Основные элементы рельсовых линий

Рельсовая цепь состоит из рельсовой линии и подключаемой к ней аппаратуры передающего (питающего) и приемного (релейного) концов.

Рельсовая линия является основной частью всякой рельсовой цепи, по которой передаются сигналы от передатчика (источника питания) к приемнику (путевое реле). Составными частями рельсо­вой линии являются рельсовые нити пути, стыковые соединители, изолирующие стыки, кабельные стойки и дроссель-трансформаторы. Последние устанавливают на участках с электрической тягой для обеспечения протекания тягового тока в обход изолирующих стыков.

Для лучшей передачи сигналов рельсовые нити, используемые в качестве проводов рельсовой линии, должны обладать по возмож­ности малым электрическим сопротивлением. Рельсовые нити в сты­ках рельсов соединены накладками. Если внутренняя поверхность накладок или рельсов покроется ржавчиной, то стык будет иметь повышенное сопротивление. На сопротивление стыка влияет также степень затяжки болтов и ряд других факторов. Поэтому сопротив­ление стыка может меняться в широких пределах (от тысячных долей до единиц ома). Для обеспечения устойчивой работы рельсо­вых цепей на стыках рельсов устанавливают стальные или медные рельсовыестыковые соединители, стабилизирующие сопротивление стыка. В зависимости от способа присоединения к рельсам они подразделяются на штепсельные и приварные.

Стальной штепсельный рельсовый стыковой соединитель (рис.8.4. а) состоит из двух стальных проволок диаметром 5 мм, заварен­ных по концам в штепселя конической формы. Длина соедини­теля в развернутом виде 1276 мм. Концы проволок загнуты спиралью для удобства установки и с целью исключения их повреждения при угонах рельсов и вибрациях, вызванных прохождением подвиж­ного состава.

Для установки соединителей в шейке рельсов по обе стороны накладок высверливают отверстия диаметром 9,8 мм, в которые за­бивают штепселя. Расстояние между отверстиями равно 940 мм. Штепсель соединителя считается правильно забитым, если он ушел в рельс приблизительно на половину конусной части. В дальнейшем, в процессе эксплуатации, при ослаблении штепселя подбивают, используя оставшуюся свободной конусную часть. Штепсельный соединитель укрепляют держателями (клипсами), чтобы он не повре­дился колесами подвижного состава. Масса соединителя с двумя держателями 450 г. Штепсельные соединители применяют только на неэлектрифицированных линиях. При новом проектировании и строи­тельстве устройств автоматики эти соединители не применяются.

Стальной приварной рельсовый соединитель (рис. 8.4, б) состоит из куска стального троса диаметром 6 мм, заваренного по концам в стальные наконечники (манжеты). Длина соединителя в выпрям­ленном состоянии 200 мм, масса 36 г. К головкам рельсов соеди­нитель приваривают электро- или газосваркой. Стальные приварные соединители устанавливают на участках без электротяги.

На электрифицированных участках применяют приварные медные рельсовые соединители (рис. 8.4, в). Такие соединители предназначены для уменьшения сопротивления не только сигнальному, но и тяговому току.

Рис. 8.4. Схемы стального штепсельного и приварного соединителей

Соединитель представляет собой гибкий медный трос длиной 200 мм, заваренный по концам в стальные наконечники (манжеты). На участках с электротягой постоянного тока применяют соединители с площадью поперечного сечения 70 мм², а при электро­тяге переменного тока — 50 мм². Соединитель приваривают к головке рельса плоской стороной манжеты на расстоянии 15 мм от поверх­ности катания электро- или газосваркой.

Ранее вместо стыковых соединителей на ряде участков дорог применяли графитовую смазку стыковых накладок и торцовых по­верхностей рельсов. Однако опыт эксплуатации показал, что стыко­вые соединители обеспечивают более высокую надежность работы рельсовых цепей. Графитовую смазку используют на некоторых ли­ниях лишь как дополнительное средство уменьшения сопротивления в стыках рельсов, а также в процессе укладки рельсовых плетей временно до приварки соединителей. Сопротивление одного стыка с приварным медным соединителем в соответствии с действующими техническими требованиями должно быть не более сопротивления целого рельса длиной 3 м.

Число стыковых соединителей в рельсовой линии зависит от ее длины и типа рельсов. При длине рельсов 12,5 м на 1 км рельсовой линии необходимо примерно 160 соединителей, а при длине рельсов 25 м — примерно 80. На участках бесстыкового пути обеспечивают­ся наиболее благоприятные условия для протекания сигнального тока, так как на них число стыковых соединителей минимально, их устанавливают лишь в местах соединения цельносварных рельсо­вых нитей длиной 800 м со звеньями из коротких рельсов, предназначенными для компенсации температурного продольного расширения.

Как показывает опыт эксплуатации, рельсовые стыковые соеди­нители обладают недостаточной надежностью. Основным недостат­ком штепсельных соединителей является нестабильное переходное сопротивление в контактной паре штепсель — рельс. Это сопротивле­ние зависит как от состояния контактирующих поверхностей штеп­селя и отверстия в рельсе, так и от плотности контакта.

Отказы в работе стальных соединителей приварного типа обус­ловлены в основном тем, что они отрываются в местах приварки от рельсов вследствие недостатков в технологии приварки и нена­дежного контакта между тросом и наконечником.

Разработаны и находятся на стадии эксплуатационных испыта­ний рельсовые стыковые соединители фартучного и втулочного типов, обладающие более высокой надежностью действия. Испыты­ваются также пружинные тарельчатые шайбы, предназначенные взамен стыковых соединителей. Их устанавливают взамен обычных шайб при скреплении рельсов накладками.

Стрелочные соединители устанавливают в станционных развет­вленных рельсовых цепях для соединения наружных рельсов стре­лочного перевода, рельсов у усовиков крестовины, крестовин с рель­сами, примыкающими к усовикам, и рельсов в пятке остряков. При автономной тяге устанавливают стрелочные гибкие соединители из оцинкованного троса, заваренного по концам в штепселя.

Применяются три типа стрелочных штепсельных соединителей: тип I длиной 600 м, II—1200 мм и III—3300 мм. Штепселя соеди­нителей типов I и II такие же, как и штепселя рельсовых стыковых соединителей. Штепсель соединителя типа III имеет резьбу для крепления в шейке рельса гайками.

На станциях линий с электротягой применяют стрелочные соединители из медного провода с площадью поперечного сечения 70 мм² при электротяге постоянного тока или 50 мм² при электро­тяге переменного тока, заваренные по концам в стальные коничес­кие болты для крепления в шейке рельса гайками. В зависимости от места присоединения используются соединители различной длины. Кроме стрелочных, на станциях с электротягой в однониточных рельсовых цепях устанавливают тяговые соединители для соединения между собой тяговых нитей одного пути (косые перемычки) и сое­динения рельсовых нитей разных путей при их объединении для равномерного распределения тягового тока.

Изолирующие стыки устанавливают для электрического разделе­ния смежных рельсовых цепей; их изготовляют с металлическими накладками и изолирующими прокладками (рис. 8.5, а). Изоли­рующий стык состоит из двух металлических накладок фасонной формы 1 и 4, стянутых болтами 5. Болты изолированы от рельса изолирующими втулками 6. Между накладками и рельсами уста­новлены изолирующие прокладки 2 и 3, а между торцами смежных рельсов — стыковая изолирующая прокладка. Изолирующий стык крепят навесу без сдвоенных шпал, так же как и обычный неизоли­рующий стык.

Рис. 8.5. Схема изолирующего стыка

На участках бесстыкового пути устраивают высокопрочный стык (рис. 8.5, б) с пазухами между накладками 1, 3 и рельсом, запол­ненными изолирующей композицией 2. При помощи болтов 4 обеспе­чивается необходимое сжатие склеиваемых поверхностей на период отвердения клеевого шва.

В станционных рельсовых цепях с рельсами типа Р43 делают изолирующие стыки с лигнофолевыми прокладками, которые монти­руют на сдвоенных шпалах, а на участках вновь оборудуемых рельсовых цепей — только с металлическими накладками.

Под воздействием проходящих поездов изолирующие стыки ис­пытывают большую механическую нагрузку и поэтому часто повреж­даются. Все более широкое распространение находят клееболтовые изолирующие стыки, обладающие более высокой прочностью и на­дежностью работы в условиях эксплуатации.

Кабельные стойки (рис. 8.6, а) применяют, как правило, на участках без электротяги по концам рельсовых цепей. Кабельные стойки служат для соединения проводников (стальных тросов), идущих от рельсов, с жилами кабеля, проложенного от релейного шкафа автоблокировки.

Рис. 8.6. Кабельная стойка

Кабельная стойка состоит из чугунной головки 1, соединенной со стальной трубой 2. Кабель заводят внутрь трубы и разделыва­ют в головке. Жилы кабеля подсоединяют к зажимам фарфоровой колодки. Для подсоединения стальных тросов от рельсов на стенке ка­бельной стойки укрепляют два болта, изолированные от стенок фибровыми втулками 3 (рис. 8.6, б). Болты с зажимами фарфоро­вой колодки соединяются внутри кабельной стойки провод­никами.

Путевые дроссель-трансформаторы предназначены для пропуска обратного тягового тока в обход изолирующих стыков и согласо­вания низкоомного входного сопротивления рельсовой цепи с аппа­ратурой питающего и релейного концов. Использование дроссель-трансформаторов с большим коэффициентом трансформации позво­ляет размещать аппаратуру на расстоянии до 10 км от пути.

На линиях с электрической тягой постоянного тока устанавли­вают путевые дроссель-трансформаторы ДТ-0,2-1000; ДТ-0,6-1000; ДТ-0,2-500 и ДТ-0,6-500. Их можно применять и на линиях с электро­тягой переменного тока. Первые цифры в обозначении дроссель-трансформатора указывают его полное сопротивление переменному сигнальному току частотой 50 Гц (0,2 и 0,6), вторые—значение номинального тягового тока, на пропускание которого рассчитана основная обмотка (500 и 1000 А на каждый рельс).

Основная обмотка дроссель-трансформатора выполнена из мед­ной шины большого сечения и имеет малое сопротивление постоянно­му тяговому току (от 0,0008 до 0,0024 Ом в зависимости от типа дроссель-трансформатора).

У дроссель-трансформатора ДТ-0,2 (рис. 8.7) дополнительная обмотка имеет несколько выводов, что позволяет устанавливать различные коэффициенты трансформации (7, 10, 13, 17, 23, 30, 33, 40). Основная обмотка содержит 14 витков из медной шины сече­нием 100 мм² для ДТ-0,2-500 и 221 мм² для ДТ-0,2-1000. Посколь­ку в рельсовых цепях практически применяют дроссель-трансформа­торы ДТ-0,2 с коэффициентом трансформации 17 или 40, с 1985 г. завод выпускает ДТ-0,2, имеющие только один коэффициент тран­сформации (17 или 40). Дроссель-трансформаторы с коэффициентом 40 имеют на крышке маркировку n=40, а с коэффициентом 17— не имеют маркировки. У дроссель-трансформатора ДТ-0,6 (рис. 8.7) дополнительная обмотка имеет только два вывода, коэффициент трансформации его равен 15. Основная обмотка содержит 16 витков медной шины сечением 100 и 243 мм² для ДТ-0,6-500 и ДТ-0,6-1000 соответственно.

Рис. 8.7. Схемы обмоток дроссель-трансформаторов

Дроссель-трансформаторы ДТ-0,2-1000 и ДТ-0,6-1000 устанавли­вают на горных участках и в местах присоединения отсасывающих фидеров тяговых подстанций, а также на участках обращения тяжеловесных поездов, где могут протекать большие тяговые токи. В остальных случаях можно применять дроссель-трансформаторы на 500 или на 1000 А.

Основными деталями дроссель-трансформаторов ДТ-0,2 и ДТ-0,6 (рис. 8.8) являются чугунный корпус 6 с муфтой 1, сердечник 3 и ярмо 4, собранные из листовой электротехнической стали; основ­ная обмотка с выводами 5; дополнительная обмотка с выводами 2. Между сердечником и ярмом имеется воздушный зазор 1—3 мм, наличие которого обеспечивает стабильность сопротивления дрос­сель-трансформатора переменному сигнальному току при подмагничивании его неуравновешенным тяговым током.

Кривая зависимости сопротивления дроссель-трансформатора ДТ-0,6 от силы тягового тока показана на рис. 8.9. При токе асимметрии 240 А сопротивление основной обмотки снижается не более чем на 10%.

Рис. 8.8. Конструкция дроссель-трансформатора

Рис. 8.9. Зависимость полного сопротивления ДТ-0,6 и ДТ-1-150 от тягового тока

Аппаратуру рельсовых цепей подключают к дополнительной обмотке дроссель-трансформатора кабелем, который соединяют с дополнительной обмоткой в муфте 1 (см. рис. 8.8), укрепленной на корпусе дроссель-трансформатора. В комплект поставки дроссель-трансформатора входит предохранительная труба для защиты ка­беля. Объем заливаемого масла 27 л. Масса дроссель-трансформа­тора ДТ-0,2-1000 без масла 157 кг. Выводы основной обмотки дрос­сель-трансформатора с рельсами, а также средние точки дроссель-трансформаторов смежных рельсовых цепей соединяют с помощью дроссельных перемычек. Перед установкой для улучшения изоляции и охлаждения обмоток дроссель-трансформатор заливают трансфор­маторным маслом до уровня, отмеченного красной чертой, нанесен­ной на расстоянии 80 мм от верхнего края корпуса. В верхней и нижней частях стенки корпуса дроссель-трансформатора имеются отвинчивающиеся снаружи пробки для контроля уровня и слива трансформаторного масла при его замене. Нагрев любой части дроссель-трансформатора от воздействия номинального тягового то­ка, протекающего через всю основную обмотку в течение 2 ч, допу­скается не более чем на 75°С выше температуры окружающей среды.

На участках с электрической тягой переменного тока частотой 50 Гц применяют дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 (одиночной ус­тановки) и 2ДТ-1-150 (сдвоенной установки), рассчитанные на тя­говый ток 150 А в каждой рельсовой нити (общий ток через сред­ний вывод 300 А). Эти дроссель-трансформаторы имеют такую же конструкцию, как ДТ-0,2 и ДТ-0,6, но меньшие размеры и массу. Их основная обмотка выполнена из медной шины меньшего сечения, размеры магнитопровода также уменьшены. Магнитопровод не имеет воздушного зазора, поэтому сопротивление этих дроссель-трансфор­маторов при воздействии неуравновешенного тягового тока изменя­ется в широких пределах (см. рис. 8.9). Полное сопротивление дроссель-трансформатора переменному току частотой 50 Гц при то­ке 1 А составляет примерно 2 Ом, а при токе 13 А—примерно 1 Ом. На частоте переменного сигнального тока 75 Гц и напряже­нии 0,5 В полное сопротивление основной обмотки составляет 1,5 Ом, а на частоте сигнального тока 25 Гц и напряжении 0,3 В— 0,5 Ом.

Для обеспечения нормальной работы рельсовой цепи необходи­мо, чтобы входное сопротивление дроссель-трансформатора вместе с подключаемой аппаратурой со стороны рельсов было стабильным. Стабилизация сопротивления по концам рельсовой цепи с дроссель-трансформатором ДТ-1-150 достигается подключением аппаратуры со стабильными параметрами.

Дроссель-трансформатор сдвоенной установки 2ДТ-1-150 имеет внутри общего кожуха два отдельных магнитопровода с основными и дополнительными обмотками. Средние точки основных обмоток соединены внутри кожуха, поэтому при подключении этих дроссель-трансформаторов не требуется установка средней междроссельной перемычки. Объединенный средний вывод используют для подключе­ния заземлений, отсасывающих фидеров тяговых подстанций, при объединении средних точек соседних путей для выравнивания об­ратных тяговых токов в двухниточных рельсовых цепях, а также для соединения с тяговыми нитями однониточных рельсовых цепей на станциях.

Основные обмотки дроссель-трансформаторов ДТ-1-150 и 2ДТ-1-150 (рис. 8.10) имеют по 16 витков медного провода с площадью попе­речного сечения 31,9 мм², дополнительные—48 витков медного провода диаметром 1,95 мм; коэффициент трансформации п=3.

Рис. 8.10. Схемы обмоток дроссель-трансформаторов ДТ-1-150 и 2ДТ-1-150

Вопросы для самоконтроля по пункту: