Параметры рельсовых цепей.

Рельсовая цепь, как и проводная линия связи, характеризуется первичными и вторичными параметрами.

К первичным параметрамотносятся:

1. активное сопротивление двухпроводной цепи;

2. индуктивность двухпроводной цепи;

3. емкость изоляции между проводниками тока (рельсами);

4. проводимость изоляции между проводниками (иногда используют обратную величину – сопротивление изоляции).

Иногда:

5. (для рельсовых цепей постоянного тока) оценивают электрохимическую активность балласта.

6. оценивают взаимную индуктивность между контактным проводом и рельсом.

Наиболее важными первичными параметрами являются сопротивление рельсов и сопротивление балласта. На практике, как правило, ограничиваются определением только их.

Ко вторичным параметрам относят:

1.волновое сопротивление ;

2.коэффициент распространения волны .

Волновое сопротивление характеризует сопротивление рельсовой линии бегущей волне:

, Ом

где - удельное электрическое сопротивление рельсов (модуль сопротивления), Ом/км;

- удельное электрическое сопротивление балласта, Ом*км (считают, что сопротивление только активное, поскольку емкостная составляющая мала);

- аргумент сопротивления рельсов, град.

Коэффициент распространения волны является комплексной величиной , 1/км

Действительная часть характеризует затухание волны, а мнимая - - фазовый коэффициент, характеризует степень запаздывания волны по фазе при её распространении на единицу длины.

Вторичные параметры определяются первичными.

Под удельным сопротивлениемрельсов понимают сопротивление обеих нитей со стыковыми соединителями и накладками, отнесенное к 1 км рельсовой нити.

Под удельным сопротивлением балласта (сопротивлением изоляции) понимают сопротивление шпал, сопротивление между рельсами, отнесенные к 1 км рельсовой цепи.

Рельсовая цепь, у которой собственное сопротивление рельсов каждой нити и их сопротивление по отношению к земле будут одинаковыми, называется симметричной.

Параметры рельсовых цепей зависят от множества факторов, и могут определяться в первую очередь измерениями в реальных условиях.

Первичные параметры рельсовой цепи определяют на основании измерений ее входного сопротивления, а также оценки известных зависимостей между напряжениями и токами в начале и конце рельсовой цепи.

Цель специальных измерений: С минимальным количеством аппаратуры при наименьшем количестве измерений, проводимых по возможности с одного конца рельсовой цепи, определить первичные и вторичные параметры рельсовой цепи.

Для получения расчётных соотношений используют схему замещения рельсовой цепи в виде четырёхполюсника.

где

Откуда искомое входное сопротивление (комплексное число) определяется путем деления:

С учётом подстановки коэффициентов А, B, C, D система уравнений приобретает вид:

А входное сопротивление рельсовой цепи может быть определено по формуле:

Для определения вторичных параметров рельсовой цепи и производят измерения входного сопротивления при различном сопротивлении нагрузки. РЦ поочередно нагружают на известные сопротивления и , измеряя входные модули и аргументы напряжений и токов в начале и конце РЦ. На основе которых определяют входные сопротивления:

,

Точность измерения первичных параметров зависит от разности входных сопротивлений и , и максимальна, если одно рассчитано для случая холостого хода, а другое – для короткого замыкания. Тогда выражение для расчёта входного сопротивления упрощается:

– при к.з: и

– при х.ходе: и

Перемножив левые и правые части, а также поделив их, получим соотношения для расчета вторичных параметров:

, (1)

Так как является комплексным числом: , то для его вычисления используют вместо формулы (1) дополнительные соотношения (см. метод х.х и к.з.).

По найденным значениям вторичных параметров вычисляют первичные:

– полное удельное сопротивление рельсов (комплексное);

– полное сопротивление балласта.

Часто аргумент сопротивления балласта не учитывают, так как емкостная составляющая по отношению к активной незначительна.

Таким образом, измеряя токи, напряжения и углы сдвига фаз можно найти параметры рельсовых цепей.

Полезные формулы:

Последовательность определения параметров рельсовых цепей:

1) измерение входного сопротивления (как правило, при двух известных нагрузках);

2) вычисление вторичных параметров;

3) вычисление первичных параметров рельсовых цепей.

Методы измерения параметров рельсовых цепей переменного тока.

Для измерения параметров рельсовых цепей в настоящее время применяют следующие основные методы:

1. холостого хода и короткого замыкания;

2. электрически длинной линии;

3. двух коротких замыканий.

В отличие от рельсовых цепей постоянного тока при измерении параметров рельсовых цепей переменного тока требуется измерять как модуль, так и аргумент входного сопротивления. Модуль входного сопротивления определяется также как и в рельсовых цепях постоянного тока, а аргумент – фазометром или векторметром, либо методом трёх вольтметров.

Требования к измерительным приборам:

класс точности – 2.5

измеритель сдвига фаз должен быть рассчитан на низкие напряжения (ЭЛФ-1 рассчитанный на В следует подключать с соответствующими трансформаторами)

Метод холостого хода и короткого замыкания.

Измерение модуля и аргумента входного сопротивления рельсовой цепи производится на питающем конце по схеме, приведённой на рис.2. На время измерения требуется отключать путевое реле и дроссель-трансформаторы.

а) проводят измерения при отключенных приборах на релейном конце рельсовой цепи (холостой ход).

б) осуществляют измерения при наложенном на релейном конце шунте (сопротивление - тысячные доли ома).

в) для проведения расчёта требуется определить:

	км
	В
	А
	рад
	В
	А
	рад

Методика расчёта:

Сначала вычисляют значения входного сопротивления для режимов холостого хода и короткого замыкания по формулам:

,

где – измеренное значение напряжения холостого хода и короткого замыкания;

– измеренное значение тока холостого хода и короткого замыкания;

– измеренное значение аргумента на холостом ходу и при коротком замыкании соответственно.

Далее вычисляют вторичные параметры рельсовой цепи:

а) ;

б) является комплексным числом, поэтому следует отдельно рассчитать и . Представим в показательной форме: , тогда:

;

Тогда:

В последнюю очередь вычисляются первичные параметры рельсовой цепи:

– удельное сопротивление рельсов:

(аргумент сопротивления выражен в радианах)

– удельное сопротивление балласта:

Сопротивление рельсов на практике при Гц обычно составляет Ом/км, при Гц - , при Гц - Ом/км.