CZ29198U1 - Zapojení bezstykového detektoru lomu kolejnice - Google Patents

Description

Zapojení bezstykového detektoru lomu kolejnice

Oblast techniky

Technické řešení se týká zapojení bezstykového detektoru lomu kolejnice. Obě varianty zapojení vyhovují požadavkům zabezpečovací techniky v železniční dopravě.

Dosavadní stav techniky

Na železničních tratích provozovaných v České republice se k bezpečné detekci volnosti kolejových úseků používají paralelní kolejové obvody s izolovanými styky. Jejich výhodou je, že kromě své základní bezpečnostní íunkce, kterou je detekce nepřítomnosti kolejových vozidel v kolejovém úseku, zpravidla také zajišťují bezpečnou detekci lomu kolejnice a přenos kódu vlálo kového zabezpečovače z tratě na hnací vozidlo. Kvůli řadě technických problémů, které s provozováním paralelních kolejových obvodů v ČR souvisí, i z ekonomických důvodů se v posledních letech stále častěji nasazují počítače náprav, které se svým principem íunkce od paralelních kolejových obvodů zcela zásadně liší. Zatímco paralelní kolejový obvod je liniový prvek detekce vlaku, který svojí kombinační logikou vyhodnocuje stav celého kolejového úseku, tedy volnost / obsazení počítač náprav je bodový prostředek detekce vlaku, který kombinační i sekvenční logikou vyhodnocuje stav jednotlivých počítacích bodů, a na základě toho pak i volnost celého kolejového úseku.

Počítače náprav, na rozdíl od paralelních kolejových obvodů, obecně neumožňují detekovat lom kolejnice ve sledovaných kolejových úsecích, ani do nich neumožňují přenášet kód liniového vlakového zabezpečovače LVZ. To bývá problémem při jejich aplikaci na mnoha tratích, protože pro rychlost vlaku vyšší než 100 km/h se obě tyto bezpečnostně relevantní funkce v ČR vyžadují. V takových případech je technicky možné uvedený problém řešit tím, že se v příslušných kolejových úsecích místo počítačů náprav použijí paralelní kolejové obvody, anebo se v dotčených úsecích použijí počítače náprav i kolejové obvody, což je však finančně nákladné a provozně problematické. Zejména v dlouhých prostorových oddílech, typicky na trati, bývá použití i samotných paralelních kolejových obvodů oproti počítačům náprav finančně velmi nákladné. Z uvedených důvodů se při rekonstrukcích zabezpečovacího zařízení mnoho kolejových úseků vybavuje pouze počítači náprav. Traťová rychlost přes tyto úseky je pak omezena na 100 km/hodina.

Do budoucna se na hlavních tratích počítá s přechodem z národního systému LVZ na evropský vlakový zabezpečovač ETCS. Na vedlejších regionálních tratích dosud provozovaných bez vlakového zabezpečovače se zřejmě bude používat radioblok, který instalaci kolejových obvodů ani počítačů náprav nevyžaduje. V obou těchto případech je přenos kódu LVZ z tratě na kolejové vozidlo nahrazen radiovým přenosem zabezpečených datových zpráv. Při absenci kolejových obvodů však problém bezpečné detekce lomu kolejnice zůstává a je nutné jej řešit především při traťové rychlosti vyšší než 100 km/hodina.

Podstata technického řešení

Bezpečnou bezstykovou detekci lomu kolejnice v kolejových úsecích lze zajistit podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že se příslušný kolejový úsek ohraničí zkrato40 vacími lany nebo výstrojí ve funkci zkratovacích lan. Dále bude používán pouze termín zkratovací lano.

Zkratovací lano se připojí paralelně ke kolejovému vedení na oba kolejnicové pásy. Přibližně uprostřed kolejového úseku se paralelně ke kolejovému vedení připojí napájecí zdroj střídavého elektrického napětí. Signální proud z napájecího zdroje se na vstupu do kolejového vedení rozdělí , v převráceném poměru vstupních impedancí každého směru přenosu, ve volném stavu kolejového úseku tedy přibližně v poměru 1:1. Každá část signálního proudu teče směrem k jednomu snímacímu konci, kde protéká zkratovacím lanem ohraničujícím kolejový úsek.

Celistvost kolejového vedení kolejového úseku je detekována tím, že se na každém ze dvou snímacích konců, tzn. na zkratovacím laně nebo v jeho těsné blízkosti ve směru ke zdroji napětí,

-1 CZ 29198 Ul snímá a měří signální proud. Pokud je změřená efektivní hodnota obou signálních proudů /_2A, Z_2B vyšší, než určitá mezní hodnota, pak je bezpečně vyhodnocena celistvost kolejového vedení. A naopak, pokud je změřená efektivní hodnota některého signálního proudu Z_2A, /_2B menší, než určitá mezní hodnota, a pokud je současně jiným technickým prostředkem detekována nepřítomnost kolejových vozidel v kolejovém úseku, vyhodnotí se ztráta celistvosti kolejového vedení. Jednou z jejích příčin může být lom kolejnice.

Tento základní způsob detekce celistvosti kolejového vedení lze doplnit dalším způsobem detekce, kdy se celistvost kolejového vedení vyhodnotí při určitém minimálním poměru úrovně výstupního proudu /_2A nebo /_2B a úrovně vstupního napětí ίή. Výhodou tohoto principu vyhodnocení celistvosti kolejového vedení je jeho nezávislost na kolísání vstupního napájecího napětí a vstupní impedance protilehlé části kolejového úseku, která není pro detekci lomu směrodatná. Lom kolejnice lze tak detekovat v každé ze dvou částí kolejového úseku zvlášť, nezávisle na sobě.

Uvedené technické řešení je možné použít v přímých i rozvětvených kolejových úsecích bez izolovaných styků. Kvůli velmi nízké impedanci zkratovacího lana, která konverguje k nule, a dále kvůli přenosovým vlastnostem kolejového vedení, které se vůči střídavému elektrickému signálu chová jako dolní propust, se v kolejových úsecích do určité délky použije pracovní kmitočet signálního proudu v řádu jednotek nebo desítek kHz. Díky tomu se signální proud pro každý směr přenosu volným kolejovým vedením rozdělí rovnoměrně. Od určité délky kolejových úseků se kvůli útlumu kolejového vedení použije pracovní kmitočet signálního proudu v řádu desítek a stovek Hz. V obou případech se jako pracovní kmitočet signálního proudu zařízení zvolí kmitočet, který spadá do ochranného kmitočtového pásma kolejových obvodů dle legislativy platné v ČR, například do kmitočtového pásma 75 nebo 275 Hz.

Zařízení zapojené podle tohoto technického řešení kromě bezpečné bezstykové detekce lomu kolejnice umožňuje rovněž detekovat obsazení kolejového úseku vlakem. Nikoli však v celé délce kolejového úseku, protože šuntová citlivost a fritovací napětí v blízkosti zkratovacích lan konvergují k nule. Z tohoto důvodu se popisované zařízení neoznačuje jako bezstykový kolejový obvod, ale jako bezstykový detektor lomu kolejnice.

Jeden prostorový oddíl může obsahovat prakticky neomezené množství kolejových úseků bez izolovaných styků.

Hlavní výhoda použití detektoru lomu kolejnice spočívá v bezpečné detekci lomu kolejnice, bez nutnosti používat izolované styky a stykové transformátory. Druhou výhodou zařízení je detekce volnosti kolejového úseku. Tato funkce však není bezpečně zajištěna v blízkosti zkratovacích lan.

Zařízení zapojené podle tohoto technického řešení lze do kolejových úseků instalovat buď samostatně, nebo v kombinaci s počítači náprav. Při požadavku na bezpečnou detekci lomu kolejnice lze použitím zařízení zapojeného podle tohoto technického řešení zcela eliminovat izolované styky a stykové transformátory na trati i ve stanicích a dosáhnout tak významných finančních úspor při rekonstrukcích stávajících nebo budování nových železničních tratí.

Objasnění výkresu

Na jediném výkrese je na obr. 1 znázorněno zapojení první varianty bezstykového detektoru lomu kolejnice, která se vyznačuje měřením proudu na zkratovacích lánech.

Na jediném výkrese je na obr. 2 znázorněno zapojení druhé varianty bezstykového detektoru lomu kolejnice, která se vyznačuje měřením proudu přímo v elektrickém kolejovém úseku, v těsné blízkosti zkratovacích lan směrem k napájecímu vstupu.

Příklady uskutečnění technického řešení

V konkrétním provedení první varianty detektoru lomu kolejnice je výstup 2 napájecího zdroje 1 dvoupólově připojen na napájecí vstup 3, který se nachází přibližně uprostřed elektrického kolejového úseku 4. K elektrickému kolejovému úseku 4 je v bodě 5 dvoupólově připojeno zkratovací lano 6. Měřicí bod 7, umístěný přímo na zkratovacím laně 6, je zapojen na měřicí vstup 8

-2CZ 29198 Ul snímače 9 proudu. Výstup 19 proudového snímače 9 je připojen na měřicí vstup 20 vyhodnocovací jednotky 21. V bodě 12 elektrického kolejového úseku 4 je dvoupólově připojeno zkratovací lano 13. Měřicí bod 14, umístěný přímo na zkratovacím laně 13, je zapojen na měřicí vstup 15 snímače 16 proudu. Výstup 23 proudového snímače 16 je připojen na měřicí vstup 22 vyhodnocovací jednotky 21. Na měřicí vstup 24 vyhodnocovací jednotky 21 je připojen výstup 25 snímače 26 napájecího napětí, jehož vstup 27 je připojen na výstup 2 napájecího zdroje I.

V konkrétním provedení druhé varianty detektoru lomu kolejnice je výstup 2 napájecího zdroje I dvoupólově připojen na napájecí vstup 3, který se nachází přibližně uprostřed elektrického kolejového úseku 4. K elektrickému kolejovému úseku 4 je v bodě 5 dvoupólově připojeno zkratovací lano 6. Na měřicí vstup 10 proudového snímače 9 je připojen měřicí bod 11 umístěný v elektrickém kolejovém úseku 4, v těsné blízkosti zkratovacího lana 6 směrem k napájecímu vstupu 3. Výstup 19 proudového snímače 9 je připojen na měřicí vstup 20 vyhodnocovací jednotky 21. V bodě 12 elektrického kolejového úseku 4 je dvoupólově připojeno zkratovací lano 13. Na měřicí vstup 17 proudového snímače 16 je připojen měřicí bod 18 umístěný v elektrickém kolejovém úseku 4, v těsné blízkosti zkratovacího lana 13 směrem k napájecímu vstupu 3. Výstup 23 proudového snímače 16 je připojen na měřicí vstup 22 vyhodnocovací jednotky 21. Na měřicí vstup 24 vyhodnocovací jednotky 21 je připojen výstup 25 snímače 26 napájecího napětí, jehož vstup 27 je připojen na výstup 2 napájecího zdroje 1.

Nová funkce obou variant zapojení je znázorněna na výkrese a spočívá v tom, že celistvost kolejového vedení elektrického kolejového úseku 4 je detekována na základě měření signálního proudu protékajícího zkratovacími lany 6, 13, které přesně ohraničují elektrický kolejový úsek 4. Napájecí zdroj i je k elektrickému kolejovému úseku připojen přibližně uprostřed jeho délky vymezené zkratovacími lany 6,13. V základním bezporuchovém stavu zařízení, tj. při celistvosti kolejového vedení a volnosti kontrolovaného elektrického kolejového úseku 4, se signální proud z napájecího zdroje 1 rozdělí na dvě přibližně stejně velké složky, které tečou do obou částí elektrického kolejového úseku 4. Pokud je úroveň obou snímaných signálních proudů dostatečná a pokud je poměr každého z nich vůči změřenému napájecímu napětí vyšší, než určitá minimální mezní hodnota, vyhodnocovací jednotka 21 to při volnosti elektrického kolejového úseku 4 vyhodnotí jako bezpečnou informaci o celistvosti kolejového vedení celého kontrolovaného kolejového úseku 4. Pro tento účel je volnost příslušného elektrického kolejového úseku 4 a případně i dalších elektrických kolejových úseků 4 v příslušném prostorovém oddíle v celé délce bezpečně detekována jiným zařízením, například počítačem náprav.

Jestliže při volnosti elektrického kolejového úseku 4 klesne úroveň některého signálního proudu pod určitou dolní mez, nebo pokud poměr některého výstupního signálního proudu vůči napájecímu napětí klesne pod určitou minimální mez, pak se v příslušné části elektrického kolejového úseku 4 mezi napájecím vstupem a příslušným zkratovacím lanem 6, 13, bezpečně vyhodnotí porucha celistvosti kolejového vedení. V bezporuchovém stavu zařízení bude její příčinou lom kolejnice.

Měření signálního proudu přímo v elektrickém kolejovém úseku 4, v těsné blízkosti zkratovací ch lan 6, 13 je technicky výhodné, protože detekce lomu kolejnice je pak prakticky imunní vůči případným vnějším obchozím cestám signálního proudu, kdy část signálního proudu teče přes zem do přilehlých kolejových úseků 4 a odtud z druhé strany zpět do části kolejového úseku 4 s lomem kolejnice. V takovém případě by signální proud vnější obchozí cesty neprotékal přes snímač 2, 16 proudu na kolejnici s lomem a protékal by pouze přes snímač 9, 16 proudu na kolejnici bez lomu, což lze bezpečně detekovat jako poruchu funkce zařízení.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zapojení bezstykového detektoru lomu kolejnice, vyznačené tím, že výstup (
2. 2) napájecího zdroje (1) je dvoupólově připojen na napájecí vstup (
3. 3), který se nachází přibližně

   -3CZ 29198 U1 uprostřed elektrického kolejového úseku (
4. 4), k elektrickému kolejovému úseku (4) je v bodě (5) dvoupólově připojeno zkratovací lano (6), měřicí bod (7), umístěný přímo na zkratovacím laně (6), je zapojen na měřicí vstup (8) snímače (9) proudu, výstup (19) proudového snímače (9) je připojen na měřicí vstup (20) vyhodnocovací jednotky (21), k elektrickému kolejovému úseku (4)
5. 5 je v bodě (12) dvoupólově připojeno zkratovací lano (13), měřicí bod (14), umístěný přímo na zkratovacím laně (13), je zapojen na měřicí vstup (15) snímače (16) proudu, výstup (23) proudového snímače (16) je připojen na měřicí vstup (22) vyhodnocovací jednotky (21), na měřicí vstup (24) vyhodnocovací jednotky (21) je připojen výstup (25) snímače (26) napájecího napětí, jehož měřicí vstup (27) je připojen na výstup (2) napájecího zdroje (1).

   io 2. Zapojení bezstykového detektoru lomu kolejnice, vyznačené tím, že výstup (2) napájecího zdroje (1) je dvoupólově připojen na napájecí vstup (3), který se nachází přibližně uprostřed elektrického kolejového úseku (4), k elektrickému kolejovému úseku (4) je v bodě (5) dvoupólově připojeno zkratovací lano (6), na měřicí vstup (10) proudového snímače (9) je připojen měřicí bod (11) umístěný v elektrickém kolejovém úseku (4), v těsné blízkosti zkratova15 čího lana (6) směrem k napájecímu vstupu (3), výstup (19) proudového snímače (9) je připojen na měřicí vstup (20) vyhodnocovací jednotky (21), k elektrickému kolejovému úseku (4) je v bodě (12) dvoupólově připojeno zkratovací lano (13), na měřicí vstup (17) proudového snímače (16) je připojen měřicí bod (18) umístěný v elektrickém kolejovém úseku (4), v těsné blízkosti zkratovacího lana (13) směrem k napájecímu vstupu (3), výstup (23) proudového snímače (16) je

   20 připojen na měřicí vstup (22) vyhodnocovací jednotky (21), na měřicí vstup (24) vyhodnocovací jednotky (21) je připojen výstup (25) snímače (26) napájecího napětí, jehož měřicí vstup (27) je připojen na výstup (2) napájecího zdroje (1).