186294. lajstromszámú szabadalom • Foglaltság ellenőrző vasúti sínáramkör
3 186294 4 A találmány tárgya foglaltságellenőrző vasúti sínáramkör, amely négypóluson keresztül vagy közvetlenül vasúti vágányhoz csatlakozó tápegységet, tengelysöntöt érzékelő és a vágánnyal összekötött egy vagy több vevőegységet tartalmaz. A találmány szerinti sínáramkör vasúti vágányszakasz foglaltságának megbízható érzékelését biztosítja. Vasúti biztosítóberendezések működtetéséhez sok esetben szükséges a vágányok foglaltságának ellenőrzése. Az ellenőrzéshez általában sínáramköröket alakítanak ki, amelyek azon a felismerésen alapulnak, hogy a közlekedő járművek tengely-kerék-sínérintkezés köre kis impedanciával köti össze a két sínszálat. A találmány tárgya egy ilyen érzékelésre alkalmas sínáramkör. Az ellenőrzendő vágányszakaszt a vágány többi részétől többféle módon lehet elválasztani. Egyik módszer az úgynevezett szigetelő sínkötés alkalmazása. Egy másik elválasztási mód az, hogy a foglaltságellenőrző sínáramkör hatáskörzetét redukálják az elektromos paraméterek (például frekvencia) megfelelő megválasztásával. Ezek az úgynevezett szigetelő sínkötés nélküli áramkörök. A sínáramkörökkel szembeni elsődleges követelmény, hogy a foglaltságot minden körülmények között biztosan érzékelje. Minden meghibásodásnak is ebbe az irányba kell hatni, hiszen ezzel teljesül az aggályosság elve. A biztonságos érzékelést viszonylag nagy impedanciájú sönt esetén is meg kell valósítani. A maximális söntimpedanciára a gyakorlat alapján előírások vannak. Másodlagos követelmény, hogy szabad vágányszakasz esetén ne jöjjön létre hamis foglaltságérzékelés, akkor sem, ha az ágazati ellenállás minimális értékre csökken. A minimális ágyazati ellenállásra (az úgynevezett ballaszt-ellenállásra) gyakorlati tapasztalatok alapján szintén előírják a határértéket. További követelmény, hogy a síneken mérhető feszültség lehetőleg a ballaszt-ellenállás változásától független legyen, vagy legalábbis változásai egy maximális és minimális érték között maradjanak. A minimális érték a sönt biztonságos létrejöttéhez (az oxidréteg átütéséhez), valamint a vevőegység (például jelfogó) biztos működtetéséhez szükséges. A maximális értéket egyebek között az érzékelési távolság esetleges változása, valamint a sínre telepítendő más áramkörök zavarmentes üzeme szabja meg. A sínáramkörök kialakításához az aktív nyugalmihelyzetű rendszerek, a nyugvóáramú kapcsolások terjedtek el. Ezek a kapcsolások generátorból, az ellenőrzendő vágányszakasz sínszálaiból mint vezetékekből, valamint a vevőegységből állnak. A vevőegység határozza meg a vágányszakasz szabad vagy foglalt állapotát, és tulajdonképpen adott paraméterekkel jellemezhető (például frekvencia) adóból jövő jel (feszültség, áram, teljesítmény), figyelésével üzemel. A sínáramkör üzembiztonságának egyik mértéke az úgynevezett jósági tényező. Ezt jelen esetben az dönti el, hogy melyik az a minimális jel, amit még a vevő szabad vágányszakaszként értékel (min. ágyazati ellenállás stb.), és melyik az a maximális jel, amire már foglaltságot jelez (max. keréksönt stb.). A mérőszám a két jel há nyadosa. Az üzembiztonságot a jósági tényező javításával, növelésével lehet fokozni. Ideálisan a maximális érték 1,0 lehet, amit például komparátor alkalmazásával meg lehet közelíteni. Nagy jósági tényezőnél természetesen fontos, hogy az átváltási szint olyan jelértéknél legyen, amelynél kisebb biztosan előáll foglalt vágányszakasz esetén. Ez az adóoldali és vételoldali szintek stabilitását követeli meg. A jósági tényező javítására több módszer ismeretes. Egyik lehetséges megoldásban a vevőoldalon különleges kiképzésű jelfogót alkalmaznak, esetleg elektronikus előfokozattal kiegészített ismert kialakítású vágányjelfogót. Ezekkel a megoldásokkal gyakorlatilag 0,8-as jósági tényezőt lehet biztonsággal elérni. Javítható a jósági tényező az érzékelendő vágányszakasz kihangolásával is, mint például ahogy az 1 187 037 számú francia és a 153 208 számú svájci szabadalomban le van írva. E megoldások a sínszálak közötti rövidzár alkalmazását teszik szükségessé, és ezért a szuperponálhatóság megszűnik. Ennek következménye, hogy a szigetelő sínkötés nélkül létrehozott sínáramkörök meghatározott típusainál, vagyis az alkalmazások egy területén a megoldás ellenőrzése nem használható. További hátrány a vágányszakasz reaktáns paramétereitől való függés. Javulást lehet elérni a generátor ütemezésével is. Ennek lényege, hogy a sínáramkör feszültségét kis, például 1 Hz-es frekvenciával, nulla és üzemi érték között változtatják, esetleg két nullától eltérő érték között lengetik (151 416 számú magyar szabadalom). E módszerrel kb. 0,85 jósági tényező érhető el. A 156 402 számú magyar szabadalom szerinti megoldás a jósági tényező növelését az adóoldalon valósítja meg. A javulást azáltal éri el, hogy adott sönt esetén a generátor feszültségét nullára csökkenti. A működés látszólag digitális, tehát a jósági tényező értéke látszólag 1,0 (komparátor jellegű működés). A gyakorlatban ez azonban nem így van, mert a generátor nufaállapotba jutását kiváltó impedancia és az újraindulást, tehát a kívánt jelállapotot újra létrehozó impedancia között számottevő különbség lehet. Járulékos hatás, hogy az érzékelési hossz a jármű mozgásának irányától is függ (a belépési oldalon rövidebb, a kilépési oldalon hosszabb, vagyis a jármű mintegy maga után húzza az érzékelési szakaszt). A megoldás további hátránya, hogy a söntimpedancia erősen feszültségfüggő volta miatt belengések léphetnek fel (feszültségmentes állapotban az impedancia annyira megnő, hogy a generátor újra feszültséget ad ki, majd újra leáll az oxidréteg átütése után) Hasonló belengés más okból is létrejöhet (például az amplitúdó értékét tartó szabályozókor helytelen működése az értékváltozások következtében). Ez a belengési jelenség a gyakorlatban alkalmazott áramköröknél is megfigyelhető, a foglaltságellenőrzéssel kapcsolatos áramkörök működésében biztonságtechnikailag sem megengedhető zavart okozva. Az elvből adódóan szintén belengés jöhet létre, ha a generátor nullaállapotba jutását kiváltó szakasz hossza kisebb, mint a legnagyobb tengelyköz fele (figyelembe véve ilyenkor azt a javító tényezőt, hogy a sönt két oldalon jelentkezik). Ez azt eredményezi, hogy az adótól elegendően távolra kell tenni az érzékelési pontot, és ezt tartani is kell tudni a külső körülményektől függetlenül. Ez viszont jobban ballasztfüggővé teszi az áramkört (az érzékelési távolság a ballaszt függvényében változik). Ha az elvet meg akarjuk tartani a teljes adó-vevő távolság (például 18 m) foglaltságának esetére, akkor az érzékelési pontot még távolabbra kell méretezni, ami további hátrányokkal jár. Ellenkező esetben viszont a digitális 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
