Расчет и анализ работы РЦ производят с целью обеспечения достоверной информации “свободно” или “занято” и исключения случаев ложных свободности и занятости. Рассчитываются значения токов и напряжений в различных точках рельсовой цепи, а результаты заносятся в специальные регулировочные таблицы. Расчет производится в трех основных режимах: нормальном, шунтовом и контрольном.

Нормальным режимом называется такое состояние исправной и свободной от подвижного состава рельсовой цепи, при котором путевой приемник выдает дискретную информацию “свободно”. Такая информация будет выдаваться надежно, если в правильно спроектированной и отрегулированной рельсовой цепи обеспечивается напряжение надежного срабатывания приемника Uр при наихудших условиях передачи энергии – минимальном напряжении источника питания Uн min, максимальном сопротивлении рельсов Zmax, минимальном сопротивлении изоляции rи min.

Для оценки нормального режима служит коэффициент перегрузки – отношение фактического напряжения на путевом приемнике Uрф к его рабочему напряжению Uр (напряжению надежного срабатывания), kпер.=Uрф/Uр. Таким образом, нормальный режим выполнен, если kпер.≥1. Максимальное значение kпер. зависит от наиболее благоприятных условий передачи энергии – Uн max, Zmin и rи max. и не должно превышать максимального коэффициента перегрузки приемника, определяемого техническими характеристиками.

Шунтовым режимом называется такое состояние рельсовой цепи, при котором ее приемник выдает дискретную информацию “занято” при наложении в любом месте рельсовой линии поездного шунта сопротивлением не выше нормативного. В шунтовом режиме уровень сигнала на входе приемника Uршф не должен быть выше уровня его надежного несрабатывания Uрн, при наиболее благоприятных условиях для передачи энергии по рельсовой линии – максимальном напряжении источника питания Uн max, минимальном сопротивлении рельсов Zmin, максимальном сопротивлении изоляции rи max.

Для оценки шунтового режима служит коэффициент шунтовой чувствительности – отношение напряжения надежного несрабатывания Uрн к фактическому напряжению на путевом приемнике Uршф при наложении в любой точке нормативного поездного шунта (Rшн=0,06 Ом), kш.=Uрн/Uршф. Таким образом, шунтовой режим выполнен, если kш.≥1.

Контрольным режимом называется такое состояние рельсовой цепи, при котором путевой приемник передает дискретную информацию “занято” при полном электрическом разрыве рельсовой нити в любой точке рельсовой линии. В контрольном режиме, как и в шунтовом, уровень сигнала на входе приемника Uрфк не должен быть выше уровня его надежного несрабатывания Uрн. при наиболее благоприятных условиях для передачи энергии по рельсовой линии – максимальном напряжении источника питания Uн max, минимальном сопротивлении рельсов Zmin, критическом сопротивлении изоляции rи кр. При полном электрическом разрыве одного из рельсов создаются обходные пути протекания тока по земле. Вследствие этого, критическое сопротивление изоляции rи кр при контрольном режиме лежит в пределах rи min ≤ rи кр < rи max.

 Кроме перечисленных режимов расчет работы рельсовых цепей выполняют в режиме короткого замыкания и режиме автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).

Под режимом короткого замыкания подразумевается режим работы источника питания при расположении нормативного поездного шунта на рельсовую цепь в точке подключения к ней источника питания. К критериям режима короткого замыкания относят ток Iкз и мощность Sкз генератора, которые не должны превышать ток и мощность источника питания, определяемого техническими характеристиками.

Режимом АЛС называется такое состояние исправной занятой рельсовой цепи, при котором в рельсовой линии создается уровень кодового сигнала, достаточный для надежного действия локомотивного приемника, расположенного на удаленном от генератора АЛС конце рельсовой линии.

Критерием выполнения режима АЛС является соотношение kл = =Iлф min/Iлн ³ 1, где Iлф min – фактический минимальный ток в рельсовой линии при наложении поездного шунта на удаленном от генератора кодовых сигналов АЛС конце рельсовой линии; Iлн – нормативный ток АЛС, при котором локомотивный приемник работает устойчиво. Значения Iлн принимаются следующие: не менее 1,2 А при частоте тока АЛС 50 Гц и 1,4 А при 25 Гц – для автономной тяги; 1,4 А – для электротяги переменного тока; 2,0 А при частоте тока АЛС 50 Гц и 1,4 А при 75 Гц – для электротяги постоянного тока.

Виды рельсовых цепей

Виды применяемых на станциях РЦ определяются родом тяги, сопротивлением балласта, максимальными длинами РЦ, необходимостью защиты от опасных и мешающих влияний, создаваемых тяговой контактной сетью, электровозами, линиями электропередач и промышленными электроустановками.

По принципу действия РЦ делятся на нормально разомкнутые и нормально замкнутые.

По роду сигнального тока РЦ делятся на РЦ постоянного тока с непрерывным и импульсным питанием; РЦ переменного тока с непрерывным и кодовым питанием, работающие на частотах 25, 50 или 75 Гц; РЦ тональной частоты, работающие на частотах 420–780 Гц и 4500–5500 Гц.

По способу канализации тягового тока РЦ подразделяют на двухниточные, в которых тяговый ток протекает по обеим рельсовым нитям пути, и однониточные, когда тяговый ток протекает только по одной рельсовой нити.

По структуре РЦ подразделяются на неразветвленные и разветвленные.

По типу применяемой аппаратуры РЦ подразделяют: на РЦ с электромагнитными путевыми приемниками (одноэлементными и двухэлементными); РЦ с электронными приемниками; РЦ с микропроцессорными приемниками.

По способу разделения  РЦ бывают стыковые и бесстыковые.

РЦ должны быть защищены:

– от взаимного влияния;

– от влияния обходных цепей, возникающих при обрыве одной из рельсовых нитей за счет утечки сигнального тока;

– от влияния тягового тока в рельсах, источников питания устройств защиты от коррозии, влияния линий электропередач, промышленных электроустановок, централизованного электроотопления поездов;

– от влияния частотных составляющих обратного тягового тока, создаваемых подвижным составом с асинхронными тяговыми двигателями;

– от влияния блуждающих токов, создаваемых промышленными электроустановками, наземным и подземным электротранспортом;

– от влияния РЦ наложения, используемых в других системах сигнализации, централизации и блокировки.

Тональные рельсовые цепи

В микропроцессорных системах централизации проектируются и применяются, как правило, РЦ тональной частоты (ТРЦ), работающие на частотах 420-780 Гц (третье поколение ТРЦ) с наложением сигналов АЛС 25, 50 или 75Гц, в зависимости от рода тяги.

Диапазон несущих частот сигнального тока принят исходя из условия обеспечения эксплуатационных характеристик. Конкретные частоты в этом диапазоне были выбраны в промежутках между гармониками тягового тока и тока промышленной частоты. Частоты 420, 480, 580, 720 и 780 Гц позволяют использовать ТРЦ при любом виде тяги. При этом выполнение всех режимов работы ТРЦ обеспечивается при rи min=0,7 Ом×км. С уменьшением минимального удельного сопротивления изоляции рельсовой линии предельная длина ТРЦ снижается.

Рельсовые цепи с сигнальными токами тональной частоты представляют собой поколение рельсовых цепей с электронными приборами формирования и приёма частотных сигналов. Сигнальные частоты диапазона 420-780 Гц обеспечивают хорошую защиту приёмника от гармоник тягового тока, существенно уменьшают потребляемую рельсовыми цепями мощность и достаточно простыми способами позволяют исключить взаимные влияния между рельсовыми цепями.

Разграничение рельсовых цепей на станциях производится с помощью изолирующих стыков. Учитывая, что изолирующие стыки обладают достаточно низкой надежностью в работе, к рельсовым цепям предъявляется обязательное требование – защита от взаимного влияния при пробое изолирующих стыков. Опасность пробоя изоляции в изолирующих стыках заключается в том, что в этом случае две смежные рельсовые цепи соединяются между собой электрически. В результате этого на путевой приемник одной РЦ попадает ток от источника питания другой РЦ. При достаточной величине этого тока может оказаться, что путевой приемник останется под током и выдаст информацию “свободно” даже при занятости этой РЦ подвижной единицей.

Защита от взаимного влияния ТРЦ осуществляется чередованием частот генераторов и применением на приемном конце фильтров для разделения этих частот. Для повышения защищенности от гармоник тягового тока и защиты от влияния ТРЦ смежных участков пути применяется амплитудная модуляция сигнального тока с несущими частотами (F_н) 420, 480, 580, 720, 780 Гц и частотами модуляции (F_м) 8 или 12 Гц (рис. 1.29).

Передающая аппаратура содержит генератор путевой ГП амплитудно-модулированных сигналов, фильтр путевой ФП (рис. 1.30). На приемном конце включен приемник ПП, настроенный на частоту генератора ГП. На выходе приемника включено путевое реле П, фиксирующее состояние рельсовой цепи. Генераторы и фильтры настраиваются на конкретную частоту при помощи внешних перемычек. Подключение аппаратуры ТРЦ к рельсам производится через устройства согласования и защиты УСЗ. В качестве путевого применяется реле типа АНШ2-310, у которого последовательно подключаются выводы 21, 81 и устанавливается перемычка 41-61.

Генераторы путевые выпускаются в двух модификациях – ГП31/8, 9, 11 и ГП31/11, 14, 15, которые предназначены для формирования амплитудно-модулированных сигналов с несущими частотами 420, 480, 580 и 580, 720, 780 Гц соответственно и частотами модуляции 8 или 12 Гц (табл. 1.3).

Цифры 8, 9, 11, 14, 15 в обозначениях аппаратуры ТРЦ обозначают несущую частоту, соответствующую ближайшей меньшей гармонике тока промышленной частоты 50Гц. Например, для частоты 580Гц ближайшая меньшая гармоника тока промышленной частоты – одиннадцатая, 550 Гц

Фильтры путевые выпускаются также в двух модификациях – ФПМ 8, 9, 11 и ФПМ 11, 14, 15 (табл. 1.4).

Они служат для ограничения ширины спектра частот, вырабатываемых генератором, защиты выходных цепей путевого генератора от влияния токов локомотивной сигнализации, тягового тока и перенапряжений, возникающих в рельсовой линии, гальванического разделения выходной цепи генератора от кабеля. Фильтр настраивается в резонанс с частотой генератора при помощи перемычек.