СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИСКРОВОГО ПРОМЕЖУТКА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR CONTROL OF SPARK GAP AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для контроля состояния искрового промежутка, установленного в цепи защиты железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог.
Известен способ проверки исправности искрового промежутка (Технологическая карта №1.2.21. Измерения с проверкой исправности искрового промежутка. ББК 39.217 Сборник технологических карт по техническому обслуживанию и текущему ремонту контактной сети переработан, значительно расширен и подготовлен к изданию Нормативно-исследовательской станцией электроснабжения Проектного и Внедренческого центра организации труда Министерства путей сообщения Российской Федерации (НИС Э ПВЦ МПС РФ) с. 127. ЦЭ№197-5/1-2. Технологические карты на работы по содержанию и ремонту устройств контактной сети электрифицированных железных дорог. Книга II «Техническое обслуживание и текущий ремонт», п. 1.2.21 главы 1.2. «Диагностические испытания и измерения». - М.: МПС, Департамент Э и Э. - 1999. - 427 с.), где описан порядок выполнения работ, включающий установку в диэлектрических перчатках на искровой промежуток шунтирующей перемычки, присоединив ее сначала со стороны тягового рельса, а затем выше искрового промежутка, к раскосу металлической опоры или заземляющему спуску железобетонной опоры. Далее проверяют крепление искрового промежутка к заземляющим устройствам. Присоединяют вольтметр (М231(М762) высокоомный со шкалой 20-100 В, с нулевым делением в середине шкалы) по обе стороны искрового промежутка, изолированными от земли проводами. Отсоединяют шунтирующую перемычку со стороны опоры, без отсоединения ее со стороны рельса. Наблюдают за показаниями вольтметра. При наличии поездов в тяговом режиме на перегоне стрелка прибора должна отклоняться от нуля, что указывает на исправность искрового промежутка. Таким образом, при прохождении электроподвижного состава к искровому промежутку прикладывается потенциал рельса (Up), вызванный тяговым током. Если искровой промежуток не закорочен, то показания вольтметра изменяются. Если стрелка не отклоняется, необходимо дождаться прохождения поезда по пути, на который заземлена опора. Если и в этом случае стрелка вольтметра не отклоняется, а остается на нулевой отметке, то искровой промежуток закорочен и подлежит замене. После проверки присоединяют шунтирующую перемычку со стороны опоры, отключают вольтметр от искрового промежутка и отсоединяют перемычку сначала со стороны опоры, а затем со стороны тягового рельса. Результаты проверки заносят в блокнот. Собирают приборы, монтажные приспособления, инструменты и защитные средства. Передают уведомление энергодиспетчеру об окончании работ. Результаты проверки записывают в журнал осмотров и неисправностей (форма ЭУ-83). Осмотр, текущий и капитальный ремонт искровых промежутков выполняются оперативной бригадой по наряду-допуску (Технологические карты на межремонтные испытания оборудования. Инструкция по безопасности эксплуатации электроустановок тяговых подстанций и районов электроснабжения железных дорог ОАО «РЖД». из-во Техинформ 2008).
Недостатком известного способа проверки исправности искрового промежутка вольтметром М231(М762) является невозможность применения данного устройства в случае отсутствия прохождения электроподвижного состава около опоры с искровым промежутком, что при больших интервалах в движении приводит к значительным затратам времени на выявление пробитого искрового промежутка. Кроме того, на постоянном токе движение электропоезда может осуществляться по любой части перегона, а для переменного тока отклонение стрелки вольтметра должно наблюдаться в момент прохождения электропоездом заземленной на рельс опоры. Для проверки состояния искрового промежутка требуется несколько операций: снятие заземления с рельса, шунтирование искрового промежутка, подключение измерительного прибора. Работу выполняют только в сухую погоду двумя электромонтерами 5 и 3 разряда при соблюдении правил техники безопасности и электробезопасности, например, при снятии показаний с прибора запрещается касаться опоры и ее заземляющего спуска, присоединение и отсоединение шунтирующей перемычки выполняют в диэлектрических перчатках.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ распознавания неисправного изолятора (Патент RU 2542674 С1, МПК G06K 9/03, опубл. 20.02.2015, бюл. №5), в котором модернизируют пассивную RFID-метку путем исключения из стандартной схемы RFID-метки токопроводящей линии антенны, расположенной параллельно микросхеме, создают базу данных по контролируемому участку, пикетаж, номер опоры с изоляторами, идентифицируют каждый изолятор путем прикрепления к нему модернизированной пассивной RFID-метки, присваивают индивидуальный код чипу ее микросхемы, а на передвижное транспортное средство устанавливают считыватель, содержащий приемно-передающее устройство и антенну, подсоединяют считыватель к компьютеру с соответствующим программным обеспечением, перемещают транспортное средство по контролируемому участку, непрерывно подают от считывателя через передающее устройство и антенну широкополосный зондирующий сигнал в сторону изоляторов с RFID-метками, принимают антенной и приемным устройством считывателя ответный сигнал от RFID-меток, определяют количество неответивших RFID-меток, обрабатывают результаты с помощью программного обеспечения, определяют местоположение поврежденных изоляторов, полученные данные выводят на монитор компьютера и передают на диспетчерский пункт.
Недостатком данного известного изобретения является то, что модернизированная RFID-метка срабатывает на прохождение тока, это ограничивает возможности применения меток-индикаторов другого исполнения. Считыватель предлагается устанавливать только на транспортное средство, что ограничивает возможности получения данных о состоянии оборудования непосредственно у опоры при обходе и осмотре оборудования участка контактной сети. База данных ограничивается только месторасположением изоляторов на опорах.
Известно устройство контроля состояния искрового промежутка «Импульс» (Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети» (К-146-2002)/МПС РФ, Департамент электрификации и электроснабжения: «Руководство по эксплуатации прибора «Импульс»). Устройство «Импульс» содержит вольтметр, выходной конденсатор, заряжаемый внутренним источником напряжения постоянного тока до контролируемого по показаниям вольтметра уровня испытательного напряжения. Две клеммы устройства «Импульс» присоединяют к двум выводам искрового промежутка, один из которых отсоединен от идущего к консоли опоры спуска, а второй остается соединенным со спуском, идущим к рельсу. Заряжают внутренним источником постоянного тока выходной конденсатор устройства «Импульс» до первого уровня испытательного напряжения, величина которого измеряется по показаниям входящего в устройство вольтметра, и коммутируют выходной конденсатор устройства «Импульс» на искровой промежуток. Если в искровом промежутке имеется низкоомная межэлектродная закоротка, то после коммутации происходит резкий сброс до нулевого значения напряжения на выходном конденсаторе и вольтметре устройства «Импульс», что является основанием для отбраковки искрового промежутка. Продолжают испытания искрового промежутка при последовательном приложении к нему ступенчато возрастающих по величине и контролируемых по показаниям вольтметра уровней испытательного напряжения до уровня напряжения, при котором происходит электрический пробой искрового промежутка, выполняя циклически повторяющиеся следующие операции: зарядка выходного конденсатора прибора «Импульс» до нормированного уровня испытательного напряжения; коммутация конденсатора устройства «Импульс» на искровой промежуток; выдержка искрового промежутка в течение 30 секунд под действием сохраняющегося на конденсаторе устройства «Импульс» испытательного напряжения; принудительный сброс напряжения с выходного конденсатора устройства «Импульс» до нулевого значения; очередная зарядка выходного конденсатора устройства «Импульс» до следующего нормированного уровня испытательного напряжения. После завершения испытания сравнивают измеренное значение напряжения, при котором произошел сброс напряжения с выходного конденсатора при его коммутации на искровой промежуток. При напряжении испытания выше 1500 В искровой промежуток бракуется.
Недостатком известного устройства «Импульс» является высокая погрешность измерения равная 100 В. Подключение данного устройства для испытания искрового промежутка небезопасно, при этом необходимо выполнить большое количество технологических операций, начиная с подготовки и заканчивая анализом данных, требующих значительного времени, что снижает оперативность контроля состояния искрового промежутка.
Известно «Устройство контроля состояния искрового промежутка, установленного в цепи защиты железобетонных опор контактной сети» (Патент RU 69462 U1, МПК В60М 5/00, G01R 27/18, опубл. 27.12.2007, бюл. №36). Устройство содержит источник питания, генератор, вольтметр, регистр-защелку, тумблер, пороговый элемент, индикатор. От источника питания прикладывается возрастающее по величине испытательное напряжение на вход регистра-защелки. При превышении нормированной величины током, протекающим в цепи источника питания, срабатывает пороговый элемент в случае электрического пробоя искрового промежутка или низкоомной закороткой его электродов. На индикатор выводится последнее, измеренное вольтметром значение выходного напряжения и сравнивается с нормативной для искрового промежутка величиной электрического пробоя Uпр. При напряжении Uпр<1500 В искровой промежуток отбраковывается, при напряжении U≤30-50 В идентифицируют искровой промежуток с низкоомной межэлектродной закороткой.
Недостатком данного устройства является то, что при подключении необходимо предварительно один вывод искрового промежутка отсоединить от спуска, идущего к узлу крепления консоли на железобетонной опоре, что требует значительного времени, при этом второй вывод искрового промежутка остается соединенным спуском с рельсом. Прибор состоит из нескольких приборов и устройств, требует умения работы с приборами, трудоемко, занимает значительное время, как на подключение, так и для снятия данных, которые затем необходимо сравнить с нормативными значениями, при необходимости отбраковать искровой промежуток, сделать запись в блокноте и сообщить о полученных результатах диспетчеру. Кроме того проверка искрового промежутка осуществляется при пешем обходе, а данное устройство имеет значительный вес и объем, что усложняет работу бригады. При этом существует опасность попадания членов бригады под высокое напряжение, получение травм, вызванных прохождением по участку электропоезда. Искровые промежутки установлены на каждой опоре контактной сети, таким образом, данную операцию проверки состояния искрового промежутка требуется повторить многократно по всему пути следования вдоль участка.
Из всех известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявленной системе является устройство контроля состояния полимерных изоляторов (Патент RU 2688752 С1, МПК G01R 31/08, G06K 19/077, опубл. 22.05.2019), в котором в качестве индикатора используют RFID-метку, включающую гибкую, ламинированную подложку прямоугольной формы, на которой закреплена антенна с геометрической модификацией изгиба плеч диполя в виде меандра, а два вывода антенны присоединены к двум полосам антенного слоя, расположенного в виде полос по краям гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы. Обе полосы антенного слоя крепятся токопроводящим клеем к электродам полимерных изоляторов, при этом концы полос антенного слоя смыкаются и индикатор принимает форму кольцеобразного электрода, Чип контактными площадками прикреплен к изгибам плеч антенны без применения шунтирующего контакта, причем каждый чип имеет свой индивидуальный код. Основная часть гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы прикреплена к оболочке полимерного изолятора нетокопроводящим клеем ближе к заземленной части конструкции полимерного изолятора. Наличие прохождения тока по чипу свидетельствует о нарушении диэлектрического состояния полимерного изолятора, что фиксируется регистрирующим устройством.
Недостатком известного устройства контроля состояния полимерных изоляторов является то, что в качестве индикатора используют RFID-метку прямоугольной формы, которая подходит только для крепления к конструкции полимерного изолятора.
Технической задачей изобретения является создание технического решения, позволяющего путем маркировки и автоматизированной проверки своевременно выявить пробой искрового промежутка.
Технический результат - повышение надежности работы системы электроснабжения, минимизация времени на устранение аварийной ситуации, а также ее последствий, повышение качества выявления пробоя искрового промежутка.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата разработаны способ и система контроля искрового промежутка.
В способе контроля искрового промежутка, включающем прикрепление индикатора в виде RFID-метки, согласно изобретению, RFID-метку крепят на плоскую наружную поверхность основания искрового промежутка таким образом, чтобы чипы RFID-метки, индивидуальными кодами которых маркируют искровой промежуток, располагались над сквозными отверстиями основания искрового промежутка, при этом в случае пробоя изоляции выхлоп раскаленного сильно ионизированного газа электрической дуги, проходя через сквозные отверстия разрушает RFID-метку, что свидетельствует о пробое искрового промежутка и фиксируется стационарным или переносным регистрирующим устройством.
В системе контроля искрового промежутка, содержащей индикатор в виде RFID-метки с ламинированной подложкой на клеевой основе, с антенной, с чипами, каждый из которых имеет индивидуальный код, и стационарное или переносное регистрирующее устройство, согласно изобретению, RFID-метка выполнена в виде наклейки, изготовленной по форме плоской наружной поверхности основания искрового промежутка, при этом поверхность наклейки разрезана и выполнена внахлест для надежного наклеивания на плоскую наружную поверхность основания искрового промежутка, причем количество чипов соответствует количеству сквозных отверстий основания искрового промежутка.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен искровой промежуток в исправном состоянии; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - представлен искровой промежуток со схематично показанным срабатыванием индикатора; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3; на фиг. 5 - показана схема работы системы контроля с целым искровым промежутком (ИП 1) и с пробитым искровым промежутком (ИП 2).
Представленный на фиг. 1 искровой промежуток в исправном состоянии включает верхний электрод 1, нижний электрод 2, корпус 3, плоскую наружную поверхность основания 4 со сквозными отверстиями 5, индикатор в виде RFID-метки 6 с чипами 7. Между верхним электродом 1 и нижним электродом 2 находится диэлектрическая конструкция 8.
Сущность способа контроля искрового промежутка заключается в том, что на плоскую наружную поверхность основания 4 искрового промежутка (фиг. 1) приклеивают индикатор в виде RFID-метки 6 таким образом, чтобы чипы RFID-метки, индивидуальными кодами которых маркируют искровой промежуток, располагались над сквозными отверстиями 5 основания искрового промежутка. При этом в случае пробоя изоляции выхлоп раскаленного сильно ионизированного газа 10 (фиг. 3-4) электрической дуги 9, проходя через сквозные отверстия 5 разрушает RFID-метку 6, что свидетельствует о пробое искрового промежутка и фиксируется стационарным или переносным регистрирующим устройством 12 (фиг. 5).
Выполнение способа может быть реализовано с помощью системы контроля искрового промежутка.
Система контроля искрового промежутка содержит индикатор в виде RFID-метки 6 (фиг. 1-2) с ламинированной подложкой на клеевой основе, с антенной (на фигуре не показаны), с чипами 7, каждый из которых имеет индивидуальный код, и стационарное или переносное регистрирующее устройство 12 (фиг. 5). Применение ламинированной подложки позволяет защитить RFID-метку 6 от влияния внешних факторов: осадков, температуры окружающей среды, ветровых нагрузок, ультрафиолетовых лучей, поверхностных загрязнений, а также не допускает проникновения насекомых внутрь корпуса искрового промежутка. Количество чипов 7 (фиг. 1-3) соответствует количеству сквозных отверстий 5 основания искрового промежутка. Для удобства монтажа индикатора на искровой промежуток, RFID-метка 6 (фиг. 1-2) выполнена в виде наклейки, изготовленной по форме плоской наружной поверхности основания 4 искрового промежутка, что позволяет клеевому слою с высокой стабильностью и хорошей адгезией удерживать RFID-метку 6 в горизонтальном положении. Разрезанная поверхность наклейки (RFID-метки 6) приклеена к плоской наружной поверхности основания 4 искрового промежутка внахлест 11 (фиг. 2, фиг. 4) таким образом, чтобы над каждым сквозным отверстием 5 располагался чип 7 RFID-метки 6 со своим индивидуальным кодом (фиг. 1-3). Поверхность наклейки (RFID-метки 6) разрезана для того, чтобы не откреплять нижний вывод искрового промежутка от рельса, а свободно приклеивать RFID-метку 6 через прорезь на плоскую наружную поверхность основания 4 искрового промежутка. RFID-метку 6 приклеивают от одного конца разреза RFID-метки, заканчивая наклеиванием внахлест 11. Регистрирующее устройство 12 (фиг. 5) может быть выполнено стационарным или компактным переносным. Стационарное регистрирующее устройство может быть установлено на транспортном средстве (например, в вагоне-лаборатории, в автомобиле и т.д.) и представляет собой считыватель с RFID-модулем, содержащий приемно-передающее устройство и антенну, и присоединенный к компьютеру с соответствующим программным обеспечением. Мобильное переносное регистрирующее устройство представляет собой планшет или телефон, содержит считыватель с RFID-модулем и антенной и находится у электромонтера, осуществляющего осмотр и ремонт воздушной линии электропередачи.
Система контроля искрового промежутка работает следующим образом.
RFID-модуль регистрирующего устройства 12 (фиг. 5) излучает зондирующий сигнал 13 в направлении индикаторов (RFID-меток) 6 искровых промежутков ИП1 и ИП2. При этом зондирующий сигнал 13 усиливается антенной RFID-метки, происходит облучение RFID-метки 6 высокочастотным электромагнитным полем, благодаря которому исправная RFID-метка 6 (на фиг. 5 - у ИП1) с чипом 7 принимает команду от RFID-модуля и формирует ответные сигналы 14, которые принимаются антенной регистрирующего устройства 12 и фиксируется на экране монитора в виде знаков или звуковых сигналов.
В случае если RFID-метка 6 неисправна (на фиг. 5 - у ИП2), то ответного сигнала она сформировать не сможет, таким образом, отсутствие ответного сигнала 14 RFID-метки фиксируется на экране монитора отсутствием знаков или отсутствием звукового сигнала.
Поскольку верхний электрод искрового промежутка подключен проводом со стороны изолятора контактной сети, нижний электрод подключен к рельсу, то в случае пробоя изоляции контактной сети возникает разность потенциалов между верхним 1 и нижним 2 электродами искрового промежутка (фиг. 3), и, зажигается электрическая дуга 9. Под действием электрической дуги 9 пробивается диэлектрическая конструкция 8 искрового промежутка и начинает протекать электрический ток в рельс. Благодаря расположению чипов 7 RFID-метки 6 над сквозными отверстиями 5 плоской наружной поверхности основания 4 искрового промежутка, выхлоп раскаленного сильно ионизированного газа 10 электрической дуги 9, проходя под давлением через сквозные отверстия 5, разрушает чип 7 и деформирует RFID-метку 6 (фиг. 4), после чего RFID-метка 6 не откликается на зондирующие сигналы 13 (фиг. 5) регистрирующего устройства 12.
Протекающий ток короткого замыкания при пробое изоляции составляет несколько тысяч ампер, вызывая срабатывание релейной защиты и отключение участка контактной сети. Выездная оперативная бригада, проходя вдоль отключенного участка контактной сети с переносным регистрирующим устройством 12, бесконтактно, безопасно и оперативно определит пробитый изолятор с помощью системы контроля искрового промежутка по отклику ответного сигнала 14 от индикатора (RFID-метки) 6 и за минимальное время устранит неисправность.
Искровой промежуток может пробиваться и из-за возникающих атмосферных и коммутационных перенапряжений, в этом случае величина тока составляет несколько десятков или сотен ампер, что не вызывает срабатывание релейной защиты, а участок контактной сети остается под напряжением. При этом в искровых промежутках появляется нестабильность работы, возникают дефекты и/или большие переходные сопротивления, что может вызывать аварийные ситуации, пожары, особенно при повторном срабатывании искрового промежутка. Так же пробой искрового промежутка может вызвать снижение его сопротивления, сопровождающееся прохождением малых токов утечки и вызывающих коррозию и разрушение металлических и железобетонных конструкций. При приклеивании маркированной деформированной RFID-метки автоматически и бесконтактно определяется пробой искрового промежутка и его местоположение путем фиксации ответного сигнала 14 от RFID-метки 6 стационарным или переносным регистрирующим устройством 12.
Чип 7 предлагается располагать над каждым сквозным отверстием 5 искрового промежутка для того, чтобы выхлоп раскаленного сильно ионизированного газа 10 из любого сквозного отверстия вызвал деформацию чипа метки и этот факт зафиксировался регистрирующим устройством 12. Маркировка индикатора определяется индивидуальными кодами нескольких чипов, а деформация любого из чипов фиксируется как пробой искрового промежутка. Благодаря маркировке искровых промежутков можно вводить, применять и сохранять данные паспорта изделий, анализировать результаты контроля искровых промежутков на участках контактной сети и выявлять слабые места и предупреждать аварийные ситуации в системе электроснабжения.
Таким образом, создание способа контроля искрового промежутка и системы для его осуществления позволят безопасно и бесконтактно за минимальное время выявить точное место короткого замыкания в случае пробоя изоляции на участке контактной сети и быстро восстановить движение поездов, а также помогут определить во время обходов и осмотров участков контактной сети срабатывание искровых промежутков вызванных неаварийными режимами, что поможет предотвратить аварийные ситуации и повысить надежность работы системы электроснабжения.