СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ ЖИЛ КАБЕЛЯ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
METHOD AND DEVICE FOR MONITORING CABLE CORE SOUNDNESS IN TRACK CIRCUITS

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано в системах интервального регулирования движения поездов на железнодорожном транспорте и линиях метрополитена.
Наиболее близким способом контроля является способ, описанный в разделе «Контроль неисправности кабельных цепей» (Дмитриев B.C., Минин В.А. «Системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты». - М.: Транспорт, 1992. - Стр. 39-44).
Данный способ контроля основан на том, что контролируемые пары жил кабеля рельсовых цепей последовательно соединяются между собой с подключением между ними контрольных реле. К данной последовательной цепочке подключается источник постоянного тока, подборочные сопротивления и потенциал «Земля». Учитывая, что нагрузками пар жил кабеля являются путевые трансформаторы, создается замкнутый через потенциал «Земля» электрический контур постоянного тока.
С помощью подборочных сопротивлений схема настраивается таким образом, что падение напряжения на контрольных реле в режиме контроля устанавливается выше, чем напряжение отпускания якоря. При уменьшении сопротивления изоляции проводов возникают токи утечки в кабеле. В этом случае постоянный ток, проходящий через входящие в область повреждения контрольные реле, уменьшается и при падении напряжения на реле ниже порогового значения контрольное реле отпускает якорь, и своими контактами сигнализируют о неисправности.
Недостатками данного способа контроля является:
- отсутствует информации о состоянии изоляции проводов до момента срабатывания сигнализации;
- отсутствует информация, в каких рельсовых цепях произошел пробой изоляции и какой характер неисправности, а именно замыкание между жилами кабеля разных рельсовых цепей или между рельсовой цепью и «Землей»;
- низкая чувствительность, которая определяется величиной омического сопротивления обмотки контрольного реле. Сигнализация срабатывает при понижении сопротивления изоляции проводов до единиц кОм.
Наиболее близким устройством к заявленному изобретению, в котором используется вышеуказанный способ, является Схема контроля жил кабеля представленная в типовых материалах для проектирования (410306 ТМП «Автоблокировка с тональными рельсовыми цепями и централизованным размещением оборудования АБТЦ-03», альбом 1, лист 13-14; альбом 4, лист 2. www.scbist.com/ΤΜΠ АБТЦ-03).
Схема служит для выявления неисправностей кабельных сетей тональных рельсовых цепей ТРЦ, которые могут возникнуть при непосредственном сообщении между жилами кабеля или через обмотку, при понижении сопротивления изоляции по отношению к «Земле» или обрыве кабеля. При неисправности, вследствие шунтирующего действия повреждения, выключается одно или несколько контрольных реле. Учитывая, что величина сопротивления обмотки применяемого реле типа АНШ2-1213 составляет 1230 Ом, а схема настроена таким образом, что напряжение на обмотках каждого контрольного реле в режиме контроля составляет от 3,7 до 4,3 В, что на 40% больше напряжения отпускания якоря, то при уменьшении сопротивления изоляции жил кабеля ниже 3 кОм реле отпустит свой якорь и сработает сигнализация.
Недостатками данного устройства являются:
- количество контролируемых рельсовых цепей ограничено 10 шт.,
- отсутствует проверка исправности работы самой схемы контроля.
Настоящее изобретение направлено на:
- осуществление непрерывного контроля за состоянием исправности жил кабеля рельсовых цепей;
- повышение чувствительности, определение нарушения изоляции на начальном этапе повреждения кабеля;
- определение, в каких жилах кабеля рельсовых цепей уменьшилась изоляция и какой характер неисправности;
- применение функции диагностики исправности устройства контроля;
- увеличение количества контролируемых рельсовых цепей.
Схема способа и устройства контроля исправности жил кабеля рельсовых цепей представлена на ил. 1.
Решение поставленных задач достигается тем, что создается замкнутый, через потенциал «Земля», электрический контур постоянного тока, в который включены контролируемые пары жил кабеля 5 и источник постоянного тока 8. Последовательное соединение пар жил кабеля 5, нагрузками которых являются путевые трансформаторы 6, осуществляется через сопротивление активное R, индуктивность L и датчик постоянного тока 7. Одна свободная жила через сопротивление ограничительное Rогр., индуктивность L и датчик тока 7 соединяется с источником постоянного тока 8, вторая свободная жила через цепочку, состоящую из сопротивления R, индуктивность L и датчик тока 7, соединяется с потенциалом «Земля». Другой потенциал источника постоянного тока 8 также подключается к потенциалу «Земля». Индуктивность L предотвращает попадания сигналов переменного тока с одной рельсовой цепи на другую. Сопротивление Rогр. ограничивает максимальный ток в контуре в случае замыкания первой по схеме жилы кабеля на «Землю». Сопротивление активное R является измерительным резистором, величина которого служит мерой для определения сопротивления изоляции между парами жил кабеля 5 или парой жил кабеля 5 и потенциалом «Земля». Чем больше величина сопротивления R, тем чувствительнее устройство контроля.
Принцип контроля исправности жил кабеля заключается в том, что в замкнутом контуре проходит постоянный ток, определяемый напряжением источника постоянного тока 8 и сопротивлением контура. При исправном кабеле величина тока в каждой точке контура одинаковая. В случае нарушения изоляции жил кабеля появляются так называемые токи утечки и величины токов на входах поврежденных пар жил кабеля 5 и на их выходах будут отличаться друг от друга, сопротивление контура уменьшается, а ток в контуре увеличивается.
Сравнение величины тока на входе пары жил кабеля 5 с величиной тока на их выходе, а так же сравнение величины тока на входе последовательной цепочки пар жил кабеля с величиной тока на ее выходе позволяет выявлять токи утечки.
Сравнения величин токов можно осуществлять как непосредственно сравнивая показания датчиков тока 7 между собой, так и в сравнении с величиной тока, протекающего в контуре при условии исправности кабеля Iконтр.
Формирование контрольного тока Iконтр. осуществляется путем подключения к источнику постоянного тока 8 сопротивления Rэкв., величина которого равна сумме сопротивлений всех элементов, входящих в электрический контур, включая жилы кабеля.
Если токи на входе и на выходе пары жил кабеля 5 отличаются друг от друга, то в жилах кабеля этой пары нарушена изоляция. Если токи на входе и выходе последовательной цепочки пар жил кабеля 5 равны, но больше тока Iконтр., то нарушена изоляция между жилами кабеля. Если величина тока на входе последовательной цепочки жил кабеля больше, чем величина тока на ее выходе, то произошло замыкание на «Землю». Если величина тока на входе и выходе последовательной цепочки жил кабеля меньше тока Iконтр., то это означает, что уменьшилась проводимость элементов, входящих в контур, или появился плохой контакт в их соединениях.
Ток, протекающий в электрическом контуре Iконтура, определяется датчиком тока 7, подключенным к источнику постоянного тока 8, и по своей сути является током потребления источника питания 8. Учитывая, что токи Iконтура и Iконтр. вырабатываются одним и тем же источником питания 8, отношение их величин не зависит от напряжения питания.
отсюда сопротивление контура
Из приведенной формулы видно, что с помощью сравнения величин токов Iконтура и Iконтр. можно осуществлять контроль за изменением сопротивления контура и тем самым определять характер повреждения в рельсовых цепях.
Для определения степени нарушения изоляции принимаются такие понятия, как «Зона повреждения кабеля» и сопротивление утечки Rутеч. Под зоной повреждения кабеля принимается участок электрического контура, расположенный между двумя поврежденными парами жил кабеля 5 или между поврежденной парой жил кабеля 5 и «Землей», а под сопротивлением Rутеч. - обратное значение проводимости изоляции.
Сопротивление утечки рассчитывается по формуле:
, где
1
I - ток на входе пары жил кабеля 5,
2
I - ток на ее выходе,
1
2
I утеч. = I - I - ток утечки,
N - количество активных сопротивлений R, входящих в зону повреждения кабеля,
R - сопротивление активное, т.к. величина сопротивления R значительно превосходит общее сопротивление пары жил кабеля 5 рельсовой цепи и обмотки путевого трансформатора 6, то при расчете Rутеч. их значениями можно пренебречь.
Rутеч. можно также рассчитать через отношение тока на выходе пары жил кабеля 5 к величине тока на ее входе:
где
Из этой формулы видно, что для определения сопротивления утечки Rутеч. не надо проводить измерения токов, а достаточно только сравнивать их значения между собой.
Сопротивление утечки Rутеч. можно также определять путем сравнения величины тока на выходе пары жил кабеля 5 и на ее входе выраженных в относительных величинах к контрольному току Iконтр.
Устройство контроля исправности жил кабеля состоит из схемы контроля 1, блока сравнения 2, узла формирования контрольного тока 3 и узла имитации тока утечки 4.
Схема контроля 1 представляет собой замкнутый через потенциал «Земля» электрический контур постоянного тока, состоящий из последовательно соединенных пар жил кабеля 5 рельсовых цепей, источника постоянного тока 8 и потенциала «Земля».
Для защиты от попадания рабочих сигналов переменного тока с одной рельсовой цепи на другую соединение пар жил кабеля и элементов контура осуществляется через индуктивность L. Емкость С служит для предотвращения попадания постоянного тока в аппаратуру автоблокировки.
Сопротивление активное R и чувствительность датчика тока 7 определяют минимальную контролируемую величину тока утечки. С учетом того, что сопротивление R, при повреждении кабеля, шунтируется сопротивлением утечки Rутеч., а сопротивление изоляции исправного кабеля составляет десятки МОм, то чем больше величина сопротивления R, тем чувствительнее Устройство контроля на малые токи утечки.
Величина напряжения источника питания 8 выставляется с учетом количества пар жил кабеля 5, подключенных в контур.
Формирование контрольного тока Iконтр. осуществляется путем подключения к источнику питания 8 сопротивления, эквивалентного сопротивлению электрического контура Rэкв. и последовательно соединенного с ним датчика тока 7.
В устройстве контроля предусмотрена функция диагностики, которая реализуется с помощью имитации тока утечки Iимит. заданного значения. Для этой цели потенциал «Земля» через сопротивление определенного номинала Rимит. и датчик тока 7 периодически подключается к первой по электрической схеме 1 жиле кабеля. Подключение потенциала «Земля» осуществляется через электронный ключ 9, на который подается сигнал управления Uупр. с блока сравнения 2.
Блок сравнения 2 представляет собой микропроцессор, в память которого заложены характеристики элементов контура, включая сопротивления проводов. Гальванически развязанные выходы датчиков тока 7 подключаются к блоку сравнения 2, в котором осуществляется анализ уровней токов с учетом местоположения датчиков тока 7 в контуре и производится расчет сопротивлений изоляции.