УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ О НАЛИЧИИ АСИММЕТРИИ ТЯГОВОГО ТОКА В РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЯХ
DEVICE FOR SIGNALISATION OF TRACTION CURRENT ASYMMETRY PRESENCE IN RAIL CIRCUITS

Изобретение относится к сигнальным устройствам или устройствам вызова, а именно к сигнализации, реагирующей на незаданные заранее, нежелаемые или ненормальные условия.
Известно устройство для измерения асимметрии тягового тока, например, клещи Дитцо типа Ц-90 (Дмитренко И.Е. и др. Измерения в устройствах автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте. - Транспорт, 1975. - С.216)
Недостатком измерения асимметрии тягового тока с помощью клещей Дитцо является возможность их работы только при электротяге постоянного тока.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является (SU 652015, МПК B61L 25/08 / В.В.Винник. Устройство Винника для измерения асимметрии переменного тягового тока в рельсовых цепях. - Опубл. 15.03.79. Бюл. №10), содержащее приемные катушки, диоды, измерительный прибор, реле направления, подключенные к источнику питания через переключатель направления движения.
Недостатком данного устройства является сложность технической реализации, возможность работы только при электротяге переменного тока, низкая точность в определении асимметрии тягового тока из-за боковых перемещений и наклонов локомотива во время движения.
Цель изобретения - возможность сигнализации о наличии в рельсовых цепях асимметрии как постоянного, так и переменного тягового тока, непрерывный контроль за асимметрией.
Цель достигается применением в предлагаемом устройстве датчиков Холла компенсационного типа и введением их в дроссель-трансформатор.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство содержит два датчика Холла компенсационного типа, установленные в дроссель-трансформаторе и включенные встречно друг с другом, компаратор с двумя входами, установленный на посту электрической централизации в релейном помещении, причем один из его входов соединен кабельной линией с датчиками Холла, а на другой вход компаратора подают опорное напряжение, соответствующее допустимому уровню асимметрии тягового тока в рельсовых цепях, сигнализирующее устройство в виде светодиода, подключенного к выходу компаратора, которое размещено на специальной панели в помещении дежурного по станции, при этом на данной панели размещено количество светодиодов, соответствующее количеству рельсовых цепей на станции.
На фиг.1 представлена схема устройства сигнализации о наличии асимметрии тягового тока в рельсовых цепях, включающего дроссель-трансформатор 1, состоящий из основной обмотки 2, дополнительной обмотки 3, сердечника 4, перемычки 5, соединяющей средние точки дроссель-трансформаторов, двух датчиков Холла компенсационного типа 6, компаратора 7, состоящего из двух резисторов 8, стабилитрона 9, диода 10, операционного усилителя 11, светодиода 12.
На фиг.2 представлена схема пропуска тягового тока по рельсовым цепям, включающая рельсовые нити 13, изолирующие стыки 14 и дроссель-трансформатор 1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
T1
T2
T1
T2
T1
T2
Как известно, в двухниточных рельсовых цепях тяговый ток проходит по обеим рельсовым нитям в одном направлении. Часть тягового тока I, протекая по одному из рельсов, попадает в одну полуобмотку дроссель-трансформатора 1, другая часть тока I протекает через вторую полуобмотку дроссель-трансформатора 1. Затем суммарный ток I+I через перемычку 5 поступает в среднюю точку основной обмотки смежного дроссель-трансформатора 1, где, разделяясь на две части, протекает по рельсовым нитям 13 соседней рельсовой цепи. Потоки, создаваемые токами, протекающими в полуобмотках, направлены в разные стороны, поэтому при I=I разностный поток в сердечнике 4 дроссель-трансформатора 1 равен нулю.
В большинстве случаев сопротивления рельсовых нитей в пределах рельсовых цепей не равны между собой. Это обуславливается многими факторами: разностью длин перемычек, соединяющих дроссель-трансформатор 1 с рельсовыми нитями 13, и переходных сопротивлений в местах их крепления к рельсам, нестабильностью сопротивлений стыковых токопроводящих соединителей или вообще их отсутствием, присоединением металлических опор контактной сети и других металлических конструкций (на схеме не приведены), расположенных вблизи пути к одному из рельсов. Асимметрия тягового тока также в значительной степени зависит от асимметрии сопротивления рельсовых нитей по отношению к земле, причем наибольшая неравномерность появляется при высоком сопротивлении балласта в зимнее время, когда при низком сопротивлении изоляции заземленной нити другая нить может иметь высокое сопротивление изоляции от 30 до 50 Ом·км (Аркатов B.C., Кравцов Ю.А., Степенский Б.М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание. М.: Транспорт, 1990.
Режимы работы рельсовой цепи обеспечиваются при определенных значениях входных сопротивлений питающего и релейного концов и при стабильности этих значений. Сопротивления концов рельсовой цепи определяются, в том числе, и параметрами путевых дроссель-трансформаторов 1, которые в условиях эксплуатации должны быть стабильными. Проход тягового тока через дроссель-трансформаторы 1 в обход изолирующих стыков и симметричное распределение тягового тока по рельсовой линии или в рамках допустимой асимметрии на режимы работы рельсовой цепи не влияют. Постоянство параметров дроссель-трансформатора 1 при электротяге постоянного тока достигается наличием воздушного зазора сердечника 4.
Из-за значительного поперечного сечения основная обмотка 2 дроссель-трансформатора 1 представляет для постоянного тягового тока ничтожно малое сопротивление и, будучи расположена на массивном железном сердечнике 4, оказывает переменному сигнальному току рельсовой цепи относительно большое индуктивное сопротивление. Это сопротивление может резко уменьшаться при неравномерном распределении тяговых токов в рельсовых нитях 13.
При равенстве тяговых токов в обеих полуобмотках дроссель-трансформатора 1 сердечник 4 не намагничивается, поскольку суммарный магнитный поток равен нулю из-за встречного протекания токов.
При неравномерном распределении токов одна из полуобмоток основной обмотки 2 дроссель-трансформатора 1 вызывает преобладание намагничивающего постоянного поля и намагничивание сердечника 4. В результате этого снижается индуктивность дроссель-трансформатора 1, и его сопротивление переменному току уменьшается, что ведет к изменению сопротивления по концам рельсовой цепи и, как следствие, к обесточиванию путевого реле, то есть ложной занятости рельсовой цепи. Практика показывает, что наиболее подвержены к асимметрии короткие станционные рельсовые цепи.
Для оценки разности значений тягового тока применяется коэффициент асимметрии, %
T1
где I - часть тягового тока, протекающего по одной из полуобмоток;
T2
I - часть тягового тока, протекающего по другой из полуобмотке.
При электротяге постоянного тока коэффициент не должен превышать 6%, а при электротяге переменного тока - 4-х%.
В предлагаемом устройстве над каждой полуобмоткой дроссель-трансформатора 1 устанавливаются датчики Холла 6, включенные встречно. Принцип их работы следующий: линейные датчики Холла могут быть использованы в составе измерителей силы тока в пределах от 250 мА до тысяч ампер. Компенсационные датчики тока позволяют бесконтактным способом измерять постоянный, переменный и импульсный токи в диапазонах ±5…±1200 А. К примеру, датчик с катушкой в 1000 витков формирует выходной ток в 1 мА на 1 А измеряемого тока. Токовый выход конвертируется в вольтовый при помощи внешнего резистора, рекомендованные значения которого всегда приводятся в технической документации на датчик. Дополнительная регулировка чувствительности производится путем увеличения числа витков проводника вокруг кольца магнитопровода датчика или установкой перемычек, задающих число витков внутренней компенсационной катушки датчика (например, в моделях CSNE151, CSNE381) (Агейкин Д.И. Датчики контроля и регулирования: Справ. Материалы / Д.И.Агейкин, Е.Н.Костина, Н.Н.Кузнецова. - 2-е из., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1965).
вх
оп
вx
оп
Важнейшим достоинством таких датчиков является полное отсутствие электрической связи с измеряемой цепью. Линейные датчики позволяют измерять постоянные и переменные токи, в том числе токи довольно высокой частоты. Если линейный датчик Холла 6 расположен вблизи проводника с током, то выходное напряжение датчика пропорционально индукции магнитного поля, окружающего проводник. Величина индукции, в свою очередь, пропорциональна току. Говоря иначе, с появлением асимметрии тягового тока в рельсовой цепи на выходе встречно соединенных датчиков Холла 6 появится напряжение (U), пропорциональное току асимметрии, которое будет подаваться на инверсный вход компаратора 7, на другой вход компаратора подается опорное напряжение U, соответствующее допустимому уровню асимметрии тягового тока. Если U будет равным U или превысит его значение, то на выходе компаратора 7 появится напряжение, от которого загорится светодиод 12, сигнализирующий об асимметрии тягового тока. Для каждой рельсовой цепи на станции устанавливается свой светодиод, которые выносятся на отдельную панель на пульте дежурного по станции, если речь идет о станционных рельсовых цепях. Если применять это устройство в перегонных рельсовых цепях, то светодиоды для информации об асимметрии тягового тока можно включать в линию диспетчерского контроля.
Асимметрия, как правило, бывает кратковременной и может привести к ложной занятости, приводящий к задержкам в движении или нештатным ситуациям.
Таким образом, предлагаемое устройство сигнализации о наличии асимметрии тягового тока в рельсовых цепях позволяет непрерывно контролировать появление в рельсовых цепях асимметрии как постоянного, так и переменного тягового тока, сигнализировать о ее появлении в превышающих норму значениях, сократить время на поиск отказа и устранить его в кратчайшие сроки, установить причину ложной занятости рельсовой цепи.