Система ЦАБ построена на основе электрических рельсовых цепей без изолирующих стыков, называемых также неограниченными рельсовыми цепями. Их достоинствами являются отсутствие в их электрической цепи малонадежных элементов изолирующих стыков, проводных шлейфов и др.
На участках с электротягой обеспечивается надежная непрерывность цепи возврата тягового тока. Поэтому практически снимаются ограничения по значению тягового тока, протекающего по рельсовым нитям, что особенно важно для участков, где обращаются поезда повышенной массы. В связи с этим в несколько раз сокращается число применяемых металлоемких дроссель-трансформаторов. На линиях с электрической тягой постоянного тока дроссель-трансформаторы устанавливают для выравнивания тягового тока в местах установки междупутных перемычек на двухпутных линиях, в местах подсоединения отсасывающих фидеров тяговых подстанции, подсоединения заземлении, а также у входных светофоров станции. Устранение изолирующих стыков способствует снижению потерь электроэнергии на тягу поездов. [11]
Для работы БРЦ на железнодорожных линиях используются амплитудно-модулированные сигналы с несущими частотами 420, 480 и 580 Гц и частотами модуляции 8 и 12 Гц, а на линиях метрополитенов – сигналы с несущими частотами 720, 780 и 580Гц с теми же частотами модуляции. Это разделение сигналов по области применения сигнальных частот весьма условно. При необходимости сигналы со всеми пятью несущими частотами можно применять как на железных дорогах, так и на линиях метрополитенов.
Максимальная длина БРЦ на железнодорожных линиях составляет 1000 м. В этом случае обеспечиваются все режимы работы БРЦ при сопротивлении изоляции балласта до 0,7 Ом·км. С уменьшением сопротивления балласта предельная длина БРЦ снижается. Например, на участках с пониженным сопротивлением балласта применяются БРЦ длиной 250 м, работоспособность которых обеспечивается при снижении сопротивления балласта до 0,1 Ом·км, то есть в 10 раз ниже нормативного значения.
Аппаратуру БРЦ размещают на станциях. Расстояние между пунктами размещения аппаратуры на участках с электротягой достигает 20 км, а на линиях с автономной тягой - 30км. На линиях метрополитенов расстояние между пунктами размещения аппаратуры может достигать 8км, то есть удаление аппаратуры от рельсовой линии возможно до 4 км.
С рельсовыми линиями аппаратура соединятся симметричным кабелем с парной скруткой жил. По нему же осуществляется взаимная увязка работы устройств, расположенных на соседних станциях.
Электроснабжение путевых устройств ЦАБ осуществляется от установок, аналогичных установкам для электропитания устройств электрической централизации. Основным источником электроснабжения, как правило, является ЛЭП, а резервным в зависимости от вида тяги и наличия местных сетей – ЛЭП на опорах контактной сети, в том числе и система ДПР два провода – рельс при электрической тяге переменного тока, дизель-генераторные автоматизированные агрегаты (ДГА), аккумуляторные батареи в комплексе с преобразовательными устройствами.[20]
Потребляемая мощность определятся в основном нагрузками передающих устройств БРЦ и АЛС. Максимальная мощность, потребляемая передающими устройствами числовой АЛСН на несущей частоте 25, 50 или 75 Гц в расчете на одну БРЦ, не превышает 50 В·А, частотной АЛС – 40 В·А, а при одновременной передаче двух сигнальных частот – 80 В·А. Мощность, потребляемая передающими устройствами БРЦ в расчете на одну РЦ, не превышает 10 В·А. Средние мощности, потребляемые этими устройствами, ниже этих значении.
В бесстыковых рельсовых цепях для сокращения аппаратуры, кабеля, используемых сигнальных частот питание двух смежных БРЦ осуществляется от одного источника сигнального тока: БРЦ 1 и 2 получают питание от генератора 1/2 Г1 с несущей сигнальной частотой, например 425Гц и частотой модуляции 8Гц; БРЦ 3 и 4 – генератора 3/4 Г2 с несущей частотой, например 475Гц и частотой модуляции 12 Гц. Таким образом, сигналы от генераторов 1/2 Г1 и 3/4 Г2 различаются как несущими так частотами, так и частотами модуляции, что обеспечивает надёжную защиту приемных устройств от влияния сигнальных токов смежных БРЦ.
Использование амплитудно-модулированных сигналов обеспечивает надежную защиту приемных устройств от воздействия гармонических и импульсных помех тягового тока, а также от помех, создаваемых токами централизованного электроснабжения вагонов пассажирских поездов.[23]
В принятой структуре построения для БРЦ одного пути достаточно применять сигналы двух несущих частот, например 420 и 480 Гц. Состояние БРЦ 1 и 2 контролирует приемники 1П1 и 2П1, принимающие сигналы на несущей частоте 420 Гц и частоте модуляции 8 Гц от генератора 1/2 Г1. Первая цифра в условном наименовании приемника обозначает номер БРЦ, а вторая – тип приемника; П1 воспринимает сигналы с несущей частотой 420 Гц, а П2 – 480 Гц. Состоянием БРЦ 3 и 4 контролирует приемники 3П2 и 4П2, воспринимающие сигналы от генератора 3/4 Г2. В принятой структуре на приемник 2П1 БРЦ 2 мог бы оказать влияние сигнальный ток БРЦ 5, работающий от генератора того же типа Г. Однако приемник 2П1 защищен от опасного влияния генератора 5/6 Г1 из за естественного затухания при прохождении сигнала от генератора 5/6 Г1 к приемнику 2П1 через БРЦ 5, 4 и 3. Аналогично взаимно защищены и другие приемники от генератора, работающих на одинаковых несущих частотах. При всех вариантах приемник данной БРЦ и влияющий генератор, работающий на той несущей частоте, разделены тремя БРЦ. Расчеты показывают, что затухание сигнала при прохождении его через 3 БРЦ составляет примерно 20 дБ. Затухание сигнала от влияющего источника при прохождении его 3 БРЦ составляет примерно 60 дБ. По этому помеха от источника расположенного за три БРЦ от данного приемника, примерно в 100 раз ниже полезного сигнала, поступающий на вход приемника от генератора собственной БРЦ. При не благоприятном соотношении длин БРЦ (длины БРЦ, через которые проходят от влияющего источника, существенно ниже предельных значений) взаимное влияние сигналов от БРЦ, работающих на одинаковых частотах возрастает. В этом случае для исключения взаимного влияния может быть использованы третья несущая частота, например 580 Гц, в дополнении к указанным частотам 420 и 480 Гц.[10]
Занятие и освобождение БРЦ фиксируется не в момент вступления и проследования поездом точек подключения аппаратуры, а на некотором расстоянии от концов БРЦ, характеризующих зоны дополнительного шунтирования lш по приближении и удалении поезда. Наличие этих зон обусловлено отсутствием изолирующих. Например, при приближении поезда к БРЦ 2 за счет поездного шунта напряжение на питающем конце, а значит, и на входе приемника 2П1 снижается. На некотором расстоянии благодаря шунтированию через рельсовую петлю поездным шунтом напряжение на входе приемника снижается до значения, соответствующего отпусканию якоря путевого реле. Так же и срабатывание путевого приемника и возбуждения путевого реле, например 4П2, происходят после удаления поезда на расстояние lш от БРЦ 4. Таким образом тактическая длина БРЦ оказывается больше ее физической длины, определяемой точками подключения аппаратуры, то есть
lфакт = l + 2lш. (3.1)
Для нормальных действия локомотивных устройств АЛС следует обеспечивать нормативный ток локомотивной сигнализации на расстоянии lАЛС равном суммарной длине рельсовой цепи l и зоны дополнительного шунтирования lш, то есть должно выполнятся условия lАЛС = l + lш.
Длина зоны шунтирования зависит от частоты сигнального тока, рабочее напряжение сигнала на входе приемника, сопротивление балласта рельсовой линий, коэффициента возврата путевого приемника, реального сопротивления поездного шунта длины БРЦ. Для железных дорог при частоте сигнального тока 4258 Гц значение зоны шунтирования в условиях эксплуатаций находится в пределах от 40 до 120 м. При повышении частоты сигнального тока, напряжение на входе приемника, сопротивления балласта и сопротивления рельсов длина зоны шунтирования уменьшается, а при уменьшении указанных параметров значение lш возрастает.
В практических условиях эксплуатации на железных дорогах изменение зоны lш в основном обусловлено изменением сопротивлениям балласта, а на линиях метрополитенов – колебанием напряжения источника питания.
Если по каким – либо причинам необходимо получить наименьшую зону lш , то это может быть достигнуто повышением напряжения сигнала на входе приемника до максимально допустимого значения, при котором обеспечиваются все режимы работы БРЦ. [9]
Для исключения ложного срабатывания путевых приемников при случайном объединении рельсовых нитей соседних путей на двухпутных участках железных дорог используют сигналы с четырьмя отличительными признаками. Эти признаки создаются в результате модуляции двух несущих частот 425 и 475 Гц частотами 8 и 12 Гц. Сигналы 425/8 и 475/12 применяют в БРЦ одного пути, а сигналы 425/12 и 475/8 – для БРЦ другого пути двухпутного участка. В числителе указана несущая частота, а в знаменателе – частота модуляции.
В структурной схеме устройств ЦАБ для примерного перегона содержащего 12 БРЦ, демонстрационный лист 2, на каждой станции размещается аппаратура, относящаяся к половине перегона, примыкающей к данной станции. Питание БРЦ осуществляется от генераторов Г1и Г2 сигналов 425/8 и 475/12 соответственно. Каждый генератор питает две смежные БРЦ, расположенные по обе стороны от точки его подключения к рельсовой линии. Генераторы для БРЦ 1-4 расположены на станции Доссор, а для БРЦ 5-10 – на станции Макат. Состояние БРЦ контролируют путевые приёмники П1 и П2, первый из которых воспринимает сигналы 420/8, а второй – 480/12. основную аппаратуру размещают на станциях. Непосредственно у пути размещают лишь пассивные согласующие путевые трансформаторы ПТ, а на линиях с электротягой в необходимых случаях – и дроссель-трансформаторы.