Расчёт работоспособности фазочувствительной рельсовой цепи при пониженном сопротивлении изоляции

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«ИРКУТСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ»

 

ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

филиал государственного образовательного учреждения высшего  профессионального образования  «Иркутский государственный университет  путей сообщения» в г.Чите

(ЗабИЖТ ИрГУПС)

 

 

 

 

 

 

Очный факультет

Кафедра «Электроснабжение»

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Дисциплина: АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА НА ПЕРЕГОНАХ

 

 

Тема: «РАСЧЁТ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ ПРИ ПОНИЖЕННОМ СОПРОТИВЛЕНИИ ИЗОЛЯЦИИ»

 

 

Специальность: 190402.65  «Автоматика, телемеханика и связь

на железнодорожном транспорте»

 

 

 

 

 

ВЫПОЛНИЛ	ПРОВЕРИЛ
Студент гр.-41	к.т.н, доцент
Корякина А.С.	Комогорцев М.Г
«__»__________ 2012 г	«__»__________ 2012 г

 

 

 

 

 

Чита – 2012

Содержание.

Введение.…………………………..………………………………………….…...3

1.Общие сведения…………………………………………………………………5

2.Исходные данные для расчета фазочувствительной рельсовой цепи частотой 25 Гц при электротяге переменного тока……………………………..8

3.Общая схема замещения фазочувствительной рельсовой цепи частотой 25 Гц с реле ДСШ…………………………………………………………………….9

4.Расчет нормального режима……………………………………………..……11

5.Расчет шунтового режима……………………………………………….……17

6.Расчет контрольного режима…………………………………………………20

7.Расчет режима АЛС………………………………………………………...….22

8.Расчет режима короткого замыкания………………………………………...24

9.Список литературы…………………………………………………….………26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Для фиксации наличия или отсутствия подвижных  единиц на участках пути, а также  контроля целостности рельсовых  нитей используются рельсовые цепи (РЦ). Первый патент на их изобретение  принадлежал Вильяму Робинзону, предложившему в 1867 г. использовать ходовые рельсы в качестве проводников электрического тока и создавшему специальную конструкцию путевого приемника. Первая рельсовая цепь получила название нормально разомкнутой, имела ряд недостатков, основным из которых было отсутствие контроля целостности и исправности рельсовой линии. После дополнительной проработки Робинзон в 1872 г. предложил более совершенную нормально замкнутую рельсовую цепь. Организация электрической цепи невозможна без электрической изоляции ее проводников друг от друга. Эту роль выполняют земляное полотно, балласт и шпалы.

Рельсовые цепи были и остаются самым малонадежным элементом железнодорожной автоматики и телемеханики, приносящим более 50% отказов в работе этих устройств. Большое число отказов в работе РЦ определяется подверженностью отрицательного влияния на устойчивость их работы, меняющегося в широких пределах сопротивления изоляции, возникающих  переходных сопротивлений в местах скреплений рельсов между собой и подсоединения к правому ходовому рельсу цепей заземления опор контактной сети и других сооружений, находящихся вблизи железнодорожного пути. Альтернативой применения РЦ являются системы контроля участков пути методом счета осей, однако эти системы не могут контролировать целостность рельсового пути, а также обеспечение необходимых интервалов между движущимися поездами с помощью спутниковой навигации и системы автоматической локомотивной сигнализации с использованием цифрового радиоканала, однако работы в этом направлении относительно недавно начаты. Поэтому конструкция аппаратуры рельсовых цепей и верхнего строения пути, а также методы защиты передаваемой по рельсовым линиям информации непрерывно

совершенствуются, в частности, за счет применения модифицированных кодов Бауэра и фазоразностной манипуляции. На сегодняшний день наиболее перспективными являются рельсовые цепи тональной частоты без изолирующих стыков для перегонов с централизованным размещением оборудования и для станций с использованием изолирующих стыков. Данный тип РЦ хорошо защищен от влияния тяговых токов асимметрии, но микроэлектронная база путевых приемников и генераторов, применяемых в этих РЦ, часто выходит из строя из-за влияния грозовых перенапряжений.    

Общие сведения.

Фазочувствительные рельсовые цепи применяются на станциях с путевым приемником типа ДСШ-16 (рис.1) или перегонах, оборудованных усовершенствованной самопроверяемой модернизированной автоблокировкой с путевым приемником типа ДСШ-15.

Сопротивление проводов между ДТ и ИТ на релейном конце должно быть не более 0,5 Ом. Сопротивление между изолирующим трансформатором и путевым реле не должно превышать 150 Ом, при этом предельная длина кабеля между путевым реле и ИТ без дублирования жил составляет 3 км.

Резистор  R0=2,2 Ом обеспечивает необходимое значение входного сопротивления аппаратуры питающего конца по условиям шунтового режима, а также ограничение мощности при нахождении поездного шунта в месте подключения этой аппаратуры к рельсовой линии.

Для защиты аппаратуры РЦ от коммутационных перенапряжений, вызываемых короткими замыканиями в контактной сети переменного тока, или грозовых перенапряжений, возникающих в летний период в рельсовой линии, служат разрядники вентильные низковольтные штепсельные (FV) типа РВНШ-250 с пробивным напряжением 850±150 В или выравниватели оксидно-цинковые штепсельные (FV) типа ВОЦН-220.

Выключатели QF типа АВМ предназначены для отключения приборов рельсовой цепи от рельсовой линии в тех случаях, когда асимметрия тягового тока в рельсах превышает расчетное значение. Фактически АВМ срабатывает при токе 4 А. Токи асимметрии частотой 50 Гц меньшего значения замыкаются через внутреннее сопротивление источника питания на питающем конце или через защитный блок типа ЗБ-ДСШ на релейном конце.

Для защиты реле от тягового тока параллельно  путевому элементу подключается ЗБ-ДСШ, состоящий из последовательного  LC контура с сопротивлением на резонансной частоте, равной 50 Гц, 20 Ом. На частоте 25 Гц этот блок имеет емкостное сопротивление, благодаря чему компенсируется индуктивная составляющая сигнального тока.

 Срабатывание реле ДСШ от тягового тока исключено, так как для подъема сектора необходимо не только определенное фазовое соотношение, но и чтобы частота токов, протекающих по обмоткам путевого и местного элементов, отличалась не более чем на 5 Гц. Воздействие на путевой элемент тягового тока приводит к дрожанию сектора а, следовательно, и к более стремительному механическому износу частей, отвечающих за крепление сектора реле. Также наличие помехи от тягового тока уменьшает величину вращающего момента, действующего на сектор реле при неизменных величинах токов, протекающих по обмоткам путевого и местного элементов.

Особенностью  питающих устройств станционных фазочувствительных РЦ переменного тока частотой 25 Гц является использование разных ПЧ для питания ПЭ и МЭ путевых реле.

На участках, оборудованных электрической тягой  поездов переменного тока, использование  однофазной системы питания недопустимо  из-за возможности попадания помех  от тягового тока в обмотки местных  элементов реле ДСШ через общую  питающую сеть. Для исключения этого  отрицательного фактора применяется  двухфазная система питания, при  которой местные элементы реле ДСШ  и путевые трансформаторы питаются от различных источников-преобразователей частоты ПЧ50/25. Эти преобразователи  включаются в сеть переменного тока в противофазе, благодаря чему создается  возможность использовать их одновременно в качестве фазосдвигающих элементов, а применение специального фазирующего  устройства типа ФУ-2 обеспечивает их жесткую  связь по фазе со сдвигом 90º.

В частности, если подать напряжение частотой 50 Гц с нулевой фазой на вход делителя ПЧМ, то есть φ=0º, а на вход второго  делителя ПЧП-напряжение частотой 50 Гц в противофазе, то есть φ=180º, то на выходе делителей появятся напряжения частотой 25 Гц с начальными фазами φ_ПЧМ=0º и φ_ПЧП=90º.  

 

Рис.1

Принципиальная  схема фазочувствительной рельсовой цепи частотой 25 Гц при электротяге переменного тока

 

 

Рис.2

Схема включения  ПЧ местных и путевых элементов  реле ДСШ

 

 

 

 

 

 

Исходные  данные для расчета фазочувствительной рельсовой цепи частотой 25 Гц при электротяге переменного тока.

 

1. Длина рельсовой цепи l=0.9 км;
2. Удельное сопротивление рельсов Z=0.5e^j52º Ом/км;
3. Удельное сопротивление изоляции r_и=1 Ом·км;
4. Напряжение полного подъёма сектора реле U_p =15.0e^j72º В;
5. Ток срабатывания путевого реле i_p = 0.037 A;
6. Сопротивление обмотки путевого элемента реле ДСШ-13 Z_p=405e^j72ºОм;
7. Коэффициент надёжного возврата путевого реле k_вн=0.42;
8. Коэффициент, учитывающий колебание напряжения источника питания от номинального значения k_ИС=1.025;
9. Приведённый коэффициент надёжного возврата приёмника

k`_вн= k_вн /k_ИС=0.42/1.025=0.41;

10. Приведённый идеальный угол реле ДСШ-13 (с учётом поворота фазы на 90º) α`_и=72º;
11. Сопротивление ограничивающего резистора R₀=2.2 Ом;
12. Сопротивление соединительных проводов между ДТ и ИТ на   релейном конце r_ср=0.2 Ом;
13. Сопротивление кабеля между ИТ и реле R_k=140 Ом;
14. Коэффициенты четырёхполюсника ИТ типа ПРТ-А для релейного конца при n=18.3:  А_ИТр=0.055, B_ИТр=3.9e^j36º, C_ИТр=0.0033e^-j80º, D_ИТр=18.3;
15. Коэффициенты четырёхполюсника ДТ-1-150 релейного конца: А_ДТр=0.333, B_ДТр=0.0525e^j40º Ом, С_ДТр=0.49e^-j70º См, D_ДТр=3;
16. Коэффициенты четырёхполюсника ДТ-1-150 питающего конца: А_ДТп=3, B_ДТп=0.05e^j35º Ом, С_ДТп=0.302e^-j60º См, D_ДТп=0.333;
17. Сопротивление защитного блока типа ЗБ-ДСШ Z_зб=407e^-j88.35ºОм;
18. Коэффициент поверхностной утечки m=1.8;
19. Коэффициент взаимной индукции рельсов М₁₂=0.00135e^-j6.4º;
20. Критическое значение комплексного числа (γl)_кр=1.13e^j26º;
21. Коэффициент схемы при двух дроссель - трансформаторах S₁=S₂=1.

 

 

 

 

 

 

 

Общая схема замещения  фазочувствительной рельсовой цепи 25 Гц с реле ДСШ.

 

Для сокращения объёма расчётов четырёхполюсники питающего  и релейного концов объединяют соответственно в четырёхполюсники Н и К. При этом учитывают сопротивление соединительных проводов и кабеля (рис.3)

Рис.3

Схема замещения  фазочувствительной рельсовой цепи 25 Гц с реле ДСШ

 

Рассчитаем  коэффициенты четырёхполюсника аппаратуры питающего конца из матричного уравнения: 

 

 

                                             (1)

откуда:

 

 См

 Ом

 

 

 

 

Рассчитаем  коэффициенты четырёхполюсника аппаратуры релейного конца из матричного уравнения:

 

 

        (2)

 

откуда:

 См

 Ом

 

 

 

Расчёт нормального режима.

 

Рис.4

Схема замещения фазочувствительной рельсовой цепи в нормальном режиме

 

Коэффициент распространения волны в рельсовой  линии:

   

 

                                                       (3)

 

 

 

 

Волновое  сопротивление рельсовой линии:

(4)

 

 

     

 

Определим коэффициенты рельсового четырехполюсника по формулам:

 

 

 

(5)

 

 

 

 

Ом

См

 

 

 

 

 

 

 

Определим ток  и напряжение в конце рельсовой  линии по формулам:

 

 

(6)

 

 

 

 

 

 

Определим ток  и напряжение в начале рельсовой  линии по формулам: