4. KONTROLA STANJA KOLOSIJEKA I SKRETNICA Uređaji za kontrolu zauzetosti kolosijeka su signalno-sigurnosni uređaji koji obavljaju kontrolu nezauzetosti odnosno zauzetosti kolosijeka, skretnica i odsjeka pruge. Kolosiječni strujni krugovi imaju, dakle ove osnovne namjene: - neprekidnu i automatsku kontrolu stanja kolosijeka u međukolodvorskom razmaku, na skretnicama ili samoj postaji, - isključuju mogućnost prijema vlaka na zauzet kolosijek, - ne dopuštaju prebacivanje skretnica pod vozilom, - omogućuju automatsko signaliziranje približavanja vlaka na putnim prijelazima, - omogućuju ovisnost kretanja vlaka sa znakovima signala. Sukladno osnovnoj funkciji ovi uređaji mogu obavljati funkcije razrješenja puta vožnje, uključenje automatskog uređaja cestovnog prijelaza i brojanje osovina u rezdjelnom području zoni ranžirnog kolodvora i slično. Uređaji za kontrolu su: izolirana tračnica, izolirani odsjek, elektronički brojači osovina, izolirani odsjek bez izoliranih umetaka i tračnički kontakti. 4.1. IZOLIRANA TRAČNICA I IZOLIRANI ODSJECI Izolirana tračnica osnovni je dio sustava elektromehaničkih signalno-sigurnosnih uređaja koji omogućuje detekciju položaja željezničkog vozila, koje tada razrješuje postavljeni put vožnje. Sastoji se od naponskog dijela (izvora napajanja), kabelskih veza, priključne kolosiječne glave, priključnih kolosiječnih kabela, dijela kolosijeka, izoliranog sastava i relejnog dijela (releja) kako je to prikazano slikom 4.1. Slika 4.1. Izolirani odsjek Izolirani dio kolosijeka je dugačak najmanje od 20 do 50 m, tako što se izolira samo jedna tračnica, a izolirano polje se ugrađuje ispred ulazne skretnice vodeći računa o lokalnim prilikama. Otpor zastora izoliranog polja ne smije biti manji od 50 Ω. U električnom smislu izolirani odsjek može biti paralelni ili serijski strujni krug. Nadomjesna shema izoliranog odsjeka u slučaju paralelnog strujnog kruga prikazana je na slici 4.2. Slika 4.2. Izolirani odsjek s paralelnim strujnim krugom U slučaju kada na izoliranom odsjeku nema vozila, odnosno kada je izolirani odsjek «slobodan» struja kroz namotaje releja iznosi:
( R + R ) U Z e I S = RZ Re U slučaju zauzetog kolosijeka pružnim vozilom, relej otpusti zbog približno kratkog spoja osovine vozila (prijelazni otpor kotača je približno 50 mω). U električnom smislu važno je poznavati struju otpuštanja releja, odnosno struju kod koje će sigurno doći do otpuštanja kotve releja. Napuštanjem vozila izvan izoliranog odsjeka, relej će ponovo privući, što se karakterizira ponovnom slobodnošću izoliranog odsjeka. Nedostatak ovog načina kontrole izolranog odsjeka je to što troši srazmjerno dosta električne energije (otpor zastora je relativno mali, i većinu vremena su neki kolosijeci bez željezničkih vozila), a naročito kada je kolosijek zauzet), no dobra mu je strana što permanentno kontrolira stanje kolosijeka (naročito puknuće tračnice) Druga je mogućnost izolirani odsjek sa serijski spojenim elementima kako je to prikazano slikom 4.3. Slika 4.3. Izolrani odsjek sa paralenim strujni krugom U ovom slučaju kada na izoliranom odsjeku nema vozila, odnosno kada je izolirani odsjek «slobodan» jakost struje kroz namotaje releja iznosi: E IS = RZ + Re + R Bitno je da jakost struje u slučaju slobodnog izoliranog odsjeka bude manja od struje privlačenja releja, koja je u slučaju zauzetog kolosijeka: E IZ =. R + Re Kod ovog načina spajanja potrošnja struje je manja, ali zato nije moguće kontrolirati stanje kolosijeka. Naročita pažnja, kod projektiranja, se treba posvetiti kvaliteti releja. Ona se određuje preko čimbenika dobrote Q, koji predstavlja odnos između struje privlačenja i struje otpuštanja releja Izolirana tračnica može biti napajana iz istosmjernog ili izmjeničnog izvora napajanja, tako što strujni krug mora biti krug radne struje, odnosno, tek nailaskom vozila ovim krugom teče struja i relej izolirane tračnice se aktivira. Istosmjerni izvor napajanja za izoliranu tračnicu mora imati napon najmanje 8 V, a može biti sastavljen iz odgovarajuće baterije suhih elemenata ili može biti akumulatorska baterija. Ova vrst napajanja ne može se koristiti na prugama elektrificiranim istosmjernim sustavom vuče. Na tako elektrificiranim prugama koriste se izvori izmjeničnog napajanja iz mreže 220 V 50 Hz, uz odgovarajuće transformatore, tako da napon na kolosijeku ne prelazi 10 V. Izolirani tračnički sastav ugrađuje se na sastavima tračnica, koji predstavljaju granicu izoliranog odsjeka ili mjesta promjene polariteta, na kojima tračnice moraju imati suprotan polaritet napajanja. Oni moraju biti tako izrađeni i ugrađeni kako bi odgovarali tipu tračnice i gornjeg ustroja pruge na mjestu ugradnje. Moraju biti otporni na udarce i ugibe kod vožnje preko sastava, ne smiju mijenjati mehaničke i električne osobine pri promjenama temperature od -40 do + 70 ºC, kao ni pod djelovanjem vode i pritiska. Specifični otpor izolacionog materijala za izolirane sastave mora imati specifični otpor najmanje 70 MΩcm pri ispitnom
naponu 1000 V, a električni otpor izoliranog sastava ne smije pasti ispod 50 Ω ni pri najnepovoljnijim uvjetima rada. Mehaničke osobine izoliranog sastava moraju zadovoljiti 80 % osobina mehaničkih vezica. Izolirani sastav mora biti ugrađen na duplim pragovima, a presjek tračnice na izoliranom sastavu mora biti gladak, bez neravnina i skošenja, koja bi mogla oštetiti izolacioni umetak u dilatacionom razmaku. Dilatacioni razmak između tračnica izoliranog sastava ne smije ni kod najviše temperature biti manji od 5 mm, a ako postoji mogućnost pomicanja tračnica potrebno je ugraditi na svaku tračnicu po 4-6 sprava protiv putovanja tračnica. Izolirani sastavi mogu biti ljepljeni i sastavljeni. Ljepljeni izolirani sastav predstavlja nedjeljiv spoj dva komada tračnica približne duljine 1 m, a ugrađuju se umetanjem i varenjem na mjestu izrezane tračnice. Sastavljeni izolirani sastav sastoji se od dvije izolacijske spojnice, izolacijskog umetka i vijaka s maticama kako je to prikazano slikom 4.4. Izolacijske spojnice mogu biti izrađene od umjetne smole s umetnutim tekstolitnim nitima, prešanog drveta ili nylona, a izolacijski uložak može biti od imprgnirane kože, tekstolita ili nylona. Slika4.4 Izolirani sastav Tračničke vezice se ugrađuju kako bi se premostio veliki uzdužni prelazni otpor željezne spojnice, a izrađuju se od bakrenog užeta standardiziranog presjeka. Električni otpor vezice ne smije biti veći od 4 mω. Stalne tračničke vezice se zavaruju električno, autogeno ili eksplozivno na glavu tračnice, a zatim se premazuju zaštitnom bojom. Pragovi na izoliranom odsjeku moraju biti od tvrdog impregriranog drveta ili betonski, sa što većim izolacijskim otporom. Pragovi koji su natruli, naprsli ili nagorjeli samo izuzetno mogu privremeno ostati u izoliranom odsjeku, samo ako ih nema više od 20 % i ako su raspoređeni između ispravnih pragova. Naročito treba paziti da između vijaka za učvršćenje mosnih greda i vijaka pragova ne postoji nikakva vodljiva veza, ako se pragovi nalaze na mosnoj konstrukciji. Zastor na izoliranim odsjecima treba biti dobre kvalitete, prorešetan i udaljen najmanje 5 cm od donjeg ruba tračnice, a na peronima i cestovnim prijelazima može se dozvoliti ležanje tračnica u zastoru ili su zasute sipinom samo ako je tucanik i sipina čisti i dobre kvalitete. Između tračnica je izolacioni umetak. Sastav je međusobno povezan izoliranim spojkama od drveta i učvršćen željeznim spojnicama i vijcima. Najnovijim postupkom se umeci lijepe uz tračnice u radionici, učvrste vezicama i dužine 4 do 150 m se transportiraju na teren. Lijepljeni izolirani sastav sastoji se od dvije tračnice, dvije plosnate vezice, četiri spojna vijka, dvije plosnate izolirajuće vezice, četiri izolacijska šuplja vijka, jednog izolirajućeg umetka između tračnica, te ljepila za metal sa staklenim nitima. Izolirani sastavi moraju podnijeti mehanička naprezanja tračnica i ispunjavati uvjete za električni izolacioni otpor reda 30 MΩ pri suhom vremenu kod istosmjernog napona od 500V. Zbog nečistoća i vlage taj se otpor smanji, ali bi uvijek trebao biti veći od 7Ω. Da bi tračnice služile za predaju električnih signala moraju predstavljati malen otpor. Ovisno o tipu tračnice otpor ima vrijednosti: R t = 0,5 Ω/km (za tračnice s prespojem) i R t =0,35 Ω/km (za zavarene tračnice). Kod nezavarenih tračnica, spojka se premošćuje prespojem od bakrene užadi, pričem otpor pričvršćenja mora biti manji od 0,004Ω. Izolirani odsjeci ne smiju biti kraći od razmaka među osovinama vagona. Dužina kratkih izoliranih odsjeka kreće se od najmanje 10 do 310 m. Srednji izolirani odsjeci su do 750 m, a dugi dosežu 1200 i više metara.
Pragovi i zastor izoliranog odsjeka trebaju biti u takvom stanju da otpor zastora (električni otpor mjeren između tračnica jednog izoliranog odsjeka) i kod najduljih izoliranih odsjeka ne bude manji od 1,6 Ω/km na otovrenoj pruzi, a 1 Ω/km na kolodvorskim kolosijecima pod najnepovoljnijim uvjetima (za vrijeme ili poslije kiša ili topljenja snijega). Ukoliko ovaj uvjet nije zadovoljen, treba prorešetati zastor, ubaciti novi tucanik, izbaciti sve natrule pragove, odmaknuti zastor od tračnica i tako povećati vrijednost otpora zastora. Kod tračnica izoliranih odsjeka koje nisu bar jednom dnevno prevezene vozilom, kao i kod kolosijeka sa oksidiranim tračnicama treba vozilom, kada ono dođe na takvo mjesto, više puta prijeći cijelom dužinom izoliranog odsjeka, naročito kod vožnje lakih vozila, kada može doći do nesigurnog rada izoliranog odsjeka. 4.2. KONTROLA SKRETNICA U kolodvoru su skretnice najvažniji dio puta vožnje vlaka, te je potrebno kontrolirati njihovo stanja, a za to se također koriste strujni krugovi izoliranih odsjeka. Zbog složenosti skretnice, postoje tri mogućnosti spajanja glavnog i sporednog pravca, a to su: paralelno, serijski i mješovito. 1. Paralelno spajanje. Kod te vrste spajanja koriste se dva spoja između tračnica "zz"' i spoj na srcištu. Izolacija je tik je ispred srca skretnice. Izolacija kod "z" je tik iza kliznih jastučića jezičaka. Na taj je način omogućen različit polaritet tračnica. Dobra strana ovoga načina spajanja što je jednostavnost spoja s malo dijelova, a time i malo kvarova, no ovdje je loše što nema kontrole odvojnog kolosijeka. Prekid tračnice indicira se tek kad na prugu dođe vozilo. Relej osjeti kratki spoj, ali sklop ne pokazuje na kojem je kolosijeku vozilo. Shematski prikaz ovog načina kontrole stanja odsjeka skretnice prikazan je na sl.4.5. Slika 4.5. Strujni krug izolacije skretnice s paralelnim spojem 2. Serijsko spajanje. Tračnice odvojnog i glavnog kolosijeka spojene su serijski i kroz njih stalno teče struja kao prema prikazu na slici 4.6. Na taj način su zadovoljeni osovni uvjeti za sigurnosan rad strujnog kruga i sigurnost prometa. Takvim spojem osovina kotača vagona premošćuje relej, koji tada otpušta. Loše strana ovakvog načina spajanja je to što treba više kontroliranih sastava i dugih prespoja između tračnica. Treba uočiti da postoje i druge mogućnosti spajanja ovog načina povezivanja, ovisno o položaju releja. Slika 4.6. Strujni krug izolacije skretnice serijskim spojem 3. Mješovito spajanje. Kada se zbog konstrukcijskih razloga izolirani spoj ne smije postaviti tik iza srca skretnice, moguće je izvesti strujni krug kao što je prikazano na slici 4.7. Spojevi i kombinacije veza skretničkog dijela sa susjednim odsjecima obavljaju se standardiziranim načinima spajanja. Takav strujni krug ima tri prespoja. Vanjske su tračnice stalno pod kontrolom, jer kroz njih teče struja, a unutarnje nisu, što je loše, jer se ne može
detektirati lom tračnice. Spoj je dobar, jer postoji stalna kontrola stanja sporednog i glavnog kolosijeka. Slika 4.7. Mješoviti strujni krug skretnice 4.3. ODREĐIVANJE GRANICA IZOLIRANIH ODSJEKA SKRETNICE Kako bi se onemogućilo prebacivanje skretnica ispod vagona, treba izolirane umetke postaviti na odgovarajuća mjesta. Duljina tračnice od izoliranog sastava do vrha jezička skretnice je Lv, a razmak od izoliranog umetka do međnika označen je s Lg kao na slici 4.8. "Lg" je udaljenost od osovine vagona do odbojnika kod najdužih tipova vagona. Međnik se postavlja u području skretnice na mjestu potrebnog zaustavljanja odbojnika vagona, a njegov položaj određuju slobodni profili vagona pri vožnji u pravac i skretanje. U kolodvorima s osobljem i klasičnim ss-uređajima Lg = 3 m, dok je zbog sigurnosti kod pruga s telekomandom Lg = 6 m. Duljinu izoliranog odsjeka Lv određuje brzina manevriranja u kolodvoru. To je duljina koju vagon prođe od trenutka kad je naišao na izolirani sastav do trenutka kad je došao tik ispred vrha jezička skretnice. Pri tom se kretao brzinom manevriranja v. Brzina manevriranja u kolodvoru je od 15 do 30 hm/h. Slika 4.8. Izolirani odsjek skretnice Vrijeme prebacivanja skretnice je t = l - 4 sekunde. Duljina kolosijeka Lv za sporohodne skretnice je tada: Lv > v. t, Lv = 16 m 33,3 m.. 4.4. NAPAJANJE KOLOSIJEČNIH STRUJNIH KRUGOVA Strujni krugovi izoliranih odsjeka mogu se napojiti kontinuirano ili impulsno. Pri kontinuiranom načinu stalno odsjek se napaja bilo istosmjernom bilo izmjeničnom strujom. Impulsno se napajanje može izvesti izmjeničnom ili istosmjernom strujom. Napajanje impulsima skuplje je od kontinuiranog napajanja (odašiljači i prijemnici impulsa skuplji su od običnih releja, a također i njihovo održavanje), ali zato ima neke prednosti. Na tračnicama se talože slojevi pijeska i maziva, stvara se hrđa i led. Sve to povećava prijelazni otpor između kotača i tračnica i smanjuje pouzdanost detektiranja
zauzeća kolosijeka. Da bi se probio nastali izolacioni sloj potreban je napon 50 do 100 V. Radi toga se počelo primjenjivati impulsno napajanje. Unatoč visokom naponu, ovi impulsi nisu opasni za čovjeka, jer su kratkotrajni ( l do 3 impulsa u sekundi). Za impulsni režim dobrota releja Q ima veću vrijednost od 0,65 pa je zato duljina kontroliranog odsjeka veća i može iznositi 3 km. Impulsnim napajanjem ne samo što povećavamo osjetljivost izoliranog odsjeka, nego smanjujemo i utjecaj smetnji, naročito od struje vuče. Najčešći uzrok kvara kolosiječnih strujnih krugova jesu odvodi zbog nečistoća ili proboja izoliranih sastava. Da bi se što lakše uočila povećana vodljivost ili proboj izolacije, tračnice uz izolirani sastav moraju imati suprotne polaritete kad su napajane istosmjernom strujom. Kod izmjeničnog napajanja jedna tračnica mora biti priključena na fazu, a druga na nulu. U pravilu se na mjestu izolacije spajaju ili releji ili napajanja dvaju susjednih odsjeka. U slučaju napajanja relejnog s jedne, a napojnog s druge strane izoliranog umetka, moglo bi doći do pogrešne indikacije. Npr. kod prekida tračnice uz relej, a zauzeća uz napojni dio istog odsjeka, relej bi pokazivao slobodno, jer bi mogao biti privučen zbog dobivanja struje preko odvoda izolacionih umetaka. Slika 4.9. Spajanje susjednih izoliranih odsjeka: a) pogrešno spajanje b) ispravno spajanje Za pravilan rad i održavanje važan je polaritet susjednih odsjeka. Na slici 4.9. prikazan je pogrešan i ispravan način spajanja polariteta napona na izolirane odsjeke. Kod pogrešnog spajanja, u slučaju slabe izolacije sastava, relej neće otpustiti kotvu (dati znak smetnje ili zauzeća), jer oba odsjeka djeluju kao jedan kolosiječni strujni krug s napajanjem u sredini. Kod pravilnog spajanja otpuštaju oba releja i javljaju smetnju. Slika 4.10. Kratki spoj gornjeg izoliranog umetka između 1. i 2. izoliranog odsjeka Indikacija proboja izolacije može se vidjeti iz sheme na slici 4.10. Otpušta relej Rel i daje znak zauzeća, jer su mu oba izvoda zavojnice spojena na + pol napajanja. U slučaju kratkog spoja na donjem umetku otpustit će relej Re2. 4.5. STRUJNI KRUGOVI S IZMJENIČNOM STRUJOM NAPAJANJA Napon kontaktne mreže prema tračnicama i zemlji je 3 kv kod istosmjernog napajanja i 25 kv i 50 Hz kod izmjenične struje vuče. Elektrovučne transformatorske podstanice postavljene su na međusobnim razmacima od 40 do 60 km, a ispravljačke podstanice (za istosmjernu vuču) na dva puta kraćim udaljenostima. Snaga naše električne lokomotive s tiristorskom regulacijom proizvodnje "Rade Konćar" je 4400 kw, pa je struja vuče reda 200 A. Ako se na odsjeku napajanja nalazi više vlakova, struja može višestruko narasti, a u slučajevima kratkog spoja doseći i deveterostruku vrijednost. U tračnicama, kao povratnom vodu struje vuče -frekvencije 50 Hz, pojavljuju se i njeni višekratnici tj. više harmonijske komponente, a u najvećim postocima neparne, prema tablici 4.1.
Tablica 4.1. Udio viših harmonika struje vuče u naponu smetnji broj harmonika 3 5 7 9 napon smetnji u % prema 36.96 16. 04 6.35 3.79 osnovnom od 50 Hz Otpuštanje releja u kolosiječnom strujnom krugu biti će sigurno, ako napon smetnji ne prelazi 30 % radnog napona. Zbog toga se na prijemnoj strani, ispred releja, postavlja filtar koji prigušuje napone smetnji od struje vuče. Kolosiječni strujni krugovi moraju biti zaštićeni od struje vuče, istosmjerne i izmjenične od 50 Hz i njenih viših harmoničnih komponenti. Atmosferske smetnje i prenaponi iz kontaktne mreže i tračnica mogu potjerati veliku struju preko releja, transformatora i drugih elemenata, te ih oštetiti. Radi toga se S uređaji osiguravaju posebnim zaštitnim sklopovima kao npr. šiljcima, Zener-diodama i prenaponskim osiguračima. Kod istosmjerne vuče ne mogu se istovremeno koristiti izolirani odsjeci napajani istosmjernom strujom. Napajanje se vrši izmjeničnom strujom frekvencije 50 Hz preko transformatora. Kad je struja vuće izmjenična, frekvencije 50 Hz, onda se frekvencija kolosiječnih strujnih krugova mora znatno razlikovati od 50 Hz, a također treba izbjegavati i više harmonike struje vuče. Prema tome, koriste se frekvencije 83 i 1/3 Hz (najčešće) zatim 125, 175, 225 Hz, te 1000 i 2000 Hz. Tračnice su povratni vod struje vuče. To ugrožava pouzdan i siguran rad izoliranog odsjeka odnosno kolosiječnog strujnog kruga. Kao povratni vod može služiti jedna tračnica ili obje, što utječe na izvedbu izoliranog odsjeka, pa imamo jednotračne (ili jednošinske) i dvotračne (ili dvošinske) izolirane odsjeke. Jednotračni izolirani odsjek, koristi se tamo gdje samo jedna tračnica služi kao povratni vod, a to je obično u području stanica. Takva izvedba prikazana je na lijevoj strani slike 4.11. Izolirani se odsjek napaja izmjeničnom strujom preko transformatora Tr1. Relej izoliranog odsjeka ili kolosijećni relej Re je preko transformatora Tr2 priključen na drugi kraj izoliranog odsjeka. Struja vuče Iv teče samo jednom tračnicom, a kontinuitet tračnice kao povratnog voda postiže se međutračnim ili tzv. "z"-prespojem. Slika 4.11. Sheme propuštanja struje vuče a.) kroz jednu tračnicu i b) kroz dvije tračnice Zbog pada napona na tračnicama nastaju nepotrebni gubici. Da bi se smanjili, kao povratni vod za struju vuće koriste se obje tračnice. Presjek vodova struje vuče time je veći, a gubici manji. U tom se slučaju koriste dvotračni izolirani odsjeci, na otvorenoj pruzi i na dugim trasama. Dvotračni izolirani odsjek prikazan je na slici 3.13.a). Uz izolirane umetke spojene su kolosiječne prigušnice Pr, koje propuštaju struju vuče, umjesto međutračnih prespoja. Tračnice imaju različite otpore (Ivi = Iv2), pa može doći do napona nesimetrije i lažne informacije o stanju kolosijeka. Zato se kod nekih izvedbi stavljaju filtri protiv napona smetnji i kod napojnog i kod relejnog dijela odsjeka. Kod dvotračnih izoliranih odsjeka koriste se kolosiječne prigušnice. Paralelno njihovom namotaju spoji se odgovarajući kondenzator C. Taj se paralelni titrajni krug ugodi na rezonantnu frekvenciju koja je upravo frekvencija radnog signala kolosiječnog strujnog kruga. Time se postiže to da prigusnica za struju vuče ne predstavlja gotovo nikakav otpor (kratki spoj), a za rezonantnu frekvenciju odnosno frekvenciju napajanja izoliranog odsjeka
predstavlja vrlo veliki otpor. Takav ugođeni titrajni krug radi kao filtar, jer reagira samo na prepoznatljiv signal rezonantne frekvencije odnosno frekvencije napajanja izoliranog odsjeka. Koriste se i strujni krugovi u kojima je prigušnica izvedena i kao transformator. Na sekundar prigušnice transformatora spojen je kondenzator C. Induktivitet sekundara L i kondenzator C čine paralelni titrajni krug koji rezonira na frekvenciji napajanja izoliranih odsjeka. Takav ugođeni krug radi kao filtar, jer reagira samo na prepoznatljiv signal rezonantne frekvencije. 4.6. KOLOSIJEČNI STRUJNI KRUGOVI BEZ IZOLIRANIH SASTAVA Sigurnost rada izoliranih odsjeka uglavnom ovisi o ispravnosti izolacionih umetaka. Na temelju ispitivanja dugogodišnjeg održavanja takvih odsjeka ustanovljeno je da više od 30 % otkaza rada otpada na oštećenja izoliranog umetka. Popravak izoliranog sastava traje dugo i zahtijeva zastoj prometa. Željezničke uprave uvode u eksploataciju nove načine kontrole kolosijeka, ali su oni još uvijek u stadiju ispitivanja, jer ne zadovoljavaju. Bitno poboljšanje eksploatacijskih i tehničkih karakteristika pokazuju kolosiječni strujni krugovi bez izolacionih umetaka. Takvi se strujni krugovi napajaju izmjeničnom strujom. Još godine 1973. Međunarodna željeznička unija (UIC) izradila je tzv. "Direktivni plan evropskih željeznica budućnosti", koji su verificirale gotovo sve evropske države. Našom zemljom prolazi dio magistralnih pravaca te buduće željezničke mreže. Budući da smo članovi UIC i mi se također moramo pridržavati kvalitativnim zahtjevima tih planova. Neki ss-uređaji moći će se koristiti na tim superbrzim prugama, dok će se na drugima trebati izvesti neke modifikacije. Tako će se kontrola zauzetosti kolosijeka i skretnica moći izvesti samo izoliranim odsjecima električnog tipa, ali bez ugrađenog izoliranog umetka. Pri tome dužina takvog odsjeka ne smije biti kraća od 2 km. 4.7. PARAMETRI KOLOSIJEKA ZA IZMJENIČNU STRUJU Otpor tračnica istosmjernoj struji obično ee navodi kao specifični, tj. vrijednost otpora po duljini tračnice r (Ω/km), i iznosi od 0,35 do 0,5 Ω/kn. Veličina tog otpora ovisi o tipu tračnica i načinu sastava (zavarene ili s prespojem). Zastor predstavlja otpor Rz koji se uobičajenije piše kao odvod struje ili vodljivost G=1/Rz. Ako se radi o specifičnoj vodljivosti zastora onda se ta vrijednost navodi kao g (S/km). Tračnice možemo zamisliti kao serijski spoj niza omskih otpora r (Ω/km) i induktivi teta L (H/km). Specifični otpor tračnice za izmjeničnu struju ili njena specifična impedancija z (Ω/km), kompleksna je veličina ovisna o njenom omskom i induktivnom otporu i vrijedi: ωl z = r + jω L, tgϕ =, z = r 2 + ( jωl) 2 (Ω/km) r Zastor tračnica predstavlja otpor i kapacitet kod izmjenične struje napajanja. Budući da se kroz zastor odvodi struja mimo tračnica njegovu električnu karakteristiku nazivamo specifičnom vodljivošću, koja je također kompleksna veličina y (S/km) i vrijedi: 2 ( jω ) 2 y = g + jω C, y = g + C (S/km) Utjecaj kapaciteta između tračnica je zanemariv prema utjecaju vodljivosti zastora do frekvencije f= 5000 Hz. Budući da je kružna frekvencija ω=2πf, očito je da otpor tračnica ovisi o frekvenciji. Vrijednosti specifične impedancije tračnica z s varenim prespojima u zavisnosti od frekvencije f struje napajanja izoliranog odsjeka dane su tabelarno.
f (Hz) 25 50 75 125 225 325 425 725 1000 2000 3000 5000 z 0,5 0,8 1,07 1,54 2,6 3,7 4,9 6,6 8,9 17,3 23 42 (Ω/km) Φ (º) 52 65 68 71 73 76 78 80 81 84 85 86 Rasprostiranje električnih signala duž kolosijeka, kao i elektromagnetskih valova kod ostalih električnih linija, određuje se parametrima: γ (1/km) - koeficijentom rasprostiranja i Z o (Ω) - valnim otporom. Koeficijent rasprostiranja kompleksna je veličina određuje se izrazom: z z ϕ γ = = e, r r i i gdje je z - specifična impedancija tračnica, r i - specifični otpor tračnica i izolacije (zastora - tucanika s pragovima), a φ - fazni kut te intpedancije. Taj se koefijent rasprostriranja može prikazati i ovako γ=α+jβ. Pri tome je α koefijent prigušenja, dok je β fazna konstanta. Karakteristična impedancija linije ili kolosijeka zove se valni otpor Zo. To je zapravo omjer napona i struje na pojedinom mjestu kolosijeka kod širenja elektromagnetskog vala napajanja odsjeka. Valni otpor može se pisati i ovako: γ = z r i = z r i e ϕ Promjene struje i napona duž 2,5 km dugog kolosijeka za signal frekvencije 50 Hz prikazane su slikom 4.12. Slika 4.12. Ovisnost struje i napona duž kolosijeka napajanog signalima frekvencije 50 Hz S porastom frekvencije, zbog prigušenja, napon i struja signala opadaju duž kolosijeka. Prikladan kriterij za određivanje duljine izoliranog odsjeka za različite frekvencije signala je parametar γ. l. Taj izraz predstavlja prigušenja signala na kolosijeku dužine l i za jedan tip kolosijeka jest konstanta. Budući da s povišenjem frekvencije γ raste, granična duljina l kolosijeka sve je manja, što je prikazano slikom 4.13. Slika 4. 13. Ovisnost granične duljine kolosiječnog strujnog kruga o frekvenciji struje napajanja
4.8. STRUJNI KRUGOVI BEZ IZOLIRANIH UMETAKA Navedeno će biti nekoliko načina kontrole stanja kolosijeka napajanih izmjeničnom strujom, sa strujnim krugovima bez izoliranih umetaka. Princip djelovanja uređaja za tonske frekvencije 1500 do 2000 Hz prikazan je na slici 4.14. Koriste se u sistemima signalizacije željezničko-cestovnih prijelaza. Ako je sektor približavanja lp slobodan, releji Re su pobuđeni i preko prijemnika i pojačala P signali će za osiguranje prijelaza biti isključeni. Kad naiđe vozilo na lp sektor, on se kratko spaja i relej gubi uzbudu, te svojim kontaktima uključuje signalizaciju. Praktički kratki spoj nastaje dok je vozilo za lk (dužina od desetak metara) udaljeno od priključka generatora G. Signalizacija slobodnog prijelaza također nastupa kad vozilo napusti lk sektor. Slika 4.14. Blok-shema uređaja za napajanje cestovnih prijelaza tonskim frekvencijama S povećanjem brzine vlaka duljina sektora približavanja lp mora biti duža, a s povišenjem frekvencije napajanja efikasna duljina odsjeka sve je kraća. Kontrola kolosijeka na medukolodvorskom razmaku do 20 km može se izvesti nizom sklopova kao na slici 3.16. Pri tome susjedni odsjeci imaju različite frekvencije kao npr. f 1 = 425 Hz (za prvi odsjek) i f 2 = 475 Hz (za drugi susjedni odsjek). Svi ti uređaji nalaze se u kolodvorskoj zgradi, a s kolosijekom su povezani visežilnim kabelima. Tamo gdje na istom odsjeku uz postojeći strujni krug treba još jedan, ali u drugu svrhu, ugrađuju se strujni krugovi bez izoliranih sastava koji su napajani frekvencijama 10 do 20 khz. To je područje akustičnih frekvencija, te se stoga i zovu "AFI"- uređaji. Ovakvi su se uređaji pokazali vrlo praktičnima, ali im je duljina ograničena na oko 100 m. Takvi "AFI"- uređaji američke proizvodnje koriste se kod nekih naših putnih prijelaza. Najnoviji uključno-isključni uređaji su mikroprocesorom upravljani senzori kretanja vlaka, koji logičkom uređaju daju informacije o kretanju vlaka. Uređaji su odvojeni i funkcioniraju neovisno, svaki sa svojom radnom frekvencijom. Prilikom nailaska vlaka na uključnu točku, uređaj registrira kretanje prema prijelazu i daje logičkom uređaju informaciju za uključenje. Sve dok postoji kretanje ta informacija je neprekidna. Ako kretanje vlaka prestane, informacija još traje sve do automatskog isključenja uređaja. Nakon što vlak napusti isključno područje, ovaj uređaj daje logičkom uređaju nalog za isključenje. Ukoliko se vlak zaustavi na području samog križanja pruge i ceste, isključni uređaj trajno drži uređaj za osiguranje ŽCPR-a.
1. ZADATAK. Izračunajte minimalni dozvoljeni otpor zastora paralelnog izoliranog odsjeka, ako je struja privlačenja releja 3mA, napon napajanja U=6V, a struja slobodnog odsjeka I s =1,2A. U := I e := 6 volt 3 ma I S := 1.2 A U R e := I e R e = 2 10 3 Ω U R z := R U z = 5.013Ω I S R e 2. ZADATAK Izračunajte otpor zastora R z serijskog izoliranog odsjeka, ako je struja kroz relej pri zauzetom kolosijeku I z =2000mA, a struja pri slobodnom kolosijeku I s =1000mA. I Z := I s E := 1.2 A := 1000 ma 40 volt E E I s I Z R z := I s R z = 6.667Ω