питание через собственные контакты 61-62. Время срабатывания можно регулировать от восьми до 18 с. Реле НМШТ-1800 предназначено для работы при номинальном напряжении 24 В. Автоблокировочное малогабаритное реле АНШМТ-380 имеет аналогичное устройство и схему включения и рассчитано на номинальное рабочее напряжение 12 В. 53
4.2. Нейтральные пусковые реле Нейтральные пусковые реле отличаются от обычных нейтраль- ных реле наличием усиленных контактов из металлокерамическо- го сплава марки СрКд86-14, а у некоторых типов пусковых реле также наличием магнитного дугогашения и увеличенным расстоя- нием между контактами. Нейтральное малогабаритное реле с металлокерамическими кон- тактами НМПШ2-400 служит для коммутации цепей светофорных ламп мигающих огней. Реле имеет контактную систему 4 фт, все контакты выполнены из специального металлокерамического сплава и способны выдержать не менее 2 000 000 переключений цепи постоянного тока 2 А при напряжении 12 В. Реле предназ- начено для работы при номинальном напряжении постоянного тока 12 В. Расположение и нумерация контактов реле НМПШ2-400 приведены на рис. 4.5. Нейтральное малогабаритное реле с усиленными контактами НМПШ-900 с контактной системой 2 фу, 4 ф служит для коммута- ции в устройствах СЦБ цепей постоянного и переменного тОка повышенной мощности. Реле имеет только фронтовые контакты, выполненные из металлокерамического сплава. Два фронтовых контакта имеют магнитное дугогашение (2 фу) и усиленное кон- тактное нажатие. Расстояние между всеми контактами увеличе- но: для контактов с магнитным дугогашением до 5,5 мм, для остальных контактов — до 3,8 мм (у обычных нейтральных реле расстояние между контактами равно 1,3 мм). Контакты с магнитным дугогашением могут коммутировать постоянный ток до 8 А при напряжении 220 В и до 15 А при напряжении 60 В. Плюсовой зажим подключают к общему контакту, а минусовой — к фронтовому. Эти же контакты могут коммутировать цепи переменного тока до 12 А при напряжении 220 В и cos <р = 0,85. Остальные контакты реле НМПШ-900 могут коммутировать цепи постоянного тока 10 А при напряжении 30 В или цепи переменного тока 6 А при напряжении 220 В. Номинальное рабочее напряже- ние реле 24 В. Следует указать, что нумерация контактов (см. рис. 4.5) с магнитным дугогашением не соответствует общепринятой. Это изменение связано с размещением магнитов дугогашения. Нейтральное пусковое малогабаритное реле НМПШЗ-0,2/220 (см. рис. 4.5) с контактной системой 2 фут, 2 ф предназна- чено для работы в пусковой цепи схемы включения стрелочного электропривода с двигателем постоянного тока в совместной схеме с поляризованным малогабаритным пусковым реле ПМПШ. Фронтовые контакты этого реле выполнены из металлокера- мического сплава и предназначены для пропуска рабочего тока электродвигателя. Общие и тыловые контакты выполнены из се- ребра и предназначены для переключения контрольных цепей схемы. Обмотки реле включены раздельно: обмотка 220 Ом — воз- 54
НМПШ2-М0 Рис. 4 5 Расположение контактов пусковых реле НМПШ-900 нмпшз-цг/гго буждения, 0,2—токовая, для удержания якоря. Реле НМПШ-0,3/90 предназначено для работы в схемах управления стрелками с дви- гателями переменного тока. Реле НМПЗ-0,2/220 и НМП-0,3/90 не имеют защитного кожуха и устанавливаются в закрытых релейных блоках электрической централизации. Расстояние от фронтовых и тыловых контактов до общих 2,5 мм, нажатие на каждый из фронтовых контактов не менее 0,5 Н. Каждый кон- такт с магнитным дугогашением (41-42 и 61-62) реле НМПШЗ-0,2/200 и НМПЗ-0,2/220 обеспечивает не менее 100 000 переключений цепи постоянного тока 5 А при напряжении 220 В, а все остальные контакты — не менее 400 000 коммутаций цепей постоянного тока 5 А при напряжении 24 В для реле НМПШ-0,3/90 и тока 2 А при напряжении 24 В для реле НМПШ2-0,2/220. Напряжение срабатывания для обмотки возбуждения 220 Ом реле НМПШ2-0,2/220 (НМПЗ-0,2/220) составляет не более 7 В, отпускания — не менее 2,1 В. Напряжение отпускания токовой обмотки 0,2 Ом не менее 0,3 А. Напряжение срабатывания об- мотки возбуждения 90 Ом реле НМПШ-0,3/90 (НМП-0,3/90) сос- тавляет не более 3,8 В, отпускания — не менее 1,1 В. Ток отпускания токовой обмотки 0,3 Ом не менее 0,2 А. Расположение и нумерация контактов реле НМПШ2-0,2/220 приведены на рис.4.5, в. В эксплуатации находятся пусковые штепсельные реле (большие) НПШ1-150, а также пусковые реле более ранних выпусков с контакт- но-болтовым соединением НПР1-150, НПР2-150, НПР2-150/300 и НПР4-150/300. Расстояние между усиленными контактами с маг- нитным дугогашением у реле НПР равно 12,5—13,5 мм. Контакты рассчитаны для включения рабочих цепей стрелочных электро- приводов, маршрутных указателей, электродвигателей, автошлаг- баумов и других цепей с большими токами. 55
4.3. Нейтральные реле с выпрямителями Нейтральные реле с выпрямителями применяют в качестве путе- вых, огневых и аварийных. Конструкция электромагнитной и кон- тактной систем этих реле аналогична конструкции нейтральных реле НМШ и АНШ. Отличие состоит в том, что внутри реле на изоляционной панели смонтированы приставки с диодами, вклю- чаемыми по различным схемам. Для обеспечения более высокого коэффициента возврата в реле увеличен воздушный зазор между полюсом и якорем в притянутом положении и установлен более массивный противовес. Реле АНВШ2-2400 используют в качестве путевого в рельсовых цепях переменного тока 50 Гц с непрерывным питанием на линиях с автономной тягой и в однониточных рельсовых цепях при электротяге постоянного тока. Реле имеет выпрямительную приставку из четырех диодов типа Д226А или Д226Б, размещенную в кожухе над контактной системой. Малогабаритное реле НМВШ2- 900/900 предназначено для работы в качестве путевого в однони- точных рельсовых цепях переменного тока 50 Гц с непрерывным питанием. Это реле обладает меньшей чувствительностью по сравне- нию с реле АНВШ2-2400, так как, имея меньшее сопротивление обмоток, оно срабатывает от того же напряжения, что и реле АНВШ2- 2400. Соединяя обмотки и диоды выпрямительной приставки раз- личными способами, получают разные схемы включения путевых реле. Электрические характеристики реле АНВШ2-2400 и НМВШ2- 900/900 при различных схемах включения приведены в табл. 4.2. Схемы включения и нумерация контактов реле АНВШ2-2400 и НМВШ-900/900 приведены на рис. 4.6, а и б соответственно. Находящиеся в эксплуатации нейтральные малогабаритные реле НМВШ2-1000/1000 по своим электрическим параметрам соот- ветствуют реле НМВШ2-900/900, поэтому эти реле являются вза- Таблица 4.2 Тип реле Напряжение, В Схема включения срабаты- вания отпуска- ния перегруз- ки АНВШ2-2400 20,0 10,0 60 Мостовая с последовательным соеди- нением обмоток НМВШ2-900/900 10,5 5,0 35 Мостовая с параллельным соединени- ем обмоток НМВШ2-1000/1000 35,0 17,5 100 Однополупериодная с раздельным включением обмоток 56
Q) сг Мостовая схема выпрям- ления с последователь- ным соединением катушек Мостовая схема вып- рямления с парал- лельным соединением Однополупериодная схема выпрямления с раздельным включением катушек б) 11 !___si <----А —' —— —d 31 71 катушек < -—А-----< 31 71 31 71 HMBIU2-900/900 — ^,11 11 31 51 11 гг_ чг м вг IL HL SL гз чз. ьз. аз 1 г з я Рис. 4.6. Схемы соединения обмоток и выпрямителей путевых реле имозаменяемыми. В эксплуатации также находятся реле более ранних выпусков: большие штепсельные реле НВШ1-800 и НВШ1- 200, реле с контактно-болтовым соединением НРВ1-2500 и НРВ1- 1000. Огневое реле ОМШ2-40 (ОМ2-40) малогабаритное, исполь- зуется в электрической централизации для контроля горения ламп светофоров при центральном питании. Обмотка реле включается последовательно с первичной обмоткой сигнального трансформа- тора СТ-3 или СТ-2А. При мощности лампы 15 Вт подключаются выводы 1-4 (рис. 4.7) последовательно с сигнальным трансфор- матором СТ-3, а при мощности лампы 25 Вт провода схемы под- ключаются к выводам 1-3 (часть обмотки) последовательно с сигнальным трансформатором СТ-2А. Обмотка 80 Ом (3000 вит- ков) не имеет выхода во внешнюю цепь и замкнута на выпрями- тельный диод, размещенный внутри кожуха и включенный между выводами 13-73. Реле ОМ2-40 без защитного кожуха используют при установ- ке в закрытых релейных блоках электрической централизации. В устройствах автоблокировки и электрической централиза- ции при местном питании для контроля целостности нитей ламп 57
Таблица 4.3 Тип реле Мощность лампы, Вт Сопротив- леиие обмотки, Ом Ток, мА Ток пере- грузки, А срабаты- вания отпуска- ния ОМШ2-40 (ОМ2-40) 15 40 58 27 0,18 25 40 96 45 0,3 А0Ш2-180/0,45* 15 0,45 700 220 2,1 25 0,25 1000 300 3,0 35 0,17 1500 450 4,5 АОШ2-1 5 1,0 250 75 0,7 10 0,47 500 150 1 ,5 * При включении обмотки 180 Ом для контроля нити лампы в холодном состоянии на- пряжение срабатывания реле равно 7.5 В, отпускания — 1,8 В, перегрузки — 22 В. светофоров широко применяют реле АОШ2-180/0,45, работающие от постоянного и переменного тока 50 и 75 Гц (рис. 4.8). Низкоомную обмотку реле включают последовательно с лампой светофора. Для включения с лампами различной мощности обмот- ка имеет несколько выводов. При лампе мощностью 25 Вт исполь- зуют выводы 21-82. В случае питания лампы постоянным током используют эти же выводы, при этом плюсовый зажим подклю- чают к выводу 82, а минусовый — к выводу 21, чтобы располо- женный внутри диод не шунтировал обмотку. Высокоомную обмот- ку 180 Ом используют для контроля целостности нити ламп в холодном состоянии (выводы 41-62). Реле АОШ2-1 (рис. 4.9) предназначено для контроля целост- ности нити ламп прожекторных светофоров в горячем состоянии с питанием как от переменного тока частотой 50 и 75 Гц, так и от постоянного тока при местном питании. Электрические характеристики огневых реле по переменному току приведены в табл. 4.3. В эксплуатации находятся огневые штепсельные реле (боль- шие) ОШ1-Ю0, ОШ2-400/2, 01112-400/0,25, а также огневые реле более ранних выпусков с контактно-болтовым соединением НРВУ2-450/1 и НРВ1-0,6/0,6. Аварийные реле предназначены для автоматического вклю- чения резервного питания при прекращении подачи электропитания от основного источника. Их используют в цепях общего питания напряжением 110 или 220 В, частотой 50 и 75 Гц, а также в цепях светофорных ламп, имеющих источник питания напряжением 12 или 24 В. Цифры, стоящие на последнем месте в обозначе- нии аварийных реле, указывают на номинальное рабочее напря- жение, на которое рассчитано реле, например реле АШ2-220 предназначено для работы в цепях переменного тока с напряже- нием 220 В, АСШ2-12— при напряжении 12 .В и т. д. 58
200 витков 240 витков Рис. 4.8. Схема включения реле АОШ2-180/0,45 и 12 32 52 72 11 31 51 71 73 33 53_ 73_ 22 62 82 21 41 61 81 нумерация контактов Рис. 4.9. Схема включения реле АОШ2-1 тов реле АШ2-110/220 59
Конструкция электромагнитной системы реле АШ2 аналогич- на конструкции реле АНШ2. Контакты представляют собой брон- зовые пружины с наклепами из металлокерамического сплава. Применяют три разновидности малогабаритных аварийных штепсельных реле — АШ2, АСШ2 и АПШ. Все аварийные реле име- ют металлокерамические контакты, увеличенный зазор между ни- ми и предназначены для переключения цепей большой мощности. Реле АШ2-12/24 выдерживают не менее 50 000 переключений, а АСШ2-12/24 — не менее 100 000 переключений цепей постоян- ного тока 4 А при напряжении 24 В. Реле АШ2-110/220 (рис. 4.10) и АСШ2-110/220 выдерживают такое же число пере- ключений двумя последовательно соединенными тройниками цепей переменного тока 10 А напряжением НО В или цепей с напряже- нием 220 В при токе 5 А. Замкнутые контакты этих реле выдер- живают в течение 2 ч, не деформируясь, непрерывную нагрузку 15 А. Температура нагрева контактов при этом не превышает температуры окружающей среды более чем на 100 °C. В качест- ве выпрямителей в этих реле применены кремниевые диоды типа Д226, установленные под кожухом реле. Реле АСШ, кроме диодов, имеют кремниевые стабилитроны, включаемые последовательно с обмоткой. Наличие стабилитронов, открывающихся при достижении напряжения порога срабатывания и закрывающихся при снижении напряжения ниже порога срабаты- вания, позволяет получить более высокий коэффициент возврата (не менее 0,7 с учетом разброса параметров реле и стабилит- ронов) . Напряжение отпускания в соответствии с действующими тех- ническими условиями должно быть не менее 85% фактического напряжения срабатывания. В реле АСШ2 (рис. 4.11) применяют следующие типы стабилитронов: АСШ2-12—Д815Б; АСШ2-24— Д815Д; АСШ2-110—Д817В; АСШ2-220—2С930А. Реле АПШ применяют в питающих установках для переключе- ния на резервное питание в случае аварии основной питающей сети и изготовляют трех видов: АПШ-110/127 на номинальное напряжение 110 и 127 В переменного тока частотой 50 Гц; Рис. 4.11. Схема соединения обмоток и расположение контактов реле АСШ2 J2_ 52 72_ !L £L Il- ls Л 53. 13. вг л? у 5з_ S3. ♦ лсшг-п; лсшг-по 60
Рис. 4.12. Конструкция реле АПШ Рис. 4.13. Схема включения обмоток и нумерация контактов АПШ АПШ-г20, М1Ш-110/121,АПШ-1Ч 13 зз S3 73 21 61 81 1 ч малогабаритных реле 61
АПШ-220 на номинальное напряжение 220 В и АПШ-24 на номиналь- ное напряжение 24 В постоянного тока. Деталями реле (рис. 4.12) являются ручка 1, общий 2, фронтовой 3 и тыловой 4 контакты, кожух 5, основание 6, на- правляющий штырь 7, ярмо 8, катушка 9, сердечник 10, якорь 11. Электромагнитная система реле АПШ аналогична реле АНШ2. Фронтовые и тыловые контакты реле АПШ укреплены на ярме, а общие — на якоре. Контактная система для всех реле АПШ (рис. 4.13) одинакова — 2 фт. Реле АПШ имеет более мощные металлокерамические контакты, увеличенный зазор между ними и большее контактное нажатие. Контакты реле АПШ обеспечива- ют коммутацию цепей переменного тока 15 А при напряжении 220 В и постоянного тока 5 А при напряжении 220 В. Замкнутые контакты выдерживают, не деформируясь, нагруз- ку 25 А, при этом температура нагрева контактов не превышает 100 °C по отношению к температуре окружающей среды. Реле АПШ-24 не имеют выпрямителя и предназначены для работы толь- ко от постоянного тока. 4.4. Поляризованные и импульсные реле Поляризованные реле отличаются от нейтральных наличием в магнитной системе постоянного магнита. Они имеют поляризо- ванный якорь, который переключается из одного (нормального) положения в другое (переведенное) в зависимости от направле- ния (полярности) тока, протекающего по обмоткам катушек. По надежности действия они не отвечают требованиям реле I клас- са, поэтому при использовании в ответственных схемах правиль- ность их работы проверяется схемным способом. Поляризованное малогабаритное пусковое реле ПМПШ-150/ 150 применяют в схеме включения стрелочного электропривода совместно с реле НМПШЗ-0,2/220. Магнитная система поляри- зованного реле (рис. 4.14) состоит из катушек 1, надетых на сердечники 2; постоянного магнита 3 и поляризованного якоря 4. К якорю шарнирно прикреплена изоляционная планка 5, с помощью которой осуществляется переключение контактов. Усиленные контакты ну и пу снабжены магнитами дугогашения искры. При отсутствии тока в обмотках якорь остается и удержи- вается потоками постоянного магнита в том положении, в кото- ром он находился в момент выключения тока. Якорь реле (см. рис. 4.14) показан в нормальном положении. В этом состоянии общие контакты о замкнуты с нормальными контактами н. Магнитный поток Фп постоянного магнита 3 разветвляется по двум парал- лельным ветвям (как показано сплошными линиями) в виде потоков Фп! и ФП2- Эти потоки были бы равны, если бы якорь занимал среднее 62
1/V/ I/Л 1/2/ I/// WAWJ 132/,133 122/J23 112/.113 n n ГЧ Г 1 Рис. 4.14. Конструкция и нумерация контактов реле ПМПШ 150/150 положение. Однако якорь никогда среднего положения не занимает и всегда находится в одном из крайних положений (на рис. 4.14 в ле- вом). Благодаря увеличению воздушного зазора справа и уменьше- нию его слева поток левого сердечника превышает поток правого. За счет разности этих потоков ЛФП = ФП|—Ф„2 якорь удерживается в левом положении. Магнитный поток Фк, создаваемый катушками, всегда в одном стержне складывается с потоками постоянного магнита, а в другом — вычитается Для того чтобы якорь перебросился в правое положение, необходимо по обмоткам катушек пропу- стить ток такой полярности, чтобы магнитные потоки постоянного магнита и катушек складывались в правом стержне (в левом они будут вычитаться) За счет суммарного магнитного потока якорь реле перебросится в правое положение После выключения тока якорь остается в этом положении, так как теперь уже поток ФП2 будет превышать поток ФП| Для возвращения якоря в преж- нее положение необходимо пропустить ток другой полярности Реле ПМПШ-150/150 (ПМП-150/150) имеет четыре контактные группы (см рис 4 14), из них две — с усиленными контактами (контактная формула 2 нупу, 2 нп, усиленные контакты 111-112-113 и 141-142-143) Контакты поляризованного якоря нумеруются трехзначными числами Реле ПМПШ-150/150 рассчита- но на номинальное рабочее напряжение 24 В Обмотки его вклю- чаются раздельно При переводе стрелки в плюсовое положение положительный полюс источника питания подключается к выводу 4, а отрицательный — к выводу 2 Якорь реле занимает нормаль- ное положение, замыкаются контакты 111-112, 121-122, 131-132, 141-142 Если стрелка переводится в минусовое положение, 63
включается другая катушка положительным полюсом к выводу 1 и отрицательным — к выводу 3. Якорь занимает переведенное положение, замыкаются контакты 111-113, 121-123, 131-133, 141-143. Расстояние между усиленными контактами не менее 7,5 мм, между остальными — 5 мм. Каждый усиленный контакт обес- печивает не менее 100 000 переключений цепи постоянного тока 4 А при напряжении 240 В, а остальные контакты — цепи постоянного тока 2 А при напряжении 24 В. Замкнутые контак- ты выдерживают в течение 1 ч ток 15 А. Температура нагрева контактов при этом не превышает температуру окружающей среды более чем на 100 °C. Реле ПМП-150/150 без защитного кожуха имеет аналогичные характеристики и предназначено для установки в закрытых стрелочных релейных блоках. Номинальное рабочее напряжение реле ПМПШ-150/150 и ПМП-150/150 равно 24 В, поляризованный якорь переключается при напряжении 10—16 В. Поляризованное малогабаритное реле ПМШ-1400 не имеет уси- ленных контактов. Оно выполняет схемные зависимости и пере- ключения цепей постоянного тока до 2 А при напряжении 24 В или цепей переменного тока до 0,5 А при напряжении 220 В. Обмотки этого реле включаются последовательно. В двухпроводной схеме управления стрелкой широко приме- няют в качестве реверсирующих поляризованные пусковые реле с контактно-болтовым соединением ППР2-5000 и ППРЗ-140. Эти реле могут работать при колебаниях температуры окружающей среды от —50 до —|-60 °C и устанавливаются, как правило, в на- польных путевых коробках около стрелочного электропривода. Реле ППРЗ является одним из немногих реле ранних выпусков, которые по условиям работы не могут быть заменены современными малогабаритными реле. Напряжение переключения поляризованно- го якоря реле ППРЗ-5000 должно быть 15—25 В, а ППРЗ-140 — 2—4 В. Все контакты реле усиленные и обеспечивают не менее 200 000 включений и 50 000 выключений цепей постоянного тока 5 А напряжением 220 В с моторной нагрузкой. Расстояние между разомкнутыми контактами составляет не менее 7 мм. Импульсные поляризованные реле применяют в качестве путе- вых и их повторителей в импульсных рельсовых цепях, а также в некоторых других устройствах автоматики и телемеханики. Импульсные реле обладают высокой чувствительностью, что позволяет использовать их для работы от маломощных коротких импульсов тока определенной полярности. Они не отвечают тре- бованиям реле I класса надежности, поэтому в ответственных схемах, непосредственно обеспечивающих безопасность движения поездов, осуществляется непрерывный контроль притяжения и от- пускания якоря и переключения контактов. Например, в рельсо- вых цепях применяют специальные релейно-конденсаторные или релейные дешифраторы, обеспечивающие такой контроль. 64
Импульсные реле в зависимости от регулировки их магнитной системы могут срабатывать от токов разных направлений, переклю- чая якорь вправо или влево в зависимости от направления тока в обмотке (нейтральная регулировка) или от тока только одного направления (регулировка с преобладанием). Импульсные путевые реле имеют регулировку с преобладанием. Путевые реле имеют один переключающий контакт о-ф-т из металлокерамического сплава. Магнитную систему реле (рис. 4.15) образуют постоянный магнит 1 с полюсными наконечниками 2 и 4, якорь 3 и катушка 5. Полюсные наконечники и якорь выполнены из магнитомягкой стали, а постоянный магнит — из магнито- твердой. Средняя часть якоря находится внутри неподвижной катуш- ки 5. Нижняя часть якоря укреплена на неподвижной плоской пружине. Верхний конец якоря жестко связан с контактной пружи- ной 6 (общий контакт), которая в правом крайнем положении замыкается с тыловым контактом, а в крайнем левом — с фрон- товым. Реле имеет регулировку с преобладанием вправо, чтобы его якорь при прекращении тока в обмотке возвращался в исходное положение. Преобладание вправо в данном случае достигнуто более близким расположением правого верхнего и левого ниж- него полюсных наконечников. Магнитный поток Фп, создаваемый постоянным магнитом, проходит от северного полюса N к южному S через полюсные наконечники 2 и 4. Часть магнитного потока проходит также через якорь 3 и воздушные зазоры у правого верхнего и левого нижнего наконечников в виде дополнитель- ного потока ЛФ„. Поэтому общий магнитный поток в правом верхнем и левом нижнем зазорах превышает поток в левом верхнем и правом нижнем зазорах, и якорь занимает правое положение. В этом положении он удерживается также дополнительным усилием, созда- ваемым плоской пружиной. Чтобы якорь перебросился в левое положение, необходимо пропустить по обмотке ток такого направления, чтобы поток Фк, создаваемый обмоткой катушки (показан штриховой ли- нией), складывался в левом верхнем и правом нижнем зазорах. В правом верхнем и левом нижнем зазорах он будет при этом вычитаться. За счет суммарного потока Ф„ + Фк якорь переключает- ся в левое положение, в котором общий контакт замыкается с фронтовым. Для срабатывания реле необходимо, чтобы усилие, создаваемое потоком ЛФК, превышало усилие, создаваемое потоком ЛФП и реакцией плоской пружины. После выключения тока в обмотке якорь под действием усилия, создаваемого реакцией пружины, возв- ратится в исходное (правое) положение. При другом направлении тока в обмотке магнитный поток Ф. будет складываться с потоком постоянного магнита в правом верх- 3 Зак. 863 6 5
V о т Рис. 4.15. Схема импульсного реле Рис. 4.16. Конструкция реле ИМШ1 нем и левом нижнем зазорах, и якорь останется в прежнем (пра- вом) положении. Таким образом, при прохождении тока опреде- ленной полярности якорь реле действует так же, как и у нейтраль- ного реле. Однако принципиальное отличие состоит в том, что импульсное поляризованное реле работает только от импульсов определенной полярности и не срабатывает от импульсов другой полярности. Это свойство используется в импульсных рельсовых це- пях постоянного тока для защиты от тока смежной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков. В этом случае импульсное путевое реле срабатывает только от тока своей рельсовой цепи и не реагирует на ток смежной рельсовой цепи с другой полярностью. Для правильной работы в смежных рельсовых цепях делается че- редование полярности сигнального тока. Импульсное малогабаритное штепсельное реле ИМШ (рис. 4.16) состоит из постоянного магнита 2; катушки 3, внутри которой размещается якорь с подвижными контактами 6\ магни- топровода 4 с четырьмя полюсными наконечниками; регулировоч- ных винтов 1. Детали магнитной системы смонтированы на кор- пусе 7, якорь укреплен на металлическом основании 8. Кон- тактная система состоит из неподвижных контактов 5 и подвиж- ных 6, изготовленных из металлокерамической композиции марки СрКд-86-14. Контактная система рассчитана на 20 млн. переклю- чений электрических цепей постоянного тока 0,5 А при напря- жении до 16 В. Детали реле закрыты прозрачным колпаком с руч- кой (на рис. 4.16 не показаны). Между колпаком и основанием поме- щается уплотняющая прокладка. Импульсное малогабаритное штепсельное реле ИМВШ-110 ис- пользуется в качестве путевого реле в импульсных рельсовых 66
цепях переменного тока. Внутри этого реле на корпусе укрепле- на панель с выпрямителем, сос- тоящим из четырех кремниевых диодов. В остальном конструкция этого реле такая же, как и у реле ИМШ1. На практике используется лишь такое качество импульсного реле, как быстродействие, так как оно работает в импульсных и ко- довых рельсовых цепях перемен- ного тока 25, 50 и 75 Гц. Основное свойство имульсного Рис. 4.17. Схема включения обмоток и расположение контактов реле ИМШ1 и ИМВШ1-110 поляризованного реле — избирательность к направлению тока — здесь не используется, так как переменный ток поступает в обмотку через выпрямитель. Схемы включения обмоток реле ИМШ1 и ИМВШ-110 и располо- жение контактов показаны на рис. 4.17. Фронтовой, общий и тыловой контакты реле выведены соответственно на зажимы 13, 33, 53. Эта нетиповая нумерация контактов обусловлена конст- руктивным исполнением импульсных реле. Электрические харак- теристики импульсных путевых реле приведены в табл. 4.4. Реле ИМШ1-1700 применяют в качестве быстродействующего повторителя импульсного путевого реле; оно рассчитано на но- минальное рабочее напряжение 12 В. Ранее выпускались и находятся в эксплуатации импульсные реле ИР (нештепсельные). Путевые реле ИР1-0,3 и ИРВ-110 имеют такие же электрические характеристики, как соответст- венно реле ИМШ1-0,3 и ИМВШ-110. В системах диспетчерской централизации с полярными приз- наками кодов в качестве линейного применяют реле ИР5. Раз- личные модификации этого реле имеют нейтральную регулировку или регулировку с преобладанием. Таблица 4.4 Тип реле Сопротив- ление об- мотки, Ом Напряжение, В Ток, мА Род тока срабатывания отпуска- ния срабаты- вания отпуска- ния НМШ 1-0,3 0,3 280 135 Постоянный ИМВШ-110 но 2,0—2,3 1 — — » 3,2 2 — — Переменный ИМШ1-1700 1700 7,5 2,5 — — Постоянный 3* 67
4.5. Комбинированные реле Комбинированные реле представляют собой сочетание нейт- рального и поляризованного реле с общей магнитной системой. Они имеют нейтральный и поляризованный якоря. При прохожде- нии через обмотки тока любой полярности нейтральный якорь притягивается, в результате чего замыкаются управляемые им фронтовые контакты. Переключение поляризованного якоря и за- мыкание управляемых им контактов происходят в зависимости от полярности тока, протекающего через обмотки. Комбинированное реле является трехпозиционным, так как оно может находиться в трех различных состояниях: без тока, возбуждено током прямой или обратной полярности. Электромагнитная система комбинированного малогабаритно- го штепсельного реле КМШ (рис. 4.18) состоит из двух катушек /, надетых на сердечник 2 с ярмом 3; нейтрального якоря 6; постоянного магнита 4 и поляризованного якоря 5. Нейтральный и поляризованный якоря управляют связанными с ними контакта- ми посредством изолирующих планок 7 и 8. Если ток в обмотках реле отсутствует, то нейтральный якорь, не связанный с пото- ком постоянного магнита, находится в отпущенном положении; его общие контакты замкнуты с тыловыми контактами. При проте- кании по обмоткам тока любого направления нейтральный якорь притягивается и его общие контакты замыкаются с фронтовыми. Таким образом, нейтральный якорь комбинированного реле дей- ствует так же, как и якорь обычного нейтрального реле. Поляризованный якорь управляется магнитным потоком по- стоянного магнита и потоком, создаваемым обмотками катушек. При отсутствии тока в обмотках поляризованный якорь находит- ся в одном из крайних положений (на рис. 4.18 в левом). Магнитный поток постоянного магнита разветвляется по двум параллельным ветвям в виде потоков Ф„1 и Фп2. Благодаря меньшему воздушному зазору слева поток ФП| превышает поток Фп2 на ДФп, удерживая якорь в левом положении. При пропускании тока через обмотки катушек создается магнит- ный поток Фк, замыкающийся через сердечник по двум параллель- ным ветвям: через нейтральный и поляризованный якоря. Нейт- ральный якорь под действием этого потока притягивается. Поток постоянного магнита Фп2 и поток, создаваемый обмоткой катушки Фк, складываются с правой стороны и вычитаются с левой. Усилие, создаваемое суммарным потоком Фпг + Фк, превышает усилие, созда- ваемое с левой стороны потоком Фп,—Фк, поэтому поляризованный якорь переключается в правое положение, замыкая общие контакты поляризованного якоря с переведенными. После выключения тока поляризованный якорь остается в правом положении, так как теперь благодаря уменьшению воздуш- ного зазора справа и увеличению слева поток Фп2 будет превышать 68
Рис. 4.18. Схема и нумерация контактов комби- нированного реле КМШ Рис. 4.19. Схема управления огнями трехзначного светофора поток Фп1 на АФП. Усилие, создаваемое потоком АФП, будет удержи- вать поляризованный якорь в правом положении. Для того чтобы по- ляризованный якорь перебросился в первоначальное (левое) поло- жение, необходимо через обмотки реле пропустить ток другого направления. Таким образом, в комбинированном реле, как и в поляризованном, осуществляется сравнение двух потоков: по- стоянного магнита и потока, создаваемого катушками при про- пускании по ним тока. В одном из сердечников в зависимости от направления тока в катушках эти потоки складываются, а в другом вычитаются. Поляризованный якорь переключается в сто- рону сердечника, в котором складываются магнитные потоки. Зазор между нейтральным якорем и полюсами обеспечивается упорным штифтом на якоре. Таким же образом обеспечивается зазор между полюсами и поляризованным якорем. Контактная система реле (см. рис. 4.18) состоит из двух контактных групп на переключение 2 фт, управляемых нейтраль- ным якорем, и двух контактных групп на переключение 2 нп, управ- ляемых поляризованным якорем. Контактирующие части подвижных пружин поляризованного и нейтрального якорей и тыловых пружин нейтрального якоря изготовлены из серебра, контактирующие час- ти остальных контактов графито-серебряные. Контактная систе- ма рассчитана на переключение электрических цепей постоянного тока 2 А при напряжении 24 В или цепей переменного тока 0,5 А при напряжении 220 В. Электрические характеристики комбинированных реле приведе- ны в табл. 4.5. Здесь же приведены характеристики обычных (больших) штепсельных реле. Порядок срабатывания якорей комбинированных реле должен быть таким, чтобы вначале переключался поляризованный, а 69
Таблица 4.5 Тип реле Контакт- Активное сопротив- ление об- моток, Ом Напряжение, В притяже- ния нейт- рального я коря отпуска- ния нейт- рального якоря переключения поляризован- ного якоря перегруз- ки при испытании ная систе- ма КМШ-3000, 2 1500 40 12 12—22 100 КМ-300 КМШ-750 2 фт. 2 -,375 20 6 6—11 60 КМШ-450 2 нп, 2 а 225 16 4,5 4,5—8,5 40 КШ1-40* 2 -20 63 10 19—35 180 КШ1-80 2 40 45 8 15—27 160 КШ1-280 4 фт, 2 140 6.5 1,4 2,1—3,9 20 КШ1-600 4 нп 2 300 9,5 2,1 3,0—5.7 30 КШ 1-800 2 - 400 11,0 2,5 3,5—6,5 30 * Электрические характеристики реле даны в миллиамперах затем притягивался нейтральный якорь. В то же время поляри- зованный якорь не должен переключаться при напряжении ниже отпускания нейтрального якоря. Поэтому для срабатывания по- ляризованного якоря устанавливаются верхний и нижний преде- лы напряжения. Реле КМ-3000 и КМ-450 не имеют защитного кожуха и пред- назначены для установки в закрытых релейных блоках, в ос- тальном они аналогичны реле КМШ-3000 и КМШ-450. Обмотки реле включаются последовательно. При подключе- нии положительного полюса к выводу 4, а отрицательного — к выводу 1 поляризованный якорь занимает нормальное положение, замыкаются его контакты 111-112 и 121-122. При обратной по- лярности тока поляризованный якорь занимает переведенное поло- жение и замыкает контакты 111-113 и 121-123. В устройствах автоблокировки наряду с малогабаритными широко применяют обычные (большие) штепсельные реле, которые аналогичны по устройству, но более чувствительны (их мощность срабатывания в 2—3 раза ниже), что имеет значение при исполь- зовании этих реле в линейных цепях. Кроме того, у этих реле в два раза больше контактов (4 фт, 4 нп). Всем комбинированным реле присущ недостаток, заключаю- щийся в том, что при изменении полярности тока в обмотках изменяется направление магнитного потока, и в момент его прохождения через нулевое значение реле отпускает нейтраль- ный якорь. Этот недостаток ограничивает область применения комбинированных реле. Если использовать комбинированное ре- ле для управления огнями трехзначного светофора (рис. 4.19, а), то при смене желтого огня на зеленый или наоборот происходит проблеск красного огня на светофоре. В этой схеме при отсутствии тока в обмотках реле (блок-участок занят) нейтральный якорь 70
находится в отпущенном положении, замкнуты его контакты 11-13, на светофоре горит красный огонь. При свободности одного блок-участка линейное реле (в ка- честве которого использовано комбинированное реле) возбужда- ется током обратной полярности, замыкаются контакты 11-12 нейтрального и 111-113 поляризованного якорей. На светофоре загорается лампа желтого огня. После освобождения второго блок-участка в линейном реле меняется полярность тока с об- ратной на прямую. Поляризованный якорь перебрасывается и замыкаются его контакты 111-112. На светофоре загорается зеле- ный огонь. Однако при изменении полярности тока в обмот- ках и магнитного потока в сердечниках в момент его прохожде- ния через нулевое значение реле кратковременно отпускает нейтральный якорь, замыкается тыловой контакт и на светофо- ре кратковременно появляется красный огонь, а затем нейтраль- ный якорь притягивается, замыкается фронтовой контакт и заго- рается зеленый огонь. Таким образом, смена желтого огня на зеленый происходит через красный огонь, т. е. появляется проблеск красного огня, что недопустимо, так как машинист, увидев непо- нятный сигнал, остановит поезд. Аналогичная ситуация создается и при обратной смене сигнала —с зеленого на желтый. Исключить этот недостаток схемным способом замедления на отпускание (например, с помощью конденсаторов) не пред- ставляется возможным, так как при смене полярности тока прохож- дение его через нулевое значение неизбежно. Для устранения указанного недостатка в схему управле- ния огнями светофора включается не контакт нейтрального яко- ря линейного комбинированного реле, а контакт его повтори- теля ПЛ (рис. 4.19, б). Последний имеет замедление на отпуска- ние якоря и при кратковременном отпускании нейтрального якоря реле Л удерживает якорь притянутым и проблеска красного огня не происходит. Можно обойтись и без дополнительного реле повторителя, если в качестве линейного применить комбиниро- ванное реле с самоудерживающей магнитной системой. Комбинированные реле в части работы нейтрального якоря и связанных с ним контактов отвечают требованиям, предъявляе- мым к реле I класса надежности. Правильную работу контактов поляризованного якоря необходимо проверять схемным путем, так как в части работы поляризованного якоря комбинированные реле не отвечают требованиям реле I класса надежности. 4.6. Самоудерживающие комбинированные реле Самоудерживающие комбинированные реле СКШ1-250 и СКР1- 270 применяют в системах автоблокировки постоянного тока в качестве линейных реле для управления огнями светофоров. Эти 71
реле, кроме нейтрального и поляризованного якорей, дополняются самоудерживающей системой, обеспечивающей удержание нейтраль- ного якоря в притянутом положении при изменении полярности тока в обмотках реле. Самоудерживающая система (рис. 4.20) включает в себя две вспомогательные обмотки 1 (на рис. 4.20 показа- на одна обмотка), надетые на сердечники основной магнитной системы и соединенные с удерживающими обмотками 2, которые помещены на сердечники 3 самоудерживающей магнитной системы с удерживающим якорем 4, жестко связанным посредством крон- штейна 5 с основным нейтральным якорем 6. При изменении полярности тока в основной обмотке 7, на- пример вследствие размыкания тыловых и замыкания фронтовых контактов путевого реле П, изменяется направление магнитно- го потока Фр (до переключения контактов реле П направление рабочего магнитного потока показано сплошной стрелкой). При уменьшении рабочего потока Фр от прежнего положительного (условно) значения до нуля во вспомогательной обмотке 1 наводится ток А такого направления, что создаваемый им поток Ф, в соответст- вии с законом электромагнитной индукции стремится поддерживать уменьшающийся магнитный поток Фр, т. е. магнитный поток Ф, совпадает с потоком Фр. После прохождения через нулевое значение магнитный поток Фр начинает возрастать, но направление его противоположно (показано штриховой стрелкой). Магнитный по- ток Фр наводит во вспомогательной обмотке ток Д такого направления, что создаваемый им магнитный поток Ф, по тому же за- кону электромагнитной индукции теперь уже будет препятствовать нарастанию основного магнитного потока, т. е. поток Ф, будет на- правлен навстречу основному потоку Фр. Таким образом, при уменьшении магнитного потока Фр от положительного значения до нуля и последующем возраста- нии от нуля до установившегося отрицательного значения ток Рис. 4.20. Принципиальная схе- ма самоудерживающего комби- нированного реле /у и магнитный поток Ф, не меняют своего направления. Ток Д, проходя- щий через обмотку 2 самоудерживаю- щей системы, создает в сердечнике 3 магнитный поток, под действием ко- торого притягивается удерживающий якорь 4. Так как последний жестко связан с основным нейтральным якорем 6, то тем самым обеспе- чивается его удерживание при сме- не полярности тока в рабочих об- мотках. При установившемся значе- нии рабочего тока нейтральный якорь притянут, магнитный поток не изме- няется, ток /у во вспомогательной об- мотке не наводится и самоудерживаю- 72
щая система не оказывает влияния на работу реле. Зазор между са- моудерживающим якорем и полюсами обеспечивается так же, как и для нейтрального и поляризованного якорей, путем укрепления на якоре антимагнитного штифта. Следует отметить, что нейтраль- ный якорь удерживается с помощью самоудерживающей системы только в случае смены полярности тока. При кратковременном раз- мыкании без перемены полярности удержание нейтрального якоря не происходит. Однако в моменты включения и выключения тока в основных обмотках индуцируется ток в дополнительных обмот- ках, за счет чего создается замедление как на притяжение, так и на отпускание. Электрические характеристики самоудерживаюших комбини- рованных реле СКШ1-250 и СКР1-270 приведены в табл. 4.6. Основные обмотки реле обоих типов включаются последова- тельно, а дополнительные — параллельно. Реле СКШ1-250 (рис. 4.21) имеет одну самоудерживающую обмотку, а реле СКР1- 270 (рис. 4.22) — две, включенные последовательно. В системах электрической централизации в схемах управления стрелочными электроприводами в качестве пусковых стрелочных реле применяют самоудерживающие комбинированные пусковые штепсельные реле СКПШ нескольких разновидностей. Для управле- ния стрелочными электроприводами с электродвигателями на 30 В постоянного тока применяют реле СКПШ1А-100 и СКПШ5-320, реле СКПШ4-160 используют для управления стрелочными элект- роприводами с электродвигателями на 160 В. Реле СКПШ1А и СКПШ5 имеют нейтральный и поляризованный якоря и дополни- тельную самоудерживающую систему (рис. 4.23). Нейтральные якоря основной и самоудерживающей систем жестко связаны между собой тягой. Таблица 4.6 Характеристика реле СКШ1-250 СКР1-270 Контактная система Сопротивление обмотки. Ом: основной дополнительной самоудерживающей Напряжение, В: 4 фт, 2 нп 250 0,86 0,6 4 фт, 4 нп 270 0,9 0,55 притяжения нейтрального якоря, не более 8,5 7,6 отпускания нейтрального якоря, не менее 1,8 2,6 переключения поляризованного яко- ря 3,5—5,5 2,0—3,5 Замедление на отпускание якоря, не ме- нее, с 0,2 73
4 3 2 1 Основная обмотка Обмотка само- удерживания Рис. 4.21. Схема соединения обмоток и нумерация контактов реле СКШ1-250 Основная обмотка обмотка самоудерживания Рис. 4.22. Схема соединения обмоток СКР1-270 Рис. 4.23. Конструкция самоудерживающей систе- мы и нумерация контактов реле СКПШ1А и СКПШ5 74
В отличие от самоудерживающего реле СКШ удержание нейт- рального якоря СКПШ при изменении полярности тока в основной обмотке (обмотке возбуждения) осуществляется вспомогательной обмоткой самоудерживающей системы. Эта обмотка включается параллельно основной обмотке через выпрямительный мостик, благодаря чему при изменении полярности тока в основной об- мотке направление тока во вспомогательной обмотке не изменя- ется. В этом случае дежурный по станции может возвратить остряки стрелки из промежуточного положения в первоначаль- ное нажатием кнопки и посылкой тока обратного направления в основную обмотку. Поляризованный якорь при этом переключает- ся, а нейтральный будет удерживаться за счет вспомогательной обмотки самоудерживающей системы. Применение вспомогательной обмотки, включенной параллель- но основной через выпрямительный мостик, обеспечивает надеж- ное удержание нейтрального якоря при изменении полярности тока в основной обмотке. Удержание нейтрального якоря стрелочного пускового реле необходимо не только при изменении полярности тока в его основной обмотке, но и в некоторых других случаях в зависи- мости от условий работы реле. Стрелочные кнопки не имеют фиксации нажатого положения: при снятии руки до окончания перевода стрелки цепь основной обмотки реле размыкается. Эта цепь может оказаться разомкнутой и контактом стрелочного пускового реле при начавшемся переводе стрелки и занятии подвижным составом стрелочного изолированного участка (при немаршрутизированном передвижении). В этих случаях реле долж- но удерживать якорь притянутым и начавшийся перевод стрелки не должен прекращаться до достижения остряками крайнего поло- жения. Для обеспечения этого самоудерживающая система имеет удерживающую (токовую) обмотку, включаемую в цепь рабочего тока электропривода. Эта обмотка имеет малое число витков и выполнена из провода с большой площадью поперечного сече- ния, так как рабочий ток электропривода равен примерно 10 А при местном питании и примерно 3 А — при центральном. Самоудерживающая система имеет также короткозамкнутую обмотку, создающую замедление на отпускание якоря примерно 0,2 с. Это замедление необходимо для удержания нейтрального якоря при кратковременных нарушениях рабочей цепи электро- привода: при переключении контакта автопереключателя в схе- ме управления спаренными стрелками, в случае переключения питания с основного на резервный источник и в некоторых других случаях. Реле СКПШ4-160 отличается от рассмотренных выше тем, что имеет две раздельные магнитные системы — нейтральную и поля- ризованную. Основные обмотки реле по 160 Ом каждая использу- ют для управления поляризованным якорем (рис. 4.24). Эти об- 75
a) J_ 2 3 4 12 32 + // 37 /7/ /3/ — U1 !£? 122 /42 121 W 23 43 123 143 ~~ — Рис. 4.24. Схема включения обмоток и нумерация контактов реле СКПШ4-160 J_ 2 3 4 '/2 Й + » 37 7/7 /37 /3 33 /73 /33 122 142 121 74/ 23 43 /23 /43 r_Jz_____ мотки имеют самостоятельные плюсовые выводы и включаются через вспомогательный контакт ВК нейтрального якоря. Поэтому поляризованный якорь переключается только после притяжения нейтрального якоря. Обмотка нейтрального якоря через диод подключается к выводам / и 3. Для удержания нейтрального якоря притянутым при размыкании обмотки возбуждения и начав- шемся переводе стрелки, а также при кратковременных переклю- чениях рабочей цепи электропривода нейтральная система имеет токовую обмотку, включаемую последовательно в рабочую цепь электропривода, и короткозамкнутую обмотку. В сущности реле СКПШ4-160 является сочетанием двух отдельных реле (нейтраль- ного и поляризованного с раздельными магнитными системами), размещенных в одном кожухе. Контактная система реле СКПШ всех типов состоит из двух тройников с усиленными фронтовыми контактами 2 фут, управляе- мых нейтральным якорем; двух тройников с усиленными контак- тами 2 нупу и двух неусиленных нормальных контактов, управ- ляемых поляризованным якорем. Усиленные металлокерамические контакты с магнитами дугогашения рассчитаны на переключения цепей постоянного тока 5 А напряжением 220 В, металлокерами- ческие контакты нейтрального и поляризованного якорей — на переключение цепей переменного тока 3 А напряжением 12 В, вспомогательные контакты (серебро-серебро) — на переключение цепей переменного тока 0,5 А напряжением 12 В. В более ранних системах электрической централизации при- 76
менялись и находятся в эксплуатации самоудерживающие комби- нированные штепсельные реле СКПШЗ, а также реле СКПР2 и СКПРЗ с контактно-болтовым соединением. 4.7. Кодовые реле КДР Кодовые реле КДР представляют собой электромагнитные ре- ле постоянного тока облегченного типа. Масса реле в зависи- мости от типа равна 470—960 г. По надежности действия они не отвечают требованиям, предъявляемым к реле I класса на- дежности, поэтому при применении этих реле в исполнительных электрических схемах, непосредственно обеспечивающих безо- пасность движения поездов, требуется обязательный схемный контроль отпускания и притяжения якоря. Наибольшее применение первоначально эти реле нашли в ко- довой аппаратуре диспетчерской централизации временного кода, откуда и появилось название этих реле. Эти реле широко ис- пользуют в дешифраторных ячейках числовой кодовой автоблоки- ровки, в дешифраторах автоматической локомотивной сигнализа- ции, в наборной группе реле систем маршрутно-релейной центра- лизации и во многих других устройствах. На основе кодовых ре- ле разработаны трансмиттерные реле для передачи в рельсы ко- довых сигналов автоматической локомотивной сигнализации. Магнитная система реле может быть неразветвленной (КДР1, КДР1-М и КДР2) в виде Г-образного сердечника и разветвлен- ной в виде П-образного сердечника (КДРЗ-М). Реле КДР5-М имеет разветвленную магнитную систему с большими размерами сердечника катушки. Буква М в обозначении реле указывает на замедленный характер работы реле. Реле типа КДР6-М — медленнодействующее, выполненное ана- логично реле КДР5-М с укороченной катушкой и якорем и катуш- кой для получения замедления на притяжение и отпускание якоря. Электромагнитная система реле КДР (рис. 4.25) состоит из сердечника 1, катушки 2, ярма 3 и пластинчатого облегченно- го якоря 6. Переключение контактов осуществляется бакелито- вой пластиной 5, жестко связанной с якорем. При притяжении якоря бакелитовая пластина поднимается вверх и размыкает ниж- ние (тыловые) и замыкает верхние (фронтовые) контакты с под- вижными контактами 4 (общими). Для исключения залипания яко- ря на нем имеется медный наклеп. У реле КДРЗ медный наклеп отсутствует, а для исключения залипания изогнут якорь для обеспечения воздушного зазора между притянутым якорем и сер- дечником. У реле КДР-5 и КДР6-М массивный упор из антимаг- нитного материала прикрепляют к нижней полке сердечника и выгибают якорь. 77
Рис. 4.25. Конструкция реле КДР с неразветвленной магнитной системой Контактная система реле КДР состоит из одной — пяти вер- тикальных колодок, набираемых из отдельных элементарных контактных групп. Каждой элементарной группе, состоящей из од- ной — трех контактных пружин, присвоен определенный номер. Контактная группа 1 предназначена для припайки вывода обмот- ки реле. Группы 2 и 3 нормально разомкнуты и замыкаются при возбуждении реле. Контактные группы 5 и 6 нормально замкну- ты и размыкаются при срабатывании реле. Группы 4, 7, 9 и О имеют полные тройники, т. е. работают на переключение. При этом группы 4 и 0 имеют мостовые контакты, у которых при притяжении якоря сначала замыкаются фронтовые контакты, а затем размыкаются тыловые, т. е. переключение осуществляется без разрыва цепи. Контакты в колонках разделяются изоляцион- ными прокладками. Контакты реле КДР обеспечивают 1 млн. ком- мутаций цепей постоянного тока 2 А напряжением 24 В или це- пей переменного тока 0,25 А при напряжении 220 В. При уменьше- нии указанных нагрузок на 50% реле обеспечивает 10 млн. коммутаций. Контакты реле КДР нумеруют трехзначными цифрами (рис. 4.26, а): первая цифра указывает номер колонки, в которой расположен контакт; вторая — номер контактной группы в колонке; третья — тип контакта: общий — /, фронтовой—2, тыловой—3. На- пример, фронтовой контакт, расположенный во второй контактной группе третьей колонки, обозначается 322. Здесь же для примера по- казано обозначение мостового контакта (тройник) 221-222-223. Реле изготовляют согласно паспортным данным, в которых указаны номенклатурные номера, сопротивления катушек, кон- 78
тактный набор, номинальное напряжение, электрические и вре- менные характеристики. В принципиальных и монтажных схемах дешифратора автома- тической локомотивной сигнализации контакты реле КДР нуме- руют со стороны монтажа по номеру колонки (первая цифра) и номеру контактной пружины в колонке, считая сверху. Колонки нумеруют слева направо. Например, контакт, расположенный во второй слева колонке на шестом месте (считая сверху), получа- ет номер 26 независимо от того, какой это контакт — общий, фронтовой или тыловой. В одной колонке может быть расположе- но не более семи контактных пружин. Применяют и другие систе- мы обозначений контактов. Реле КДР размещают, как правило, в ячейках или блоках. Монтажные провода присоединяют к кон- тактам реле горячей пайкой. В некоторых устройствах исполь- зуют реле КДРШ, имеющие штепсельное включение с соответствую- щей нумерацией штепсельной колодки (рис. 4.26, б). Реле типа УКДР имеют защитный кожух, а реле КДРТ — уси- ленную контактную группу. Для получения замедлений на притяжение и отпускание яко- ря, называемых в кодовых реле прямым и обратным замедлением, устанавливают катушки с медными каркасами, медные шайбы и втулки. Для получения прямого замедления медные шайбы разме- щаются со стороны якоря. Обратное замедление (на отпускание) от места расположения шайб не зависит. Таким образом мо- жет быть получено замедление до 0,5 с. Большие замедления до- стигаются установкой конденсаторов. В локомотивных дешифраторах АЛСН в качестве реле соот- ветствия используют специально разработанное для этого медленно- действующее реле СР. Реле по конструкции аналогично реле КДР, но имеет усиленную разветвленную магнитную систему с П-образным корпусом, полюсный наконечник диаметром 40 мм и две контактные группы 2 ф (или 1 ф,\ т), что позволяет получить замедление на отпускание (обратное замедление) 6 с без конденсато- ров и до 90 с с конденсатором 1000 мкФ. Воздушный зазор между притянутым якорем и сердечником достигается с помощью антимаг- И) 121 221 123^,223 112^7 111 т~ пз^ 211TV 213 322 *27 ^_321 '^чгз ^312 V t12 --311 411 £±313 £± 413 8 16 31 39 7 15 23 30 38 6 14 22 29 37 5 13 21 28 36 4 12 20 27 35 J 11 19 26 34 г 10 18 25 33 7 9 17 24 32 Рис. 4.26. Контактная система реле КДР 79
нитного наклепа на якоре и массивного упора из антимагнитного материала, прикрепленного к нижней полке корпуса. По надеж- ности действия реле СР близко к реле I класса надежности, поэто- му его используют в локомотивном дешифраторе в качестве реле соответствия, являющегося самым ответственным реле дешифратора, с помощью которого проверяется правильная работа других реле КДР, применяемых в дешифраторе. Использовать в качестве реле соответствия и реле конт- роля скорости в локомотивном дешифраторе более надежное реле I класса НМШ, НШ или HP не представляется возможным, так как эти реле не рассчитаны на работу в условиях вибрации. В ряде схем автоматики применяют кодовые реле с магнит- ной блокировкой КДРЗ-МБ и КДРШЗ-МБ. У этих реле после сра- батывания благодаря большому остаточному магнитному пото- ку сердечника якорь остается в притянутом положении без на- личия тока в обмотке. Для того чтобы реле отпустило якорь, необходимо воздействие тока обратной полярности определенно- го значения. Ток обратной полярности подается либо на дру- гую обмотку (в двухобмоточном реле), либо через резистор на рабочую обмотку (в однообмоточном реле). Эти реле являют- ся быстродействующими с разветвленной П-образной магнитной цепью, по своей конструкции они аналогичны обычным кодовым. 4.8. Трансмиттерные реле Трансмиттерные реле разработаны на основе кодовых реле типа КДРТ, они имеют усиленные контакты и используются для кодирования рельсовых цепей (передачи импульсов тока в рель- совые цепи). Трансмиттерные реле работают в наиболее тяжелых условиях эксплуатации. В системе числовой кодовой автоблокиров- ки они, как правило, работают в релейных шкафах в условиях изменения температуры и влажности воздуха в широких преде- лах, переключая значительные мощности (до 600 В-А) при реактив- ной нагрузке. В течение суток реле срабатывает примерно 150 тыс. раз, в год— примерно 500 млн. раз. Контактная система трансмиттерных реле (кроме типа В) имеет три контактные группы: одну среднюю на переключение с усиленным контактом и две крайние с обычными контактами (рис. 4.27). Одна из крайних групп работает на замыкание (фронтовой контакт), а другая — на размыкание (тыловой кон- такт). Неусиленные контакты используются в схеме дешифратор- ной ячейки числовой кодовой автоблокировки. Усиленные кон- такты выполнены из металлокерамического сплава марки СрКд- 86-14, контактное нажатие не менее 0,25 Н, переходное сопротив- ление контакта с учетом сопротивления проводов внутреннего 80
ТР-35 тр-зв TP-Z0005 Рис. 4.27. Схема включения и контактная система трансмиттерных реле монтажа должно быть не более 0,07 Ом. Для исключения вибрации усиленного контакта, возникшей при ударе общего контакта о фронтовой (что могло бы привести к многократному произволь- ному размыканию цепи и усиленному износу контакта), фронтовая пружина имеет упорную пластину. Имеется несколько типов трансмиттерных реле, отличающихся конструкцией, рабочим напряжением, исполнением контактов и схем- ным включением. Реле TP-ЗА, TP-ЗБ, ТШ1-65 и ТШ-65В рассчитаны на номинальное рабочее напряжение постоянного то- ка 12 В, а соответствующие им по конструкции реле ТР-2000 А, ТР-2000 Б, ТР-2000 В, ТШ1 -2000 и ТШ1 -2000 В с сопротивлением об- мотки 2000 Ом имеют выпрямительный мостик и предназначены для работы от переменного тока с номинальным рабочим напряжением НО В. У всех трансмиттерных реле постоянного тока внутри ко- жуха параллельно обмотке включен искрогасительный контур для защиты контактов трансмиттера (или реле, через которые включается трансмиттерное реле) от разрушения. Он состоит из конденсатора емкостью 0,5 мкФ и остеклованного резистора 300 Ом или из диода и резистора. У трансмиттерных реле всех типов (кроме В) внутри кожуха имеется также конденсатор емкостью 0,25 мкФ с рабочим напряжением 1000 В, который слу- жит для искрогашения на усиленном контакте и может быть включен в необходимых случаях перемычкой на плате трансмит- терного реле. Один из выводов конденсатора соединен с контак- 81
Рис. 4.28. Схемы кодирования рельсовых цепей том 11 усиленного тройника, а второй с выводом 22 (у реле ТР-2000) или 4 (TP-ЗБ). Для включения искрогасительного конден- сатора необходимо установить перемычку между выводами 22 (4) и 12. Если кодирование осуществляется тыловым контактом, то перемычку устанавливают между выводами 22 (4) и 13. Трансмиттерные реле имеют металлический или прозрачный сополимеровый кожух и разъемное контактное соединение (кроме реле TP-ЗА). Штепсельные реле ТШ размещают в кожухах от больших штепсельных реле НШ. Эти реле применяют в устройст- вах автоблокировки и электрической централизации со штепсель- ными реле НМШ. Реле (ячейки) TP-ЗВ, ТР-2000В, ТШ-65В и ТШ-2000В имеют дополнительную схемную защиту усиленных контактов от разру- шения, благодаря чему они более надежны в эксплуатации. Внутри кожуха этих реле помещено вспомогательное искрогаситель- ное реле И (рис.4.28, а), а последовательно с конденсатором С1 включен резистор R1 (40 Ом, 15 Вт), установленный вне реле (на рис. 4.28, б для сравнения приведена схема без дополни- тельной защиты). Вспомогательное искрогасительное реле И вклю- чается через тыловой контакт основного трансмиттерного реле, т. е. является его обратным повторителем (см. рис. 4.28, а). Тыловым контактом реле И шунтируется резистор в схеме коди- рования. В момент срабатывания реле Т и замыкания рабочей цепи реле И удерживает якорь на замедлении, и резистор R1 включен. Затем реле И отпускает якорь, и к моменту размыка- ния контакта реле Т резистор R1 оказывается выключенным. Таким образом, в процессе замыкания и размыкания контакта основного трансмиттерного реле с помощью вспомогательного искрогаси- тельного реле при каждом включении и выключении изменяются параметры контура С1—R1. Во время замыкания контакта основного трансмиттерного реле резистор R1 включен, ограничивая ток заряда, а при размыкании контакта он выключен. Такой режим работы контура является наиболее благоприятным для бездугового ком- мутирования рельсовых цепей. Параллельно обмоткам основного реле Т и вспомогательно- го И в реле TP-ЗВ (см. рис. 4.27) подключены искрогасительные контуры из диодов и резисторов. Контур у основного реле Т используется для коррекции времени отпускания якоря этого реле. При шунтировании резистора R3 внешней перемычкой за- 82
медление на отпускание увеличивается примерно на 0,02 с. В реле ТР-2000 В для коррекции времени замедления имеется до- полнительная обмотка. Замыкая эту обмотку внешней перемычкой 2-22, можно увеличить замедление на отпускание примерно на 0,02 с. Для обеспечения взаимозаменяемости трансмиттерных реле типа В и реле ранних выпусков основные цепи реле TP-ЗВ и ТР-2000В введены на те же зажимы, что и у прежних реле. При замене старого реле (например, TP-ЗБ) новым (TP-ЗВ) схема будет работать без дополнительной защиты. Для дополнения ре- ле этой защитой необходимо включить реле И (плюсовый зажим подключить к зажиму 4); последовательно с конденсатором С1 включить внешний резистор R1, параллельно резистору R1 включить тыловой контакт 41-43 реле И. Штепсельные реле ТШ-65В и ТШ-2000В предназначены для ис- пользования совместно с малогабаритными штепсельными реле. У этих реле основное и вспомогательное реле одинаковы, поэто- му они обозначаются 1Т и 2Т. Реле имеют усиленные контакты такого же типа, как и у реле TP-ЗВ и ТР-2000В. Любое из двух реле может использоваться самостоятельно в качестве реле Т или И. Включение реле с дополнительной защитой, а также па- раллельное соединение усиленных контактов осуществляются установкой соответствующих перемычек на плате реле. 4.9. Реле РЭЛ Реле РЭЛ по сравнению с реле НМШ имеет меньшие габариты и массу, более надежно в работе, поэтому их применяют в уст- ройствах железнодорожной автоматики и телемеханики взамен реле НМШ. Реле (рис.4.29, а) имеет два круглых сердечника 4, на каждом из которых размещены две катушки; катушки могут соеди- Рис. 4.29. Конструкция реле РЭЛ 83
няться последовательно или параллельно. Широкий якорь кла- панного типа 1 укреплен на призме Г-образного ярма 2. На якоре помещена пластмассовая планка 3, в которой зажаты кон- цы всех подвижных контактных пружин (общих контактов), рас- положенных в один ряд. При прохождении тока по обмоткам создается магнитный по- ток, под действием которого якорь притягивается к сердечни- кам 4. Связанные с якорем общие контакты о изгибаются, за- мыкая фронтовые ф и размыкая тыловые т контакты. Для исклю- чения залипания якоря на нем имеется антимагнитная пластина. Особенностью конструкции этого реле является также под- вижное крепление груза на якоре. В результате при вибрации корпуса реле груз свободно перемещается и не действует на якорь, контакты не размыкаются. Даже при опрокидывании реле якорь не перемещается. Штепсельный разъем реле исключает возможность установки другого типа реле. Это достигается за счет пластины 7 (рис. 4.29, б) с десятью кодовыми отверстиями, в которые входят соответствующие пять штырей со стороны платы реле. Число возможных комбинаций установки штырей определяется по закону сочетаний из десяти по пять и составляет 252 комбина- ции. Реле РЭЛ, как правило, имеет шесть контактных групп на переключение и два контакта на замыкание (6 фт, 2 ф). По своим электрическим характеристикам реле РЭЛ близки к реле НМШ, что позволяет в большинстве случаев применять их взамен реле НМШ. 4.10. Герконы В устройствах автоматики и телемеханики наряду с элект- ромагнитным реле все более широкое применение находят гер- метизированные магнитоуправляемые контакты (МК), называемые герконами. Геркон представляет собой контактные пружины 1 (рис. 4.30), выполненные из магнитомягкого материала, поме- щенные в стеклянную ампулу 2. Ампулу заполняют инертным га- зом или создают в ней вакуум. В обоих случаях практически отсутствует искрообразование и коррозия контактов. Контакты выдерживают до 108 срабатываний (при малых токах). Принцип действия МК заключается в том, что при наличии магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом или Рис. 4.30. Схема геркона 84
Рис. 4.31. Схема герконового реле КЭМ1 Рис. 4.32. Размеры герконов, КЭМ1 и КЭМ2 и герконового реле РЭС-44 электромагнитом, контактные пружины притягиваются друг к другу, соединяясь электрически. При отсутствии магнитного потока или снижении его ниже определенного значения МК размы- каются под действием сил упругости контактных пружин. Контактирующие поверхности контактных пружин покрывают тонким слоем (несколько микрон) благородного металла (золо- та, серебра, палладия, радия) или сплавов из них для обеспе- чения надежного соединения с малым переходным сопротивлением. Один или несколько герконов (МК), помещенных внутрь элект- ромагнитной катушки, образуют герконовое реле (рис. 4.31). Механические перемещения в герконовых реле минимальны (смеще- ние конца пружины на несколько десятых и даже сотых долей миллиметра). Поэтому чувствительность и быстродействие у этих реле намного выше, чем у большинства обычных электромагнитных реле. При этом масса (и стоимость) герконового реле в десят- ки раз меньше массы обычных реле. Геркон благодаря герметичности может работать в агрес- сивных и взрывоопасных средах и при температурах от —100 до +200 °C в любом положении по отношению к горизонтали. Существует несколько разновидностей герконов и герконовых реле. Их варианты могут отличаться формой и размером контак- тов и баллонов. Выпускают МК на замыкание (фронтовой контакт), на размыкание (тыловой контакт) и на переключение (тройник). Основной частью герконов, выполняющей функции магнитопро- водов, контактов, якоря и упругих элементов, являются конта- ктные пружины. Поэтому из принципа действия герконов следу- ет, что контактные пружины должны обладать высокой электро- проводностью и магнитной проницаемостью, малой остаточной индукцией и достаточной упругостью. Кроме того, по технологи- ческим соображениям необходимо, чтобы материал пружин хорошо сваривался со стеклом, образуя вакуумный спай. Для изготовления пружин герконов в большинстве случаев используют пермаллоевые проволоки различных марок. 85
Герконы и герконовые реле просты по устройству, достаточ- но надежны в работе, характеризуются небольшими размерами (рис. 4.32) и массой, малой стоимостью. Поэтому их широко приме- няют в промышленной автоматике. К сожалению, герконы и герконо- вые реле не обладают свойствами реле I класса надежности, что в значительной степени ограничивает их применение в устройствах железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов. Не исключается возможность замыкания кон- тактов из-за снижения жесткости контактных пружин и сварива- ния контактирующих металлических поверхностей. В железнодорожной автоматике герконы можно применять в устройствах, неправильная работа которых не связана непосред- ственно с безопасностью движения поездов. В случае их исполь- зования в ответственных схемах должен обеспечиваться непрерыв- ный контроль правильности замыкания и размыкания контактов. Разработаны герконы для переключения силовых цепей боль- шой мощности (токи до 15 А при напряжении 220 В); их назы- вают герсиконами. Разновидностью герконов являются жидкометаллические (в частности, ртутные) магнитоуправляемые контакты. В реле ИВГ, применяемом взамен ИМВШ-110, применен жидкометаллический (ртутный) магнитоуправляемый геркон МКСР-45181, коммутаци- онный ресурс которого более чем в 10 раз превышает этот по- казатель для обычных («сухих») контактов. Этот геркон (рис. 4.33) состоит из стеклянной оболочки 5, в которую помещены (впаяны) неподвижные 4 и 3 и подвижная 1 плоские контакт-детали из магнитомягкого металла. При воздействии магнитного потока под- вижная контакт-деталь перемещается, размыкая тыловой и за- мыкая фронтовой контакты. Для обеспечения стабильного и низкого переходного сопротивления и износостойкости контактов в зону кон- тактирования 2 при работе геркона по капиллярам подвижной контакт-детали постоянно поступает ртуть из резервуара, помещен- ного внизу оболочки. Смачивание контактов ртутью обеспечивает их длительную и надежную работу в условиях эксплуатации. Герметичная оболочка геркона заполнена водородом под давлением 1,7-10б Па для обеспечения электрической прочности зазора (0,7 мм), равной не менее 2500 В. В реле ИВГ применена магнитная система нейтрального реле, состоящая из катушки, ярма и сердечника, на полюсном нако- нечнике которого закреплена втулка с герконом. В реле ИВГ предусмотрена возможность включения обогрева на зимний пери- од, так как при температуре —38 °C и ниже происходит замерза- ние ртути. Для этого в корпусе реле установлен резистор 18 Ом, 10 Вт с выводами на контакты 12 и 32, к которым при необходимости подключается источник переменного тока напря- жением 12—14 В (рис. 4.34). 86
Рис. 4.33. Схема жидкометалли- ческого (ртутного) магнитоуп- равляемого геркона МКСР- 45181 Рис. 4.34. Расположение контактов и схема включения обмотки реле ИВГ Для облегчения режима коммутации применен искрогасящий контур, состоящий из резистора и конденсатора. Для его вклю- чения устанавливают перемычку между выводами 13 и 72 на штепсельной розетке. В случае коммутации переменного тока перемычку не устанавливают, так как через искрогасящий кон- тур образуется обходная цепь. Все детали реле ИВГ размещают на плате реле НМШ. Электрические характеристики реле по пере- менному току частотой 50 Гц: напряжение срабатывания 2,6— 3,2 В, напряжение отпускания якоря не менее 2,0 В. Гер- коновый контакт реле обеспечивает не менее 5-108 переклю- чений электрических цепей постоянного тока при напряжении 6 В и токе 0,5 А. Для сравнения отметим, что реле ИМВШ-110 обеспечивает 2 • 107 переключений. Реле ИВГ не относится к реле I класса надежности. Поэто- му оно, так же как и реле ИМВШ-110, может применяться в схе- мах, в которых неправильная работа контактов не приводит к опасным отказам. Правильность работы контактов должна прове- ряться схемой дешифратора. Полное сопротивление обмотки реле ИВГ и потребляемая мощность такие же, как и у реле ИМВШ-110. Поэтому эти реле являются взаимозаменяемыми. После установки реле ИВГ в штепсельную розетку взамен реле ИМВШ-110 необходимо измерить напряжение переменного тока на обмотке реле, которое должно быть в пределах, указанных в регулировочных таблицах. Затем проверяют правильность и устойчивость работы дешифратора при приеме кодовых сигналов КЖ, Ж и 3 и их отсутствии. Реле ИВГ проходят широкие эксплуатационные испытания на сети до- рог. На основании испытаний будет усовершенствована конст- рукция реле и технология изготовления герконов. 87
4.11. Реле ПЛЗ Поляризованные электромагнитные реле ПЛЗ имеют поляри- зующую и рабочую обмотки. Поляризующая обмотка непосредст- венно подключена к источнику питания постоянного тока и вы- полняет роль постоянного магнита; рабочая обмотка для воз- буждения реле подключается к источнику питания определенной полярности (рис. 4.35, а). За счет замкнутой системы проис- ходит взаимодействие двух магнитных потоков. Если направле- ние тока в обеих обмотках и создаваемые им магнитные потоки совпадают по направлению, они замыкаются внутри сердечника, якорь реле не притягивается. При противоположном включении тока в рабочей обмотке и достаточном его значении магнитные силовые линии «выталкиваются» и замыкаются через воздушный зазор и якорь 2 (рис. 4.35, б), последний притягивается, за- мыкая фронтовые контакты 1. Таким образом, при сохранении принципов работы нейтральных реле I класса надежности (от- пускание якоря за счет собственного веса) это реле приоб- ретает свойства полярночувствительного. В зависимости от по- лярности тока в поляризующей обмотке, постоянно подключен- ной к источнику питания, реле ПЛЗ реагирует на ток опреде- ленной (одной) полярности в рабочей обмотке. Это реле может применяться вместо поляризованного или комбинированного ре- ле в ответственных схемах, отвечающих требованиям I класса надежности. Комбинированные реле в части надежности ра- боты поляризованного якоря этим требованиям не отвечают. Вместо одного комбинированного реле устанавливают два реле ПЛЗ, одно из которых возбуждается от тока прямой полярности, а другое — от тока обратной полярности в цепи управления. Медленнодействующие на отпускание якоря реле имеют в обо- значении букву М. Например, ПЛЗМ-600/1300 обозначает поляри- 88
зованное реле с замедлением на отпускание якоря; сопротивле- ние рабочей обмотки равно 600 Ом, поляризирующей —1300 Ом. Конструктивно реле размещены в унифицированном корпусе размером 55X87X105 мм, масса реле не более 1,1 кг. Реле имеет плату избирательности, исключающую возможность непра- вильного подключения. Глава 5 РЕЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ТРАНСМИТТЕРЫ 5.1. Реле переменного тока В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики применяют следующие реле переменного тока: двухэлементные секторные реле ДСШ и ДСР, используемые в основном в качест- ве путевых реле; огневые реле ОР1, используемые для контро- ля целостности нитей светофорных ламп и включаемые последо- вательно с первичной обмоткой сигнального трансформатора; аварийные реле АР, АРП и АРУ, предназначенные для переключе- ния питания устройств на резервный источник при выключении основного источника питания. Огневые и аварийные реле переменного тока являются ус- таревшими типами реле, поэтому в данной книге их устройст- во и электрические характеристики не приводятся. Вместо них применяют нейтральные реле постоянного тока с выпрямителями ОМШ, АОШ, АПШ и АСШ, устройство и элетрические характерис- тики которых были рассмотрены в предыдущей главе. Двухэлементные штепсельные реле переменного тока ДСШ и нештепсельные ДСР широко применяют как путевые реле в рель- совых цепях переменного тока 50 и 25 Гц. В метрополитенах применяют реле ДСШ-2 в качестве путевых и линейных реле. Реле ДСШ и ДСР I класса надежности являются индукционными, работающими только от переменного тока. Принцип действия двухэлементного реле основан на взаимо- действии переменного магнитного потока одного элемента с током, индуцируемым в секторе переменным магнитным потоком другого элемента. В соответствии с законом электромагнитной индукции на проводник с током (сектор), помещенный в магнит- ное поле, действует сила, приводящая его в движение. Сектор реле поворачивается и переключает контакты. Сила, действующая на сектор, пропорциональна произведению токов местного и путе- вого элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними. Электромагнитная система реле ДСШ (рис. 5.1, а) имеет два элемента — местный и путевой. Местный элемент состоит из 89
сердечника 1 и катушки 2. На сердечнике путевого элемента 3 помещена катушка 4. Между полюсами сердечников расположен алюминиевый сектор 5. Ток, проходящий по местной обмотке, об- разует совпадающий с ним по фазе магнитный поток Фм, который индуцирует в секторе токи iM, отстающие по фазе от потока Фм на угол 90° (рис. 5.1, б). Под действием тока путевого элемента возникает магнитный поток Фп, индуцирующий в секторе токи i„. Взаимодействие индуцированных токов iM с магнитным потоком Фп создает вращающий момент Ml, а токов i„ с магнитным потоком Фм — вращающий момент М2. Под действием суммарного вращаю- щего момента М = М2-\-М1 сектор перемещается вверх и замыкает фронтовые контакты. При выключении тока в путевой или местной обмотке сектор возвращается в исходное положение (вниз) под дей- ствием собственного веса. Поворот сектора ограничивается сверху и снизу роликами, которые для смягчения ударов могут перемещаться в направляющих их держателях. Положительный вращающий момент и движение сектора вверх возможны только при определенном соотношении фаз между то- ками (напряжениями) путевого и местного элементов. Так как магнитные потоки Фп и Фм и индуцируемые ими в секторе токи «п и гм пропорциональны токам путевого и местного элементов, вращающий момент пропорционален произведению токов путевого и местного элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними: М — /n/Msin<p, где <р— угол сдвига фаз 1П и /м. Наибольший вращающий момент реализуется при угле сдвига фаз между токами путевого и местного элементов, равном 90°. Таким образом, токи и совпадающие с ними потоки путевого и местного элементов должны быть сдвинуты на угол 90°. Если Рис. 5.1. Принципиальная схема реле ДСШ 90
Рис. 5.2. Векторная диаг- рамма реле ДСШ бы катушки и сердечники путевого и мест- ного элементов были одинаковы, то и опе- режающие ток напряжения U„ и UM также были бы сдвинуты между собой на угол 90°. Однако из-за некоторого отличия характеристик катушек и сердечников пу- тевого и местного элементов UM опережает по фазе /м на 72°, a Un опережает по фазе /п на 65°. Поэтому напряжения UM и Un сдвинуты по фазе не на 90°, а на 97°. Практически для индукционных реле ДСШ и ДСР обычно задается такой угол сдвига фаз между напряжением местного элемента и током путевого элемента, при ко- тором реализуется максимальный вращаю- щий момент. Для реле ДСШ и ДСР при частотах сигнального тока 50 и 25 Гц для реализации максимального вращающего момента необходимо, чтобы напряжение местной обмотки опережало ток путевой обмотки на угол (162±5)°. Этот угол называется идеальным углом сдвига фаз. Напомним, что угол сдвига фаз между токами и магнитными по- токами путевого и местного элементов составляет при этом 90°. Идеальные фазовые соотношения характеризуются следующими углами сдвига фаз (рис. 5.2): 90° между токами и магнитными пото- ками путевого и местного элементов; 162° между током путевого и напряжением местного элементов; 97° между напряжениями путево- го и местного элементов. Если фазовые соотношения отличаются от идеальных, то для обес- печения работы реле и получения необходимого вращающего момен- та требуется увеличить напряжение U„ на обмотке путевого элемента до величины: " " cos (Т„-<Рд) ’ где <ри и фд — идеальный и действительный фазовые углы. Приведенная формула верна при фи>фд и фи<фд, так как функ- ция сойф одинакова при положительном и отрицательном углах. Практически в условиях эксплуатации угол расстройки не должен превышать 25—30°. При отклонении угла расстройки на ±30° вра- щающий момент изменяется незначительно. Так как cos 30°=0,867, то требуется увеличение напряжения на путевой обмотке на 13—14% по сравнению со случаем идеальных фазовых соотношений. При дальнейшей расстройке функции соз(фи — фд) изменяется более рез- ко, рельсовая цепь работает неустойчиво, так как дальнейшие незначительные возрастания расстройки приводят к заметному сни- жению вращающего момента и силы подъема сектора. При расстрой- ке 60° требуется увеличить напряжение на путевой обмотке в два 91
раза. При угле расстройки более 90° функция cos(<pH —<рд) изме- няет свой знак, поэтому вращающий момент становится отрицатель- ным (сектор стремится переместиться вниз). При изменении фазы на 180° (в случае перестановки проводов на обмотках путевого или местного элемента) вращающий момент, сохраняясь по значе- нию, изменяет направление (усилие на сектор будет направлено вниз). Если будет изменена фаза на обеих обмотках, то сохранится положительный момент. Для нормальной работы реле ДСШ и ДСР необходимо питание путевой и местной обмоток осуществлять от одной и той же фазы. Сдвиг фазы напряжения на путевой обмотке на 90—97° по отношению к напряжению на местной обмотке достигается в рельсо- вых цепях 50 Гц схемой питающего или релейного конца (включе- нием фазосдвигающего конденсатора), а в рельсовых цепях 25 Гц— путем начального жесткого смещения фаз напряжения на 90° преоб- разователей, питающих путевые и местные обмотки фазочувстви- тельных рельсовых цепей с реле ДСШ и ДСР. К местным обмоткам реле (кроме реле ДСШ-2) при частоте 50 Гц подводится напряжение 220 В, а при частоте 25 Гц—НО В. К местной обмотке реле ДСШ-2 подводится напряжение 110 В перемен- ного тока частотой 50 Гц. Фазочувствительные индукционные реле ДСШ и ДСР могут работать и при более высоких частотах сигнального тока. С увели- чением частоты сигнального тока индуктивное сопротивление обмо- ток возрастает примерно пропорционально частоте. Для сохранения мощности срабатывания SQp=U2/Z необходимо при увеличении частоты повышать напряжения на обмотках реле примерно пропор- ционально корню квадратному из значения частоты. Если же напря- жение на местной обмотке сохранять неизменным (220 В), то с ростом частоты напряжение на путевой обмотке необходимо повышать пропорционально частоте. На графике зависимости напряжения путевой обмотки реле ДСШ- 12 от частоты сигнального тока и неизменном напряжении (220 В) на местной обмотке (рис. 5.3) изменение частоты тока от 0 до 275 Гц вызывает возрастание напряжения на путевой обмотке примерно пропорционально частоте. При дальнейшем увеличении частоты нап- ряжение на путевой обмотке, необходимое для срабатывания реле, изменяется более резко. Это связано с более резким возрастанием потерь в сердечниках путевого и местного элементов. Учитывая, что напряжение на путевом элементе в нормальных условиях эксплу- атации по условиям техники безопасности и допустимым напряжени- ям на приборах не должно превышать 250 В, можно считать, что реле ДСШ-12 может работать при частотах сигнального тока до 375 Гц. Если изменить параметры обмоток и магнитопровода, то фазочувствительные реле могут работать и при более высоких частотах. 92
Рис. 5.3. График напряжения на путевой обмотке реле ДСШ-12 М3 ПЗилиЛЗ ДСШ-12, ДСШ-13 22 42 27 4/ 61_ 8£ 63 83 ДСШ-2 МЭ ПЭ или ЛЭ 31 72 11 52 71 82 51 62 13 22 33 42 21 23 4/ 45 61 81 63 83 Рис. 5.4. Контактная система реле ДСШ Контактная система ДСШ-2—4 фт, 2 ф, 2 т (четыре тройника, два фронтовых и два тыловых контакта) (рис. 5.4). С целью повыше- ния чувствительности (снижения мощности срабатывания) у реле ДСШ-12, ДСШ-13 и ДСШ-13А уменьшено число контактных групп. Эти реле имеют только два фронтовых 2 ф и два тыловых 2 т контакта. Фронтовые и тыловые контакты выполнены из графита с серебряным наполнением, общие (подвижные) — из серебра. Каждый контакт рассчитан на 100 000 переключений электрических цепей переменно- го тока 1 А при напряжении НО В с индуктивной нагрузкой. Масса реле без штепсельной розетки—6,14 кг (реле ДСШ-2) и 6,05 кг (реле ДСШ-12 и ДСШ-13). Двухэлементное секторное реле ДСР-12 с контактно-болтовым соединением является устаревшим, однако его применяют в условиях эксплуатации. При модернизации устройств это реле заменяют реле ДСШ. Реле ДСР-12 имеет четыре полных тройника (4 фт) (рис. 5.5). Местный элемент имеет две катушки, обмотки которых при напряже- нии 220 В, 50 Гц включают последовательно, а при напряжении / 2 5 4 5 6 ~ Кц кт ~ Рис. 5.5. Схема соединения обмоток и нумерация контактов реле типа ДСР-12 93
ПО В — параллельно. При частоте тока 25 Гц обмотки включают последовательно и на них подается напряжение ПО В; масса реле ДСР-12— 15 кг. Значения напряжения и тока отпускания сектора у всех типов реле ДСШ и ДСР должны быть не менее 50% фактически изме- ренных значений полного подъема, т. е. &в^0,5. Основным достоинством реле ДСШ и ДСР является надежная фазовая селективность (избирательность), поэтому эти реле, а также рельсовые цепи, в которых они использованы, называют фазочув- ствительными. Это свойство позволяет надежно исключить ложное срабатывание фазочувствительного путевого реле от источника тока смежной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков. Для этого в смежных рельсовых цепях переменного тока делают чередо- вание фаз (мгновенных полярностей) тока, а путевые обмотки реле включают так, что положительный вращающий момент и подъем сектора вверх происходят от тока своей рельсовой цепи. При замы- кании изолирующих стыков и попадании в путевой элемент тока смежной цепи сектор будет стремиться повернуться вниз. В процессе эксплуатации не допускается менять местами провода, подходящие к обмотке местного элемента, так как в этом случае путевое реле от тока собственной цепи работать не будет, а при замыкании изолирующих стыков может ложно возбудиться от тока смежной рельсовой цепи, чем создается угроза безопасности движения поездов. При всех переключениях, связанных с отсоединением кабельных жил, проводов от обмоток путевых трансформаторов, при замене реле ДСР (при замене реле ДСШ провода не отсоединяют) следует обязательно после окончания работы проверить правильность чередо- вания фаз в смежных рельсовых цепях. Достоинством фазочувствительных реле является также их на- дежная защита от влияния помех тягового тока, отличающихся по частоте от тока сигнальной частоты всего на несколько герц. Реле срабатывает оттока такой частоты, что и частота тока в обмотке местного элемента при определенных фазовых соотношениях между ними. При питании местной обмотки током частотой сом, а путевой— <вп, причем сом > соп, вектор тока местной обмотки /м будет как бы вра- щаться вокруг вектора /п с разностной частотой (частотой биений) а,, — <вп (рис. 5.6). В течение одного полупериода, когда угол между векторами /м и /п изменяется от 0 до 180°, будет создаваться положи- тельный вращающий момент М = /n/Msin(<BM — <вп), а в течение другого полупериода, когда угол между векторами /м и /п изменяется от 180 до 360°, будет создаваться отрицательный вращающий момент; при этих значениях аргумента функция sin(coM — <вп) становится отрицательной. Суммарный вращающий момент в течение периода равен нулю, и подъема сектора не произойдет. Однако если разност- ная частота незначительна и составляет не более 2 Гц, то сектор реле 94
Рис. 5.6. Векторная диаграмма нап- ряжения реле ДСШ при различных частотах тока в обмотках путевого и местного элементов начинает реагировать не на суммарный вращающий момент, а на его мгновенные значения. В этом случае в течение положительного полупериода при достаточном напряжении сектор поднимается вверх и замыкаются фронтовые контакты, а в течение отрицательного полупериода сектор опускается вниз и замыкаются тыловые контак- ты, т. е. сектор реле будет периодически подниматься и опускаться. При разностной частоте выше 2 Гц инерционность сектора не позво- ляет ему совершать частые колебания, и он начинает дребезжать. Положение сектора при различных значениях разностной частоты — (оп будет следующим. Разность частот тока нуте- Положение сектора вой н местной обмоток Частота тока в обмот- Верхнее ках совпадает, сдвиг фаз на реле соответству- ет нормативному Разность частот тока, Гц: 0,3 Движется, занимая ниж- нее и верхнее положения (в верхнем положении на- ходится ие более 2—3 с) 1 Быстро движется (в верх- нем положении находится менее 0,5 с) 3 То среднее, то нижнее не доходя до верхнего ролика 4—30 Вибрирует в иижнем по- ложении Более 30 Нижнее При разностной частоте 5 Гц и более наблюдается значительное дребезжание сектора, однако фронтовые контакты при этом не замы- каются. Поэтому нужно считать, что реле надежно защищено от токов помех, если последние отличаются по частоте от сигнального тока на ±5 Гц и более независимо от абсолютных значений частот сигнала и помехи. Такая относительно высокая частотная селективность реле наряду с его фазовой селективностью придает ему преимущества, благодаря которым реле ДСШ и ДСР получили широкое распространение, несмотря на их громоздкость и большое потребление энергии по сравнению с реле других типов. 95
При применении рельсовых цепей с фазочувствительными реле предъявляют более жесткие требования к источникам питания. Для обеспечения определенных фазовых соотношений и выполнения чередования мгновенных полярностей в смежных рельсовых цепях (сдвига фазы на 180°) путевые и местные обмотки реле всех рельсо- вых цепей на станции должны быть включены в одну фазу от одного и того же центрального источника питания. Эти же требования предъявляют и к резервному источнику питания. Если рельсовые цепи получают питание от автономных источников, то должна применяться специальная схема фазирования источников питания. 5.2. Трансмиттеры Маятниковый трансмиттер МТ-1 применяют для импульсного питания рельсовых цепей постоянного тока. Он вырабатывает импульсы тока с интервалами между ними: длительность импульсов и интервалов одинакова и равна 0,24—0,3 с. Основными частями маятникового трансмиттера (рис. 5.7) явля- ются электромагнитная система, ось с шайбами и маятником и кон- тактная система. Электромагнитная система состоит из двух сердеч- ников 1 с полюсными наконечниками, между которыми помещен якорь 2. На ось якоря насажены маятник 3 и гетинаксовые шайбы 4, 5 и 6, которые переключают контакты. На сердечники помещены Рис. 5.7. Принципиальная схема маятникового трансмиттера МТ-1 катушки Л7 и К2. Якорь насажен на ось так, чтобы в спокойном поло- жении маятника ось якоря не сов- падала с магнитной осью Ml и М2. В этом положении кулачковой шай- бой 4 замкнут управляющий кон- такт У/G При включении тока якорь 2 под действием магнитного поля поворачивается против часовой стрелки, стремясь занять положение по оси М1-М2. Вместе с якорем по- ворачиваются маятник и кулачковые шайбы 4, 5 и 6. Управляющий кон- такт при этом размыкается и раз- мыкает цепь питания обмоток. Маят- ник по инерции продолжает замед- ленное движение за счет запасенной кинетической энергии, затем под дей- ствием силы тяжести маятник вместе с осью и якорем начинает дви- жение в обратном направлении. Проходя исходное (среднее) поло- жение, шайба 4 замыкает контакт УК, включая обмотку. Однако 96
Рис. 5.8. Схема соединения обмоток, нумерация контактов трансмиттеров МТ и нумерация контактов и диаграмма длительности импульсов и интервалов маятник по инерции еще продолжает движение, затем движение возобновляется против часовой стрелки. При прохождении якоря через среднее положение снова замыка- ются контакты УК, и обмотки включаются. Якорь вместе с маятни- ком получают дополнительное усилие. Таким образом, за счет энергии источника питания при каждом прохождении среднего по- ложения маятник получает дополнительное ускоряющее усилие, устанавливаются незатухающие автоматические колебания. Транс- миттер МТ-1 совершает 95—115 колебаний в минуту. С такой же частотой замыкаются и размыкаются контакты 31-32 и 41-42. Через эти контакты в рельсовую цепь передаются импульсы тока. Трансмиттер МТ-2 имеет аналогичное устройство и отличается длительностью вырабатываемых импульсов и интервалов. Он совер- шает 40 + 2 колебаний в минуту, его контакт 31-32 замкнут и разом- кнут в течение (0,75±0,1) с, а контакт 41-42 замкнут в течение (1±0,05) с, а разомкнут в течение (0,54=0,1) с. В положении покоя контакт 41-42 замкнут, а контакт 31-32 разомкнут. Трансмиттер МТ-2 применяют в схемах включения светофоров для обеспечения мигающего режима горения ламп. Маятниковые трансмиттеры рассчитаны для работы от источников постоянного тока напряже- нием 12 и 24 В. При напряжении 12 В обмотки сопротивлением по 300 Ом каждая соединяют параллельно (рис. 5.8), а при напряжении 24 В — после- довательно. Контакты маятниковых трансмиттеров изготовляют из металлокерамического сплава марки СрКд-86-14. Они обеспечивают 50 млн. включений цепей постоянного тока 2 А при напряжении 12 В. Для уменьшения износа контактов включены искрогаситель- ные контуры из резисторов и конденсаторов, размещенные внутри кожуха трансмиттера. Для получения мигающей сигнализации на светофорах использу- ют также однорелейный генератор импульсов (мигающее реле). 4 Зак. 863 97
Реле М (рис. 5.9) обычно применяют типа НМПШ2-400 с раздельным (встречным) включением обмоток катушек. При включении питания вначале ток проходит по обеим обмоткам: по нижней обмотке через резистор R1, а по верхней — зарядный ток конденсатора С. Так как обмотки включены встречно, реле не притягивает якорь. По мере заряда конденсатора ток через верхнюю обмотку уменьшается. Под действием тока нижней обмотки реле притяги- вает якорь, отключаясь от источника питания: начинается разряд конденсатора С через верхнюю обмотку (нижняя обмотка шутиро- вана собственным контактом). Ток в верхней обмотке теперь течет в обратном направлении, что способствует удержанию якоря. Кон- денсатор С одновременно разряжается на резистор R2. После разряда конденсатора реле М отпускает якорь, и начинается новый цикл работы. С помощью регулируемых резисторов R1 и R2 устанав- ливается необходимый режим работы реле. При нормальном режи- ме происходит 40—45 срабатываний в минуту. Схема мигающего реле получила широкое распространение в связи с повсеместным использованием мигающих огней светофоров. Однако за последнее время наблюдается тенденция к ограничению применения в схемах СЦБ электролитических конденсаторов, неус- тойчиво работающих в условиях эксплуатации, особенно при пони- женных температурах. Поэтому при новом проектировании схему ми- гающего реле с использованием электролитических конденсаторов не применяют. Кодовые путевые трансмиттеры переменного тока КПТШ служат для образования кодовых сигналов, используемых в системах число- вой кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигна- лизации. Трансмиттеры КПТШ-5 и КПТШ-7 используют в системе число- вой кодовой автоблокировки и АЛСН переменного тока 50 Гц, а КПТШ-8 и КПТШ-9 — при частоте сигнального тока 75 Гц. Про- должительность кодового цикла у трансмиттеров КПТШ-5 и КПТШ- 8 составляет 1,6 с, а у трансмиттеров КПТШ-7 и КПТШ-9 — 1,86 с. На станциях с импульсными рельсовыми цепями переменного тока 75 и 25 Гц для образования равномерных импульсов и интер- валов двух последовательностей применяют трансмиттеры КПТШ- 10, работающие от переменного тока частотой 75 Гц, и КПТШ-13, работающие от тока частотой 50 Гц. Рис. 5.9. Схема однорелейного гене- ратора импульсов 98
Автотрансформатор *>жг коОЖг =ожг =о ОЖ1 =о кжг =ООКЖ2 =о кж1 *>0КЖ1 Рис. 5. Ю. Схема соединения обмоток и контактная система трансмит- тера КПТШ В системе числовой кодовой автоблокировки с трансляцией импульсов, нашедшей незначительное применение, у входных свето- форов устанавливают трансмиттеры КПТШ-ll, отличающиеся тем, что кодовая шайба КЖ имеет один выступ, тогда как в трансмит- терах других типов она имеет два выступа. Основными частями трансмиттера (рис. 5.10) являются однофаз- ный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, редуктор, кулачковые шайбы и контактная система. Статор имеет две обмотки, смещенные в пространстве на угол 90°. Параллельно одной из обмо- ток у трансмиттеров, работающих от переменного тока 50 Гц, включен конденсатор емкостью 6 мкФ для расщепления фазы (у трансмит- теров, работающих от тока частотой 75 Гц, для этой же цели включен конденсатор емкостью 2 мкФ последовательно с обмоткой). Благодаря пространственному смещению обмоток и электрическо- му смещению тока в одной из них включением конденсатора при питании статора однофазным переменным током создается перемен- ное вращающееся магнитное поле, подобно вращающемуся магнит- ному полю трехфазных асинхронных двигателей. Переменное магнит- ное поле статора наводит ток в короткозамкнутом роторе. Взаимо- действие вращающегося магнитного поля статора с наведенным током ротора создает вращающий момент, и ротор (якорь) начинает вращаться. Частота его вращения при заданных параметрах дви- гателя пропорциональна частоте тока, питающего обмотки статора. 4* 99
При частоте питающего тока 50 Гц частота вращения якоря электро- двигателя равна 982 об/мин, а при частоте 75 Гц—1473 об/мин (в 1,5 раза выше). Во всех трансмиттерах применяют одинаковые электродвигатели. При вращении якоря через редуктор приводятся во вращение кодовые кулачковые шайбы, связанные с контактами. Редуктор снижает частоту вращения до 30,8 или 36,5 об/мин в зависимости от типа трансмиттера. С такой частотой вращаются кодовые шайбы КЖ, Ж и 3, которые имеют различное число выступов, отличаю- щихся длиной, что обеспечивает различную продолжительность за- мыкания и размыкания контактов, связанных с шайбами КЖ, Ж и 3, укрепленными на одной общей оси. Каждая шайба вырабатывает определенный кодовый сигнал: КЖ — с одним, Ж — с двумя и 3 — с тремя импульсами в кодовом цикле. За один оборот шайбы Тип транс- миттера Код Продолжительность импульсов и интервалов аоз КПТШ-5 3 КПТШ-8 Ж КЖ 035 |gZ2|ft22tog| 0221 Q57 КПТШ-7 КПТШ-9 кптш-ю КПТШ-13 3 Ж КЖ д/ Д2 038 \0,12\ 0,38 I_______0,72 _______________1^5______________ Д231 0,57 |Д23| 0,57 _____________________1£--- 103,—_______________________________ 035 |р/2| 024 \pjtiO241 0,79 Г05У~1о/?| 06 | 0,79 _______________1,86___________ 05 I 063 Г 05 I 0,63 _________________1,86____________ |Х 1.56 г[~ ОЖ1072Г^1Д?2| 0345 i012l 0345 Ю72^~ 0^ 0.345\012Г0346]012\0345\012\0345 \Щ2 1.86 _________________16__________ 035 10721022Ю/Яа»! 0,63 КПТШ-11 _________ ж КЖ Рис. 5.11. Графики кодовых сигналов трансмиттеров КПТШ 100
КЖ вырабатывается два кодовых цикла, а шайб Ж и 3 — один. Кодовые шайбы расположены выступами так, что большие интервалы кодовых циклов КЖ, Ж и 3 совпадают (вернее, совпадают моменты их окончания, а начало не совпадает из-за их различной продолжи- тельности). Такое расположение шайб улучшает условия работы устройств автоматической локомотивной сигнализации при смене ко- довых сигналов в рельсах, например при движении поезда к путе- вому светофору, когда желтый огонь меняется на зеленый. Графики кодовых сигналов, вырабатываемых трансмиттерами различных типов, приведены на рис. 5.11. Электродвигатель мощностью 16,5 Вт (при частоте 50 Гц) получа- ет питание от сети переменного тока напряжением 110 или 220 В. Напряжение 220 В подается на выводы 0 и 220 и понижается авто- трансформатором до ПО В. При питании от сети НО В напряжение подается на выводы 0 и НО. В трансмиттерах устанавливают постоянную перемычку между выводами 0 и Д независимо от значения питающего напряжения. Коэффициент полезного действия электродвигателя равен 0,3, cos<p= 1, потребляемый ток — 0,13 А при частоте питающего тока 50 Гц и 0,1 А при 75 Гц. Каждая кодовая шайба (КЖ, Ж и 3) имеет две пары контактов на замыкание, выполненных из серебра или металлокерамического сплава. Контакты трансмиттера не рассчитаны на коммутирование больших мощностей, поэтому непосредственно в рельсовую цепь не включаются. Через контакты трансмиттера включаются трансмиттер- ные реле, через усиленные контакты которых мощные кодовые сиг- налы передаются в рельсы. Трансмиттеры КПТШ-10 и КПТШ-13 имеют две кодовые шайбы и соответственно две группы контактов, вырабатывающих импульсы и интервалы двух последовательностей. Каждая шайба вырабаты- вает равномерные импульсы длительностью 0,345 с и интервалы длительностью 0,12 с. За один оборот шайбы вырабатывается четы- ре импульса и четыре интервала каждой последовательности. На- чало импульсов, образуемых второй кодовой шайбой, сдвинуто по отношению к импульсам, создаваемым первой шайбой, на 0,22 с, а интервалы между импульсами взаимно перекрываются. При пи- тании на станциях смежных рельсовых цепей импульсами первой и второй последовательностей обеспечивается схемный контроль короткого замыкания изолирующих стыков, так как в этом случае вместо импульсов в путевое реле начинает поступать непрерывный ток, и повторитель путевого реле не получает питания. С 1976 г. выпускались модернизированные кодовые трансмитте- ры КПТШ-5М, КПТШ-7М, КПТШ-8М, КПТШ-9М, КПТШ-ЮМ, КПТШ-ПМ и КПТШ-13М. Контакты 0КЖ1, ОЖ1 и 0КЖ2, ОЖ2 у этих трансмиттеров в отличие от КПТШ выведены на отдельные штыри разъема. 101
КЖ1А 0,32 0,58 1.38 0,34 Ц34 ж в» 1,1,86 >« w шт Ц34 ъА____ж__rfh а» v^m Ж2А w ем^йЬ »Л и, АмА Рис. 5.12. График кодовых сигналов, вырабатываемых ячейкой СКЯ1М С 1978 г. вместо указанных трансмиттеров выпускаются модер- низированные трансмиттеры соответственно КПТШ-515, КПТШ-715, КПТШ-815, КПТШ-915, КПТШ-1015, КПТШ-1115, КПТШ-1315. В этих трансмиттерах установлены электродвигатели АСОМ-220 напряжением 220 В взамен ранее применявшихся на напряжение 110 В с автотрансформатором. В остальном конструкции трансмит- теров и их электрические и временные характеристики идентичны. Для исключения ложного срабатывания путевого реле импульс- ной рельсовой цепи от кодового тока АЛС кодирование смежных станционных импульсных рельсовых цепей на линиях с электротя- гой переменного тока осуществляется кодами двух последователь- ностей с применением схемной защиты. Такие коды получаются путем преобразования равномерных импульсов двух последователь- ностей, вырабатываемых трансмиттером КПТШ-10 (КПТШ-13) с помощью счетно-кодовой ячейки СКЯ-1М. Ячейка формирует коды двух последовательностей: КЖ1, Ж1,31, и КЖ2, Ж2 и 32, сдвинутых по времени один относительно другого (рис. 5.12). На станциях участков с электротягой переменного тока при новом проектировании и модернизации устройств применяют непре- рывные фазочувствительные рельсовые цепи. В этом случае не требуется делать схемную защиту от замыкания изолирующих сты- ков, так как она обеспечивается самими путевыми реле ДСШ. Для кодирования рельсовых цепей используют трансмиттеры КПТШ- 515 и КПТШ-715. 102
Г л а в a 6 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ РЕЛЕ И ТРАНСМИТТЕРОВ 6.1. Техническое обслуживание приборов В устройствах автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте применяют значительное число реле и трансмиттеров, обеспечивающих нормальное функционирование систем регулирова- ния и обеспечения безопасности движения поездов. Для обеспе- чения надежного действия реле и трансмиттеров производят их осмотр и проверку на местах в соответствии с графиками техноло- гического процесса и Инструкцией по техническому обслуживанию устройств СЦБ. Проверку состояния реле и релейных блоков, установленных в отапливаемых помещениях, должен производить электромеханик один раз в год. Приборы, устанавливаемые в неотапливаемых помещениях, шкафах или трансформаторных ящиках, проверяют не реже двух раз в год. Пусковые, трансмиттерные, импульсные.реле, трансмиттеры, ко- довые релейные ячейки и блоки должны проверяться не реже одного раза в три месяца независимо от места их установки. Техническое обслуживание реле и трансмиттеров заключается в основном в периодическом наружном осмотре и чистке. Приборы необходимо немедленно заменить, если в процессе эксплуатации будут обнаружены отклонения их механических и электрических характеристик от установленных норм и технических условий или другие дефекты. При наружном осмотре реле проверяют целостность кожухов и пломб, обращают внимание на наличие трещин или коробления в платах, штепсельных разъемах и в других карболитовых деталях, изгиб или излом пружин в штепсельных разъемах. На наружных и внутренних металлических деталях не должно быть следов корро- зии и нарушения гальванических покрытий. При осмотре внутрен- них деталей прежде всего проверяют состояние контактов и якоря (сектора) реле. К дефектам контактов относят сильное обгорание, наличие на них трещин и выщербин, полный износ контактирую- щей поверхности, обильное отложение угольной пыли, нарушение установленного межконтактного зазора и их неодновременное за- мыкание или размыкание. Особое внимание следует обращать на контакты трансмиттерных реле, круглосуточно коммутирующие большие мощности. У контактов этих реле должно обеспечиваться требуемое контактное нажатие и отсутствие вибрации контактов в момент замыкания. При правиль- ной работе контактов должно обеспечиваться заметное на глаз совместное перемещение пружин («провал»), когда контакт замыка- юз
ется до остановки якоря. При совместном перемещении пружина фронтового контакта должна отжиматься от упорной пластины, на которую она опирается при разомкнутом фронтовом контакте. У замкнутого фронтового контакта его пружина должна быть прижата к верхней упорной пластине, гасящей вибрацию. У реле TP-ЗБ и ТР-2000Б пружины укреплены на якоре, поэтому «провал» контактов можно определить только по изгибу подвижных пружин в момент их замыкания. На усиленном контакте не должно быть дугообразования и чрезмерного искрения, а также налетов на стекле и других частях реле (эти явления указывают на ненор- мальные условия работы контактов). Условия коммутирования в цепях переменного тока зависят от мгновенного значения тока в моменты размыкания и замыкания (если мгновенное значение тока проходит нулевое значение, то искрение не возникает даже при отсутствии каких-либо устройств защиты). Искрообразование наиболее интенсивно, когда коммутация совпадает с прохождением тока через амплитудное значение, поэто- му за работой контактов наблюдают в течение нескольких минут. При обнаружении неисправностей контактов, нечеткой работы якоря или заедания и перекоса его в осях сопряжения, а также при наличии отвалившихся винтов, гаек и других деталей реле срочно заменяют. Устанавливая штепсельные реле, необходимо следить за тем, чтобы направляющие штыри и контактные ножи входили в штеп- сельные розетки без перекоса и плотно закреплялись стяжными винтами. В контактных гнездах штепсельных розеток может скапли- ваться много пыли, перед установкой реле контакты розетки тща- тельно очищают щеткой, смоченной в спирте. После установки реле необходимо проверить надежность пайки провода к контактному ле- пестку. Внешнюю проверку состояния штепсельных розеток реле электро- механик должен производить два раза в год (весной и осенью) со стороны монтажа. При обнаружении следов ржавчины, окислов или прожогов между контактами или обмоточными выводами реле штепсельная розетка должна заменяться. Если реле установлены в неотапливаемых помещениях, кроме внешнего осмотра, измеряют остаточное напряжение на сигнальных, линейных, повторителях сиг- нальных и путевых реле. При наличии остаточного напряжения примерно 0,1 В и более розетку нужно заменить. Наружные части контактов реле HP, КР, ДСР и других нештеп- сельных реле по мере необходимости очищают от пыли щеткой. Стекла протирают чистой тряпкой. У реле этих типов проверяют на- дежность закрепления проводов под гайкой. Не допускается вклю- ченное в схему реле ставить на бок или вниз катушками, срывать пломбы, ставить реле без пломб, устанавливать не предусмотренные схемой перемычки, подключать постороннее питание к реле и вскры- вать кожух реле на месте установки. 104
В трансмиттерах проверяют правильность работы контактной системы и равномерный ход двигателя. Контакты при замыкании должны иметь совместный ход, наличие которого определяется по отжатиям фронтовой пружины от упорной пластины. Подшипники подвижных контактов должны непрерывно катиться по поверхности кодовых шайб. Искрение на контактах свидетельствует об отсутствии или ухудшении искрогашения на обмотках трансмиттерного реле. Равномерный и плавный ход трансмиттера проверяют по частоте вращения кодовых шайб. У трансмиттеров КПТШ-5, КПТШ-8 и КПТШ-11 она должна быть 37,5 об/мин, а у других трансмиттеров— 32,5 об/мин. Уменьшение частоты вращения, неравномерный ход, толчки, стук, скрип, повышенная температура нагрева корпуса свидетельствуют о нарушении нормальной работы трансмиттера. В этом случае целесообразно проверить напряжение трогания двигателя, которое должно быть не более 60 В. При обнаружении неисправностей, нарушающих нормальную работу трансмиттера, его необходимо заменить. Особое внимание следует обращать на приборы, размещаемые в напольных релейных шкафах и в путевых ящиках. Они подвергаются атмосферным воздействиям и вибрациям при прохождении подвиж- ного состава, что вызывает преждевременный износ контактов и креплений деталей реле. Кроме того, при резких изменениях темпе- ратуры и наличии большой влажности возможно обмерзание кон- тактов и нарушение вследствие этого электрической цепи; в отдель- ных районах возможны примерзания контактов и даже якоря. Для исключения этих явлений в релейных шкафах допускается применять электрический подогрев включением в холодное время ламп накаливания мощностью 25—40 Вт; шкафы должны иметь герметичное уплотнение. В путевых ящиках, в которых размещают реверсирующие реле ППРЗ, для электрического подогрева можно включать резисторы мощностью 15—20 Вт, сопротивлением 100 Ом. Разработаны релейные шкафы с термостабилизацией, в которых электрический подогрев при достижении установленной отрицатель- ной температуры включается автоматически с помощью специаль- ного датчика температуры. Такие шкафы необходимы прежде всего при размещении в них полупроводниковых приборов и других элементов, параметры которых изменяются от температуры окружаю- щей среды. При техническом обслуживании необходимо следить, чтобы реле и трансмиттеры своевременно проверялись в ремонтно-технологи- ческих участках (РТУ). Необходимо регистрировать проверки и ремонты приборов. Трансмиттеры, трансмиттерные и импульсные реле, де шифраторные ячейки проверяют ежегодно; реле с поля- ризованной магнитной системой, пусковые, двухэлементные, нейт- ральные нештепсельные реле, работающие в импульсном режиме, реле с выпрямителями, термические — один раз в три года, нейтраль- ные штепсельные реле — один раз в 10 лет, нейтральные реле нештепсельного типа — один раз в 15 лет. 105
Для отдельных реле, работающих в трудных режимах (большое число срабатываний, предельные токи и напряжения и т. д.), началь- ник дистанции сигнализации и связи может устанавливать более короткие сроки проверки, что оформляется соответствующим прика- зом по дистанции. При замене реле, прежде чем включить его в схему, электро- механик должен убедиться, что оно запломбировано и имеет табличку (этикетку) с датой проверки, отметкой соответствия его параметров требованиям технических условий и подписью лица, производив- шего проверку. Перед установкой следует несколько раз перевер- нуть прибор, осматривая, нет ли внутри него каких-либо посторонних предметов, выпавших деталей, обращая особое внимание на свобод- ное перемещение якоря (сектора) реле. Реле и трансмиттеры нужно заменять в свободное от движения поездов время. Заменяя тот или иной прибор, электромеханик должен точно установить, в каких цепях участвует данный прибор, чтобы не вызвать задержек в движении поездов. Замену приборов в станционных устройствах электромеханик должен производить последовательно, по одному. Штепсельные приборы заменяют по устному согласию дежурного по станции. Если на станции заменяют одновременно два или более приборов, а также при замене нештеп- сельных реле электромеханик делает запись в Журнале осмотра путей, стрелочных переводов, устройств СЦБ и связи и контактной сети (ДУ-46). Штепсельные реле, а также трансмиттеры и трансмиттерные реле со съемными платами дают возможность их быстрой и безоши- бочной замены, которая связана лишь с кратковременным разрывом электрических цепей действующих устройств. Замена нештепсельных реле и трансмиттеров более трудоемка. При такой замене необходи- мо соблюдать следующий порядок. Вновь устанавливаемое реле тща- тельно осматривают, снимают контргайки и гайки с шайбами с тех контактов, к которым будут подключаться монтажные провода. Необходимо убедиться в наличии бирок, проследить их соответствие фактическому монтажу, навесить недостающие бирки, установить на новом реле те перемычки, которые имеются на заменяемом ре- ле. После указанных подготовительных работ в свободное от дви- жения поездов время переносят монтажные провода со старого на новое реле и плотно закрепляют через шайбу основной гайкой и контргайкой. После замены прибора проверяют правильность вклю- чения его по монтажной схеме, а затем правильность работы схемы. При замене приборов в станционных устройствах правильность работы устройств, состояние контроля, соответствие положениям кнопок и рукояток проверяются электромехаником совместно с де- журным по станции. Если замена приборов в станционных устройст- вах регистрировалась, то после окончания работы делают запись «Ра- бота по замене реле закончена, правильность их действия проверена». 106
6.2. Проверка и ремонт приборов в ремонтно-технологических участках Наиболее прогрессивным методом технического обслуживания на современном этапе является индустриальный. Основой его внедрения является создание крупных баз технического обслужива- ния. Важнейшее звено такой базы — ремонтно-технологический участок дистанций сигнализации и связи (РТУ СЦБ) — создается на основе контрольно-испытательных и контрольно-ремонтных пунк- тов (КИП и КРП). РТУ предназначен для проверки и ремонта в специализирован- ных производственных помещениях реле и релейных блоков, транс- миттеров и дешифраторов, бесконтактной и измерительной аппарату- ры, защитных средств и инструментов, электродвигателей, трансфор- маторов, выполнения централизованной комплексной замены прибо- ров, ведения технической и технологической документации, выполне- ния работ по повышению надежности действия устройств. Конструкторским бюро Главного управления сигнализации и связи МПС (КБ ЦШ) разработана технология ремонта аппаратуры автоматики и телемеханики. Составлены технологические карты, в которых отражен весь объем работ и последовательность выполнения операций, приведены перечни используемых инструментов, приборов, приспособлений и материалов, рекомендации по регулировке, даны эскизы средств малой механизации, применяемых при ремонте, формы журналов для записи измеренных параметров приборов всех типов, указаны системы планирования и учета выполненных работ. Технология содержит рекомендации по размещению оборудо- вания и использованию основных производственных помещений, применению специализированного оборудования. Технология ремонта предусматривает соответствующую органи- зацию рабочих мест, приема, выдачи и хранения, первичной обработки, ремонта и регулировки, контрольной проверки отремонти- рованной аппаратуры. В РТУ, как правило, применяют типовой цикл движения аппара- туры. Снятые с объекта приборы доставляют в РТУ на специально оборудованном автомобиле или дрезине с дополнительной амортиза- цией: ящики с ячейками для приборов покрывают изнутри войло- ком, устанавливают на стеллажах с пружинами. Все операции, связанные с заменой и транспортировкой аппаратуры, регламенти- руются специальной инструкцией. Доставленные с линии приборы выгружают и направляют в спе- циальную комнату приема для очистки сжатым воздухом, после чего их регистрируют и отправляют в кладовую для хранения. При этом определяют внешнее состояние приборов, степень износа контактов. Такая проверка позволяет выявить случаи несоответствия режимов эксплуатации нормам, обратить на это внимание группы надежности дистанции и предупредить возможные отказы в аппара- 107
туре. Приборы в здании РТУ перемещают с помощью тележки, лиф- та или подъемника. Аппаратуру, предназначенную для ремонта, доставляют в комна- ту первичной обработки, где приборы вскрывают, очищают сжатым воздухом, заменяют неисправные стекла и катушки, чистят гайки и шайбы, окрашивают наружные части кожухов. После этого прибо- ры доставляют в комнату регулировки механических и электрических параметров. Рабочее место электромеханика-регулировщика организуется в соответствии с типовыми проектами, предусматривающими выбор последовательности и способы выполнения операций, определение норм затрат труда, обеспечение необходимых санитарно-гигиени- ческих условий. Рабочий стол должен быть удобной формы с тум- бочкой для установки ремонтируемых приборов. На столе сверху располагается стенд для измерения электрических параметров, осветительная лампа и световой экран. Внутри стола предусмат- ривают выдвижную панель с инструментом. В ящиках хранят техническую документацию, комплект технологических карт, запас- ные части и другие необходимые для работы материалы. Ремонт и проверку кодовых и маятниковых трансмиттеров, бес- контактной аппаратуры производят в отдельных помещениях. При проверке определяют механические и электрические харак- теристики приборов и в случае их отклонения от норм производят регулировку. К механическим характеристикам относятся физиче- ский зазор между полюсами и якорем, а у реле ДСШ и ДСР зазор между поверхностями сектора и полюсами; люфт якоря; контактное нажатие; расстояние между разомкнутыми контактами; совместный ход контактов. К электрическим характеристикам относятся напряжение (или ток) притяжения и отпускания нейтрального якоря, напряжение (ток) переброса поляризованного якоря, замедление на притяжение и отпускание якоря, переходное сопротивление контактов, сопротив- ление обмоток катушек, диэлектрическая прочность изоляции. Для измерения характеристик реле и трансмиттеров в РТУ имеются специально оборудованные стенды, в которых установлены необходимые измерительные приборы, штепсельные гнезда для под- ключения приборов и различного рода переключатели для быстрого перехода от одной измерительной схемы к другой. При проверке механических характеристик зазор меж- ду полюсами и якорем (между полюсами и сектором), а также рас- стояние между контактами определяют калиброванными щупами. При регулировке люфтов проверяют правильность вращения якоря, отсутствие заеданий и перекосов. Продольный и поперечный люфты якоря контролируют индикатором. Контактные нажатия определяют специальным прибором и регулируют подгибанием контактных пру- жин у их основания. 108
Рис. 6.1. Схема проверки характеристик реле постоянного тока Кобмотке испытуе - мого реле Для получения требуемых механических характеристик реле КДР расстояние между полюсами и якорем регулируют изгибанием якоря, расстояние между контактами — изгибанием упорных пру- жин. Люфт якоря вдоль оси сердечника регулируют изгибанием упорной пластины якоря. Окончательную регулировку контактной системы и зазоров производят в процессе проверки электрических характеристик. При проверке электрических характеристик напряже- ние или ток притяжения и отпускания нейтральных реле постоянного тока измеряют по схеме (рис. 6.1). Переменными резисторами R1 и R2 устанавливают напряжение перегрузки, обычно равное трех- кратному значению напряжения срабатывания. После этого плавно уменьшают напряжение до момента размыкания фронтовых контак- тов. Полученное значение напряжения принимается за напряжение отпускания. Затем напряжение уменьшают до нуля; цепь кратковре- менно размыкают, после чего напряжение повышают до момента притяжения якоря до упора. Показываемое вольтметром значение принимается за напряжение притяжения якоря. Далее переключа- телем П изменяют полярность тока в обмотках реле и в том же поряд- ке определяют характеристики реле при обратной полярности, кото- рые не должны отличаться более чем на 20% от значений, изме- ренных при прямой полярности. Электрические характеристики реле определяют по току, для чего используют измерительные приборы класса точности не ниже 2,5 для переменного тока и 1,5 для постоянного тока. Электрические характеристики определяют при температуре 20 °C. При изменении температуры окружающей среды от —40 до + 60 °C и влажности до 70% характеристики не должны отличать- ся более чем на 20—30% от значений, измеренных при температуре 20 °C (в зависимости от типа реле). Измерения при крайних значе- ниях температуры и влажности в условиях РТУ не проводят. Они обязательны при разработке новых реле, изменении конструк- ции, материалов, технологии изготовления и в некоторых других слу- чаях. Электрические характеристики комбинированных реле измеряют также по схеме, приведенной на рис. 6.1. На обмотки реле подают напряжение перегрузки, затем плавно уменьшают его до отпускания нейтрального якоря, фиксируя напряжение отпускания. После этого напряжение понижают до нуля, временно размыкают цепь и повыша- ют напряжение той же полярности до полного притяжения якоря, фиксируя по показанию вольтметра напряжение полного подъема 109
якоря. При той же полярности доводят напряжение до перегруз- ки, плавно уменьшают его до нуля и изменяют полярность цепи, после чего плавным увеличением напряжения определяют напряже- ние переключения поляризованного и полного подъема нейтрально- го якорей при обратной полярности. Затем снова повышают напря- жение до перегрузки, уменьшают его до нуля, изменяют поляр- ность цепи и плавным увеличением напряжения определяют напря- жение переброса поляризованного якоря при прямой полярности. Если электрические характеристики не соответствуют установлен- ным нормам, то изменяют контактное нажатие в пределах установ- ленных норм или регулируют воздушный зазор между полюсами сердечников и якорем в притянутом и отпущенном положениях. Уменьшением контактного нажатия понижают напряжения полного подъема и отпускания якоря. Увеличение контактного нажатия при- водит к увеличению напряжения полного подъема и отпускания якоря. Если напряжение полного подъема якоря больше требуемого, а напряжение отпускания находится в норме, необходимо уменьшить воздушный зазор между полюсами и якорем в отпущенном положе- нии. Если напряжение отпускания ниже требуемого, а напряжение притяжения находится в пределах установленных норм, то увеличи- вают зазор между якорем и полюсами в притянутом положении. Аналогично измеряют и регулируют электрические характерис- тики реле с выпрямителями. В этом случае на их выпрямительные столбики подают напряжение переменного тока. Кроме того, произ- водят испытания выпрямителей этих реле. Огневое реле дополнитель- но испытывают на устойчивость работы при включении последова- тельно с обмоткой реле первичной обмотки сигнального трансфор- матора СТ-3 или СТ-2А, вторичную обмотку которого нагружают на светофорную лампу 15 или 25 Вт. Испытания проводят при включении нити лампы как в горячем, так и в холодном состоянии. Переходное сопротивление контактов измеряют методов вольт- метра-амперметра при токе 0,5 А. За переходное сопротивление при- нимается среднее арифметическое значение трех последовательных измерений. Сопротивление обмоток реле постоянному току определя- ют измерительным мостом. но
Рис. 6.3. Схема измерения временных характеристик реле Диэлектрическую прочность изоляции между всеми токоведущи- ми и прочими металлическими частями проверяют, подключая ее к специальной высоковольтной установке напряжением 2000 В переменного тока частотой 50 Гц в течение 1 мин при мощности ис- точника не менее 0,5 кВ-А. Электрические характеристики двухэлементных секторных реле ДСШ и ДСР определяют по схеме (рис. 6.2). На местную обмотку подают номинальное напряжение 220 или ПО В переменного тока. На путевую обмотку напряжение подают через фазорегулятор, переключением которого устанавливают идеальный угол сдвига фаз между током путевого и напряжением местного элемента, определя- емого фазометром. С помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) и путевого трансформатора (ПОБС-ЗА или ПТ-25А) плавно повышают напряжение на путевом элементе и по показанию приборов определяют напряжение и ток прямого, а также полного подъема. Плавно понижая напряжение, определяют ток и напряжение отпус- кания. По показанию приборов определяют напряжение, ток и мощ- ность в цепи местного элемента. При регулировке импульсных реле с преобладанием якоря по специальной методике устанавливают нормативные воздушные зазо- ры между полюсными наконечниками и якорем. Временные характеристики реле измеряют электросе- кундомером по схеме (рис. 6.3). Электросекундомер ЭС рассчитан на работу от напряжения переменного тока 110 или 220 В. Для установки стрелок электросекундомера в исходное (нулевое) поло- жение имеется специальная кнопка. Для определения времени притяжения якоря вспомогательный переключатель устанавливают в положение Прит. Нажатием кнопки Кн возбуждают вспомогательное реле В, контактом которого на испытуемое реле ИР подается напряжение постоянного тока. Одно- временно другим контактом реле В включается обмотка электросе- кундомера. Последний начинает отсчитывать время до момента при- тяжения якоря и замыкания фронтового контакта 11-12 испытуемого реле, после чего обмотка электросекундомера шунтируется контак- том испытуемого реле, и электросекундомер останавливается. Время отпускания измеряется при положении переключателя Отп. При возбужденных реле В и ИР обмотка электросекундомера 111
зашунтирована контактом 21-22 реле В и 11-12 реле ИР. С момента размыкания Кн и обесточивания реле В шунт с обмотки электросе- кундомера снимается, и последний начинает отсчитывать время до момента замыкания тылового контакта 11-13 реле ИР, которым обмотка электросекундомера снова шунтируется, и электросекундо- мер останавливается. Отсчитанное электросекундомером время и бу- дет временем отпускания якоря. Изменяя схему включения электросекундомера, можно опреде- лять и другие временные характеристики реле, например время переключения контактов. Временные характеристики определяют по 10 замерам. Временные характеристики реле при необходимости регулируют изменением воздушного зазора и контактного нажатия в пределах установленных норм. На каждый отрегулированный прибор наклеивают этикетку, на которой указывают РТУ и шифр дистанции, наименование дороги, тип и номер прибора, подтверждение соответствия ТУ, дату проверки, подпись электромеханика, производившего регулиров- ку и проверку. Этикетку приклеивают внутри кожуха так, чтобы она была хорошо видна при наружном осмотре реле. Если она не видна, наклеивают вторую этикетку снаружи прибора. Поступившие с завода новые реле и блоки электромеханик- регулировщик имеет право проверить без вскрытия и при соответ- ствии электрических характеристик техническим условиям (ТУ) наклеить снаружи этикетку с обязательной отметкой в журнале электрических и временных характеристик. Отрегулированные приборы с вложенными этикетками в неза- пломбированном виде направляют электромеханику-приемщику для контрольной проверки. Контрольную проверку производят в следую- щем порядке: проверяют правильность сборки и крепления деталей, качество пайки, соответствие механических характеристик ТУ, на- девают и закрепляют кожух прибора, проверяют соответствие элект- рических характеристик ТУ на типовом стенде. Результаты измерений электромеханик-приемщик записывает в журнал и заверяет своей подписью. Затем прибор направляют электромонтеру для окончательного закрепления кожуха и подготов- ки к пломбированию. Если параметры приборов не отвечают ТУ, то такие приборы снова возвращают электромеханику- регулировщику. Если приборы отрегулированы и подготовлены к выпуску одним электромехаником-приемщиком, то принимает и пломбирует их дру- гой электромеханик-приемщик, который предварительно сверяет по журналу номер принятого и пломбируемого прибора. Таким образом, при ремонте приборов соблюдается принцип двойной проверки. Во избежание повреждения отпечатка или заливке гнезда мастика не должна выступать за его края. Приборы пломбируют опечаты- ванием двух гнезд по диагонали. 112
В порядке исключения разрешается производить ремонт, провер- ку и пломбирование бесконтактной аппаратуры и аппаратуры АЛСН одному электромеханику. Качество выпускаемых РТУ приборов контролирует старший электромеханик ежемесячной выборочной проверкой приборов, при- нятых каждым электромехаником-приемщиком. Разработанная технология содержит рекомендации по организа- ции централизованной замены приборов. Такую замену должна выполнять бригада из высококвалифицированных специалистов, хорошо знающих работу систем автоблокировки и электрической централизации. В обязанности этой бригады входят доставка прибо- ров на станции и перегоны, их установка взамен снимаемых, настрой- ка эксплуатационных характеристик и проверка режимов работы установленных приборов. В случае возникновения отказа выявля- ется причина неисправности прибора. Для перевозки приборов за бригадой закрепляют специально оборудованный автомобиль или дрезину. При централизованной замене приборов их учет ведет РТУ. Каж- дая партия приборов, направляемых на объект, должна иметь сопро- водительный документ — Ведомость комплектовки и доставки прибо- ров на комплексный объект. Своевременная замена приборов обес- печивается наличием в РТУ обменного фонда. Централизованная замена приборов способствует более четкому выполнению графика периодичности проверки и ремонта, четкой регистрации приборов на дистанции, повышению надежности дей- ствия устройств, снижению трудовых затрат при обслуживании устройств, улучшению условий труда обслуживающего персонала. Глава 7 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ 7.1. Общие сведения В железнодорожной автоматике и телемеханике все более широ- кое распространение получают устройства, выполненные на бескон- тактных элементах: диодах, тиристорах, транзисторах, магнитных элементах и др. Рассмотрим принцип действия наиболее часто применяемых по- лупроводниковых элементов. Их действие основано на свойстве крис- таллов и некоторых химических элементов резко изменять сопро- тивление (проводимость) в зависимости от действия внешних фак- торов и прежде всего от полярности и значения приложенного напряжения. Наибольшее распространение в качестве исходных ма- 113
териалов для полупроводниковых приборов получили германий и кремний, в меньшей степени селен. Кремниевые приборы обладают более широким температурным диапазоном и большим диапазоном рабочих напряжений, чем германиевые. Полупроводниковый диод германиевый или кремниевый представ- ляет собой элемент, сопротивление которого резко изменяется в зависимости от полярности приложенного к нему напряжения. Если напряжение приложено в проводящем направлении — от анода к ка- тоду, то сопротивление диода мало, и через него будет протекать ток, определяемый в основном сопротивлением нагрузки (на рис. 7.1, сопротивление нагрузки не показано). При обратной полярности приложенного напряжения сопротивление диода резко возрастает и составляет несколько сотен килоом. Падение напряжения на диоде в прямом направлении составляет 0,1—0,2 В для германиевых и 0,4—0,5 В для кремниевых диодов; обратный ток диодов, как прави- ло, не превышает 1 мА. В полупроводниковой технике применяются большое число диодов различных типов, рассчитанных на прямой ток от нескольких миллиампер до нескольких десятков ампер и на обратное напряжение от нескольких десятков до сотен вольт. Так, для кремниевых диодов Д226А, Д226Б, Д226В, Д226Г, Д226Д пря- мой ток составляет 50—400 мА, а обратное напряжение 50— 400 В; диоды Д242 рассчитаны на прямой ток до 10 А. В случае пре- вышения допустимых (паспортных) значений тока или напряже- ния диод может выйти из строя. При превышении прямого тока диод выходит из строя в основном вследствие перегрева, а при пре- вышении обратного напряжения наступает пробой полупроводни- кового слоя. Основными параметрами диодов являются максимальный вып- рямленный ток, максимально допустимое напряжение, прямое паде- ние напряжения, обратный ток и предельная температура. Электри- ческие параметры зависят от температуры, что присуще полупро- водниковым материалам. В справочной литературе обычно приво- дятся параметры для температуры +25 °C. Диоды применяются как выпрямительные и стабилизирующие элементы, в логических элементах, в цепях ограничения сигналов и в ряде других устройств автоматики. Стабилитрон, называемый также опорным диодом, предназначен для работы в области пробоя. Он используется обычно в электри- ческих схемах стабилизации напряжения (рис. 7.2). Нормальным (ра- бочим) напряжением для стабилитрона является обратное напря- жение. Рис. 7.1. Условное обозначение и вольт-амперная характеристика по- лупроводникового диода 114
Анод 2 J vd Управляющий Катод электрод Рис. 7.2. Схема включения стаби- литрона Рис. 7.3. Условное обозначение тиристора При превышении напряжения питания по сравнению с напряже- нием пробоя стабилитрона VD последний пробивается, после чего напряжение на нем практически не изменяется. В случае увеличения напряжения питающей батареи избыток напряжения гасится на бал- ластном резисторе /?б, а напряжение на нагрузке /?н, включенной па- раллельно стабилитрону, остается практически неизменным. При включении стабилитрона в прямом направлении он работает как обычный диод. Промышленность выпускает кремниевые стабилитроны на рабо- чие токи стабилизации от нескольких миллиампер до нескольких ампер и на напряжение от 3,3 до 180 В. Стабисторы используют в устройствах автоматики в качестве элементов, обладающих малыми и стабильными напряжениями ста- билизации. В отличие от стабилитронов они работают при прямом включении. Тиристор (рис. 7.3), называемый также управляемым диодом, представляет собой четырехслойный монокристалл; кроме анода и катода, он имеет управляющий электрод. Нормально тиристор зак- рыт, т. е. не пропускает ток от анода к катоду при подключении к нему положительного напряжения. Открывается тиристор при пропуска- нии по управляющей цепи (между управляющим электродом и като- дом) небольшого тока управления. После этого тиристор работает как обычный кремниевый диод, т. е. ток в цепи анода практически определяется только нагрузкой, причем он остается открытым и после размыкания управляющей цепи, если между анодом и катодом сохра- няется прямое напряжение. Падение напряжения на открытом тирис- торе составляет примерно 1 В. Открытый тиристор не может быть зак- рыт изменением управляющего тока; для его закрытия необходимо прекратить ток в цепи анод — катод или сделать анод отрицательным по отношению к катоду или кратковременно замкнуть тиристор. Чем выше напряжение на аноде, тем меньший ток управления требуется для открытия тиристора. При достаточно высоком напряжении на аноде тиристор может открыться самопроизвольно, без пропускания тока через управляю- щий электрод, т. е. теряется управляемость тиристора. Промышленность выпускает тиристоры на различные рабочие токи и напряжения. Динистор является переключающим диодом. Его волыг-амперная характеристика похожа на характеристику тиристора, но в отличие 115
от последнего он не имеет управляющего электрода, поскольку как и обычный диод имеет только два вывода. Внешне он выглядит как обычный кремниевый диод. Так же, как и тиристор, включенный динистор можно выключить, сняв с него прямое напряжение или кратковременно изменив его на обратное. Светодиод обладает способностью излучать свет при работе на прямой ветви вольт-амперной характеристики. Основными парамет- рами этого диода являются — сила света или мощность излучения, длина волны (или цвет) и диаграмма направленности излучения, т. е. распределением мощности излучения по углу отклонения от оси. Этот диод характеризуется также и обычными параметрами диодов: прямым напряжением, допустимым прямым током, допус- тимым обратным напряжением и т. д. В качестве исходных материалов для изготовления светодиодов используют арсенид галлия и фосфид кремния. Размеры светодиодов не превышают 2—3 мм (в бескорпусном оформлении). При работе на прямой ветви такой диод напоминает светящуюся точку. На осно- ве такой структуры изготовляют карбидо-кремниевые цифровые индикаторы. Индикатор имеет семь элементов, позволяющих при подаче прямого напряжения высвечивать 10 цифр — от 0 до 9. Вклю- чение той или иной цифры обеспечивается внешней коммутацией девяти выводов индикатора. Светодиоды обладают высоким быстродействием и экономич- ностью. В устройствах железнодорожной автоматики их пока приме- няют ограниченно, тем не менее их следует признать перспектив- ными, так как при прочих преимуществах они позволяют наглядно контролировать работу отдельных элементов схем. Светодиод, соединенный с фототранзистором, образует так на- зываемую оптронную пару (оптрон). Сигнал в оптроне передается с помощью изменения интенсивности излучения свето- диода с последующим восприятием этого излучения фототранзисто- ром, коллекторный ток которого зависит от освещения базы. К преи- муществу такого устройства можно отнести гальваническую развяз- ку между входным и выходным сигналами, что является сущест- венным для многих схем железнодорожной автоматики и телемеха- ники. Транзистор, или полупроводниковый триод, представляет собой трехслойный монокристалл, имеющий три вывода (электрода), ко- торые называют эмиттером, коллектором и базой. Переходы эмит- тер — база и коллектор — база проводят электрический ток в од- ном направлении — в сторону базового вывода, а в обратном нап- равлении они представляют большое сопротивление, т. е. эти пере- ходы аналогичны диодам. Переход эмиттер — коллектор нормально закрыт (не пропускает ток). Если же через цепь базы проходит ток, то переход эмиттер — коллектор открывается и при наличии напряжения между коллектором и эмиттером в этой цепи начинает протекать ток. Причем ток коллектора в В раз больше тока базы 116
Рис. 7.4. Схемы включе- ния транзисторов г) база 0----»— It Вход -----1------0 Коллектор Выход Эмиттер 0 (В —коэффициент усиления транзистора). При изменении тока ба- зы (вход) изменяется и ток коллектора (выход). Причем относитель- но небольшие изменения значения тока базы вызывают во много раз превышающие их значения тока коллектора (в десятки раз). На этом эффекте основано действие схем усилителей на транзисторах. В зависимости от способа включения сигнала (вход) и нагрузки (выход) различают схемы включения транзистора с общим эмитте- ром (рис. 7.4, а), общей базой (рис. 7.4, б) и общим коллектором (рис. 7.4, в). Наиболее часто применяют схему с общим эмиттером (ОЭ), так как она дает наибольшее усиление мощности сигнала. При та- ком включении транзистора усиливается как ток, так и напряжение сигнала. В схемах с общей базой (ОБ) усиливается только напряже- ние сигнала, усиление тока здесь отсутствует, так как практичес- ки ток сигнала и ток нагрузки в этом случае один и тот же. В схеме с общим коллектором (ОК) имеет место усиление тока, а усиление напряжения здесь отсутствует, так как напряжение на входе и вы- ходе практически одно и то же (напряжение на выходе ниже напря- жения на входе на значение падения напряжения на переходе эмит- тер — база). В устройствах автоматики и телемеханики наиболее часто тран- зисторы работают в режиме переключения, т. е. в процессе работы они находятся в двух состояниях: сигнал на входе отсутствует и транзистор закрыт; на входе имеется сигнал достаточного уровня и транзистор полностью открыт (насыщен). Выше были рассмотрены схемы включения транзистора типа р-п-р. Широко применяют также транзисторы (типа п-р-п), по- лярность включения которых является обратной (рис. 7.4, г). Это обусловлено другим чередованием типов проводимости в структуре монокристалла. В остальном принцип их действия аналогичен тран- зисторам типа р-п-р. Для полного открытия (насыщения) транзистора типа р-п-р к базе необходимо приложить отрицательное (по отношению к эмитте- 117
ру) напряжение, а для насыщения транзистора типа п-р-п к базе необходимо приложить положительное (относительно эмиттера) на- пряжение 0,3—0,8 В. Широкое применение находят так называемые интегральные микросхемы (ИМС), которые представляют собой целые функциональные схемы, сосредоточенные в одном моно- кристалле. Интегральная микросхема состоит из множества компо- нентов (резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов и т. п.), изготовленных в едином технологическом цикле. Применение ИМС позволяет значительно уменьшить размеры и массу электронных уст- ройств, упростить проектирование и монтаж, повысить надежность действия системы автоматики и телемеханики, снизить их стоимость и потребление электроэнергии. Полупроводниковая ИМС обычно представляет собой кристалл кремния, в поверхностном слое которого по специальной технологии сформированы области, эквивалентные элементам электрической схе- мы (резисторам, конденсаторам, диодам, транзисторам) и соедине- ния между ними. Применение интегральных схем позволяет в тысячи раз повысить плотность размещения элементов схемы, в одном корпусе размещает- ся целая функциональная схема. Использование стандартных схем в стандартных корпусах уменьшает стоимость системы автоматики из- за упрощения построения схем, выполнения межэлементных соеди- нений и снижения затрат ручного труда. Эти преимущества ИМС наиболее эффективно реализуются в сис- темах, в которых применяется большое число стандартных схем, например в вычислительных машинах. Промышленность выпускает стандартные ИМС, предназначенные для выполнения разнообразных функций. Это аналоговые (выполняющие непрерывное преобразо- вание сигнала) и цифровые (логические) схемы. К ним относятся уси- лители, генераторы, стабилизаторы, преобразователи, детекторы, триггеры, дешифраторы и т. д. 7.2. Бесконтактные реле Трансмиттерное реле ТШ-5 (рис. 7.5) имеет переключающее устройство на тиристорах VS1 и VS2, предназначенное для комму- тации тока рельсовых цепей частотой 25, 50 и 75 Гц при напряжении до 250 В и мощности до 500 В-А. Амплитуда предельно допустимо- го коммутируемого напряжения не должна превышать 400 В, при более высоком напряжении тиристоры могут открываться без управ- ляющего сигнала, т. е. теряется их управляемость. Детали реле размещены в корпусе реле НШ. Внутри кожуха имеется реле Р типа КДР1, контакты которого используются в схеме включения дешифраторной ячейки и в цепи управления тиристорами. Реле управляется контактами трансмиттера КПТ. Диод VD17 и резистор R5 образуют искрогасительный контур. 118
/Г рельсовой цепи. П Т --------г'"'1------0XZ20 Рис. 7.5. Электрическая схема реле ТШ-5 Ток рельсовой цепи коммутируется тиристорами VS1 и VS2. В интервалах кода цепь управления тиристоров разомкнута, и они не проводят ток. В импульсах замыкается контакт трансмиттера КПТ срабатывает реле Р, замыкая контактом цепи управления тиристоров. При положительной полярности тока на аноде тиристора VS1 ток управления проходит по цепи: ПХ220, диод VD6, резистор R4, фронтовой контакт реле Р, управляющий электрод тиристора VS1, катод VS1, фронтовой контакт контрольного реле К, первичная обмотка путевого трансформатора ПТ, 0X220. Под действием тока управления тиристор VS1 открывается и пропускает положитель- ную полуволну переменного тока. При отрицательной полуволне переменного тока тиристор VS1 будет закрыт, так как на его аноде будет отрицательное по отношению к катоду напряжение. В этот полупериод напряжение положительной полярности будет на аноде тиристора VS2 и по его цепи управления будет протекать ток: 0X220, обмотка трансфор- матора ПТ, фронтовой контакт реле К, диод VD5, контакт реле Р, цепь управления тиристора VS2, ПХ220; тиристор VS2 открывается и пропускает вторую полуволну переменного тока. Таким образом, на все время импульса, пока замкнута цепь управления тиристоров, последние, поочередно открываясь, пропускают переменный ток, который через трансформатор ПТ поступает в рельсовую цепь. После окончания импульса и размыкания цепи управления за- крытый тиристор больше не открывается, а открытый тиристор закрывается во время прохождения переменного тока через нулевое значение. Оба тиристора оказываются закрытыми, и ток в рельсо- вую цепь не поступает до момента следующего замыкания цепи управления. 119
Для исключения посылки в рельсовую цепь непрерывного тока в случае пробоя одного из тиристоров установлено контрольное реле К. Оно получает питание во время интервалов кода от диодно- го моста, который подключен параллельно тиристорам. Для непре- рывного удержания якоря реле при импульсном питании парал- лельно обмотке реле включены электролитические конденсаторы С1 и С2. В случае пробоя одного из тиристоров или обоих одновре- менно напряжение переменного тока на входе моста исчезает, реле К отпускает якорь и контактом размыкает цепь питания рельсовой цепи. При включении реле ТШ-5 контрольное реле К. первоначально получает питание через собственный тыловой контакт и дополнитель- ную нагрузку, состоящую из резисторов R2 и R3. После срабатыва- ния реле К подключается рельсовая цепь, а резисторы R2 и R3 отключаются. В тех случаях, когда непрерывный ток не представляет опасности ложной работы устройств, контрольное реле не устанавли- вают. Бесконтактный коммутатор тока БКТ предназначен для выполне- ния тех же функций, что и реле ТШ-5. Схема БКТ (рис. 7.6) содер- жит два силовых диода VD1 и VD2, тиристоры VS<? и VS4, раздельные диоды VD5 и VD6 в цепях управления тиристоров, резисторы R1 и R2, подключенные параллельно входам тиристоров, и нелиней- ный резистор (варистор) R3. Диод VD1 и тиристор VS3, соединенные встречно и параллельно, образуют несимметричный ключ переменного тока. Диод VD2 и ти- ристор VS4 образуют другой аналогичный ключ. Оба ключа соеди- нены последовательно друг с другом и имеют среднюю точку (вывод 33). Выходом БКТ являются выводы 11(12) и 71(72). Резисторы R1 и R2 установлены для стабилизации работы схемы при изменении температуры окружающей среды и отклонении токов включения (управления) тиристоров. Варистор R3 включен для защиты диодов от пробоя при воздействии импульсных помех с большой амплитудой. Рис. 7.6. Принципиальная схема БКТ 120
При разомкнутой цепи управления (выводы 33 и 53) тиристоры VS5 и VS4 закрыты, переменный ток между выводами 11 и 71 не проходит, так как тиристоры закрыты, а диоды VD1 и VD2 включены встречно. При замыкании цепи управления контактом реле Т (выводы 33-53) от положительной и отрицательной полуволн переменного тока поочередно открываются тиристоры VS4 и VS5, и переменный ток начинает проходить через открытые тиристоры. Если мгно- венная положительная полярность от трансформатора Т приложена к выводу И, то возникает цепь управления тиристором VS4-. ниж- ний вывод трансформатора Т, вывод И БКТ, диод VD1, вывод 33, контакт реле Т, вывод 53, диод VD6, выводы 51 и 52, управляющий электрод тиристора VS4, катод VS4, выводы 71 и 72, нагрузка (ДТ), реактор L, верхний вывод обмотки трансформатора Т. При достиже- нии током управления значения тока включения тиристор VS4 откры- вается и совместно с диодом VD1 пропускает ток нагрузки по цепи: обмотка трансформатора Т, вывод 11, диод VD1, тиристор VS4, выво- ды 72 и 71, нагрузка L, верхний вывод путевого трансформатора Т. При отрицательной полуволне переменного тока создается цепь управления тиристором VS5, он открывается и совместно с диодом VD2 образует рабочую цепь (через нагрузку) для отрицательной полуволны переменного тока. Таким образом, пока замкнута цепь управления (выводы 53-55), тиристоры, поочередно открываясь, пропускают переменный ток в нагрузку. После размыкания контакта Т цепи управления тиристорами размыкаются, при прохождении тока нагрузки через нулевое значение тиристоры закрываются и остаются закрытыми для следующего замыкания цепи управления контактом реле Т. При повреждении (пробое) тиристоров или диодов VD1 и VD2 теряется управляемость БКТ и в нагрузку (рельсовую цепь) будет поступать непрерывный переменный ток. Считается, что вероятность опасного отказа автоблокировки при этом мала, поэтому применяют прямое включение БКТ в цепь кодирования. Если же требуется надежно исключить возможность попадания непрерывного перемен- ного тока в рельсовую цепь в случае повреждения элементов БКТ, то потребуется установить контрольное реле и включать БКТ по схеме, аналогичной схеме включения ТШ-5. Разработан и проходит широкие эксплуатационные испытания бесконтактный трансмиттер БКПТ, предназначенный для применения взамен трансмиттеров типа КПТШ. В трансмиттере БКПТ для формирования и контроля правильности посылки кодовых сигналов применены интегральные микросхемы. Симметричный триггер является одним из наиболее распростра- ненных элементов автоматики. Схема симметричного триггера (рис. 7.7) выполнена на транзисторах VT1—VT2 типа р-п-р с резисторами /?к в коллекторных и /?б в базовых цепях. Триггер имеет два устойчивых состояния: в одном из них открыт транзистор VT1 и закрыт VT2, а в другом открыт VT2 и закрыт VT1. Каждое из этих 121
Рис. 7.7. Схема симметричного триггера Рис. 7.8. График работы триггера от сигна- ла переменного тока состояний триггер может сохранять неограниченно долго. Такой ре- жим работы схемы триггера создается благодаря наличию внутрен- них связей посредством резисторов Rc'. выход (коллектор) тран- зистора VT1 соединяется с входом (базой) транзистора VT2, а выход VT2—с входом VT1. При включении питания схема может принять любое из двух по- ложений: транзистор VT1 открыт, a VT2 закрыт, или VT1 закрыт, a VT2 открыт. В дальнейшем устойчивое состояние триггера будет обеспечиваться действием внутренних связей. Если, например триг- гер оказался в состоянии, когда транзистор VT1 открыт, a VT2 зак- рыт, то это состояние триггера будет устойчиво поддерживаться. Поскольку VT1 открыт, через него протекает ток, создается падение напряжения на резисторе /?см, поддерживая транзистор VT2 в зак- рытом состоянии, так как к базе транзистора VT2 через резистор /?б будет приложен положительный по отношению к эмиттеру запираю- щий потенциал. В то же время при закрытом транзисторе VT2 ток через него не протекает, поэтому на его коллекторе будет отри- цательный (открывающий) потенциал, который через резистор /?с приложен к базе транзистора VT1, поддерживая его в открытом сос- тоянии. Через базовую цепь транзистора VT1 протекает откры- вающий ток по цепи: ПБ, резистор /?см, переход эмиттер — база, резистор /?с, коллектор VT2, резистор RK и МБ. Этим током транзистор VT1 удерживается в открытом состоянии. Триггер переключается из одного состояния в другое подачей на его вход внешних сигналов. Необходимо хотя бы кратковременно закрыть ранее открытый транзистор или открыть ранее закрытый. После этого внешний сигнал может быть снят, а триггер будет устой- чиво сохранять свое новое состояние. Для закрытия транзистора необходимо на его базу подать поло- жительный (по отношению к эмиттеру) потенциал, а для открытия — отрицательный. Поэтому если сигналы поступают на общий вход (см. рис. 7.7), то для переключения триггера из одного состояния 122
в другое на вход должны поступать разнополярные импульсы: отри- цательный импульс будет открывать транзистор VT1, а положитель- ный закрывать его. Если же импульсы имеют одну и ту же полярность, то они должны воздействовать поочередно на базы транзисторов VT1 и VT2. Например, отрицательные импульсы будут поочередно открывать транзисторы VT1 и VT2; другой транзистор при этом автоматически переходит в противоположное состояние. Переключение триггера из одного состояния в другое происхо- дит только при достижении определенной амплитуды сигнала. Для открытия транзистора необходимо, чтобы отрицательный потенциал сигнала превышал запирающий потенциал, создаваемый схемой триггера, благодаря наличию обратных связей. Для закрытия тригге- ра необходимо, чтобы положительный потенциал сигнала превышал отрицательный, создаваемый схемой. В системе частотной автоблокировки и АЛС симметричный триг- гер используется в приемных путевых и локомотивных устройствах в качестве быстродействующего импульсного реле с высоким коэф- фициентом возврата. В этом случае на его вход из рельсовой цепи (в локомотивных устройствах — с приемных катушек) поступает сигнал в виде непрерывного переменного тока. Каждая полуволна переменного тока воспринимается триггером как импульс той или другой полярности. При одной полуволне принимаемого сигнала переменного тока триггер занимает одно из устойчивых состояний, а при другой полуволне — другое (рис. 7.8). Триггер переключается только при достижении амплитуды сигна- ла некоторого порогового значения, а при снижении амплитуды сиг- нала ниже этого значения переключение прекращается. Коэффициент возврата триггера близок к единице. На его выходе (между коллек- тором транзистора VT2 и плюсовым зажимом) появляются импуль- сы напряжения, следующие с частотой сигнала только при напряже- нии в рельсовой цепи выше расчетного (t/cp)- Амплитуда выходных импульсов не зависит от значения входного сигнала, а определяет- ся лишь напряжением питания. При снижении входного напряжения сигнала ниже порога срабатывания триггер прекращает свою ра- боту и импульсы на его выходе отсутствуют. Рис. 7.9. Схема включения и график зависимости выходного напряжения от сигнала на входе бесконтактного параметрического реле 123
Бесконтактное параметрическое реле основано на свойстве воз- буждения колебаний в контуре путем периодического изменения его параметров (индуктивности или емкости). Чаще применяют бес- контактные параметрические реле, в которых под воздействием вход- ного сигнала изменяется индуктивность (нелинейная индуктивность). Индуктивность контура (обмотка W3) изменяется в схеме (рис. 7.9) при протекании тока по обмоткам возбуждения W1 и W2, которые включены встречно для исключения прямой трансформации тока в выходную обмотку W3. При возбуждении током частотой f индуктивность параметрического контура изменяется дважды за пе- риод (от положительной и отрицательной полуволн), т. е. с часто- той 2), и в контуре возбуждаются колебания частотой 2f. Параметри- ческие возбуждения нарастают лавинообразно (скачкообразно) при достижении входного сигнала определенного значения. Если входной сигнал снизить до некоторого уровня, то колебания прекра- щаются. Это свойство и позволяет использовать данную схему в качестве бесконтактного параметрического реле. Коэффициент возврата такого бесконтактного реле: KB=f/BX/f/BX,p«0,7, где UBX и б^вх.ср — соответственно напряжение срабатывания и отпускания (прекращения генерации) бесконтактного реле. Достоинством данного реле является то, что оно пассивно, т. е. для его работы в отличие от триггера не требуются источник пита- ния и усилительные элементы. Реле работает под воздействием тока, поступающего на его вход из рельсовой цепи. В этом отношении оно аналогично контактному путевому реле. Бесконтактное параметрическое реле является простым по устрой- ству, достаточно стабильным и долговечным. Сердечник магнито- провода обычно выполняют из пермаллоя, который обладает неболь- шим значением индукции насыщения и высокой магнитной прони- цаемостью. Площадь поперечного сечения сердечников в диапазоне частот от 25 до 75 Гц составляет 0,2—0,8 см2. С увеличением час- тоты сигнального тока размеры сердечника уменьшаются. К недостаткам бесконтактного параметрического реле следует отнести ограниченный рабочий (динамический) диапазон, так как при повышении сигнала в два-три раза по отношению к напряже- нию срабатывания работа реле прекращается из-за перенасыщения сердечника. Кроме того, при замыкании одной из входных обмоток возбуждения W1 или W2 параметрическое реле превращается в обычный трансформатор, что в ряде случаев недопустимо, учитывая высокие требования, предъявляемые к устройствам СЦБ.
РАЗДЕЛ II РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ Гл а в а 8 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 8.1. Назначение и принцип действия Рельсовой цепью называется электрическая цепь, проводниками которой служат рельсовые нити пути. 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 переезд- ной сигнализации и ряда других систем. В этих системах рельсовые цепи выполняют разнообразные и ответственные функции. Они автоматически непрерывно контроли- руют состояние путевых участков на перегонах и станциях и це- лостность рельсовых нитей, исключая возможность приема поезда на занятый путь, не позволяют перевести стрелку под составом, а также обеспечивают индикацию контроля свободное™ или занятос- ти путей и стрелок на аппарате управления; с их помощью пере- даются кодовые сигналы на локомотив для действия устройств автоматической локомотивной сигнализации, обеспечивается увязка между показаниями светофоров в кодовой автоблокировке; в систе- мах переездной сигнализации они обеспечивают автоматический контроль приближения поездов к переездам и последующий контроль их проследования. Рельсовые цепи являются основой всех разраба- тываемых систем автоматического управления и контроля движения поездов на железнодорожном транспорте, в значительной мере по- вышая безопасность движения поездов. Рельсовые цепи впервые были применены в 1872 г., и вот уже в течение более 100 лет продолжается их внедрение на железнодо- рожном транспорте различных стран. Многочисленные попытки заменить рельсовые цепи более совершенными средствами до настоя- щего 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 устрой- ствах такие замечательные свойства рельсовых цепей, как надеж- ное и практически безошибочное фиксирование свободности и заня- тости путевых участков подвижным составом, не оборудованным специальными устройствами, или при следовании его с неисправны- 125
ми 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 аппа- ратуры и оборудования; непрерывная непосредственная связь между поездами и состоянием пути и ряд других преимуществ. Вместе с тем рельсовые цепи имеют ряд недостатков, снижаю- щих 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 темпера- туры и влажности); ухудшение шунтового эффекта при загрязненно- сти поверхности рельсов и колесных пар; значительные затраты труда и средств на техническое обслуживание и ряд других недостатков. Поэтому создание новых и совершенствование существующих рель- совых цепей совмещаются с научными исследованиями и разработкой устройств, которые могли бы заменить рельсовые цепи. Как всякая электрическая рельсовая цепь, простейшая рельсовая цепь постоянного тока с непрерывным питанием (рис. 8.1) имеет источник питания, в данном случае путевой выпрямитель ВАК-14 (выпрямитель аккумуляторный купроксный), работающий в буфер- ном режиме с аккумулятором АБН-72 (автоблокировочный с на- мазными пластинами на номинальную емкость 72 А-ч). Источник питания подключают к рельсовым нитям через ограничитель тока— регулируемый резистор /?0. На другом конце цепи к рельсовым нитям подключен путевой приемник — нейтральное путевое реле П. Смежные рельсовые цепи разделяются одна от другой изолирую- щими стыками ИС. При свободности цепи через обмотку путевого реле протекает ток; якорь реле притянут, а его общие и фронтовые контакты замкнуты. Эти контакты используются в цепях управле- ния и контроля (автоблокировки, электрической централизации, переездной сигнализации и в других устройствах). При вступлении на рельсовую цепь подвижного состава увели- чивается ток источника питания за счет замыкания его через колесные пары, имеющие низкое электрическое сопротивление. Возрастание тока вызывает увеличение падения напряжения на ограничителе (при нахождении поезда на питающем конце практи- чески все напряжение источника падает на резисторе /?<>); резко уменьшается падение напряжения на обмотке путевого реле, оно отпускает якорь, замыкаются тыловые контакты реле, контролиру- ется занятость рельсовой цепи. Снижение тока (напряжения) в обмотках реле под действием колесных пар называется шунтовым эффектом, а колесные пары в данном случае называются поездным шунтом. В электрическое сопротивление поездного шунта входит сопротивление самих колес- ных пар и переходное сопротивление между бандажами колес и 126
рельсами. Для железных дорог СССР нормативное значение сопротивления поездного шунта принято 0,06 Ом. Такое сопротивление может иметь одна колесная пара у легкой подвижной еди- ницы вместе с переходным сопротив- лением между бандажами и чистыми головками рельсов. Шунтовой эффект в рельсовой цепи в значительной мере обеспечивается ограничивающим резистором Ro. При его отсутствии в случае большой мощ- ности источника питания под воздей- Рис. 8.1. Схема рельсовой цепи постоянного тока ствием поездного шунта произошло бы лишь возрастание тока источника, а напряжение на рельсах (зна- чит, и на зажимах путевого реле) практически не изменилось бы, и реле могло остаться возбужденным. Таким образом, основным назначением ограничителя является обеспечение шунтового эффек- та рельсовой цепи. Одновременно он снижает ток при нахождении поезда на питающем конце, защищая источник от разрушения. В рельсовых цепях постоянного тока ограничитель используют, кроме того, для регулировки рельсовой цепи. Наличие ограничителя является обязательным. В рельсовых цепях переменного тока в качестве ограничителя можно применять реактор (индуктивное соп- ротивление) или конденсатор (емкостное сопротивление). Путевое реле фиксирует не только занятость рельсовой цепи ее подвижным составом, но и целостность рельсовых нитей пути. В случае полного излома рельса нарушается цепь питания путево- го реле, оно отпускает якорь, фиксируя неисправность рельсовой нити. Свойство рельсовой цепи контролировать исправность рельсо- вых нитей называется чувствительностью к излому (повреждению) рельса. Основные требования к рельсовым цепям и порядок их работы определены Правилами технической эксплуатации железных дорог Союза ССР (ПТЭ) при изложении требований к устройствам автоблокировки, электрической централизации и другим системам, в которых применяются рельсовые цепи. При автоблокировке все светофоры должны автоматически закрываться с входом поезда на ограждаемые ими блок-участки, а также в случае нарушения це- лости рельсовых цепей этих участков. На станциях, расположенных на линиях, оборудованных автома- тической или полуавтоматической блокировкой, с помощью рельсо- вых цепей должна исключаться возможность открытия сигнала при установке маршрута на занятый путь и обеспечиваться контроль занятости путей и стрелочных секций на аппарате управления. 127
На станциях с электрической централизацией рельсовые цепи, кроме того, исключают возможность перевода стрелки под подвиж- ным составом. В системе автоматической переездной сигнализации, в том числе и при автоматических шлагбаумах, с помощью рельсовых цепей обеспечивается подача сигнала остановки в сторону автомобильной дороги, а в системе автоматической оповестительной сигнализации— сигнала оповещения о приближении поезда за время, необходимое для заблаговременного освобождения переезда транспортными средствами до подхода поезда к переезду. Автоматические шлагбаумы остаются в закрытом положении, а автоматическая сигнализация продолжает действовать до полного освобождения переезда поездом, что фиксируется с помощью рельсо- вых цепей. 8.2. Классификация рельсовых цепей На отечественных и зарубежных железных дорогах применяют большое число различных видов рельсовых цепей. Например, на железных дорогах СССР проектируют, строят или эксплуатируют примерно 90 типов рельсовых цепей; более 80 типов рельсовых цепей применяют на железных дорогах Франции, США и ряда дру- гих стран, в которых системы автоблокировки и электрической централизации получили широкое распространение. Большое число типов рельсовых цепей обусловлено разнообразием функций, выпол- няемых ими, различными видами тяги поездов, типами и надеж- ностью источников основного и резервного электропитания, местом применения, типом используемой аппаратуры и другими причинами. По принципу действия рельсовые цепи подразделяются на нор- мально замкнутые и нормально разомкнутые. Нормальным принято считать состояние, когда рельсовая цепь свободна от подвижного состава. В нормально замкнутой рельсовой цепи (см. рис. 8.1) при свободном ее состоянии путевое реле находится под током, контро- лируя свободность и исправность всех ее элементов, а с занятием рельсовой цепи подвижным составом путевое реле отпускает якорь, фиксируя ее занятость. Контроль исправности всех элементов в рабочем состоянии является важнейшим и замечательным свойством нормально замкнутых рельсовых цепей, благодаря которому они получили преимущественное распространение. При всех неисправнос- тях в такой цепи (обрыв цепи, короткое замыкание, выключение источника питания) повреждение приводит к отпусканию якоря путевого реле, и не возникает положений, опасных для движения поездов. В нормально разомкнутой рельсовой цепи (рис. 8.2) источник питания и путевое реле размещают на одном конце. Путевое реле при свободности рельсовой цепи не возбуждено и не контролирует 128
Рис. 8.2. Схема нормально ра- зомкнутой рельсовой цепи исправность ее элементов, поэтому рельсовые цепи применяют лишь на путях сортировочных горок, где движе- ние осуществляется с низкими скорос- тями, пути находятся под постоянным наблюдением работников горки, а по условиям работы горок требуется быст- рая фиксация занятости рельсовой це- пи, так как время срабатывания путевого реле значительно меньше времени отпускания. По роду сигнального тока раз- личают рельсовые цепи постоянного и переменного тока. Рельсовые цепи постоянного тока применяют только на линиях с автономной тягой, если нет систематических помех от посторонних источников постоянного и переменного тока (электрического транспорта, систем централизованного электроснаб- жения вагонов пассажирских поездов, блуждающих токов и др.). Расстояние до конца подвески контактной сети смежных электри- фицированных линий должно быть не менее 5 км. Рельсовые цепи постоянного тока наиболее просты по устройству, однако из-за указанных выше ограничений их нельзя признать перспективными, при новом проектировании и строительстве устройств автоматики их не применяют. Рельсовые цепи переменного тока получили более широкое рас- пространение. Их применяют на электрифицированных линиях и при автономной тяге. Существует большое разнообразие рельсовых цепей переменного тока, отличающихся частотой сигнального тока, структурой построения, конструктивными элементами, наличием или отсутствием изолирующих стыков и другими параметрами. Источни- ками питания рельсовых цепей переменного тока служат трансфор- маторы, преобразователи и генераторы различных типов. При электротяге постоянного тока широко используют ток промышленной частоты (50 Гц). Источником питания в этом случае является путевой трансформатор. На линиях с электротягой переменного тока частота сигналь- ного тока должна отличаться от частоты тягового тока (50 Гц). На этих линиях применяют сигнальный ток частотой 25 или 75 Гц. Разработаны и начинают внедряться рельсовые цепи переменного тока с частотой сигнального тока 100—500 Гц, которые можно применять при любом виде тяги поездов. К рельсовым цепям переменного тока относятся также так назы- ваемые тональные рельсовые цепи, в которых используются частоты тонального спектра. По режиму питания различают рельсовые цепи непрерывного питания, импульсные и кодовые. Применение импульсного или кодо- вого питания позволяет повысить чувствительность рельсовой цепи 5 Зак. 863 129
к шунту и повреждению рельса. Однако это преимущество дости- гается только в случае использования в качестве путевого приемника электромагнитных реле. При применении других пороговых элементов высокая чувствительность к шунту и повреждению рельса может быть достигнута и в рельсовой цепи с непрерывным питанием. На- пример, при использовании в качестве порогового элемента триг- гера, срабатывающего от каждой полуволны переменного тока, может быть получен коэффициент возврата, близкий к единице (в импульсных рельсовых цепях Кв «0,8). Известны и другие поро- говые элементы, позволяющие получить высокий коэффициент воз- врата при непрерывном питании рельсовых цепей. При импульсном или кодовом режиме питания достигается бо- лее высокая защита от помех, в первую очередь от непрерывных помех тягового тока. Однако, кроме непрерывных, наблюдается силь- ное воздействие импульсных помех тягового тока в случаях: вклю- чения и выключения тяговых двигателей; перераспределения тягово- го тока вследствие непрерывного изменения переходных контактов между колесами и рельсами; кратковременного размыкания и искре- ния токоприемника. Особенно сильное воздействие импульсных по- мех наблюдается при возникновении на рельсах различных непро- водящих пленок, а также использовании песка для увеличения сцепления колес с рельсами. Непрерывные рельсовые цепи обладают более высокой защитой от импульсных помех, так как путевые реле непрерывных рельсовых цепей более инерционны и не реагируют на кратковременные им- пульсные помехи. Кроме того, в рельсовых цепях с непрерывным питанием эффективная защита от импульсных помех может быть получена за счет искусственного замедления на срабатывание путевого приемника, например, при использовании повторителя путевого реле с замедлением на срабатывание 0,5—1 с (длитель- ность импульсов помех, как правило, не превышает 0,1 с). Применить такую защиту в импульсных рельсовых цепях не представляется возможным, так как в этом случае нарушится нормальная работа дешифратора импульсной или кодовой рельсовой цепи. Импульсные рельсовые цепи менее надежны в условиях эксплуатации из-за механического износа контактов импульсного путевого реле и де- шифратора. Они требуют частого осмотра и проверки аппаратуры, что связано с большими затратами труда и средств при техническом обслуживании устройств, поэтому наметилась тенденция к переходу на непрерывные рельсовые цепи. На станциях при электротяге переменного тока ранее внедряли импульсные рельсовые цепи пере- менного тока 75 и 25 Гц. При новом проектировании и строительстве на станциях применяют непрерывные рельсовые цепи переменного тока с фазочувствительными реле ДСШ. Рельсовые цепи с непрерыв- ным питанием применены в частотной автоблокировке, в системе 130
автоблокировки с рельсовыми цепями без изолирующих стыков и централизованным размещением аппаратуры. В кодовых рельсовых цепях сигналы, передаваемые по рельсовой линии, при свободной рельсовой цепи используют для работы путевого реле, а при вступлении поезда — для работы автомати- ческой локомотивной сигнализации. Кроме кодовых применяют так- же кодированные рельсовые цепи. Нормально по ним передается не- прерывный ток для работы путевого реле, а с момента занятости поездом — кодовые сигналы АЛС. По типу путевого приемника различают рельсовые цепи с одно- элементными и двухэлементными путевыми приемниками. Приемни- ки обоих типов должны иметь непрерывный вход и дискретный выход. Сигнал на входе может изменяться непрерывно (по ампли- туде, фазе и частоте) вследствие изменения изоляции рельсовой цепи под воздействием колесных пар или при повреждении рельса. На выходе путевой приемник должен выдавать двоичную дискретную информацию: рельсовая цепь свободна и исправна (1), рельсовая цепь занята подвижным составом или повреждена (0). В первом слу- чае путевое реле возбуждено и замкнуты его фронтовые контакты, во втором случае реле отпускает якорь, замыкая тыловые контакты. Одноэлементные путевые приемники имеют только один вход, на который поступает сигнал из рельсовой цепи. Такой приемник реагирует только на амплитуду или на амплитуду и частоту принимаемого сигнала (при наличии электрического фильтра в при- емнике). Двухэлементные путевые приемники имеют два входа. На один из них поступает сигнал из рельсовой цепи (путевой элемент), на другой—от местного источника (местный элемент). В двухэлементных фазочувствительных приемниках (реле типа ДСШ) между сигналами, подаваемыми на путевой и местный элементы, должны быть определенные фазовые соотношения (сдвиг фаз между токами путевого и местного элементов 90°). Такой приемник реагирует на амплитуду, частоту и фазу сигнала, прини- маемого из рельсовой цепи. При напряжении ниже напряжения отпускания или отклонении фазы на некоторый угол путевой приемник фиксирует занятость или неисправность рельсовой цепи. В двухэлементных гетеродинных приемниках сигнал, принимае- мый из рельсовой цепи, и сигнал, поступающий от местного генера- тора (гетеродина), отличаются один от другого по частоте (обычно разностная частота составляет несколько герц). Например, из рельсовой цепи поступает сигнал 75 Гц, а от местного генератора— 83 Гц (этот генератор используют одновременно для питания смежной рельсовой цепи). Наличие разностной частоты 8 Гц явля- ется условием возбуждения путевого приемника; приемник фикси- рует занятость или неисправность рельсовой цепи при уменьшении 5* 131
Рис. 8.3. Схемы пропуска тягового тока в однониточной и двухниточной рельсовых цепях Л приборам РЦ б приборам РЦ амплитуды сигнала рельсовой цепи ниже порога срабатывания или отклонении частоты более нормированного допуска (±1 Гц). Гю способу пропускания обратного тягового тока рельсовые цепи подразделяются на однониточные и двухниточные. В однониточ- ных рельсовых цепях (рис. 8.3, а) тяговый ток пропускается по одной рельсовой нити. Однониточные рельсовые цепи просты по устройству, однако обладают рядом недостатков: они неприемлемы при наложении АЛС вследствие сильного влияния помех при про- пуске тягового тока по одной рельсовой нити; тяговые нити смежных путей объединяются медными тросами в нескольких точках, что ухудшает условия шунтового и особенно контрольного режима (ре- жима повреждения рельса). Поэтому однониточные рельсовые цепи применяют только на некодируемых путях станций при длине рель- совой цепи до 650 м и условии обеспечения пропуска тягового тока не менее чем по шести параллельным рельсовым нитям на двухпутных линиях и по трем — на однопутных. В остальных случаях на станциях, а также в пределах перегонов применяют двухниточные рельсовые цепи (рис. 8.3, б), в которых тяговый ток пропускается по обеим рельсовым нитям, а для пропуска обратного тока в обход изолирующих стыков для создания непрерывности цепи тяговому току используют дроссель-трансформаторы. Симметричное распре- деление тягового тока по обеим рельсовым нитям создает хорошие условия для действия АЛС, так как напряжения помех, наводимые в каждой из катушек, взаимно компенсируются. Помехи компенси- руются и на обмотке дроссель-трансформатора, так как через каждую его полуобмотку будут протекать равные, но противоположно направленные токи помех. Поэтому условия защиты аппаратуры от воздействия тягового тока в двухниточных рельсовых цепях лучше, чем в однониточных. По месту применения рельсовые цепи подразделяются на нераз- ветвленные и разветвленные. Последние применяют при изоляции стрелочных участков станций. Разветвленные рельсовые цепи могут иметь несколько путевых приемников (путевых реле) для контроля свободное™ и исправности ответвлений. В схему контроля после- довательно включают фронтовые контакты всех путевых реле развет- вленной цепи. 132
8.3. Основные элементы рельсовых линий Рельсовая цепь состоит из рельсовой линии и подключаемой к ней аппаратуры передающего (питающего) и приемного (релейного) концов. Рельсовая линия является основной частью всякой рельсовой цепи, по которой передаются сигналы от передатчика (источника питания) к приемнику (путевое реле). Составными частями рельсо- вой линии являются рельсовые нити пути, стыковые соединители, изолирующие стыки, кабельные стойки и дроссель-трансформаторы. Последние устанавливают на участках с электрической тягой для обеспечения протекания тягового тока в обход изолирующих стыков. Для лучшей передачи сигналов рельсовые нити, используемые в качестве проводов рельсовой линии, должны обладать по возмож- ности малым электрическим сопротивлением. Рельсовые нити в сты- ках рельсов соединены накладками. Если внутренняя поверхность накладок или рельсов покроется ржавчиной, то стык будет иметь повышенное сопротивление. На сопротивление стыка влияет также степень затяжки болтов и ряд других факторов. Поэтому сопротив- ление стыка может меняться в широких пределах (от тысячных долей до единиц ома). Для обеспечения устойчивой работы рельсо- вых цепей на стыках рельсов устанавливают стальные или медные рельсовые стыковые соединители, стабилизирующие сопротивление стыка. В зависимости от способа присоединения к рельсам они подразделяются на штепсельные и приварные. Стальной штепсельный рельсовый стыковой соединитель (рис. 8.4, а) состоит из двух стальных проволок диаметром 5 мм, заварен- ных по концам в штепселя конической формы. Длина соедини- теля в развернутом виде 1276 мм. Концы проволок загнуты спиралью для удобства установки и с целью исключения их повреждения Рис. 8.4. Схемы стального штепсельного и приварного соединителей 133
при угонах рельсов и вибрациях, вызванных прохождением подвиж- ного состава. Для установки соединителей в шейке рельсов по обе стороны накладок высверливают отверстия диаметром 9,8 мм, в которые за- бивают штепселя. Расстояние между отверстиями равно 940 мм. Штепсель соединителя считается правильно забитым, если он ушел в рельс приблизительно на половину конусной части. В дальнейшем, в процессе эксплуатации, при ослаблении штепселя подбивают, используя оставшуюся свободной конусную часть. Штепсельный соединитель укрепляют держателями (клипсами), чтобы он не повре- дился колесами подвижного состава. Масса соединителя с двумя держателями 450 г. Штепсельные соединители применяют только на неэлектрифицированных линиях. При новом проектировании и строи- тельстве устройств автоматики эти соединители не применяются. Стальной приварной рельсовый соединитель (рис. 8.4, б) состоит из куска стального троса диаметром 6 мм, заваренного по концам в стальные наконечники (манжеты). Длина соединителя в выпрям- ленном состоянии 200 мм, масса 36 г. К головкам рельсов соеди- нитель приваривают электро- или газосваркой. Стальные приварные соединители устанавливают на участках без электротяги. На электрифицированных участках применяют приварные медные рельсовые соединители (рис. 8.4, в). Такие соединители предназ- начены 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). На участках с электротягой постоянного тока применяют соединители с площадью поперечного сечения 70 мм2, а при электро- тяге переменного тока — 50 мм2. Соединитель приваривают к головке рельса плоской стороной манжеты на расстоянии 15 мм от поверх- ности катания электро- или газосваркой. Ранее вместо стыковых соединителей на ряде участков дорог применяли графитовую смазку стыковых накладок и торцовых по- верхностей рельсов. Однако опыт эксплуатации показал, что стыко- вые соединители обеспечивают более высокую надежность работы рельсовых цепей. Графитовую смазку используют на некоторых ли- ниях лишь как дополнительное средство уменьшения сопротивления в стыках рельсов, а также в процессе укладки рельсовых плетей временно до приварки соединителей. Сопротивление одного стыка с приварным медным соединителем в соответствии с действующими техническими требованиями должно быть не более сопротивления целого рельса длиной 3 м. Число стыковых соединителей в рельсовой линии зависит от ее длины и типа рельсов. При длине рельсов 12,5 м на 1 км рельсовой линии необходимо примерно 160 соединителей, а при длине рельсов 25 м — примерно 80. На участках бесстыкового пути обеспечивают- ся наиболее благоприятные условия для протекания сигнального тока, так как на них число стыковых соединителей минимально, 134
их устанавливают лишь в местах соединения цельносварных рельсо- вых нитей длиной 800 м со звеньями из коротких рельсов, предназначенными для компенсации температурного продольного расширения. Как показывает опыт эксплуатации, рельсовые стыковые соеди- нители обладают недостаточной надежностью. Основным недостат- ком штепсельных соединителей является нестабильное переходное сопротивление в контактной паре штепсель — рельс. Это сопротивле- ние зависит как от состояния контактирующих поверхностей штеп- селя и отверстия в рельсе, так и от плотности контакта. Отказы в работе стальных соединителей приварного типа обус- ловлены в основном тем, что они отрываются в местах приварки от рельсов вследствие недостатков в технологии приварки и нена- дежного контакта между тросом и наконечником. Разработаны и находятся на стадии эксплуатационных испыта- ний рельсовые стыковые соединители фартучного и втулочного типов, обладающие более высокой надежностью действия. Испыты- ваются также пружинные тарельчатые шайбы, предназначенные взамен стыковых соединителей. Их устанавливают взамен обычных шайб при скреплении рельсов накладками. Стрелочные соединители устанавливают в станционных развет- вленных рельсовых цепях для соединения наружных рельсов стре- лочного перевода, рельсов у усовиков крестовины, крестовин с рель- сами, примыкающими к усовикам, и рельсов в пятке остряков. При автономной тяге устанавливают стрелочные гибкие соединители из оцинкованного троса, заваренного по концам в штепселя. Применяются три типа стрелочных штепсельных соединителей: тип I длиной 600 м, II—1200 мм и III—3300 мм. Штепселя соеди- нителей типов I и II такие же, как и штепселя рельсовых стыковых соединителей. Штепсель соединителя типа III имеет резьбу для крепления в шейке рельса гайками. На станциях линий с электротягой применяют стрелочные соединители из медного провода с площадью поперечного сечения 70 мм2 при электротяге постоянного тока или 50 мм2 при электро- тяге переменного тока, заваренные по концам в стальные коничес- кие болты для крепления в шейке рельса гайками. В зависимости от места присоединения используются соединители различной длины. Кроме стрелочных, на станциях с электротягой в однониточных рельсовых цепях устанавливают тяговые соединители для соединения между собой тяговых нитей одного пути (косые перемычки) и сое- динения рельсовых нитей разных путей при их объединении для равномерного распределения тягового тока. Изолирующие стыки устанавливают для электрического разделе- ния смежных рельсовых цепей; их изготовляют с металлическими накладками и изолирующими прокладками (рис. 8.5, а). Изоли- рующий стык состоит из двух металлических накладок фасонной формы 1 и 4, стянутых болтами 5. Болты изолированы от рельса 135
изолирующими втулками 6. Между накладками и рельсами уста- новлены изолирующие прокладки 2 и 3, а между торцами смежных рельсов — стыковая изолирующая прокладка. Изолирующий стык крепят навесу без сдвоенных шпал, так же как и обычный неизоли- рующий стык. На участках бесстыкового пути устраивают высокопрочный стык (рис. 8.5, б) с пазухами между накладками 1, 3 и рельсом, запол- ненными изолирующей композицией 2. При помощи болтов 4 обеспе- чивается необходимое сжатие склеиваемых поверхностей на период отвердения клеевого шва. В станционных рельсовых цепях с рельсами типа Р43 делают изолирующие стыки с лигнофолевыми прокладками, которые монти- руют на сдвоенных шпалах, а на участках вновь оборудуемых рельсовых цепей — только с металлическими накладками. Под воздействием проходящих поездов изолирующие стыки ис- пытывают большую механическую нагрузку и поэтому часто повреж- даются. Все более широкое распространение находят клееболтовые изолирующие стыки, обладающие более высокой прочностью и на- дежностью работы в условиях эксплуатации. Кабельные стойки (рис. 8.6, а) применяют, как правило, на участках без электротяги по концам рельсовых цепей. Кабельные стойки служат для соединения проводников (стальных тросов), идущих от рельсов, с жилами кабеля, проложенного от релейного шкафа автоблокировки. Кабельная стойка состоит из чугунной головки 1, соединенной со стальной трубой 2. Кабель заводят внутрь трубы и разделыва- ют в головке. Жилы кабеля подсоединяют к зажимам фарфоровой колодки. Для подсоединения стальных тросов от рельсов на стенке ка- бельной стойки укрепляют два болта, изолированные от стенок фибровыми втулками 3 (рис. 8.6, б). Болты с зажимами фарфоро- вой колодки соединяются внутри кабельной стойки провод- никами. Путевые дроссель-трансформаторы предназначены для пропуска обратного тягового тока в обход изолирующих стыков и согласо- Рис. 8.5. Схема изолирующего стыка 136
Рис. 8.6. Кабельная стойка вания низкоомного входного сопротивления рельсовой цепи с аппа- ратурой питающего и релейного концов. Использование дроссель- трансформаторов с большим коэффициентом трансформации позво- ляет размещать аппаратуру на расстоянии до 10 км от пути. На линиях с электрической тягой постоянного тока устанавли- вают путевые дроссель-трансформаторы ДТ-0,2-1000; ДТ-0,6-1000; ДТ-0,2-500 и ДТ-0,6-500. Их можно применять и на линиях с электро- тягой переменного тока. Первые цифры в обозначении дроссель- трансформатора указывают его полное сопротивление переменному сигнальному току частотой 50 Гц (0,2 и 0,6), вторые — значение номинального тягового тока, на пропускание которого рассчитана основная обмотка (500 и 1000 А на каждый рельс). Основная обмотка дроссель-трансформатора выполнена из мед- ной шины большого сечения и имеет малое сопротивление постоянно- му тяговому току (от 0,0008 до 0,0024 Ом в зависимости от типа дроссель-трансформатора). У дроссель-трансформатора ДТ-0,2 (рис. 8.7, а) дополнительная обмотка имеет несколько выводов, что позволяет устанавливать различные коэффициенты трансформации (7, 10, 13, 17, 23, 30, 33, 40). Основная обмотка содержит нием 100 мм2 для ДТ-0,2-500 и 221 мм2 для ДТ-0,2-1000. Посколь- ку в рельсовых цепях практически применяют дроссель-трансформа- торы ДТ-0,2 с коэффициентом трансформации 17 или 40, с 1985 г. завод выпускает ДТ-0,2, имеющие только один коэффициент тран- сформации (17 или 40). Дроссель- трансформаторы с коэффициентом 40 имеют на крышке маркировку витков из медной шины сече- Рис. 8.7. Схемы обмоток дроссель-тран- сформаторов 137
п = 40, а с коэффициентом 17—не имеют маркировки. У дроссель- трансформатора ДТ-0,6 (рис. 8.7, б) дополнительная обмотка имеет только два вывода, коэффициент трансформации его 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. Дроссель-трансформаторы ДТ-0,2-1000 и ДТ-0,6-1000 устанавли- вают на горных участках и в местах присоединения отсасывающих фидеров тяговых подстанций, а также на участках обращения тяжеловесных поездов, где могут протекать большие тяговые токи. В остальных случаях можно применять дроссель-трансформаторы на 500 или на 1000 А. Основными деталями дроссель-трансформаторов ДТ-0,2 и ДТ-0,6 (рис. 8.8) являются чугунный корпус 6 с муфтой 1, сердечник 3 и ярмо 4, собранные из листовой электротехнической стали; основ- ная обмотка с выводами 5; дополнительная обмотка с выводами 2. Между сердечником и ярмом имеется воздушный зазор 1—3 мм, наличие которого обеспечивает стабильность сопротивления дрос- сель-трансформатора переменному сигнальному току при подмагни- чивании его неуравновешенным тяговым током. Кривая зависимости сопротивления дроссель-трансформатора ДТ-0,6 от силы тягового тока показана на рис. 8.9. При токе асимметрии 240 А сопротивление основной обмотки снижается не более чем на 10%. Аппаратуру рельсовых цепей подключают к дополнительной обмотке дроссель-трансформатора кабелем, который соединяют с дополнительной обмоткой в муфте 1 (см. рис. 8.8), укрепленной на корпусе дроссель-трансформатора. В комплект поставки дроссель- трансформатора входит предохранительная труба для защиты ка- беля. Объем заливаемого масла 27 л. Масса дроссель-трансформа- тора ДТ-0,2-1000 без масла 157 кг. Выводы основной обмотки дрос- сель-трансформатора с рельсами, а также средние точки дроссель- трансформаторов смежных рельсовых цепей соединяют с помощью дроссельных перемычек. Перед установкой для улучшения изоляции и охлаждения обмоток дроссель-трансформатор заливают трансфор- Рис. 8.8. Конструкция дроссель-транс- форматора Рис. 8.9. Зависимость полного сопротив- ления ДТ-0,6 и ДТ-1-150 от тягового тока 138
Д т-1-150 О1р Ср О Основная 2ДТ-1- 150 Zpo | в витков в витков овмотка ______________ Дополнительная овмотка 48 витков _____rmn______ Дополнительная овмотка ______________ Дополнительная овмотка о1 2о 6; I 2о 61 Ц 20 Рис. 8.10. Схемы обмоток дроссель-трансформаторов ДТ-1-150 и 2ДТ-1-150 маторным маслом до уровня, отмеченного красной чертой, нанесен- ной на расстоянии 80 мм от верхнего края корпуса. В верхней и нижней частях стенки корпуса дроссель-трансформатора имеются отвинчивающиеся снаружи пробки для контроля уровня и слива трансформаторного масла при его замене. Нагрев любой части дроссель-трансформатора от воздействия номинального тягового то- ка, протекающего через всю основную обмотку в течение 2 ч, допу- скается не более чем на 75°С выше температуры окружающей среды. На участках с электрической тягой переменного тока частотой 50 Гц применяют дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 (одиночной ус- тановки) и 2ДТ-1-150 (сдвоенной установки), рассчитанные на тя- говый ток 150 А в каждой рельсовой нити (общий ток через сред- ний вывод 300 А). Эти дроссель-трансформаторы имеют такую же конструкцию, как ДТ-0,2 и ДТ-0,6, но меньшие размеры и массу. Их основная обмотка выполнена из медной шины меньшего сечения, размеры магнитопровода также уменьшены. Магнитопровод не имеет воздушного зазора, поэтому сопротивление этих дроссель-трансфор- маторов при воздействии неуравновешенного тягового тока изменя- ется в широких пределах (см. рис. 8.9). Полное сопротивление дроссель-трансформатора переменному току частотой 50 Гц при то- ке 1 А составляет примерно 2 Ом, а при токе 13 А — примерно 1 Ом. На частоте переменного сигнального тока 75 Гц и напряже- нии 0,5 В полное сопротивление основной обмотки составляет 1,5 Ом, а на частоте сигнального тока 25 Гц и напряжении 0,3 В— 0,5 Ом. Для обеспечения нормальной работы рельсовой цепи необходи- мо, чтобы входное сопротивление дроссель-трансформатора вместе с подключаемой аппаратурой со стороны рельсов было стабильным. Стабилизация сопротивления по концам рельсовой цепи с дроссель- трансформатором ДТ-1-150 достигается подключением аппаратуры со стабильными параметрами. Дроссель-трансформатор сдвоенной установки 2ДТ-1-150 имеет внутри общего кожуха два отдельных магнитопровода с основными 139
и дополнительными обмотками. Средние точки основных обмоток соединены внутри кожуха, поэтому при подключении этих дроссель- трансформаторов не требуется установка средней междроссельной перемычки. Объединенный средний вывод используют для подключе- ния заземлений, отсасывающих фидеров тяговых подстанций, при объединении средних точек соседних путей для выравнивания об- ратных тяговых токов в двухниточных рельсовых цепях, а также для соединения с тяговыми нитями однониточных рельсовых цепей на станциях. Основные обмотки дроссель-трансформаторов ДТ-1-150 и 2ДТ-1- 150 (рис. 8.10) имеют по 16 витков медного провода с площадью попе- речного сечения 31,9 мм2, дополнительные — 48 витков медного провода диаметром 1,95 мм; коэффициент трансформации м=3. 8.4. Основные сведения об аппаратуре Путевые трансформаторные ящики предназначены для установки трансформаторов, реле и резисторов, предохранителей, применяе- мых в схемах рельсовых цепей. В них разделывают сигнальный ка- бель и устанавливают перемычки для подключения приборов к рель- сам. Путевые ящики ТЯ-1, ТЯ-2 и РЯ-1 различают по назначению и размерам. Ящик состоит из чугунного корпуса с крышкой и приспо- соблениями для запирания. В нижней части ящика имеются четыре прилива для крепления к бетонному или металлическому основанию, на котором его устанавливают. В боковых стенках имеются отвер- стия для подключения перемычек, а в дне ящика — четыре отвер- стия диаметром 20 мм для ввода сигнальных кабелей; свободные от- верстия закрыты металлическими заглушками. Двухконтактные ко- лодки устанавливают на специальной планке, приборы — на деревян- ных подкладках. В комплект поставки каждого ящика входят также две предо- хранительные трубы для защиты подводимых кабелей, один комплект перемычек и висячий замок. На каждую партию из пяти ящиков по- ставляют один ключ к висячему замку; если в партии меньше пяти ящиков, то ключ поставляется на каждый ящик. В зависимости от типа масса ящика равна 35,5—77 кг. Реакторы РОБС-1, РОБС-3 и РОБС-4 (реакторы однофазные, броневые, сухие) применяют в рельсовых цепях переменного тока в качестве ограничителей тока при шунтировании питающего конца рельсовой цепи и обеспечения шунтового эффекта. Электрические характеристики реакторов приведены в табл. 8.1. Реакторы РОБС-1, РОБС-ЗА и РОБС-4А выпускают вместо реак- торов РОБС-1 А, РОБС-3 и РОБС-4 соответственно. Полное сопротив- ление реакторов указано для тока частотой 50 Гц. При других частотах сигнального тока сопротивление реакторов изменяется приблизительно пропорционально частоте. 140
Таблица 8.1 Тип реакторов Число витков Марка провода Диаметр провода, мм Допустимый ток, А Полное сопротив- ление, Он РОБС-1 32 ПБД 3,05 13,5 0,74 РОБС-3 290 ПЭЛ 0,93 3,0 45,0 РОБС-4 58 ПБД 1,95 10,0 2,0 РОБС-1 А 37 ПБД 2,63 13,5 0,74 РОБС-ЗА 338 ПЭВ-2 0,93 3,0 45,0 РОБС-4А 65 ПЭВ-2 1,95 3,0 2,0 Резисторы применяют в качестве ограничителей в рельсовых цепях постоянного и переменного тока. Регулируемый резистор ти- па 7156 (рис. 8.11) является проволочным безындукционным. Его изготовляют из оксидированной константановой проволоки, намо- танной на фарфоровые изоляторы. Резистор имеет движок с контакт- ной пружиной; перемещением движка по направляющей планке из- меняют сопротивление. Регулируемый резистор типа 7157 (рис. 8.12) изготовляют также из оксидированной константановой проволоки, намотанной на фарфоровое основание. Эти резисторы имеют меньшие размеры и массу, так как рассчи- таны на меньшую рассеиваемую мощность. Электрические харак- теристики резисторов 7156 и 7157 приведены в табл. 8.2. 141
Рис. 8.12. Регулируемый резистор типа 7157 Резисторы типа 7157 изготов- ляют также нерегулируемыми с номинальными сопротивлениями 13; 19,5 и 200 Ом. В рельсовых цепях кодовой автоблокировки переменного тока 25 Гц устанавливают резистор типа 21220 сопротивлением 200 Ом и мощностью 150 Вт. Он состоит из двух последовательно соеди- ненных эмалированных резисто- ров ПЭВ-75 сопротивлением 100 Ом и мощностью 75 Вт каждый. Применяют также проволочные резисторы с различными сопро- тивлениями, размещенные на двухштырных колодках. Путевые и релейные трансформаторы (рис. 8.13) ПОБС-2АУЗ, ПОБС-ЗАУЗ, ПОБС-5АУЗ, ПРТ-АУЗ и ПТ-25АУЗ применяют в рель- совых цепях в качестве питающих, изолирующих и релейных (сог- ласующих). Расшифровка обозначений трансформаторов следую- щая: П — путевой; О — однофазный; Б — броневой; С — сухой (без трансформаторного масла); Р — релейный; Т — трансформатор; 2,3 и 5— порядковый номер типа; 25— частота тока; А — видоизме- нение данного типа; У — климатическое исполнение (для районов с умеренным климатом); 3— категория размещения. Напряжение сети подводится к зажимам /|—Ц. При напряже- нии 220 В обмотки включают последовательно (устанавливают перемычку между зажимами /2 и /3, а при напряжении ПО В — параллельно (перемычки Л—/2 и /з—Л). Подключая нагрузку (рельсовую цепь) к различным зажимам вторичной обмотки, а также Таблица 8.2 Тип резисторов Сопротив- ление, Ом Номиналь- ный ток, А Диаметр проволоки, мм Положение движка при измерении сопротивления 1 2,2 10 2,25 Прижат в крайнем поло- 7156 женни 6,0 3,3 1,25 То же 0,6 5,0 1,6 1,2 3,0 0,9 Поднят 14,0 1,0 0,6 Прижат в крайнем по- 7157 ложении 40,0 0,5 0,45 То же 100,0 0,3 0,33 Прижат в крайнем по- ложеннн 400,0 0,2 0,2 Поднят 142
П0БС-2АУЗ П0БС-5АУЗ 1 2 1 2 12 3 1 23 и Ш Б7 Т ПРТ-АУЗ Рис. 8.13. Схемы обмоток трансформа- торов устанавливая перемычки между вторичными обмотками для соглас- ного или встречного их включения, получают различные напряжения на нагрузке. На вторичной обмотке трансформатора ПОБС-2АУЗ при номи- нальной нагрузке могут быть получены напряжения от 0,55 до 17,6 В ступенями через 0,55 В; на трансформаторе ПОБС-ЗАУЗ— от 5,5 до 247,5 В ступенями через 5,5 В; на трансформаторе ПОБС-5АУЗ— от 1,1 до 44 В; ПРТ-АУЗ— от 0,5 до 12 В; ПТ-25АЗ—от 2,5 до 60 В. Электрические параметры трансформаторов приведены в табл. 8.3. Трансформаторы ПОБС рассчитаны для работы на переменном токе частотой 50 Гц, а ПРТ и ПТ — частотой 25 Гц. Однако их можно применять и при сигнальном токе другой частоты. Необходимо учи- тывать, что с повышением частоты сигнального тока допустимое напряжение на транформаторе повышается примерно пропорцио- нально частоте, а при уменьшении снижается. На частоте сигнально- го тока 25 Гц напряжение первичной обмотки трансформатора ПОБС может быть только ПО В (во избежание его насыщения). В этом случае возрастают потери мощности в трансформаторе. Если же трансформатор ПРТ включают в сеть 50 Гц, то напря- 143
Таблица 8.3 Параметр ПОБС- 2АУЗ ПОБС- ЗАУЗ ПОБС- 5АУЗ ПРТ-АУЗ ПТ-35АУЗ Частота, Гц 50 50 50 25 25 Мощность, В-А 300 300 300 65 65 Номинальное напряжение обмотки, В: первичной 220 220 220 220 220 НО НО НО НО НО вторичной 17,6 247,5 44,0 12,0 60,0 Номинальный ток обмотки, А: первичной 1,5 1,5 1,5 0,34 0,34 3,0 3,0 3,0 0,68 0,68 вторичной 17,0 1,21 5,7 5,4 1,1 Ток в первичной обмотке 0,21 0,21 0,21 0,015 0,015 при холостом ходе, А жение 220 В может быть подано при параллельном включении его первичных обмоток, а на вторичных обмотках в этом случае может быть получено напряжение 24 В (вместо 12 В при частоте тока 25 Гц). Сказанное справедливо, если частота сигнального тока изменяется в пределах 25—500 Гц. При более высоких частотах, а также при частоте ниже 25 Гц указанная закономерность может на- рушаться из-за резких отклонений расчетных режимов работы трансформаторов. Масса трансформаторов ПОБС равна примерно 9 кг, ПРТ и ПТ— примерно 7 кг. Ранее выпускались и находятся в эксплуатации трансформаторы ПОБС-2, ПОБС-3, ПОБС-5, ПРТ-25 и ПТ-25, ко- торые имеют аналогичные электрические характеристики. 8.5. Первичные и вторичные параметры рельсовой линии Условия передачи сигналов по рельсовой линии определяются ее первичными параметрами — электрическим сопротивлением рель- сов и сопротивлением изоляции между ними, называемым также со- противлением балласта. При расчетах используют удельные вели- чины этих параметров. Удельное электрическое сопротивление рельсов z (Ом/км) представляет собой электрическое сопротивление обеих рельсовых нитей (рельсовой петли) с учетом сопротивления стыковых соеди- нителей, отнесенное к I км рельсовой линии. Сопротивление рель- сов зависит от их типа, состояния стыковых накладок, от типа и состояния стыковых соединителей. 144
Сопротивление рельсов постоянному току г определяется в основном типом и состоянием стыковых соединителей, так как собственное сопротивление сплошного рельса мало. Сопротивление рельсовой петли равно сумме сопротивлений обеих рельсовых ни- тей: Г = Г1 +Г2. Установлены следующие нормативные значения удельного сопро- тивления рельсов постоянному току: максимальное гтах при стальных шпепсельных соединителях равно 0,6 Ом/км, при стальных привар- ных —0,2 Ом/км; минимальное rmin при штепсельных соединителях равно 0,3 Ом/км, при приварных—0,1 Ом/км. Сравнение этих значений показывает, что при замене стальных штепсельных соеди- нителей приварными сопротивление рельсов уменьшается в три раза, а в зависимости от состояния стыковых соединителей в процессе эксплуатации сопротивление рельсов постоянному току может изменяться в два раза. В зависимости от режима работы рельсовой цепи в расчетах используют гтах или rmin удельное сопротивление рельсов. Сопротивление рельсов постоянному току может быть значи- тельно стабилизировано при применении стыковых соединителей с малым и неизменным сопротивлением. Наиболее благоприятные ус- ловия для передачи сигналов в рельсовой цепи постоянного тока создаются на участках с цельносварными рельсовыми плетями длиной до 900 м. В этом случае сопротивление рельсов постоян- ному току уменьшается до 0,05 Ом/км, т. е. в 12 раз по сравнению с нормативными значениями сопротивлений для штепсельных соеди- нителей и в четыре раза для приварных. Полное сопротивление рельсов R = rl, где г — удельное сопротивление рельсов, Ом/км; I — длина рельсовой линии, км. Удельное сопротивление рельсовой петли переменному сигналь- ному току z (Ом/км) является комплексной величиной, обус- ловленной наличием активной и индуктивной составляющих: г = Га + jaL„, где га — активное сопротивление рельсов вместе со стыковыми соединителя- ми, Ом/км; Lo—общая индуктивность рельсовой петли, Гн/км; <о — угловая частота сигнального тока, рад/с. Угловая частота сигнального тока а> = 2л/, где f — частота сиг- нального тока, Гц. Общая индуктивность рельсовой петли Lo = Le-\- -f- Lc), где Le — внешняя индуктивность рельсовой петли; Li — внутренняя индуктивность целой рельсовой нити; Lc — индуктивность стыковых соединителей. 145
Таблица 8.4 Частота сигнального тока, Гц Тип стыковых соединителей Модуль пол- ного сопро- тивления рельсов, Ом/км Аргумент (фазовый угол), град 25 Медные приварные 0,5 52 [ Медные приварные 0,8 65 50 ! Стальные приварные 0,85 60 1 Стальные штепсельные 1,0 56 75 Медные приварные 1,07 68 Основную часть общей индуктивности Lo составляет внешняя ин- дуктивность Le, определяемая лишь геометрическими размерами рельсовой линии, как и у любой двухпроводной цепи. Внутренняя индуктивность Z,, и активное сопротивление га из-за поверхностного эффекта и гистерезиса в ферромагнитных проводни- ках зависят от частоты сигнального тока, магнитной проницаемости, удельного сопротивления рельсовой стали и от геометрических разме- ров рельса. Существуют лишь приближенные формулы для вычисле- ния значений га и L,. С возрастанием частоты сигнального тока вследствие явления поверхностного эффекта и гистерезиса активное сопротивление рельсов возрастает. Полное сопротивление рельсов переменному току выражается модулем и аргументом (фазовым углом). Нормативные значения удельного сопротивления рельсов переменному сигнальному току частотой 25, 50 и 75 Гц приведены в табл. 8.4. Из табл. 8.4 видно, что сопротивление рельсов переменному сигнальному току, в отличие от сопротивления рельсов постоянно- му току, от типа и состояния стыковых соединителей изменяется незначительно и определяется в основном активным и индуктивным сопротивлением самих рельсов. При замене стальных приварных со- единителей медными приварными и даже при цельносваренных рель- совых плетях, когда сопротивление стыков уменьшается более чем в 10 раз, полное сопротивление рельсов уменьшается всего на 20%, поэтому при расчетах рельсовых цепей переменного тока не.учи- тывают колебания сопротивления рельсов из-за изменения сопротив- ления стыков в процессе эксплуатации и пользуются приведенными в табл. 8.4 значениями при расчете всех режимов работы рельсовых цепей, т. е. значения Zmax и Zm'm принимаются одинаковыми. При частотах сигнального тока свыше 75 Гц сопротивление рельсов возрастает практически пропорционально частоте, так как преобладающей становится индуктивная составляющая, обус- ловленная внешней индуктивностью, которая с изменением частоты сигнального тока остается неизменной. 146
Расчетные значения удельного сопротивления рельсов перемен- ному сигнальному току: Частота сигналь- ного тока» Гц Модуль полного сопротив- ления» Ом/км Аргумент полного сопротив- ления, град Частота сигналь- ного тока, Гц Модуль полного сопротив- ления, Ом/км Аргумент полного сопротив- ления» град 125 1,54 71 475 5,4 79 175 2 73 725 6,6 80 225 2,6 73 1000 8,9 81 275 3,1 76 2000 17,3 84 325 3,7 76 3000 23 85 375 4,3 77 5000 42 86 425 4,9 78 Сопротивление рельсовой петли переменному току Z не является суммой сопротивлений обеих рельсовых нитей Zi и Z2 в отдельности, т. е. Z=/=Zi+Z2- Физически это объясняется явлением взаимной индуктивности рельсовых нитей. Ток, проходящий по каждой рель- совой нити, наводит в противоположной нити ток взаимоиндукции, совпадающий по направлению с основным током. Увеличение тока эквивалентно уменьшению сопротивления, поэтому полное сопротив- ление рельсовой петли Z = Z) + Z2 — 2Z12, где Z12 — сопротивление, обусловленное взаимной индуктивностью рельсо- вых нитей. Сопротивление каждой рельсовой нити в отдельности 7 Z1==Z2=|—Z12. Расчеты показывают, что сопротивление рельсовой петли и со- противление каждой рельсовой нити в отдельности приблизительно одинаковы, т. е. Z«Zi=Z2. Полное сопротивление Z (Ом) при длине рельсовой линии / определяется через удельное сопротивление Z=zl. Электрическим сопротивлением изоляции (балласта) рельсовой линии ги (Ом/км) называется сопротивление, оказываемое то- ку утечки из одной рельсовой нити в другую через балласт и шпа- лы. Значение сопротивления изоляции зависит от типа и состоя- ния балласта и шпал, арматуры крепления рельсов к шпалам, на- личия зазора между подошвой рельсов и балластом, от температу- ры и влажности окружающего воздуха и многих других причин. При изменении частоты сигнального тока от 0 до 2000 Гц сопротивление изоляции изменяется незначительно и имеет актив- ный характер, на частоте свыше 2000 Гц начинает проявляться емкостная составляющая. Сопротивление изоляции во многом зави- сит от типа и состояния балласта. Наилучшим материалом для бал- 147
ластного слоя является щебень, хорошими изоляционными свойства- ми обладает гравий, при песчаном и асбестовом балласте сопро- тивление изоляции ниже. Еще больше сопротивление изоляции за- висит от степени загрязнения балласта. Даже щебеночный балласт через несколько лет после укладки, загрязняясь песком, пылью, шлаком, углем и другими материалами, не всегда обеспечивает нормативное сопротивление изоляции. Особенно резко снижается сопротивление изоляции на участках, где производится перевозка минеральных удобрений и солей, а также на участках с солончако- выми почвами. В условиях эксплуатации сопротивление изоляции может изменяться в зависимости от погоды и других условий от долей ома на километр (летом после дождя) до 100 Ом-км (зимой в сильный мороз). На железных дорогах СССР для рельсовых цепей постоянного и переменного тока для всех видов балласта установлена единая норма минимального сопротивления изоляции, равная 1 Ом-км. Од- нако в условиях эксплуатации это значение бывает не всегда. При касании подошвой рельса балласта, наличии гнилых шпал, заг- рязнении балласта, а также при наличии шпал, пропитанных токо- проводящими антисептиками (хлористый цинк), на участках с асбес- товым балластом при засорении его сыпучими грузами, при солон- чаковой почве сопротивление изоляции снижается до 0,5 Ом-км и ниже. Это может привести к нарушению нормального действия рель- совых цепей. На участках с железобетонными шпалами работа импульсных рельсовых цепей постоянного тока усложняется из-за проявления так называемого аккумуляторного электрохимического эффекта, когда рельсовая линия в импульсе накапливает энергию, за счет которой в интервале импульсное реле удерживает якорь; это при- водит к сбою в работе рельсовой цепи. Для обеспечения нормаль- ного действия рельсовых цепей в этих условиях разработаны спе- циальные схемы, в частности схема рельсовой цепи с двухполяр- ным питанием. Полное сопротивление изоляции рельсовой линии длиной I RK=rK/l. Процесс распространения электрических сигналов в рельсовой линии, как и в любой другой электрической линии с распределен- ными параметрами, характеризуется ее вторичными параметрами: коэффициентом распространения волны у (1/км) и волновым сопро- тивлением ZB. Коэффициент распространения волны у = а+/р, где а — коэффициент затухания; Р — фазовый коэффициент. 148
Физически коэффициент затухания характеризует изменение амплитуды, а фазовый коэффициент — изменение фазы сигнала при прохождении 1 км рельсовой линии. Коэффициент распространения определяется первичными пара- метрами: У=л/2/ги = \д/г/ги\ е'ф/2, где z и ги — соответственно удельное сопротивление рельсов и удельное сопротивление изоляции; <р — аргумент сопротивления рельсов. Для постоянного тока (у = а, 0 = 0) У=д/ . V и При стальных приварных соединениях у=а=0,447 1/км. Для переменного тока частотой 50 Гц и при приварных медных со- единителях у =0,89а'32,50 1/км. Волновое сопротивление характеризует соотношение между на- пряжением и током в каждой точке рельсовой линии при распрост- ранении электромагнитной волны. Волновое сопротивление опреде- ляется первичными параметрами: ZB=V2‘rH = IVz’,'d <?/Ф/2' Вторичные параметры зависят от частоты сигнального тока, поскольку они определяются первичными параметрами. С повышени- ем частоты сигнального тока вторичные параметры возрастают приблизительно пропорционально корню квадратному из частоты. 8.6. Общие сведения о расчетах рельсовых цепей Рельсовая цепь представляет собой сложную электрическую цепь основными элементами которой являются приборы питающего конца, рельсовая линия и приборы релейного конца. Приборы ре- лейного и питающего концов — обычные цепи с сосредоточенными параметрами. Связь между токами и напряжениями в таких цепях выражается непосредственно через первичные параметры элементов (сопротивления, индуктивности, емкости). Рельсовая линия является электрической цепью с равномерно распределенными параметрами, в которой элементарные сопротив- ления рельсов соединены последовательно, а элементарные сопро- тивления изоляции — параллельно. Поэтому для определения токов и напряжений в различных точках рельсовой линии используются известные уравнения электрических линий с распределенными пара- метрами, называемые также телеграфными уравнениями, так как 149
впервые эти уравнения были выведены и применены для расчетов при передаче сигналов при телеграфировании. Связь между токами и напряжениями в начале и конце линии для нормального режима работы рельсовой цепи устанавливается уравнениями: i/H=i/Kchy/ + /KZBshY/; (8.1) /и=^к^+/ксЬу/, (8.2) где и /„ — комплексы напряжения и тока в начале линии; UK и /к — комплексы напряжения н тока в конце линии; у и Z, — вторичные параметры линии; / — длина линии; shy/ и ch-y/ — гиперболические синус и косинус. Для составления этих уравнений составляют схему замещения электрической линии бесконечно малой длины (рис. 8.14). В этой схеме z и г — первичные параметры рельсовой линии; А/ — длина бесконечно малого отрезка линии; зА/ — сопротивление рельсов; —AZ проводимость изоляции балласта; U, I — напряжение и ток на выходе элементарного звена; f7-|-AC7 и /+А/ — напряжение и ток на входе элементарного звена. Так как на сопротивлении zAZ элементарного отрезка создается падение напряжения А (7, а через проводимость ответвляется часть тока А/, то напряжение и ток на входе схемы больше, чем на выходе, на АСУ и А/. В соответствии со схемой замещения составляют дифференци- альные уравнения для отрезка линии бесконечно малой длины (AZ—»~0): d//=/zdZ; (8.3) dI=U— dZ. (8.4) И Из уравнений (8.3) и 8.4) определяют Это и есть дифференциальные уравнения электрической линии. Решая уравнения (8.3) и (8.4), получили уравнения (8.1) и 8.2), которые широко применяют при расчетах электрических линий. Эти уравнения могут быть записаны в более общем виде U„=AU, + Bh; IH = CUK+DL, где А, В, С, D — коэффициенты рельсового четырехполюсника, замещающе- го рельсовую линию; Д=£) = сНу/; B = ZBshyZ; С = — 150
Рис. 8.14. Схема замещения рель- совой цепи Коэффициенты А и D являются безразмерными величинами, коэффициент В имеет размерность сопротивления (Ом), а С — проводимости (1/Ом). При расчете рельсовой цепи постоянного тока у и ZB = RB являются вещественными величинами, поэтому значения shy/ и chy/ определяются непосредственно по таблицам гиперболических функций. При переменном сигнальном токе вторичные параметры рельсовой линии у и Ze являются комплексными величинами. Таблиц гиперболических функций от комплексного аргумента не существует, и они практически не могут быть составлены, поскольку множество их значений зависит как от модуля, так и от фазового угла. Для опре- деления значений chy/ и shy/ в этом случае используют формулы, позволяющие находить значение гиперболических функций от комплексного аргумента через гиперболические и тригоно- метрические функции от действительной и мнимой частей комп- лексного аргумента: chy/ = ch (а/ Ц-/р/)= cha/cosp/ + /sha/sinp/; shy/ = sh (а/ + /р/) = sha/cosp/ + /cha/sinp/. Значение гиперболических и тригонометрических функций от действительной а/ и мнимой р/ частей комплексного аргумента находят по таблицам. На рис. 8.15 приведены графики распределения напряжения и тока вдоль рельсовой линии длиной 2500 м при частоте сигналь- ного тока 50 Гц и нормативном сопротивлении балласта. Расчеты выполнены по формулам (8.1) и (8.2). В качестве исходных приня- ты значения t/K = 0,37 В и /к = 1,9 А, при которых обеспечивается нормальная работа рельсовой цепи. Расчеты рельсовых цепей очень громоздки, требуют больших затрат труда и времени. Это связано с тем, что приходится вы- полнять расчеты для различных режимов работы при разных длинах и переменном сопротивлении изоляции рельсовой линии. При иссле- довании и разработке новых типов рельсовых цепей, связанных с выбором оптимальных параметров схем и аппаратуры, объем выпол- няемых расчетов возрастает в несколько раз. На линиях с элект- рической тягой необходимо дополнительно учитывать влияние кон- тактной сети на условия работы рельсовой цепи. Все это приво- дит к тому, что аналитические методы расчета оказываются сложны- ми и трудоемкими, поэтому расчеты, как правило, выполняют на 151
Рис. 8.15. График зависимости тока и напряжения от длины кодовой рель- совой цепи 50 Гц Контактный провов К О— — - — — I г——О R/3 Земля о----- Рис. 8.16. Схема П-образного звена ис- кусственной рельсовой линии ЭВМ. Это значительно ускоряет процесс вычислений и повышает про- изводительность труда. В ряде случаев вывести уравнения, точно опи- сывающие условия прохождения сигналов по рельсовой линии, не представляется возможным. В этих случаях расчеты и исследования рельсовых цепей выпол- няют с использованием искусственных рельсовых линий, являющихся физическими моделями реальных линий. Искусственная рельсовая линия представляет собой каскадное включение звеньев с сосредоточенными параметрами. Любая реаль- ная рельсовая линия может быть представлена каскадным включени- ем Т-образных или П-образных звеньев с сосредоточенными пара- метрами. Практически целесообразнее использовать П-образные звенья (рис. 8.16), так как в этом случае требуется в два раза меньше индуктивных элементов, замещающих сопротивления рель- сов и контактного провода. Сопротивления, имитирующие рельсы, обозначены Z\ и Zi (Zi = Z2). Сопротивления, имитирующие взаимную индуктивность между рельсами Z12 и взаимную индуктив- ность между рельсами и контактным проводом ZKp, выполнены на другом индуктивном элементе. Сопротивление изоляции представлено в виде двух составляю- щих: сопротивления верхнего слоя балласта и шпал #12 и сопротивле- ния между каждым рельсом и землей R\3 и R?3. Каждая из составля- ющих сопротивления изоляции выполнена на нескольких резисторах, подключаемых к рельсам с помощью контактов реле или кнопок. Изменением этих сопротивлений достигается имитация различных сопротивлений изоляции (балласта) от 0,5 Ом-км до бесконечности при различном сочетании его составляющих. Длина элементарного звена рельсовой линии, которую прибли- женно можно заменить схемой с сосредоточенными параметрами, за- висит от постоянной распространения у. Расчеты показывают, что с точностью, достаточной для практических целей, можно принять 152
длину элементарного звена замещаемой рельсовой линии такой, что- бы |у4£СО,4, тогда /<Д4/|у|. Установлено, что точность расчета в диапазоне частот от 0 до 500 Гц получается вполне приемлемой, если П-образное звено с сосредоточенными параметрами замещает отрезок реальной рельсовой линии длиной 250 м. Для замещения больших длин рельсовых линий используют каскадное включение нескольких звеньев. Если исследуют рельсовую цепь при частотах сигнального то- ка свыше 500 Гц, элементарные отрезки замещаемых рельсовых ли- ний нужно принимать меньшей длины. Сопротивления рельсовых нитей в отдельности и рельсовой петли зависят от силы тока в рельсах. При изготовлении физичес- кой модели рельсовой линии значения этих сопротивлений приняты такими, которые соответствуют малым токам в рельсах, какими яв- ляются сигнальные токи. Сопротивление рельсов для тягового то- ка, имеющего высокий уровень, будет несколько отличаться от ре- альных значений. При создании искусственной рельсовой динии модуль и аргу- мент сопротивления элементов, имитирующих рельсы и контактный провод, должны изменяться в зависимости от частоты сигнального тока так же, как и в реальной рельсовой линии. Это достигается подбором добротности индуктивных элементов, которые выполняют- ся в виде катушек индуктивности с сердечниками из трансформа- торной стали, изменением размеров сердечника, зазора в нем или диаметра провода катушки. Использование искусственных рельсовых линий позволяет про- изводить исследования, связанные с разработкой новых и совер- шенствованием существующих рельсовых цепей, с наименьшими зат- ратами труда и в наиболее короткие сроки с учетом всех специ- фических особенностей работы рельсовых цепей. Проведенные ис- следования в лабораторных и эксплуатационных условиях показа- ли, что искусственные рельсовые линии, выполненные в соответст- вии с изложенной выше методикой, достаточно точно отображают свойства реальных линий в диапазоне частот от 0 до 500 Гц. 8.7. Основные требования к рельсовым цепям и режимы их работы К рельсовым цепям предъявляют разнообразные требования, обусловленные специфичностью их работы. Выполнение этих тре- бований обеспечивает надежность действия систем автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте. При этом наиболь- шее внимание уделяют предотвращению подачи ложной информации о свободности рельсовой цепи, поскольку это нарушает условия безопасности движения поездов. 153
Основные требования к рельсовым цепям следующие. При от- сутствии подвижного состава на рельсовой цепи путевой приемник должен надежно фиксировать ее свободность. При шунтировании в любой точке рельсовой линии хотя бы одной колесной парой, а также при полном изломе рельса должно фиксироваться занятое со- стояние. В кодовых и кодированных рельсовых цепях с вступлени- ем поезда на входной конец под приемными катушками должен обес- печиваться нормативный ток АЛ С, необходимый для действия прием- ных локомотивных устройств. В соответствии с этими требованиями различают основные ре- жимы работы рельсовых цепей — нормальный, шунтовой, контроль- ный и режим АЛС. Во всех указанных режимах рельсовые цепи долж- ны надежно функционировать во всем диапазоне изменения парамет- ров рельсовой линии, колебания напряжения источников питания, а также в условиях воздействия помех тягового тока и от других источников. Рельсовые цепи должны исключать опасные положения при замыкании изолирующих стыков, когда путевой приемник полу- чает сигналы из смежной цепи. Следует отметить, что требования к различным режимам большей частью являются противоречивыми, т. е. значения переменных параметров, которые являются благопри- ятными в одном режиме, в другом оказываются неблагоприятными. Правильно сконструированная и отрегулированная рельсовая цепь должна удовлетворять требованиям всех режимов. Нормальный (регулировочный) режим соответствует свободному состоянию рельсовой цепи. В этом режиме путевое реле при непре- рывном питании надежно удерживает якорь в притянутом положе- нии, а при импульсном питании надежно срабатывает от каждого импульса при самых неблагоприятных условиях. Неблагоприятными условиями для нормального режима являются те, которые приводят к снижению тока в путевом реле, т. е. минимальное напряжение источника питания, максимальное сопротивление рельсов и мини- мальное сопротивление изоляции. Если в этих условиях обеспечи- вается нормальная работа путевого реле, то при всех других ус- ловиях (повышение напряжения источника питания, снижение сопро- тивления рельсов и повышение сопротивления изоляции) она тем более будет обеспечена. Шунтовой режим соответствует занятости рельсовой цепи под- вижным составом. В этом режиме путевое реле при непрерывном пи- тании должно надежно отпускать якорь, а при импульсном (кодо- вом) питании исключаться срабатывание реле от импульсов тока. Поскольку требования шунтового режима противоположны требова- ниям нормального, то и неблагоприятные условия этого режима также противоположны условиям нормального режима. Неблагоприятными условиями для шунтового режима являются те, которые приводят к увеличению тока в путевом реле: макси- мальное напряжение источника питания, минимальное сопротивле- ние рельсов и максимальное сопротивление изоляции, которое для 154
данного режима в расчетах принимается равным бесконечности, т. е. считается, что отсутствует утечка тока через шпалы и бал- ласт. Если шунтовой режим при этих условиях обеспечивается, то при всех других условиях он также будет обеспечиваться. Надежность работы рельсовых цепей в шунтовом режиме харак- теризуется шунтовой чувствительностью, которая со- ответствует максимальному значению сопротивления. Включение это- го сопротивления между рельсами приводит к отпусканию якоря путевого реле. Шунтовая чувствительность в соответствии с дей- ствующими техническими условиями должна быть не менее 0,06 Ом. Ее проверяют наложением на рельсы испытательного нормативного шунта сопротивлением 0,06 Ом, при наложении которого в любой точке рельсовой линии путевое реле должно отпускать якорь (непре- рывное питание) или не должно перебрасывать якорь (импульсное питание). Для колесных пар вводят предельное сопротивление, которое должно быть не более 0,06 Ом. Действительное сопротивление поездного шунта, создаваемого колесными парами подвижного состава, обычно составляет тысяч- ные доли ома, поэтому шунтирование цепи скатами поезда осущест- вляется, как правило, с большим запасом по надежности. При на- личии ржавчины на поверхности рельсов или колесных пар, обле- денения и загрязнения рельсов, особенно при шунтировании лег- кими подвижными единицами, сопротивление поездного шунта уве- личивается. Однако во всех случаях оно не должно превышать 0,06 Ом. Шунтовая чувствительность цепи зависит от сопротивления по ее концам. Чем выше сопротивление по концам, тем выше ее шун- товая чувствительность при прочих равных условиях, так как бо- лее высокое сопротивление легче шунтируется поездным шунтом. Если сопротивления по концам рельсовой цепи не равны между со- бой, то шунтовая чувствительность выше на том конце, на котором выше сопротивление. Таким образом, по условиям обеспечения шунтового режима сопротивления по концам должны выбираться по возможности более высокими. Контрольный режим, или режим поврежденного рельса, соответ- ствует нарушению целостности рельсовой нити (лопнувший или изъятый рельс) при свободной рельсовой цепи. В этом режиме путевое реле не должно срабатывать, т. е. требования этого ре- жима совпадают с требованиями шунтового режима. Поэтому и не- благоприятными условиями для него будут такие, которые приво- дят к увеличению тока в реле. Очевидно, что этим условиям со- ответствует максимальное напряжение источника питания и мини- мальное сопротивление рельсов. Однако в отличие от шунтового режима неблагоприятные условия контрольного режима создаются не в случае максимального сопротивления изоляции, а при не- котором критическом его значении. Это объясняется тем, что при ги = оо, что соответствует отсутствию утечки тока через балласт, в 155
случае лопнувшего рельса или при его изъятии нарушается цепь тока для путевого реле и создаются хорошие условия для отпуска- ния якоря реле. При минимальном сопротивлении изоляции напряжение на реле также минимально, и в случае повреждения рельса незначительное снижение тока в реле приводит к прекращению его работы. Небла- гоприятные условия создаются при некотором критическом сопро- тивлении изоляции, когда в случае повреждения рельса цепь тока сохраняется (за счет протекания тока через балласт) и в то же время сопротивление изоляции достаточно велико, что приводит к увели- чению тока реле. Контрольный режим обеспечивается тем лучше, чем ниже сопро- тивления по концам (по условиям обеспечения контрольного режима сопротивление по концам рельсовой цепи должно выбираться по возможности более низким). При низком сопротивлении по концам увеличение сопротивления передачи, вызванное повреждением рель- са, приводит к более резкому уменьшению тока в путевом приемни- ке, что повышает чувствительность к повреждению рельса. Если сопротивление по концам велико, то изменение сопротив- ления передачи, вызванное повреждением рельса, сказывается ме- нее резко, поэтому чувствительность рельсовой цепи в контроль- ном режиме снижается. Таким образом, требования к выбору со- противлений по концам по условиям шунтового и контрольного ре- жимов являются противоположными. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что в используемом на железных дорогах СССР диа- пазоне частот оптимальные сопротивления по концам должны нахо- диться в пределах 0,2—0,4 Ом. При этом обеспечивается работа рельсовой цепи во всех режимах. Режим АЛС соответствует вступлению поезда на входной конец рельсовой цепи. В этом режиме ток в рельсах под приемными катушками локомотива должен быть не менее расчетного, необходи- мого для надежной работы приемных устройств АЛС на локомотиве. Минимальный расчетный ток должен быть не менее 1,2 А при авто- номной тяге, 2 А — при электротяге постоянного тока и частоте сигнального тока 50 Гц, 1,4 А—при электротяге переменного то- ка и сигнальном токе частотой 25 или 75 Гц. Требования этого режима совпадают с требованиями нормального режима, так как в режиме АЛС необходимо обеспечить заданный ток на релейном конце в самых неблагоприятных условиях. Поэтому неблагоприятные усло- вия режима АЛС совпадают с неблагоприятными условиями нор- мального режима — минимальное напряжение источника питания, максимальное сопротивление рельсов и минимальное сопротивление изоляции. Режим короткого замыкания соответствует моменту шунтирова- ния питающего конца рельсовой цепи колесными парами подвижного состава. Этот режим не является основным, при нем проверяется 156
Таблица 8.5 Режим работы рельсовой цени Напряжение источ- ника питания Сопротивление рельсов изоляции Нормальный Шунтовой Контрольный АЛС Короткого замы- кания Минимальное Максимальное » Минимальное Максимальное Максимальное Минимальное * Максимальное Минимальное Максимальное Критическое Минимальное лишь то, что мощность короткого замыкания при максимальном напряжении не превышает допустимую номинальную мощность ис- точника питания. Неблагоприятные условия для всех рассмотренных режимов ра- боты рельсовых цепей приведены в табл. 8.5. Условия работы рельсовых цепей во всех режимах при задан- ных нормативных параметрах рельсовой линии и оптимальном выбо- ре сопротивлений по концам зависят от длины рельсовой цепи, часто- ты сигнального тока, коэффициента возврата путевого приемника и других факторов. Длина рельсовой цепи во многом определяет условия ее работы во всех режимах. Предельную допустимую длину при заданной час- тоте сигнального тока выбирают такой, чтобы рельсовая цепь ра- ботала надежно во всех режимах. Если длина рельсовой цепи ниже предельно допустимой, то она работает в более легких условиях, и все режимы в ней обеспечиваются с некоторым запасом. В большинстве случаев предельная длина рельсовой цепи опре- деляется по условиям контрольного режима. Достаточно точным критерием выбора длины рельсовой цепи для различных частот сиг- нального тока является параметр у/, т. е. затухание рель- совой линии, которое должно оставаться приблизительно постоян- ным. Так как с увеличением частоты тока у также возрас- тает, то предельная длина рельсовой цепи уменьшается. Расчетная предельная длина рельсовой цепи с частотой сиг- нального тока 25 Гц /пред=3500 м (практически она приня- та равной 2500 м); 50 Гц — /пред = 3000 м (принята 2600 м); 75 Гц — /пред=2700 м (принята 2600 м). При более высоких частотах сигнального тока предельная длина уменьшается примерно обратно пропорционально корню квадратному из частоты сигнально- го тока (рис. 8.17). Предельная длина зависит от коэффициента возврата путевого приемника (путевого реле), который в значительной мере опреде- ляет чувствительность рельсовой цепи к шунту и повреждению рельса. Коэффициент возврата характеризует отношение рабочего тока (напряжения) к току (напряжению), при котором надежно фик- 157
Рис. 8.17. График зависимости предель- ной длины рельсовой цепи от частоты сигнального тока --------------------------------- Рис. 8.18. Графики работы рельсовой цепи в нормальном и шунтовом режи- мах сируется занятость рельсовой цепи. Применительно к рельсовой цепи непрерывного питания с путевым реле коэффициент возврата реле Кв=/о//р, где /0 и /р — соответственно токи отпускания и срабатывания путевого реле. Для большей гарантии обеспечения шунтового и контрольного режимов принято, чтобы фактическая сила тока в обмотках реле в шунтовом и контрольном режимах не превышала 60% тока отпуска- ния якоря реле. Поэтому расчетный коэффициент надежного воз- врата Квн = 0,67о/7р. Учитывая, что значение для большинства путевых реле не превышает 0,5, для надежного обеспечения шунтового и контроль- ного режимов необходимо, чтобы ток в обмотках реле рельсовой цепи с непрерывным питанием при наложении шунта или поврежде- нии рельса составлял не более 30% тока срабатывания (рис. 8.18, а). При таком низком коэффициенте возврата все режимы рельсовых цепей постоянного тока надежно обеспечиваются, если длина рель- совой цепи не превышает 1500 м. В импульсных рельсовых цепях отпускание якоря реле обеспе- чивается в каждом интервале между импульсами (рис. 8.18, б). Поэтому для обеспечения шунтового и контрольного режимов доста- точно, чтобы при наложении шунта или повреждении рельса ток в обмотках снижался до значения, обеспечивающего надежное несра- батывание реле. Этот ток (7НН) принимают равным 75% рабочего тока. Коэффициент возврата импульсной рельсовой цепи составляет Квн = Лн//р = 0,75/р//р=0,75. 158
Более высокий коэффициент возврата обусловливает высокую чувствительность этой рельсовой цепи к шунту и повреждению рельса. Это позволяет увеличить предельную длину до 2600 м. При этом обеспечивается такая же чувствительность к шунту и повреж- дению рельса, как и рельсовой цепи с непрерывным питанием дли- ной 1500 м. Однако неправильно было бы считать, что только при импульсном питании может быть достигнуто повышение коэффициен- та возврата и как следствие этого предельной длины рельсовой цепи. Имеются технические средства, позволяющие реализовать высокий коэффициент возврата и при непрерывном питании. В последующих главах учебника будут рассмотрены схемы рельсовых цепей, в ко- торых реализуется /(вн, близкий к единице, при непрерывном сигналь- ном токе в рельсах. На условия работы и выбор предельной длины рельсовой цепи оказывают влияние пределы изменения напряжения источника пита- ния, поскольку нормальный режим должен обеспечиваться при мини- мальном напряжении источника питания. Чем стабильнее напряже- ние источника питания, тем лучше условия работы рельсовой цепи и при прочих равных условиях может быть достигнута более высо- кая ее предельная длина. В соответствии с требованиями ПТЭ отклонение от установлен- ных норм напряжений допускается в сторону уменьшения не более 10%, а в сторону увеличения — не более 5%. Глава 9 РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ ПРИ АВТОНОМНОЙ ТЯГЕ 9.1. Рельсовые цепи постоянного тока На неэлектрифицированных линиях по рельсовым цепям про- текает лишь сигнальный ток: мешающее действие тягового тока здесь отсутствует. Ввиду этого на таких линиях могут быть при- менены рельсовые цепи любого типа: постоянного или переменного тока, с непрерывным или импульсным питанием. Практически на линиях с автономной тягой (тепловозная, паровая) широко при- меняют рельсовые цепи постоянного тока, которые наиболее прос- ты по устройству и потребляют малую мощность. К достоинствам рельсовых цепей постоянного тока следует от- нести возможность их резервного электропитания от аккумуляторов, что особено важно для участков с ненадежным электроснабжением. Аппаратуру располагают в релейных шкафах, а источники питания (выпрямители и аккумуляторы) — в батарейных, устанавливаемых рядом с релейными. 159
В рельсовой цепи с непрерывным питанием (см. рис. 8.1) ис- пользуют нейтральное путевое реле АНШ2-2 с сопротивлением об- моток 2 Ом. Ток срабатывания реле АНШ2-2 равен 135 мА, ток отпускания —55 мА, коэффициент возврата —0,407, мощность сра- батывания —36,5 мВт. Рельсовая цепь получает питание от вып- рямителя ВАК-14. Для резервного питания предусмотрен аккуму- лятор АБН-72, работающий в режиме среднего тока. В качестве ограничителя применен регулируемый резистор 6 Ом. Для действия устройств автоматической локомотивной сигнализа- ции схема допускает возможность ее кодирования с питающего или релейного конца (на рис. 8.1 включение устройств АЛС не показано). Для контроля замыкания изолирующих стыков предусматривают чередование полярности тока в смежных рельсовых цепях. В слу- чае замыкания изолирующих стыков токи смежных цепей компенси- руются и путевые реле обеих свободных рельсовых цепей отпус- кают свои якоря, чем контролируется исправность изолирующих стыков. Для лучшей компенсации сигнальных токов в смежных цепях по обе стороны изолирующих стыков размещают питающие или релейные концы. Если изолирующие стыки замыкаются при занятой рельсовой цепи, то создается возможность подпитки путевого реле от ис- точника смежной рельсовой цепи, в то время как свой источник питания зашунтирован. Таким образом, контроль замыкания изоли- рующих стыков отсутствует как раз в тот момент, когда он более всего необходим. К недостаткам рельсовых цепей постоянного тока с непрерывным питанием следует отнести также малую предель- ную длину (до 1500 м), отсутствие защиты от блуждающих токов, в том числе от обратных токов вагонного освещения и отопления при центральном источнике электроснабжения пассажирских поездов. Рельсовые цепи постоянного тока с непрерывным питанием ис- пользуются только на станциях участков, не подверженных влия- нию блуждающих токов. На перегонах при автоблокировке при- меняют импульсные рельсовые цепи (рис. 9.1). Периодическое за- 160
мыкание (импульс) и размыкание (интервал) цепи питания произ- водятся контактом непрерывно работающего маятникового транс- миттера. В качестве путевого реле И служит импульсное поля- ризованное реле ИР1-0,3 или ИМШ-0,3. Ток срабатывания реле равен 280 мА, отпускания—135 мА; мощность срабатыва- ния 24,4 мВт. Контакты импульсного реле вследствие их непре- рывного переключения не могут быть использованы в цепях конт- роля свободности блок-участков и включения ламп светофоров, поэтому на релейном конце дополнительно устанавливают его пов- торитель— реле П, работающее от конденсаторного дешифратора и удерживающее якорь непрерывно притянутым при импульсной работе реле И. В интервале, когда замкнут тыловой контакт реле И, заря- жается конденсатор С1 через резистор R и диод VD1, одновре- менно ток протекает через дроссель L, в котором запасается энергия магнитного поля. Во время импульса, когда замыкается фрон- товой контакт реле И, конденсатор С1 разряжается на обмотку реле П и конденсатор С2 через резистор R и дроссель А; одновре- менно на этих элементах выделяется энергия, накопленная в дросселе. Реле П возбуждается, и конденсатор С2 заряжается. В следующем интервале заряжается конденсатор С/, а реле П в течение интервала получает питание от конденсатора С2. В импульсе ток от конденсатора С1 и дросселя протекает через обмотку реле П и конденсатор С2. Таким образом, при импульсной ра- боте реле И непрерывно переключает свой контакт в цепи кон- денсаторного дешифратора. Реле П, получая питание в каждом импульсе от конденсатора С1 и дросселя, а в каждом интервале — от конденсатора С2, непрерывно удерживает якорь притянутым. При вступлении на рельсовую цепь поезда или нарушении це- лостности рельсовой нити прекращается импульсная работа реле И, тыловой контакт его будет непрерывно замкнут, и конденсатор С1 не сможет разрядиться на обмотку реле П и конденса- тор С2. После разряда конденсатора С2 (примерно 1 с) реле П отпускает якорь, фиксируя занятость рельсовой цепи. Схема дешифратора обеспечивает защиту от токов помех, пе- ременного кодового тока АЛС, а также исключает возможность срабатывания путевого реле П при занятой рельсовой цепи в случае повреждения отдельных элементов схемы. Если через обмотку импульсного реле протекают непрерывные блуждающие токи или произошло механическое заедание якоря (импульсное реле не отно- сится к реле I класса надежности), его импульсная работа прек- ращается, и после разряда конденсаторов С1 и С2 на обмотку реле П последнее отпустит якорь. При замыкании изолирующих стыков и занятой рельсовой цепи в обмотку импульсного реле может попадать переменный кодовый ток АЛС 50 Гц (на схеме не показано). Якорь реле И начинает вибрировать с частотой 50 Гц, так как это реле является быстродей- 6 Зак. 863 161
ствующим. При этом возможно замыкание его фронтового контакта. Для исключения срабатывания путевого реле П в цепь разряда конденсатора С1 включен ограничивающий дроссель L с большим индуктивным сопротивлением (первичная обмотка трансформатора типа СТ-3). Индуктивное сопротивление дросселя L препятствует нарастанию напряжения на обмотке реле П и конденсаторе С2 до напряжения срабатывания. Исправность дросселя контролируется при нормальной работе дешифратора: в случае замыкания дрос- селя напряжение на реле П становится недостаточным для его срабатывания. Схема дешифратора исключает возможность ложного возбужде- ния путевого реле и при других неисправностях схемы: обрыве или пробое конденсаторов С1 и С2, обрыве или пробое диодов VD1 и VD2, а также при сочетании ряда повреждений; случайном за- мыкании (сваривании) всех трех контактов импульсного реле (реле П и конденсатор С2 будут зашунтированы диодом VD1). Диод VD1 разделяет цепи заряда и разряда конденсатора С1. Диод VD2 защищает контакт реле И от искрообразования. Обрыв диода VD2 не контролируется, однако это повреждение не может при- вести к ложному возбуждению путевого реле, а вызывает на кон- такте реле И сильное искрение, что приведет лишь к преждевре- менному износу контакта. При новом проектировании и строительстве автоблокировки ис- пользуют схему релейного дешифратора (рис. 9.2). В нем исполь- зуют дополнительные реле: повторитель импульсного реле И1 типа ИМШ1-1700, медленнодействующий повторитель ПИ типа АНШМ2-760 и его повторитель ПИ1 типа АНШ2-700 и основное реле П типа АНШ2-700. Кремневые диоды VD2, VD3 и VD4 обес- печивают замедление реле на отпускание, а диод VD1 исключает попадание циркулирующих через диод VD2 и обмотку реле ПИ токов в другие цепи. Схема релейного дешифратора сложна, но она обеспечивает более высокую устойчивость работы за счет исключения электроли- тических конденсаторов, параметры которых могут изменяться от продолжительности их работы и температуры окружающей среды. В этой схеме достигается более стабильное время отпускания якоря путевого реле (в пределах 0,9—1 с), благодаря чему обеспечивается удовлетворительный режим подачи кодовых сигналов АЛС при вступлении на рельсовую цепь поезда. Схема релейного дешифратора отвечает всем требованиям бе- зопасности, которые были рассмотрены выше применительно к кон- денсаторному дешифратору, в том числе при обрывах и замыканиях диодов и обмоток реле, а также при замыкании (сваривании) всех трех контактов импульсного реле. Импульсная рельсовая цепь по сравнению с рельсовой цепью не- прерывного питания имеет более высокую чувствительность к шунту и излому рельса, так как отпускание якоря реле П будет обес- 162
печено, если ток в обмотке реле И снизится до тока непритяжения якоря. Отпускание якоря реле И гарантируется в интервале между импульсами, поэтому предельная длина импульсной цепи равна 2600 м. В импульсных рельсовых цепях постоянного тока путевое реле всегда размещают на выходном конце блок-участка, т. е. импульсы для питания реле посылаются по ходу поезда. Это позволяет ис- Рис. 9.2. Схема релейного дешифратора пользовать контакты путевого реле для включения кодов АЛС при вступлении поезда, предвари- тельного зажигания светофоров и подачи извещений на станцию и переезд о приближении поезда. Кроме того, такое размещение приборов исключает мешающее действие импульсов постоянного тока на локомотивные приемные устройства АЛС. Ложная работа импульсного реле от тока смежной цепи при замыкании изолирующих стыков исключается чередованием поляр- ностей тока в смежных рельсовых цепях. Импульсное путевое реле ИР 1-0,3 или ИМШ-0,3 срабатывает только от импульсов тока соб- ственной цепи. При попадании тока другой полярности в его об- мотку от источника смежной цепи под действием тока обратной полярности усилие на якорь будет направлено в сторону замыкания тылового контакта. Достоинствами рельсовых цепей постоянного тока являются их простота, надежное резервирование питания от аккумуляторных батарей и малое потребление электроэнергии. Мощность, потребля- емая рельсовой цепью, составляет примерно 19 В-A с учетом потерь в выпрямителе. Однако эти рельсовые цепи имеют ряд недостатков. Хотя им- пульсная рельсовая цепь исключает возможность ложного срабаты- вания от блуждающих токов, но наличие этих токов приводит к отпусканию якоря путевого реле П. На путевом светофоре появ- ляется красный огонь вместо разрешающего при свободном блок- участке, что может привести к задержкам в движении. Блуждающие токи могут иметь и импульсный характер. В этом случае не исклю- чается возможность ложного возбуждения путевого реле. Поэтому при систематическом влиянии блуждающих токов, например от электрического транспорта, применять импульсные рельсовые цепи постоянного тока не представляется возможным; в этом случае необходимо использовать рельсовые цепи переменного тока. Другим недостатком импульсных рельсовых цепей постоянного тока является влияние так называемых токов аккумуляторного эффекта, особенно на участках с железобетонными шпалами. Эти токи являются следст- 6 163
вием действия электрохимических процесов, протекающих в верхнем строении пути. Рельсовая линия как бы запасает энергию, на- копленную в течение импульса. В интервале, когда импульсное реле должно отпускать якорь за счет тока аккумуляторного эффекта, оно удерживает его притянутым, и нормальное действие автоблокировки при этом нарушается. Для защиты реле от мешающего действия токов аккумуляторного эффекта применяют специальные схемы за- щиты. Например, питание осуществляется импульсами чередую- щейся полярности, когда вместо интервала посылают ток обратной полярности, компенсирующий ток аккумуляторного эффекта. Это усложняет схему. Применяемые для резервного питания аккумуляторы критичны к изменению температуры окружающей среды. Для их размещения необходимы специальные батарейные шкафы, требующие тщательно- го ухода и частого осмотра. Емкость аккумуляторов не обеспе- чивает возможности действия АЛС при резервном питании, что снижает эффективность применения АЛС на линиях с автономной тягой. Аппаратуру рельсовых цепей постоянного тока необходимо размещать непосредственно у пути, допустимая длина соединитель- ного кабеля составляет несколько десятков метров. Указанные недостатки ухудшают эксплуатационно-технические показатели системы автоблокировки постоянного тока с импульсными рельсовыми цепями. На участках с автономной тягой при новом проектировании и строительстве, как правило, применяют рельсо- вые цепи переменного тока. На линиях, подлежащих электрификации, применяют рельсо- вые цепи переменного тока, аналогичные рельсовым цепям для участков с электротягой, но без дроссель-трансформаторов. На сред- них и крупных станциях, как правило, применяют рельсовые цепи переменного тока. 9.2. Рельсовые цепи переменного тока Рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с малогабаритной аппа- ратурой (рис. 9.3, а) широко используют на некодированных путях станций без электротяги. Такое название они получили на ранней стадии внедрения благодаря использованию в схеме малога- баритных трансформаторов ПТМ на питающем конце и РТ-3 на релейном. Размеры и масса этих трансформаторов в несколько раз меньше путевых трансформаторов ПОБС. Наряду с трансформаторами ПТМ в качестве питающих приме- няют также трансформаторы ПРТ-А, а на релейном — ПРТ-А и СТ-3. Ограничителем является резистор /?0; путевое реле — АНВШ2- 2400. В эксплуатации еще находятся рельсовые цепи с путевыми 164
Рис. 9.3. Рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с малогабаритной аппаратурой реле НРВ1-250, НВШ2-200, НРВ1-1000 и НВШ1-800. Предельная длина рельсовой цепи, при которой обеспечиваются все режимы, составляет 1500 м. Мощность, потребляемая рельсовой цепью пре- дельной длины, равна примерно 30 В-А. Питающие и релейные трансформаторы размещают у пути в трансформаторных ящиках или релейных шкафах, а путевое реле — на посту ЭЦ или в помещении дежурного по станции. Провода между релейным трансформатором и путевым реле не дублируют при длине кабеля до 1500 м. Такие рельсовые цепи допускают кодирование их с питающего и релейного концов (рис. 9.3, б). При кодировании с релейного конца в качестве кодового применяют трансформатор ПОБС-ЗА, а с питающего — питающий трансформатор ПРТ-А. Предельная длина кодируемой рельсовой цепи составляет 1200 м. При шунтировании входного конца рельсовой цепи и минимальном сопротивлении изоляции ток АЛС в рельсах должен быть не менее 1,2 А. При кодировании с релейного конца включают резистор /?3. Для контроля замыкания изолирующих стыков вторичные обмот- ки путевых трансформаторов включают так, чтобы обеспечивалось чередование мгновенных полярностей тока в смежных цепях, а по обе стороны изолирующего стыка устанавливают одноименные при- боры (реле-реле или трансформатор-трансформатор). По этой же причине полярность кодового тока при кодировании с релейного конца должна совпадать с полярностью тока путевого трансформа- тора и быть противоположной полярности тока смежной рельсовой цепи. В случае замыкания изолирующих стыков вследствие противо- положного направления тока от трансформаторов смежных цепей 165
общий ток снижается и становится меньше тока отпускания реле. Оба путевых реле отпускают якоря, и замкнувшиеся стыки бла- годаря этому могут быть своевременно обнаружены. Однако если рельсовая цепь занята поездом, и в этот момент произошло за- мыкание изолирующих стыков, то путевое реле будет получать питание только от источника смежной цепи. При этом если под- вижная единица находится вблизи от замкнувшихся изолирующих стыков, то оба путевых реле будут зашунтированы, так как сопро- тивление рельсов, входящее в сопротивление шунта, будет невелико. При некотором удалении подвижной единицы от поврежденных изолирующих стыков (на 250 м и более), когда в сопротивление шунта будет входить сопротивление рельсов от подвижной единицы до стыков, возможно срабатывание путевого реле от источника смежной цепи. Поэтому указанный контроль замыкания изолирую- щих стыков является недостаточно надежным, и такие рельсовые цепи требуют более тщательного осмотра, особенно изолирующих стыков при обслуживании устройств. Эти рельсовые цепи применяют в основном для оборудования путевых и стрелочных участков, по которым не проходят поездные маршруты, — для маневровых районов, подъездных путей и т. п. На перегонах такие рельсовые цепи не применяют. Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с путевыми реле ДСР-12 или ДСШ-12 (рис. 9.4, а) применяют на станциях участков с автономной тягой, подлежащих электри- фикации. В качестве питающего используют трансформатор ЛОБО- ВА, ограничителем является резистор /?о=2,2 Ом. Согласование вы- сокого сопротивления (600 Ом) путевой обмотки реле ДСШ (ДСР) с низким входным сопротивлением рельсовой цепи (примерно 1 Ом) осуществляется релейным трансформатором СОБС-2А. С помощью конденсатора Ср, включенного последовательно с путевой обмоткой реле, достигается сдвиг фазы напряжения на путевой обмотке по отношению к напряжению местной обмотки на угол примерно 90°, необходимый для нормальной работы фазочувстви- тельного реле. Предельная длина рельсовой цепи 1500 м, потребляе- мая мощность при предельной длине 80 В-A (максимальная — 100 В-А). Дублирование жил кабеля между релейным трансформа- тором и путевым реле не требуется при длине кабеля до 2000 м. Фазочувствительная рельсовая цепь допускает наложение коди- рования с питающего и релейного концов (рис. 9.4, б). Для кодирования с релейного конца в качестве кодового используют трансформатор ПОБС-ЗА и дополнительно включают резистор /?3= 1,2 Ом. При шунтировании входного конца рельсовой цепи ток АЛС в рельсах должен быть не менее 1,2 А. После освобож- дения рельсовой цепи в большом интервале кода срабатывает путе- вое реле, и рельсовая цепь переходит из режима кодирования в нормальный. 166
Рис. 9.4. Фазочувствительная рельсовая цепь переменного тока 50 Гц Для исключения срабатывания путевого реле от тока смежной цепи при замыкании изолирующих стыков в смежных цепях вто- ричные обмотки путевых трансформаторов включают так, чтобы обеспечивалось чередование мгновенных полярностей тока. Первич- ные обмотки включают в одну и ту же фазу. При этих усло- виях в случае замыкания изолирующих стыков от источника смеж- ной цепи через путевую обмотку будет протекать ток, противополож- ный по фазе (сдвинут на угол 180°). Под действием этого тока соз- дается отрицательный вращающий момент, стремящийся повернуть сектор реле вниз, к упорному ролику. Этим исключается срабатыва- ние путевого реле от источника смежной цепи. Для этой же цели при кодировании с релейного конца мгновен- ную полярность кодового тока устанавливают противоположной полярности тока питания смежной рельсовой цепи. Замыкание изолирующих стыков при свободных рельсовых це- пях контролируется за счет взаимной компенсации сигнальных токов смежных рельсовых цепей. При этом фиксируется занятость одной или обеих смежных рельсовых цепей. В случае перевода участка на электротягу на обоих концах рельсовой цепи устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-0,2; трансформатор РТ и резистор R3 снимают, а питающий транс- форматор ПОБС-2А и резистор Ro заменяют соответственно на ПОБС-ЗА и РОБС-ЗА. При новом проектировании и строительстве на станциях участ- ков с автономной тягой, как правило, применяют рельсовые це- пи переменного тока 25 Гц с фазочувствительными путевыми реле. 167
Рис. 9.6. Принципиальная схема ра- боты кодовой рельсовой цепи Рис. 9.5. Кодовая рельсовая цепь пере- менного тока 50 Гц без дроссель- трансформаторов Кодовые рельсовые цепи переменного тока 50 Гц без дрос- сель-трансформаторов (рис. 9.5) применяют на перегонах участ- ков без электротяги с учетом последующей электрификации или там, где не предусмотрен переход на электротягу, но имеется на- дежный источник электроснабжения переменного тока 50 Гц от ос- новной и резервной линий. В качестве питающего используют трансформатор ПОБС-2А, конденсатор Ск—4 мкФ и резистор AJK=47 Ом служат для искрога- шения на контактах трансмиттерного реле Т, ограничителем яв- ляется реактор Zo типа РОБС-4А. Импульсное реле ИМВШ-110 подключают через трансформатор РТ типа СТ-4, согласующий вы- сокое сопротивление реле (200 Ом) с низким входным сопротивлением рельсовой цепи. Для защиты аппаратуры от пе- ренапряжений, которые могут возникнуть при грозовых разрядах, на обоих концах цепи установлены керамические выравниватели ВК-Ю, обладающие нелинейной вольт-амперной характеристикой. Рельсовые цепи регулируют изменением напряжений на путевом трансформаторе таким образом, чтобы при шунтировании поездом входного (релейного) конца ток АЛС был не менее 1,2 А при мини- мальном сопротивлении изоляции. Такая регулировка в нормальном режиме на путевом реле вызывает перенапряжение, которое гасится на резисторе Рл. Кодовую рельсовую цепь используют для контроля свободности и занятости участка, увязки между показаниями смежных светофо- ров и работы АЛС. Управление показаниями путевых светофоров и действие АЛС осуществляются с помощью кодовых сигналов КЖ, Ж и 3 (рис. 9.6). 168
С питающего конца рельсовой цепи контактом реле Т посылается кодовый сигнал КЖ, Ж или 3, в зависимости от показания свето- фора 1. При зеленом огне светофора возбуждены сигнальные реле Ж и 3, и реле Т подключается к контакту 3 трансмиттера К.ПТШ, при желтом огне — к контакту Ж и при красном — к контакту КЖ- Кодовые сигналы при свободной рельсовой цепи воспринимает импульсное реле И, воздействующее на дешифраторную ячейку ДЯ, на выходе которой включены сигнальные реле Ж и 3. При приеме кодового сигнала КЖ возбуждается реле Ж, а при приеме сигналов Ж или 3 — сигнальные реле Ж и 3. Контакты реле Ж и 3 управляют сигналами путевого светофора и выбирают кодовые сигналы, посы- лаемые в смежную рельсовую цепь. В случае занятого блок-участка прекращается импульсная работа реле И, реле 3 и Ж обесточиваются, и на светофоре 3 включается лампа красного огня. Кодовые сигналы при этом воспринимаются приемными устройствами АЛС (приемными катушками, подвешен- ными над рельсами перед первой колесной парой локомотива). После освобождения поездом блок-участка в рельсовую цепь от светофора 1 будет посылаться кодовый сигнал КЖ, начинают работать реле И и дешифратор ДЯ, возбуждается сигнальное реле Ж, и на светофоре 3 включается лампа желтого огня. Таким образом, одни и те же кодовые сигналы используют для работы автоблокиров- ки (при свободной рельсовой цепи) и действия АЛС (при вступлении поезда). Кодовые сигналы всегда передаются навстречу движению поезда. Применяемое в схеме одноэлементное импульсное реле с вы- прямителем ИМВШ-110 не реагирует на фазу принимаемого сигнала. Поэтому защитить реле от тока смежной цепи при замыкании изолирующих стыков не представляется возможным, т. е. реле И при замыкании изолирующих стыков будет срабатывать от тока смежной цепи. Для исключения ложного возбуждения сигнальных реле Ж и 3 при работе реле И от тока смежной цепи в дешифраторе применя- ют схемную защиту, принцип действия которой основан на отключе- нии цепи возбуждения реле Ж и 3 при работе реле И от источника питания смежной цепи, когда реле И и ЗТ начинают работать син- хронно. Для нормальной работы рельсовой цепи (это обеспечивается при асинхронной работе реле И и 37") в смежных цепях применяют трансмиттеры с различной длительностью кодовых циклов (КПТШ-5 и КПТШ-7), обеспечивающие асинхронную передачу сигналов в смежные РЦ. Предельная длина рельсовой цепи, при которой обеспечиваются все режимы, составляет 2600 м. Мощность, потребляемая рельсовой цепью предельной длины в нормальном режиме,—150 В> А, в режиме короткого замыкания (при шунтировании питающего кольца) она возрастает до 200 В-А. 169
Глава 10 РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА 10.1. Кодовые рельсовые цепи переменного тока 50 Гц На участках с электрической тягой сигнальный ток питания рель- совых цепей должен качественно отличаться от тягового тока и его гармонических составляющих. Постоянный тяговый ток полу- чается выпрямлением переменного 50 Гц с помощью мощных вы- прямителей, имеющих шестифазную схему включения. Кривая вып- рямленного напряжения, кроме постоянной составляющей, содержит также гармоники переменного тока, т. е. составляющие с час- тотами, кратными частоте 300 Гц (300, 600, 900, 1200 Гц и более высокие). Эти гармоники оказывают мешающее действие на устрой- ства автоматики (прежде всего на рельсовые цепи) и линии связи. Для снижения уровня гармоник на тяговых подстанциях уста- навливают сглаживающие фильтры. В некоторых случаях, в част- ности при неисправности одного из вентилей, в составе выпрямлен- ного напряжения появляются гармоники, кратные 50 Гц (50, 100, 150, 200, 250 Гц и др.). Во всех случаях рельсовые цепи должны быть защищены от опасного и мешающего действия тягового тока и его гармонических составляющих. Опасным принято считать такое влияние тягового тока, которое может привести к ложному контролю свободности рельсовой цепи при ее фактической занятости. Мешаю- щее влияние проявляется в том, что при свободности участка нарушается нормальная работа путевого реле, вследствие чего фиксируется ложная занятость участка; на светофоре появляется красный огонь при свободном блок-участке, что приводит к неоправ- данным задержкам поездов. На перегонах с электротягой постоянного тока, как правило, применяют рельсовые цепи переменного тока 50 Гц (рис. 10.1). Для пропуска тягового тока по концам рельсовой цепи устанавли- вают дроссель-трансформаторы: ДТ-0,6 на питающем и ДТ-0,2 на релейном. Средние точки дроссель-трансформаторов соединяют со средними точками дроссель-трансформаторов смежных цепей. Пи- тающую и релейную аппаратуру подключают к дополнительным обмоткам дроссель-трансформаторов. Для защиты аппаратуры от перенапряжений устанавливают разрядники РВН-250 или выравни- ватели (керамические или селеновые). Рельсовая цепь получает питание от путевого трансформатора ПОБС-3 или ПОБС-ЗА. В качестве ограничителя применен реак- тор РОБС-3 или РОБС-ЗА. Включенные на питающем конце кон- денсаторы общей емкостью 24 мкФ предназначены для уменьшения потребляемой мощности. С помощью конденсаторов дополнитель- ную обмотку дроссель-трансформатора настраивают в резонанс токов 170
на частоте 50 Гц. Индуктивная составляющая тока дополнительной обмотки ДТ-0,6 компенсируется емкостным током конденсаторов, вследствие чего общий ток, потребляемый от путевого трансформато- ра, значительно снижается. Конденсаторы одновременно уменьшают искрообразование на контактах реле Т, улучшая условия их работы и тем самым увеличивая срок службы реле. Так как индуктив- ное сопротивление дополнительной обмотки ДТ-0,6 для частоты тока 50 Гц (да = 314) составляет 0,6л2=0,6 • 152= 135 Ом (п — коэф- фициент трансформации дроссель-трансформатора), то для настрой- ки в резонанс необходимо, чтобы емкостное сопротивление также составляло 135 Ом, т. е. хс=135 Ом. Так как хс=1/(а>С), то С— l/(wxc) = 106/314-135«23,6« «24 мкФ. Кодовая цепь защищена от опасного и мешающего действия гармоник тягового тока. Когда рельсовая цепь свободна, путевое реле И работает в импульсном режиме, создавая цепи возбуждения сигнальных реле. Если в путевое реле при занятой цепи попадут гармоники тягового тока, то оно будет удерживать якорь при- тянутым, и сигнальные реле Ж и 3 не возбуждаются. Это приве- дет к закрытию путевого светофора. Чтобы воздействие гармоник тягового тока не приводило к нарушению нормальной работы рель- совой цепи при свободном ее состоянии, путевое реле включается через защитный фильтр ЗБФ. Фильтр представляет собой последо- вательный резонансный контур, составленный из индуктивности Еф=2,54 Гц и емкости конденсатора Сф=4 мкФ, настраиваемый в резонанс напряжений на частоту 50 Гц. Для сигнальной частоты фильтр имеет сопротивление пример- но 60 Ом, а для гармоник тягового тока — высокое сопротивление, например, для тока частотой 300 Гц— примерно 5000 Ом. Гармо- ники тягового тока могут оказы- вать влияние на работу путевого реле только в случае неравенства тяговых токов в рельсовых ни- тях (асимметрии). При равенст- ве этих токов они, протекая через полуобмотки дроссель-трансфор- маторов, создают встречные маг- нитные потоки, которые взаимно компенсируются. Если токи в рель- сах не равны, то в дополнительной обмотке дроссель-трансформатора появляется напряжение помехи, пропорциональное разности токов в рельсах. Практически асиммет- рия токов в рельсовых нитях на участках с электротягой постоян- ного тока может достигать 10— Рис. 10.1. Кодовая рельсовая цепь переменного тока 50 Гц 171
12 % (неодинаковое сопротивление рельсовых нитей из-за неис- правности стыковых соединителей, повышенного их сопротивления; утечка тягового тока из рельсовой нити через опоры контактной сети, а также из-за плохого электрического контакта одной из перемычек дроссель-трансформатора). Постояная составляющая тя- гового тока подмагничивает дроссель-трансформатор, что приводит к уменьшению сопротивления. При токе асимметрии 240 А сопро- тивление уменьшается не более чем на 10 %. Стабилизацию сопро- тивления обеспечивает воздушный зазор. При большем токе асиммет- рии нормальная работа рельсовой цепи нарушается. В блоке фильт- ра помещается дроссель L, защищающий путевое реле от пере- напряжений при замыкании изолирующих стыков, когда к обмотке путевого реле прикладывается большое напряжение от питающего конца смежной цепи, под действием которого может выйти из строя выпрямитель реле. Дроссель имеет большое сопротивление (примерно 5000 Ом при напряжении 4 В) и не мешает работать реле. С возрастанием напряжения до 12 В и выше происходит насыщение сердечника дросселя, резко падает его сопротивление (до 20 Ом и ниже), оно шунтирует обмотку путевого реле, а избыток напряжения падает на дополнительном резисторе /?д. Из теории рельсовых цепей известно, что оптимальным сопро- тивлением по концам рельсовой цепи, при котором обеспечиваются все режимы при максимальной длине рельсовой цепи, является со- противление 0,2— 0,4 Ом. На релейном конце основной нагрузкой является обмотка дроссель-трансформатора ДТ-0,2 с индуктивным сопротивлением 0,2 Ом. Подключение нагрузки в виде импульсного реле с входным сопротивлением 200 Ом последовательно через фильтр ЗБФ с сопротивлением 120 Ом не оказывает существенного влияния на сопротивление релейного конца, так как это сопротивле- ние в пересчете к основной обмотке дроссель-трансформатора /н=/н/п2=320/172«1,1 Ом. Подключение активного сопротив- ления 1,1 Ом параллельно к индуктивному 0,2 Ом не изменяет заметно общее сопротивление конца цепи. На питающем конце входное сопротивление рельсовой цепи (со стороны рельсовой ли- нии) образуется за счет параллельного соединения основной об- мотки дроссель-трансформатора ДТ-0,6 и приведенного сопротив- ления 45 Ом ограничителя РОБС-ЗА. Емкостное сопротивление конденсаторов при этом не учитывают, так как шунтовой и конт- рольный режимы должны обеспечиваться и в случае обрыва кон- денсаторов. Схема рельсовой цепи аналогична схеме кодовой цепи (см. рис. 9.6). В зависимости от показания путевого светофора в рельсовую цепь контактом трансмиттерного реле навстречу поезду посылаются кодовые сигналы КЖ, Ж или 3, вырабатываемые транс- миттером КПТШ (на схеме не показан). Эти коды воспринимаются на приемном конце рельсовой цепи импульсным путевым реле. 172
Переключая контакт в цепи дешифраторной ячейки, это реле воз- действует на сигнальные реле Ж и 3, которые управляют огнями пу- тевого светофора. Контакты этих реле используют также в цепях контроля свободное™ блок-участков и в схеме выбора кодовых сигналов, посылаемых в смежную рельсовую цепь. Кодовые сиг- налы одновременно используют для действия АЛС. В случае замыкания изолирующих стыков импульсное путевое реле будет срабатывать от тока смежной цепи. Осуществить его защиту путем чередования фаз в смежных цепях невозможно, так как реле является одноэлементным. Для исключения возбуждения сигнальных реле Ж и 3 при работе реле И от тока смежной цепи в случае замыкания изолирующих стыков применена схемная защита. Действие схемной защиты основано на том, что возбужде- ние сигнальных реле возможно только при замкнутом тыловом контакте реле Т смежной рельсовой цепи, т. е. когда сигнальный ток в нее не посылается. В смежных цепях применяют разные транс- миттеры (КПТШ-5 и КПТШ-7) с кодовыми циклами разной продолжительности. Предельная длина рельсовой цепи равна 2600 м. Мощность, потребляемая рельсовой цепью предельной длины, в нор- мальном режиме равна 250 В- А, в режиме короткого замыкания она повышается до 500 В- А. На участках с двусторонним движением при смене направления движения питающие и релейные концы рельсовой цепи переключают- ся, поэтому на обоих концах, каждый из которых может быть пи- тающим или релейным, устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-0,6. Поскольку рельсовую цепь на питающем конце регулируют по режиму АЛС так, чтобы на релейном конце обеспечивался ток АЛС под приемными катушками не менее 2 А, то напряжение на рельсах релейного конца при нормальном режиме за счет более высокого сопротивления дроссель-трансформатора (0,6 Ом) оказы- вается значительно выше (примерно в два раза) по сравнению со схемой двухпутного участка. Избыток напряжения гасится вклю- чением дополнительного резистора 7?Я = ЗОО Ом. Для присоединения к рельсам отсасывающего фидера тяговой подстанции или заземляющего троса, например для заземления фермы моста, в рельсовой цепи устанавливают третий дроссель- трансформатор ДТ-0,6. С целью повышения его сопротивления и снижения влияния на работу рельсовой цепи в цепь его допол- нительной обмотки включают конденсатор емкостью 24 мкФ, обра- зующий с обмоткой дроссель-трансформатора параллельный резо- нансный контур для частоты сигнального тока 50 Гц. Полное сопротивление этого контура со стороны рельсовой линии при час- тоте тока 50 Гц составляет 4 Ом. Опоры контактной сети заземляют непосредственно на рельс, если их сопротивление заземления не менее 100 Ом. В остальных случаях опоры присоединяют к рельсам через искровые промежутки многократного действия. 173
На станциях участков с электротягой постоянного тока, как правило, применяют рельсовые цепи переменного тока 50 Гц или 25 Гц с непрерывным питанием. 10.2. Двухниточные фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц На станциях широко применяют двухниточную рельсовую цепь с дроссель-трансформаторами и фазочувствительным путевым реле ДСШ-12 или ДСР-12 (рис. 10.2). Эта рельсовая цепь может приме- няться на всех путях и стрелочных путевых участках станций. На обоих концах цепи устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-0,2 с коэффициентом трансформации 40, согласующие высокое сопротивление аппаратуры с низким входным сопротивлением рель- совой линии. Благодаря высокому коэффициенту трансформации оказывается возможным всю аппаратуру располагать на централь- ном пункте (пост ЭЦ). Дублирование жил не требуется при длине кабеля до 2 км. Для подключения отсасывающего фидера или зазем- ляющих тросов устанавливают третий дроссель-трансформатор ДТ-0,6 (на схеме не показан), дополнительную обмотку которого с целью увеличения сопротивления на частоте сигнального тока 50 Гц настраивают в резонанс конденсаторами общей емкостью 24 мкФ. Стабилизация сопротивления по концам обеспечивается основ- ными обмотками дроссель-трансформаторов ДТ-0,2 (0,2 Ом для частоты сигнального тока 50 Гц). В этой схеме применен емкостный ограничитель Со, который составляет резонансный контур на часто- те 50 Гц с индуктивностью дополнительной обмотки дроссель- трансформатора ДТ-0,2 и с учетом реактивного сопротивления рельсовой линии. Так как входное сопротивление рельсовой линии зависит от ее длины, то емкость конденсатора Со при длине цепи до 500 м равна 16 мкФ, а при длине от 500 до 1500 м —12 мкФ. Конденсатор Са обеспечивает сдвиг фазы напряжения путевого элемента по отношению к напряжению местного элемента на угол примерно 90°, необходимый для нормальной работы двухэлемент- ного фазочувствительного реле. Рельсовая цепь с емкостным ограничителем характерна тем, что мощность, потребляемая в режиме короткого замыкания, ниже мощности, потребляемой в нормальном режиме. При свободной рельсовой цепи, как было указано, питающий конец настраивают в резонанс напряжений. При этом индуктивное сопротивление до- полнительной обмотки дроссель-трансформатора компенсируется ем- костным сопротивлением конденсатора Со, общее сопротивление будет минимальным, поэтому ток в контуре будет максимальным. 174
Он определяется сопротивлениями кабеля RK, резистора /?0 и поте- рями в контуре 7?п: ПТ «о+«к + *„ ’ В режиме короткого замыкания, когда поездом шунтируется индуктивное сопротивление дроссель-трансформатора, контур рас- страивается и его сопротивление возрастает за счет нескомпен- сированного емкостного сопротивления хс, которое в два-три раза выше общего активного сопротивления. Ток, потребляемый от вторич- ной обмотки путевого трансформатора, снижается до значения: \l(Ro+RK+Rn)2+x2c Резистор Ro на питающем конце включают для защиты путевого трансформатора от короткого замыкания в случае пробоя конден- сатора Со в момент нахождения поезда на питающем конце. Общее сопротивление резистора Ro и сопротивление жил кабеля должны быть не более 200 Ом. Резистор Ro повышает стабильность работы схемы при возможных колебаниях частоты сети и отклонениях емкости Конденсатора Со от оптимального значения. Предельная длина рельсовой цепи —1500 м; мощность, потребляемая рельсовой цепью предельной длины, составляет 90 В-A, cos <р = 0,8. Рельсовую цепь регулируют подбором напряжения путевого тран- сформатора так, чтобы в нормальном режиме при минимальном сопротивлении изоляции напряжение на путевом элементе реле ДСШ-12 было не менее 14 В. Для обеспечения на путевой обмотке реле ДСШ-12 необходимого рабочего напряжения и требуемых фазовых соотношений парал- лельно путевой обмотке включают конденсатор емкостью 4 мкФ. Защита путевых реле от ложного срабатывания от источника смеж- ной цепи при замыкании изолирующих стыков достигается чередо- Рис. 10.2. Фазочувствительная рель- совая цепь переменного тока 50 Гц с дроссель-трансформаторами ванием мгновенных полярно- стей напряжения в смежных цепях. Первичные обмотки пу- тевых трансформаторов нужно включать в одну и ту же фазу. При невозможности выполне- ния этого требования допуска- ется включать путевые транс- форматоры в разные фазы трех- фазной цепи, однако в этом случае такие рельсовые цепи нужно стыковать питающими концами или разделять им- пульсными рельсовыми цепями. 175
Рис. 10.3. Фазочувствительная рельсо- вая цепь переменного тока 50 Гц коди- руемая с питающего и релейного концов ДГ-0,2 1*1 ГЖ 141250м Релейный иианрЩ или трансцюрА 'моторный. I ящик ' н лобс-jaJSZjit я' * Ь С.Р Релейный шкшр, ш пост ЗЦ н1П 1к рт-^ат-гл Рис. 10.4. Фазочувствительная рельсо- вая цепь переменного тока 50 Гц с одним дроссель-трансформатором и I к Фазочувствительная рельсовая цепь допускает возможность ее кодирования с питающего и релейного концов (рис. 10.3). Для защиты от искрообразования на контактах трансмиттерного ре- ле параллельно обмотке путевого трансформатора включают защит- ный контур, состоящий из резистора /?и и конденсатора Си. Кодиро- вание рельсовой цепи начинается с вступлением на нее поезда и размыкания фронтового контакта путевого реле. Трансмиттерное реле Т начинает работать с занятием предыдущего путевого или стрелочного участка. Кодирование включается только при установке поездных маршрутов, что фиксируется кодовоключающими реле КВ. После занятия поездом следующего по ходу путевого участка КВ выключается, обеспечивая подачу в схему непрерывного тока для возбуждения путевого реле. Рельсовую цепь регулируют так, чтобы в режиме АЛС ток в рельсах на входном конце был не менее 2 А. При этом напряже- ние на путевом элементе реле ДСШ-12 должно быть не менее 14 В. Для кодирования с релейного конца дополнительно устанав- ливают кодовый трансформатор ПОБС-ЗА, резистор RK и конден- сатор Ск, которые выбирают так же, как резистор Ro и кон- денсатор Со на питающем конце. С целью сокращения числа дроссель-трансформаторов и сниже- ния взаимного влияния рельсовых цепей на некодируемых путях и стрелочных секциях можно применять фразочувствительные РЦ с одним дроссель-трансформатором ДТ-0,2 с коэффициентом транс- формации 40 (рис. 10.4). Для согласования путевое реле подключа- ют к рельсам через релейный трансформатор РТ типа СОБС-2А с коэффициентом трансформации 16. Для защиты от воздействия тя- гового тока, который поступает в рельсовую цепь при движении 176
поезда или при котором замыкании изолирующих стыков, в цепь релейного трансформатора включают дополнительный резистор 1,2 Ом. Предельная длина однодроссельной рельсовой цепи равна 1250 м. Схема этой цепи аналогична рассмотренным выше схемам рельсовых цепей с реле ДСШ-12. 10.3. Однониточные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц На некодируемых путях и стрелочных секциях на средних и крупных станциях применяют также однониточные рельсовые цепи. Они проще по устройству и дешевле двухниточных цепей с дрос- сель-трансформаторами. Так как в однониточных цепях тяговый ток пропускается по одной (тяговой) рельсовой нити, то для устройств АЛС создаются сильные помехи, вследствие этого на кодируемых путях применять однониточные рельсовые цепи не пред- ставляется возможным. Однониточные рельсовые цепи применяют с нейтральными пу- тевыми реле АНВШ2-2400, НВШ1-800, НРВ1-1000, НМШВ2-900/900 (рис. 10.5) или с фазочувствительными реле ДСШ-12 (рис. 10.6). Для питания однониточных рельсовых цепей обоих типов служат путевые трансформаторы ПОБС-2А или ПОБС-2, а для согласования высокого сопротивления путевого реле с низким входным сопро- тивлением рельсовой линии применяют релейный трансформатор РТЭ- 1А. Мощность, потребляемая однониточной рельсовой цепью длиной 500 м в нормальном режиме 60 В-А, в режиме короткого замыкания —80 В-А. Предельная длина сигнального кабеля между 4* Релейный iMaqff, Им[или трантрор-\ [ '^моторный П06С-2А PTj^_PT3-IA\ Т или пост ЗЦ~~+~ JL. I I flXTgr 0Л | 1 I Асш',г I Рис. 10.6. Однониточная рельсовая цепь переменного тока 50 Гц с реле ДСШ-12 4---------------------------------- Рис. 10.5. Однониточиая рельсовая цепь переменного тока 50 Гц с нейтраль- ным путевым реле 177
путевым реле и релейным трансформатором, при которой не требу- ется дублирование жил, равна 4 км. Питающий и релейный транс- форматоры размещают вблизи пути, чтобы сопротивление жил кабе- ля между рельсами и трансформаторами не превышало 1,5 Ом. Нейтральные путевые реле защищают от ложного срабатывания из-за влияния гармоник тягового тока с помощью электрического фильтра РЗФ-1 (см. рис. 10.5). Он состоит из секционированной емкости Сф и дросселя Аф. Конденсатор Сф подключают парал- лельно вторичной обмотке трансформатора РТ, образуя парал- лельный резонансный контур на частоте сигнального тока 50 Гц. Для этой частоты контур имеет наибольшее сопротивление. Для гармоник тягового тока 300 Гц и выше сопротивление контура сни- жается, а значит, уменьшается напряжение на нем. Дроссель Лф включают последовательно с обмоткой реле, он препятствует про- хождению тока гармоник. Для сигнальной частоты 50 Гц дроссель имеет низкое сопротивление. Путевое реле ДСШ-12 по своей конструкции защищено от лож- ного срабатывания при воздействии гармоник тягового тока, поэ- тому применять защитный фильтр в этом случае не требуется. Хотя пропуск тягового тока в однониточной рельсовой цепи осу- ществляется по одной (тяговой) рельсовой нити, часть тока мо- жет ответвиться через обмотку путевого трансформатора, сигналь- ную нить и релейный трансформатор и повредить аппаратуру рель- совой цепи (перегрев и выход из строя обмоток питающего и ре- лейного трансформаторов). Значение этого тока зависит от тя- гового тока в рельсах, длины рельсовой нити, сопротивления тяго- вой нити и цепи ответвления. Для уменьшения тока, ответвляющегося в приборы рельсовой цепи и сигнальную нить, принимаются следующие меры. Тяговые нити всех однониточных цепей станции соединяют между собой па- раллельно в нескольких точках не реже чем через 400 м медными тросами, поэтому тяговый ток в каждой однониточной цепи значи- тельно уменьшается. Однониточные рельсовые цепи используют толь- ко на станциях, когда имеется возможность пропускать обрат- ный тяговый ток не менее чем по шести параллельным рельсовым нитям на двухпутных линиях и по трем — на однопутных. Для сни- жения сопротивления тяговых нитей предельная длина однониточ- ных рельсовых цепей ограничена. До 1968 г. предельная длина допускалась до 900 м, однако в связи с увеличением мощности электровозов, а следовательно, тягового тока она была уменьше- на до 500 м для разветвленных и до 650 м для неразветвленных рельсовых цепей. Для уменьшения тока, ответвляющего в сигнальную нить, на питающем и релейном концах устанавливают ограничивающие ре- зисторы Ro и R3, сопротивление которых вместе с сопротивлением соединительных проводов должно быть не менее 1,5 Ом. Резистор Ro одновременно является ограничителем сигнального тока, обес- печивая требуемую шунтовую чувствительность. 178
Обмотка трансформатора РТЭ-1А рассчитана на пропуск под- магничивающего тягового тока до 10 А. Чтобы при случайном по- вышении тягового тока в сигнальной нити (например, при повышении сопротивления тяговой нити) этот ток не повредил аппаратуры, на питающем и релейном концах применяют автоматические выключатели многократного действия АВМ или плавкие предохрани- тели. Первичную обмотку путевого трансформатора включают че- рез загубленные плавкие предохранители, которые используют для выключения питания при работах в трансформаторном ящике (на схеме не показаны). Контроль короткого замыкания в однониточных рельсовых це- пях с нейтральными путевыми реле достигается наличием косой перемычки, соединяющей тяговые нити смежных цепей. При замыка- нии изолирующих стыков шунтируется данная рельсовая цепь или смежная с ней, и путевое реле отпускает якорь. Например, при замыкании верхнего правого стыка (см. рис. 10.5) шунтируется данная рельсовая цепь, а при замыкании правого нижнего стыка — смежная с ней рельсовая цепь, расположенная справа. Таким обра- зом, наличие тяговых перемычек обеспечивает контроль замыкания изолирующих стыков, поэтому при обслуживании рельсовых цепей необходимо проверять целостность этих перемычек. Путевые реле ДСШ дополнительно исключают возможность сра- батывания от тока смежной цепи вследствие чередования мгновен- ных полярностей напряжения в смежных цепях. Существенным недостатком однониточных рельсовых цепей яв- ляется наличие контроля исправности только сигнальной нити. Тяговые нити всех рельсовых цепей объединены, и поэтому при обрыве одной из них всегда имеется цепь прохождения сигнально- го тока через тяговые нити параллельных цепей, и путевое реле остается возбужденным. Указанные недостатки наряду с рассмотренными выше огра- ничивают область применения однониточных рельсовых цепей. На участках с диспетчерской централизацией, где на промежуточных станциях отсутствует обслуживающий персонал, связанный с дви- жением поездов, применять однониточные рельсовые цепи запре- щается. Их применение при новом проектировании и строительстве и в других случаях становится все более ограниченным. 10.4. Рельсовые цепи переменного тока 25 Гц Новые линии железных дорог электрифицируют по системе пе- ременного тока 50 Гц, поэтому на таких линиях возможность использования этой частоты для питания рельсовых цепей исклю- чается. Частота сигнального тока 50 Гц в рельсовых цепях ста- новится все более нежелательной на линиях с электротягой по- стоянного тока и с автономной тягой, где сети с частотой 50 Гц 179
широко применяют для освещения, отопления, работы различных механизмов, машин, электроснабжения ряда систем контроля и управления различными производственными процессами. При различных повреждениях в этих цепях, в частности при случайном соединении проводов сети электроснабжения с рельса- ми, возможно попадание токов промышленной частоты 50 Гц в рель- совую цепь. Это может привести к ложной подпитке путевых реле, что недопустимо по условиях безопасности движения поездов. Одним из возможных вариантов решения этой проблемы явля- ется применение рельсовых цепей переменного тока 25 Гц, полу- чивших широкое распространение на линиях с электротягой пере- менного тока. При внедрении рельсовых цепей переменного тока 25 Гц необходимо предусматривать их кодирование током 50 Гц, как как в системе АЛС на линиях с электротягой постоянного то- ка используется ток этой частоты. Применять частоту 25 Гц для действия АЛС на участках с электротягой постоянного тока без длительного перерыва действия АЛС на период реконструкции не представляется возможным из-за ряда технических и организаци- онных трудностей, связанных прежде всего с тем, что ломоти- вы проходят большие расстояния (до 1000 км и более), поэтому переход на другую частоту в системе АЛС должен осуществляться одновременно на участках большой протяженности. Кроме того, при использовании сигнального тока частотой 25 Гц для передачи сигналов АЛС потребовалось бы увеличить ток в рельсах, так как уровень помех в диапазоне 25 Гц на участках с электротягой постоянного тока значительно выше, чем в диа- пазоне 50 Гц при той же ширине полосы пропускания прием- ных устройств. Рельсовая цепь переменного тока 25 Гц (рис. 10.7) получа- ет питание непрерывным током от преобразователя ПЧ50/25, в ка- Рис. 10.7. Рельсовая цепь переменного тока 25 Гц, кодируемая током 50 Гц честве путевого используют фазо- чувствительное реле ДСШ-12. Путевое реле реагирует только на сигнальный ток частотой 25 Гц, так как местная обмотка реле пи- тается током этой частоты. Ко- довые сигналы АЛС на частоте 50 Гц передаются контактом реле Т от кодового трансформатора КТ типа ПОБС-ЗА. Для разделения источников питания 25 и 50 Гц на питающем конце рельсовой цепи включены электрические фильтры. В цепь передачи сигнального тока 25 Гц включен последовательный коле- бательный контур с резонансной 180
частотой 25 Гц, образованный конденсатором С/= 20 мкФ, реакто- ром L1 и дополнительной обмоткой дроссель-трансформатора ДТ-0,6. Для частоты тока 25 Гц этот контур оказывает минимальное сопротивление, так как индуктивное и емкостное сопротивления на этой частоте взаимно компенсируются и действует только ак- тивное сопротивление, определяемое потерями в контуре. При пе- редаче тока 50 Гц в рельсовую цепь от трансформатора КТ ин- дуктивное сопротивление реактора L1 препятствует прохождению тока 50 Гц через трансформатор ПТ-25. Чтобы сигнальный ток 25 Гц не замыкался через обмотку трансформатора КТ, в цепь передачи кодового тока 50 Гц включен параллельный колебатель- ный контур, образованный реактором L2 и конденсатором С2. Кон- тур настраивается на частоту 25 Гц. Для тока этой частоты контур оказывает наибольшее сопро- тивление, препятствуя прохождению тока 25 Гц в цепь кодового трансформатора. Эта цепь допускает наложение кодирования и с релейного конца (на рис. 10.7 не показано). Такую рельсовую цепь регулируют изменением напряжения, сни- маемого со вторичной обмотки трансформатора ПТ; кодовый ток АЛС регулируют изменением напряжения, снимаемого со вторичной обмотки кодового трансформатора КТ. Элементы фильтров, питаю- щий и релейный трансформаторы размещают в отдельных блоках — БПК (блок питания и кодирования, устанавливаемый на питающем конце), БРК (блок релейный и кодирования). Рельсовые цепи переменного тока 25 Гц с реле ДСШ-12 надеж- но защищены от влияния линий электропередачи промышленной час- тоты, а также от воздействия гармоник тягового тока, так как пу- тевое реле ДСШ срабатывает только от тока такой частоты, кото- рая подана на его местную обмотку. Защитные фильтры при этом не требуются. Существенным достоинством этой цепи является воз- можность ее предварительного кодирования током 50 Гц, что по- вышает надежность действия локомотивных приемных устройств АЛС. Кодовые сигналы АЛС частотой 50 Гц могут включаться пред- варительно с момента задания маршрута или вступления поезда на предыдущий путевой или стрелочный участок. При одновремен- ной передаче в рельсовую цепь сигнальных токов 25 и 50 Гц пу- тевое реле реагирует только на сигнальный ток частотой 25 Гц, поскольку током этой частоты питается его местная обмотка. Недостатком схемы является ее сложность, на питающем кон- це число приборов увеличивается более чем в два раза по срав- нению с типовыми рельсовыми цепями переменного тока 50 Гц. Здесь требуются приборы для передачи сигнального тока 25 Гц, приборы для передачи кодового тока 50 Гц для действия АЛС, а также дополнительные приборы для разделения источников питания рельсовой цепи и кодового тока АЛС. Кроме того, вместо дрос- сель-трансформаторов ДТ-0,2 необходима установка дроссель-тран- 181
сформаторов ДТ-0,6 (0,3 Ом для сигнального тока 25 Гц). Дрос- сель-трансформаторы ДТ-0,2 при частоте сигнального тока 25 Гц не могут быть использованы из-за их низкого сопротивления току этой частоты (0,1 Ом). Глава 11 РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 11.1. Защита приборов рельсовых цепей от тягового тока Приборы рельсовых цепей на участках с электрической тягой переменного тока 50 Гц должны быть защищены от воздействия тягового тока и его гармонических составляющих. Номинальное напряжение в контактной сети относительно рельсов и земли — 25 кВ. Тяговые подстанции располагают на расстоянии 40—60 км одна от другой, они обеспечивают двустороннее питание устройств. Мощность электровозов ВЛ60, ВЛ80 и ЧС4 составляет пример- но 5000 кВт, потребляемый ток — примерно 200 А, максимальный потребляемый ток — до 500 А. Расчетный ток контактной сети при нахождении на участке нескольких поездов 500 А. При переходе на вынужденный режим питания, когда одну из тяговых подстан- ций временно отключают и ее нагрузку воспринимают смежные с ней подстанции, ток в контактном проводе может увеличивать- ся до 750 А. При коротком замыкании вблизи от тяговой подстан- ции ток в контактном проводе может достигать 14 000 А, длитель- ность короткого замыкания определяется типом устройств защиты, применяемых на тяговых подстанциях, и составляет 0,15—0,3 с. Сопротивление каждой рельсовой нити тяговому току частотой 50 Гц равно О,78е'70 Ом/км. Кроме первой гармоники (50 Гц), в тяговом токе возможно появление гармонических составляющих, кратных частоте основной гармоники. Уровень высших гармонических составляющих опреде- ляется возможным отклонением кривой переменного тока от синусои- дальной формы и нелинейностью цепи нагрузки. На основании ис- следований установлено, что в тяговом токе возможно появление в основном только нечетных гармонических составляющих, так как кривая тягового тока симметрична относительно оси абсцисс (нечетная функция). Наибольшее процентное содержание нечетных гармоник в тя- говом токе приведено ниже. Номер гармоники ....3 5 7 9 11 13 Ток гармоники, %, от тока основной гармоники 50 Гц . 18,0 7,0 3,6 2,4 1,65 1,2 182
Многочисленные измерения тяговых токов в рельсах показа- ли, что потребляемый электровозом ток распределяется, как пра- вило, равномерно по обе стороны от движущегося электровоза, часть тока возвращается к тяговой подстанции по земле. Значе- ние этого тока в рельсах не превышает 50% потребляемого элект- ровозом тока. Тяговый ток в рельсах может превышать это значе- ние лишь в рельсовых цепях, к которым подсоединяется отсасы- вающий фидер тяговой подстанции, поэтому расчетный тяговый ток в рельсах принимается равным 250 А. При полной симметрии тяговых токов в рельсовых нитях и сопротивлений каждой из полуобмоток дроссель-трансформаторов тяговый ток и его гармонические составляющие не оказывают ни- какого воздействия на приборы рельсовой цепи. В этом случае одинаковые тяговые токи, протекая через каждую из полуобмоток дроссель-трансформатора, создают на них равные, но противопо- ложно направленные э.д.с.; напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора, а значит, на приборах равно нулю. Воздействие тягового тока на приборы питающего и релейного концов рельсовой цепи проявляется при неравномерном (асим- метричном) распределении тягового тока по рельсовым нитям. Основными причинами асимметрии тягового тока являются неоди- наковое сопротивление рельсовых нитей тяговому току (продоль- ная асимметрия), а также рельсовых нитей по отношению к зем- ле, вызванное присоединением к одной рельсовой нити опор кон- тактной сети и других сооружений и конструкций с относитель- но низким сопротивлением по отношению к земле (поперечная асимметрия); магнитное влияние контактной сети соседнего пути (на двухпутных линиях) из-за неодинакового расстояния от кон- тактного провода до каждой рельсовой нити. На основании расчетов и результатов измерений в эксплуа- тационных условиях максимальный расчетный ток асимметрии при- нимается равным 23 А. Напряжение помехи, создаваемой на рель- сах питающего и приемного концов, пропорционально сопротивле- нию концов рельсовой цепи тяговому току. Сопротивление по кон- цам для тока 50 Гц составляет примерно 0,25 Ом. Так как ток асимметрии проходит через одну половину обмот- ки дроссель-трансформатора, то сопротивление конца рельсовой цепи для тока помехи 1П0К: ^К.ПОМ Л/4. Напряжение помехи Un0K на полуобмотке дроссель-трансфор- матора пом=/пом^ = 23 = 1,45 В. 4 4 183
На всей основной обмотке, т. е. между рельсовыми нитями, напряжение помехи Ур.„ом.= (/„ом-2 = 2,9 В. Напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель- трансформатора ДТ-1-150 с коэффициентом трансформации п = 3 ^Дп.пом=2,9Пд„=2,9-3 = 8,7 В, а на первичной обмотке изолирующего трансформатора с коэффи- циентом трансформации и = 9 напряжение помехи СИТ.ПОМ UДП.ПОМ ’ 72ит = 8,7 • 9 = 78 В. В перегонных рельсовых цепях переменного тока 25 Гц мини- мальное рабочее напряжение сигнальной частоты на рельсах релейного конца составляет 0,4 В. Для обеспечения нормальной работы путевого реле при таком уровне сигнала и наличии нап- ряжения помехи 2,9 В частотой 50 Гц необходимо, чтобы в интер- валах кода при наличии асимметрии обеспечивалось отпускание якоря путевого реле ИМВШ-110 или ИРВ-110. Отпускание путевого реле будет надежно обеспечено, если напряжение помехи не будет превышать 30% рабочего напряжения. Поэтому фильтр, включаемый на релейном конце, должен обеспечи- вать подавление напряжения помехи частотой 50 Гц не менее чем в 24 раза, т. е. электрический фильтр должен обладать затуханием не менее 27,6 дБ. Примерно таким же затуханием должен обла- дать и фильтр, включаемый для защиты путевого реле в кодовых рельсовых цепях переменного тока 75 Гц. 11.2. Кодовые рельсовые цепи На линиях с электротягой переменного тока ранее внедрялись рельсовые цепи переменного тока 75 Гц, позднее были разработаны рельсовые цепи переменного тока 25 Гц. Опыт эксплуатации по- казал, что рельсовые цепи, питаемые током частотой 25 Гц, более устойчиво работают при пониженном сопротивлении изоляции (балласта) и потребляют меньшую мощность. Электроснабжение рельсовых цепей 25 Гц осуществляется от высоковольтной линии переменного тока частотой 50 Гц, что дает возможность легко резервировать электропитание автоблокиров- ки. Сигнальный ток частотой 25 Гц получается с помощью стати- ческого электромагнитного преобразователя частоты ПЧ50/25. Кодовая рельсовая цепь переменного тока 25 Гц, применяе- мая на перегонах (рис. 11.1), обеспечивает передачу по рельсо- вой линии кодовых сигналов для увязки между показаниями свето- форов и действиями АЛС. Кодовые сигналы КЖ, Ж или 3 посылают - 184
Рис. 11.1. Кодовая рельсовая цепь перемен- ного тока 25 Гц 5) ПЧ~50/25-100 608 608 158158158 58 58 КПЧ -° II °- к к Рис. 11.2. Принципиальная схема преобразователя частоты ПЧ50/25 ся контактом трансмиттерного реле Т (в зависимости от состояния впередилежащих блок-участков). Применены дроссель-трансфор- маторы ДТ-1-150 с коэффициентом трансформации п = 3. Для подключения отсасывающего фидера или заземления метал- лических конструкций допускается установка третьего дроссель- трансформатора ДТ-0,6 (на схеме не показан) с настройкой допол- нительной обмотки в резонанс для сигнального тока частотой 25 Гц с помощью конденсатора емкостью 24 мкФ, включенного че- рез повышающий трансформатор (п = 2) ПРТ-А с целью уменьше- ния емкости (без трансформатора потребовалась бы емкость при- мерно 100 мкФ). Непосредственное присоединение опор контактной сети к рель- сам допускается при сопротивлении заземления опор не менее 100 Ом. В остальных случаях опоры должны присоединяться к рель- сам через искровые промежутки многократного действия. Статический электромагнитный преобразователь частоты (рис. 11.2, а) состоит из двух магнитопроводов, выполненных из трансформаторной стали. На магнитопроводах имеются три обмот- ки: две из них, включенные последовательно, подключаются через выпрямитель к внешнему источнику питания частотой 50 Гц; третья, называемая контурной (резонансной), замыкается через конден- сатор Ск и охватывает оба магнитопровода. 185
Принцип действия преобразователя, называемого также дели- телем частоты, основан на использовании явления возбуждения параметрических колебаний. При принудительном изменении пара- метра (индуктивности или емкости) контура с частотой f в контуре возбуждаются колебания с частотой f/2. В данном случае прину- дительное изменение индуктивности контура достигается подмагни- чиванием сердечников постоянной и переменной составляющими магнитного потока, создаваемого обмотками за счет энергии, поступающей от сети. Появление этих составляющих обеспечи- вается за счет однополупериодного выпрямления переменного тока 50 Гц диодами VD, включенными в цепь обмоток (на схеме пока- зан один диод). Под действием тока 50 Гц периодически изменяется индуктивность, чем подерживаются незатухающие колебания в кон- турной обмотке WK. Чтобы исключить прямую трансформацию тока 50 Гц с входа на выход, обмотки включаются так, чтобы созда- ваемые ими магнитные потоки в средних стержнях были равны, но противоположно направлены. Нагрузка подсоединяется к контур- ной обмотке. Достоинствами параметрических преобразователей являются простота и надежность действия, стабильное напряжение на выхо- де: колебание выходного напряжения составляет ±5% при измене- нии напряжения питания в широких пределах (±20% номинального значения), хорошая защита от перегрузок (в случае перегрузки колебания прекращаются, преобразователь не повреждается). К недостаткам преобразователей следует отнести большие раз- меры и массу (масса преобразователя ПЧ50/25-100 составляет 14,6 кг) и сравнительно низкий к.п.д. (примерно 40%), особенно при малых нагрузках. При холостом ходе преобразователь потреб- ляет от сети практически такую же мощность, как и при полной нагрузке. От преобразователя ПЧ50/25-100 могут быть получены напря- жения на выходе от 5 до 175 В через каждые 5 В (рис. 11.2, б). Конденсаторы преобразователя размещены в отдельном блоке кпч. Ограничителем рельсовой цепи является нерегулируемый резис- тор сопротивлением 200 Ом (см. рис. 11.1). Для согласования аппаратуры с дроссель-трансформаторами установлены трансфор- маторы ПТ на питающем и ИТ на релейном конце. Эти трансформа- торы вместе с автоматическими выключателями АВМ-1 обеспечи- вают защиту аппаратуры и обслуживающего персонала от перенап- ряжений, которые могут возникать при значительной асимметрии тягового тока, например при обрыве одной из перемычек дроссель- трансформатора ДТ-1-150, а также при случайных замыканиях кон- тактного провода иа рельс. В этих случаях на дополнительной обмотке ДТ-1-150 могло бы появиться высокое напряжение, опас- ное для аппаратуры и обслуживающего персонала, однако при этом происходит насыщение магнитопровода трансформатора ПТ 186
или ИТ, вследствие чего их сопротивление падает, ток в цепи возрас- тает, срабатывают автоматические выключатели АВМ-1 и отключа- ют аппаратуру от дроссель-трансформатора, защищая ее от повреж- дений тяговым током. Защита аппаратуры от импульсных перенапряжений, возникаю- щих от воздействия тягового тока и грозовых разрядов, осущест- вляется с помощью разрядников РВН-250. Вместо них можно при- менять выравниватели. Поскольку устройства автоблокировки с рельсовыми цепями 25 Гц получают питание от высоковольтной линии 50 Гц, то в этом случае используются те же типы трансмиттеров (КПШ-5 и КПШ-7), что и при электротяге постоянного тока. В смежных рельсовых цепях применяют трансмиттеры разных типов. Работа этой схемы аналогична работе схемы кодовой рельсо- вой цепи переменного тока 50 Гц. Ложное возбуждение сигналь- ных реле при работе импульсного реле от тока смежной цепи при повреждении изолирующих стыков исключается схемным способом. Рельсовые цепи 25 Гц регулируются изменением напряжения, снимаемого с выхода преобразователя. При шунтировании входно- го (релейного) конца ток под приемными катушками должен быть не менее 1,4 А. Предельная длина рельсовой цепи—2500 м. Мощ- ность, потребляемая рельсовой цепью предельной длины, в нормаль- ном режиме составляет 54 В-А, в режиме короткого замыкания возрастает до 100 В-А. На линиях с электротягой переменного тока, ранее оборудо- ванных автоблокировкой, применяют кодовые рельсовые цепи пере- менного тока 75 Гц (рис. 11.3). Рельсовая цепь получает питание от путевого трансформатора ПОБС-5, ограничителем является реактор РОБС-3. Конденсаторы С1 и С2 предназначены для умень- шения искрообразования на контактах трансмиттерного реле. Смеж- ные цепи кодируются от трансмиттеров разных типов КПТ-8 и КПТ-9, предназначенных для работы от сети 75 Гц. На питающем и релейном концах устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 или 2ДТ-1-150 (спаренной установки). От мешающего действия тягового тока и его гармоник импульс- ное путевое реле защищено путевым фильтром ФП-25 (рис. 11.4) для рельсовой цепи 25 Гц или ФП-75 (рис. 11.5) для рельсовой цепи 75 Гц. Фильтр настроен на пропускание сигнального тока соответственно 25 или 75 Гц и представляет большое сопротив- ление для тягового тока и его гармоник. Фильтр ФП-25 ослабляет помехи частотой 50 Гц более чем в 100 раз, а ФП-75 не менее чем в 60 раз. Параллельные колебательные контуры С1—Т1 и С2—Т2 наст- роены на частоту 25 Гц. Обладая на этой частоте большим сопро- тивлением, они препятствуют шунтированию тока 25 Гц через кон- туры. Контур СЗ—L настроен на частоту 50 Гц и препятствует прохождению тока частотой 50 Гц на выход фильтра. Этот контур 187
Рис. 11.3. Кодовая рельсовая цепь переменного тока 75 Гц вместе с конденсатором С4 образует последовательный резонансный контур для частоты 25 Гц, обеспечивая пропускание тока этой час- тоты на выход фильтра. На двухпутных участках средние точки дроссель-трансформато- ров соседних путей соединяются только у входных светофоров и в местах подсоединения отсасывающих фидеров не чаще чем через три рельсовые цепи. Это ограничение обусловлено тем, что при соединении средних точек создаются обходные цепи, исклю- чающие контроль поврежденного рельса. Длина цепи обхода должна быть не менее 6 км. Рельсовую цепь регулируют изменением напряжения, снимае- мого со вторичной обмотки трансформатора ПТ. При шунтировании поездов входного (релейного) конца рельсовой цепи ток АЛС дол- жен быть не менее 1,4 А; предельная длина рельсовой цепи— 2500 м. Мощность, потребляемая рельсовой цепью длиной 2500 м Рис. 11.4. Схема фильтра ФП-25 Выход 188
в нормальном режиме, равна 180 В-А, при шунтировании питающе- го конца она возрастает до 420 В-А. Автоматические выключатели многократного действия отклю- чают аппаратуру от рельсовой цепи при большой асимметрии тя- гового тока, защищая аппаратуру и обслуживающий персонал от опасных перенапряжений. Работа этой схемы при ее свободности и занятости аналогична работе рассмотренных выше кодовых рель- совых цепей переменного тока 50 и 25 Гц. 11.3. Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока На станциях участков с электротягой переменного тока проек- тируют и строят непрерывные рельсовые цепи переменного тока 25 Гц с фазочувствительными путевыми реле ДСШ-13. В схеме питания станционных рельсовых цепей (рис. 11.6) предусмотрены раздельные преобразователи П1 и П2 мощностью 150 или 300 В-А для питания соответственно путевых трансфор- маторов и местных элементов путевых реле. При питании путевых трансформаторов и местных элементов реле от одного преобразователя не исключается возможность сра- батывания реле от тягового тока и его гармоник. Помехи тягово- го тока могут поступать в путевую обмотку, соединенную с рель- сами, 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 пита- ния рельсовой цепи и местных элементов, при этом напряжения источников питания для обеспечения нормальной работы рельсо- вой цепи должны иметь фазовый сдвиг на угол 90°. Это достига- ется с помощью двух вспомогательных контрольных реле 1ПК и 1МК типа ДСШ-13, местные обмотки которых включают противо- фазно к выходу преобразователя 772, а путевые — в фазе к выходу преобразователя 777. При одновременном включении преобразова- теля в произвольный момент времени колебания частотой 25 Гц на их выходах могут отличаться на угол 90 или 270° (±90°), так как оба преобразователя питаются от одной и той же сети пере- менного тока 50 Гц и питающие напряжения сдвинуты на угол 180°. Если при одновременном включении преобразователей напряже- ния окажутся согласованными по фазе (т. е. напряжение питания путевых элементов отстает по фазе от напряжения питания мест- ных элементов на угол 90°), то возбудится контрольное реле 1ПК, через фронтовые контакты которого напряжение от преобразо- вателя 777 будет подаваться к путевым трансформаторам. Если же после включения преобразователей их напряжения на выходе окажутся не согласованными, то возбудится контрольное реле 1МК, 189
Местные элементы Путевые элементы и путевы* реле мвирование рельсовы* цепей Рис. 11.6. Схема питания станционных рельсовых цепей переменного тока 25 Гц с фазочувствительными реле Рис. 11.7. Схема некодируемой двухииточной рельсовой цепи перемен- ного тока 25 Гц 190
контактами которого изменяется на 180° фаза напряжения, пода- ваемого для питания путевых трансформаторов, и между напря- жениями преобразователей принудительно устанавливаются те же фазовые соотношения. Этим достигается сдвиг между напряже- ниями питания путевых трансформаторов и местных элементов. Схема некодируемой двухниточной рельсовой цепи с двумя дроссель-трансформаторами (рис. 11.7) является основной схе- мой станционных рельсовых цепей. На питающем и релейном кон- цах установлены дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 и трансформа- торы ПРТ-А, согласующие высокое сопротивление аппаратуры с относительно низким входным сопротивлением рельсовой линии. На питающем конце трансформатор используют в качестве питаю- щего, а на релейном — в качестве изолирующего. Ограничивающий резистор 7?0 обеспечивает необходимую шунтовую чувствитель- ность. Общее сопротивление резистора /?0 и соединительных про- водов между путевым трансформатором и дроссель-трансформато- ром должно быть примерно 1 Ом. Автоматические выключатели АВМ на 10 А, установленные на питающем и релейном концах, предназначены для отключения аппаратуры при превышении тока асимметрии расчетного значения. АВМ фактически срабатывает при токе асимметрии, большем 40 А. Предельная длина рельсовой цепи, при которой обеспечива- ются все режимы, равна 1200 м; мощность, потребляемая рельсо- вой цепью предельной длины, в нормальном режиме —8, в режиме короткого замыкания—15,5 В-A. Рельсовую цепь регулируют из- менением напряжения на вторичной обмотке путевого трансформа- тора от 0,5 до 12 В ступенями через 0,5 В так, чтобы напряжение на рельсах релейного конца было не менее 0,33 В (для реле ДСШ-13) при минимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии. Напря- жение на путевой обмотке реле ДСШ-13 должно быть при этом не менее 15 В. Ложное срабатывание путевого реле от источника тока смеж- ной цепи при замыкании изолирующих стыков исключается чере- дованием мгновенных полярностей напряжения в смежных рельсо- вых цепях. Питание перегонной кодовой рельсовой цепи, гранича- щей со станционной, должно обеспечиваться от станционного пре- образователя с соблюдением чередования мгновенных полярностей напряжения у изолирующих стыков. При длине кодовой рельсовой цепи участка приближения до 1000 м допускается ее питание от собственного преобразователя частоты. Путевое реле рельсовой цепи входного участка в этом случае необходимо устанавливать со стороны станции. Наличие напряжения помехи частотой 50 Гц на путевой об- мотке реле ДСШ-13 от тока асимметрии хотя и не вызывает лож- ного срабатывания путевого реле, но оказывает мешающее дейст- вие на его работу. При наличии помехи наблюдаются колебания и вибрации сектора путевого реле, ухудшающие условия его рабо- 191
ты, поэтому для защиты реле от воздействия тягового тока парал- лельно путевой обмотке включают защитный блок ЗБ типа ЗБ-ДСШ (рис. 11.8). Он состоит из индуктивности катушки L (0,845 Гн) и емкости конденсаторов Cl, С2 и СЗ (12 мкФ). Для подстройки можно подключать конденсатор С4 емкостью 1 мкФ. Дроссель имеет три обмотки: основную / и подстроечные // и ///. Детали блока размещены в корпусе реле НШ, установленном на штепсельной ро- зетке. Масса блока —2,83 кг. Индуктивность катушки и конденсатор образуют последова- тельный контур, настроенный в резонанс на частоту тока 50 Гц. На этой частоте индуктивное сопротивление контура (280 Ом) компенсируется емкостным сопротивлением конденсаторов, поэто- му полное сопротивление контура минимально и имеет активный характер. Малое сопротивление контура, пересчитанное к основной обмотке дроссель-трансформатора, значительно снижает сопротив- ление релейного конца тяговому току, поэтому напряжение помехи на обмотке путевого реле резко снижается. Добротность контура — не менее 10, а полное сопротивление переменному току частотой 50 Гц — не более 28 Ом. Для сигнального тока частотой 25 Гц сопро- тивление контура составляет примерно 400 Ом (рис. 11.9) и имеет емкостный характер (хс>хЛ), поэтому контур одновременно компен- сирует реактивную (индуктивную) составляющую тока путевой обмотки реле ДСШ и тем самым повышает сопротивление релей- ного конца для сигнального тока частотой 25 Гц. Схема допускает наложение кодирования с питающего и ре- лейного конца (рис. 11.10). Кодирование с питающего конца осу- ществляется от путевого трансформатора контактом трансмит- терного реле Т. Кодирование включается с момента вступления поезда на рельсовую цепь, когда размыкается тыловой контакт собственного путевого реле. Чтобы кодирование включалось только при движении поездов в установленных маршрутах, контакт трансмиттерного реле шунти- Рис. 11.8. Схема защитного фильтра ЗБ-ДСШ Рис. 11.9. График зависимости сопротив- ления фильтра ЗБ-ДСШ от частоты 192
Рис. 11.10. Схема кодируемой фазочувствительной рельсовой цепи переменного тока 25 Гц руют тыловым контактом кодововключающего реле КВ. Для исклю- чения искрообразования на контакте реле Т параллельно первич- ной обмотке путевого трансформатора включают искрогасящий кон- тур, состоящий из резистора 7?„ = 40 Ом и конденсатора Си—4 мкФ. При кодировании с релейного конца дополнительно устанавливают кодовый трансформатор КТ типа ПТ-25А и ограничивающий резис- тор сопротивлением 200 ОМ. В кодированных рельсовых цепях при шунтировании поездом входного конца ток АЛС в рельсах должен быть не менее 1,4 А при минимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии. На боковых станционных путях применяют двухниточную одно- дроссельную рельсовую цепь с установкой дроссель-трансформато- ра на питающем конце (рис. 11.11). Питающий конец однодроссель- ной рельсовой цепи такой же, как и в схеме рельсовой цепи с двумя дроссель-трансформаторами. Для обеспечения согласования аппаратуры с низким входным сопротивлением рельсовой линии коэффициент трансформации изолирующего трансформатора повы- шен с 18 до 40, так как на релейном конце дроссель-трансфор- матор отсутствует. Мешающее влияние тягового тока проявляет- ся в основном при замыкании изолирующих стыков на релейном конце. Для защиты путевого реле от воздействия тягового тока при- меняют электрический фильтр ЗБ-ДСШ и автоматический выклю- чатель многократного действия АВМ на 5 А. Предельная длина однодроссельной рельсовой цепи равна 1200 м. 7 Зак. 863 193
Рис. 11.11. Схема двухниточной однодроссельной рельсовой цепи переменного тока 25 Гц Для исключения ложного срабатывания путевого реле от тока смежной рельсовой цепи у изолирующих стыков необходимо обес- печить чередование мгновенных полярностей напряжения. На некодируемых участках пути и стрелочных участках длиной до 500 м применяют однониточную рельсовую цепь 25 Гц (рис. 11.12). Рельсовая цепь получает питание от путевого трансформатора ПТ типа ПРТ-А, ограничителем является резистор 7?О = 2,2 Ом. На релейном конце для согласования высокого сопротивления путевого реле (примерно 400 Ом) с низким входным сопротивлением рельсо- вой линии (примерно 0,5 Ом при частоте сигнального тока 25 Гц) устанавливают изолирующий трансформатор РТ типа ПРТ-А. Для Рис. 11.12. Схема однониточной рельсовой цепи переменного тока 25 Гц 194
защиты от воздействия тягового тока применен защитный блок типа ЗБ-ДСШ и автоматический выключатель АВМ. Для исключения срабатывания реле занятой цепи от источни- ка смежной рельсовой цепи при повреждении изолирующих стыков предусматривают чередование мгновенных полярностей напряжения в смежных цепях. В однониточных рельсовых цепях исправность изолирующих стыков дополнительно контролируют с помощью тяго- вой перемычки, соединяющей тяговые нити смежных цепей. При замыкании изолирующих стыков шунтируется данная или смежная с ней рельсовая цепь, сектор путевого реле опускается, фиксируя неисправность цепи. На станциях участков с электрической тягой переменного тока ранее проектировались и находятся в эксплуатации импульсные рельсовые цепи переменного тока 75 и 25 Гц. С целью исключения ложного возбуждения повторителя путе- вого реле, когда импульсное реле начинает работать от тока смеж- ной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков, в смеж- ные рельсовые цепи посылают импульсы разной последователь- ности и применяют схемную защиту. Для защиты от тягового тока применяют электрические фильтры ФП-25 или ФП-75, используемые в перегонных кодовых рельсовых цепях. Импульсным цепям присущ ряд недостатков, снижающих их эксплуатационно-технические характеристики. Основными из них являются большое число реле, работающих в импульсном режиме (это приводит к быстрому износу аппаратуры, снижению надежности действия и необходимости частого ее осмотра и ремонта, снижающих производительность труда); сложность схемной защиты от ложного возбуждения повторителя путевого реле при коротком замыкании изолирующих стыков. При новом проектировании и строительстве устройств СЦБ, а также при их модернизации на станциях применяют рассмотрен- ные выше непрерывные рельсовые цепи переменного тока 25 Гц с фазочувствительными путевыми реле, обладающие более высо- кой надежностью действий и защитой от воздействия помех тяго- вого тока. Глава 12 РАЗВЕТВЛЕННЫЕ И ГОРОЧНЫЕ РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ 12.1. Изоляция разветвленных рельсовых цепей Для обеспечения контроля свободности путей и стрелок, повы- шения безопасности движения поездов и наиболее эффективного использования путевого развития для поездной и маневровой ра- боты станционные пути и стрелочные участки оборудуют элект- рическими рельсовыми цепями. 7* 195
Благодаря рельсовым цепям на станциях с электрической цент- рализацией светофор открывается только при свободности путей и стрелочных участков, входящих в маршрут; исключается перевод централизованных стрелок до полного их освобождения подвиж- ным составом; разрешающий огонь автоматически сменяется на запрещающий после занятия любого изолированного участка, вхо- дящего в маршрут; исключается размыкание маршрута или отдель- ной его секции до полного освобождения его всем составом; контролируется состояние путей и стрелочных участков на аппара- те управления. В большинстве случаев рельсовыми цепями оборудуют также участки (длиной не менее 25 м) перед светофорами, ограждающи- ми въезд на станцию с подъездных путей, из депо и т. п. Это необ- ходимо для оперативной информации дежурного по станции о наличии подвижного состава перед светофором. Разбивка станционных путей на изолированные участки и объединение в один участок нескольких стрелок должны обеспечи- вать наиболее эффективную эксплуатационную работу станции с учетом наиболее рационального использования и обеспечения на- дежности работы аппаратуры, оборудования, сигнального кабеля и других технических средств, применяемых в устройствах авто- матики. На станции каждый приемо-отправочный путь оборудуют от- дельной рельсовой цепью. С точки зрения эксплуатационной ра- боты станции можно было бы каждую стрелку выделить в отдель- ный изолированный участок, при этом обеспечивалось бы быстрое освобождение отдельных участков, по которым может быть уста- новлен другой маршрут. Однако это приводит к удорожанию уст- ройств и повышению трудовых затрат на их обслуживание. Поэто- му в большинстве случаев несколько стрелок объединяют в один изолированный участок. В один изолированный участок можно включать не более трех одиночных (рис. 12.1, а) или двух перекрестных стрелочных пере- водов. При большем числе стрелок в одном изолированном участке снижается надежность работы рельсовой цепи и значительно уве- 196
Рис. 12.2. Способы изоляции стрелок личиваются перепробеги подвижного состава при маневровых пере- движениях. Наименование стрелочных изолированных участков составляется из номеров крайних стрелок, входящих в изолирован- ный участок, и букв СП, например 1—5 СП (см. рис. 12.1, а). Стрелки в изолированные участки объединяют так, чтобы не создавалась излишняя враждебность маршрутов. Стрелки съезда включают в разные изолированные участки (рис. 12.1, б), чтобы не препятствовать возможности установки двух невраждебных маршрутов по стрелкам 1 и 3. Также поступают и в случаях, когда по стрелкам возможны одновременные невраждебные пере- движения (рис. 12.1, в). Размещение изолирующих стыков и приборов рельсовых цепей стрелочных изолированных участков должно обеспечивать обте- кание током рамных рельсов стрелок и наибольшего числа соеди- нителей, уменьшение длин ответвлений, не обтекаемых током. На двухниточных планах изоляции питающий конец рельсо- вой цепи обозначается прямоугольником с точкой внутри, релей- ный — таким же прямоугольником с крестиком внутри. На стрелках изолируют сквозные полосы, соединительные тяги и переводные кривые. Изоляцию соединительных тяг от остряков стрелки выполняют прокладками из фибры между серьгой и остря- ком и фибровыми втулками, надеваемыми на болты. Для изоляции рельсов, связанных переводной кривой, на последней устанавли- вают изолирующий стык. Простейшей разветвленной рельсовой цепью является цепь, в которую входит только одна стрелка. Применяют последователь- ный и параллельный способы изоляции ответвлений на стрелках. При последовательной схеме изоляции (рис. 12.2, а) рельсовые нити обоих ответвлений включают последовательно. Изолирующие стыки 1 отделяют данную рельсовую цепь от смежных изолирован- ных участков, 2 — изолируют переводные кривые, 3—дополнитель- ные для обеспечения последовательной схемы изоляции. 197
Сигнальный ток проходит по цепи: плюсовой зажим источни- ка питания П, плюсовая рельсовая нить ответвления А, междупут- ный соединитель 4, плюсовая рельсовая нить ответвления Б, об- мотка путевого реле СП, минусовая рельсовая нить ответвления Б, междупутный соединитель 5, минусовая рельсовая нить ответ- вления А, ограничительный резистор Ro, минусовой зажим источ- ника питания М. В этой цепи контролируют рельсовые нити обоих ответвлений, за исключением участка пути между изолирующими стыками 2 и 3. Не контролируют также стрелочный соединитель, поэтому его для надежности дублируют. Последовательная схема изоляции обеспечивает контроль целостности рельсовых нитей обоих ответвлений, что является ее преимуществом. Однако эта схема сложна, требует уста- новки дополнительных изолирующих стыков (изолирующие стыки 3) и междупутных соединителей 4 и 5. При наличии в одной изолиро- ванной секции двух или трех стрелок схема разветвленной рель- совой цепи с последовательной изоляцией значительно усложня- ется. Поэтому рассмотренный способ изоляции применяют ограни- ченно на станциях участков с диспетчерской централизацией. В большинстве случаев используют параллельную изо- ляцию, при которой ответвления включают параллельно (рис. 12.2, б, в, г) и дополнительные изолирующие стыки и между- путные перемычки не устанавливают. Изолирующие стыки для изоляции переводных кривых стремят- ся устанавливать так, чтобы обеспечивался контроль целостности рельсовых соединителей (см. рис. 12.2, б). Для получения контроля соединителя путевое реле необходимо подключать к рельсам, в ко- торых установлены изолирующие стыки переводных кривых. При обрыве соединителя путевое реле отпускает якорь, фикси- руя неисправность рельсовой цепи. Однако в большинстве случаев включать все ответвления с контролем соединителей не представляет- ся возможным. Например, 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 кодирова- ния рельсовых цепей, поэтому соединитель в данном случае не контролируется, а для надежности дублируется (см. рис. 12.2, в). Параллельная схема изоляции более проста и экономична, од- нако не контролирует исправность рельсовых нитей ответвлений, которые находятся под напряжением и не обтекаются током. Фак- тически контролируется только то ответвление, на котором уста- новлено путевое реле. На рис. 12.2, в контролируется ответвление А (главный путь), а ответвление Б не контролируется. Для исключения этого недос- татка на ответвлениях устанавливают дополнительные путевые реле 2СП (рис. 12.2, г). 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. 198
Рис. 12.3. Размещение стрелочных соединителей Дополнительные путевые реле включают в ответвления, дли- на которых превышает 60 м, считая от центра стрелочного пере- вода до изолирующего стыка, а также на ответвлениях стрелоч- ных участков, входящих в маршруты приема и отправления, кроме ответвлений съездов и глухих пересечений. В случае кодирования бокового пути размещение стрелочных соединителей по типовой схеме изоляции не обеспечивает нормаль- ной работы устройств АЛС в маршрутах приема поездов на боко- вой путь и отправления с бокового пути. Это обусловлено тем, что при проследовании поезда по стрелке на боковой путь (или с боко- вого пути) имеются участки, в которых кодовый ток полностью отсутствует или значительно ослаблен. Такие участки (рис. 12.3, а) обозначены буквами а, Ь, с. В маршруте приема на боковой путь при типовом размещении соединителя в участках а и с кодовый ток полностью отсутствует, а на участке b ослаблен. Для повышения надежности действия АЛС при следовании поезда на боковой путь стрелочные соединители необходимо размещать по схеме (рис. 12.3, б). Соединители / и 2 обеспечивают протекание всего кодового тока по участку а, а на участках b и с — большей его части. По такой же схеме установлены стрелочные соединители в при- веденных далее схемах разветвленных рельсовых цепей. Учитывая, что кодовый ток при этой схеме в участках b и с (см. рис. 12.3) в маршрутах бокового пути и на участке между остря- ками и крестовиной стрелки в маршрутах главного пути все же несколько ослаблен, для обеспечения надежной работы АЛС кодо- вый ток в рельсах должен быть на 30% выше нормативного, т. е. ток АЛС под приемными катушками на входном конце рельсовой цепи должен быть не менее 1,6 А при автономной тяге; 2,6 А при электротяге постоянного тока; 1,8 А при электротяге переменного тока. Соединители 1 и 2 укладывают, как при транспозиции. На перекрестных съездах (глухие пересечения) с целью контро- ля стрелочных соединителей изолирующие стыки стрелок одной стрелочной секции устанавливают по-разному. Например, если сты- ки на стрелке 5 (рис. 12.4, а) расположены на прямом направлении, то на стрелке 3— на боковом. На кодируемых перекрестных съездах при оборудовании их двухниточными рельсовыми цепями изолирующие стыки устанавли- вают по боковому пути с включением дополнительного путевого реле на одной из двух изолированных секций (рис. 12.4, б), в данном 199
Рис. 12.4. Схемы изоляции перекрестного съезда случае на ответвлении стрелочной секции 1—7 СП. Это позволяет контролировать стрелочные соединители и большую часть ответ- влений. Буквы Т и Р обозначают соответственно питающий (транс- форматорный) и релейный конец, а буква К — наличие устройств для передачи кодовых сигналов АЛС. В случае оборудования перекрестных съездов однониточными рельсовыми цепями (рис. 12.4, в) на одной из двух изолированных секций (секция 3-5) также устанавливают два путевых реле 3-5 АСП и 3-5БСП. Для передачи кодовых сигналов АЛС укладывают специаль- ные шлейфы. Чтобы непрерывный сигнальный ток рельсовой цепи не нарушал работу локомотивных устройств АЛС (в этом случае заполнялись бы интервалы кодовых сигналов), питание рельсовой цепи осуществляется по направлению движения. Поэтому при дви- жении поезда в направлении от питающего к релейному концу ме- шающий ток рельсовой цепи шунтируется составом, и под прием- ными катушками протекает только кодовый ток АЛС, передаваемый по шлейфу. Шлейфы укладывают индивидуально, отдельно для изо- лированных участков 1-7 СП и 3-5 СП. Поскольку в однониточных рельсовых цепях тяговый ток про- текает по одной рельсовой нити, то это соответствует практи- 200
чески 100% асимметрии тягового тока под приемными катушками АЛС; влияние тягового тока на устройства АЛС значительно воз- растает, что может вызвать сбои в их работе. Поэтому при обору- довании рельсовых цепей перекрестных съездов устройствами кодирования предпочтительной является схема рис. 12.4, б. Однако такую схему изоляции можно устраивать только при ширине между- путья 5,9 м и более, что обусловлено необходимостью установки дополнительных изолирующих стыков по сравнению со схемой рис. 12.4, в, которая применяется при ширине междупутья 5,3 м. Изолирующие стыки, как правило, устанавливают в створе со светофорами. Допускается сдвигать изолирующие стыки до 23 м по направлению движения и до 2 м против направления дви- жения (всего на длину рельсового звена 25 м) у проходных све- тофоров; не более чем на 2 м в обе стороны — у входных. На станционных приемо-отправочных путях, используемых для приема и отправления поездов с обоих направлений, для получе- ния максимально возможных полезных длин путей изолирующие стыки устанавливают на минимально допустимом расстоянии (3,5 м) от предельного столбика в сторону пути, которое необхо- димо для размещения свешивающейся части последнего вагона. При этом выходные и маневровые светофоры устанавливают в сто- рону пути на ближайшем к изолирующим стыкам расстоянии по условиям габарита, но не более 40 м. Перед остряками стрелок в зонах маршрутизированных ма- невровых передвижений и стрелок с ручным управлением изоли- рующие стыки устанавливают у конца рамных рельсов, а перед остряками стрелок, участвующих в немаршрутизированных манев- ровых передвижениях и переводимых с контролем свободности изолированного участка,— с учетом расстояния предстрелочного участка, обеспечивающего полный перевод стрелки до наезда на остряки подвижной единицы, вступающей на изолированный участок в момент начавшегося перевода стрелки. При скорости маневровых передвижений примерно 15 км/ч и времени перевода стрелки не более 2,5 с это расстояние должно быть не менее 12 м от остряков одиночной или первой из спарен- ных стрелок и не менее 24 м от остряков второй спаренной стрелки. 12.2. Схемы разветвленных рельсовых цепей На разветвленных стрелочных участках применяют те же рель- совые цепи, что и на неразветвленных, при этом по главному пути предусматривают действие АЛС. Предусматривают также кодиро- вание ответвлений, по которым производится безостановочный пропуск поездов со скоростью более 50 км/ч. При автономной тяге применяют рельсовые цепи переменно- го тока 50 Гц с реле НМВШ2-900/900 или АНВШ2-2400 (рис. 12.5). 201
Рис. 12.5. Разветвленная рельсовая цепь переменного тока с путевыми реле НМВШ2 или АНВШ2 на каждом ответвлении Рельсовые цепи переменного тока позволяют осуществлять цент- ральное питание устройств. Схема рельсовой цепи допускает дву- стороннее кодирование с главного (4) и одного из боковых путей (В). С целью повышения надежности действия рельсовой цепи путевые реле включают на всех ответвлениях. Общее путевое реле возбуждается через последовательно соединенные фронтовые кон- такты всех трех индивидуальных путевых реле, включенных по кон- цам ответвлений. При свободности рельсовой цепи возбуждены путевые реле всех ответвлений. В качестве питающего применяют трансформатор ПРТ-А, а кодирующего — ПОБС-ЗА; ограничителем является резистор /?0. Для уменьшения искрообразования на контакте трансмиттерного реле включают защитный контур Сш — /?ш. Для согласования вы- сокого сопротивления реле (2400 Ом) с низким входным сопротив- лением рельсовой линии (примерно 1 Ом) устанавливают релей- ные трансформаторы ПРТ-А. При отсутствии кодирования с питающего конца из схемы исключают контакт реле Т и искрогасительный контур; если нет коди- рования с релейного конца, исключают контакт трансмиттерного реле, кодовый трансформатор и резистор /?к, релейный трансфор- 202
матор ПРТ-А заменяют трансформатором СТ-3. Рельсовую цепь регулируют изменением напряжения на вторичной обмотке путе- вого трансформатора. Регулировку производят так, чтобы ток АЛС под приемными катушками при шунтировании наиболее длинно- го ответвления и минимальном сопротивлении изоляции был не ме- нее 1,2 А. В цепях релейных трансформаторов включены резисторы сопро- тивлением 1,2 Ом для получения необходимых напряжений при нормальном значении тока АЛС. Общее сопротивление резистора и кабеля между рельсами и релейным трансформатором должно быть ие менее 1 Ом. При кодировании с релейного конца допускается совмещать релейные и кодирующие провода в одном кабеле при его длине до 650 м; при большей длине кодирующие провода проходят по отдельным жилам в другом кабеле. Для контроля исправности изолирующих стыков на стыках смежных цепей устанавливают однотипные приборы (реле-реле или трансформатор-трансформатор) и осуществляют чередование мгно- венных полярностей напряжения. При замыкании изолирующих стыков компенсируются токи смежных цепей, и путевые реле обеих свободных рельсовых цепей отпускают свои якоря, контролируя замыкания изолирующих сты- ков. Если произойдет замыкание изолирующих стыков при занятой рельсовой цепи, то свой источник будет зашунтирован, компенсации токов не будет, а реле получит подпитку от смежной рельсовой цепи, поэтому не исключается возможность ложного возбужде- ния путевого реле занятой рельсовой цепи. Это является сущест- венным недостатком рельсовых цепей непрерывного питания с нейт- ральными путевыми реле. При кодировании с релейного конца мгновенная полярность кодового тока АЛС должна совпадать с полярностью тока от пу- тевого трансформатора, а цепь кодирования должна включаться через тыловой контакт путевого реле. В случае двустороннего ко- дирования для восстановления нормальной работы рельсовой це- пи применяют разнотипные трансмиттеры КПТШ-5 и КПТШ-7. Длину разветвленной рельсовой цепи определяют как сумму отдельных ветвей и участков. Длина рельсовой цепи (см. рис. 12.5) I = а-|- с -|- Ьх -|- Ьг + Ь3. Длина разветвленной рельсовой цепи должна быть на 25% меньше допускаемой предельной длины неразветвленной цепи та- кого же типа. Предельная длина разветвленной цепи должна быть не более 900 м, так как предельная длина рельсовой цепи перемен- ного тока 50 Гц с реле АНВШ2-2400 составляет 1200 м. При электротяге постоянного тока применяют рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с реле ДСШ (рис. 12.6). Дроссель-трансформаторы ДТ-0,2-500 устанавливают по главному 203
Рис. 12.6. Разветвленная рельсовая цепь с дроссель-трансформаторами ДТ-0,2-500 и путевыми реле ДСШ-12 на каждом ответвлении пути. Кодирование предусматривают по главному, а при необходи- мости и по боковым путям. На каждом ответвлении устанавливают путевое реле ДСШ-12. Общее путевое реле включают через фрон- товые контакты всех реле, включенных в ответвления. На главном ответвлении путевое реле подключают к дополни- тельной обмотке дроссель-трансформатора; на боковых ответвле- ниях — через релейные трансформаторы ПРТ-А. В качестве питающего и кодирующих применяют трансформато- ры ПОБС-ЗА. Для уравнивания напряжений на путевых реле при различных длинах ответвлений установлены резисторы /?Д1, /?Д2 и /?дз. Длины путевых ответвлений не должны отличаться друг от друга более чем на 200 м. Рельсовую цепь регулируют изменением напряжения на вто- ричной обмотке путевого трансформатора. Для исключения лож- ного возбуждения путевых реле от источника смежной рельсовой цепи при повреждении изолирующих стыков должно быть выполне- но чередование мгновенных полярностей напряжения. При электротяге переменного тока применяют разветвленные рельсовые цепи переменного тока 25 Гц (рис. 12.7). По главному пути устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-1-150, а на каж- дом ответвлении — путевое реле ДСШ-13, общий повторитель СП 204
включают через фронтовые контакты всех трех реле. Максималь- ная (суммарная) длина рельсовой цепи —900 м. В качестве путевого трансформатора на питающем и изолирующего на релейном кон- цах применяют трансформаторы ПРТ-А, а в качестве кодового — ПОБС-ЗА. Ограничителями служат два последовательно включен- ных резистора сопротивлением по 2,2 Ом. От мешающего действия тягового тока путевые реле защищают электрическими фильтрами ЗБ типа ЗБ-ДСШ. Рельсовую цепь регулируют подбором напряжения на вторич- ной обмотке путевого трансформатора для обеспечения норматив- Рис. 12.7. Разветвленная рельсовая цепь переменного тока 25 Гц с двумя дроссель- трансформаторами и путевыми реле на каждом ответвлении 205
ного тока АЛС при шунтировании наиболее протяженного кодируе- мого ответвления. Напряжения на реле выравнивают дополнитель- ными регулируемыми резисторами 400 Ом, включаемыми последова- тельно с первичными обмотками изолирующих трансформаторов. Путевые трансформаторы и местные элементы реле ДСШ-13 по- лучают питание от отдельных преобразователей, напряжения кото- рых для нормальной работы фазочувствительных реле должны быть сдвинуты по фазе на угол 90°. Для исключения ложного возбужде- ния реле от смежной рельсовой цепи при замыкании изолирующих стыков должно выполняться чередование мгновенных полярностей напряжения. При кодировании с релейного конца мгновенная по- лярность кодового тока в рельсах должна совпадать с мгновенной полярностью тока путевого трансформатора. При этом кодовый трансформатор включается через тыловой контакт повторителя путевого реле. На стрелках, примыкающих к некодируемым боковым путям, на участках с электротягой применяют однониточные разветвлен- ные рельсовые цепи. В этом случае от однониточных рельсовых цепей должно обеспечиваться для тягового тока два выхода к сред- ним точкам дроссель-трансформаторов, устанавливаемых на стыке однониточиых и двухниточных цепей. Для улучшения работы рель- совой цепи при обрыве соединителей в пределах стрелочной зоны тяговый ток следует пропускать через крестовины стрелок. В рель- совых цепях на стрелках во всех случаях рамные рельсы должны обтекаться сигнальным током. При выполнении изоляции стрелок применяют типовые стрелоч- ные соединители. На линиях без электротяги используют стрелочные соединители из стального оцинкованного троса, а на участках с электротягой — соединители из медных проводов общей площадью поперечного сечения 70 мм2 для постоянного тока и 50 мм2 для пере- менного тока. Медными приварными соединителями оборудуют двухниточные дроссельные рельсовые цепи и тяговые нити однониточных рель- совых цепей. Нетяговые нити однониточных рельсовых цепей и рель- совых цепей без пропуска тягового тока оборудуют стальными сты- ковыми соединителями. Выше были рассмотрены три типа разветвленных рельсовых цепей, применяемых в зависимости от вида тяги поездов. В ус- ловиях эксплуатации используют большое число различных типов разветвленных рельсовых цепей. Это обусловлено разнообразием конкретных условий эксплуатации: числом и параметрами источни- ков электроснабжения, путевым развитием станции, родом тяги поездов, размерами движения и рядом других причин. Например, на линиях с автономной тягой, кроме рассмотренных выше рельсовых цепей переменного тока с реле АНВШ2-2400, применяют также рельсовые цепи переменного тока с путевыми реле НВШ2-200, НРВ1-250, НМВШ2-900/900, НВШ1-800, НРВ1-1000, с фазочувст- 206
вительными реле ДСШ-12 и ДСР-12; постоянного тока с непрерыв- ным питанием и путевыми реле НР2-2, АНШ2-2 или НШ2-2; импульс- ные постоянного тока с путевыми реле ИР1-0.3 или ИМШ-0,3. На стрелочных участках станций с электротягой постоянного тока наряду с разветвленными фазочувствительными рельсовыми цепями переменного тока 50 Гц применяют однониточные развет- вленные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с путевыми реле НМВШ2-900/900, НВШ1-800 и НРВ1-1000; однониточные с путевым реле типа ДСШ-12 и др. На участках с электротягой переменного тока, кроме развет- вленных рельсовых цепей переменного тока 25 Гц с фазочувстви- тельными реле, используют двухниточиые импульсные рельсовые цепи переменного тока 25 и 75 Гц с путевыми реле ИРВ-110 и ИМВШ-110; однониточные переменного тока 25 и 75 Гц; развет- вленные импульсные переменного тока 75 Гц с установкой путе- вых реле ИМВШ-110 на каждом ответвлении; импульсные перемен- ного тока 75 Гц с дроссель-трансформаторами ДТ-0,6 и ДТ-0,2 для станций стыкования двух систем электротяги и др. При электротяге переменного тока на станциях применяют примерно 40 типов рельсовых цепей переменного тока 25 и 75 Гц. Кроме того, создают новые, более совершенные схемы, происхо- дит непрерывный процесс совершенствования эксплуатируемых рельсовых цепей. 12.3. Горочные рельсовые цепи Горочные рельсовые цепи применяют для контроля свобод- ности от подвижного состава (отцепов) изолированных участков сортировочных горок. Эта информация необходима в первую оче- редь для действия систем горочной автоматической централиза- ции (ГАЦ) и автоматического регулирования скорости скатыва- ния отцепов (АРС). Горочные рельсовые цепи стрелочных участ- ков исключают возможность перевода стрелки под отцепом и переда- чу ложного задания в ГАЦ и АРС на автоматическую установку маршрута для очередного отцепа. Для увеличения перерабатывающей способности горок необ- ходимо, чтобы время фиксации свободного и занятого состояния стрелочных (особенно головной стрелки) и межстрелочных участ- ков было минимальным. Это обусловливает необходимость исполь- зования быстродействующих и коротких рельсовых цепей. Время срабатывания приемника при занятии рельсовой цепи составляет не более 0,2 с, а при освобождении — не более 0,35 с. Длина стрелочных и межстрелочных горочных рельсовых це- пей составляет 6—11,5 м, максимальная длина бесстрелочных го- рочных рельсовых цепей на неэлектрифицированных путях должна быть не более 100, а на электрифицированных —50 м. 207
Отмеченные выше жесткие требования в отношении быстро- действия к горочным рельсовым цепям контрольных участков под- горочного парка не предъявляют, поскольку частота следования отцепов на пути подгорочного парка значительно меньше, чем на самой горке. Горочные рельсовые цепи работают в тяжелых усло- виях, поскольку сопротивление поездного шунта увеличивается до 0,3—0,5 Ом. Это обусловлено особенностями работы путевых участков горки (покрытие поверхности рельсов непроводящим слоем из масел, грязи и пыли, наличие в отцепах легких подвиж- ных единиц и т. п.). Вследствие этого сопротивление поездного шунта может повышаться настолько, что кратковременно резко снижается шунтовая чувствительность, т. е. возможна потеря шунта. Для защиты от этого горочные рельсовые цепи дополняют точечны- ми путевыми датчиками проследования отцепов — магнитными педалями ПБМ-56 с блоками медленнодействующих повторителей педальных реле. Поскольку длина горочной рельсовой цепи (11,5 м) меньше длины базы некоторых вагонов, на всех головных стрелках пучков устанавливают фотоэлектрическое устройство (ФЭУ). Наличие ва- гона на стрелочном изолированном участке ФЭУ фиксирует за счет перекрытия рамой вагона светового луча ФЭУ. На бесстрелочных участках и стрелках, не включенных в ГАЦ, педали не устанавливают. На стрелочных участках, расположен- ных после первой стрелки пучка и включенных в ГАЦ, устанавли- вают по одной педали, а на головных и первых пучковых стрелках, работающих наиболее интенсивно при относительно высоких ско- ростях (до 8 км/ч) и наиболее загрязненных,— по две педали. На сортировочных горках применяют две принципиально раз- личные схемы рельсовых цепей: нормально разомкнутые, в кото- рых путевой приемник нормально не возбужден, и нормально замк- нутые, в которой путевой приемник при свободной и исправной цепи возбужден. Нормально разомкнутые рельсовые цепи, не- смотря на существенный недостаток — отсутствие непрерывного контроля исправности элементов схемы, применяют на горках из-за сравнительной простоты, экономии кабеля, быстродействия и более высокой шунтовой чувствительности. В эксплуатации на- ходятся как нормально разомкнутые, так и нормально замкнутые рельсовые цепи переменного тока 50 и 25 Гц. В отдельных случаях применяют также вентильные горочные рельсовые цепи. При новом проектировании и строительстве применяются, как правило, нормально замкнутые ГРЦ. Нормально разомкнутые горочные рельсовые цепи переменно- го тока 50 Гц (рис. 12.8) с путевыми реле НРВ1-1000 или НВШ1-800 применяют при автономной тяге и электротяге постоянного тока. Путевые реле включают по схеме однополупериодного выпрямления с раздельным включением катушки. Время срабатывания путе- вого реле при наложении нормативного шунта 0,3 Ом не превышает 208
Рис. 12.8. Нормально разомкнутая горочная рельсовая цепь 50 Гц с двумя педалями 0,15 с. При снятии нормативного шунта время отпускания реле не превышает 0,3 с. В качестве питающего применяют трансформа- тор ПТМ, установленный в трансформаторном ящике. Выводы вторичной обмотки трансформатора подключают к рельсам тросовы- ми перемычками сопротивлением не более 0,2 Ом. Питающий и релейный концы нормально разомкнутой рельсо- вой цепи включают в одну пару сигнального кабеля. Нормально путевое реле СП находится без тока, так как при свободной рель- совой цепи проходящий по цепи ток определяется лишь током холостого хода трансформатора ПТ н сопротивлением балласта рельсовой линии, пересчитанным к первичной обмотке трансформа- тора. Этот ток недостаточен для срабатывания реле. При вступлении на горочную рельсовую цепь подвижной еди- ницы вторичная обмотка трансформатора замыкается через колес- ные пары. Ток в цепи возрастает, что приводит к резкому воз- растанию падения напряжения на резисторах R1 и R2. От этого напряжения срабатывает реле СП, фиксируя занятость рельсовой цепи. Как было сказано раньше, для защиты от кратковременной потери шунта рельсовые цепи, включенные в ГАЦ, дополняют маг- нитными педалями типа ПБМ-56 с блоками медленнодействующих повторителей педальных реле. На схеме (см. рис. 12.8) показаны две педали. В случае потери шунта и прохождения колесной пары, 209
например в зоне размещения педали П1 сработает педальное реле ПД1 и его медленнодействующие повторители 0ППСП1 и ПОПСПГ, через контакты последних и резисторы R3 и R4 образуется цепь включения основного реле СП, фиксирующего занятость рельсовой цепи. Аналогично работает схема и в случае проследования колес- ными парами вагонов в зоне педали /72. В схемах горочной рельсовой цепи с путевым реле НРВ1-1000 в блоке БМП включен только резистор R4 сопротивлением 500 Ом, а с реле НВШ1-800— оба резистора R3 и R4 общим сопротивлением 1500 Ом. В схеме горочной рельсовой цепи с одной педалью исполь- зуют только половину блока БМП, а в горочной рельсовой цепи без педалей блок БМП не устанавливают. Резистор R2 в схеме ис- пользуют только с реле НРВ1-1000. Напряжение питания на путевом трансформаторе устанавли- вают 5,85 или 4,35 В для реле НРВ1-1000 и НВШ 1-800 соответст- венно. Горочные рельсовые цепи регулируют изменением сопротив- ления резистора R1 до получения требуемого напряжения на реле в соответствии с регулировочными таблицами. Реле В в схеме рельсовой цепи предназначено для контроля наличия напряжения питания. Нормально разомкнутые горочные рельсовые цепи переменного тока 25 Гц с реле ИМВШ-110 предназначены для применения при любых видах тяги. Они получают питание от преобразователей частоты ПЧ50/25-150. В рельсовых цепях электрифицированных путей для защиты от помех тягового тока устанавливают электри- ческие фильтры ФП-25. На участках пути, входящих в маршруты приема или отправ- ления поездов, применяют переключаемую горочную рельсовую цепь, которая работает в двух режимах: как обычная нормально разомкнутая цепь и как импульсная нормально замкнутая. Повто- ритель импульсного реле включен в этом случае по схеме конденса- торного дешифратора импульсной рельсовой цепи. Все более широкое распространение получают нормально замкнутые горочные рельсовые цепи. На линиях с автономной тя- гой применяют нормально замкнутую рельсовую цепь с реле НМВШ2-1000/1000 с включением только одной катушки (рис. 12.9). В качестве питающего применяют трансформатор ПТМ, а сог- ласующего на релейном конце — РТ-4. Ограничителем является резистор Ro сопротивлением 2,2 Ом. Короткое замыкание изоли- рующих стыков контролируется чередованием мгновенных поляр- ностей и размещением одноименных концов (р — р или т — г) на стыках смежных горочных рельсовых цепей. Регулировку производят изменением напряжения, снимаемого со вторичной обмотки путевого трансформатора ПТ. Общее сопро- тивление резистора и соединительных проводов на питающем конце должно быть равно 2,0 Ом, а на релейном —1,7 Ом. Регулировка 210
горочных рельсовых цепей изменением сопротивления резисторов не допускается. Схему нормально замкнутой рельсовой цепи могут дополнять одной или двумя педалями, в зависимости от места применения и других особенностей эксплуатации. На линиях с электротягой постоянного тока применяют анало- гичную нормально замкнутую горочную рельсовую цепь с реле НМВШ2-1000/1000 или НВШ1-800. Отличие этой схемы от приве- денной (см. рис. 12.3) состоит в том, что в ней для защиты от тяго- вого тока на питающем и релейном концах установлены автомати- ческие выключатели АВМ-1, а путевое реле включают через защит- ный фильтр РЗФШ-2.1 Схему можно применять без педали или дополнять одной или двумя педалями. На участках с автономной тягой и электротягой постоянного тока в отдельных случаях применяют вентильные горочные рельсо- вые цепи (рис. 12.10). Питание ее осуществляется от сети перемен- ного тока 50 Гц. В качестве питающего применяют трансформатор ПОБС-2А. Питающий трансформатор и путевое реле АНШ2-2 вклю- чают на одном конце рельсовой цепи, а на другом конце — вентиль VD, в качестве которого используют диод Д243А или аналогичный по своим электрическим характеристикам. Ограничителем вентиль- ной рельсовой цепи являются конденсаторы С1— С4 (емкостный ограничитель). Ввиду большой емкости применены электролити- ческие конденсаторы. Для обеспечения работы в цепи переменного тока их включают по униполярной схеме, т. е. конденсаторы С1, С2 и СЗ, С4 включены последовательно, но разноименными полю- сами по отношению к источнику переменного тока. При положитель- ной полуволне будут работать конденсаторы С1 и СЗ, а конденсаторы С2 и С4 для этой полуволны представляют малое сопротивление. Рис. 12.9. Нормально замкнутая горочная рельсовая цепь 50 Гц с реле НМВШ2- 1000/1000 Рис. 12.10. Вентильная горочная рель- совая цепь 211
При другой полуволне переменного тока работают конденсаторы С2 и С4. Параллельное включение конденсаторов применяют для увеличения их общей емкости. Особенностью вентильной горочной рельсовой цепи является то, что ее питание осуществляют переменным током, а путевое реле применяют постоянного тока, которое срабатывает от постоян- ной составляющей, образуемой за счет включения вентиля. Емкост- ный ограничитель необходим для исключения замыкания постоянной составляющей через трансформатор ПТ. Горочная рельсовая цепь с вентилем является нормально замк- нутой. Она обеспечивает непрерывный контроль всех элементов схе- мы и наличия напряжения переменного тока, путевое реле при сво- бодной рельсовой цепи возбуждено. Для контроля замыкания изолирующих стыков необходимо в смежных горочных рельсовых цепях обеспечивать чередование мгновенных полярностей переменного тока и постоянные состав- ляющие сигнального тока. Вентильные, как и другие типы горочных рельсовых цепей, при необходимости можно дополнять педалями ПБМ-56. Вентильные горочные рельсовые цепи регулируют изменением напряжения, снимаемого со вторичной обмотки путевого транс- форматора. Глава 13 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ 13.1. Рельсовые цепи без изолирующих стыков системы ЦАБ Надежность функционирования рельсовых цепей в большой сте- пени зависит от исправного состояния изолирующих стыков. На осно- вании исследований в эксплуатационных условиях установлено, что из общего числа отказов в работе рельсовых цепей повреждения изолирующих стыков составляют примерно 50%. На отечествен- ных и некоторых зарубежных железных дорогах разрабатываются или уже находятся на стадии испытаний новые типы изолирую- щих стыков. Перспективными с точки зрения качественного улучшения эксплу- атационно-технических показателей являются рельсовые цепи без изолирующих стыков, особенно в связи с широким внедрением цель- носварных рельсовых плетей большой длины (бесстыковой путь), где установка изолирующих стыков становится затруднительной. В структурной схеме рельсовых цепей автоблокировки с централи- зованным размещением аппаратуры (ЦАБ) (рис. 13.1), разработан- 212
Рис. 13.1. Структурная схема рельсовой цепи автоблокировки с централь- ным размещением аппаратуры ной ВНИИЖТ совместно с КБ ЦШ МПС, отсутствуют путевые светофоры. Движение поездов предусматривается регулировать по сигналам АЛС. Всю аппаратуру размещают на центральных постах (постах ЭЦ) станций, ограничивающих перегон протяженностью до 20 км. Для питания рельсовых цепей без изолирующих стыков используют генераторы Г1 и Г2 с сигнальными частотами f\ (425 Гц) и /г (475 Гц). С целью повышения защищенности сигналов от влияния помех тягового тока, в том числе при импульсном тиристорном регу- лировании управления тяговыми электродвигателями, от токов цент- рального электроснабжения вагонов пассажирских поездов и от других источников несущие частоты 425 и 475 Гц модулированы низ- кими частотами — соответственно 8 и 12 Гц. Для возбуждения путе- вого реле необходимо получить сигнал несущей частоты определенно- го уровня, содержащий заданную частоту модуляции (8 или 12 Гц). Каждый генератор питает две смежные цепи длиной 1000 м, рас- положенные по обе стороны от точки его подключения к рельсовой ли- нии. Генераторы Г1 и Г2 чередуются в пределах всего перегона. В се- редине расстояния между генераторами включают два селективных приемника П1 и /72, один из которых воспринимает сигналы с часто- той fi, в другой — fz. Всю аппаратуру, за исключением путевых транс- форматоров ПТ (на линиях с электротягой — дроссель-трансформа- торов), размещают на прилегающих к перегонам станциях и соединя- ют с путевыми трансформаторами посредством кабельных линий. 213
Исключение изолирующих стыков позволяет реализовать систему ЦАБ с минимальным числом жил кабеля. Так как две смежные цепи получают питание по одной паре сигнального кабеля и для подклю- чения двух приемников смежных цепей используют также одну па- ру, то число пар сигнального кабеля определяют числом цепей для половины перегона; бесстыковые рельсовые цепи другой половины перегона подключают по кабелю, связанному с другой станцией. При средней длине перегона 10 км число рельсовых цепей составит 8; от каждой станции в сторону перегона потребуются 5 пар сигнального кабеля. По этим же парам в рельсы передают кодовые сигналы АЛС, при этом по мере приближения к середине перегона число жил кабеля уменьшается. Поэтому жильность кабеля для подключения бесстыко- вых рельсовых цепей перегона длиной 10 км составит 5 сигнальных пар. Одна пара (две жилы) требуется для контроля состояния перего- на и смены направления движения. Таким образом, общий расход сигнального кабеля при длине перегона до 10 км составляет 6 сиг- нальных пар. В рельсовых цепях без изолирующих стыков требуется исключить влияние источников питания не только смежных цепей, но и от более удаленных источников. Например, приемник 5/7/ (см. рис. 13.1) при свободном перегоне будет получать питание от источников питания всех остальных цепей перегона, расположенных как справа, так и сле- ва от точки подключения приемника. На основании расчетов и исследований бесстыковых рельсовых цепей установлено, что необходимо исключать влияние от трех бли- жайших рельсовых цепей, расположенных слева и справа от точки подключения приемника. В данном случае влияние на путевой прием- ник 5/7/ с сигнальной частотой исключается тем, что рельсовые цепи участков 4 и 3 питаются сигнальным током другой частоты fi, а в рельсовой цепи участка 2 источник питания удален на расстоя- ние ее длины. Таким образом, приемник 5/7/ отделен тремя рельсовы- ми цепями от генератора с той же частотой. Аналогично приемник 5/7/ защищен и от смежных рельсовых цепей участков 6, 7 и 8, распо- ложенных справа от точки его подключения. При питании двух смежных рельсовых цепей от одного генератора (с середины) достигается защита приемников бесстыковых рельсовых цепей от смежных при использовании только двух несущих частот. Для исключения ложного срабатывания путевого приемника от рель- совой цепи соседнего пути при объединении рельсовых нитей двухпут- ного участка для другого пути применяют те же несущие сигнальные частоты 425 и 475 Гц, но с другими частотами модуляции. Несущая частота 425 Гц модулируется частотой 12, а несущая 475 Гц — часто- той 8 Гц. Для питания двух смежных рельсовых цепей применительно к участку с автономной тягой 1П и 2/7 установлен комплект пере- дающих устройств (рис. 13.2). Генерирование амплитудио-модулиро- 214
Рис. 13.2. Схема бесстыковых рельсовых цепей ванных колебаний осуществляется генератором ПГ с несущей часто- той 425 Гц и частотой модуляции 8 Гц. Путевой усилитель ПУ усили- вает сигналы, поступающие с выхода генератора ПГ, до уровня, необ- ходимого для нормальной работы рельсовой цепи. С выходного транс- форматора ВТ сигнал через фильтр по кабельной линии длиной до 10 км поступает на первичную обмотку путевого трансформатора с коэффициентомм трансформации 40. Этим достигается согласование входного сопротивления кабеля с низким сопротивлением рельсовой линии. В качестве путевого фильтра включен резонансный контур из индуктивности катушки Zo и емкости конденсатора Со. Элементы фильтра размещены в кожухе реле НШ. Кодовые сигналы числовой системы АЛС передаются контактом трансмиттерного реле 1 /2Т от кодового трансформатора 1/2КТ. Резис- тор /?и и конденсатор Си установлены для искрогашения на контакте трансмиттерного реле. Этот контур представляет собой низкое сопро- тивление для сигналов частотой 425 Гц и поэтому не оказывает влия- ния на ее работу. Кодовые сигналы АЛС выбираются контактами путевых реле впе- реди лежащих рельсовых цепей в зависимости от установленного на- правления движения. Кодирование осуществляется с питающего и релейного концов. При смене направления движения переключаются только цепи кодирования (трансмиттерных реле). Путевые приемники подключают к рельсовой цепи также посред- ством кабеля через путевые трансформаторы ПТ. Входы приемников смежных рельсовых цепей (2/7/7 и 3/7/7) включают последовательно. Для выравнивания входных сопротивлений по концам рельсовой цепи 215
Рис. 13.3. График зависимости зоны шунтирования от перегруз- ки иа питающем конце и напряжений на входе приемников при различных длинах кабеля (от О до 10 км) на входах приемников вклю- чают регулируемые резисторы Ra, сопротивления которых устанавливают в зависимости от длины кабеля. При дли- не кабеля 10 км /?д=0, при длине кабе- ля /к сопротивление /?д=400—40 /к- Предельная длина рельсовой цепи 1000 м. Одной из основных особенностей рельсовых цепей без изолирующих стыков является то, что ее шунтиро- вание и смена кодового сигнала АЛС наступает не с момента вступления на нее поезда, а при приближении его к рельсовой цепи на некоторое рас- стояние (см. рис. 13.2). В этой точке кодовый сигнал АЛС, передаваемый с релейного конца рельсовой цепи 1П меняется на запрещающий, поэтому здесь необходимо обеспечить прием сигнала уже от впереди стоя- щей точки, т. е. с питающего конца рельсовой цепи 1П\ кодовый сигнал АЛС с приемного конца рельсовой цепи 1П должен выклю- чаться. Таким образом кодовые сигналы АЛС должны восприни- маться на расстоянии: /алс ==z I “Ь All, где I — длина рельсовой цепи. Освобождение рельсовой цепи также будет фиксироваться не в момент освобождения последними скатами поезда точки подключе- ния питающего трансформатора, а после удаления его на некоторое расстояние /ш. Приближающиеся и удаляющиеся шунты (поезд) снижают напряжение на путевом приемнике. Для обеспечения нор- мальной работы рельсовой цепи в этом случае требуется увеличить напряжение на питающем конце, т. е. давать перегрузку путевому приемнику на значение коэффициента перегрузки: где U'H — напряжение в начале рельсовой цепи для обеспечения нормаль- ной работы при нахождении поезда на расстоянии 1Ш от данной рельсовой цепи; U„ — напряжение в начале рельсовой цепи без учета нахождения шунта на расстоянии 1Ш. Чем больше коэффициент перегрузки К„, тем меньше зона допол- нительного шунтирования /ш (рис. 13.3). При двойной перегрузке до- полнительная зона шунтирования равна 50 м. Если же перегрузку не давать, то зона шунтирования будет примерно 250 м. Это означает, что 216
при сигнальных частотах 425 и 475 Гц наличие поезда на расстоянии 250 м и более не влияет на условия работы рельсовой цепи. Практи- чески Кп выбирают в пределах 1,1 —1,2, а зона дополнительного шун- тирования /ш составляет при этом 120—150 м. Рельсовые цепи без изолирующих стыков допускают наложение кодирования не только числовой, но и частотной системы АЛС для па- раллельной работы обеих систем, что необходимо при организации движения поездов по сигналам АЛС (без путевых светофоров). 13.2. Рельсовые цепи наложения тональной частоты Рельсовые цепи наложения тональной частоты используют в сис- теме переездной сигнализации для извещения о приближении поезда к переезду (рис. 13.4). Они могут накладываться на рельсовые цепи постоянного и переменного тока устройств автоблокировки и электри- ческой централизации, не нарушая нормальной работы последних. В рельсовых цепях наложения применяют частоты 1500—2000 Гц. Гене- раторы устанавливают на расстоянии расчетного участка приближе- ния /„ от переезда, а приемники — непосредственно у переезда. Если участки приближения свободны, то путевые реле НП и ЧП возбуждены, а устройства переездной сигнализации выключены. При вступлении поезда на участок перед переездом шунтируется путевое реле НП (движение в нечетном направлении) или ЧП, прекра- щается его импульсная работа, включаются устройства переездной сигнализации. Фактически рельсовая цепь шунтируется не в момент проследования поездом точки подключения генератора, а на расстоя- нии /ш. Точно также освобождается рельсовая цепь не в момент про- следования точки подключения приемника, а после удаления поезда на расстояние /ш. В связи с использованием в рельсовых цепях нало- жения относительно высоких частот расстояние /ш невелико и состав- ляет несколько десятков метров. В генераторах и приемниках ис- пользованы высокостабильные ка- мертонные фильтры. Рельсовые цепи наложения на отечественных железных дорогах не получили широкого распрост- ранения из-за ряда эксплуатаци- онных недостатков, прежде всего из-за необходимости установки между рельсами компенсирующих конденсаторов для обеспечения работы рельсовой цепи необхо- димой длины, а также из-за слож- ности изготовления камертонных фильтров. Длина участков приб- Рис. 13.4. Принципиальная схема дейст- вия рельсовых цепей наложения 217
лижения в связи с ростом скорости движения поездов увеличивается, возрастают длины рельсовых цепей, что еще более ухудшает условия их работы, появляется необходимость трансляций. 13.3. Реактивные рельсовые цепи Реактивные рельсовые цепи представляют собой особый вид импульсных рельсовых цепей постоянного тока, в которых для работы импульсного путевого реле используется энергия, накопленная в индуктивном элементе за время передачи импульса от источника пи- тания. На питающем конце реактивной рельсовой цепи (рис. 13.5) уста- навливают те же приборы, что и в обычной рельсовой цепи постоянно- го тока: выпрямитель ВАК-14, работающий в буферном режиме с аккумулятором АБН-72, маятниковый трансмиттер МТ, через контакт которого посылаются импульсы в реактивную рельсовую цепь, огра- ничитель Ro, в качестве которого используют резистор сопротивле- нием 0,6 Ом. Импульсное путевое реле подключают к рельсам, как правило, также на питающем конце, хотя по принципу работы реактивной рельсовой цепи его можно подключать к любой точке рельсовой ли- нии. Для исключения срабатывания реле от прямых импульсов его подключают противоположно полярности путевой батареи. При пере- даче импульсов от источника питания через контакт маятникового трансмиттера МТ ток протекает по рельсовой линии и на другом конце реактивной рельсовой цепи через обмотку индуктивного элемента, в качестве которого используют вторичную обмотку трансформатора ПРТ-А или ПТ-25. В этом элементе запасается энергия в виде маг- нитного поля. При размыкании цепи в индуктивном элементе обра- зуется импульс э.д.с. самоиндук- ции, значение которого определя- ется значением индуктивности и скоростью изменения тока в цепи после выключения. Значение э.д.с. самоиндукции по амплитуде во много раз превышает амплитуду прямых импульсов, однако их дли- тельность во много раз короче. Импульсы э.д.с. самоиндукции имеют противоположную поляр- ность по отношению к прямым (зарядным) импульсам. Они рас- пространяются по реактивной рельсовой цепи в обратном нап- равлении; от этих импульсов срабатывает импульсное путевое Рис. 13.5. Реактивная рельсовая цепь 218
реле И (ИМШ1-2 или ИМШ1-1). Своим контактом это реле воздей- ствует на дешифратор, на выходе которого возбуждается путевое реле П. Реактивные рельсовые цепи применяют ограничено для кон- троля участков приближения к станциям и переездам на линиях, не оборудованных автоблокировкой, а также для контроля занятости подъездных, карьерных и тупиковых путей. Эти рельсовые цепи не допускают наложения сигналов АЛСН. Для исключения взаимного влияния смежные реактивные рельсо- вые цепи должны стыковаться реакторными концами. В других слу- чаях исключение взаимного влияния достигается путем разделения их рельсовыми цепями постоянного тока. Глава 14 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ 14.1. Регулировка рельсовых цепей Рельсовые цепи регулируют с целью получения на путевом реле требуемого напряжения, при котором обеспечивается бесперебойная работа цепи во всех режимах. На дорогах СССР применяют постоян- ную регулировку. Правильно отрегулированная рельсовая цепь должна устойчиво работать круглый год при любой погоде. Для каждого типа рельсовых цепей имеется нормаль, в которой в табличной форме представлены допустимые значения напряжений на путевых реле и питающих концах рельсовых цепей перегонов и станций. Сущность регулировки заключается в том, что в соответствии со схемой и регулировочной таблицей устанавливают необходимое напряжение при номинальных ограничивающих сопротивлениях по концам и заданных коэффициентах трансформации согласующих трансформаторов и дроссель-трансформаторов. Необходимо учиты- вать электрические параметры рельсовой цепи, длину, фактическое напряжение источника питания и состояние балласта. Норму напряжения на путевом реле и питающем конце каждой рельсовой цепи определяют по нормали и устанавливают один раз (при вводе устройств в эксплуатацию или при контрольных регули- ровочных проверках). Регулировочные таблицы для перегонных рельсовых цепей соот- ветствуют номинальному напряжению источника питания. Импульсные рельсовые цепи постоянного тока с реле ИР 1-0,3 и ИМШ-0,3 регулируют по табл. 14.1 при напряжении батареи 2,2 В. Кодовые рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с дроссель-транс- форматорами и реле ИРВ-110 и ИМВШ-110 регулируют по табл. 14.2. 219
Таблица 14.1 Длина рельсовой цепи, к Напряжение батареи, В Сопротивление, Ом Напряжение иа реле, В, при балласте питающего релейного мокром промерзшем До 500 500—1000 1000—1500 1500—2000 2000—2250 2250—2500 2500—2600 2,2 2,1 1,6 1,4 1,25 1,20 1,15 1,10 1,60 1,20 0,90 0,60 0,50 0,40 0,35 0,084 0,16 0,20 0,24 0,28 0,29 0,31 0,32 Таблица 14.2 Длина рельсовой цепи, м Напряжение на вторич- ной обмотке ПТ, В Напряжение, В, при промерзшем балласте на рельсах релейного конца на зажимах 1-2 ЗБФ-1 на реле До 500 27 0,4 5,5 4,0 500—1000 43 0,4 6,0 4,4 1000—1500 65 0,4 6,8 5,1 1500—2000 95 0,6 8,0 5,7 2000—2250 115 0,6 8,9 6,1 2250—2500 140 0,7 9,9 6,6 2500—2600 152 0,7 10,4 6,7 Таблица 14.3 Длина рельсовой цепи, м Напряжение 25 Гц, В на выходе ПЧ 50/25 на рельсах релейного конца на фильтре на реле До 500 38 0,33 7,1 4,1 0,30 6,6 3,9 500—1000 54 0,37 7,9 4,4 0,30 6,6 3,9 1000—1500 78 0,42 9,1 4,8 0,30 6,6 3,9 1500—2000 111 0,43 10,6 5,4 0,30 6,6 3,9 2000—2250 132 0,54 11,6 5,8 0,30 6,6 3,9 2250—2500 156 0,59 12,7 6,1 0,30 6,6 3,9 220
Кодовые рельсовые цепи переменного тока 25 Гц регулируют по табл. 14.3. При всех видах рельсовых цепей колебание напряжения на пу- тевом реле в зависимости от состояния балласта тем больше, чем больше ее длина. В импульсных рельсовых цепях постоянного тока напряжение на реле при всех условиях эксплуатации должно быть не менее 0,084 и не более 0,32 В. Таким образом, в зависимости от состояния балласта напряжение на путевом реле импульсной цепи может изменяться в 3,8 раза. В регулировочной.таблице, кроме напряжения на путевой батарее и реле, указывают значения сопротивлений на питающем и релейном концах. Для кодовых цепей переменного тока 50 Гц в регулировочных таб- лицах указывают значения напряжений на вторичной обмотке транс- форматора ПТ питающего конца, на рельсах релейного конца, на вхо- де фильтра ЗБФ-1 и на реле (см. табл. 14.2). В регулировочных таблицах кодовых рельсовых цепей переменно- го тока 25 Гц указывают напряжение на выходе преобразователя ПЧ 50/25 питающего конца (см. табл. 14.3). Значения напряжений на рельсах релейного конца, фильтре и реле приведены для двух сос- тояний балласта: промерзшем (в числителе) и мокром (в знаме- нателе). Если при измерениях напряжение на путевом реле окажется выше нормы, его необходимо отрегулировать до нормы. Если же напряже- ние на реле окажется ниже нормы, а напряжение на питающем трансформаторе соответствует верхнему пределу, необходимо тща- тельно проверить состояние рельсовой цепи: исправность стыковых соединителей, состояние балласта, изолирующих стыков, других элементов изоляции, заземлений, перемычек, исправность искровых промежутков и других элементов рельсовой цепи и подключаемых к ней внешних устройств. В цепях переменного тока с реле ДСШ-12 (ДСР-12) в зависимос- ти от длины и состояния балласта напряжения на путевой обмотке устанавливаются в пределах от 14,2 до 46,2 В. В регулировочных таб- лицах для этих рельсовых цепей указывают также фазовый угол меж- ду током путевого и напряжением местного элементов. На участках с электротягой постоянного тока в рельсовых цепях с дроссель-трансформаторами пределы изменения напряжения на пу- тевой обмотке значительно меньше, так как стабильность цепи с дрос- сель-трансформаторами значительно выше и изменение сопротивле- ния изоляции оказывает меньшее влияние на напряжение путевой об- мотки. В рельсовых цепях с дроссель-трансформаторами и путевыми реле ДСШ-12 напряжение в зависимости от длины и состояния балласта устанавливают от 14 до 21 В, а в рельсовых цепях с одним дроссель- трансформатором (на питающем конце) — от 14 до 25,7 В. 221
В однониточных рельсовых цепях с реле ДСШ-12 напряжение на путевой обмотке должно быть от 14 до 48 В. В станционных рельсовых цепях с двумя дроссель-трансформато- рами на участках с электротягой переменного тока напряжение на пу- тевой обмотке реле ДСШ-13 устанавливают в пределах от 15,3 до 19,4 В, в рельсовых цепях с одним дроссель-трансформатором — от 15,3 до 23,2 В, а в однониточных — от 15,0 до 25,2 В. Необходимо иметь в виду, что напряжение на релейном конце из- меняется пропорционально напряжению на питающем. Если, напри- мер, напряжение на реле требуется увеличить на 10 %, то для этого необходимо увеличить на 10% напряжение на питающем конце. Регулировочные таблицы не могут учесть все особенности каждой конкретной рельсовой цепи, и поэтому рекомендуемые в таблицах зна- чения напряжений являются в определенной степени ориентировоч- ными. Однако не следует переходить верхний предел напряжения, так как повышенное напряжение на путевом реле, обеспечивая надежную работу в нормальном режиме, ухудшает шунтовую чувствительность рельсовой цепи. При резких изменениях напряжения на путевом реле необходимо проверить исправность всех элементов рельсовой цепи и в первую очередь исправность стыковых соединителей. Рассмотренные выше регулировочные таблицы составлены с уче- том минимального нормативного значения сопротивления изоляции рельсовой линии 1 Ом-км. В реальных условиях эксплуатации на отдельных участках сопротивление изоляции ниже установленных норм. Существующие рельсовые цепи имеют эксплуатационные запа- сы, обеспечивающие работоспособность цепи при некотором сниже- нии сопротивления изоляции. В этом случае увеличением напряжения источника питания в большинстве случаев может быть достигнуто не- обходимое минимальное рабочее напряжение на путевом реле. Одна- ко при последующем увеличении сопротивления изоляции напряже- ние на путевом реле может оказаться выше нормы, определяемой регулировочными таблицами, что не допускается. Осуществляется переход к новым регулировочным таблицам, в которых определены номинальные (при г„=1 Ом-км) и предельные (ги< 1 Ом-км) значения напряжения источников питания, при кото- рых обеспечиваются все режимы работы рельсовой цепи. Это позво- ляет обслуживать рельсовые цепи при номинальном и пониженном сопротивлении изоляции (балласта). В качестве примера приведена регулировочная таблица (табл. 14.4) для перегонных кодовых рельсовых цепей переменного тока 50 Гц с дроссель-трансформаторами ДТ-0,6 на питающем и ДТ-0,2 на релейном концах. В этой таблице в зависимости от длины цепи при- ведено номинальное значение напряжения трансформатора С7Т, соот- ветствующее нормативному значению удельного сопротивления изо- ляции 1 Ом-км, а также предельное (допустимое значение) напря- жение трансформатора f/T пр, определенное из условий обеспечения 222
Таблица 14.4 Длина рельсовой цепи, м Ur ном Ut пр ик (7р 1000 70 123(0,17) 0,44—0,47 3,6—3,9 1500 103 166(0,25) 0,44—0,54 3,6—4,4 2000 140 208(0,36) 0,44—0,61 3,6—5,0 шунтового и контрольного режимов. В этой же графе в скобках ука- зано предельное сопротивление изоляции. Для релейного конца в табл. 14.4 указаны напряжение на рельсах Uк и напряжение на реле Up (переменные). В соответствии с табл. 14.4 устанавливают напряжение на питаю- щем трансформаторе, соответствующее нормативному сопротивле- нию изоляции для данной длины рельсовой цепи согласно графе U т „ом. При этом напряжение на путевом реле должно соответство- вать значению, указанному в графе Up. Если бы сопротивление изоляции рельсовой линии в процессе эксплуатации не снижалось ниже нормы, то отрегулированная ука- занным образом рельсовая цепь не нуждалась бы в повторной регу- лировке. На этом и заканчивают регулировку большинства рельсовых цепей, так как сопротивление изоляции в большинстве случаев соответствует норме. Однако в некоторых случаях сопротивление изоляции может быть ниже нормативного. Такие рельсовые цепи регулируют по предельно допустимому напряжению источника питания, устанавливая напря- жение питания согласно графе UT пр. В этом случае используют эксплуатационные запасы аппаратуры и схемы по основным режи- мам, главным образом по шунтовому. Напряжение источника пита- ния не должно превышать предельно допустимое значение, в против- ном случае при резком увеличении сопротивления изоляции возможно невыполнение шунтового режима (потеря шунта). Если же, в исключительных случаях, напряжение источника пита- ния будет временно установлено выше предельно допустимого, то не- обходимо постоянно наблюдать за изменением сопротивления изоля- ции и при резком его увеличении снижать напряжение источника питания. С увеличением длины цепи регулировочные запасы уменьшают- ся. Работоспособность рельсовой цепи длиной до 1000 м обеспе- чивается при снижении сопротивления изоляции до 0,16 Ом-км; 0,17 и 0,18 Ом-км соответственно при частоте сигнального тока 25, 50 и 75 Гц; рельсовой цепи длиной 2000 м при тех же частотах сигнального тока — при сопротивлении изоляции 0,32; 0,36 и 0,42 Ом-км (рис. 14.1). Предельная длина значительно зависит от приведенного коэффи- циента возврата Квн путевого приемника. При Квн = 0,75 (кодовая 223
Рис. 14.1. График зависимости предельной длины рельсовой цепи от минимального удельного сопротивления изоляции рельсовая цепь) и частоте сигнального тока 50 Гц работоспособность рельсовой цепи длиной 2000 м обеспечивается прй снижении сопро- тивления изоляции до 0,36 Ом-км, в то же время при /<вн =0,4 (фа- зочувствительная рельсовая цепь) и той же частоте сигнального тока работоспособность обеспечивается при снижении сопротивления изо- ляции до 0,6 Ом-км. В процессе регулировки рельсовой цепи не допускается уменьшать сопротивления ограничивающих резисторов ниже допустимых значе- ний, а также изменять коэффициенты трансформации изолирующих трансформаторов и дроссель-трансформаторов, оптимальное значе- ние которых определено с учетом обеспечения всех основных режимов работы цепи. 14.2. Обслуживание рельсовых цепей Техническое обслуживание рельсовых цепей производят в соответ- ствии с Инструкцией по техническому обслуживанию устройств сиг- нализации, централизации и блокировки (СЦБ). Конструкторским бюро Главного управления сигнализации и связи МПС в соответ- ствии с требованиями ПТЭ и инструкций МПС разработаны техноло- гические карты, регламентирующие технологический процесс обслу- живания устройств СЦБ, в том числе рельсовых цепей. В процессе обслуживания периодически проверяют наличие и исправность сты- ковых и тяговых соединителей, изолирующих элементов рельсовой цепи, шунтовую чувствительность, асимметрию тягового тока, состоя- ние всех элементов рельсовой цепи. К обычным рельсам соединители приваривают электродуговым, термитным или газопламенным способом. Соединители приваривают к боковой нерабочей грани головки рельса на расстоянии 40 мм от торца так, чтобы их верх был на 15 мм ниже поверхности катания 224
рельса. Необходимым условием надежной приварки соединителей яв- ляется обязательная зачистка в месте приварки рельсов и обжимного наконечника до металлического блеска. Один раз в две недели электромонтер проверяет стыковые, стре- лочные, междупутные и электротяговые соединители, перемычки от кабельных стоек, путевых ящиков и дроссель-трансформаторов. При осм