Устройство рельсовой цепи
Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и предназначено для использования в устройствах интервального регулирования движения поездов на станциях при электрической тяге переменного тока. Устройство содержит две рельсовые нити, ограниченные изолирующими стыками, дроссель-трансформаторы питающего и релейного концов, выполненные без воздушного зазора с основной и дополнительной обмотками, а также дроссельные перемычки. К дополнительным обмоткам дроссель-трансформаторов подключена аппаратура питающего и релейного концов рельсовой цепи. Отличие устройства от известных заключается в том, что концы основной обмотки одного из дроссель-трансформаторов через выравнивающие резисторы с равными сопротивлениями и дроссельные перемычки подключены к соответствующим рельсовым нитям. При этом сопротивления выравнивающих резисторов выбраны по величине большими сопротивлений рельсовой нити и основной обмотки дроссель-трансформатора не менее чем в пять раз. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность рельсовой цепи. 1 ил.
Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано в устройствах интервального регулирования движением поездов на станциях при электрической тяге переменного тока.
Известно: "Устройство рельсовой цепи", "Рельсовые цепи магистральных железных дорог"// справочник под редакцией B.C.Аркатова, стр.257, рис.6-15а. М.: Транспорт, 1982 г.
Известно также: "Устройство рельсовой цепи", "Рельсовые цепи магистральных железных дорог"// справочник под редакцией B.C.Аркатова, стр.307, рис.7.7. М.: Транспорт, 1982 г.
Наиболее близко по технической сущности к заявленному объекту относится "Устройство рельсовой цепи", представленное на рис.6.15а, стр.257, справочник "Рельсовые цепи магистральных железных дорог", содержащее две рельсовые нити, ограниченные изолирующими стыками, дроссель-трансформаторы питающего и релейного концов с основной и дополнительной обмотками, к которым через дополнительную обмотку подключена аппаратура питающего и релейного концов рельсовой цепи, а основная обмотка через дроссельные перемычки соединена с рельсовыми нитями.
Недостаток прототипа связан с тем, что дроссель-трансформаторы, используемые при электротяге переменного тока, не имеют воздушного зазора. Это обстоятельство приводит к снижению надежности работы коротких рельсовых цепей на станциях ввиду их значительной асимметрии по постоянному току.
Известно, что при коммутации цепей переменного тока, содержащих накопители энергии в виде индуктивности или емкости, возникает переходной процесс. См. "Основы теории цепей" Г.В.Зевеке и др. Л.: Энергия, 1965 г., стр.293. Учитывая, что в рельсовых цепях происходит коммутация тягового тока (например, при включении и выключении тяговых двигателей или при обледенении контактного провода), то через дроссель-трансформаторы и по рельсовым нитям протекает тяговый ток iT:
состоящий из принужденного тока iпр и свободного тока iсв. Принужденный и свободный токи для цепи, содержащей индуктивность и сопротивление, определяются следующими уравнениями:
где: Um - амплитудное значение переменного тока с частотой ω.
Z - электрические параметры цепи.
А - начальная амплитуда постоянной составляющей свободного тока.
τ - постоянная времени электрической цепи.
Как видно из выражения (2), в цепи переменного тягового тока в течение некоторого времени определяемого τ будет присутствовать постоянная составляющая. Эта постоянная составляющая будет проходить через основную обмотку дроссель-трансформатора и при наличии асимметрии в рельсовой линии подмагничивать магнитную систему дроссель-трансформатора. В результате подмагничивания дроссель-трансформатор теряет свойства трансформатора и в дополнительную обмотку перестает трансформироваться сигнальный ток. Из-за потерь свойств трансформатора снижается ток в аппаратуре приемного конца рельсовой цепи и происходит отказ рельсовой цепи, приводящий к ее ложной занятости.
Следует также отметить, что отказы такого вида наблюдаются в коротких рельсовых цепях длиною около 100-200 метров. Это объясняется тем, что сопротивление рельсовой нити по постоянному току длиной 100 метров составляет от 10 до 20 млОм и оно становится соизмеримым с разбросом сопротивлений по постоянному току дроссельных перемычек и рельсовых соединителей. Это в свою очередь приводит к значительной асимметрии рельсовой линии до 30-40%, что вызывает существенное подмагничивание дроссель-трансформаторов.
Недостаток аналога "Устройство рельсовой цепи", стр.307, рис.7.7, заключается в том, что при использовании дроссель-трансформатора с воздушным зазором не решается проблема снижения асимметрии рельсовой линии. В этом случае изменяется порог асимметрии, при которой происходит отказ рельсовой цепи, однако с увеличением уровня тягового тока (например, при тяжеловесных поездах) в таких рельсовых цепях будут происходить отказы в связи с увеличением уровня постоянной составляющей, зависящей от величины коммутируемого тягового тока.
Технический результат достигается за счет повышения надежности и состоит в том, что первый конец основной обмотки одного из дроссель-трансформаторов через первый выравнивающий резистор подключен к первой рельсовой нити, а второй конец основной обмотки этого же дроссель-трансформатора через дроссельную перемычку и выравнивающий резистор, равный по величине сопротивления первому выравнивающему резистору, подключен ко второй рельсовой нити, причем каждый из выравнивающих резисторов по величине сопротивления больше сопротивления рельсовой нити и основной обмотки дроссель-трансформатора не менее чем в пять раз.
Устройство (см. чертеж) содержит аппаратуру питающего конца 1, которая подключена к дополнительной обмотке 2 дроссель-трансформатора 3, основная обмотка 4 которого одним концом подключена к первому выравнивающему резистору 5, а другим концом подключена ко второму выравнивающему резистору 6, другими концами выравнивающие резисторы подключены через дроссельные перемычки 7, 8 к рельсовым нитям 9, 10, ограниченным изолирующими стыками 11, 12. На другом конце рельсовой линии к дроссель-трансформатору 13 подключена аппаратура релейного конца 14.
Работа рельсовой цепи протекает следующим образом. Тяговый ток втекающий из смежной рельсовой цепи через среднюю точку основной обмотки 4 дроссель-трансформатора 3 разделяется на две составляющие iT1 и iT2. Так как величины выравнивающих резисторов 5 и 6 равны между собой и значительно превышают сопротивления рельсовых нитей 9, 10 и основных обмоток дроссель-трансформаторов 3 и 13, то токи, равные по величине iT1=iT2, создают одинаковые магнитные потоки в половинках основных обмоток дроссель-трансформаторов 3, 13. Токи iT1 и iT2 имеют разное направление в половинках основных обмоток дроссель-трансформаторов, поэтому магнитные потоки, образованные этими токами, также имеют противоположные направления и взаимно компенсируются. В результате этого подмагничивание отсутствует и дроссель-трансформаторы работают в штатном режиме.
Представленное устройство рельсовой цепи имеет важное практическое значение для повышения надежности работы рельсовых цепей на станциях в условиях обледенения контактного провода. Это объясняется тем, что при гололеде на контактном проводе нарушаются условия токосъема пантографом электровоза. При движении электровоза в таких условиях наблюдается коммутационный режим токосъема из-за частичного оплавления льда на контактном проводе в результате возникновения электрической дуги. При этом в составе переменного тягового тока образуется постоянная составляющая, которая при наличии асимметрии в рельсовой цепи подмагничивает дроссель-трансформаторы.
Подмагничивание дроссель-трансформаторов приводит к отказу рельсовых цепей. Эта асимметрия наблюдается в основном в коротких рельсовых цепях. Учитывая, что измерить эту асимметрию по постоянному току достаточно сложно, и она никак не коррелируется с асимметрией по переменному току, то наиболее эффективным способом ее устранения является выключение выравнивающих резисторов, позволяющих ее довести практически до нормы в 2-3%.
Устройство рельсовой цепи, содержащее две рельсовые нити, ограниченные изолирующими стыками, дроссель-трансформаторы питающего и релейного концов, выполненные без воздушного зазора с основной и дополнительной обмотками, а также дроссельные перемычки, при этом к дополнительным обмоткам дроссель-трансформаторов подключена аппаратура питающего и релейного концов рельсовой цепи, отличающееся тем, что концы основной обмотки одного из дроссель-трансформаторов через выравнивающие резисторы с равными сопротивлениями и дроссельные перемычки подключены к соответствующим рельсовым нитям, причем сопротивления выравнивающих резисторов выбраны по величине большими сопротивлений рельсовой нити и основной обмотки дроссель трансформатора не менее чем в пять раз.
