Устройство контроля состояния цепи заземления железобетонных опор контактной сети

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована на электрифицированных железных дорогах для контроля состояния цепи заземления одиночной опоры или группы опор, объединенных тросом группового заземления, в том числе, для поиска и обнаружения низкоомных опор в группе без их отсоединения от объединяющего троса. В устройство, включающее, по меньшей мере, два измерительных блока, дистанционно связанных посредством электромагнитного поля, каждый из которых содержит вольтметр, преобразователь и индикатор, при этом первый измерительный блок содержит генератор 8 импульсного напряжения, связанный с рельсом 4 и тросом 18 группового заземления опор и входом первого вольтметра 7, один выход которого соединен с входом таймера 6, выход которого соединен с входом первого преобразователя 11, второй измерительный блок, размещенный на поверхности опоры, входящей в объединенную заземляющим тросом группу, оснащен магнитной антенной 25, ось которой направлена параллельно рельсовому пути, выход антенны связан с входом второго вольтметра 22, соединенного с входом второго преобразователя 21, с целью повышения точности измерений и повышения оперативности определения состояния цепи заземления введены в состав первого блока пороговый элемент 2, устройство сбора и хранения информации 15 и пускатель (коммутирующее устройство) 9. 3 илл.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована на электрифицированных железных дорогах для контроля состояния цепи заземления одиночной опоры или группы опор, объединенных тросом группового заземления, в том числе, для поиска и обнаружения низкоомных опор в группе без их отсоединения от объединяющего троса.

Консоль подвески контактного провода крепится на железобетонной опоре болтами, которые отделяют от металлической арматуры опоры синтетическими втулками, вставленными в крепежные отверстия опоры. Сопротивление изоляции «арматура опоры -консоль» у новых опор при измерениях в сухую погоду должно быть не менее 10 000 Ом («Об изменении порядка оценки электрокоррозионной опасности железобетонных опор контактной сети постоянного тока». Технические указания №К-02/06.; ЦЭт -2/18 от 15.05.06. ОАО «РЖД». Департамент Э и Э). При эксплуатации, за счет естественного старения, сопротивление синтетических втулок уменьшается, а при сопротивлении «консоль-арматура» менее 100 Ом, опору переводят в разряд низкоомных (электрокоррозионноопасных).

При групповом заземлении несколько опор объединяют тросом группового заземления путем его присоединения к консолям всех опор группы. Трос группового заземления с помощью спуска, оснащенного защитным устройством, соединяют с рельсом. При наличии в группе двух или более низкоомных опор блуждающие в грунте токи могут легко перетекать из подземной части одной опоры, по ее арматуре и консоли в трос группового заземления, далее по консоли и арматуре второй (третьей и пр.) опоры в подземную часть опоры и далее перетекать в грунт. Такие перетекающие токи вызывают ускоренное коррозионное разрушение металлической арматуры опор, что определяет актуальность разработки устройств контроля состояния цепи заземления железобетонных опор, обеспечивающих поиск и обнаружение низкоомных опор в группе, объединенной тросом группового заземления.

Известны устройства индикаторного типа, например, различные модификации прибора АДО, кабелеискатели (Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети (К-146-2002)/ МПС РФ - М.: Трансиздат, 2003), с помощью которых выполняют поиск низкоомных опор в группе без их отсоединения от троса группового заземления. Однако на результат оценки состояния изоляции «арматура

-трос» с помощью устройств индикаторного типа значительное влияние оказывают существующие на электрифицированных железных дорогах электромагнитные помехи, а погрешность в оценке сопротивления изоляции «арматура-трос» достигает сотен процентов.

Известны устройства измерительного типа (Ф4103, ПК и пр.) с помощью которых в низкоомной группе все входящие в группу опоры последовательно отсоединяют от троса группового заземления и измеряют сопротивление «консоль-арматура».

Недостатком устройств является высокое выходное сопротивление (до десятков кОм), что при нагрузке устройства на сопротивление низкоомной группы опор приводит к снижению выходного напряжения устройства до соизмеримого с уровнем сигналов электромагнитных помех и отрицательно влияет на погрешность измерения устройством сопротивления «арматура-трос заземления».

Кроме того, резко увеличиваются затраты времени на обследование низкоомных групп опор, поскольку операции отсоединение-присоединение опоры к тросу группового заземления выполняют при верховых работах.

Известно устройство измерения сопротивления изоляции арматуры железобетонной опор контактной сети без отсоединения от троса группового заземления, (Патент России №2124212, G01R 27/18, B60М 5/00, опубл.28.12.98), состоящее из двух измерительных блоков, первый из которых оснащен генератором синусоидального напряжения, а второй магнитной антенной. Выходные клеммы генератора синусоидального напряжения заданной амплитуды и частоты, подсоединяют к рельсу и спуску, соединенному с тросом группового заземления опор. Второй измерительный блок располагают у поверхности опоры и ориентируют ось магнитной антенны параллельно оси рельсового пути. После включения первого блока измеряют величину магнитного поля, вызванного током, протекающим по арматуре опоры. При известной величине напряжения, приложенного первым блоком через заземляющий трос ко всем опорам группы, измеренную величину магнитного поля преобразуют в величину сопротивление изоляции арматуры контролируемой опоры относительно троса группового заземления и выводят на индикатор.

Недостатком устройства является высокое значение выходного сопротивления генератора испытательного напряжения (несколько сотен Ом), что определяет зависимость величины выходного напряжения генератора от сопротивления нагрузки в области дефектировочных значений сопротивления «арматура-трос» (R_AT100 Ом), вследствие чего погрешность измерения сопротивления вторым блоком устройства может достигать нескольких десятков процентов.

Наиболее близким заявляемому устройству по технической сущности является устройство («Прибор для оперативного контроля цепи заземления «Локомотив» №4, 1998,

с.40-41), (Руководство по эксплуатации 3185.803.71492113.1 РЭ. «Аппаратура для контроля состояния цепи заземления железобетонных опор контактной сети ИСО-1МЗ». ТУ 3185.803.71492113.1-04. Внесена в Госреестр за №29798. Сертификат RU.C.34.007.A №21497. Разработчик и изготовитель ООО «Электродиагност», г.Новосибирск).

Устройство, как и аналог, включает два измерительных блока, каждый из которых содержит вольтметр, преобразователь и индикатор. Первый измерительный блок содержит генератор импульсного напряжения, связанный с рельсом и тросом группового заземления опор, и входом первого вольтметра. Клеммы выходного конденсатора известной электрической емкости С_ЭТ импульсного генератор, подключают к рельсу и соединенному с тросом группового заземления спуску. Конденсатор С_ЭТ, внутренним источником заряженный до заданного напряжения U_ИСП , с заданной частотой следования f_C (f _C10Гц) коммутируют на исследуемую цепь. Таймером измеряют время _РАЗ снижения измеряемого вольтметром напряжения на конденсаторе С_ЭТ вследствие его разряда на входное сопротивления исследуемой цепи от напряжения U_ИСП до U_ИСП/е, где е - основание натурального логарифма. Первым преобразователем преобразуют величину _РАЗ по ранее установленной зависимости во входное сопротивление группы опор в соответствии с соотношением R_ГР=_РАЗ/C_ЭТ и подают полученное значение с выхода преобразователя на вход индикатора первого измерительного блока с частотой следования f _С. Второй измерительный блок оснащен магнитной антенной, связанной с входом второго вольтметра, и вторым преобразователем. Первый и второй измерительные блоки устройства дистанционно связаны электромагнитным полем и измерение вторым блоком можно выполнять только при работе первого блока.

В рабочем состоянии второй блок прикладывают к боковой поверхности опоры входящей в контролируемую группу опор, ориентируют ось магнитной антенны параллельно оси рельсового пути, измеряют созданное протекающим по арматуре опоры импульсным током импульсное магнитное поле, измеряют величину магнитного поля и импульсного напряжения на тросе. Затем во втором преобразователе по ранее полученным градуировочным зависимостям «напряженность магнитного поля - ток» определяют величину протекающего по опоре тока, и далее вычисляют через отношение напряжения на тросе группового заземления к величине тока в данной опоре величину сопротивления изоляции арматуры опоры от троса группового заземления R_АТ, значение которого с частотой следования f_С с выхода преобразователя поступает на вход индикатора второго измерительного блока. По результатам измерений судят о состоянии цепи заземления.

В указанном устройстве сопротивление первого измерительного блока R _ВЫХ3,0 Ом обеспечивает практически независимую от величины сопротивления нагрузки величину

выходного напряжения, что, по сравнению с аналогом, значительно снижает погрешность измерения сопротивления «арматура-трос» вторым измерительным блоком устройства.

Недостаткам устройства является относительно низкое выходное испытательное напряжение первого блока (Uвых50В), которое на порядок ниже выходного напряжения мегаомметра M1101 (Uвых=500B), рекомендуемого для испытаний железобетонных опор. (Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети (К-146-2002)/ МПС РФ - М.: Трансиздат, 2003).

Кроме того, при выходном напряжении Uвых50В первого блока устройства, верхний предел измерения второго блока устройства, из-за влияния сигналов электромагнитных помех на результат измерения, ограничен сопротивлением 1500 Ом. Нормативные документы («Об изменении порядка оценки электрокоррозионной опасности железобетонных опор контактной сети постоянного тока». Технические указания №К-02/06.; ЦЭт -2/18 от 15.05.06. Департамент Э и Э, ОАО «РЖД») рекомендуют выявлять и брать на учет все опоры с сопротивлением «арматура-консоль» («арматура-трос») до 10 000 Ом, что превосходит технические показатели второго блока устройства-прототипа.

Задачей данной полезной модели является повышение надежности и оперативности измерения сопротивлений изоляции «арматура опоры -консоль» одиночных опор, а также измерений сопротивления «арматура опоры -трос» опор в группе железобетонных опор контактной сети без их отсоединения от троса группового заземления.

Согласно заявляемой полезной модели поставленная задача реализована в устройстве контроля состояния цепи заземления железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог, включающем два измерительных блока, дистанционно связанных посредством электромагнитного поля, каждый из которых содержит вольтметр, преобразователь и индикатор, при этом первый измерительный блок содержит генератор импульсного напряжения, связанный с рельсом и тросом группового заземления опор и входом первого вольтметра, один выход которого соединен с входом таймера, выход которого соединен с входом первого преобразователя, второй измерительный блок, размещенный на поверхности опоры, входящей в объединенную заземляющим тросом группу, оснащен магнитной антенной, ось которой направлена параллельно рельсовому пути, выход антенны связан с входом второго вольтметра, соединенного с входом второго преобразователя, благодаря тому, что в состав первого блока введены пороговый элемент, устройство сбора и хранения информации и пускатель, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами генератора, а его выходные клеммы соединены с рельсом и тросом, вход порогового элемента связан со вторым выходом первого вольтметра,

один выход порогового элемента соединен с таймером, а его другой выход соединен с первым входом устройства сбора и хранения информации, второй вход которого соединен с выходом первого преобразователя, выход устройства сбора и хранения информации соединен с входом первого индикатора, во второй измерительный блок введен пик-детектор, вход которого соединен с выходом второго преобразователя, а выход соединен с входом второго индикатора.

Введение порогового элемента, устройства сбора и хранения информации и пускателя в первый измерительный блок, пик-детектора во второй измерительный блок позволяет упростить процедуру определения сопротивления изоляции «арматура опоры -консоль» одиночных опор, а также сопротивления «арматура опоры -трос» опор в группе железобетонных опор контактной сети по контролируемым параметрам электрической цепи, повысить надежность и оперативность определения состояния цепи заземления железобетонных опор.

На фиг.1 представлена блок-схема первого измерительного блока устройства. На фиг.2 представлена блок-схема второго измерительного блока устройства. На фиг.3 представлена схема подключения устройства к исследуемой цепи. Представленный на фиг.1 первый измерительный блок заявляемого устройства подключен к одной из обследуемых опор 196, объединенных в группу опор, и включает генератор 8, выходные клеммы которого соединены с входом первого вольтметра 7 и входными клеммами пускателя (коммутирующего устройства) 9, посредством которого генератор 8 проводниками 3 и 12, через спуски 5 и 14 соединен с рельсом 4 и консолью 20. Выходы вольтметра 7 соединены с входом таймера бис входом порогового элемента 2. Выходы порогового элемента 2 соединены со вторыми входами таймера 6 и устройства сбора и хранения информации 15, в качестве которого может быть использована оперативная память микропроцессора. Выход таймера 6 соединен с входом первого преобразователя 11, в котором по ранее установленной зависимости преобразуют величину измеренного вольтметром 7 напряжения в величину сопротивления «арматура-трос». Выход преобразователя 11 связан с первым входом устройства сбора и хранения информации 15. Выход устройства сбора и хранения информации 15 связан с входом первого индикатора 17, отображающем на экране величину сопротивления «арматура-трос».

Представленный на фиг.2 второй измерительный блок устройства, размещенный у боковой поверхности опоры 19в, входящей в состав объединенной тросом группы опор, оснащен магнитной антенной 25. Ось магнитной антенны 25 ориентирована параллельно оси рельсового пути 4. Выход антенны связан с входом второго вольтметра 22, соединенного с входом второго преобразователя 21. Пик-детектор 24 соединен входом со вторым

преобразователем 21, а выходом со вторым индикатором 23. Во втором преобразователе 21 по ранее установленной зависимости происходит преобразование величины измеренного вторым вольтметром 22 значения напряжения и тока, протекающего по арматуре опоры в величину сопротивления «арматура-трос», отображаемом на экране второго индикатора 23.

На фиг.3 представлена схема подключения заявляемого устройства к опорам 19а, 19б, 19в, объединенным в группу тросом группового заземления 18. Трос 18 от арматуры опор отделен синтетическими втулками с сопротивлением, соответственно, R_16A , R_16B и R_16B. Подземные части опор 19а, 19б и 19в относительно рельсового пути 4 имеют сопротивления, соответственно, R_1A, R _1Б и R_1В, величины которых у опор в группе приблизительно равны между собой и, в большинстве случаев, не превышают 30-50 Ом. На опоре со спуском 19 6 трос 18 через консоль 20, спуск 14, искровой промежуток 10 и спуск 5 соединен с рельсовым путем 4, а на других входящих в группу опорах трос соединяется только с консолью опоры.

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.

Внутренним источником питания заряжают выходной конденсатор генератора 8 известной электрической емкости до контролируемого вольтметром 7 напряжения, величина которого не превышает допустимого значения испытательного напряжения для цепи заземления железобетонных опор (U_ИСП500 B). Выходной конденсатор генератора 8 пускателем 9 с частотой 0,05÷0,1 Гц разряжается на входное сопротивление группы опор (фиг.3). Вольтметром 7 измеряют динамику снижения напряжения на выходном конденсаторе генератора 8 вследствие его разряда на входное сопротивление группы опор. Таймером 6 измеряют длительность разряда конденсатора при снижении на нем напряжения от амплитудного напряжения U_ИСП до заданного значения напряжения U_K, при достижении которого срабатывает пороговый элемент 2. По команде порогового элемента 2 таймер 6 прекращает измерение времени, а измеренное им значение времени t поступает на вход первого преобразователя 11, где согласно ранее определенной зависимости, преобразуется в значение входного сопротивления группы опор R _BX, значение которого поступает на вход устройства сбора и хранения информации 15, открытого по команде порогового элемента 2. Значение R_BX поступает на вход индикатора 17, где отображается, например, на экране дисплея. При срабатывании первого блока устройства на антенну 25 второго блока воздействует импульс магнитного поля Нв, вызванный протекающим по арматуре опоры 19 в импульсом тока I₃. Вольтметром 22 измеряют индуцированное в антенне напряжение, величина которого с выхода вольтметра поступает на вход преобразователя 21, где преобразуется в величину сопротивления R_16B «арматура-трос» контролируемой опоры

и поступает на вход пик-детектора 24, где сохраняется в течение заданного промежутка времени. С выхода пик-детектора 24 измеренное значение сопротивления R_16B выводят на индикатор 23. Аналогичную процедуру выполняют при измерении вторым блоком сопротивления R_16A опоры 19а и сопротивления R _16Б опоры 19б.

При нормальном техническом состоянии синтетических втулок и относительно низких значениях сопротивлений R_1A, R_1Б и R _1В под воздействием импульсного напряжения генератора 8 величина токов I₁, I₂ и I₃, протекающих по арматуре опор, будет определяться величинами сопротивлений «арматура-трос» R _16A, R_16Б и R_16B . При разрушении втулок величина сопротивления «арматура-трос» снижается до единиц Ом, и сопротивление цепи заземления такой опоры будет определяться сопротивлением подземной части опоры относительно рельса. Такую опору, по значению сопротивления «арматура -трос», определенному с помощью второго измерительного блока 26 устройства, переводят в разряд низкоомных (электрокоррозионноопасных) опор.

Таким образом, используемая в первом блоке заявляемого устройства система преобразования измеренной величины времени в величину сопротивления R_BX, в отличие от прототипа, исключает процедуру преобразования аналогового сигнала в цифровой, поскольку преобразователем выполняется линейное преобразование величины измеренного времени в величину сопротивления. А это позволило увеличить диапазон измерения сопротивления R _BX в 100 раз, исключив необходимость переключения диапазонов при эксплуатации, что повышает оперативность обследование цепи заземления железобетонных опор контактной сети.

Кроме того, увеличение выходного напряжения первого блока устройства до максимального допустимого при исследовании цепи заземления железобетонных опор контактной сети напряжения (U_ИСП500 В) резко снижает влияние электромагнитных помех на результаты измерений сопротивления опор и позволяет решить задачу увеличения верхнего предела диапазона измерений второго блока устройства до требуемого сопротивления R_AT10 000 Ом без отсоединения опор от троса группового заземления.

И, наконец, предлагаемое устройство является оптимальным в части изготовления и внедрения в эксплуатацию переносного устройства, которое, без какого-либо увеличения энергоемкости источника питания, габаритов и массы устройства в целом, позволяет выполнять качественное обследование группы опор без их отсоединения от троса группового заземления с измерением характеристик цепи заземления железобетонных опор в полном соответствие с нормативными требованиями. В частности, увеличение амплитуды испытательного импульса до рекомендуемого нормативными документами (с U_исп50 В у прототипа, до U_исп500 В у предлагаемого устройства) приводит к увеличивает энергии

испытательного импульса приблизительно в сто раз. Но снижение частоты приложения импульсов испытательного напряжения к обследуемой цепи с 10 Гц у прототипа до 0,1÷0,05 Гц у предлагаемого устройства с получением результата измерения при воздействии на обследуемую цепь единичного импульса испытательного напряжения, обеспечивает возможность проведения обследования цепи заземления железобетонных опор в течение двух-трех рабочих смен без дополнительной подзарядки внутренних источников питания первого и второго блока устройства.

Устройство контроля состояния цепи заземления железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог, включающее, по меньшей мере, два измерительных блока, дистанционно связанных посредством электромагнитного поля, каждый из которых содержит вольтметр, преобразователь и индикатор, при этом первый измерительный блок содержит генератор импульсного напряжения, связанный с рельсом и тросом группового заземления опор и входом первого вольтметра, один выход которого соединен с входом таймера, выход которого соединен с входом первого преобразователя, второй измерительный блок, размещенный на поверхности опоры, входящей в объединенную заземляющим тросом группу, оснащен магнитной антенной, ось которой направлена параллельно рельсовому пути, выход антенны связан с входом второго вольтметра, соединенного с входом второго преобразователя, отличающееся тем, что в состав первого блока введены пороговый элемент, устройство сбора и хранения информации и пускатель, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами генератора, а его выходные клеммы соединены с рельсом и тросом, вход порогового элемента связан со вторым выходом первого вольтметра, один выход порогового элемента соединен с таймером, а его другой выход соединен с первым входом устройства сбора и хранения информации, второй вход которого соединен с выходом первого преобразователя, выход устройства сбора и хранения информации соединен с входом первого индикатора, во второй измерительный блок введен пик-детектор, вход которого соединен с выходом второго преобразователя, а выход соединен с входом второго индикатора.