Кіріспе

Темір жолдарда қолданылатын электр құрылғысы.

Темір жол схемасы – сигнал берушілерге рельстердегі пойыздың жоқтығын анықтау және тиісті сигналдарды басқару үшін қолданылатын электр құрылғысы. Темір жол схемаларына балама ретінде ось сандары қолданылады.

Принциптері мен жұмыс істеуі

Трассалық контурдың негізгі принципі – локомотивтер мен вагондардың дөңгелектері мен осьтері екі рельстің арасын қосып, электр тізбегін қысқа тұйықтау арқылы жұмыс істейді. Бұл тізбек пойыздардың жоқтығын анықтау үшін электр жабдықтарымен бақыланады. Бұл қауіпсіздік құрылғысы болғандықтан, қауіпсіз жұмыс істеуі аса маңызды. Сондықтан, тізбек ақаулар туғанда пойыздың барында екенін көрсетуге арналған. Екінші жағынан, жалған бос орын туралы мәліметтер теміржол жұмысын бұзады және оларды азайту қажет. Трассалық контурлар теміржол сигнализация жүйелерінің жартылай автоматты түрде жұмыс істеуіне мүмкіндік береді, алдында пойыз бар болғанда, пойыздарды баяулату немесе тоқтату сигналдарын көрсетеді. Олар диспетчерлер мен операторларды апаттарға себеп болудан сақтайды, оларды трассаның бос екендігі туралы хабардар етеді және қауіпті сигналдардың көрсетілуіне жол бермейді.

Негізгі схема

Жолдық тізбектерде әрбір рельске қуат беріледі және олардың арасында релелік орамдар қосылады. Поезд болмағанда, реле қуат көзінен рельстер арқылы өтетін токпен қоректенеді. Поезд келгенде, оның доңғалақтары рельстерді қысқа тұйықталады (шунттайды). Жолдық релелік орамға берілетін ток төмендейді және ол өшіріледі. Сондықтан релелік контактілер арқылы тізбектер жолдың бос екенін немесе толып тұрғанын көрсетеді. Әрбір тізбек жолдың белгілі бір бөлігін, мысалы, учаскені анықтайды. Бұл учаскелер оқшауланған қосылыстармен бөлінеді, әдетте екі рельсте де. Оқшаулаудың бұзылуы жағдайында бір тізбектің екіншісіне қате қуат беруін болдырмау үшін электр полярлігі әдетте бір учаскеден келесі учаскеге ауыстырылады. Тізбектер төмен кернеуде (1,5 - 12 В DC) қуаттандырылады. Релелер мен қуат көзі учаскенің қарама-қарсы ұштарына орнатылады, бұл рельстердің үзілуіне байланысты жолдың бір бөлігінің тізбектен электрлік түрде оқшаулануын болдырмау үшін. Тізбектік кедергі (резистор) жол тізбегінің қысқа тұйықталуы кезінде токты шектейді.

Электрлендірілген схемалар

Кейбір теміржол электрлендіру схемаларында, кері тарту тоғын тасымалдау үшін жүріс рельсінің бірі немесе екеуі қолданылады. Бұл негізгі DC тректік тізбекті пайдалануға мүмкіндік бермейді, себебі айтарлық тарту тогы өте кішкентай тректік тізбек тогын басып тастайды. Егер жүріс желісінде немесе жақын орналасқан жолдарда DC тартуы қолданылса, DC тректік тізбектерді қолдануға болмайды; сондай-ақ, егер 50 Гц AC электрлендіру қолданылса, 50 Гц AC тректік тізбектерді пайдалануға болмайды. Мұны ескере отырып, AC тректік тізбектер тұрақты ток (DC) орнына ауыспалы ток (AC) сигналдарын пайдаланады, бірақ әдетте AC жиілігі 91 Гц-тен 10 кГц-ға дейінгі аудио жиіліктер диапазонында болады. Релелер таңдалған жиілікті анықтауға және DC және AC тарту жиіліктерінің сигналдарын елемеуге бағдарланған. Қауіпсіздік принциптеріне сәйкес, реле сигналдың болуын бос жол деп қабылдайды, ал сигналдың болмауы – пойыздың бар екенін көрсетеді. AC сигналын кодтауға болады және локомотивтер кабиналық сигнализация жүйесін құру үшін индуктивті сенсорлармен жабдықталуы мүмкін. Бірнеше тректік тізбек блоктарын қамтитын тарту тогының үздіксіз жолын қамтамасыз ету үшін екі негізгі тәсіл бар. Ең қарапайым әдіс – екі рельстің біреуіне ғана оқшауланған тректік тізбек қосылыстарын орнату, ал екіншісі кері ток үшін және тректік тізбек рельсі үшін жер ретінде қызмет етеді. Бұл әдіс тек бір рельстегі ақауларды анықтау мүмкіндігін ұсынады, сондықтан екі рельсті жүйеде кедергілік байланыстар қолданылады, олар тарту тогының оқшауланған тректік тізбек блоктары арасында өтуіне мүмкіндік береді, бірақ тректік тізбек жиіліктерінде ток ағысын тоқтатады. AC тізбектері кейде адасқан тоқтардың пайда болатын және DC тректік тізбектерге кедергі келтіретін аймақтарда қолданылады.

CSEE UM71

CSEE (қазіргі Ansaldo STS) UM71 – тағы бір біріктіргішсіз жол тізбегі. Ол бір рельсте 1700 және 2300 Гц, ал екінші рельсте 2000 және 2600 Гц жиіліктерін қолданады. Қате жақты іркіліс тудыру мүмкіндігін азайту үшін, шашыраңқы тоқтардың әсерін төмендету мақсатында модуляция жиілігі негізгі жиілікті 128-ге бөлу арқылы есептеледі. Модуляция жылдамдығының айырмашылықтарын пойыз құралдары анықтап, егер таратушы (Tx) пойыздың басында орналасқан болса, автоматты пойыз басқару жүйесінде пайдаланылуы мүмкін. EBItrack (бұрынғы TI21) және Westinghouse FS2500 біріктіргішсіз жол тізбектері UM71-ге ұқсас.

Деректерді алу блогы

CSEE сияқты буыны жоқ жол схемасын деректерді қабылдау блогымен (DPU) бөлуге болады, бұл оны екі жол схемасына бөлуден арзан. DPU каскадтағы бірнеше жол схемаларының жиілігін өзгерту қажеттілігін жояды. DPU құрамында іргелес рельстегі токтың бар-жоғын анықтап, сәйкесінше релені қосатын немесе өшіретін резонаторлық катушка болады. DPU-лардың бір қолданылуы – уақытты өлшеу схемалары. Әр жол схемасы жиілігіне сәйкес реттелген жеке DPU-ға ие. DPU-ларды кез келген жерге орналастыруға болады; олар буыны жоқ жолдардың ең аз ұзындығына қатысты шектеуді жояды.

Кесу жолдары

Егер бөлімнің ұзындығы рельс тізбегінің ең көп мүмкін ұзындығынан асып кетсе, рельс тізбегін үзуге болады. Үзілген рельс тізбегінде соңғы рельстің релесі екінші соңғы рельс тізбегінің қуат көзін тоқтатады, және т.с.с. Үзілген рельс тізбегі тек бір бағытты жолдар үшін ғана қолайлы. Баласты ластанған рельс тізбектері жақсы баласты рельс тізбектерінен қысқа болады, сондықтан оларға көбірек үзіліс қажет.

Жоғары кернеулі рельстер

Jeumont Schneider компаниясы шығарған жоғары кернеулі импульстік жол (HVIT) контурының бір таралған түрі бар. Жоғары кернеу тот пен басқа да проблемалардың ішінде ене алады. HVIT екі импульсті кезектесіп жібереді: шамамен 100 В тұрақты ток (VDC) болатын тар оң импульс және шамамен 30 В тұрақты ток (VDC) болатын кең теріс импульс. Екі импульстің де энергиясы бірдей. Қабылдағыш жағындағы R C контуры екі импульсты біріктіреді, реленің жұмыс істеуі үшін олардың пропорциясы дұрыс болуы керек. R C контурлары оң және теріс импульстардың дұрыс фазада екенін тексереді. Екі импульс шамамен 1 Гц жиілікпен жұмыс істейді. Бұл контур қосымша жабдықтармен бірге айнымалы және тұрақты ток электр желілерінде жұмыс істейді.

Бір рельсті және қос рельсті

Электрленбеген учаскелерде оқшауланған блок-қосылыстар жұптап орнатылады, әр рельсте біреуден. Электрленген учаскелерде мыңдаған амперлік тарту тогының подстанцияға қайтуын қамтамасыз ету үшін қосымша шаралар қажет. Бұл үшін бір рельсте оқшауланған блок-қосылыстар болмайды, ол қайту рельсі деп аталады. Егер ауыр тарту тогын қайтару үшін екі рельс қажет болса, онда екі рельсте де оқшауланған блок-қосылыстар орнатылады, ал оқшауланған қосылыстардың айналасымен тарту тогын өткізу үшін кедергілік байланыстар қолданылады. Кедергілік байланыстар – негізінен ортасынан қосылған катушкалар, олар 50 Гц жиілігінде тарту тогы үшін төмен кедергіні, ал 1,7 кГц жиілігінде сигнал тогы үшін жоғары кедергіні ұсынады.

Доңғалақтар мен тежегіштер

Темір жол дөңгелектері болаттан жасалады және рельстен рельске жақсы қысқа тұйықталуды (шартты кедергі) қамтамасыз етеді. Көп дөңгелекті ұзын пойыздың өткізгіштігі жақсырақ. Қысқа пойыз, жеңіл рельстік моторлар немесе жеке локомотивтер мәселе тудыруы мүмкін. Жаңа Зеландияда Rm класындағы жеңіл рельстік моторларды әрдайым анықтауда қиындықтар болды; қараңыз, Жаңа Зеландиядағы теміржол сигнализациясы. Жеңіл салмақты және дискілі тежегіштері бар, бір Budd рельстік моторы бар пойыздар тоқтағанда кейбір қиындықтарға тап болды және рельстермен жақсы байланыс орнату үшін екі рет тоқтау қажет болды. Құйма темірден жасалған тежегіштер дөңгелектерді өткізбейтін қоқыстан (мысалы, жапырақтар мен құмға негізделген тартқыш қосылыстардан) тазартады, ал дискілі тежегіштер мұндай тазалау жұмысын жасамайды. Сондықтан, кейбір дискілі тежегіштері бар көліктер дөңгелектерді тазартатын "тазалау төсемдерімен" жабдықталған, бұл дұрыс рельс тізбегінің жұмыс істеуіне көмектеседі.

Релелер

Рельстік тізбек релелері, сигналды қызметкерлер "маңызды релелер" деп атаған, қате жақтан болатын ақаулардың ықтималдығын азайту үшін арнайы жасалған. Мысалы, олар қуат күшіндегі өсімдер мен молния шағылған кезде қате контактілердің бірігіп қалу мүмкіндігін азайту үшін көміртек күміс контактілерімен жабдырылуы мүмкін.

Сұлбаның бұзылуы

Сұлбаның дизайны бойынша, ақаулардың басым көпшілігі "жол басылған" белгісін тудырады (оң жақты ақау деп аталады). Мысалы:
Бүлінген рельс немесе сым қуат көзі мен реле арасындағы тізбекті үзеді, реленің қуатын тоқтатып қояды. Төмендегі ерекше жағдайға назар аударыңыз. Қуат көзіндегі ақау реленің қуатын тоқтатып қояды. Рельстердің немесе жанындағы жол бөлімдерінің арасындағы қысқа тұйықталу реленің қуатын тоқтатып қояды. Екінші жағынан, тізбектің пойыздарды анықтауына кедеріс келтіретін ақаулық түрлері (қате жақты ақау деп аталады) болуы мүмкін. Мысалдар:
Реленің механикалық ақаулығы, нәтижесінде реле жол бос болған кезде де "жол бос" күйінде қалып қояды. Бір пластик корпус ыстықтан деформацияланып, релелік контактілерге тиіп, оларды ұстап тұрды. Тағы бір реледе металл шайба қалып, релелік контактілерді жапты; жартылай шайбаларды толық дөңгелек шайбалармен алмастыру қажет болды. Дөңгелектерді рельстен жартылай немесе толық оқшаулайтын жағдайлар, мысалы, рельстердегі тоз, құм немесе құрғақ жапырақтар. Бұл "нашар шунттау" (Солтүстік Америка мен Австралияда "шунттаудың сәтсіздігі") деп те аталады. Жеңіл жүкпен келе жатқан локомотивтің барлық дөңгелектерінде жұмыс істейтін құм себу құрылғысы, құм себу тоқтағанға дейін және локомотив жолмен одан әрі жылжығанға дейін оны рельстерден уақытша оқшаулай алады. Егер жылдамдық кернеуін қайтару үшін бірнеше параллель жол болса, жылдамдық кернеуін қайтару үшін қолданылатын рельстегі бұзылған рельсті анықтау мүмкін болмайды. Егер осы рельсте бірнеше үзіліс болса, пойыз үзілістер арасында болғанда қателіктің "жол бос" көрсеткіші пайда болуы мүмкін. Жол төсеміндегі (жолдың негізіндегі) шалғындық электр сигналдарын тудыратын жағдайлар, мысалы, лайлы балласт (бұл "аккумулятор эффектін" тудыруы мүмкін) немесе жақын жердегі қуат беру желілерінен паразиттік электр тогы. Жол тізбектерін басқаратын жабдықтағы паразиттік тербелістер.

Өлшемі

Жалғаулы блок-қосылмалар кейбір жағдайларда дөңгелек салмағымен түйістіріліп, бір немесе екі рельс тізбегінің істен шығуына себеп болуы мүмкін. Бұл мәселені 4 метрдей арақашықтықта орналасқан екі жалғаулы блок-қосылманы тізбектей орнату арқылы азайтуға болады. Ал қысқа 4 метрлік бөлік рельс тізбегімен жабдықталмайды.

Иммундау

Электр локомотивтері рельстік тізбектер пайдаланатын жиіліктерде шу тудырмауға тиіс. SNCB 13 классында мұндай мәселелер болған.

Өтпелі проблемалар

Қысқа, жеңіл және жылдам пойыз оқшауланған блок-қосылыстан өтетін кезде, шығу тізбегінен жоғалып, кіру тізбегіне көрінбей қалуы мүмкін, бұл қате ашық сигнал беруге әкелуі мүмкін. Бұл мәселені шығу тізбегіне 1–2 секундтай уақыт кешіктіру енгізу арқылы шешуге болады. CSEE сияқты электрондық тізбектер мұндай уақыт кешіктіруді оңай енгізе алады.

Қатысушылар саны

Кейде нүктелер жиынтығының детекторын осы нүктелер арқылы рельс тізбегі арқылы қосу ыңғайлы. Мұны екі тәсілдің бірімен жасауға болады:
Нүктелер детекторларының контакты нүктелер кері болғанда рельс тізбегін қысқа тұйықтауы мүмкін, бұл сигналдарды қызылға ауыстырады, бірақ бұл қауіпсіздік талаптарына сәйкес келмейді. Рельс тізбегін қосымша блок-қосылыстармен бөлуге болады, ал нүктелердегі детекторлар нүктелер қалыпты жағдайда болғанда рельс тізбегін толықтайды, сонда сигнал жасыл жарыққа ие болады. Бұл жартылай қауіпсіз. Нүктеге екінші реле орнатылуы мүмкін, оның контактілері негізгі релемен тізбектей жалғанады. Бұл қауіпсіз, бірақ қымбат.

Жолдардағы контурларды басқару клиптері

Ұлыбританиядағы барлық ауыр рельс жолдарында тасымалданатын қарапайым қауіпсіздік құралы – рельс тізбегін басқару клипі (TCOC) болып табылады. Бұл рельске бекітілетін екі металл серіппелі қысқышты жалғайтын сымның бір бөлігі. Егер апат немесе кедергі болған жағдайда, екі рельске де бекітілген клип сол жолдың толық екенін көрсетеді, соның салдарынан аталған бөлімнің сигналы қауіпті күйге өтеді. Қауіпсіздікті қамтамасыз ететін рельс тізбегі 1872 жылы америкалық электр және механика инженері Уильям Робинсонмен ойлап табылды. Оның блоктардағы бос орынды анықтаудың сенімді әдісін енгізуі, қазіргі кезде дерлік барлық жерде қолданылатын автоматты сигнализация жүйелерін дамытудың кілті болды. Алғашқы рельс жолдарының сигналдары сигналистер немесе станция агенттерімен қолмен басқарылды. Сигналдың күйін өзгерту уақыты көбінесе оператордың шешіміне қалдырылатын. Адамның қателігі немесе жауапсыздығы кейде дұрыс емес сигнализацияға және пойыздың соқтығысуына әкеліп соқтыратын. Он тоғызыншы ғасырдың ортасында телеграфтың пайда болуы ақпаратты электр арқылы үлкен қашықтыққа беруге болатынын көрсетті, бұл рельс жолдарының сигналдарын электрмен басқару әдістерін зерттеуге түрткі болды. Робинсонның жүйесінен бұрын бірнеше жүйелер жасалғанмен, ешқайсысы пойыздың қозғалысына автоматты түрде жауап бере алмады. Робинсон 1870 жылы үлгі түрінде толық автоматты рельс жолдарының сигнализация жүйесін алғаш рет көрсетті. Кейіннен толық өлшемді нұсқасы Филадельфия және Эри темір жолында, Лудлоу, Пенсильванияда (Кинзуа, ПА) орнатылды, онда ол өте тиімді екені дәлелденді. Оның дизайны шағын рельс жанындағы сигналдық кабиналардың үстіне орналасқан электрмен жұмыс істейтін дискілерден тұрады және ашық рельс тізбегіне негізделген. Егер пойыз блок ішінде болмаса, сигналға қуат берілмейді, бұл жолдың бос екенін көрсетеді. 2009 жылғы 22 маусымда Вашингтон метрополитенінде болған соқтығысу, рельс тізбегінің басқару модулінде пайда болған паразиттік тербеліс салдарынан орын алды.