CZ31874U1 - Zapojení bezstykového detektoru lomu kolejnice - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zapojení bezstykového detektoru lomu kolejnice, který funguje na principu měření vstupní impedance elektrického kolejového úseku.

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 funkce, kterou je detekce nepřítomnosti kolejových vozidel v kolejovém úseku, zpravidla také zajišťují bezpečnou detekci lomu kolejnice a přenos kódu vlakového 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 instalují počítače náprav, které se svým principem funkce 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 typu LS. To bývá problémem při jejich aplikaci na mnoha tratích, protože pro rychlost vlaku vyšší než 100 km/hodina 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 řešení. 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 všech celostátních tratích v ČR počítá s přechodem z národního liniového vlakového zabezpečovače typu LS na evropský vlakový zabezpečovač ETCS. Přenos kódu návěstního znaku z tratě na kolejové vozidlo, který u liniového vlakového zabezpečovače typu LS zajišťují kolejové obvody, bude u vlakového zabezpečovače ETCS nahrazen radiovým přenosem zabezpečených datových zpráv. Pomine tak jeden z hlavních důvodů, proč se kolejové obvody s izolovanými styky v ČR dosud provozují a instalují a bude je eventuálně možné, po zvážení všech bezpečnostních rizik, nahradit počítači náprav. Mimo jiné je třeba zohlednit riziko lomu kolejnice, a to především pro traťové rychlosti vyšší než 100 km/hodina.

Podstata technického řešení

Bezstykovou detekci lomu kolejnice v kolejových úsecích lze zajistit zapojením podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že se příslušný sledovaný kolejový úsek ohraničí zkratovacími lany.

Každé zkratovací lano se připojí vstřícně mezi oba kolejnicové pásy, tedy paralelně ke kolejovému vedení. Přibližně uprostřed kolejového úseku se rovněž paralelně ke kolejovému vedení připojí napájecí zdroj střídavého elektrického signálu. Signální proud z napájecího zdroje

- 1 CZ 31874 Ul se na vstupu do kolejového vedení rozdělí v převráceném poměru dílčích vstupních impedancí každé části, respektive poloviny EKÚ, ve volném stavu tedy přibližně v poměru 1:1. Každá část signálního proudu teče směrem k jednomu zkratovacímu lanu, které z jedné strany elektricky ohraničuje kolejový úsek.

Stav elektrického kolejového úseku je vyhodnocován na základě změřené hodnoty vstupní impedance Zin kolejového vedení, resp. absolutní hodnoty impedance Zin. Tato diagnostická veličina zahrnuje obě části kolejového úseku, napájeného uprostřed. Pokud se změřená hodnota impedance Zin zvýší na hodnotu, která bude ležet v intervalu směrodatném pro havarijní stav kolejového úseku, detekuje se lom kolejnice. Jestliže bude změřená hodnota vstupní impedance Zin ještě vyšší, detekuje se porucha venkovní výstroje zařízení.

Kromě měření a vyhodnocování absolutní hodnoty vstupní impedance Zin lze také měřit a vyhodnocovat její argument a použít jej jako další diagnostický ukazatel stavu kolejového úseku.

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. Naopak od určité délky kolejového úseku je nutné použít pracovní kmitočet měřicího signálu v řádu desítek či stovek Hz, aby bylo možné lom kolejnice spolehlivě detekovat i při uvažované maximální svodové admitanci mezi kolejnicemi.

Zapojení podle tohoto technického řešení, kromě bezstykové detekce lomu kolejnice, umožňuje rovněž detekovat obsazení kolejového úseku vlakem, ovšem pouze cca ve dvou třetinách délky kolejového úseku. 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, ve kterých bude použit bezstykový detektor lomu kolejnice.

Hlavní výhoda použití výše popsaného zapojení detektoru lomu kolejnice spočívá ve spolehlivé, případně i bezpečné, detekci lomu kolejnice, bez nutnosti používat izolované styky a stykové transformátory. Druhou výhodou zapojení je detekce volnosti kolejového úseku. Tato funkce však není zajištěna do určité vzdálenosti od zkratovacích lan.

Zapojení podle tohoto technického řešení lze do kolejových úseků instalovat jako doplněk počítače náprav, doplněk bezstykového kolejového obvodu, který nedetekuje lom kolejnice, případně i zcela samostatně. Při požadavku na detekci lomu kolejnice lze použitím zapojení 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 výkresů

Na přiloženém výkresu je na jediném obrázku obr. 1 znázorněno zapojení bezstykového detektoru lomu kolejnice, vyznačující se měřením vstupní impedance sledovaného elektrického kolejového úseku.

-2CZ 31874 U1

Příklady uskutečnění technického řešení

V konkrétním provedení detektoru lomu kolejnice je výstup 2 generátoru 1 signálu dvoupólově připojen na napájecí vstup 3, který se nachází přibližně uprostřed elektrického kolejového úseku 4. K elektrickému kolejovému úseku 4 je v prvním bodě 5 dvoupólově připojeno první zkratovací lano 6. Dále je k elektrickému kolejovému úseku 4 v druhém bodě 7 dvoupólově připojeno druhé zkratovací lano 8. Mezi výstupem 2 generátoru 1_ měřicího signálu a napájecím vstupem 3 elektrického kolejového úseku 4 je v bodě 9 dvoupólově připojen měřicí vstup 10 měřicí a vyhodnocovací jednotky 11.

Nová funkce zapojení je znázorněna na výkrese a spočívá v tom, že stav elektrického kolejového úseku 4, z obou stran ohraničeného zkratovacími lany 6 a 8, je detekován na základě měření vstupní impedance elektrického kolejového úseku 4, resp. jeho dvou částí zapojených vůči generátoru 1_ měřicího signálu paralelně. Generátor 1_ měřicího signálu je k elektrickému kolejovému úseku 4 připojen přibližně uprostřed jeho délky vymezené zkratovacími lany 6 a 8.

V základním bezporuchovém stavu zařízení, tj. při celistvosti kolejového vedení a volnosti kontrolovaného elektrického kolejového úseku 4, se signální proud z napájecího zdroje rozdělí na dvě přibližně stejně velké složky, které tečou do obou částí elektrického kolejového úseku 4. Vstupní impedance elektrického kolejového úseku 4 se určí podílem změřených hodnot vstupního napětí a vstupního proudu měřicího signálu. Pokud je absolutní hodnota vstupní impedance EKU vyšší než maximální mezní hodnota směrodatná pro volný a šuntovaný stav, měřící a vyhodnocovací jednotka 11 to vyhodnotí jako lom kolejnice nebo jako poruchu připojení venkovní výstroje.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (1)

1. Zapojení bezstykového detektoru lomu kolejnice, vyznačující se tím, že výstup (2) generátoru (1) měřicího signálu je dvoupólově připojen na napájecí vstup (3), který se nachází přibližně uprostřed elektrického kolejového úseku (4), k elektrickému kolejovému úseku (4) je v prvním bodě (5) dvoupólově připojeno první zkratovací lano (6), k elektrickému kolejovému úseku (4) je v druhém bodě (7) dvoupólově připojeno druhé zkratovací lano (8) a měřicí bod (9), zapojený mezi výstup (2) generátoru (1) měřicího signálu a napájecí vstup (3) kolejového úseku (4), je zapojen na měřicí vstup (10) měřicí a vyhodnocovací jednotky (11).