Испытательный стенд для токопроводящих элементов контактной подвески

Полезная модель относится к области электроснабжения, в частности к контактной сети электрифицированных железных дорог, а именно к диагностированию электромеханических свойств токопроводящих элементов контактной подвески. Задача заключается в расширении функциональных возможностей испытательного стенда, позволяющих проводить испытания, как образцов токопроводящего провода, так и токоведущих зажимов. Испытательный стенд содержит основание, выполненное в виде пространственной металлической рамы, испытуемый токопроводящий элемент, выполненный в виде проводов и токоведущих зажимов, регулировочный трансформатор, устройство охлаждения токопроводящего элемента, закрепленное в верхней части рамы и выполнено из электродвигателя, вентилятора, понижающего трансформатора, последовательно соединенного с электродвигателем, устройство натяжения, включающее трехблочный компенсатор температурных удлинений провода и закрепленное на раме, шлейф параллельного провода, закрепленный с помощью стандартных зажимов контактной сети на концах испытуемого токопроводящего элемента, трансформатор тока, последовательно соединенный с регулировочным трансформатором, устройство для создания электрической дуги, установленное на раме и выполнено из трансформатора, вторичная обмотка которого последовательно соединена с электродом, страховочное устройство, выполненное из страховочной балки и страховочного троса, и инфракрасную камеру, смонтированную на фронтальной стороне рамы. Испытуемый образец с помощью натяжных зажимов и изоляторов крепится одним концом к раме, а другим - к устройству натяжения.

Полезная модель относится к области электроснабжения, в частности к контактной сети электрифицированных железных дорог, а именно к диагностированию электромеханических свойств токопроводящих элементов контактной подвески.

Для обеспечения устойчивой работы контактной сети электрифицированных железных дорог необходимо контролировать тепловое состояние всех токоведущих элементов контактной подвески, механическая прочность которых зависит от нагрева.

Причинами нагрева может стать протекание больших величин тяговых токов и плохой контакт между проводом и токоведущим зажимом.

Перегрев проводов ведет к потере их механической прочности и, соответственно, к пережогам и обрывам. Нагрев зажимов также ведет к потере механической прочности, что приводит к разрушению узла контактной подвески (соединение нескольких проводов).

Все это нарушает стабильность пропускной и провозной способности контактной сети.

В настоящее время ведутся работы по обеспечению контроля за тепловым состоянием проводов и зажимов, однако все предлагаемые испытательные стенды не являются достаточно эффективными, так как они не позволяют проводить тепловые испытания зажимов контактной сети, а также рассматривать (исследовать) взаимное влияния теплового нагрева токопроводящих зажимов и/или проводов контактной подвески.

Известен стенд для тепловых испытаний образцов проводов контактной сети [1], позволяющий имитировать тепловые процессы в контактной сети. Стенд содержит двухъярусное основание, силовой трансформатор, установленный на нижнем ярусе основания, испытываемый

образец провода, выполненный в виде петли, закрепленной на верхнем ярусе основания и соединенный с силовым трансформатором, регулятор напряжения, соединенный последовательно с силовым трансформатором, устройство охлаждения провода, имитирующее воздушный поток, выполненное в виде вентилятора и воздуховода, приборы измерения величины тока и напряжения и величины перегрева провода.

Стенд работает следующим образом.

От источника питания через регулятор напряжения ток поступает на силовой трансформатор и далее на испытываемый образец провода, выполненный в виде петли из проводов контактной сети различных марок, прямолинейная часть которой равняется 1 м. Одновременно, с помощью устройства охлаждения проводов на петлю подается воздушный поток. Измерения тока в петле производятся с помощью трансформатора тока и амперметра, а измерения величины перегрева петли производятся с помощью хромель-копелевой термопары, помещенной на линейной части петли с подветренной стороны. Показания термопары снимались с помощью микровольтметра.

Испытания проводятся при разных величинах протекающих по проводам токах до 2000 А при разных скоростях воздушного потока до 10 м/с.

К достоинствам известного стенда можно отнести его компактность, возможность проведения испытаний большим диапазоном токов.

Кроме того, известный стенд для тепловых испытаний образцов проводов контактной сети позволяет, за счет охлаждения испытываемого образца провода воздушным потоком, приблизить условия испытания к эксплуатационным.

Однако известный стенд, несмотря на его достоинства, имеет недостатки.

Недостатком известного стенда является то, что он не обеспечивает полного соответствия условий испытаний эксплуатационным. Это обусловлено тем, что при испытании не учитывается воздействие на

токопроводящий образец электрической дуги и стенд не позволяет, согласно норм эксплуатации, задавать рабочее номинальное натяжение токопроводящих элементов контактной сети и тем самым регулировать растягивающие нагрузки. Кроме того, известный стенд испытывает только провода и не позволяет испытывать токопроводящие зажимы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является испытательный стенд образцов токоподающего провода [2].

Стенд содержит основание, выполненное в виде пространственной металлической рамы, испытуемый токопроводящий элемент (провод), регулировочный трансформатор, приборы измерения величины тока, напряжения и величины перегрева токопроводящего элемента, устройство охлаждения токопроводящего элемента, закрепленное в верхней части рамы над испытываемым образцом токопроводящего элемента и включающее электродвигатель прямоточный вентилятор, и понижающий трансформатор, последовательно соединенный с электродвигателем, устройство натяжения в виде трехблочного компенсатора температурных удлинений провода, закрепленного на раме, трансформатор тока, последовательно соединенный с регулятором напряжения, шлейф параллельного провода, закрепленный на концах испытываемого токопроводящего элемента, устройство для создания электрической дуги, установленное на раме и выполненное из регулируемого трансформатора, вторичная обмотка которого последовательно соединена с электродом. При этом испытываемый токопроводящий элемент одним концом прикреплен к раме, другим - к устройству натяжения.

Достоинством известного стенда является то, что он позволяет имитировать эксплуатационные воздействия на испытываемый токопроводящий элемент, а именно воздействие электрической дуги, регулируемой растягивающей нагрузки, тепловое воздействие от протекающего транзитного тока и ветровое воздействие.

Однако известный стенд, несмотря на его достоинства, имеет недостатки.

Недостатком известного стенда является то, что он не обеспечивает полного соответствия условий испытаний эксплуатационным. Это обусловлено тем, что известный стенд позволяет испытывать лишь токопадающие провода, и не позволяет испытывать токопроводящие зажимы, которые вместе с проводами (в различных соединениях) образуют контактную подвеску.

Задачей предлагаемого решения является расширение функциональных возможностей испытательного стенда позволяющих проводить испытания, как образцов токоподающего провода, так и токопроводящих зажимов.

Для решения поставленной задачи в известном испытательном стенде, содержащем, основание, выполненное в виде пространственной металлической рамы, испытуемый токопроводящий элемент, регулировочный трансформатор, приборы измерения величины тока, напряжения и величины перегрева токопроводящего элемента, устройство охлаждения токопроводящего элемента, закрепленное в верхней части рамы над испытываемым токопроводящим элементом и включающее электродвигатель прямоточный вентилятор, и понижающий трансформатор, последовательно соединенный с электродвигателем, устройство натяжения в виде трехблочного компенсатора температурных удлинений провода, закрепленное на раме, трансформатор тока, последовательно соединенный с регулировочным трансформатором, шлейф параллельного провода, закрепленный на концах испытываемого токопроводящего элемента, устройство для создания электрической дуги, установленное на раме и выполненное из трансформатора, вторичная обмотка которого последовательно соединена с электродом, при этом испытываемый токопроводящий элемент посредством изоляторов одним концом прикреплен к раме, другим - к устройству натяжения, испытываемый токопроводящий элемент выполнен из проводов и токопроводящих зажимов и дополнительно установлены страховочное устройство, выполненное из страховочной балки закрепленной в верхней части рамы и страховочного троса закрепленного

одним концом к страховочной балке, а другим - к изолятору и инфракрасная камера, контролирующая температуру нагрева для всех точек испытываемого токопроводящего элемента, которая смонтированная на фронтальной стороне рамы испытательного стенда.

Отличительными признаками предлагаемого испытательного стенда для токоведущих элементов контактной подвески от известного, наиболее близкого к нему являются выполнение токопроводящего элемента в виде провода и токопроводящих зажимов и снабжение его страховочным устройством выполненный из страховочной балки и страховочного троса, и инфракрасной камерой, позволяющей контролировать температуру нагрева для всех точек рассматриваемого токопроводящего элемента контактной подвески (проводов и зажимов). Наличие отличительных признаков отличает заявляемое решения от прототипа, следовательно, заявляемое решение соответствует критерия патентоспособности «новизна»,

Благодаря отличительным признакам заявляемый испытательный стенд позволяет расширить исследования токопроводящих элементов контактных подвесок, т.е. проводить исследования не только проводов, но и токопроводящих зажимов, а применение инфракрасной камеры позволяет отслеживать влияния поля температур, в области контакта проводов с зажимами, на весь токопроводящий элемент контактной подвески.

Испытательный стенд иллюстрируется чертежом, где изображена схема предлагаемого устройства (вид спереди).

Стенд содержит основание, выполненное в виде пространственной металлической рамы 1, устройство натяжения 2, испытуемый токопроводящий элемент контактной подвески, состоящий из проводов 3 и токопроводящего зажима 4, регулировочный трансформатор 5, установленный в нижней части рамы 1, шлейф параллельного провода 6, закрепленный с помощью стандартных зажимов контактной сети 7 типа КС-053 на концах токопроводящего элемента 3, 4 и выполненного из медных проводов марки М-120, соединенных между собой зажимами 7,

трансформатор тока 8, установленный в нижней части рамы 1, устройство воздействия электрической дуги 9, устройство охлаждения 10.

Устройство натяжения 2 включает трехблочный компенсатор температурных удлинений провода 11, трос 12, бетонные груза 13, штанга для грузов 14.

Испытуемый токопроводящий элемент контактной подвески 3, 4 с помощью натяжных зажимов 14 и изоляторов 15 крепится одним концом к раме 1, а другим к устройству натяжения 2.

Страховочное устройство испытуемого токопроводящего элемента 3 состоит из страховочной балки 16, установленной в верхней части рамы 1, и страховочного троса 17, который одним концом крепится к страховочной балке 16, другим - к основанию изолятора 15.

Регулировочный трансформатор 5 соединяется последовательно с трансформатором тока 8.

Устройство охлаждения 10 включает электродвигатель 18, прямоточный вентилятор 19 и понижающий трансформатор 20 для изменения числа оборотов электрического двигателя 18.

Устройство воздействия электрической дуги 9 состоит из трансформатора 21, регулирующего величину тока дуги, угольного электрода 22 и устройства фиксации электрода 23, также предназначенного и для измерения расстояния между угольным электродом 22 и испытуемым токопроводящим элементом 3, 4.

Определение скорости ветрового потока осуществляется с помощью чашечного анемометра 24, расположенного внутри вытяжного шкафа 25.

Определение температуры испытуемого токопроводящего элемента осуществляется датчиками температуры 26 и инфракрасной камерой 27.

Регистрация и обработка измеряемых параметров осуществляется персональным компьютером, связанным с датчиками температуры 26 и инфракрасной камерой 27, посредством аналого-цифровых преобразователей.

Испытательный стенд работает следующим образом.

От сети переменного тока 220 В питание поступает к регулировочному трансформатору 5, позволяющему регулировать величину напряжения в пределах 110÷250 В, последовательно соединенному с трансформатором тока 8, индуцирующим ток, протекающий в шлейфе параллельного провода 6. Вследствие протекания тока в замкнутой цепи: испытуемые токопроводящие элементы 3, 4, шлейф параллельного провода 6, происходит интенсивный нагрев испытуемых токопроводящих элементов 3, 4.

Одновременно напряжение подается к понижающему трансформатору 20, регулирующему величину напряжения, подводимую к электродвигателю 18, соединенному последовательно с понижающим трансформатором 20, и задающего скорость вращения прямоточного вентилятора 19, расположенного в вытяжном шкафу 25.

В заданный момент времени срабатывает устройство воздействия электрической дуги 9, при этом напряжение от сети переменного тока 220 В поступает к трансформатору 21, вторичная обмотка которого соединяется последовательно с угольным электродом 22, закрепленным в устройстве фиксации 23, с помощью последнего задается межэлектродное расстояние. Величина тока дуги регулируется трансформатором 21.

Натяжение испытуемых токопроводящих элементов 3, 4 задается устройством натяжения 2.

Интересующие величины времени воздействия дуги, характер изменения тока дуги, температуры нагрева испытуемых токопроводящих элементов 3, 4 постоянно фиксируется инфракрасной камерой 27, которая при помощи цифро-аналоговых устройств подключено к компьютеру.

Далее полученные данные по проведению испытаний обрабатываются и производится анализ работы токоведущего узла при определенных условиях эксплуатации. А испытанные образцы токоведущих элементов контактной подвески могут подвергаются дополнительным испытаниям на разрыв разрывной машиной, микроструктурному анализу и др., которые

позволяют судить о дальнейшей надежности токопроводящих элементов контактной подвески.

Источники информации принятые во внимание:

1. Тепловые исследования проводов, определение нагрева и допустимых токов проводов и сечений контактных подвесок с учетом радиации. Схема реле защиты контактной сети от перегрузок [Текст]: отчет о НИР (заключ.), РИИЖТ; рук. Б.Б.Самсонов; исполн.: А.С.Бочев [и др.]. - Ростов-на-Дону, 1985. - 110 с. - Библиогр.: с.107. - Инв. №02860076577.

2. Патент на полезную модель 64568 РФ, U1 МПК В60М 1/12. Испытательный стенд для образцов токоподающего провода / В.Н.Ли (РФ), С.Н.Химухин, Е.А.Титов, И.В.Игнатенко. Опубл. 10.07.07. Бюл. - №19.

Испытательный стенд для токопроводящих элементов контактной подвески, содержащий основание, выполненное в виде пространственной металлической рамы, испытуемый токопроводящий элемент, регулировочный трансформатор, приборы измерения величины тока, напряжения и величины перегрева токопроводящего элемента, устройство охлаждения токопроводящего элемента, закрепленное в верхней части рамы над испытываемым токопроводящим элементом и включающее электродвигатель, прямоточный вентилятор и понижающий трансформатор, последовательно соединенный с электродвигателем, устройство натяжения в виде трехблочного компенсатора температурных удлинений провода, закрепленное на раме, трансформатор тока, последовательно соединенный с регулировочным трансформатором, шлейф параллельного провода, закрепленный на концах испытываемого токопроводящего элемента, устройство для создания электрической дуги, установленное на раме и выполненное из трансформатора, вторичная обмотка которого последовательно соединена с электродом, при этом испытываемый токопроводящий элемент посредством изоляторов одним концом прикреплен к раме, другим - к устройству натяжения, отличающийся тем, что испытываемый токопроводящий элемент выполнен из проводов и токоведущих зажимов и дополнительно установлены страховочное устройство, выполненное из страховочной балки, закрепленной в верхней части рамы, и страховочного троса закрепленного одним концом к страховочной балке, а другим - к изолятору, и инфракрасная камера, контролирующая температуру нагрева для всех точек испытываемого токопроводящего элемента, которая смонтирована на фронтальной стороне рамы испытательного стенда.