Kolejový obvod

Důležitým prvkem ZZ jsou dílčí zařízení, která snímají polohu či jízdu vozidel v kolejišti.

Kolejový obvod (KO) je soubor zařízení, který vyhodnocuje volnost a obsazení dané části kolejiště. ZZ, se kterým spolupracuje, tak zjišťuje pohyb železničních vozidel a na základě těchto informací zabezpečuje provoz v dopravnách, na tratích, přejezdech apod. Na správné funkci KO tedy závisí bezpečnost dopravy, a proto je nutné, aby pracoval spolehlivě. Proto se časem vyvinuly různé druhy KO a některé jsou přímo specializované k danému ZZ.
Každý KO má napájecí a snímací stranu pro napájení a vyhodnocování jeho stavu. Umožňují také přenášet kód VZ na hnací vozidlo.

15.1. IZOLOVANÉ STYKY

U ohraničených KO je jejich délka vymezena izolovanými styky. Ty musejí zajišťovat dvě funkce:

• musí zajistit hladký přechod kola z jedné kolejnice na druhou - musí být mechanicky pevné;
• musí vzájemně dobře elektricky izolovat obě kolejnice.

Izolační materiál je mechanicky namáhán ohybem a otěrem během jízdy vlaku a dále měnící se délkou kolejnic při jejich dilataci.

Aby nedošlo ke vzájemnému ovlivnění sousedních KO, jsou prováděna preventivní opatření:

• v sousedních obvodech se střídá polarita (fáze) signálního proudu tak, aby při proražení došlo ke stejné výsledné informaci, jako při obsazení vozidlem;
• provádí se pravidelná kontrola stavu izolovaného styku a kontrola činnosti KO umělým zkratem (šuntem).

Přes izolovaný styk však musí projít tzv. zpětný topný a trakční proud. V podstatě to znamená, že musíme kolejiště elektricky rozizolovat na jednotlivé KO, ale zároveň musíme vyřešit průchod zpětného proudu mezi elektrickou lokomotivou a napájecí rozvodnou, popř. u elektricky topících souprav zpětný proud mezi vozy a lokomotivou.

Řešení jsou dvě:

• jednopásový KO – tzv. kosé propojky;
• dvoupásový KO – stykové transformátory.
  

   

Návrat zpětného trakčního a topného proudu

V případě jednopásového KO se tento proud vrací vždy po jedné kolejnici a pomocí kosé propojky přejde (přes izolovaný styk) na druhou kolejnici.
U dvoupásového KO se trakční a topný proud vrací po obou kolejnicích. Na konci KO (před izolovaným stykem) je veden do vinutí stykového transformátoru. Z jeho středu je provedena propojka do sousedního stykového transformátoru, odkud je proud veden zpět do obou kolejnic. Účinky těchto velkých proudů se do obvodů napájení a snímání KO nepřenesou (netransformují), protože se vzájemně vyruší. Prochází totiž navzájem vždy opačným směrem (od kolejnice ke středu vinutí stykového transformátoru nebo naopak).

15.2 ŠUNT, ŠUNTOVÁ CITLIVOST

Stav, kdy náprava vozidla propojí oba kolejnicové pásy, se nazývá šunt.

R_šv = R_dv + 2 . R_př,

R_dv – odpor dvojkolí vozidla (0,01 Ω)
R_př – přechodový odpor mezi kolem a kolejnicí (jeho velikost závisí na čistotě hlavy kolejnice)

Při jízdě vlaku se uplatňuje odpor všech náprav a výsledná hodnota se nazývá vlakový šunt. Šuntová citlivost je nejvyšší hodnota šuntu, kdy při nejnepříznivějších provozních podmínkách dojde k informaci "obsazení". KO musí vyhovovat šuntové citlivosti

R_šc  ≥ 0,1 Ω.

15.3. SÉRIOVÝ A PARALELNÍ KO

KO je tvořen:

• napájecí stranou;
• snímací stranou;
• kolejnicovými pásy, vymezenými izolovanými styky (l_ko).
  

   

Princip zapojení sériového a paralelního KO při obsazení kolejovým vozidlem 

Sériový KO má vysílací, přijímací stranu a nápravu vozidla zapojenou do série. Jeho kolejové relé je v základní poloze ↓. Po vjetí vozidla do KO se obvod uzavře a relé ↑.

Poznámka: u KO se za základní stav považuje, že je volný a bez poruchy.

Tento KO se používá např. na spádovištích. Jeho nevýhodou je to, že se možná porucha obvodu (např. přerušení elektrického obvodu, lom kolejnice) nijak neprojeví, pokud není KO obsazen.

Paralelní KO má na jedné straně KO zapojenu napájecí stranu a na opačném konci stranu snímací. Obvod kolejového relé je propojen přes kolejnicové pásy, a proto je relé ↑. Vjede-li vozidlo do KO, svými nápravami zkratuje napájecí stranu, na relé zbývá malý proud, a to ↓. Tento typ KO je velmi bezpečný, protože jeho jakákoli porucha způsobí ↓ relé, takže se jeví jako obsazený. Proto se používá ke kontrole úseků staničních, traťových, přejezdových apod. Tvoří základ všech automaticky pracujících ZZ.
 

15.4 KO SE SOUBORY KAV A FID

Pro ještě lepší činnost KO byly časem vyvinuty KO s napájením impulzním. Na rozdíl od stálého napájení je impulzní KO citlivější a lze je takto realizovat delší (až 2 000 m). Soubory KAV a FID se dnes sice již nově nebudují, ale celé tratě (např. Brno–Havlíčkův Brod) jsou těmito soubory osazeny.

Elektrické zapojení KAV

Kodér automatický vysílač (KAV)

Tvoří ho transduktorový oscilátor se zesilovacím transduktorem pro výkonové zesílení pulzů transduktorového oscilátoru.
Transduktorový oscilátor je vytvořen jako sériový obvod, sestavený z transduktoru MZ II a kondenzátoru C. Oscilátor pracuje na principu časového nesouběhu charakteristik L–C obvodu, kde L je proměnlivá veličina v závislosti jak na čase, tak na velikosti protékajícího proudu. Uvedený obvod přechází do ferrorezonance, která je nastavena tak, aby opětovně zanikla a obvod se dostal zpět do základního stavu. Tím se jev znovu opakuje.
Při ferrorezonanci dochází ke zdvihu napětí na kondenzátoru, z něhož je přes převodní transformátor napájeno řídící vinutí výkonového zesilovacího stupně MZ I. Vlastní MZ je zapojen sériově, neboť takto pracuje rychleji.
Na řídícím vinutí výkonového MZ I jsou provedeny odbočky, aby bylo možno odstupňovat dodávaný výkon pro funkci KO.
Ve vysílači KAV jsou pro MZ II umístěny regulační odpory (jeden v obvodu zpětné vazby a druhý obchází jednu sekci pracovního vinutí), pomocí nichž lze jemně nastavit jak kmitočet KAVu, tak i poměr impulz - mezera.
Pro trakci stejnosměrnou se používá varianta KAV2 a pro střídavou KAV3.

Fázový indikátor dekodér (FID)

Tvoří ho soustava obvodů, z nichž první část vyhodnocuje, zda vstupní signál má správnou fázi vzhledem k místnímu napájení sítě nezávisle na tom, zda je impulzního nebo stálého charakteru. V této části se také odfiltrovávají všechny ostatní frekvence fázovým diskriminátorem.
Druhá část kontroluje, zda je vstupní signál správné frekvence a má-li impulzní charakter.

První část, prověřující fázi, tvoří fázový diskriminátor s magnetickým zesilovačem MZ I, jehož pracovní proud přes sériový transformátor a usměrňovač napájí relé B a druhou část obvodů. Přichází-li signál správné fáze, (sečtou se napětí na vstupním transformátoru T1 a místním transformátoru T2) protéká řídicím vinutím MZ I stejnosměrné napětí z usměrňovačů U1 a U2 a MZ I je otevírán. Tím je napájen transformátor T4, usměrňovač U5 a relé B, které ↑. Také je napájena zbylá část FIDu.
Má-li signál nesprávnou fázi, napětí na transformátorech se vzájemně odečte, usměrňovače nejsou napájeny a MZ I se neotevře.
Část, prověřující správnou frekvenci a impulzní charakter signálu, je tvořena obvodem L, C2 (ten propustí pouze frekvenci červeného světla), MZ II a výsledným relé A. Mezi MZ II a relé A je vložen tzv. diferenciální transformátor, jehož úkolem je kontrolovat obvody polarizace magnetických zesilovačů MZ I a MZ II. V případě poruchové změny polarizačního proudu, či jeho zániku v jednom z obou polarizačních obvodů, je diferenciální transformátor stejnosměrně předmagnetován a relé A trvale odpadá. Vinutí, kterými protékají polarizační proudy, jsou zapojena proti sobě, takže při vyvážení se jejich účinek neprojevuje.

Elektrické zapojení FID

Časové konstanty obvodu L a C2 jsou voleny tak, že spolehlivě přenáší impulzy při kódu červeného světla (0,9 Hz).

15.5 KO SE SOUBOREM ASE

U přejezdového ZZ typu AŽD se používá neohraničený typ KO (ke své činnosti nepotřebuje izolované styky) s anulačním souborem elektronickým (ASE). Jedná se prakticky o dva nezávisle na sobě pracující sériové KO, které jsou zapojeny ke kolejovým pásům ve vzdálenosti max. 15 m. Vyhodnocují průjezd kolejových vozidel přejezdem, a jakmile sjede poslední náprava z obvodu, tak se ukončí výstraha na přejezdu a zahájí se počítání tzv. anulační doby. To je doba, za kterou musí všechna kolejová vozidla uvolnit vzdalovací úsek, aby nenastala na přejezdu opět výstraha.
ASE pracuje se signálním kmitočtem 50 kHz. Vzhledem k tomuto vysokému kmitočtu sice vyžaduje precizní zapojení, ale je slučitelný s jinými KO, protože je svojí činností neovlivňuje.

Každý obvod má svoje výstupní relé (A a B). Tímto uspořádáním ASE vyhodnocuje průjezd železničních vozidel. Na obrázku je graficky znázorněna práce ASE.
Dejme tomu, že se blíží kolejové vozidlo zleva k souboru ASE. Svými nápravami snižuje elektrický odpor mezi kolejnicemi, takže v obvodu roste napětí. V bodě 1 dosáhne úroveň takového  napětí, že relé A ↑. V bodě 2 ↑ relé B, protože i jeho napěťová úroveň je na bodě přítahu. V této chvíli jsou ↑ obě relé a tento stav se nazývá  prostorový šunt. Je to kontrola, že nejde o náhodný nebo neúmyslný šunt, který by mohl ovlivnit práci přejezdového ZZ, ale že je ASE ovlivněno kolejovým vozidlem.
Jak se kolejové vozidlo vzdaluje, klesá napětí v obvodu, protože roste odpor mezi kolejnicemi za vzdalujícími se nápravami. Postupně v bodě 3 odpadne relé A a v bodě 4 relé B.
Při jízdě opačným směrem musí nejdříve přitáhnout relé B, pak A a odpadnout prvně relé B a pak A.
V praxi relé přitahuje asi 5 m před bodem připojení a odpadá asi 20 m za bodem připojení ke kolejnici.

Činnost paralelního kolejového obvodu

15.6 VENTILOVÝ KO

Přejezdové ZZ typu VÚD využívá ventilový KO. Má zcela zvláštní uspořádání. Napájecí i vysílací část je na jedné straně KO (blíž k vlastnímu přejezdu) a na druhé straně KO je pouze dioda (ventil – odtud název ventilový KO) spojující obě kolejnice.
Zjednodušeně můžeme činnost tohoto KO popsat takto. Je napájen střídavým proudem. Dioda tento proud usměrní, takže obvodem teče jednocestně usměrněné (stejnosměrné) napětí. Tímto napětím je řízen magnetický zesilovač. Protože ho stejnosměrné napětí otevírá, je na jeho výstupu kolejové relé ↑.
Vjede-li do tohoto KO kolejové vozidlo, svými nápravami zkratuje diodu a v obvodě teče střídavý proud. Ten magnetický zesilovač uzavře a relé ↓.
Ventilový obvod je velmi výhodný z hlediska údržby i ceny. Napájecí i přijímací strana je umístěna přímo ve skříni přejezdu. Dioda na opačném konci je umístěna v kabelovém stojánku. Nevýhodou je však to, že tento typ KO vznikl v době pouze parního provozu, takže neřeší návrat trakčního a topného proudu. Proto je nutné na hnacím vozidle před přejezdem izolovaného styku vypínat elektrické vytápění soupravy. Z tohoto důvodu lze vidět na neelektrifikovaných tratích značky pro elektrický provoz „VYPNĚTE PROUD“ a „ZAPNĚTE PROUD“.

Činnost ventilového kolejového obvodu

15.7 REGULAČNÍ TABULKY

Každý KO vyžaduje specifické nastavení svých elektrických hodnot, které ovlivňují jeho činnost. K tomuto účelu sloučí tzv. regulační tabulky. V nich jsou zahrnuty hodnoty, kterým musí daný KO vyhovovat. Příklad takové regulační tabulky pro dvoupásový KO na stálý proud o kmitočtu 50 Hz s relé DSR12 (DSŠ12) je v tabulce.

Délka KO [m]	Max. napětí na napájecím transformátoru [V]		Max. odpor napájecího konce včetně odporů vodiče [Ω]		Velikost kondenzátoru Co [µF]
	DSR12	DSŠ12	DSR12	DSŠ12	DSR12	DSŠ12
100	16,5	16,5	70	60	16	16
200	16,5	22,0	60	70
300	22,0	22,0	70	50
400	22,0	22,0	70	50	12	12
500	22,0	27,5	50	70
600	27,5	27,5	70	50
700	27,5	33,0	50	60
800	33,0	38,5	60	60
900	38,5	44,0	60	60
1 000	44,0	49,5	60	60
1 100	49,5	55,0	60	60
1 200	55,0	60,5	60	60
1 300	49,5	55,0	70	70	10	10
1 400	49,5	60,5	60	70
1 500	55,0	60,5	70	60
Primární vinutí transformátoru a místní vinutí kolejového relé musí být napájeno z jedné fáze. Úhel vektorů napětí kolejové a místní cívky: 97 ± 15°.

Příklad regulační tabulky

Právě nastavovací prvky (kondenzátorové sady a stavitelné odpory) určují správné elektrické parametry KO v závislosti na tom, jsou-li kolejnice na betonových nebo dřevěných pražcích, jaká je čistota štěrkového lože apod.
Při pravidelných kontrolách se měří napětí na vstupu a výstupu KO, správnost fáze KO (vedlejší KO ji musí mít opačnou, aby se při proražení izolovaného styku jevily tyto KO jako obsazené) a zkušebním vodičem se provádí šunt za sledování práce kolejového relé.

---

Kvízové otázky: