УДК 656.25(075.8)

ББК 0275я73

ãГОУ ВПО «Дальневосточный государственный

университет путей сообщения» (ДВГУПС), 2014

ВВЕДЕНИЕ

Главной задачей, стоящей перед компанией ОАО ”Российские железные дороги”, является повышение эффективности ее работы. Решение этой стратегической задачи возможно только при оснащении железных дорог современными и надежными техническими средствами. При этом особая роль принадлежит системам железнодорожной автоматики и телемеханики. Составляя всего 5% общей стоимости основных фондов, они обеспечивают безопасность движения поездов, определяют пропускные способности железнодорожных линий.

Таким образом, с целью скорейшего достижения поставленных перед отраслью задач, необходимо особое внимание уделить совершенствованию технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) и фундаментальной подготовке специалистов для обслуживания этих систем.

Основными разработчиками изделий, выпускаемых отечественными заводами для железнодорожного транспорта, являются ВНИАС, ГТСС, ВНИИЖТ и ряд других конструкторских организаций отрасли. В период 1994-1998 гг. к производству средств СЖАТ приступили конверсионные предприятия.

В настоящее время значительную часть аппаратуры СЖАТ выпускают электротехнические и электромеханические заводы: С.-Петербургский ЭТЗ; Лосиноостровский ЭТЗ; Камышловский ЭТЗ; Армавирский ЭМЗ; Гатчинский ЭТЗ; Елецкий ЭМЗ; Волгоградский ЛМЗ; С.-Петербургский завод ЭТО. Все перечисленные заводы объединены в открытое акционерное общество «Объединенные электротехнические заводы» (ОАО «ЭЛТЕЗА»).

Номенклатура изделий выпускаемых ОАО «ЭЛТЕЗА» превышает 5000 наименований. Основные изделия: стрелочные электроприводы, шлагбаумы и устройства заграждения переездов, светофоры линзовые и светодиодные, транспортабельные модули для размещения аппаратуры СЦБ, дроссель-трансформаторы, микропроцессорная аппаратура и электронная аппаратура, релейная аппаратура тональных рельсовых цепей, диспетчерские пульты.

В системах железнодорожной автоматики и телемеханики допускается применять приборы, прошедшие сертификацию и утвержденные нормативными документами ОАО ²РЖД². Применение приборов, не утвержденных нормативными документами, запрещено.

Целью методического пособия является ознакомление студентов с широко применяемыми в системах СЖАТ напольными приборами рельсовых цепей – дроссель-трансформаторами и методикой определения их электрических характеристик.

1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
ДРОССЕЛЬ-ТРАНСФОРМАТОРОВ

1.1. Тяговая сеть

Известно, что в основу устройств железнодорожной автоматики и телемеханики положено использование рельсовых цепей (РЦ) в качестве основных датчиков контроля состояния участков пути, в которых рельсы являются проводниками тока между аппаратурой питающего и релейного концов. Однако использование рельсов как обратного проводника в системе тягового электроснабжения для пропуска тягового тока от тяговой подстанции (ТП) к электроподвижному составу (ЭПС) требует осуществления целого комплекса технологических, организационных и технических мероприятий. Необходимо стремиться к полной электромагнитной совместимости устройств тягового электроснабжения, устройств автоматики, телемеханики и связи, к нормальному функционированию средств, обеспечивающих электробезопасность. Практика показывает, что дальнейшее улучшение совместной работы систем автоматики и телемеханики и тягового электроснабжения связано с повышением качества функционирования всех элементов: дроссель-трансформаторов, перемычек и соединителей, а также отсасывающих линий, заземляющих устройств, изолирующих стыков и т.п.

На железных дорогах ОАО «РЖД» обслуживание устройств тяговой сети и устройств автоматики и телемеханики осуществляется отдельными службами энергоснабжения (Э), автоматики и телемеханики (Ш), пути и путевого хозяйства (П), входящими в состав Центра управления содержанием инфраструктуры (ЦУСИ). Учитывая, что отдельные устройства инфраструктуры используются различными службами, лица обслуживающие эти устройства должны знать их функциональное назначение и обеспечивать нормативные параметры, установленные для нормального функционирования систем смежных служб.

Рассмотрим кратко функции, выполняемые тяговой сетью. Под тяговой сетью будем понимать систему тягового электроснабжения, состоящую из:

– фидеров, питающих секции контактной сети;

– тяговой рельсовой сети;

– отсасывающих линий.

Контактная сеть. Контактная сеть служит для непосредственного подведения электрической энергии к электроподвижному составу. Напряжение в контактную сеть от тяговых подстанций подается по фидерным (питающим) линиям Ф1, Ф2, Ф31, Ф32, Ф4, Ф5 число которых зависит от числа электрифицированных путей на перегоне, путевого развития станции, наличия депо (рис. 1). При расположении тяговой подстанции в середине станции каждая секция контактной сети перегона получает питание по своей питающей линии, а каждая секция станции – по одному и более фидерам. Номинальное напряжение в контактной сети на дорогах переменного тока составляет 25 кВ, а постоянного тока – 3 кВ. Для компенсации падения напряжения в проводах контактной сети на шинах тяговых подстанций устанавливается напряжение на 10% выше номинального и составляет 27,5 кВ. Учитывая, что в реальных условиях при изменении нагрузок в тяговой сети происходят значительные колебания напряжения Правилами технической эксплуатации железных дорог РФ установлен уровень напряжения на токоприемнике электровозов не менее 21 кВ при переменном токе и 2,7 кВ при постоянном токе. Поэтому, электрическое сопротивление контактной сети, а также сопротивление рельсовой сети, питающих и отсасывающих линий должны быть выбраны такими, чтобы выполнялись эти нормативные значения.

Секционирование контактной сети – это разделение сети на отдельные секции, которые электрически не связаны друг с другом, но могут быть соединены секционными разъединителями А, Б, В, Г. Секционирование повышает надежность работы контактной сети, делает удобным её обслуживание при эксплуатации. Любую секцию контактной сети, возможно отключить для производства ремонтных работ без прекращения движения поездов на остальных секциях.

Рис. 1. Схема питания и секционирования контактной сети на двухпутном участке

железной дороги, электрифицированном на переменном токе:

А, Б, В, Г – секционные разъединители; П – поперечный секционный
разъединитель; Ф1, Ф2, Ф31, Ф32, Ф4, Ф5 - фидерные линии

Обратная тяговая рельсовая сеть (ОТС). Рельсовая сеть является вторым (обратным) проводом тяговой сети. Под обратной тяговой рельсовой сетью будем понимать часть тяговой сети железной дороги, представляющую систему рельсов железнодорожного пути, дроссель-трансформаторов, дроссельных и междупутных перемычек, стыковых соединителей используемых для протекания тяговых токов.

Обратная тяговая рельсовая сеть должна обеспечивать термическую стойкость при пропуске тягового тока и быть электрически непрерывной. Запрещается включение в нее разъединителей, выключателей или других коммутационных аппаратов.

Тяговые подстанции переменного тока напряжением 27,5 кВ получают питание от линии внешнего электроснабжения (ВЛ) напряжением 110 или 220 кВ (рис. 2). Обмотки высокого напряжения трехобмоточного трансформатора тяговой подстанции (Т) подключают к внешней сети 110 кВ; фазовые обмотки (тяговые) пониженного напряжения Ф_а, Ф_в служат для питания секций контактной сети напряжением 27, 5 кВ; другие для питания нетяговых районных потребителей (районные) и высоковольтных линий электроснабжения устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, выполняются на напряжение 6; 10 или 35 кВ. Для резервирования питания на тяговых подстанциях устанавливают два тяговых трансформатора.

На отечественных железных дорогах тяговые подстанции питают тяговые сети на переменном токе (27,5 кВ или 2х25 кВ) или на постоянном токе (3,3 кВ).

На участках железных дорог с электрической тягой переменного тока тяговый ток I_т, прошедший через систему питания тяговых электродвигателей электроподвижного состава, имеет три пути для возврата на контур заземления тяговой подстанции к которому подключена фаза Ф_с тягового трансформатора Т:

– по рельсам тяговой сети (I_отс – ток рельсовой сети) через дроссель-

трансформатор ДТ и отсасывающую линию ОЛ;

– через землю (I_з);

– через подъездной тупик тяговой подстанции (I_тп).

Рис. 2. Т – тяговый трансформатор; ПТ - подъездной тупик; КЗ – контурный

заземлитель тяговой подстанции; КС – секции контактной сети 25 кВ; РС – рельсовая сеть; ЗР - заземляющий рельс; НВ - нейтральная вставка; ОЛ – отсасывающая линия; ДТ – дроссель-трансформаторы; ТД – тяговый двигатель; ПТ – подъездной тупик тяговой подстанции

При электрической тяге тяговый ток, протекающий по рельсовым нитям обратной тяговой сети, оказывает влияние на работу рельсовых цепей, а через них на устройства автоматики и телемеханики. Для уменьшения этого влияния применяются специальные технические решения с использованием дроссель-трансформаторов и сигнальных частот повышенной частоты для работы рельсовых цепей.

Дроссель-трансформаторы предназначены для:

– пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков при устройстве

рельсовых цепей на железных дорогах с электрической тягой;

– пропуска сигнального тока от источника питания до путевого приемника в пределах контролируемого участка пути;

– согласования низкого входного сопротивления рельсовой линии, с высоким сопротивлением аппаратуры питающего и релейного концов;

– подключения отсасывающей линии тяговых сети, а также для заземления на тяговые рельсы путевых устройств автоматики и телемеханики, шкафов, мостов, путепроводов и т.п.

1.2. Рельсовые цепи

Рельсовые цепи являются основным элементом устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: автоблокировки, электрической централизации, диспетчерского контроля за движения поездов, автоматической локомотивной сигнализации, автоматической переездной сигнализации и ряда других систем. В этих системах рельсовые цепи выполняют ответственные функции. Они автоматически контролируют состояние путевых участков на перегонах и станциях (участок занят или свободен) и целостность рельсовых нитей. Рельсовые цепи исключают возможность приема поездов на занятый путь, не позволяют перевести стрелку под составом и выполняют ряд других функций направленных на повышение безопасности движения поездов.

Рельсовая цепь представляет собой электрическую цепь (рис. 3) в которой имеются источник питания – питающий трансформатор ПТ и путевой приемник П, а проводниками электрического тока – сигнального (I_с) служат рельсовые звенья 3. Для стабилизации сопротивления рельсовых нитей, состоящих из отдельных звеньев скрепленных накладками, в токопроводящих стыках устанавливают стыковые соединители 2. На границах участков пути, контролируемых рельсовой цепью, устанавливаются изолирующие стыки 1. Сопротивление R₀ ограничивает ток источника питания при нахождении поезда на участке пути.

Основное назначение рельсовой цепи выдать надежную информацию в устройства железнодорожной автоматики: о свободном состоянии контролируемого участка пути при отсутствии на нем подвижной единицы; о занятом состоянии участка пути при нахождении на нем подвижной единицы или лопнувшем рельсе. Эту информацию рельсовая цепь выдает контактами путевого приемника П.
Принцип работы рельсовой цепи заключается в том, что если на контролируемом участке пути отсутствует подвижная единица то сигнальный ток от питающего трансформатора (ПТ) через ограничивающее сопротивление (R₀₎, соединительные провода, рельсовые нити, изолирующий трансформатор (ИТ) попадает на обмотку путевого реле (П). При свободно рельсовой линия от подвижного состава и отсутствии повреждений рельсовых нитей по обмотке путевого реле П будет протекать ток достаточный для притяжения якоря (замыкается фронтовой контакт). Если на рельсовой линии находится подвижная единица или будет повреждена рельсовая нить, то реле отпустит свой якорь.

Рис. 3. Электрическая схема рельсовой цепи

Свойство реле находиться под током при свободном состоянии рельсовой линии и быть обесточенным при занятом состоянии или поврежденной рельсовой нити используется в системах железнодорожной автоматики и телемеханики.

В качестве путевого приемника в рельсовых цепях могут использоваться реле, электронные и микропроцессорные приемники. В большинстве типовых РЦ путевыми приемниками являются электромагнитные реле.

Важнейшим элементом рельсовых цепей являются изолирующие стыки, препятствующие проникновению сигнального тока в смежные цепи или к участкам пути, не оборудованным рельсовыми цепями. Изолирующие стыки применяются также для ограничения растекания тягового тока с электрифицированных участков пути на пути, не оборудованные электрической тягой, где попадание тягового тока является опасным (пути погрузки и выгрузки взрывоопасных и пожароопасных грузов).

На железных дорогах ОАО «РЖД» в системах железнодорожной автоматики, как на станциях, так и на перегонах, на участках с электротягой переменного тока применяются рельсовые цепи с частотой сигнального тока 25 Гц, а при электротяге постоянного тока с частотой 50 Гц. При новом строительстве применяются рельсовые цепи с частотами 420…780 Гц.

Таким образом, как было отмечено в первых разделах данного пособия, рельсовые нити используются для пропуска сигнального тока в рельсовых цепях и тягового тока в системе энергоснабжения подвижного состава. При этом необходимо учитывать, что пути прохождения обратного тягового тока, по рельсовым нитям, от подвижного состава до заземляющего контура тяговой подстанции не должны прерываться, а сигнальный ток рельсовых цепей должен замыкаться в пределах контролируемого участка пути, ограниченного изолирующими стыками.

1.3. Канализация тягового тока на участках железных дорог
с рельсовыми цепями

Для обеспечения непрерывного протекания постоянного или переменного тягового тока на участках железных дорог, оборудованных рельсовыми цепями, применяются двухниточные и однониточные рельсовые цепи, которые осуществляют пропуск тягового тока соответственно по двум или одной рельсовой нити пути. Способ пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков приведен на рис. 4, где аппаратура питающего и релейного конца рельсовой цепи показана в упрощенном виде (без аппаратуры защиты). Более подробно описание электрических схем и назначение аппаратных средства рельсовых цепей изложены в учебном пособии «Электрические рельсовые цепи» [1]. В данном разделе методических указаний основное внимание уделим изучению процессов протекания обратного тягового тока по рельсовым нитям и в местах установки изолирующих стыков.

Рис. 4. Схема пропуска тягового тока в двухниточных рельсовых цепях

Непрерывное протекание обратного тягового тока по рельсовым нитям обеспечивается с помощью дроссель-трансформаторов (ДТ), устанавливаемых с двух сторон от изолирующих стыков. Одновременно они служат трансформаторами для подачи в рельсовую цепь переменного сигнального тока на её питающем конце (ИП) и приема тока с рельсов на релейном (П) и согласования низкоомного входного сопротивления рельсовой цепи с аппаратурой питающего и релейного концов.

Путевой ДТ имеет две обмотки: основную обмотку с большой площадью сечения проводов, подключаемую к рельсовым нитям, и дополнительную с большим количеством проводов малого сечения – для подключения источников питания ИП или путевых приемников П. Средние точки основных обмоток смежных ДТ соединяются междроссельными перемычками. Конструктивно ДТ изготавливают одиночными и сдвоенными (два ДТ помещены в один корпус). Схема соединения основных обмоток в сдвоенном дроссель-трансформаторе приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема соединения сдвоенных
дроссель-трансформаторов

Рассмотрим процесс протекания обратного тягового тока на участке железной дороги с двухниточными рельсовыми цепями согласно рис. 4. Общий тяговый ток I_Т от тяговой подстанции ТП через контактный провод КП и токосъемник ТП поступает на тяговый двигатель ТД электровоза, а далее через колесные пары – в рельсовые нити. Полутоки I_Т/2 протекают в обход изолирующих стыков через основные полуобмотки ДТ(1), ДТ(2) и междроссельную перемычку.

Тяговые полутоки I_Т/2 в каждой рельсовой нити протекают в одном направлении. У следующего ДТ(3) они, проходя через обе половины основной обмотки, стекаются к средней точке, и по междроссельной перемычке суммарный ток I_Т попадает к средней точке ДТ(4). Далее ток I_Т разветвляется по обеим половинам основной обмотки ДТ(4) и снова в виде полутоков I_Т/2 протекает по рельсовым нитям до следующих изолирующих стыков в соседние РЦ к следующим электропоездам. Подобным образом все остальные ДТ, установленные у изолирующих стыков на станциях и перегонах, пропускают обратный тяговый ток в обход изолирующих стыков и создают непрерывную электрическую цепь для тягового тока на всем протяжении участка между тяговыми подстанциями. При электротяге переменного тока расстояние между тяговыми подстанциями может достигать 60 км.

Если тяговые полутоки, протекающие по полуобмоткам ДТ, равны между собой и имеют противоположные направления, то они создают в сердечнике магнитные потоки () противоположных направлений, при этом общий поток будут равен нулю. Следовательно, э.д.с. (), наводимая в дополнительной обмотке дроссель-трансформатора, служащей для подключения аппаратуры питающих и релейных концов, трансформироваться не будет, и тяговый ток в этом случае не оказывает влияние на эту аппаратуру.

При строгом соблюдении норм технического содержания напольного оборудования РЦ (прежде всего исправность стыковых соединителей, заземлений контактных опор) тяговые полутоки обеих рельсовых нитей практически равны между собой. Нарушение этих норм приводит к асимметрии тяговых полутоков, что создает подмагничивание сердечников ДТ (при электротяге постоянного тока) или наведение э.д.с. в дополнительных обмотках (при электротяге переменного тока), что оказывает существенное влияние на работу аппаратуры питающего и релейного концов РЦ и АЛСН. Согласно нормативным документам асимметрия тягового тока (разность тяговых токов в рельсовых нитях) не должна превышать 15 А (4% от общего тягового тока) при использовании дроссель-трансформаторов
ДТ-1-150 [6].

Асимметрия тягового тока возникает вследствие неодинакового продольного электрического сопротивления рельсовых нитей или неравенства переходных сопротивлений рельсовых нитей относительно земли. Неравенство электрических сопротивлений рельсовых нитей вызывается повреждениями, чаще всего обрывом стыковых соединителей. Сопротивление изоляции рельсовых нитей относительно земли зависит от метеорологических условий, конструкции верхнего строения пути, его засоренности. На сопротивление изоляции одной из рельсовых нитей также оказывает существенное влияние присоединение к ней заземлений опор контактной сети и нарушение изоляции с трубопроводами сети пневмообдувки стрелок. Наибольшего значения разница сопротивлений изоляции рельсовых нитей относительно земли достигает зимой. При этом, вследствие высокого сопротивления промерзшего грунта, проводимость между одним рельсом и землей, а также между двумя рельсами практически равна нулю, а проводимость изоляции другого рельса относительно земли определяется проводимостью опор контактной сети и может быть значительной.

Сигнальный ток I_C от источника питания ИП протекают только в пределах изолированных участков пути ограниченных изолирующими стыками. Так ток I_C источника питания ИП протекает по дополнительной обмотке ДТ2 и трансформируется в основную обмотку. Далее сигнальный ток протекает по рельсовым нитям в сторону релейного конца и через основную обмотку ДТ3 трансформируется в его вторичную обмотку, проходит через фильтр Ф и путевое реле П. Реле становится под ток, замыкает фронтовой контакт и выдает информацию о свободном состоянии контролируемого участка пути. При вступлении подвижной единицы на контролируемый участок пути или повреждении рельсовых нитей путевое реле отпустит свой якорь и тыловыми контактами выдаст информацию о его занятости. Фильтр Ф пропускает только ток сигнальной частоты, тем самым защищает путевое реле от влияния тяговых токов асимметрии.

Поиск по сайту: