Рельсовая цепь

Рельсовая цепь — это электрическая цепь, в которой проводниками тока служат рельсовые нити железнодорожного пути. Является основным элементом систем железнодорожной автоматики и телемеханики, предназначенным для контроля состояния занятости или свободности участка пути (блок-участка, перегона, станционного пути), а также для передачи сигналов между напольными устройствами и локомотивом.

Принцип действия

Основная задача рельсовой цепи — определить, находится ли подвижной состав на контролируемом участке. Принцип основан на шунтировании (замыкании) рельсовой линии колёсными парами поезда. Когда колёсная пара находится на пути, её сопротивление (шунт) значительно ниже сопротивления изоляции рельсовой нити, что приводит к закорачиванию цепи и изменению тока в приёмном устройстве.

В состав рельсовой цепи входят:

• Источник питания — подаёт электрический сигнал (постоянный или переменный ток определённой частоты) в рельсы.
• Рельсовые нити — выполняют роль проводников.
• Изолирующие стыки — устанавливаются на границах рельсовых цепей для электрического разделения смежных участков (чаще всего в виде накладок из диэлектрического материала).
• Приёмное устройство (путевое реле, приёмник сигнала) — реагирует на изменение тока в цепи. При свободном пути реле находится под током (возбуждено), при занятом — обесточивается (отпускает якорь).

В зависимости от типа рельсовой цепи, источник питания может располагаться на одном конце участка, а приёмник — на другом (нормально-разомкнутая схема), либо оба устройства могут находиться на одном конце, а на другом конце устанавливается короткозамыкающая перемычка (нормально-замкнутая схема). Наиболее распространена нормально-разомкнутая схема.

Классификация

Рельсовые цепи классифицируются по нескольким основным признакам.

По роду тока

• Постоянного тока — используются на электрифицированных участках с постоянным током, где требуется защита от влияния тягового тока. Источником питания служит аккумуляторная батарея или выпрямитель. Приёмное устройство — поляризованное путевое реле.
• Переменного тока — применяются на участках, электрифицированных на переменном токе, а также на неэлектрифицированных линиях. Используются различные частоты: промышленная (50 Гц), тональная (от 420 до 780 Гц), а также частоты, не кратные 50 Гц (например, 25, 75 Гц), для защиты от гармоник тягового тока.
• Импульсные — питание подаётся импульсами определённой длительности и скважности. Позволяют снизить расход электроэнергии и повысить помехоустойчивость.

По способу контроля состояния

• Нормально-замкнутые — при свободном пути реле находится под током. При вступлении поезда на участок цепь шунтируется, реле отпускает якорь, фиксируя занятость.
• Нормально-разомкнутые — при свободном пути реле обесточено. При занятии участка цепь замыкается через колёсную пару, и реле возбуждается. Используются редко, в основном для контроля коротких участков.

По способу соединения с рельсами

• Однониточные — одна рельсовая нить используется для пропуска тягового тока, другая — для сигнального тока рельсовой цепи. Применяются на станциях с большим количеством путей для экономии изолирующих стыков.
• Двухниточные — обе рельсовые нити используются для пропуска как тягового, так и сигнального тока. Требуют установки дроссель-трансформаторов для пропуска обратного тягового тока в обход изолирующих стыков. Являются основным типом на перегонах и главных станционных путях.

По месту применения

• Перегонные — контролируют блок-участки на перегонах. Основные требования — надёжность и дальность действия (до 2,5 км).
• Станционные — контролируют отдельные стрелочные секции, пути, горловины. Длина обычно не превышает 500–600 м. Требования к ним — высокая чувствительность и возможность работы в условиях большого числа ответвлений (стрелочных переводов).

Устройство и компоненты

Конструкция рельсовой цепи включает несколько ключевых элементов, обеспечивающих её работоспособность и защиту от помех.

Изолирующие стыки

Представляют собой механические разрывы рельсовой нити, заполненные диэлектрическим материалом (текстолит, стеклотекстолит, полимеры). Они разделяют смежные рельсовые цепи, предотвращая протекание сигнального тока из одной цепи в другую. На электрифицированных участках для пропуска обратного тягового тока в обход изолирующих стыков устанавливаются дроссель-трансформаторы.

Дроссель-трансформаторы

Применяются на двухниточных рельсовых цепях на электрифицированных линиях. Представляют собой трансформатор с двумя обмотками: первичная (силовая) подключается к рельсам, вторичная — к источнику питания или приёмнику. Дроссель-трансформатор обеспечивает низкое сопротивление для тягового тока (постоянного или промышленной частоты) и высокое сопротивление для сигнального тока рельсовой цепи, что позволяет разделить эти цепи.

Путевые реле и приёмники

Основной элемент приёмной части. В рельсовых цепях постоянного тока используются поляризованные путевые реле (например, типа ПР-1, АНШ). В цепях переменного тока — нейтральные реле (типа РЭЛ, НМШ) или электронные приёмники (для тональных рельсовых цепей). Приёмник настроен на определённую частоту и амплитуду сигнала; при снижении сигнала ниже порога (из-за шунтирования) реле отпускает якорь.

Применение

Рельсовые цепи являются основой для построения систем интервального регулирования движения поездов, таких как:

• Автоматическая блокировка (АБ) — система, при которой сигналы светофоров переключаются автоматически в зависимости от занятости впереди лежащего блок-участка, контролируемого рельсовой цепью.
• Автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС) — передача сигналов о показаниях путевых светофоров на локомотив через рельсовые цепи. Для этого в рельсы подаётся кодированный сигнал (например, частотный код), который считывается приёмными катушками на локомотиве.
• Электрическая централизация стрелок и сигналов (ЭЦ) — на станциях рельсовые цепи контролируют занятость стрелочных секций, путей, что исключает возможность установки маршрута на занятый путь.
• Системы интервального регулирования на основе радиоканала — в современных системах (например, «АЛСО», «БЛОК») рельсовые цепи используются как резервный канал контроля целостности рельсовой линии и определения местоположения поезда.

Неисправности и надёжность

Рельсовые цепи подвержены ряду характерных неисправностей, которые могут привести к ложной занятости (когда цепь показывает занятость при свободном пути) или ложной свободности (когда цепь показывает свободность при занятом пути). Последняя ситуация является наиболее опасной, так как может привести к столкновению поездов.

Основные причины неисправностей:

• Пониженное сопротивление балласта — в сырую погоду, при загрязнении щебня, глине или снеге сопротивление утечки тока между рельсами падает, что может вызвать ложную занятость.
• Обрыв рельсовой нити — приводит к разрыву цепи и ложной занятости (реле отпускает якорь). Это свойство рельсовых цепей используется для контроля целостности рельсов.
• Плохое состояние изолирующих стыков — пробой диэлектрика или замыкание стыка металлическими предметами (стружка, грязь) приводит к объединению смежных цепей и ложной свободности.
• Влияние тягового тока — гармоники тягового тока (особенно при работе электровозов с импульсным регулированием) могут создавать помехи, вызывающие ложную занятость.
• Неисправность дроссель-трансформаторов — обрыв обмотки или короткое замыкание витков.

Для повышения надёжности применяются резервирование (дублирование рельсовых цепей на ответственных участках), использование тональных частот, устойчивых к гармоникам тягового тока, а также системы диагностики, автоматически выявляющие предотказные состояния.

Интересные факты

• Первые рельсовые цепи были запатентованы в США в 1872 году Уильямом Робинсоном. Они использовали батарею и электромагнитное реле.
• В России первая рельсовая цепь была внедрена на железной дороге в 1880-х годах.
• Длина рельсовой цепи может варьироваться от нескольких метров (на станционных путях) до 2,5–3 км (на перегонах). Для протяжённых участков применяются схемы с питанием от обоих концов.
• В тональных рельсовых цепях (ТРЦ) используется частотный диапазон от 420 до 780 Гц, что позволяет отказаться от изолирующих стыков — сигнал затухает на границе смежных цепей за счёт разности частот.

Источники

1. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ).
2. Инструкция по сигнализации на железнодорожном транспорте Российской Федерации.
3. Учебник «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» (под ред. В. И. Зинченко).
4. Справочник «Рельсовые цепи магистральных железных дорог» (В. С. Аркатов, Ю. А. Кравцов, Б. М. Степенский).
5. Нормативные документы ОАО «РЖД» по проектированию и эксплуатации устройств СЦБ.