Трасса - Track circuit

Эта статья об электрическом устройстве, используемом на железных дорогах. Информацию о ипподромах см. гоночная трасса.
Иллюстрация рельсовой цепи, изобретенной Уильямом Робинсоном в 1872 году.

А рельсовая цепь это простое электрическое устройство, используемое для обнаружения наличия или отсутствия тренироваться на железнодорожные пути, используется для информирования сигнальщиков и управления соответствующими сигналами.

Принципы и работа

Основной принцип рельсовой цепи заключается в соединении двух рельсов колесами и осью локомотивы и подвижной состав закоротить электрическую цепь. Эта цепь контролируется электрооборудованием на предмет отсутствия поездов. Поскольку это устройство безопасности, безотказный операция имеет решающее значение; поэтому схема предназначена для индикации наличия поезда при возникновении сбоев. С другой стороны, ложные показания занятости нарушают работу железных дорог и должны быть сведены к минимуму.

Рельсовые цепи позволяют железнодорожная сигнализация системы работают в полуавтоматическом режиме, отображая сигналы для поездов замедлить или остановиться при наличии перед ними занятых путей. Они помогают предотвратить диспетчеры и операторы от причинения аварий, как путем информирования их о занятости пути, так и путем предотвращения сигналов от отображения небезопасных указаний.

Базовая схема

Схема рельсовой цепи для незанятого блока
(последовательный резистор рядом с батареей не показан)
Схематический чертеж занятой рельсовой цепи
(последовательный резистор рядом с батареей не показан)

В рельсовой цепи обычно подается питание на каждый рельс и реле катушка, проложенная через них. Когда поезда нет, реле приводится в действие током, протекающим от источника питания по рельсам. Когда поезд находится, его оси короткие (шунт ) рельсы вместе; ток в катушке реле трека падает, и она обесточивается. Таким образом, цепи через контакты реле сообщают, занята ли дорожка.

Каждая цепь определяет определенный участок пути, например блокировать. Эти секции разделены изолированными суставы, обычно в обоих рельсах. Чтобы предотвратить ложное питание одной цепи другой в случае нарушения изоляции, электрическая полярность обычно меняется от раздела к разделу. Цепи питаются от низкого напряжения (от 1,5 до 12 В постоянного тока). Реле и источник питания прикреплены к противоположным концам секции, чтобы предотвратить повреждение рельсов от электрической изоляции части пути от цепи. Серия резистор ограничивает ток при коротком замыкании рельсовой цепи.

Схемы под электрификацию

В некоторых электрификация железных дорог В схемах одна или обе ходовые шины используются для передачи обратного тока. Это предотвращает использование основной рельсовой цепи постоянного тока, поскольку тяга токи подавляют очень малые токи рельсовой цепи.

Если тяга постоянного тока используется на бегущей линии или на рельсах в непосредственной близости, то рельсовые цепи постоянного тока не могут использоваться; аналогично, если используется электрификация переменного тока 50 Гц, то нельзя использовать рельсовые цепи переменного тока 50 Гц.

Для этого в рельсовых цепях переменного тока используются переменный ток сигналы вместо постоянный ток (DC), но обычно частота переменного тока находится в диапазоне звуковые частоты, от 91 Гц до 10 кГц. Реле предназначены для определения выбранной частоты и игнорирования сигналов частоты тягового усилия постоянного и переменного тока. Опять же, принципы отказоустойчивости диктуют, что ретранслятор интерпретирует наличие сигнала как незанятый путь, тогда как отсутствие сигнала указывает на присутствие поезда. Сигнал переменного тока может быть закодирован, а локомотивы оснащены индуктивными датчиками для создания сигнализация кабины система.

Существует два общих подхода к обеспечению непрерывного пути тягового тока, который охватывает несколько блоков рельсовых цепей. Самый простой метод заключается в установке изолированных стыков рельсовой цепи только на одной из двух рельсов, причем вторая является путем для обратного тока и заземлением для рельса рельсовой цепи. Недостаток этого метода состоит в том, что он может обнаруживать обрывы только в одной направляющей, поэтому более популярная двухрельсовая система использует сопротивление связи, чтобы позволить тяговому току проходить между изолированными блоками рельсовой цепи, блокируя ток на частотах рельсовой цепи.

Цепи переменного тока иногда используются в областях, где возникают паразитные токи, которые мешают рельсовым цепям постоянного тока.

В некоторых странах рельсовые цепи постоянного тока, устойчивые к переменному току, используются на электрифицированных линиях переменного тока. Это преобладающий метод рельсового подключения на воздушных электрифицированных участках железнодорожной сети Великобритании. Один метод обеспечивает подачу 5 В постоянного тока на рельсы, одна из которых является возвратной тягой, а другая - сигнальной. Когда реле находится под напряжением и прикреплено к дорожке, нормальное напряжение составляет 5 В постоянного тока. Когда в цепи есть разрыв и нет поезда, напряжение повышается до 9 В постоянного тока, что является очень хорошим средством для поиска неисправностей. Эта система отфильтровывает наведенное в рельсах напряжение от воздушных линий. Эти рельсовые цепи ограничены по длине примерно до 300 м.

Бесстыковые рельсовые цепи

Современный трек часто непрерывно сваренный, стыки, свариваемые при установке. Это дает много преимуществ всем, кроме сигнальной системы, у которой больше нет естественных разрывов в рельсе для формирования секций блока. Единственный метод формирования дискретных блоков в этом сценарии - использовать разные звуковые частоты (AF) в каждой секции блока. Чтобы аудиосигнал из одной секции не попал в соседнюю секцию, пары простых настроенные схемы соединяются поперек рельсов на границе раздела. Настроенная схема часто включает схему для подачи переданного сигнала на дорожку или восстановления принятого сигнала с другого конца секции.

Рассмотрим железную дорогу с двумя блочными участками, как на схеме. В секции 1 частота A вводится на левом конце и принимается на правом конце. Участок 2 продолжается от правого конца участка 1, где частота B вводится, а затем принимается в правом конце участка 2.

Железнодорожный путь с двумя блочными участками

Часто существует разрыв между тем, где принимается частота A, и вводимой частотой B. Это называется «настроенной зоной» и представляет собой участок трека, где амплитуда частоты A уменьшается в направлении участка 2, а амплитуда частоты B уменьшается в направлении участка 1. Настроенная зона может быть порядка 20 м в длину.

Преимущества бесшовных рельсовых цепей:

  • Устраняет изоляционные блочные соединения, компонент, подверженный механическим повреждениям (как изоляции, так и из-за приложения напряжения к прилегающим рельсам) и обслуживания.
  • В электрифицированных регионах для бесстыковых рельсовых цепей требуется меньше импедансных соединений, чем для любых других рельсовых рельсовых цепей с обратным тяговым усилием.

Недостатки бесшовных рельсовых цепей:

  • Ограничения на размещение импедансных соединений, следовательно, любых соединений для целей электрификации в настроенных зонах или рядом с ними, так как это может нарушить свойства фильтра настроенной зоны.
  • Электронные схемы более уязвимы для ударов молнии.

CSEE UM71

CSEE (сейчас Ансальдо СТС ) UM71 - еще один вид бесстыковой рельсовой цепи. Он использует 1700 Гц и 2300 Гц на одной дорожке и 2000 Гц и 2600 Гц на другой.[1] Чтобы уменьшить вероятность возникновения паразитных токов, вызывающих сбой с неправильной стороны частота модуляции вычисляется путем деления базовой частоты на 128. Различные скорости модуляции могут быть обнаружены оборудованием в поездах и использованы для УВД, пока передающий конец (Tx) находится в передней части поезда.

В TI21 и Вестингауз FS2500 бесстыковые рельсовые цепи аналогичны УМ71.

Блок сбора данных

Блок сбора данных CSEE; конец вид

Рельсовая цепь без стыков, такая как CSEE, может быть разделена блок сбора данных (DPU), что дешевле, чем разделение его на две рельсовые цепи. DPU избавляет от необходимости изменять частоту целого ряда рельсовых цепей в каскаде. DPU состоит из настроенной катушки, которая определяет наличие или отсутствие тока в соседней шине и соответственно срабатывает или отключает реле. Одно из применений DPU - это схемы синхронизации. Каждая частота рельсовой цепи имеет собственный DPU, настроенный на эту частоту. DPU могут быть расположены практически где угодно; они преодолевают ограничение, заключающееся в минимальной длине бесшовных гусениц.

Кодированные рельсовые цепи постоянного тока

В неэлектрифицированных районах могут использоваться рельсовые цепи с кодированием постоянного тока. Они модулируют ток, идущий от конца источника питания к концу реле, и управляют сигналами и сигналами кабины без использования линейных проводов. Модулированные токи могут быть обнаружены оборудованием, подключенным к дорожке, для предоставления информации сигнализации и индикации для правильной активации. сигнализация кабины если доступно.[2] Они могут перекрываться системами прогнозирования для управления железнодорожными переездами.[3]

Марки кодированных рельсовых цепей включают:

Вырезать треки

Если длина секции превышает практическую длину рельсовой цепи, могут быть предусмотрены обрезанные рельсовые пути. В случае обрезанной дорожки реле последней дорожки отключает питание от источника питания второй последней дорожки и так далее. Обрезанные дорожки подходят только для однонаправленных дорожек.

Цепи пути с загрязнением балласта будут короче, чем цепи с хорошим балластом, поэтому потребуется больше отрезанных путей.

Трассы высокого напряжения

Одна распространенная марка цепи высоковольтной импульсной дорожки (HVIT) производится Jeumont-Schneider. Высокое напряжение проникает сквозь ржавчину и другие проблемы.

HVIT поочередно передает два импульса: узкий положительный импульс примерно при 100 В постоянного тока и более широкий отрицательный примерно при 30 В постоянного тока. Энергия двух импульсов одинакова. На стороне приемника RC-цепь объединяет два импульса, которые должны иметь правильные пропорции, чтобы реле могло улавливать их. Цепи R-C проверяют правильность фазы положительных и отрицательных импульсов. Два импульса работают с частотой около 1 Гц.

Схема будет работать на электрифицированных линиях переменного и постоянного тока с дополнительным оборудованием.

Одиночный рельс и двойной рельс

В неэлектрифицированных районах изолированные блочные соединения идут парами, по одному на каждой направляющей.

В электрифицированных районах необходимо обходное решение, чтобы позволить тяговому току порядка тысяч ампер вернуться на подстанцию. Это может быть достигнуто за счет отсутствия изолированных стыков блоков на одном из рельсов, называемом обратным рельсом.

Если обе рельсы необходимы для передачи большого тягового обратного тока, то в обоих рельсах предусмотрены изолированные блочные соединения, а также предусмотрены соединения с полным сопротивлением для передачи тягового тока по изолированным соединениям. Связи с полным сопротивлением представляют собой катушки с центральным отводом, которые обеспечивают низкое сопротивление тяговому току при частоте, скажем, 50 Гц, а также высокое сопротивление сигнальному току при частоте, скажем, 1,7 кГц.

Режимы отказа и предотвращение

Колеса и тормоза

Железнодорожные колеса изготовлены из стали и обеспечивают хорошее короткое замыкание с рельса на рельс (шунтирующее сопротивление).

Более длинные поезда с большим количеством колес имеют лучшую проводимость. Короткие поезда или одиночные двигатели могут быть проблемой. Поезда с одиночным Бадд Railmotor, которые также легкие и с дисковыми тормозами, имели некоторые проблемы при остановке, и им приходилось делать двойную остановку, чтобы обеспечить хороший контакт с рельсами.[нужна цитата ]

Чугунные тормозные колодки, как правило, очищают колеса от непроводящего мусора (например, листьев и тяговых составов на основе песка), в то время как дисковые тормоза не. В результате на некоторых транспортных средствах с дисковым тормозом есть «скрубберные подушки», очищающие колеса, чтобы помочь в правильной работе рельсовой цепи.[нужна цитата ]

Реле

Трековая цепь реле, называемые специалистами по обслуживанию сигналов «жизненно важными реле», специально разработаны для уменьшения вероятности ошибочные неудачи. Они могут, например, иметь контакты из углеродного серебра, чтобы снизить вероятность отключения неправильных контактов при сварке после скачков напряжения и ударов молнии.

Сбои в цепи

Схема спроектирована таким образом, что подавляющее большинство отказов вызывает индикацию «занята дорожка» (известная как отказ «правой стороны» в Великобритании). Например:

  • Обрыв рельса или провода разорвет цепь между источником питания и реле, обесточив реле. См. Исключение ниже.
  • Сбой в источнике питания отключит реле.
  • Короткое замыкание на рельсах или между смежными участками пути обесточит реле.

С другой стороны, режимы отказа, которые не позволяют цепи обнаруживать поезда (известные как Неудача "изнанки" в Великобритании) возможны. Примеры включают:

  • Механический отказ реле, в результате чего реле застревает в положении «дорожка свободна», даже когда дорожка занята.
    • Один футляр из плексигласа покоробился от жары и коснулся контактов реле, удерживая их.
    • Другое реле увидел, что металлическая шайба соскользнула и защемила контакты реле; полушайбы пришлось заменить на полукруглые.
  • Условия, при которых колеса частично или полностью изолируются от рельсов, например ржавчина, песок или сухие листья на рельсах. Это также известно как «плохое шунтирование» («отказ шунтирования» в Северной Америке и Австралии). Шлифовальная шестерня, которая работает на всех колесах движущейся фары, может временно изолировать ее от рельсов до тех пор, пока шлифовка не прекратится и локомотив не двинется дальше по рельсам.
  • Условия в гусеничное полотно (земляное полотно) которые создают паразитные электрические сигналы, такие как грязный балласт (который может вызвать "эффект батареи") или паразитные электрические токи от близлежащих линий электропередачи.
  • Паразитные колебания в оборудовании, управляющем рельсовыми цепями.[4]
  • Оборудование, которое недостаточно тяжелое, чтобы обеспечить хороший электрический контакт (отказ шунта), или колеса которого должны быть электрически изолированы.
  • Обрыв рельса между изолированным стыком рельсов и питающей проводкой рельсовой цепи не будет обнаружен.

Режимы отказа, которые приводят к неправильному сигналу «освобождение пути» (обычно известному в США как «ложное освобождение»), могут позволить поезду войти в занятый блок, создавая риск столкновения. Колесные весы и короткие поезда также могут быть проблемой. Они также могут привести к тому, что системы предупреждения на переезде не сработают. Вот почему в практике Великобритании педаль также используется в схемотехнике.

Для реагирования на такие отказы используются разные средства. Например, реле имеют очень высокий уровень надежности. В областях с электрическими проблемами могут использоваться различные типы рельсовых цепей, которые менее восприимчивы к помехам. Скорость может быть ограничена, когда и где опавшие листья являются проблемой. На движение может быть наложено эмбарго, чтобы пропустить оборудование, которое ненадежно переключает рельсы.

Возможен саботаж. в 1995 Крушение Пало Верде диверсанты электрически соединили участки рельсов, которые они переместили, чтобы скрыть разрывы в рельсах, которые они сделали. Таким образом, рельсовая цепь не обнаружила обрывов, и машинисту двигателя не было дано сообщение «Стоп». Другая форма саботажа, не предназначенная для того, чтобы вызвать аварию поезда, а просто заставить поезда останавливаться и замедляться без необходимости в попытке подорвать экономику или потенциальные травмы, заключается в привязке провода между двумя рельсами, вызывающем ложный сигнал препятствия.[5][6]

Загрязнение головки рельсов и ржавчина

Рельсовая цепь зависит от надлежащего электрического контакта между рельсом и колесом; Загрязнение может изолировать одно от другого. Распространенной проблемой являются опавшие листья, хотя были случаи, когда раздавленные насекомые также вызывали ошибки обнаружения.[7]

Более стойкая проблема - ржавчина. Обычно головку рельса очищают от ржавчины за счет регулярного проезда колес поездов. Линии, которые не используются регулярно, могут настолько заржаветь, что не смогут обнаружить транспортные средства; редко используемые острия и переходы, а также концы линий конечных платформ также подвержены коррозии. Меры по преодолению этого включают:

  • Барные стойки или же педали для обнаружения транспортных средств;
  • Нержавеющая сталь полоски (часто зигзагообразной формы), приваренные к головкам рельсов;
  • Импульс высокого напряжения рельсовые цепи;
  • Ассистент цепи трека (TCA) - смонтированная на поезде система, которая снижает сопротивление слоя ржавчины;
  • Счетчики осей над пораженным участком; и / или
  • Туннельные палки при этом рельсовая цепь не может принимать участие, если поезд не обнаружен в следующей рельсовой цепи.

Шкала

Изолированные блочные соединения могут быть перекрыты колесной шкалой в некоторых случаях, вызывая выход из строя одной или двух рельсовых цепей. Эта проблема может быть уменьшена путем установки пары соединительных блоков последовательно на расстоянии примерно 4 м друг от друга. Короткая 4-метровая секция сама по себе не будет рельсовой.[8]

Иммунизация

Электровозы не должны создавать шума на частотах, используемых в рельсовых цепях. В SNCB Класс 13 были такие проблемы.

Временные проблемы

Короткий, легкий и скоростной поезд, проезжающий через изолированное блочное соединение, может исчезнуть с выезжающей рельсовой цепи до того, как он появится в рельсовой цепи прибывающего, что позволяет подавать ложные четкие сигналы. Эту проблему можно решить, введя временную задержку, скажем, на 1-2 секунды в схему отходящих путей. Электронные рельсовые цепи, такие как CSEE, могут легко включать такую ​​временную задержку.

Сайдинг стрелочный

Иногда удобно подключить детекторы набора точек через рельсовую цепь над этими точками. Это можно сделать одним из двух способов:

  • Контакт детектора точек может шунтировать рельсовую цепь, когда точки перевернуты, переводя сигналы в красный цвет, однако это не является отказоустойчивым.
  • Рельсовая цепь может быть разделена дополнительными блочными соединениями, и детекторы в точках замыкают рельсовую цепь, когда точки в норме и сигнал имеет право на получение зеленого света. Это частично безотказно.
  • На стрелке может быть установлено второе реле, контакты которого соединены последовательно с главным реле. Это надежно, но дорого.[сомнительный – обсуждать]

Зажимы для управления трековой цепью

Простое средство обеспечения безопасности, которое есть во всех тяжелых поездах Великобритании, - это зажим управления рельсовой цепи (TCOC).[9] Это отрезок провода, соединяющий два металлических пружинных зажима, которые крепятся к направляющей. В случае аварии или препятствия клипса, прикрепленная к обеим рельсам, укажет, что эта линия занята, создавая опасность для этого участка.

Аварийная защита процедура[9] в Великобритании требует, чтобы TCOC были размещены на всех затронутых бегущих линиях, если контакт не может быть установлен немедленно с сигнальщиком после аварии, когда соседние линии заблокированы.

TCOC неэффективны, если обнаружение поездов осуществляется не с помощью рельсовых цепей, таких как счетчики осей или же педали.

История

Первое использование рельсовой цепи было Уильям Роберт Сайкс на коротком отрезке пути Лондонская железная дорога Чатем и Дувр в Брикстоне в 1864 году.[10] Отказоустойчивая путевая цепь была изобретена в 1872 г. Уильям Робинсон, американский инженер-электрик и механик. Его введение надежного метода определения занятости блока стало ключом к разработке систем автоматической сигнализации, которые сейчас используются почти повсеместно.[11]:3ff

Первые железнодорожные сигналы управлялись вручную сигнальные торги или агенты станции. Когда изменять аспект сигнала, часто оставалось на усмотрение оператора. Человеческая ошибка или невнимательность иногда приводили к неправильной сигнализации и столкновениям поездов.

Введение телеграф в середине девятнадцатого века показали, что информация может передаваться электрически на значительные расстояния, что стимулировало исследования методов электрического управления железнодорожными сигналами. Хотя несколько систем были разработаны до Робинсона, ни одна из них не могла автоматически реагировать на движения поездов.

Робинсон впервые продемонстрировал полностью автоматическую железнодорожную систему сигнализации в виде модели в 1870 году. Полноразмерная версия была впоследствии установлена ​​на Железная дорога Филадельфии и Эри в Ладлоу, Пенсильвания (он же Кинзуа, Пенсильвания), где это оказалось практичным. Его конструкция состояла из дисков с электроприводом, расположенных на небольших сигнальных хижинах у рельсов, и была основана на открытой рельсовой цепи. Когда в блоке не было поезда, сигнал не подавался, что указывало на свободный путь.[11]:4

Неотъемлемой слабостью этой схемы было то, что она могла выйти из строя в небезопасном состоянии. Например, обрыв провода в рельсовой цепи может ложно указывать на то, что в блоке нет поезда, даже если он есть. Осознавая это, Робинсон разработал описанную выше рельсовую цепь с замкнутым контуром и в 1872 году установил ее вместо предыдущей. Результатом стала полностью автоматическая отказоустойчивая система сигнализации, которая стала прототипом для последующей разработки.[11]:6–9

Хотя Великобритания была пионером в использовании сигналов, управляющих поездами, она не спешила принять конструкцию Робинсона. В то время у многих вагонов железных дорог Великобритании были деревянные оси и / или колеса с деревянными ступицами, что делало их несовместимыми с рельсовыми цепями.

Несчастные случаи

Вызвано отсутствием рельсовых цепей

Благодаря рельсовым цепям можно было бы предотвратить множество аварий, в том числе:

Вызвано отказом рельсовой цепи

Гораздо реже аварии происходят из-за выхода из строя самих рельсовых цепей. Например:

Сломанные рельсы

Поскольку рельсовые цепи работают, пропуская ток через один или оба пути, они иногда могут обнаружить, что рельс полностью сломан. Однако, если перерыв только частичный или находится на выезде (наборе точек), обнаружение может оказаться невозможным.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Цепи бесшовных гусениц CSEE UM71 AF - установка, испытание и сертификация SES 06" (PDF). Австралийская компания Rail Track Corporation Ltd. Получено 13 апреля 2012.
  2. ^ "Кодированные трековые цепи Microtrax ESM-07-03" (PDF). Австралийская компания Rail Track Corporation Limited. Получено 13 апреля 2012.
  3. ^ Каллендер, Эрл. «Приложение Microtrax для Национальной железнодорожной корпорации на северной береговой линии SRA-NSW». Union Switch и сигнал. Получено 13 апреля 2012.
  4. ^ а б Национальный совет по безопасности на транспорте (NTSB), Вашингтон, округ Колумбия (2009-09-22). «Рекомендации по безопасности Р-09-15 и Р-09-16». Письмо Деборы А.П. Херсман, председателя NTSB, Джону Б. Кэйтоу младшему, генеральному директору Управления транзита столичной зоны Вашингтона.
  5. ^ Эзра Левант, Источник, Sun News Network, "Summer Of Terror" «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2013-12-04. Получено 2013-07-12.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  6. ^ Новости анархистов, Южный Онтарио: Саботаж на железнодорожном транспорте солидарности CN 15.01.2013 - 12:53 - Аноним (не проверено)«Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2013-09-12. Получено 2013-07-12.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  7. ^ Джесс, Эллисон (11 мая 2009 г.). "Многоножка хаос". ABC Goulburn Valley. Получено 2012-10-22.
  8. ^ Rail Corporation Новый Южный Уэльс, Хеймаркет Новый Южный Уэльс, Австралия (2012). «ESC 220: Рельс и железнодорожные соединения».. Технический стандарт. Версия 4.7.
  9. ^ а б RSSB (2012-12-02). Книга правил железной дороги. Модуль M: Действия в случае аварии или эвакуации поезда, Аварийная защита. п. Раздел 2. GERT8000.
  10. ^ Маршалл, Джон (1978). Биографический словарь инженеров железнодорожного транспорта. Ньютон Эббот, Оксфорд: Дэвид и Чарльз. п. 162. ISBN  0-7153-7489-3.
  11. ^ а б c Американская железнодорожная ассоциация (ARA) (1922). Изобретение трековой цепи. Нью-Йорк: ARA.