Расчёт фазовой рельсовой цепи переменного тока частотой 25 Гц с путевым приёмником типа ДСШ-13

Расчёт фазовой рельсовой цепи переменного тока частотой 25 Гц с путевым приёмником типа ДСШ-13

Министерство транспорта Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра: «Автоматика и телемеханика»

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Расчёт фазовой рельсовой цепи переменного тока частотой 25 Гц с путевым приёмником типа ДСШ-13 »

Выполнил: Богатырёв В. А.

Проверил: Кириленко А. Г.

Хабаровск 2007

Содержание

Введение

. Принципиальная схема фазочувствительной рельсовой цепи и назначение её компонентов

. Описание основных режимов работы рельсовой цепи

. Исходные данные

. Расчет режимов работы

Расчет нормального режима

Расчет режима короткого замыкания

Расчет шунтового режима

Расчет контрольного режима

Расчет режима АЛС

Выводы по режимам

Список использованной литературы

Введение

Системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) играют важную роль в перевозочном процессе, обеспечивая безопасность и ритмичность движения поездов и, тем самым, влияют непосредственно на сроки доставки грузов и их сохранность, безопасность пассажиров и работников, связанных с движением поездов.

Важнейшим элементом практически всех СЖАТ, существенно влияющих на безопасность движения поездов, являются рельсовые цепи (РЦ).

Они выполняют следующие функции: автоматически контролируют свободность и занятость участков пути на перегонах и станциях, а также целостность рельсовых нитей; исключают возможность перевода стрелок под составом; с их помощью передаются кодовые сигналы с пути на локомотив и от одной сигнальной установки к другой; обеспечивают автоматический контроль приближения поездов к переездам и станциям.

Благодаря РЦ возможно обеспечение максимальной пропускной способности участков и станций. На магистральных железных дорогах МПС РФ применяют более 30 типов и 800 разновидностей РЦ.

Широкое внедрение электрической тяги, повышение тяговых токов при движении тяжеловесных поездов, необходимость заземления конструкций, снижение сопротивления изоляции рельсовых линий относительно земли значительно усложнили условия работы РЦ.

Сложность устройств железнодорожной автоматики и размещение их на значительных расстояниях друг от друга затрудняют поиск отказов и возможности современного ремонта.

Для улучшения условий труда обслуживающего персонала и сокращения среднего времени восстановления используют устройства технического диагностирования основных элементов перегонных и станционных систем управления.

Данная курсовая работа посвящена исследованию рельсовой цепи с определёнными параметрами. В ней производится расчет основных режимов работы рельсовой цепи переменного тока частотой 25 Гц с реле типа ДСШ-13 и анализ результатов расчёта, по которым возможно будет установить степень надёжности РЦ и достоверности информации, предоставляемой ею.

1. Принципиальная схема фазочувствительной рельсовой цепи и назначение её компонентов

Рис. 1. Фазочувствительная рельсовая цепь 25 Гц.

ДТ-1-150 - дроссель-трансформаторы с коэффициентом трансформации n = 3, обеспечивающие пропуск тягового тока в обход изолирующих стыков, а сигнального в пределах контролируемого участка пути.

ПТ,ИТ - питающий и изолирующий трансформаторы типа ПРТ-АУЗ с коэффициентом трансформации n = 18,3. Коэффициентами трансформации дроссель-трансформаторов, изолирующего и питающего трансформатора, осуществляется согласование большого входного сопротивления аппаратуры питающего и релейного концов с низким входным сопротивлением рельсовой линии.

АВМ-2 - автоматические выключатели многократного действия типа АВМ-2 на номинальный ток 5 А, устанавливаемые в путевых ящиках ПЯ. осуществляют защиту РЦ от перегрузок и токов короткого замыкания.

ЗБ-ДСШ - защитный блок реле ДСШ представляет собой последовательный колебательный контур, настроенный в резонанс напряжений на частоту тягового тока 50 Гц и имеет минимальное сопротивление (24 Ом) для тока этой частоты. Устанавливается для того, чтобы устранить дребезг сектора реле.

Резисторы R_п1, R_п2 - совместно с соединительными проводами r_сп выполняют функцию ограничителя тока при нахождении подвижной единицы на питающем конце РЦ. Их суммарное сопротивление должно быть равным 2,2 Ом, чем обеспечивается шунтовая чувствительность рельсовой цепи. На релейном конце сопротивление R_п1 совместно с соединительными проводами r_ср должны в сумме составлять 0,5 Ом для обеспечения шунтовой чувствительности рельсовой цепи.

УЗТ-1 и УЗТ-2 - устройства защиты терристорные. Защищают аппаратуру питающего и релейного концов РЦ от кратковременных импульсных помех.

Важную роль в работе рельсовой цепи играет путевой приемник - реле типа ДСШ. Электромагнитная система реле ДСШ состоит из двух электромагнитных элементов: местного и путевого и подвижного алюминиевого сектора, расположенного в зазоре между двумя элементами и связанного с контактной системой. Ток, проходящий по местной обмотке, образует магнитный поток , совпадающий с ним по фазе. Этот поток индуктирует в секторе токи , отстающие по фазе от потока  на угол 90⁰ .Под воздействием тока путевого элемента возникает магнитный поток , индуктирующий в секторе токи .

Взаимодействие индуктированных токов с магнитным потоком  создает вращающий момент М1, а токов  с магнитным потоком  - вращающий момент М2. Под действием суммарного вращающего момента М=М1+М2 сектор перемещается вверх и переключает контакты с тыловых на фронтовые. При выключении тока в путевой или местной обмотке сектор возвращается в исходное положение, т.е. опускается вниз под действием собственного веса. Положительный вращающий момент и движение сектора вверх происходят только при определенном соотношении фаз между токами (напряжениями) путевого и местного элементов. Наибольший вращающий момент реализуется при угле сдвига фаз между токами путевого и местного элементов, равном 90⁰. Этот угол называют идеальным углом сдвига фаз реле ДСШ.

Напряжения путевого и местного элементов опережают токи этих элементов на угол 65…72⁰ в зависимости от типа реле и частоты сигнального тока, так как обмотки этих элементов для переменного тока представляют собой цепи, состоящие из индуктивных и активных сопротивлений.

Рис. 2. Векторная диаграмма магнитных потоков, токов и напряжений в путевом и местном элементе реле ДСШ.

рельсовый цепь шунтовый замыкание

Основным достоинством реле типов ДСШ является надежная фазовая селективность (избирательность), поэтому эти реле, а также рельсовые цепи, в которых их используют, называют фазочувствительными. Это достоинство реле позволяет надежно исключать ложное срабатывание путевого реле ДСШ от источника тока смежной рельсовой цепи при сходе стыков. Для этого в смежных рельсовых цепях переменного тока делается чередование фаз (мгновенных полярностей) напряжения, а путевые обмотки реле включаются так, что положительный вращающий момент и подъем сектора вверх происходят только от тока своей рельсовой цепи. При сходе изолирующих стыков и попадании в путевой элемент тока смежной рельсовой цепи сектор будет стремиться повернуться вниз.

Условие фазового сдвига между напряжениями U_М и U_П в 90⁰ обеспечивается применением специальной двухфазной схемы питания рельсовой цепи (рис. 3).

Рис. 3. Двухфазная система питания рельсовых цепей 25 Гцс фазочувствительными путевыми приемниками типа ДСШ.

2. Описание основных режимов работы рельсовой цепи

Различают 5 режимов работы рельсовых цепей. К трем основным относятся нормальный, шунтовой, контрольный режимы, к двум дополнительным - режим АЛСН и короткого замыкания. Расчет режимов осуществляется при самых неблагоприятных условиях работы рельсовых цепей в этих режимах.

Нормальный режим:

Рельсовая цепь свободна от подвижного состава. Путевой приемник должен надежно выдать информацию о свободном состоянии.

Шунтовой режим:

На рельсовой цепи находится хотя бы одна колесная пара, при этом нужно надежно выдать информацию о занятости. Критерий чувствительности к шунту:

где U_н.о - паспортное напряжение надежного отпадания,

U_рфш - рабочее напряжение в шунтовом режиме.

Контрольный режим:

Изъят или лопнул рельс. Требование - надежно выдать информацию о занятости. Так как участки рельсов после повреждения имеют сопротивление утечки по отношению к земле, то для сигнального тока создается обходной путь. При этом ток в путевом элементе не должен превышать тока срабатывания.

Критерий чувствительности к обрыву:

где U_н.о - паспортное напряжение надежного отпадания,

U_рфк - рабочее напряжение в контрольном режиме.

Режим АЛСН:

Состояние цепи, когда сигнал в закодированной виде несет информацию о состоянии проходных светофоров по рельсовым нитям в кабину машиниста. При электротяге переменного тока I_АЛСН = 1,4 А. Это нормативное значение должно обеспечиваться на самом удаленном от источника питания конце рельсовой цепи:

где J_{АЛС_Ф} - паспортное значение тока надежного отпадания,

J_{АЛС_Н} - рабочее значение тока в контрольном режиме.

Подвижная единица находится на питающем конце. По этому режиму определяют мощность источника питания, которая обеспечит гарантированную его работу при длительном нахождении подвижной единицы на питающем конце.

Худшие условия для режимов работы рельсовой цепи.

Для дальнейших расчетов рельсовую цепь представим в виде схемы замещения

Рис. 4. Схема замещения рельсовой линии.

3. Исходные данные

Коэффициенты ДТ на питающем конце:

Коэффициенты ДТ на релейном конце:

Коэффициенты изолирующего трансформатора ПРТ-А с коэффициентом трансформации n=18,3:

Параметры реле ДСШ-13:

U_P = 15e^j72 B; I_Р = 0,037 А; Z_Р = 405е^j72; φ_ПЭ = 72; К_вн = 0,42.

По заданию:

R_П = 0,5 Ом; r_ср = 0,9 Ом; r_И =4 Омкм; l = 1,8 км; γl_кр = 1,13е^j26;

R_К = 200 Ом; m = 0.

Тогда коэффициенты четырёхполюсников питающего и релейного концов будут иметь следующий вид:

Коэффициенты общего четырёхполюсника питающего конца:

Таким образом получили следующие коэффициенты:

Коэффициенты общего четырёхполюсника релейного конца:

Таким образом получили следующие коэффициенты:

4. Расчёт режимов работы

Расчёт нормального режима

Рис. 5. Схема замещения РЦ в нормальном режиме.

 (1/км) - коэффициент распространения.

(Ом.) - волновое сопротивление.

Коэффициенты рельсового четырёхполюсника:

Напряжение и ток в конце рельсовой линии:

В.

А.

Напряжение и ток в начале рельсовой линии:

 В.

А.

Минимальные напряжение и ток ПТ:

В.

А.

Угол расстройки реле:

 - аргумент комплексного напряжения;

 - приведённый идеальный угол реле;

Тогда:

Минимальное приведённое напряжение ПТ:

 В.

Для трансформаторов типа ПРТ-А можно принять  В, отсюда найдём коэффициент трансформации:

Фактический минимальный приведённый ток ПТ:

А.

Мощность, потребляемая рельсовой цепью в нормальном режиме:

В·А.

Коэффициент перегрузки реле:

 Ом.

 Ом.

прямой коэффициент затухания тока четырёхполюсника К.

- обратный коэффициент затухания тока четырёхполюсника Н.

 Ом.

обратное входное сопротивление четырёхполюсника Н.

 Ом.

прямое входное сопротивление четырёхполюсника К.

Тогда:

И в конечном итоге вычислим коэффициент перегрузки реле:

Расчёт режима короткого замыкания

Рис. 6. Схема замещения РЦ в режиме короткого замыкания.

Входное сопротивление короткого замыкания:

 Ом.

Максимальный ток источника:

 А.

Максимальная мощность источника:

 В·А.

Расчёт шунтового режима

Рис. 7. Схема замещения РЦ в шунтовом режиме.

Коэффициент шунтовой чувствительности на релейном конце:

где:

 В.

 - аргумент комплексного сопротивления передачи .

Коэффициенты четырёхполюсника РЛ при наложении нормативного шунта на релейном конце:

 Ом.

 См.

Полное сопротивление передачи при шунте на релейном конце:

 Ом.

При подстановке всех вышеизложенных коэффициентов получим следующее значение сопротивления передачи при шунте на релейном конце:

 Ом. И тогда:

 В.

Тогда коэффициент шунтовой чувствительности на релейном конце будет иметь значение:

Коэффициент шунтовой чувствительности на питающем конце:

где:

 В.

 - аргумент комплексного сопротивления передачи .

Коэффициенты четырёхполюсника РЛ при наложении нормативного шунта на релейном конце:

 Ом.

 См.

Полное сопротивление передачи при шунте на релейном конце:

 Ом.

При подстановке всех вышеизложенных коэффициентов получим следующее значение сопротивления передачи при шунте на релейном конце:

 Ом.

 В.

Тогда коэффициент шунтовой чувствительности на питающем конце будет иметь значение:

Расчёт контрольного режима

Рис. 8. Схема замещения РЦ в контрольном режиме.

Коэффициент чувствительности к повреждённому рельсу:

где:

 В.

 - аргумент комплексного сопротивления передачи .

Для вычисления  предварительно определим:

- коэффициент, учитывающий взаимоиндукцию рельсов,

- коэффициенты четырёхполюсника РЛ при повреждении рельса:

Определив нужные коэффициенты, вычислим , а через него и :

 Ом.

И тогда коэффициент чувствительности к повреждённому рельсу будет иметь следующее значение:

Расчёт режима АЛС

Рис. 9. Схема замещения РЦ в режиме АЛС.

Фактический ток АЛС:

где  - сопротивление передачи цепи для режима АЛС:

Тогда фактический ток АЛС будет равен:

И коэффициент режима АЛС тогда составит:

Выводы по режимам

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы по режимам.

Нормальный режим. Работа рельсовой цепи в нормальном режиме будет осуществляться корректно, поскольку коэффициент перегрузки реле получился больше единицы (К_ПЕР = 1,231). Это значит, что при минимальном фактическом напряжении на источнике питания через путевой приемник будет протекать ток, значение которого превышает ток надежного срабатывания реле, т.е. при худших условиях для работы рельсовой цепи в нормальном режиме реле выдаст информацию, что участок свободен. К_ПЕР не превосходит 1,7, т.е. срок эксплуатации реле не уменьшится вследствие больших механических перегрузок.

Критериями режима КЗ являются I_кз и S_кз. В результате расчетов получены следующие значения: I_кз =  и S_кз = . Значения тока и мощности в режиме КЗ превышают значения тока и мощности в нормальном режиме. Чтобы уменьшить значения тока и мощности в режиме КЗ можно использовать емкостные ограничители.

Шунтовой режим. Критерием надежности шунтового режима является коэффициент шунтовой чувствительности к нормативному шунту (R_Ш = 0,06 Ом), который должен быть больше единицы. В связи с тем, что во всех основных неразветвленных РЦ переменного тока шунтовая чувствительность минимальна на концах РЛ, то в расчетах достаточно проверять шунтовую чувствительность только на питающем и релейном концах. В ходе расчетов были получены следующие значения: коэффициент шунтовой чувствительности на релейном конце 2,3556; коэффициент шунтовой чувствительности на питающем конце 0,71017. Как видно из полученных результатов коэффициент шунтовой чувствительности на релейном конце больше единицы, но в то же время можно заметить что на питающем конце данный коэффициент меньше единицы, следовательно нельзя наверняка сказать о том, что на протяжении всей РЦ коэффициент чувствительности к нормативному шунту также будет больше минимального значения. Следовательно, в шунтовом режиме данная рельсовая цепь не будет должным образом отвечать необходимым требованиям. Для изменения коэффициента шунтовой чувствительности на питающем конце необходимо увеличить аргумент комплексного сопротивления передачи , что в свою очередь приведёт к увеличению напряжения , таким образом мы добьемся нужного нам коэффициента чувствительности коэффициента. Также этого можно добиться уменьшением длины РЦ.

Контрольный режим. РЦ в данном режиме работает нормально, поскольку коэффициент чувствительности к обрыву при худших условиях для режима больше единицы (К_К = 1,50027). То есть, даже при сопротивлении изоляции, равным критическому значению, когда ток через путевой приемник при обрыве рельсовой нити максимален, якорь реле останется не притянутым. А следовательно, в данном режиме рельсовая цепь также будет отвечать необходимым требованиям и надежно выдавать показания о ложной занятости, чем будет сигнализировать о повреждении рельсовой нити.

Режим АЛСН. Критерием надежности в режиме АЛСН является отношение фактического минимального тока в РЛ при наложении нормативного шунта к нормативному току АЛСН, при котором локомотивный приемник работает устойчиво. Это отношение должно быть больше единицы. В результате расчетов было получено значение этого отношения (К_АЛС) равное 1,1779. Это значение превышает единицу. Тогда можно сделать вывод, что в данном режиме рельсовая цепь будет обеспечивать необходимый ток для нормального функционирования локомотивного приемника сигналов АЛС.

Таким образом, данная рельсовая цепь будет отвечать необходимым требованиям эксплуатации в основных режимах. Лишь только в шунтовом режиме необходимо внести изменения в цепь для того, чтобы на питающем конце выполнялось условие надежной работы в шунтовом режиме.

И в заключении можно добавить, что при учёте всех вышеизложенных расчётов, выводов и внесении необходимых изменений данная РЦ будет отвечать основным требованиям эксплуатации даже при самых худших условиях для её работы. Этот факт также позволяет мне утверждать, что, будучи корректно реализованной, предложенная фазочувствительная рельсовая цепь с путевым приёмников ДСШ-13 может быть использована на дорогах ОАО «РЖД» и обеспечит максимальную безопасность для пассажиров и грузов, в передвижении которых она будет участвовать.

Список используемой литературы

1.      Аркатов В.С. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник. - М.: Транспорт, 1992.

.        Аркатов В.С. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание. - М.: Транспорт, 1990.

. Кравцов Ю.А., Нестеров В.Л. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики. - М.: Транспорт, 1996.

. Пельменева Н.А., Кириленко А.Г. Рельсовые цепи для участков с электротягой переменного тока. - Хабаровск: ДВГУПС, 1997.

. Конспект лекций по дисциплине «Системы железнодорожной автоматики и телемеханики».