В основу побудови майже всіх систем залізничної автоматики і телемеханіки (стислі) покладені рейкові кола (РЦ). РЦ називається пристрій, що використовує рейкові нитки як провідники електричного струму. Електричний струм, що протікає по рейковим ниткам, позначають «сигнальним» струмом (Ic).
У стислі рейкові кола:
- контролюють стан (вільність, зайнятість) ділянок шляху;
- визначають цілісність рейок;
- служать в якості каналу для передачі сигналів.
У стислі використовують велику кількість різних видів РЦ.
РЦ класифікуються залежно від:
- області застосування:
станційні, перегінні, горні і т.д .:
- роду сигнального струму:
постійного струму, змінного струму низьких частот (25, 50, 75, 100 Гц);
змінного струму тональних частот (100 ... 5,5 КГц);
- способу каналізації тягового струму:
однониткові, двониткові з дросель - трансформаторами;
- типу приймачів:
одноелементні, двоелементний;
- конструкції:
розгалужені або нерозгалужені,
безстикові або з ізолюючими стиками,
нормально - замкнуті або нормально - розімкнуті.
Найбільшого поширення в системах ЖАТ отримали двониткові нормально - замкнуті РЦ.
РЦ включає в себе три функціональних вузла:
- рейкову лінію (дві рейкових нитки);
- приймальний (релейний) кінець.
Розглянемо далі призначення і роль окремих приладів і елементів основних функціональних вузлів РЦ.
Ізолюючі стики (ІС).
Ізолюючі стики встановлюють на кордонах окремих ділянок шляху для поділу сигнальних струмів в суміжних РЦ.
ІС працюють у важких умовах, під впливом великих динамічних навантажень від потягів на рейки. На них також впливають кліматичні чинники: волога і коливання температури. Зміна довжини рейкових ланок під впливом температури веде до механічного руйнування стиків. Все це означає, що ізолюючий матеріал такого стику повинен мати велику механічну міцність.
Застосування отримали два типи ІС:
- розбірний ІС з фібрової ізоляцією (поставляється комплект деталей, в тому числі торцеві прокладки, прокладки під накладки, а також ізолюючі втулки, що одягаються на болти); (Рис1)
- нерозбірний клееболтовой ІС. (Рис2)
Порядок розміщення ІС в РЦ регламентується методичними вказівками інституту «Гіпротранссігналсвязь».
Стикові з'єднувачі (СС) встановлюють для стабілізації і зменшення опору рейкової лінії.
СС в залежності від способу кріплення до рейки, підрозділяють на штепсельні й приварні, а від матеріалу для їх виготовлення - на сталеві і мідні. Область застосування СС:
Тепловоз тяга: сталевий штепсельний (2 дроту діаметром 5 мм);
сталевий приварний (трос діаметром 7 мм).
Як відомо, СС є одним з ненадійних елементів РЦ, тому що часто спостерігається обрив СС.
Як можна підвищити надійність цього елемента?
З практики відомі такі способи:
1. Дублювання СС.
2. Удосконалення конструкції СС (наприклад, фартучний з'єднувач).
3. Застосування безстикової колії.
4. Удосконалення конструкції рейкового стику (наприклад, графітова мастило і тарілчасті пружини).
При дублюванні застосовують також мідний штепсельний з'єднувач. Кріплення приварних СС (основних) проводиться до голівки рейок.
За умовами забезпечення цілісності рейки (безпеки руху поїздів) та технології свердління отвору, допускається кріплення штепсельного СС тільки до шийки рейки.
Оброблення з'єднувального кабелю, що зв'язує апаратуру РЦ (поста ЕЦ або релейної шафи) і рейкову лінію, проводиться в кабельних стійках (КС), колійних ящиках (ПМ) або дросель - трансформаторах (ДТ) в залежності від виду тяги і області застосування (перегони, станція ), що розміщуються безпосередньо у рейкової лінії. На структурній схемі РЦ зазначені пристрої позначені як «пристрою узгодження».
Безпосереднє підключення сигнального струму до рейок здійснюють тросові або дросельні з'єднувачі (перемички).
На ділянках з тягою тепловоза застосовують сталеві тросові перемички (від КС і ПЯ).
Всі види перемичок кріпляться до рейок болтовим штепсельних з'єднанням від ДТ і штепсельних з'єднанням від КС і ПЯ.
Апаратура живить і релейного кінців РЦ розташовується в релейних шафах (РШ) або на постах ЕЦ.
З релейних шаф і постів ЕЦ з'єднувальний кабель забезпечує зв'язок з підлоговими пристроями РЦ.
Режими роботи РЦ
Рц має наступні режими роботи:
- нормальний режим: рейкова лінія справна і вільна від рухомого складу;
- шунтовой режим: рейкова лінія справна і зайнята рухомим складом;
- контрольний режим: рейкова лінія має злам рейки (або обрив стикових або стрілочних з'єднувачів);
- режим короткого замикання: шунтування яке живить кінця РЦ для перевірки працездатності джерела живлення по допустимої потужності;
- режим роботи АЛС: РЦ зайнята рухомим складом, прилади АЛС сприймають імпульси сигнального струму певного рівня.
Реакція РЦ на зазначені режими роботи проявляється в зміні рівня і фази сигнального струму, що надходить в П (фазочувствительного приймач / реле) внаслідок чого він може перебувати або у включеному або у вимкненому стані. У нормальному режимі П видає дискретну інформацію «вільно» (фронтовий контакт реле П замкнутий), а в шунтового і контрольному режимах - «зайнято» (фронтовий контакт реле П розімкнути).
Первинні параметри РЦ:
Умови передачі сигнального струму по рейкової лінії - як будь-якої електричного кола з розподіленими параметрами - залежать від первинних параметрів РЦ:
- питомого опору рейок Z Ом / км;
- питомого опору ізоляції (баласту) Rб Ом * км.
РЦ повинна надійно функціонувати в усіх режимах безперервно і цілий рік при найнесприятливіших умовах, тобто при:
- зміні в широкому діапазоні опору баласту під впливом кліматичних умов (дощ, сухо, мороз) або його забрудненістю солями, пил;
- зміні опору рейкової лінії через поганий стан стикових з'єднувачів;
- коливання напруги ІП, яке відповідно до ГОСТ становить від + 5% до -10 номінального і т.д.
При технічному обслуговуванні станційних рейкових кіл проводиться перевірка їх роботи в нормальному і шунтового режимах, а також в режимах АЛС, а виконання контрольного режиму і режиму короткого замикання перевіряється розрахунковим і досвідченим шляхом при розробці РЦ. На перегонах в шунтового режимі РЦ не перевіряє.
Нормальним режимом називається такий стан справною і вільної від рухомого складу РЦ, при якому колійне реле включено (або працює в імпульсному режимі).
У нормальному режимі колійне реле повинне надійно працювати при найнесприятливіших умовах.
При цьому рівень (величина) сигналу на вході приймача (реле) відповідає його мінімальним робочим значенням.
Чим менше напруга джерела живлення, тим меншу напругу подається на реле. Високий опір рейкової лінії призводить до великого падіння напруги на ній. Значні струми витоку через маленького питомого опору баласту ще більш погіршують умови режиму.
Для успішної (безвідмовної і безпечної) експлуатації РЦ знання несприятливих умов РЦ недостатньо. Необхідно мати на увазі також те, як (в яких межах) змінюються розглянуті параметри. Може статися, що при найкращих умовах рівень (величина) фактичного сигналу на вході приймача (реле) буде перевищувати гранично допустимі значення.
Необхідно, щоб Кпер = Uдоп / Uфак> або = 1, де
До пер - коефіцієнт перевантаження,
Uдоп - допустима напруга на вході приймача,
Uфак - фактичне напруга на вході приймача.
У технічних умовах на РЦ вказані граничні значення первинних параметрів РЦ:
- мінімальне питомий опір баласту - 1,0 Ом * км.
- максимальне питомий опір баласту - 50 Ом * км.
Питомий опір рейкової лінії змінюється незначно:
- для постійного струму в межах 0,1 ... 0,2 Ом / км;
- для змінного струму приймається постійним і становить для сигнальних частот:
Отже, для однієї з сигнальних частот основним змінним параметром є опір баласту (нагадаємо, що коливання напруги джерела живлення також невелика: + 5%, -10%).
Залежність напруги (струму) на дорожньому приймачі від зміни опору баласту в нормальному режимі називають регулювальної характеристикою.
У нормаль РЦ і довідниках ця залежність дана у вигляді регулювальних таблиць. В останніх наводяться значення напруги на колійному реле при мінімальному (мокрому баласті) і максимальному (промерзлому баласті) питомих значеннях опору баласту для різних довжин РЦ, тобто зазначений діапазон можливих значень напруги на колійному реле.
При зниженні напруги на колійному реле нижче робочих значень воно вимикається (або припиняє імпульсну роботу). Має місце помилкова зайнятість РЦ.
При збільшенні напруги на колійному реле вище робочих значень, може бути не забезпечена шунтовой режим, тобто колійне реле може бути включено (працювати в імпульсному режимі). Має місце небезпечна ситуація - помилкова вільність РЦ.
Якщо напруга на П в нормальному режимі знизилося і стало істотно менше допустимого по регулювальним таблиць при повністю справних ІП та П необхідно, в першу чергу, перевірити стан тих елементів РЦ, електрична провідність яких може виявитися нестабільної (з огляду на ушкоджень), і якщо це не дає бажаного результату, то слід виконати підрізування баласту, тобто поліпшити стан жд. шляху.