Лише правильно відрегульований рейкове коло забезпечує стійку роботу кола за будь-яких кліматичних умов.

Шунтовий режим настає з моменту вступу на рейковий коло коліс рухомого складу. Колійне реле шунтується низьким опором шунта R_ш, тому робочий струм, який утримує якір реле, в притягнутому положенні знижується до струму відпадання. Якір реле приходить у вихідний стан, фронтові контакти реле розмикаються і замикаються тилові контакти. На колійніому світлофорі спалахує червоний вогонь.

Процес шунтування колійного реле колесами поїзда називається шунтовим ефектом, а опір шунта, при якому сигнальний струм зменшується до струму відпадання якоря реле, є мірою шунтової чутливості рейкового коло.

Нормативна шунтова чутливість дорівнює 0,06 Ом. При накладанні нормативного шунта R_шн = 0,06 Ом у будь-якому місці рейкової лінії колійне реле повинне відпускати свій якір (сектор) за самих найгірших умов для режиму: максимальній напрузі джерела живлення, мінімальному значенні опору рейок і мінімального витоку сигнального струму.

Контрольний режим або режим пошкодженої рейки відповідає порушенню цілості рейкової нитки (рейка, що лопнула або вилучений). У цьому режимі через обмотку реле продовжує протікати струм по обхідній дорозі через баласт.

Не дивлячись на зменшення величини сигнального струму, він може виявитися достатнім для утримання якоря путнього реле в притягнутому положенні, внаслідок чого на світлофорі залишиться горіти вирішуючий вогонь і місце пошкодження дороги не буде захищено заборонним свідченням сигналу.

Несприятливими умовами для контрольного режиму будуть такі, які приводять до збільшення струму в колійному приймачі (реле): максимальна напруга джерела живлення, мінімальний опір рейок і критичному опорі баласту r_{и кр.}.

Критичний опір баласту це не мінімальна або максимальна величина опору, а певна величина, що знаходиться в межах r_{и max} и r_{и min}. Це пояснюється тим, що при безконечному опорі ізоляції рейка, що лопнула або вилучений, рівносильна обриву сполучних дротів в електричному ланцюзі, що приводить до знеструмлення колійного приймача. При мінімальному значенні опору ізоляції рейкової лінії (близькому до нуля) відбувається коротке замикання лінії, що також приводить до знеструмлення колійного приймача.

Оцінити працездатність рейкового кола в контрольному режимі на відміну від шунтового режиму можливо тільки теоретично з використанням математичної моделі рейкового кола і її розрахунку.

До деяких видів РК пред'являються додаткові вимоги: забезпечення режиму АЛС і короткого замикання.

У режимі АЛС струм в рейках під приймальними котушками локомотиву має бути не менш нормативної величини, необхідної для стійкої роботи локомотивних пристроїв.

Режим короткого замикання відповідає моменту шунтування живлячого кінця РК колісними парами рухомого складу. У цьому режимі потрібно, щоб споживана рейковим колом потужність не перевищувала потужність джерела живлення.

На відміну від простого рейкового кола, приведеного на рис. 16.4.1, рейкові кола, що знаходяться в експлуатації, мають складнішу структуру, яка враховує:

– сфера застосування рейкового коло (перегони або станції);

– вигляд тяги поїздів (тепловоз або електрична);

– рід сигнального струму (постійний або змінний);

– режим живлення рейкового коло (безперервний або імпульсний);

– тип колійного приймача (електромагнітне або індукційне реле, електронний або мікропроцесорний приймач).

На перегонах рейкові кола мають велику довжину, чим на станціях. Довжина перегінної РК, якою обладнана блок-ділянка, має бути не менше довжини гальмівної дороги для поїзда, наступного з максимальною швидкістю. Максимальна довжина рейкового кола на станції визначається довжиною рухомого складу, який повинен розміститися на приймально-відправній колії.

Збільшення довжини перегінних рейкових кіл досягається імпульсним живленням РК і використанням колійного приймача імпульсного колійного реле типу ІМВШ-110. Ці рейкові кола мають велику шунтову чутливість і чутливість до пошкодженої рейки. Це дозволило збільшити довжину РК 2,6 км.

При електричній тязі необхідно враховувати, що рейки служать не лише провідниками сигнального струму для зв'язку живлячого кінця РК з релейним кінцем в межах рейкової лінії, обмеженої ізолюючими стиками, але і зворотними дротами для повернення тягового струму на тягову підстанцію. В цьому випадку ізолюючі стики є перешкодою для його проходження по рейкових нитках. Тому в схемах рейкових кіл на електрифікованих ділянках передбачена установка дроселя-трансформаторів (ДТ), які дозволяють тяговому струму вільно проходити з одного рейкового коло в інше, минувши ізолюючі стики.

Дросель-трансформатори складаються з сердечника і двох обмоток – основною і додатковою. Основна обмотка виконана з мідної шини великого перетину, яку двома виводами підключають до рейок, а середній сполучають з середнім виведенням дроселя-трансформатора суміжного рейкового коло. До додаткової обмотки підключають прилади рейкового коло. Сердечник з обмотками поміщений в чавунний корпус з кришкою.

На ділянках з електричною тягою постійного струму застосовують дросель-трансформатори наступних типів: ДТ-0,2-500 (1000) і ДТ-0,6-500 (1000), розраховані на пропуск по напівобмотках тягового струму величиною 500 або 1000 А. Средній вивід розрахований на пропуск зворотного тягового струму відповідно, – 1000 або 2000 А.

Опір основних обмоток ДТ постійного струму малий і складає 0, 0007 – 0, 0018 Ом, а змінного струму частотою 50 Гц – 0,2 або 0,6 Ом.

На ділянках з електротягою змінного струму застосовують дросель-транфрматори типу ДТ-1-150 або 2ДТ-1-150, розраховані на пропуск по напівобмотках струму силоміць 150 А. Дроссель-транфрматори типу 2ДТ-1-150 мають здвоєну конструкцію. Малі розміри магнітопроводів цих дросель-трансформаторів дозволили розмістити два пристрої в одному корпусі, що дало можливість середні виводи основних обмоток з'єднати всередині корпусу.

Якщо при тязі тепловоза частота сигнального струму не має істотного значення, то при електричній тязі необхідно враховувати перш за все вигляд електротяги – постійного або змінного струму або постійно-змінного струму на станціях стикування.

При електричній тязі зворотні тягові струми в рейках не однакові зважаючи на наявність подовжньої і поперечної асиметрії рейкової лінії. Подовжня асиметрія характеризується тим, що рейкові нитки мають різний опір, а поперечна асиметрія виникає із-за неоднакового опір ізоляції рейок відносно землі. Наявність асиметрії приводить до нерівномірного розподілу тягового струму по рейкових нитках, унаслідок чого між рейками виникає напруга перешкоди. Високий рівень перешкоди може привести до порушення роботи рейкового коло.

Кардинальним захистом від перешкод тягового струму є правильний вибір частоти сигнального струму.

Частота сигнального струму повинна відрізнятися від частоти тягового струму і його гармонійних складових.

Наприклад, при електротязі постійного струму можна застосувати змінний сигнальний струм промислової частоти 50 Гц, а при електротязі змінного струму, при якій в рейках присутній тяговий струм частотою 50 Гц, сигнальний струму частотою 25 Гц.

Схема рейкового кола змінного струму частотою 50 Гц при електротязі постійного струму наведена на (рис. 16.4.2).

Джерелом живлення рейкового кола служить колійній трансформатор ПТ типу ПОБС-3. Силові кола комутуються контактом трансмітерного реле Т. Обмежувачем струму на живлячому кінці рейкового кола є реактор (L) типу РОБС-3А. Конденсатори C_п1 и C_п2 зменшують потужність, що споживається РК в нормальному режимі і режимі короткого замикання джерела живлення, в результаті покращується енергетична характеристики рейкового кола.

Напрям руху

Рис. 16.4.2. Схема рейкового кола змінного струму частотою 50 Гц при електротязі постійного струму

Захист колійного реле від тягового струму в цих рейкових колах не потрібен через те, що постійній струм не трансформується в додаткову обмотку дросель-трансформатора. Потрібен тільки захист колійного реле И від гармонік тягового струму, поява яких можлива при деяких несправностях на тягових підстанціях при випрямленні змінного струму у постійний.

З цією метою на релейному кінці рейкового кола встановлюють захисний блок-фільтр ЗБФ-1, який має мале загасання на частоті сигнального струму 50 Гц і велике на інших частотах. Крім того він захищає колійне реле від перенапруги, яки могуть з’явитись з різних причин, наприклад при ушкодженні ізолюючих стиків або обриву контактного проводу.

Максимальна довжина перегінного рейкового кола змінного струму частотою 50 Гц – 2,6 км.

Кодове рейкове коло змінного струму частотою 25 Гц з двома дросель-трансформаторамі для двоколійніх ділянок з електротягою змінного струму наведено на рис.16.4.3.

Струм частотою 25 Гц для жівлення рейкового кола подається від перетворювача частоті ПЧ-50/25 потужністю 100 або 150 Вт.

Імпульсне реле І встановлено на релейному кінці рейкового кола з тим, щоб кодування здійснювалося назустріч потягу і забезпечувалася робота АЛС.

Напрям руху

Рис. 16.4.3. Кодове рейкове коло змінного струму частотою 25 Гц з двома дросель-трансформаторами для двоколійних ділянок з електротягою змінного струму

У схемі рейкового кола на кожному кінці включені ізолюючи трансформатори ИТ1 і ИТ2 . Цим забезпечується виконання умов узгодження і стабілізації опорів по кінцях рейкового кола.

Як обмежувач на живлячому кінці рейкового кола застосовується опір R_о = 200 Ом. Захист імпульсного колійного реле від впливу тягового струму і його гармонік здійснюється фільтром типа ФП. Електричний фільтр, який пропускає сигнальний струм без затухання, але є перешкодою для пропуску тягового струму і струмім інших частот, які відрізняються від частоти сигнального струму.

Максимальна довжина перегінного рейкового кола змінного струму частотою 25 Гц – 2,5 км.

На станціях широкого поширення набули безперервні рейкові кола з двоелементними секторними реле типу ДСШ завдяки простому способу контролю справності ізолюючих стиків. Для цього досить змінити миттєву полярність змінного струму, що живить рейкове коло, шляхом перемикання сполучних дротів. В цьому випадку фаза сигналу в суміжному рейковому ланцюзі зміниться на 180^º, тому при сході ізолюючих стиків обидва рейкові кола дадуть сигнал зайнятості.

У зв'язку із збільшенням швидкостей руху і ваги поїздів, вживанням нових типів локомотивів з регулюванням тиристора потужності тягових двигунів в РК виникають перешкоди в області робочих частот 25 і 50 Гц, що різко знижує надійність їх роботи. Для підвищення надійності роботи систем залізничної автоматики в даний час на вітчизняних і зарубіжних залізницях широке поширення знаходять рейкові кола тональної частоти (ТРК).

Свою назву тональні рейкові колои отримали у зв'язку з використанням в них сигнального струму з частотами тонального діапазону в області 400 … 6000 Гц, який умовно можна розділити на два піддіапазони: низький 420 … 800 Гц і високий 4 … 6 кГц.

Сигнальні струми ТРК являють собою амплітудно-модульовані сигнали, у яких несучі синусоїдальні частоти модулюються сигналами низької частоти 8 і 12 Гц. Такі сигнали мають наступне позначення, наприклад – 420/8 або 420/12. В першому випадку несуча частота 420 Гц модулюється частотою 8 Гц, в другому – 12 Гц.

Тональні рейкові кола володіють цілим рядом істотних експлуатаційних, технічних і економічних переваг в порівнянні з РК 25 і 50 Гц: більший запас по шунтовій чутливості, кращий захист від впливу перешкод, меншу споживану потужність, можливість вживання сучасної елементної бази. До переваг ТРК слід віднести можливість виключення в рейкових колах ізолюючих стиків – самих ненадійних елементів рейкової лінії. Це особливо важливо для ділянок з суцільнозварними рейковими батогами.

Використання вищих частот сигнального струму зробило РК менш критичними до зниження опору ізоляції рейкової лінії. Вони зберігають свою працездатність навіть при пониженому опорі баласту в 10 разів меншої нормативної величини.

Структурна схема ТРК без ізолюючих стиків приведена на рис. 16.4.4. Для скорочення числа апаратури, кабелю, використовуваних сигнальних частот на два рейкові кола встановлюють одне джерело сигнального струму. РК 1 і 2 отримують живлення від генератора Г1, а РК 3 і 4 – від Г2. Генератори Г1 і Г2 розрізняються як частотами, що несуть, так і частотами модуляції. Це надійно захищає приймальні пристрої (П) від впливу сигналів суміжних РК.

^{1 2 3 4 5}

						Г2

Рис. 16.4.4. Структурна схема ТРК без ізолюючих стиків

У прийнятій структурі побудови ТРК для однієї ділянки дороги досить застосовувати сигнали двох діапазонів. Стан РК 1 і 2 контролюють приймачі П1 і П2, що працюють від генераторів Г1 і Г2 відповідно. Сигнальний струм РК, наприклад 2, не впливає на приймач П1 рейкового коло 2, що працює на тій же частоті, що і рейкове коло 5, унаслідок природнього загасання при проходженні сигналу від джерела живлення РК 5 до приймача П1 РК 2 через рейкові кола 5, 4 і 3. Перешкода від впливаючого джерела живлення, розташованого за три РК від даного приймача, приблизно в 100 разів нижче за сигнал, що поступає на вхід приймача від генератора даної РК.

Прийнята структура побудови РК без ізолюючих стиків дозволює найбільше раціонально використовивать передовальну апаратуру РК і сигнальний кабель. При тій же численності РК, що з ізолюючими стиками потрібно було б у два рази більше генераторів для живлення рейкових кіл і сигнального кабелю.

Впровадження тональних рейкових кіл є приоритетним напрямом в розвитку і модернізації систем залізничної автоматики і телемеханіки на магістральних залізницях, лініях метрополітену і швидкісного трамваю.