УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ Российский патент 2024 года по МПК B61L23/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики в частности к датчикам информации о свободности и занятности железнодорожных путей при электротяге переменного тока, в качестве которых используются электрические рельсовые цепи.

Уровень техники

Известно "Схема двухниточной рельсовой цепи с дроссель - трансформаторами" см "Рельсовые цепи анализ работы и техническое обслуживание" B.C. Аркатов, Ю.А. Кравцов, Б.М. Степенский; М.: Транспорт 1990 г. Стр. 125, рис. 5.6.

Недостаток известного устройства заключается в том, что для пропуска тягового тока средние точки тяговых обмоток соединяются перемычками, через которые протекает переменный тяговый ток. При гололедных явлениях на контактном проводе в составе тягового тока образуется постоянная составляющая, которая приводит к насыщению магнитной системы дроссель - трансформаторов, что в свою очередь при наличии асимметрии в рельсовой цепи приводит к ложной занятости последней.

При соединении средних точек дроссель - трансформаторов на станциях возможно также не выполнение контрольного режима рельсовых цепей при определенных условиях, что нарушает требования по безопасности движения поездов см. рис. 10.23 стр. 226 "Рельсовые цепи анализ работы и техническое обслуживание".

Известно также "Защита рельсовых цепей от ложной занятости" см журнал "Автоматика связь информатика" №4, 2011 год, стр. 29-31.

Недостаток известного устройства заключается в том, что защита от подмагничивания дроссель - трансформаторов основана на выравнивании асимметрии, которая может быть снижена в основном в коротких рельсовых цепях при продольной асимметрии рельсовых линий. Поэтому при возрастании длины рельсовых линий или возникновении поперечной асимметрии дроссель - трансформаторы могут подмагничиваться и создавать ложную занятость рельсовой цепи. Кроме того здесь также возможно невыполнение контрольного режима с нарушением требований по безопасности движения поездов.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение надежности работы рельсовых цепей при электротяге переменного тока за счет исключения ложной занятости при гололедных явлениях на контактном проводе и выполнение требований по безопасности движения в контрольном режиме работы рельсовой цепи.

Технический результат достигается тем, что средние точки тяговых обмоток дроссель - трансформаторов смежных рельсовых линий соединены через последовательно соединенные между собой индуктивность и емкость.

Сопоставленный анализ показывает, что указанные отличия заявленные в устройстве защиты рельсовых цепей от прототипа представляют ряд новых признаков, что обуславливает возможность отнести их к критерию новизны.

В патентной научно-технической литературе в том числе №2760238, №2758859. №2731298, №463572 решений со сходными отличительными признаками не обнаружено. В связи с этим делается вывод о соответствии заявленного изобретения критерию существенные отличия.

Краткое описание чертежа

На чертеже рис. 1 представлена схема устройства защиты рельсовых цепей.

Устройство содержит:

1 - рельсовая линия

2, 3 - изолирующие стыки

4, 5 - тяговые обмотки дроссель-трансформаторов

6, 7 - дополнительные обмотки дроссель-трансформаторов

8, 9 - аппаратура рельсовой цепи

10, 11 - смежные рельсовые линии

12, 13 - индуктивности

14, 15 – емкости.

Осуществление изобретения

Устройство защиты рельсовых цепей согласно чертежу рис. 1 работает следующим образом.

При движении подвижной единицы тяговый ток из смежной рельсовой линии 10 проходит через среднюю точку тяговой обмотки дроссель-трансформатора 4, конденсатор 14 и индуктивность 12 на среднюю точку дроссель-трансформатора рельсовой линии 1, далее по рельсам рельсовой линии 1 поступает на тяговую обмотку дроссель-трансформатора 5 и через его среднюю точку проходит на емкость 15 и индуктивность 13, попадает на среднюю точку тяговой обмотки дроссель-трансформатора 5 смежной рельсовой линии 11 и далее протекает по рельсам смежной рельсовой линии 11.

Емкость 14 и индуктивность 12, а также другая пара емкость 15 и индуктивность 13 образуют каждая из этих пар последовательный резонансный контур настроенный в резонанс на частоту тягового тока 50 Гц. Сопротивление этого контура для переменного тягового 50 Гц не должно превышать величину сопротивления стандартной междроссельной перемычки, что может быть достигнуто за счет добротности индуктивностей 12, 13, в качестве которых могут быть использованы параллельно соединенные тяговые полу-обмотки дроссель-трансформаторов.

При наличии в тяговом токе постоянной составляющей от коммутационных явлений при гололеде, эта постоянная составляющая не может проходить через среднюю точку тяговой обмотки в смежную рельсовую цепь за счет наличия конденсаторов 14 и 15, то есть она не будет попадать в обратную тяговую сеть.

Поэтому постоянная составляющая тягового тока будет стекать через рельсы на землю и возвращаться на тяговую подстанцию через земляной тракт. Учитывая выше изложенное, следует иметь ввиду что постоянная составляющая будет проходить по рельсам только занятой подвижным составом рельсовой цепи, и таким образом исключается возникновение ложной занятости в свободных рельсовых цепях входящих в тракт обратной тяговой сети.

Для надежного выполнения контрольного режима работы рельсовой цепи включение вместо междроссельной перемычки последовательного резонансного контура настроенного на частоту тягового тока 50 Гц, позволяет увеличить входное сопротивление для сигнального тока между средней точкой дроссель-трансформатора и землей смежной рельсовой цепи.

Это объясняется тем, что частота сигнального тока отличается от частоты тягового тока не менее чем в 2 раза, поэтому для сигнального тока сопротивление резонансного контура возрастает.

Дополнительные пояснения

При гололедных явлениях на контактном проводе как было указано выше, происходит периодическое включение и выключение пантографа электровоза от источника электропитания.

Это в свою очередь при каждом включении на синусоидальное напряжение и при наличии накопителя энергии в виде индуктивностей вызывает переходной процесс.

При включении цепей r, L на синусоидальное напряжение:

принужденный ток можно определить по следующему выражению:

где:

r - активное сопротивление цепи,

ω - круговая частота питающей сети,

ωL - индуктивное сопротивление цепи.

Свободный ток определяется равенством:

где:

А - амплитуда свободного тока,

t - время.

Тогда для переходного тока получим:

Поскольку до включения (коммутации) в рассматриваемой электрической цепи тока не было, поэтому i(0)=0 при t=0, то отсюда:

Окончательно получим для тока переходного процесса:

Как видно из проведенного анализа свободный ток переходного процесса является постоянной составляющей тока переходного процесса.

Именно этот ток вызывает подмагничивание магнитной системы дроссель-трансформаторов без воздушного зазора. В результате воздействия этого тока магнитная система входит в насыщение и дроссель-трансформатор перестает работать как трансформатор.

Наледь на контактном проводе вызывает периодически повторяющийся переходный процесс вызванный коммутацией пантографа электровоза.

Периодические коммутационные процессы вызывают переходные процессы и в переменном тяговом токе, образуется постоянная составляющая, которая имеет неизменное направление и переменную во времени амплитуду определяемую временем переходного процесса.

Среднее значение этой постоянной составляющей и определяет средний ток подмагничивания дроссель-трансформатора. [1] Величина тока подмагничивания дроссель-трансформатора определяется в зависимости от асимметрии рельсовой линии по постоянному току. Описанные процессы относятся только к рельсовым цепям работающим при электротяге переменного тока, поэтому в условиях эксплуатации контролируется асимметрия рельсовой линии только по переменному току, в то время как продольная асимметрия по постоянному току может в несколько раз превышать допустимую асимметрию по переменному току. [2]

В результате этого рельсовая цепь имеющая предельно допустимую по нормам асимметрию по переменному току, может иметь асимметрию по постоянному току, доходящую до 50 - 80%.

Список литературы

1. Журнал "Мир транспорта М.; МИИТ, №1, 2017 г." "Анализ электромагнитной совместимости рельсовых цепей и тягового электроснабжения стр. 40-43

2. Журнал "Вестник транспорта Поволжья", Самара, СаМГУПС, №3, 2017 г. "Особенности анализа несимметричных рельсовых цепей" при электротяге переменного тока стр. 69-72.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, в частности к датчикам информации о свободности и занятности железнодорожных путей при электротяге переменного тока, в качестве которых используются электрические рельсовые цепи. Устройство включает рельсовую линию, ограниченную изолирующими стыками, на концах которой подключены тяговые обмотки дроссель-трансформаторов, а к дополнительным обмоткам дроссель-трансформаторов подключена аппаратура рельсовой цепи, средние точки тяговых обмоток дроссель-трансформаторов смежной рельсовой линии соединены через последовательно соединенные между собой индуктивность и емкость, образующие резонансный контур. Емкость может быть выполнена в виде конденсатора, индуктивность в виде тяговых полуобмоток дроссель-трансформаторов. Достигается повышение надежности работы рельсовых цепей при электротяге переменного тока путем исключения ложной занятости при гололедных явлениях на контактном проводе и выполнения требований по безопасности движения в контрольном режиме работы рельсовой цепи. 1 ил.

Устройство защиты рельсовых цепей, содержащее рельсовую линию, ограниченную изолирующими стыками, на концах которой подключены тяговые обмотки дроссель-трансформаторов, а к дополнительным обмоткам дроссель-трансформаторов подключена аппаратура рельсовой цепи, отличающаяся тем, что средние точки тяговых обмоток дроссель-трансформаторов смежной рельсовой линии соединены через последовательно соединенные между собой индуктивность и емкость.