CC BY
20
УДК 62.53
САЦЮК А.В., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) ВОЕВОДА Е.Г., лаборант (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Устройство автоматического регулирования напряжения питания путевого приемника
Satsuk A.V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (DRTI) Voevoda E.G., Laboratory Assistant (DRTI)
Device for automatically regulating the supply voltage of the track receiver
Введение
Согласно правилам технической эксплуатации [9], для организации контроля свободности и занятости рельсовой цепи (РЦ) к путевому реле предъявляются особые требования. К ним относятся гарантированное срабатывание путевого приемника при отсутствии поезда и обесточивание реле при наличии поезда на участке. Однако одной из проблем надежной работы рельсовых цепей является изменение распределённых параметров линии в зависимости от погодных условий и состояния балласта, что, в свою очередь, приводит к утечке сигнального тока. Это может привести к простою поездов по причине ложной занятости РЦ или спровоцировать аварийную ситуацию при ложной свободности путей. Для решения данной проблемы необходимо провести детальный анализ изменения электрических параметров рельсовой линии.
Анализ последних исследований и публикаций
Большая часть отечественных ученых и инженеров работали над усовершенствованием путевого
приёмника [3, 4, 5, 6]. При этом
основная их задача была повысить быстродействие, надёжность,
безотказность узла, а также перевод схем на современную элементную базу. Однако вопросам влияния погодных условий на работу схемы путевого приемника, а тем более автоматической регулировки параметров рельсовых цепей уделено недостаточно работ.
Вопросы влияния погодных условий на параметры рельсовых цепей были рассмотрены в работах [1, 2]. Авторы детально исследовали влияния различных факторов на рельсовую линию, но не было предложено инженерного решения исследуемых проблем.
Кроме того, был рассмотрен опыт зарубежных ученых и инженеров в данном вопросе. В этом случае стоит заметить, что принципы и структура отечественных и зарубежных систем контроля нахождения поезда очень разняться. Поэтому опыт зарубежных коллег для решения данной задачи, анализа проблемы не был перенят и детально разобран.
Цель работы
Провести анализ влияния факторов погодных условий и состояния балласта на работу рельсовых цепей, а также разработать структуру
технических средств устройства автоматического регулирования
напряжения питания путевого приемника.
Основная часть
В работе рассмотрена
электрическая схема замещения рельсовой линии (рисунок 1), основными элементами которой являются распределённые параметры: сопротивление рельсовой линии Я, сопротивление шпал Яш, индуктивность рельсовой линии Ь, емкость между рельсовыми нитями С и проводимость изоляции О.
Величина индуктивности Ь
зависит от длины рельсовой нити и измеряется в Гн/км. В условиях загрязненного балласта, а также при различных погодных факторах индуктивность не оказывает
существенного влияния на работу РЦ. Поэтому при анализе работы РЦ данный параметр не рассматривается.
Емкость между двумя рельсами С обусловлена расстоянием между рельсами и измеряется в Ф/км. Поскольку расстояние между обкладками конденсатора (рельсами) и ее площадь сечения не изменяются, то километрическую емкость можно считать постоянной величиной и при любых факторах она не будет оказывать влияния на работу РЦ.
С
Питающий конец
О
Яш ¡У С
О 1у О 1у
У я Ь М 1 У Я Ь
О
Рис. 2. Схема замещения рельсовой линии
Сопротивление рельсовой линии Я измеряется в Ом/км. Этот параметр зависит от удельного сопротивления материала р, длины I и поперечного сечения рельса £ (1):
я
Б
(1)
где р - удельное сопротивление рельса, Ом • м;
I - длина рельса, м;
Б
поперечное сечение
проводника, мм .
Поскольку длина и поперечное сечение имеют фиксированную величину (рисунок 2), а удельное сопротивление [9] может изменяться под влиянием температуры (2):
Р = Ро •(1 + «• *),
(2)
где р - удельное сопротивление рельса при температуре 0 °С, Ом • м;
У
а - температурный коэффициент сопротивления, 1/К;
I - температура, К, то сопротивление рельсовой линии может влиять на выходное напряжение цепи.
Рис. 2. Фрагмент рельсовой нити
Сопротивление шпал Яш измеряется в Ом/км. Данный параметр влияет на величину утечки тока между рельсами. Его значение зависит от типа шпал (деревянные или
железобетонные), целостности
изоляции, влажности, наличия загрязнения, температуры и т.д.
Проводимость изоляции О измеряется в См/км. Этот параметр влияет на утечку тока в землю. Величина проводимости зависит от состояния балласта. Так, анализ работы станции Кальмиус города Макеевки, где состояние балласта ухудшенное (рисунок 3), показал, что изменение погодных условий значительно влияет на величину утечки тока в землю.
Например, при повышенной влажности из-за сниженного сопротивления балласта ток утечки увеличивается, а напряжение на приемном конце снижается. Это может привести к несрабатыванию путевого реле, что свидетельствует о ложной занятости участка пути.
Согласно карте технологических процессов [10], если измеренное значение напряжения выходит за установленные пределы, следует выполнить регулировку рельсовой цепи. С другой стороны, при отсутствии осадков утечка тока снижается. В результате в шунтовом режиме
При повышенной влажности и низком сопротивлении (рисунок 5) величина утечки тока возрастает. В
величина тока на путевом приемнике может оказаться достаточной для того, чтобы удерживать реле в возбужденном состоянии.
В работе приведено имитационное моделирование РЦ, в которой величины распределенных параметров
приближены к реальным. На рисунке 4 изображена схема замещения РЦ при низкой влажности и нормальном состоянии балласта. При таких условиях утечка тока минимальна и напряжение на приемном конце (11,54 В) не выходит за допустимые пределы.
| 11.54 У]
результате напряжение на приемном конце значительно снижается (7,799 В).
Рис. 4. Схема замещения рельсовой цепи при пониженной влажности
Рис. 5. Схема замещения рельсовой цепи при повышенной влажности
Таким образом, на работу РЦ влияют несколько факторов: погодные условия (изменение влажности, температуры, наличие осадков) и состояние балласта. Влияние этих факторов может привести к неправильной работе РЦ и созданию опасной ситуации на железной дороге. Поэтому в РЦ необходимо постоянно контролировать изменение напряжения. Однако регулировку питания требуется выполнять с большой периодичностью, и она может выполняться несвоевременно. Таким образом, еще одной проблемой в работе РЦ является влияние человеческого фактора.
Для устранения данных проблем предлагается разработать
микропроцессорное устройство (МПУ), которое позволяет автоматически корректировать напряжение на питающем конце в зависимости от утечек токов, вызванные погодными условиями или состоянием балласта. При этом данное устройство должно
исключать человеческий фактор. Упрощённая структура такого устройства представлена на рисунке 6.
Предложенное устройство
включает в себя следующие узлы: решающий элемент (РЭ),
исполнительный узел (ИУ), датчики напряжения на питающем (ДНп) и релейном концах (ДНр).
Принцип работы устройства следующий. Рельсовая цепь работает в погодных условиях окружающей среды ОС. В этих условиях датчики непрерывно отслеживают изменения электрических параметров (ДНп, ДНр). Если РЭ фиксирует отклонения значения разностного напряжения Аи =идНп- итр от некоторого эталонного значения Цэ, оно формирует команду к ИУ для корректировки напряжения на питающем конце. Так, например, если величина АЦ будет больше Цэ, то РЭ подают в ИУ команду снизить напряжение на питающем конце. Соответственно, если разностное
напряжение ниже эталонного, в ИУ выбирается с учетом длинны рельсовой
подается команда повышения линии, отсутствия осадков и сухого,
напряжения. Коэффициент Цэ чистого балласта.
Рис. 6. Устройство автоматического регулировки напряжения на питающем конце рельсовой цепи
Выводы
Таким образом, предложенное устройство полностью устраняет влияние человеческого фактора, тем самым обеспечивает своевременную регулировку напряжения, что снижает риск возникновения ложной работы РЦ, а также повышается точность настройки и её быстродействие. Кроме того, снижается объем работ, связанных с техническим обслуживанием РЦ.
Список литературы:
1. Арипов Н.М. Анализ станционных рельсовых цепей в системах железнодорожной автоматики и телемеханики / Н.М. Арипов, Д.Ф. Рихсиев // Еnergotejash va resurstejash texnologiyalar. - Москва, 2016. - С. 80.
2. Работа рельсовых цепей в условиях гололёдообразования на контактном проводе / Ю.А. Кравцов, Е.А. Воблый, Е.А. Гоман,
Ю.И. Зенкович, Е.Г. Щербина // «Автоматика, связь, информатика». -2004. - №5. - С. 17-19.
3. Аркатов B.C. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание / B.C. Аркатов, Ю.А. Кравцов, Б.М. Степенский. - М.: Транспорт, 1990. - 295 с.
4. Гарцман Л.Б. Вероятности гололёдно-ветровых и температурных воздействий на ЛЭП. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 200 с.
5. Анализ состояния и обеспечение устойчивой работы устройств СЦБ на железных дорогах России // Экспреес-информация. «Сигнализация и связь». - Москва, ЦНИИТЭИ, 2002. - Вып. 2-3.
6. Каменев А.И. Обеспечить безопасную и устойчивую работу устройств сигнализации, централизации и блокировки / А.И. Каменев, Р.Ш. Ягудин // «Автоматика, связь, информатика». - 2002. - № 6. - С. 2-7.
7. Устройство повышения безопасности работы станционных
рельсовых цепей «Дельта» / Д.А. Коган, З.А. Эткин, В.И Талалаев, В.М. Ульянов // «Автоматика, связь, информатика». -1988. - № 8. - С. 18-22.
8. Правила технической эксплуатации железных дорог: Учебник для вузов ж. -д. транспорта /
A.И. Володин и др. - Москва: ИПК «Желдориздат», 2002. - 718 с.
9. Соболев Д.А. Введение в технику физического эксперимента / Д.А. Соболев. - Москва, 1993. - С. 188.
10. Кузьменко ДМ. Пристро'1 сигналiзацii, централiзацii та блокування. Технолопя обслуговування / Д.М. Кузьменко, О.М. Горбатенко, П.М. Левошня. - Харьков, 2006.
11. Кравцов Ю.А. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики / Ю.А. Кравцов,
B.Л. Нестеров, Г.Ф. Лекута. - Москва: Транспорт, 1996. - 400 с.
12. Бушуев А.В. Рельсовые цепи: теоретические основы и эксплуатация / А.В. Бушуев, В.И. Бушуев,
C.В. Бушуев. - Екатеринбург: Издательство УрГУПС, 2014. - 220 с.
13. Аркатов В. С., Баженов А. И., Котляренко Н. Ф. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник / В.С. Аркатов, Баженов А.И., Н.Ф. Котляренко. - М.: Транспорт, 1992. - 384 с.
14. Аркатов В.С. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание / В.С. Аркатов,
Ю.А. Кравцов, Б.М. Степенский. - М.: Транспорт, 1990. - 295 с.
15. Сороко В.И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник /
В.И. Сороко, Б.А. Разумовский. - 2-е изд., перераб. и доп. - в 2-х томах. - М.: Транспорт, 1981. - 399 с.
Аннотации:
В статье проведен анализ влияния погодных условий и состояния балласта на работу рельсовых цепей. Установлено, что эти факторы существенно влияют на аппаратуру, часто приводит к ложной свободности и занятости путей.
В работе предложена структура технических средств устройства
автоматического регулирования напряжения на путевом приемнике, которое способно решить вышеописанную проблему.
Ключевые слова: автоматическое регулирование, рельсовая цепь, ложная занятость, ложная свободность, устройство регулирования напряжения, путевой приемник.
The article analyzes the influence of weather and ballast conditions on the operation of rail chains. It was established that these factors significantly affect the equipment, often leads to false freedom and busy ways.
The paper proposes the structure of the technical means of the device for automatic voltage regulation on the track receiver, which is able to solve the problem described above.
Keywords: automatic regulation, rail circuit, false employment, false vacancy, voltage regulation device, track receiver.
