Особенности устройства пути на участках с автоблокировкой и электротягой поездов
На линиях, оборудованных автоблокировкой, рельсы обеих нитей играют роль электрических проводников, по которым пропускается сигнальный ток. Светофоры делят путь на отдельные блок-участки длиной от 1000 до 1600 м (не менее длины тормозного пути поездов). Движущийся поезд сам изменяет позади себя показания светофоров. Блок-участок с обеих сторон электрически изолируется от соседних блок-участков. В начале блок-участка к рельсовым цепям подведен либо постоянный, либо переменный ток. В конце блок-участка подключено путевое реле. Если на блок-участок вступает поезд (или вагон, или тележка, или на рельсы кладется металлический шаблон без электроизоляции), то рельсовая нить шунтируется. В этот момент якорь путевого реле отпадает от электромагнитной катушки и при этом замыкает контакты системы автоматического переключения светофоров: в светофоре загорается красный огонь. При переходе поезда на следующий участок реле срабатывает и включает желтый огонь. При переходе поезда на третий участок реле переключает светофор на зеленый огонь. Такова схема работы трехзначной автоблокировки.
При очень интенсивном движении поездов применяют четырехзначную систему сигнализации (зеленый, зеленый и желтый одновременно, желтый, красный). При этом длина блок-участка меньше, чем при трехзначной системе.
Возле светофора имеются различные устройства. Так, при питании системы автоблокировки постоянным током устанавливают батарейные шкафы для аккумуляторных батарей. Питание на переменном токе от высоковольтной линии, идущей вдоль пути, осуществляется с помощью трансформаторов.
На электрифицированных линиях (или там, где намечена электрификация) применяется автоблокировка только на переменном токе промышленной частоты 50 Гц (или от преобразователей с частотой 25 Гц). Это делается для того, чтобы исключить влияние постоянного тягового тока на работу путевых реле.
Управление сигналами (светофорами) ведется с помощью путевых реле и специальных контактных систем автоматического переключения сигналов, которые размещены в релейных шкафах, поставленных на обочинах. Таким образом, через две рельсовые нити проходит электрический ток, управляющий работой реле, а следовательно, и действием сигналов (светофоров).
Для включения путевых реле в рельсовую цепь, а также для подключения источников питания к рельсам используют так называемые кабельные стойки и трансформаторные ящики. Кабельные стойки устанавливают на расстоянии 150 мм от торцов шпал так, чтобы их головка была ниже рельса на 100 или 70 мм соответственно на перегонах и станциях. При указанной установке не возникает препятствий для работы снегоочистителей.
На участках, оборудованных автоматической локомотивной сигнализацией точечного типа, в пути устанавливают путевые индукторы (см. Инструкцию по техническому содержанию устройств автоматической локомотивной сигнализации и автостопов).
Для надежной работы рельсовых цепей нужно, чтобы каждый рельс обеспечил прохождение тока с наименьшим сопротивлением, а электрическое сопротивление между двумя рельсовыми нитями было бы как можно больше. Рельсы являются хорошими проводниками электрического тока. Стыки рельсов из-за недостаточной затяжки болтов могут обладать повышенным сопротивлением прохождению тока. Установлено, что необходимая электропроводимость стыков обеспечивается, если их электрическое сопротивление равно сопротивлению целого рельса длиной 3 м. Для того чтобы стыки обладали таким сопротивлением, достаточно прочистить соприкасающиеся поверхности накладок и рельсов и затянуть болты гаечным ключом с усилием примерно 300 Н на конце ключа.
Для повышения надежности работы рельсовых цепей применяется графитовая смазка концов рельсов под стыковыми накладками или устанавливаются рельсовые соединители. На линиях с автоблокировкой по рельсовым нитям проходит только сигнальный ток (в отличие от линий с электротягой поездов). Токопроводящие стыки на этих линиях оборудуются стальными штепсельными или стальными приварными соединителями.
Штепсельные соединители изготавливают из оцинкованной проволоки диаметром 5 мм. Концы соединителя заваривают в головки штепселей, которые забивают в просверленные отверстия в шейке рельса. Диаметр отверстий 10,4 мм. Их просверливают на расстоянии 80 мм от торцов накладок. Соединитель пропускают в пазухе между накладкой и шейкой рельса. При фартучных накладках его закрепляют особыми клипсами на болтах. Возможно приваривать соединители из стального троса диаметром 6 мм к головке рельсов¹. Длина таких соединителей 200 мм.
При укладке инвентарных рельсов допускается применение графитовой мази, повышающей токопроводимость стыка и позволяющей обойтись без соединителей.
В зависимости от конструкции токопроводящего стыка для рельсовых цепей на постоянном токе сопротивление 1 км рельсовой цепи должно составлять не более 0,1 - 0,6 Ом.
Удельное сопротивление балласта не менее важно в обеспечении устойчивой, безопасной и бесперебойной работы автоблокировки. Минимальная норма удельного сопротивления балласта при двухниточных рельсовых цепях равна 1 Ом км. Сопротивление балласта - условное понятие. Фактически - это электрическое сопротивление всех элементов, расположенных между двумя нитями: скреплений, шпал, балласта.
При использовании деревянных шпал, пропитанных масляными антисептиками, обычно обеспечивается норма 1 Ом км. Железобетонные шпалы с большим числом металлических струн обладают гораздо меньшими сопротивлениями, чем деревянные. По этой причине в скреплениях применяют электроизолирующие детали (резиновую прокладку и текстолитовую втулку, см. п. 2.5). При новых шпалах и новых скреплениях типов КБ и ЖБ удельное сопротивление превышает 100 Ом км. Однако в процессе старения и износа скреплений и шпал это сопротивление снижается до 10 - 15 Ом х км. Фактическое сопротивление зависит от температуры и влажности воздуха: чем выше влажность и температура, тем меньше сопротивление.
Сопротивление балласта резко снижается, если балласт касается подошвы рельсов. Это касание особенно опасно и может вызвать включение красного огня светофора с остановкой потока поездов, если по участку двигаются вагоны с рудой, окатышами и другими сыпучими электропроводящими грузами.
Электроизолирующие стыки устраивают по концам каждого блок-участка. Такие стыки применяют с объемлющими (рис. 2.22) или двухголовыми накладками. Для электроизолирующих деталей (прокладок и втулок на болты) используют фибру (толщиной 4 - 4,5 мм) или полиэтилен (толщиной 2,5 - 4,5 мм). Прокладки в торцах рельсов делают из текстолита и других материалов.
В клееболтовых электроизолирующих стыках изоляция обеспечивается стеклотканью, пропитанной эпоксидным клеем (рис. 2.23). Такие стыки отличаются большим сроком работы и надежностью. Стандартные накладки для этих стыков уменьшают по высоте головок на 3 мм (с каждой стороны). Образуемое пространство между головками накладки и контактирующими с ними гранями рельсов заполняют стеклотканью марки АСТТ(б)-С2. В качестве клея используют эпоксидный компаунд марки К-153 с отвердителем полиэтиленполиамином.
На линиях с электротягой поездов рельсы одновременно являются проводниками сигнального тока для автоблокировки и обратного тягового тока, обеспечивающего питание электродвигателей электровоза.
На дорогах России электрификацию осуществляют на постоянном токе напряжением 3000 В (около 60% протяженности электрифицированных линий) или на переменном токе промышленной частоты напряжением 25 000 В. От линии электропередачи ток проходит к тяговым подстанциям (рис. 2.24). На этих подстанциях при питании постоянным током установлены трансформаторы и преобразователи переменного тока в постоянный, при питании переменным током - только трансформаторы.
Для надежного прохождения тягового тока через стыки недостаточно оборудовать их штепсельными соединениями и наносить графитовую мазь. Поэтому на электрифицированных линиях в качестве соединителей применяют медные тросы сечением 70 мм² при постоянном и 50 мм при переменном токе длиной 200 мм. Концы троса запрессовывают в манжеты из мягкой стали.
Манжеты приваривают к нижней части боковых граней головок стыкующихся рельсов либо термитным, либо электродуговым способом. После приварки расстояние между манжетами должно быть 100 мм.
Опыт показывает, что в ряде случаев приварка соединителей является ненадежной. Поэтому в необходимых случаях в токопроводящих стыках устанавливают «обводные» медные соединители. Они представляют собой куски медного троса длиной 1,2 м, сечением 70 мм² (или 90 мм²) с приваренными по концам клинчатыми болтами. Болты устанавливают в отверстия диаметром 22 мм, сделанные в шейке рельса на расстоянии 10 см от торцов накладки, и закрепляют гайками с пружинными разрезными шайбами.
Для возвращения обратного тягового тока на подстанцию необходимо обеспечить его прохождение по двум рельсовым нитям в обход изолирующих стыков, разделяющих блок-участки. Это достигается с помощью дроссель-трансформаторов (рис. 2.25). Переменный сигнальный ток рельсовой цепи автоблокировки не может пройти через обмотку дроссель-трансформатора, так как она имеет большое сопротивление.
Чтобы уменьшить сопротивление рельсовых нитей тяговому току, обычно параллельные пути или нити электрически соединяют друг с другом. Для этого используют соединители разной длины - от 0,6 м до нескольких метров.
Для электробезопасности металлические конструкции и сооружения, находящиеся на расстоянии менее 5 м от частей контактной сети (например, опоры контактной сети, мосты, путепроводы, гидроколонки, светофоры), необходимо заземлять, что осуществляется присоединением этих сооружений к рельсам. Присоединение делают без приварки, только болтовое или при помощи скобы, надеваемой на. подошву рельса. Заземление не должно нарушать работу автоблокировки. Исходя из этого опоры контактной сети присоединяют к рельсам через особые изоляторы - искровые промежутки.
Рельсы, по которым идет тяговый ток, не полностью изолированы от земли. Поэтому в элементах, находящихся под рельсами, возникают блуждающие токи, особенно на линиях с постоянным током. Блуждающие токи вызывают коррозию металлических сооружений.
Коррозии, вызванной блуждающими токами совместно с атмосферными явлениями (температура и влажность), подвержены рельсы, скрепления, металлические элементы внутри железобетонных шпал - закладные шайбы, болты, арматура. В некоторых случаях наблюдается коррозия подошвы рельсов точно по месту укладки подкладок. Особенно заметна коррозия рельсов и скреплений в тоннелях, где большая влажность.
Среди многочисленных попыток снизить коррозию элементов пути в тоннеле наибольший эффект достигнут при применении вентильного секционирования пути в тоннеле.
Чтобы уменьшить блуждающие токи, надежно изолируют рельсы, т. е. содержат в исправности изолирующие детали в скреплениях для железобетонных шпал, не допускают загрязнения балласта и его касания подошвы рельсов.
Для уменьшения коррозии арматуры и закладных деталей железобетонных шпал предлагают использовать защитную смазку на болты, пластмассовые анкерные шайбы, вбетонировать пластмассовые блоки в зоне прикрепителей, пропитывать шпалы в полимерных материалах.
Улучшение электроизоляции рельсов от железобетонных шпал на участках с автоблокировкой и электрической тягой постоянного тока заключается в повышении сопротивления балласта и в защите элементов сооружений от блуждающих токов.
На участках же переменного тока, где есть одновременно автоблокировка, возникают противоречивые требования к изоляции рельсов от шпал. Если ослабить изоляцию, то появляется угроза нарушения работы автоблокировки, если значительно усилить изоляцию, то образуется опасный потенциал «рельс - земля». Практически это значит, что при очень большом напряжении в контактной сети (25000 В) и хорошей изоляции между рельсом и землей при приближении электровоза к данному месту на пути могут возникнуть между землей и рельсом значительные напряжения. Принятая в современных скреплениях для железобетонных шпал изоляция создает тот оптимальный режим, при котором напряжения между землей и рельсом неопасны.
Существенно снижаются напряжения между рельсом и землей, если электрифицированный участок оборудован отсасывающими фидерами.
На ряде участков сети, особенно в горных районах, применяется рекуперация электрической энергии. Это значит, что на спусках продольного профиля электровоз не потребляет, а отдает в сеть энергию, вырабатываемую электродвигателями, которые становятся генераторами этой энергии. При этом в поезде возникает электрическое (рекуперативное) торможение. Тормозная сила в этом случае не распределяется равномерно по всему поезду (как обычно, при воздушном торможении), а концентрируется в голове поезда. В зависимости от скорости движения, напряжения и величины тока тормозная сила меняется и может достигать 700 - 1000 кН. В результате исследований установлено, что допустимая величина этой силы не должна превышать 600 кН. При движении в кривых часть тормозной силы направлена наружу кривой и вызывает повышенный износ рельсов, рост боковых отжатий и расстройств колеи. Чтобы повысить сцепление колес и рельсов в момент торможения, под колеса локомотива подсыпают много песка. Он измельчается и засоряет щебень.
На участках рекуперативного торможения целесообразно применение комбинированных балластов (см. п. 2.9), объемнозакаленных рельсов, необходимы тщательный расчет возвышения наружного рельса, своевременное и высококачественное выполнение работ по текущему содержанию пути.
--------------------------
¹ К объемнозакаленным рельсам приварку соединителей необходимо производить электродами аустенитного класса.
