0

Proiect Sisteme de Dirijare a Traficului Feroviar

Proiectarea unui Bloc de Linie Automat

Student Profesor coordonator

Parlog Marius As.Dr.Ing.Gheorghiu Andrei

Grupa 8412

1

Cuprins

1. Tema proiectului…………………………………………………..2

2. Blocul de linie automat……………………………………………3

2.1. Generalitati…………………………………………….3

2.2. Structura unui BLA…………………………………....5

3. Schema bloc BLA………………………………………………...7

4. Blocul de alimentare………………………………………………8

4.1. Principii de electroalimentare ale echipamentelor…….8

4.2. Alimentarea releelor si a instalatiilor de semnalizare…9

5. Detectia materialului rulant……………………………………….10

5.1. CS-24-6………………………………………………..10

5.2. Schema electrica si descrierea blocurilor……………...12

6. Blocul de decizie + blocul de executie……………………………14

6.1. Schema electrica……………………………………….14

6.2. Principiul de functionare……………………………….15

6.3. Inductoare de cale………………………………………16

7. Schema electrica finala…………………………………………….17

7.1. Schema electica pentru circuitul de cale………………..17

7.2. Schema electrica pentru luminosemnale………………..17

8. Mentananta………………………………………………………….18

9. Bibliografie…………………………………………………………19

2

1. Tema proiectului

Sa se proiecteze un bloc de linie automat care sa simuleze functionarea blocului de linie

automat.

Blocul de linie automat prezentat in acest proiect are urmatoarele caracteristici:

Contine 4 sectoare de bloc de lungime fixa de lungime 1000m;

Se folosesc circuite de cale pentru partea de detectie a materialului rulant;

Continuitatea sinelor este realizata prin sudare ; Rb = 0.6Ω Km

Blocurile luminoase sunt comandate de relee;

Circulatia se face pe un singur sens (linie simpla).

3

2. Blocul de linie automat 2.1. Generalitati

Blocul de linie automat, sau BLA, este un sistem de comunicatii pentru traficul feroviar

care consta in impartirea liniei de cale ferata intr-o serie de sectiuni, care sunt delimitate clar

intre ele (izolate). Sistemul controleaza circulatia trenurilor pe aceste sectoare de bloc

folosind semnalizare automata.

Scopul acestui sistem este de a permite trenurilor sa circule in acelasi sens, fara riscul

provocarii unei colizuni.

In fig. 1 este prezentat conceptul de BLA (cu Di sunt notate detectoarele de material

rulant iar cu Si blocurile luminoase) , mai exact, urmarirea la doua secoare de bloc. Dupa

cum se observa in figura, este practic imposibil ca trenul #1 sa ajunga vreodata sa se afle pe

acelasi sector de bloc pe care se afla trenul #2, deoarece semnalele luminoase nu ii vor

permite acest lucru.

Fig.1 – Concept semnalizare BLA

Acest sistem mareste considerabil capacitatea infrastructurii caii ferate si siguranta

transportului, fata de controlul manual al semnalizarii, care necesita operator uman.

Blocul de linie automat de pe reteaua CFR are trei indicatii luminoase (rosu, galben,

verde) iar fiecare semnal de bloc reprezinta prevestitorul celui urmator.

In functie de liniile pe care se monteaza , BLA pot fi:

Pentru cale dubla cu un singur sens de circulatie;

4

Pentru cale simpla si circulatie in ambele sensuri;

Pentru cale dubla si circulatie in ambele sensuri;

In mod normal, atunci cand linia este libera, semnalele luminoase ale BLA dau indicatii

permisive. Orice deranjament in circuite duce intotdeauna la indicatii restrictive, indicatia de

verde ducand in indicatie galben sau rosu. La unele semnale este prevazut si rosu de rezerva,

amplasat pe un panou special, care se poate aprinde la defectarea focului rosu sau chiar a

celorlalte doua, in functie de tipul instalatiei. Semnalele luminoase sunt permisive, avand in

lungul catargului un reper de culoare alba, care semnifica posibilitatea depasirii semnalului

pe rosu, cu viteza redusa (15 km/h), dupa o oprire prealabila de 5 minute, pana la intalnirea

semnalului urmator de bloc.

La blocul de linie automat cu sens banalizat, simultan cu punerea pe liber a semnalului de

iesire la una din statiile adiacente, toate semnalele din linia curenta corespunzatoare sensului

contrar de circulatie sunt trecute automat pe oprire. Totodata este blocata efectuarea

parcursurilor de iesire din statia care urmeaza sa primeasca trenul, catre statia expeditoare.

Se realizeaza astfel „inzavorarea de sens”, „orientarea blocului” sau „propagarea valului de

rosu”.

In cazul blocului de linie automat cu semnale luminoase de bloc cu trei indicatii , intre

doua vehicule feroviare care se urmaresc pot exista unul sau mai multe sectoare de bloc ,in

functie de viteza fiecaruia , dar semnalul din fata semnalului ci indicatia galben va fi

totdeauna verde , iar dupa semnalul cu indicatia galben mecanicul va lua toate masurile

pentru a putea opri la urmatorul semnal rosu .

Prin introducerea blocului de linie automat , in oricare din variantele sale constructive , se

mareste capacitatea de transport a sectiei de circulatie respective , deoarece nu se mai

asteapta timpul necesar ca trenul expediat sa parcurga toata distant dintre statii , timp adunat

cu cel necesar pentru raportarea primirii si gararii trenului de statia primitoare si respectiv cu

cel necesar comandarii parcursului de iesire in statia expeditoare.

5

2.2. Structura unui BLA

Ansamblul functional care formeaza un bloc de linie automat este format din elemente de

detectare (circuite de cale, detectoare inductive de osii), de decizie si control (sisteme care,

pe baza informatie de detectie a materialului rulant pe osii, decid informatia de iesire care

serveste ca intrare pentru blocul de executie), si sisteme de executie (luminosemnale) care

guverneaza asupra regulilor de semnalizare de pe sectoarele de bloc, asa cum e vazut in

figura 1. Nu am luat in calcul si blocurile de alimentare, care, in functie de situatii sunt

simple, sau adaptate cerintelor functionale ale intregului sistem.

Un bun exemplu care sa reflecte sistemul despre care am vorbit mai sus este cel din

figura 2 :

Figura 2 – Schema de principiu BLA

In cazul in care pe un sector de bloc nu se afla materialul rulant, releul corespunzator

acelui sector, Ci este excitat de la sursa Si. In momentul trecerii unui tren pe sector, tensiunea

generata de sursa nu mai ajunge la releu, iar acesta va fi dezexcitat, si va comanda blocul de

decizie.

Sa consideram ca pe sectorul de bloc BL3circula un tren. Acest lucru presupune ca

sectorul urmator este liber, iar unitatile luminoase indica “verde”, iar releul C3 este

dezexcitat. Contactele releelor sectoarelor vecine sunt legate intre ele printr-un cablu electric

subteran, pentru o buna relatie cauza-efect, care este necesara pentru stabilirea unei legaturi

intre semnalizari, asa cum observam si in schema. Contactele releului de cale C3 apar in

schema releului de foc corespunzatoare sectorului BL1. In BL1 nu va exista material rulant,

iar releul C1 va fi excitat.

6

Asadar, pentru ca C1 este excitat, iar C3 dezexcitat, releul V1 va fi dezexcitat datorita

intreruperii schemei, iar blocul luminos de la BL1 va arata culoarea galbena.

Putem spune ca in blocul de linie automat pe linie simpla, asa cum este ilustat in figura 2,

semnalizarea se comanda printr-o propagare in sens invers a informatiilor de la relee. Releul

de cale de la blocul din fata comanda releul de foc de la blocul din spate, si astfel, printr-o

realizare buna a schemei de comanda se realizeaza semnalizarea BLA.

In mod teoretic, merita precizat ca exista trei principii de urmarire :

La trei sectoare de bloc (fig.1)

La doua sectoare de bloc

Figura 3

La un sector de bloc

Figura 4

Circulatia la doua sectoare de bloc nu se foloseste cand trenul din fata are viteza specifica

mai mica decat cel din urma. Se poate folosi insa daca se expediaza un tren personal dupa unul

rapid.

Circulatia la un singur sector de bloc e recomandabila numai in cazul expedierilor din statii

in linia curenta a trenurilor de viteza mica dupa expedierea trenurilor de viteza mare.

Prin introducerea blocului de linie automat, capacitatea de transport a unei sectii oarecare se

mareste substantial, deoarece se reduce timpul de urmarire dintre doua trenuri.

7

3. Schema bloc

Blocurile de alimentare furnizeaza energie electrica pentru functionarea elementelor BLA.

Avem o sursa primara de energie, care este reteaua nationala, de la care se ia tensiunea de

220V, si prin transformatoare si redresoare se furnizeaza 12V catre relee si instalatia de

semaforizare, si o sursa de energie de rezerva care intra in functiune atunci cand se defecteaza

sistemul de alimentare de la reteaua nationala.

Blocul de detectie este asigurat de un circuit de cale, care are un generator de impulsuri

(emisie) si un releu de cale (receptie). Cand releul este “atras”, sectorul de bloc este liber, iar

cand releul este “cazut”, se implica prezenta trenului pe acea portiune.

Blocul de decizie si control este asigurat de ansamblul de relee de cale si relee de foc, ale

caror multimi de stari propaga informatia de semnalizare prin cabluri electrice catre sectoarele

de bloc din sens opus directiei de circulatie.

Instalatia de semnalizare va afisa informatia de liber sau ocupat intr-un cod al culorilor

(R,G,V) cunoscut, care va indica interdictia sau permisul de a intra pe urmatorul sector de bloc.

8

4. Blocul de alimentare 4.1. Principii de electroalimentare ale echipamentelor

Functionarea in permanenta a echipamentelor este de neconceput fara alimentarea

neintrerupta cu energie electrica, energie care trebuie asigurata in orice moment la parametrii

corespunzatori.

Cea mai economica si eficienta forma de obtinere a energiei electrice necesare o constituie

racordarea echipamentelor la retelele de distributie a energiei electrice ale sistemului energetic

national. Racordarea se poate face direct la reteaua trifazata de distributie in joasa tensiune

(380/220 V, 50Hz).

Blocul de linie automat este alimentat prin cabluri, de la circuitele de alimentare care sunt

grupate in cabina de centralizare.

Se urmareste intotdeauna existenta a cel putin doua surse de alimentare, care sa fie capabile,

fiecare in parte sa asigure functionarea in bune conditii a tuturor echipamentelor.

Pentru obtinerea tensiunilor necesare, se vor utiliza elementele din urmatoarea figura:

Figura 5 – Schema de alimentare de la REN

In partea stanga a liniilor punctate avem structura principala de alimentare direct de la

reteaua nationala, iar in stanga este structura de rezerva, care inmagazineaza energie in

permanenta, prin intermediul acumulatoarelor care functioneaza in regim tampon.

In cazul in care exista o intrerupere de alimentare de la reteaua nationala, acumulatoarele

furnizeaza energia electrica necesara functionarii echipamentelor.

9

4.2. Alimentarea releelor si a instalatiilor luminoase

Releele si blocurile de instalatii luminoase functioneaza cu o tensiune de alimentare de 12V,

in curent continuu. Pentru acest lucru, este nevoie de un transformator coborator de tensiune, un

etaj redresor, filtrare si stabilizare. Stabilizatorul este extrem de important, pentru ca tensiunea

data de acesta la iesire sa nu varieze in limitele necesare distrugerii echipamentelor. Asadar, in

figura urmatoare este data schema de adaptare a tensiunii de la 220V, 50Hz la 12V, curent

continuu, folosind un stabilizator parametric.

Figura 6 – Sursa de tensiune stabilizata , 12V cc

Protectia la impulsuri scurte pe intrare se face cu filtrul R4C2.

Dioda D6 protejeaza la tensiuni inverse ce pot aparea la inserierea mai multor surse, sau

datorita unor sarcini inductive.

Condensatoarele C4 si C5 abosrb supratensiuni in impuls si micsoreaza impedanta de iesire a

sursei. Pentru frecvente joase si medii protectia este asigurata de condensatorul electrolitic, iar

la frecvente inalte protectia este asigurata de cel ceramic.

Protectia la supratensiuni in regim permanent se face prin scurtcircuitare si este asigurata de

tiristorul Th. La aparitia unei supratensiuni pe iesire, dioda D7 din iesirea stabilizatorului se

deschide si amorseaza tiristorul, scurtcircuitand punctul de intrare in stabilizator si distrugand

fuzibilul F4 datorita supracurentului produs. Amorsarea la impulsuri foarte scurte de tensiune a

tiristorului este impiedicata de filtrul R5C3.

10

5. Detectia materialului rulant 5.1. CS-24-6 -> indeplinirea conditiilor de implementare

Aleg utilizarea unui circuit de cale pentru partea de detectie.Randamentul in functionarea

unui circuit de cale depinde de infrastructura caii ferate.Astfel, parametrii elementelor unui

circuit de cale trebuie adaptati, in functie de contiunuitatea electrica a sinelor, in functie de tipul

traverselor si de separarea electrica a joantelor izolante.

Am ales circuitul de cale CS-24-6 care functioneaza in impulsuri de tensiune.

Acesta utilizeaza sase secvente decalate in timp una fata de alta cu 4T (T = 30ms). In timpul

unei secvente, impulsul are o durata de repetitie de 24T.

Reglajul circuitului de cale pentru conditiile impuse in cerinta temei se face dupa tabelul din

figura urmatoare:

Figura 7 – Reglajul tensiunilor in functie de Rb

Din cerinta, Rb min = 0.6 Ω Km, l=1200m, de unde reies tensiunile Ver = 154V si domeniul

de tensiuni [6.3 , 11]V pentru iesirea din filtru.

Filtrele din statii si dulap se aleg dupa urmatoarele conditii, pentru circuitul de cale CS-24-6:

11

Figura 8

12

5.2. Schema electrica si descrierea blocurilor

Figura 9 – Conectarea circuitului de cale CS-24-6

EC – emitator de cale;

FR – filtru de receptie;

RC – receptor de cale;

RS – receptor de statie;

SI – releu de sectiune izolata NF 1-2000;

AR – alimentare de rezerva;

GC – generator central;

T1 – transformator de tip D;

T2 – transformator de alimentare de tip E;

T3 – transformator de receptie-statie de tip E;

Fe, Frpt – sigurante de emisie , respectiv de receptie;

Alimentatorul, generatorul central, receptorul de statie si releul SI sunt amplasate in sala de

relee, iar emitatorul de cale si receptorul sunt pe teren. Legatura electrica intre echipamentele

din sala si cele de pe teren este facuta cu cabluri subterane.

13

GC (generatorul central) este amplasat in statie si are rolul de a comanda emitatoarele

circuitelor de cale EC prin impulsuri transmise in secvente. Emitatoarele de cale genereaza in

acest ritm impulsurile de tensiune trimise in cale spre receptie.

Blocul de receptie verifica formele impulsurilor prin filtrul de receptie FR, testeaza nivelul

semnalului primit printr-un circuit de prag al receptorului de cale RC si controlul fazei

impulsurlor prin sincronizarea emisiei cu receptia, pe frecventa de 75Hz.

Receptia din sala se realizeaza cu receptorul de statie SR unde se compara semnalul primit

de la generatorul central cu cel primit de la receptorul de cale. Cand impulsurile sunt in faza si

la acelasi nivel, receptorul de statie asigura excitarea releului de sectiune izolata.

Receptorul de cale verifica amplitudinea tensiunii impulsurilor receptionate, faza

impulsurilor. Acesta se conecteaza in circuit prin intermediul unui filtru de receptie, si are la

baza tehnica ferita-tiristor.

Filtrul de receptie este un filtru de tip trece banda, comun tuturor circuitelor de cale care

functioneaza in curent alternativ, pe linii electrificate. Scopul lui este de a separa semnalul util

de perturbatii. Acesta asigura trecerea impulsurilor trimise de la emitator pe frecventa de 75Hz,

eliminand semnalele reziduale de tractiune ale materialelor rulante ce se transmit pe frecventa

de 50Hz, si multiple ale acesteia.

Receptorul de statie are rolul de a actiona releul SI. La primirea impulsurilor de la receptorul

de cale si de la generatorul central, receptorul de statie verifica aparteneta impulsurilor la

secventa proprie circuitului de cale, forma, amplitudinea si energia impulsurilor, cat si faza

acestora.

Alimentatorul este compus din etaje care transforma tensiunea alternativa de 220V,75Hz in

tensiune de curent continuu de 24V pentru alimentarea corespunzatoare a generatorului central.

Alimentarea de rezerva este formata din elemente inseriate pentru asigurarea tensiunilor de

160V pentr invertoare si 24=2x12 V pentru generatorul central si relee.

Indiferent de tip, elementele bateriilor de acumulatoare sunt formate dintr-un vas de sticla

paralelipipedic, in care se afla o solutie de acid sulfuric diluat cu apa distilata. In electrolit sunt

cufundate placi de plumb, special tratate in procesul de fabricatie.Bateriile lucreaza in regim

tampon, fiind alimentate non-stop de la reteaua de energie, si sunt capabile de a debita

suficienta energie pentru functionarea subsistemelor in cazul unei defectiuni ale retelei

energetice.

Tensiunile se obtin ca in figura 5 de la capitolul 4.1.

14

6. Blocul de decizie si control + blocul de executie 6.1. Schema electrica

Figura 10 – Schema de comanda cu doua relee de foc

Voi utiliza o schema de comanda cu doua relee de foc, pentru ca doresc sa realizez controlul

focului verde in mod independent.

Nu este inclusa in schema si alimentarea de rezerva, se deduce faptul ca pentru aceasta se

leaga elementele galvanice serie corespunzator schemei din figura. Pentru alimentarea la -12V,

se leaga elementele in polaritate inversa.

Am ales notatiile corespunzatoare pentru a reflecta relatia cauza-efect dintre blocurile de

semnalizare care corespund sectoarelor de bloc vecine. Releele din sectorul n+1 au contacte in

schema de control al sectorului din urma, cu ajutorul carora se comanda elementul de executie.

Exact asa cum am spus la inceputul lucrarii, informatia se propaga in sensul invers directiei de

circulatie.

Am notat:

n - numarul de ordine al sectorului de bloc;

FV – releu de foc verde;

FRG – releu de foc rosu galben;

C – releu de cale = releul SI din figura 9.

15

6.2. Principiu de functionare

In repaus, cand releele de cale sunt atrase, fiind atrase si releele de comanda G si V este

aprins focul verde si excitat releul de foc FV. Releul FV are doua contacte de repaus : unul in

circuitul focului galben si rosu de rezerva. Releul FRG fiind dezexcitat, in primul moment al

inchiderii contactului FV, este parcurs de un curent foarte mare (de cativa amperi; filamentul

becului e rece) si in consecinta el se atrage foarte rapid, deschide prin contactul sau de repaus

circuitul focului rosu de rezerva si isi conecteaza prin contactul de lucru rezistenta de 0.6Ω in

paralel, asigurandu-si curentul normal de lucru in infasurare.

Daca se intrerupe si filamentul becului galben (situatie foarte putin probabila, deoarece el

este aprins mult mai rar in comparatie cu cel verde) se dezexcita si releul FRG. Prin contactele

de repaus ale ambelor relee de foc se inchide circuitul focului rosu de rezerva.

Probabilitatea ca semnalul de bloc sa ramana stins (prin arderea filamentului becului rosu de

rezerva) este extrem de mica, avand in vedere faptul ca becurile au o durata garantata de

functionare de cel putin 1000 de ore, iar focul rosu de rezerva arde cel mult cateva ore pe an.

16

6.3. Inductoarele de cale

Inductoarele de cale se amplaseaza in dreptul tuturor semnalelor,indiferent daca sunt

mecanice sau luminoase iar inaintea celor ce comanda si oprire se instaleaza si inductoare de

control al vitezei ,acordate la 500 Hz,la o distanta de 250 m de acestea.

In dreptul semnalelor prevestitoare si al paletelor galbene de la restrictiile de viteza din

linia curenta se instaleaza inductoare de 1000 Hz,iar in dreptul celor ce pot afisa indicatia de

oprire se instaleaza inductoare de 2000 Hz.

Inductoarele nu se amplaseaza exact in dreptul semnalului, ci la sase metri inaintea sa.In

acest fel,se asigura functionarea corecta,fara a se produce franarea atunci cand semnalul trecede

pe liber pe oprire,in momentul deplasarii cu prima osie a semnalului, deoarece inductorul

locomotive este amplasat la cativa metri de prima osie catre mijlocul locomotive.

Inductoarele de cale nu se monteaza pe poduri, treceri la nivel, in tuneluri si intre traversele

unde sunt transmisii mecanice, traversari de cabluri conexiuni ale circuitelor de cale sau alte

dispozitive care ar putea influenta eficacitatea inductorelor.

La montare, inductoarele se scurtcircuiteaza, pentru a nu fi active si a produce franari ia

depasirea lor.La darea in exploatare, se scoate sarma de scurtcircuitare si se aplica un plimb de

control la capacul de protecie al cutiei de borne.

17

7. Schema electrica finala 7.1. Schema electrica pentru circuitul de cale

7.2. Schema pentru luminosemnale

18

8. Mentananta

Un prim element de fiabilitate pe care l-am folosit in exploatarea BLA este alimentarea de

rezerva. Este un element de redundanta foarte important folosit in proiectarea tuturor schemelor,

care ofera siguranta circulatiei feroviare. Fara acest bloc de rezerva, in cazul in care sistemele

nu mai primesc energie electrica de la reteaua nationala, se pot produce tot felul de evenimente

care sunt nefavorabile circulatiei, si in cazuri foarte rele, se poate ajunge la pierderi materiale si

chiar de vieti omenesti.

O problema evidenta care poate aparea la blocul de semnalizare este arderea filamentului

unuia dintre focurile principale (G,V,R). In cadrul acestui bloc s-a proiectat un circuit pentru

punerea in functiune a focului de rosu secundar, pentru a inlocui raspunsul fals cu raspuns

eronat, care, desi implica o stare necorecta, nu este periculoasa pentru circulatie.

In cadrul blocului de alimentare, s-au folosit filtre cu protectie la supraimpulsuri de la

reteaua nationala. Acestea decupleaza sursa de receptor pana ce tensiunea de alimentare isi

stabileste regimul normal.Pentru cazurile mai severe, s-au folosit si sigurante care intrerup

alimentarea complet, pana ce operatorii umani vor fi sesizati de aceasta problema, si le vor

inlocui.

In cazul blocului de detectie, poate aparea situatia in care blocul este liber, dar este

semnalizat ca fiind ocupat. Pentru acest lucru, se verifica postul central (statia), in cazul in care

mecanicul locomotivei sesizeaza ca timpul de asteptare pentru culoarea verde depaseste timpul

normal de asteptare.

19

9. Bibliografie

1. Curs SDTF

2. Platforma laborator SDTF

3. “Echipamente si sisteme pentru controlul deplasarii vehiculelor feroviare”, vol.2 – Ioan

Buciuman

4. “Centralizari electrodinamice in statii”, vol.2

5. Wikipedia – “automatic block signaling”