Báo cáo khoa học: "Mạch điện đường ray ngắn Dùng cho tín hiệu đường ngang" pdf

CT

2

Mạch điện đường ray ngắn
Dùng cho tín hiệu đường ngang


ThS. kiều xuân đường
Bộ môn Tín hiệu giao thông
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Tín hiệu đường ngang đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc nâng cao an toàn và
tăng năng lực chạy tàu trên các khu đoạn, các tuyến đường sắt. Để có được một hệ thống tín hiệu đường
ngang hoạt động an toàn với độ tin cậy cao, cần có thiết bị phát hiện đoàn tàu đảm bảo độ tin cậy cần
thiết, phù hợp với điều kiện khí hậu ở Việt Nam và giá thành thấp. Mạch điện đường ray ngắn đáp ứng
được những yêu cầu đó.
Summary: Rail-road crossing signal plays an extremely important role in improvement of traffic
safety and train operation capacity of the railway system. In order to possess a crossing signal system
with high-level reliability and safety, there should be a good train detector system adaptable to
Vietnamese climate and of low cost. The short track circuit can meet such requirements.






i. Mở đầu
Trong hệ thống Tín hiệu đường ngang, thiết bị phát hiện đoàn tàu đóng vai trò hết sức quan trọng
cho việc đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và thiết bị. Hiện nay ĐSVN đang sử dụng các bộ cảm biến

từ (cảm biến CTTE-1 của Trung tâm NC Viễn thông - tín hiệu - điện, trường Đại học GTVT; bộ cảm biến
từ của Công ty tư vấn đầu tư và xây dựng) và cảm biến địa chấn (Công ty CadPro). Những bộ cảm biến
nói trên từng loại có những ưu, nhược điểm riêng nhưng cần phải hoàn thiện để đảm bảo độ tin cậy và hạ
giá thành.
Để giải quyết vấn đề này đường sắt các nước trên thế giới đã và đang thực hiện các giải pháp sau:
- Dùng các bộ cảm biến tần số có chất lượng cao: yêu cầu cao về công nghệ chế tạo và giá thành
cao;
- Dùng mạch điện đường ray (MĐĐR) thông dụng (MĐĐR một chiều, MĐĐR xoay chiều tần số
thấp): yêu cầu kết cấu hạ tầng đường sắt phải hoàn chỉnh;
- Dùng thiết bị vô tuyến xác báo đoàn tàu đến gần đường ngang: yêu cầu kỹ thuật cao và đầu tư lớn;
- Dùng thiết bị GPS: yêu cầu kỹ thuật cao và đầu tư lớn;
- MĐĐR ngắn không mối nối (tần số cao).


CT

2

Mạch điện đường ray ngắn trong thiết bị tín hiệu đường ngang dùng để báo đoàn tầu đến gần hoặc đi
khỏi đường ngang, thực chất là mạch điện đường ray cao tần không dùng mối ray cách điện, tần số
thường sử dụng là trên 10KHz, do đó còn gọi là mạch điện đường ray cao tần. Mạch điện đường ray cao
tần có các ưu điểm sau:
- Lợi dụng đặc tính khi truyền tín hiệu tần số cao trên đường ray thì tiêu hao lớn, do đó phạm vi tác
dụng ngắn nên không cần dùng mối ray cách điện.
- Độ tin cậy cao;
- Không yêu cầu cao về kết cấu hạ tầng đường sắt nên phù hợp với hiện trạng ĐSVN mà không cần
nâng cấp, sửa chữa;
- Dễ thi công lắp đặt, ít phải duy tu;
- Giá thành thấp.
MĐĐR cao tần có hai loại: loại MĐĐR kín thường dùng cho đầu vào và MĐĐR hở thường dùng

cho đầu ra. Sơ đồ đấu nối MĐĐR cao tần thể hiện ở hình 1.

15m

15m

M¹ch ®iÖn

®êng ray kÝn

®êng ray hë

M¹ch ®iÖn

®êng ray hë

M¹ch ®iÖn

®êng ray kÝn

M¹ch ®iÖn

Chßi ®êng ngang

§êng ngang

Vµo 1

Ra1

Vµo 2

Ra2

>800m

>800m


Hình 1. Sơ đồ khối đường ngang
Trạng thái của các rơle ray (RR) được ghép nối vào mạch điều khiển đường ngang đang sử dụng
hiện nay.
II. Mạch điện đường ray cao tần kiểu kín mạch (bình thường rơle MĐĐR hút)
Sơ đồ khối MĐĐR kiểu kín như hình 2:


CT

2


15m

B

1

LPQ

C

1

B

2

A

14

A

13

L

1

FDQ

B

3

RR

C

2

A

12

A

11

L

2


Hình 2. Sơ đồ khối mạch điện đường ray cao tần không mối nối kiểu kín cho đường ngang
Mạch điện này sử dụng mạch hồi tiếp qua biến áp, tín hiệu hồi tiếp thông qua đường ray dài 15m để
tạo dao động, tín hiệu đầu ra của bộ dao động được nắn dòng và làm rơle MĐĐR (RR) hút. Khi có tầu đi
vào khu vực tác dụng của MĐĐR, do tác dụng của bánh xe làm ngắn mạch giữa hai ray làm tín hiệu hồi
tiếp bị ngắn mạch, nên dao động dừng lại làm cho rơle mạch điện đường ray (RR) nhả sườn hút, khi đoàn
tầu đi khỏi khu vực MĐĐR, tín hiệu hồi tiếp lại được cung cấp làm cho bộ dao động hoạt động trở lại và
rơ le RR lại hút lên.
Mạch điện nguyên lý của MĐĐR cao tần kiểu kín mạch như hình 3.

L

2

C

11

2

RD

1

1

L

11

L

12

1

2

2

1

L

13

C

13

2

2

1

1

L

14

C

14

4

LPQ

C

12

3

R

S3

U

U

1

U

R

S2

2

L

1

C

1

C

1

'

B

1

1

R

S1

2

1

L

3

RD

2

2

R

5

1

C

7

C

6

2

1

L

4

C

2

C

2

'

LPQ

2

B

2

R'

3

3

R

1

D

4

R'

1

R

t

R

4

C

5

R

2

4

2

R

3

D

3

C

3

D

2

T

6

1

B

3

5

RR

1

2

5

6

3

4

8

7

H×nh 3: S¬ ®å m¹ch ®iÖn M§§R

5

D

6

D

7

D

4

C

D

8


Hình 3. Sơ đồ mạch điện (MĐĐR) cao tần không mối nối kiểu kín cho đường ngang
Khi MĐĐR không có tàu, tại thời điểm nối vào nguồn điện, cực B của Transtor T nhận được một
xung vào dương, do đó ở cực C có một xung ra được khuyếch đại. Xung này đi qua cuộn sơ cấp của biến


CT

2

áp B
3
và cảm ứng sang cuộn thứ cấp. Bản thân xung này gồm nhiều tần số, song ở phía thứ cấp của biến
áp B
3
, mạch cộng hưởng L
2
, C
2
chỉ cộng hưởng với một tần số được xác định đó là tần số cộng hưởng 
f
0
=
C/L2
1

. Tần số này được đưa lên đường ray, ở đầu thu đường ray lại nối với mạch công hưởng
L
1
, C
1
, tín hiệu cộng hưởng đi qua biến áp B
1
, bộ lọc LPQ và biến áp B
2
để làm nguồn hồi tiếp cho
Transtor T. Quá trình trên được lặp lại và mức dao động tăng dần, song do đặc điểm phi tuyến tính của
Transtor nên cuối cùng mạch điện dao động ở mức ổn định. Dòng điện dao động cảm ứng sang cuộn dây
3 - 4 của biến áp B

3
và được nắn dòng để làm cho rơle mạch điện đường ray RR (dùng rơle JWXC -
1700) hút lên.
Để bộ dao động làm việc, phải bảo đảm yêu cầu có sự phù hợp cả về pha và biên độ. Điều kiện phù
hợp pha được thực hiện do mạch điện chọn tần số. Điều kiện về biên độ được thực hiện do hệ số khuyếch
đại của Transtor T.
Khi tàu đi vào phạm vi tác dụng của MĐĐR, MĐĐR bị ngắn mạch do đó biên độ dao động cũng
giảm đi vì vậy mức điện cảm ứng sang cuộn dây 3 - 4 của biến áp B
3
cũng giảm làm cho rơle RR nhả
sườn hút, biểu thị mạch điện đường ray bị chiếm dụng. Khi đoàn xe ra khỏi MĐĐR, dao động lại được
phục hồi, rơle RR lại hút lên. Để mạch điện làm việc ổn định, tránh các ảnh hưởng can nhiễu, do đó ở đầu
thu của mạch điện có lắp mạch lọc băng thông 1.000Hz.
Để phòng chống ảnh hưởng của sét, giữa cực B và E của T có lắp hai điốt chặn ngược chiều nhau để
bảo vệ, ngoài ra ở điểm nối vào đường ray còn lắp các điện trở bảo vệ quá áp R
S1
và R
S2
để phòng chống
can nhiễu của sét. ở phía nguồn điện được nối với điện trở R
S3
và C
7
, L
4
, C
6
, L
3
cũng là bộ phận chống

ảnh hưởng của sét.
Các điện trở R
1
, R
3
, R
4
có tác dụng quyết định điểm công tác của T. Trong đó điện trở nhiệt R
t
có tác
dụng bù khi nhiệt độ thay đổi; R
3
, R
3’
là điện trở điều chỉnh, có thể điều chỉnh R
3
để thay đổi mức điện áp
hồi tiếp từ đó làm thay đổi độ nhậy phân mạch của MĐĐR. C
3
không chỉ là tụ cách ly mà còn có tác dụng
đưa tín hiệu hồi tiếp vào cực B của T. Điện trở R
1
và điốt ổn áp D
4
tạo thành mạch ổn áp. Tụ C
5
và L
3
, L
4

tạo thành mạch lọc sóng của nguồn điện. Ngoài ra còn các biến áp B
1
, B
2
, B
3
, cầu chỉnh lưu gồm D
5
~ D
8

và tụ lọc C
4
.
III. Mạch điện đường ray cao tần kiểu hở mạch (Bình thường rơle MĐĐR không hút)


CT

2


0

1

2

3

4

5

LPQ

C

1

B

1

FDQ

B

2

L

1

A

14

A

13

B

3

RR

H×nh 4: S¬ ®å khèi m¹ch ®iÖn ®
êng ray


Hình 4. Sơ đồ khối mạch điện đường ray cao tần không mối nối kiểu hở cho đường ngang
Sơ đồ khối của MĐĐR cao tần kiểu hở mạch như hình 4. Bình thường mạch hồi tiếp không được nối,
do đó mạch dao động không làm việc, rơle RR mạch điện đường ray RR không hút. Khi có tàu trên khu
vực tác dụng của MĐĐR thì mạch hối tiếp được nối để bộ dao động làm việc, lúc này rơle mạch điện
đường ray RR hút lên. Khi toa xe ra khỏi khu vực động tác của MĐĐR thì mạch hồi tiếp lại bị cắt, dao
động lại ngừng và rơle RR lại nhả sườn hút. Mạch điện cụ thể của MĐĐR kiểu hở mạch như hình 5.


CT

2


0

2

3

4

5

1

R

3

R'

1

R

1

C

13

L

13

2

RD

1

1

C

11

L

12

L

11

L

14

C

14

2

2

1

1

4

LPQ

1

2

1

C

12

2

3

U

R

S3

RD

2

R

5

1

2

C

7

C

6

L

1

R

S1

U

R

S2

1

U

C

1

2

B

1

LPQ

B

2

R'

3

2

L

3

1

2

1

L

4

1

3

R

5

D

4

R

4

R

2

R

t

C

5

2

D

9

4

C

3

D

3

D

2

T

2

C

8

4

1

B

4

3

C

4

RR

B

3

4

3

7

8

5

6

2

1

b

5

D

D

6

D

7

D

8


Hình 5. Sơ đồ mạch điện cao tần không mối nối kiểu hở cho
Về cơ bản mạch điện ở hình 4 cũng giống mạch điện kiểu kín mạch (hình 2), song để mạch điện
động tác nhanh, giảm bớt thời gian qúa độ khi bắt đầu dao động do đó thêm điện trở R
5
, tụ C
8
và đi ốt D
9
.
Ngoài ra tách chức năng vừa làm biến áp ra vừa làm chức năng hồi tiếp của biến áp B
3
thành hai biến áp
B
3
và B
4
, biến áp B
3
làm chức năng biến áp ra còn B
4
làm chức năng biến áp hồi tiếp.
IV. Kết luận
Mạch điện đường ray ngắn với các ưu điểm: Có độ tin cậy cao, giá thành hạ, dễ thi công lắp đặt, ít
phải duy tu, không yêu cầu cao về kết cấu hạ tầng và đặc biệt độ tin cậy cao, được sử dụng trong thiết bị
Tín hiệu đường ngang của đường sắt trên thế giới. Nếu được nghiên cứu và thử nghiệm sẽ áp dụng tốt
trên Đường sắt Việt Nam.

Tài liệu tham khảo
[1]. Thiết bị tín hiệu đường ngang và trong ga. NXB Đường sắt Trung Quốc 1997.
[2]. Thiết bị mạch điện đường ray cao tần DK SWB và DK SWK. Bộ ĐS Trung Quốc 2004.
[3]. Sổ tay thiết kế Tín hiệu- Bộ ĐS Trung Quốc 1999.
[4]. Vital Processor Interlocking Control System- Alstom Signaling-Inc-1999.
[5]. Kiều Xuân Đường -Hệ thống tín hiệu ga F1-NXB GTVT 2006