Тональные рельсовые цепи

              Конспект

«Тональные  рельсовые цепи»

1 Устройство  тональных рельсовых цепей

1.1Принцип  построения тональных рельсовых цепей

Тональные рельсовые  цепи находят все более широкое  применение на линиях магистрального железнодорожного транспорта России и стран СНГ. Их достоинствами являются:

• возможность исключения на перегонах изолирующих стыков и укладки цельносвареного пути от станции до станции;
• уменьшение количества металлоемких дроссель-трансформаторов на

электрифицированных участках;

• возможность выноса аппаратуры рельсовых цепей с перегона на прилегающую станцию;
• универсальность для всех видов тяги;
• сокращение потребления электроэнергии;
• более высокая защищенность данного типа рельсовых цепей от воздействия помех тягового тока и др.

На базе тональных рельсовых цепей создано несколько типов автоблокировки, которые внедряются на железных дорогах России и стран СНГ, начиная с 1985 г.

В основу построения тональных рельсовых цепей (ТРЦ) положена бесстыковая рельсовая цепь (БРЦ), не имеющая изолирующих стыков на питающем и приемном концах. При отсутствии изолирующих стыков между смежными рельсовыми цепями сигнальный ток тональной рельсовой цепи протекает по рельсовой линии от точки подключения питающей аппаратуры в обе стороны.

Рис. 1. Структурная схема смежных тональных рельсовых цепей с размещением вдоль рельсовой линии питающих и приемных концов

На рис.1 показана структурная схема тональных  рельсовых цепей с размещением  вдоль рельсовой линии питающих и приемных концов, в которой от одного источника сигнального тока (генератора) осуществляется питание двух смежных ТРЦ. Так, сигнальный ток I ½ рц, поступающий от генератора Г1, растекается по рельсовой линии в обе стороны к путевым приемникам двух смежных ТРЦ: ток рельсовой цепи 1РЦ (I1рц) питает приемник П1, ток рельсовой цепи 2РЦ (I₂рц) питает приемник П2. Аналогично генератор Г2 питает другие две смежные ТРЦ ЗРЦ и 4РЦ и т.д. в пределах всего перегона. В соответствии с таким построением осуществляется чередование питающих и приемных концов ТРЦ.

 

 

 

Рис. 2. Форма  сигнала генератора тональной рельсовой  цепи

В ТРЦ использован  амплитудно-модулированный сигнал, форма  которого показана на рис. 2. Данный тип сигнала позволяет повысить защищенность приёмных устройств (путевых приёмников) от воздействия гармонических и импульсных помех тягового тока и других источников помех. В качестве несущей частоты используются частоты: 420; 480; 580; 720 и 780 Гц, а также 4,5; 5,0 и 5,5 кГц. В качестве модулирующей частоты использованы частоты 8 или 12 Гц. Каждой несущей частоте в диапазоне 420—780 Гц присвоено кодовое число 8, 9, 11, 14 и 15 по номеру ближайшей меньшей гармоники тягового тока.

Чередованием  на питающих концах ТРЦ вдоль перегона несущих частот и частот модуляции, например в последовательности: 420/8; 480/12; 720/8; 780/12; 420/8; 480/12 и т.д., обеспечивается надежная защита приемных устройств от влияния токов смежных ТРЦ. В разных системах автоблокировки с ТРЦ применяют разное число диапазонов и частот при чередовании сигналов.

Одной из основных особенностей ТРЦ как бесстыковой РЦ является то, что ее шунтирование и смена кодового сигнала АЛС наступает не с момента вступления на нее поезда, а при приближении его к РЦ на некоторое расстояние. Колесная пара, находящаяся на этом расстоянии от точки подключения аппаратуры рельсовой цепи, шунтирует часть сигнального тока ТРЦ, что в свою очередь приводит к снижению напряжения на входе путевого приемника. Расстояние от точки подключения аппаратуры к рельсовой линии до места нахождения колесной пары, вызывающей обесточивание путевого реле, включенного на выходе путевого приемника, называется зоной дополнительного шунтирования L_ш. На рис.3 показана схема расположения зон дополнительного шунтирования тональной рельсовой цепи. В зависимости от направления движения одна из них называется зоной дополнительного шунтирования по входу (по приближению), а вторая — зоной дополнительного шунтирования по выходу (по удалению).

Длина зоны дополнительного  шунтирования зависит от многих факторов: частоты сигнального тока, коэффициента перегрузки на входе путевого приемника, сопротивления изоляции балласта и др. Как правило, длина L_ш составляет примерно 10 % от длины самой рельсовой цепи. Длина зоны дополнительного шунтирования не может быть нулевой или отрицательной, так как рельсовая цепь должна давать занятость при наложении типового нормативного шунта 0,06 Ом в точке

Рис. 3. Схема  расположения зон дополнительного  шунтирования тональной рельсовой цепи

подключения аппаратуры (шунтовой режим), что равносильно  наложению шунта с нулевым сопротивлением (поездной шунт) на расстоянии 10—15 м от точки подключения аппаратуры при частоте сигнального тока ТРЦ в диапазоне 400—800 Гц. Иногда с целью исключить зону дополнительного шунтирования или ограничить область растекания сигнального тока АЛС на границе ТРЦ устанавливаются изолирующие стыки.

При необходимости  на участках, оборудуемых устройствами ТРЦ с сокращенной зоной дополнительного шунтирования, применяют высокочастотные ТРЦ с несущими частотами в диапазоне 4,5—5,5 кГц. Сокращенная зона дополнительного шунтирования достигается за счет более высокого сопротивления рельсовой линии на высоких частотах. Эти рельсовые цепи получили индекс ТРЦ4, а рельсовые цепи с несущими частотами 420—780 Гц, разработанные раньше ТРЦ4, имеют индекс ТРЦЗ.

1.2. Аппаратура тональных рельсовых  цепей

 В состав  основной аппаратуры тональных  рельсовых цепей ТРЦЗ входят: путевой генератор ГПЗ; путевой фильтр ФПМ; путевой приемник ПП1. Уравнивающий трансформатор УТЗ применяется в тех случаях, когда напряжение на входах путевых приемников одной рельсовой цепи отличается более чем на 20% .

 Путевой генератор ГПЗ предназначен  для формирования и усиления  амплитудно-модулированного сигнала для работы ТРЦ. Путевой фильтр ФПМ обеспечивает защиту выходных цепей генератора ГПЗ от влияния токов локомотивной сигнализации, тягового тока и атмосферных помех и формирует требуемое по условиям работы рельсовой цепи обратное входное сопротивление питающего конца. Фильтр служит также для гальванического разделения выходной цепи генератора от кабельной линии и получения на нем требуемых напряжений при относительно низких выходных напряжениях генератора.

Путевой приемник ПП1 предназначен для приема и дешифрации сигналов ТРЦ, поступающих из рельсовой линии, и, в соответствии с уровнем принятого сигнала, формирования выходного напряжения на путевом реле. Уравнивающий трансформатор УТЗ предназначен для выравнивания напряжений на входе путевых приемников, питающихся от одного путевого генератора.

Генератор ГПЗ и фильтр ФПМ представляют собой конструкцию, собранную в корпусе реле НШ с использованием его колодки в качестве несущей части блока.

Блок путевого генератора имеет две разновидности: ГПЗ-8, 9, 11 и ГПЗ-11, 14, 15. Аналогичные разновидности имеет блок путевого фильтра (ФПМ-8, 9, 11 и ФПМ-11, 14, 15). Номера 8, 9,11, 14, 15 в обозначении генераторов и фильтров соответствуют несущим частотам 420,480, 580,720,780 Гц. Таким образом, первая разновидность генераторов и фильтров предназначена для формирования и передачи сигналов с несущими частотами 420,480 и 580 Гц, а вторая — с частотами 580, 720, 780 Гц.

Рис. 4. Структурная  схема путевого генератора ГПЗ

Питание генератора осуществляется от сети переменного  тока частотой 50 Гц напряжением 35 В, которое подается на выводы 41-43 блока. Из этого напряжения внутри генератора путем ограничения, выпрямления и

 

сглаживания пульсаций  формируются напряжения постоянного тока для питания задающих цепей генератора, предварительного и оконечного усилителей. Структурная схема путевого генератора представлена на рис. 4.

Задающий каскад путевого генератора (формирователь сигнала) F выполнен на базе микросборки или БИС и служит для формирования сигнала ТРЦ с заданной несущей и модулирующей частотой. Настройка на соответствующую несущую и модулирующую частоту сигнала осуществляется внешними перемычками на штепсельной розетке блока.

Сигнал с формирователя F поступает на предварительный усилитель и фильтр. Предварительный усилитель осуществляет усиление сигнала в зависимости от уровня, выставляемого с помощью переменного резистора, ручка которого со стопорным устройством выведена на переднюю панель блока путевого генератора. Фильтр предварительного каскада предназначен для сглаживания прямоугольной формы сигнала и его ослабления в случае отличия несущей частоты от заданной.

С предварительного усилителя  после фильтра сигнал поступает  на оконечный усилитель, представляющий собой эмиттерный повторитель. Уровень сигнала, поступающего на выход путевого генератора (выводы 2-52) составляет 1—6 В переменного тока.

На передней панели блока  имеется светодиодная индикация  работоспособности блока в виде двух светодиодов. Ровное свечение одного из них свидетельствует о наличии питания, а мигающее свечение другого светодиода указывает на нормальную работу формирователя F и предварительного усилителя путевого генератора.

Путевой приемник ПП1 представляет собой конструкцию, собранную в корпусе реле ДСШ с использованием его колодки в качестве несущей части блока. Блок путевого приемника имеет 10 разновидностей, отличающихся приемом сигналов с различной несущей частотой и частотой модуляции. Он может иметь следующие обозначения: ПП1-8/8, ПП1-8/12, ПП1-9/8, ПП1-9/12, ПП1-11/8, ПП1-11/12, ПП1-14/8, ПШ-14/12, ПШ-15/8, ПП1-15/12. Первая цифра в обозначении приемников указывает номер принимаемой несущей частоты, а вторая — частоту модуляции (8 или 12 Гц). Напряжение питания 17,5 В переменного тока частотой 50 Гц подается на выводы 21-22 путевого приемника. Из этого напряжения путем выпрямления, ограничения и сглаживания пульсаций формируются напряжения постоянного тока для питания входных каскадов усиления, порогового устройства и выходных каскадов.

Структурная схема путевого приемника  представлена на рис. 6. Приемник содержит следующие функциональные узлы: входной фильтр, демодулятор, амплитудный ограничитель, первый фильтр частоты модуляции f_м, пороговое устройство, выходной усилитель, второй фильтр частоты модуляции f_м и узел питания.

Входной фильтр предназначен для выделения сигнала с заданной несущей частотой и подавления сигналов РЦ с другими несущими частотами, а также сигналов АЛС и гармоник тягового тока. Полоса пропускания входного фильтра не менее 24 Гц. Его затухание по соседнему каналу (для фильтра с резонансной частотой 420 Гц измеряется на частоте 480 Гц и наоборот) не менее 38 дБ. Входное сопротивление фильтра (оно же входное сопротивление приемника — выводы 11-43) находится в пределах 120—160 Ом и измеряется на средней частоте полосы пропускания. Средняя частота полосы пропускания входного фильтра может отличаться от заданной несущей частоты не более чем на ±2 Гц.

Защита входного фильтра от перенапряжений вследствие грозовых разрядов или влияния тягового тока осуществляется ограничительными диодами (или стабилитронами) на входе путевого приемника.

С выхода входного фильтра амплитудно-модулированный сигнал поступает на демодулятор, на котором  выделяется сигнал с частотой модуляции.

После детектора  сигнал поступает на амплитудный  ограничитель, не позволяющий выходному сигналу превысить уровень в 1,5—2 раза выше чувствительности. Наличие амплитудного ограничителя позволяет обеспечить надежное разделение частот модуляции 8 и 12 Гц с помощью первого фильтра модулирующей частоты, выполненного на LC-контуре.

Выходной  сигнал фильтра поступает на вход порогового элемента (симметричного триггера) с высоким коэффициентом возврата. Добротность первого фильтра модулирующей частоты, настроенного на 8 или 12 Гц, равна примерно шести. При расположении этого фильтра перед пороговым устройством с высоким коэффициентом возврата (не менее 0,9) такой добротности вполне достаточно, чтобы обеспечить снижение сигнала на входе триггера ниже порога его срабатывания при поступлении на вход приемника сигнала с частотой модуляции, не соответствующей заданной. Для любых напряжений сигнала на входе приемника такое надежное разделение частот модуляции возможно лишь благодаря амплитудному ограничителю на входе первого фильтра модулирующей частоты.

Рис. 6. Структурная  схема путевого приемника ПП1

С выхода симметричного триггера сигнал поступает на вход выходного

 

усилителя, предназначенного для осуществления питания путевого реле. За выходным усилителем установлен второй фильтр частоты модуляции, также представляющий собой LC-контур.

Фильтр обеспечивает гальваническую развязку цепей питания усилителя от цепи питания путевого реле. Кроме того, фильтр исключает возможность возбуждения путевого реле при повреждениях в узле питания, приводящих к появлению в питающем напряжении выходного усилителя переменного тока промышленной частоты или ее гармоник. Сигнал с выхода второго фильтра частоты модуляции поступает на выпрямитель, а с него, после выпрямления, — на путевое реле.

При исправности  путевого приемника, наличии питания  и требуемого уровня входного сигнала на выходе блока формируется напряжение постоянного тока от 4 до 7 В, достаточное для подъема якоря путевого реле. Номинальное значение чувствительности приемника по напряжению амплитудно-модулированного сигнала на входе 11-43 составляет 0,35 В.

С целью исключения случаев перепутывания путевых приемников при установке в эксплуатации используются разные выводы блоков для подключения путевых реле при различных несущих частотах сигнала. При общем выводе 31 для всех типов блоков, второй вывод для подключения путевого реле используется номер 33 для частоты 420 Гц, 13 — для частоты 480 Гц, 52 — для частоты 720 Гц, 51 — для частоты 780 Гц и 83 — для частоты 580 Гц. На передней панели блока имеется светодиодная индикация его работоспособности. Светящееся состояние одного из светодиодов указывает на наличие электропитания, мигающий режим обоих светодиодов с частотой модуляции соответствует приему сигнала и свободности ТРЦ.