ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ОБРАЗЦОВ ТОКОПОДАЮЩЕГО ПРОВОДА

Полезная модель относится к области электроснабжения, в частности к контактной сети электрифицированных железных дорог, а именно к диагностированию прочностных свойств проводов.
Для обеспечения устойчивой работы контактной сети электрифицированных железных дорог необходимо контролировать тепловое состояние проводов контактной подвески, механическая прочность которых зависит от нагрева. Перегрев проводов ведет к потере их механической прочности и, соответственно, к пережогам и обрывам, что нарушает стабильность пропускной и провозной способности контактной сети.
В настоящее время ведутся работы по обеспечению контроля за тепловым состоянием проводов, однако все предлагаемые испытательные стенды не являются достаточно эффективными, так как они не позволяют приблизить условия испытания к эксплуатационным.
Известен стенд для контроля теплового состояния проводов контактной сети [1], позволяющий имитировать тепловые процессы в контактной сети. Стенд содержит эталонный образец провода, регулируемый источник тока, выполненный в виде понижающего трансформатора и сглаживающего фильтра, последовательно соединенного с эталонным образцом провода датчик тока в виде трансформатора тока, установленный в цепи между эталонным образцом провода и регулируемым источником тока, датчик температуры эталонного образца провода и ЛАТР.
Стенд работает следующим образом.
От источника питания на ЛАТР подается напряжение. Далее с ЛАТРа ток поступает непосредственно на регулируемый источник тока и затем через сглаживающий фильтр, смонтированный в корпусе регулируемого источника тока, ток поступает на эталонный образец провода, вызывая его нагрев. Величина тока контролируется амперметрами, а нагрев эталонного образца провода контролируется датчиком тока эталонного образца провода.
Известный стенд позволяет определять величину нагрева образца провода при определенных значениях величины, пропускаемого через образец, тока.
Недостатком известного испытательного стенда является то, что он не учитывает всех воздействий, которым подвергаются провода в процессе эксплуатации. К таким воздействиям относятся: воздействие электрической дуги, ветровые воздействиям и натяжение проводов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результатуявляется стенд для тепловых испытаний образцов проводов контактной сети [2], содержащий 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 охлажденияпровода, 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 впетле производятся с помощью трансформатора тока и
амперметра, аизмерения 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 провод электрической дуги. Кроме того, известный стенд не позволяет, согласно норм эксплуатации, задавать рабочее номинальное натяжение проводов и тем самым регулировать растягивающие нагрузки.
Задачей предлагаемого решения является создание испытательного стенда для токопроводящих образцов, который позволяет имитировать эксплуатационные воздействия на испытываемый образец провода, а именно воздействие электрической дуги, регулируемой растягивающей нагрузки, тепловое воздействие от протекающего транзитного тока и ветровое воздействие.
Для решения поставленной задачи в известном испытательном стенде, содержащем основание, испытуемый образец провода, регулятор напряжения, устройство охлаждения провода, выполненное из вентилятора и
воздуховода, имитирующее воздушный поток и приборы измерения величины тока, напряжения и величины перегрева провода, основание выполнено в виде пространственной металлической рамы и дополнительно установлены устройство натяжения в виде трехблочного компенсатора температурных удлинений провода, закрепленное на раме, трансформатор тока, последовательно соединенный с регулятором напряжения, и шлейф параллельного провода, закрепленный на концах испытуемого образца провода, устройство для создания электрической дуги, установленное на раме и выполненное из регулируемого трансформатора, вторичная обмотка которого последовательно соединена с электродом, при этом испытываемый образец провода посредством изоляторов одним концом прикреплен к раме, другим - к устройству натяжения, а устройство охлаждения провода закреплено в верхней части рамы над испытуемым образцом провода и дополнительно снабжено понижающим трансформатором, последовательно соединенным с электродвигателем.
Отличительными признаками предлагаемого испытательного стенда для образцов токопроводящего провода от известного, наиболее близкого к нему, являются выполнение основания в виде, рамы, установка на раме устройства натяжения, трансформатора тока и шлейфа параллельного провода, закрепленного на концах испытуемого образца провода, устройства для создания электрической дуги, прикрепление испытываемого образца провода посредством изоляторов к раме и к устройству натяжения, а также установка устройства охлаждения провода, закрепленного в верхней части рамы над испытываемым образцом провода и снабжение его понижающим трансформатором. Наличие отличительных признаков отличает заявляемое решения от прототипа, следовательно, заявляемое решение соответствует критерия патентоспособности «новизна».
Благодаря отличительным признакам заявляемый испытательный стенд позволяет при испытании образца провода имитировать все воздействия, которым подвергаются провода в процессе эксплуатации, а именно
воздействие электрической дуги, тепловое воздействие от протекающего транзитного тока и ветровое воздействие. Кроме того, предлагаемый испытательный стенд позволяет задавать рабочее номинальное натяжение проводов и тем самым регулировать растягивающие нагрузки. Гальванически развязанная схема позволяет производить одновременно нагрев испытуемого образца транзитными токами и воздействие электрической дуги.
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 образец 3, регулировочный трансформатор 4, установленный в нижней части рамы 1, шлейф параллельного провода 5, закрепленный с помощью стандартных зажимов контактной сети 6 типа КС - 053 на концах испытуемого образца 3 и выполненного из медных проводов марки М - 120, соединенных между собой зажимами 6, трансформатор ток 7, установленный в нижней части рамы 1, устройство воздействия электрической дуги 8, устройство охлаждения 9.
Устройство натяжения 2 включает трехблочный компенсатор температурных удлинений провода 10, трос 11, бетонные груза 12, штанга для грузов 13.
Испытуемый образец провода 3 с помощью натяжных зажимов 14 и изоляторов 15 крепится одним концом к раме 1, а другим к устройству натяжения 2.
Регулировочный трансформатор 4 соединяется последовательно с трансформатором тока 7.
Устройство охлаждения 9 включает электродвигатель 16, прямоточный вентилятор 17 и понижающий трансформатор 18 для изменения числа оборотов электрического двигателя 16.
Устройство воздействия электрической дуги 8 состоит из трансформатора 19, регулирующего величину тока дуги, угольного электрода
20 и устройства фиксации электрода 21, также предназначенного и для измерения расстояния между угольным электродом 20 и образцом испытуемого провода 3.
Определение скорости ветрового потока осуществляется с помощью чашечного анемометра 22, расположенного внутри вытяжного шкафа 23.
Определение температуры испытуемого образца провода 3 осуществляется датчиками температуры 24.
Регистрация и обработка измеряемых параметров осуществляется персональным компьютером, связанным с датчиками температуры 24, посредством аналого-цифрового преобразователя.
Испытательный стенд работает следующим образом.
От сети переменного тока 220 В питание поступает к регулировочному трансформатору 4, позволяющему регулировать величину напряжения в пределах 110÷250 В, последовательно соединенному с трансформатором тока 7, индуцирующим ток, протекающий в шлейфе параллельного провода 5. Вследствие протекания тока в замкнутой цепи: испытуемый образец провода 4, шлейф параллельного провода 8, происходит интенсивный нагрев испытуемого образца 3.
Одновременно напряжение подается к понижающему трансформатору 18, регулирующему величину напряжения, подводимую к электродвигателю 16, соединенному последовательно с понижающим трансформатором 18, и задающего скорость вращения прямоточного вентилятора 17, расположенного в вытяжном шкафу 23.
В заданный момент времени срабатывает устройство воздействия электрической дуги 8, при этом напряжение от сети переменного тока 220 В поступает к трансформатору 19, вторичная обмотка которого соединяется последовательно с угольным электродом 20, закрепленным в устройстве фиксации, с помощью последнего задается межэлектродное расстояние. Величина тока дуги регулируется трансформатором 19.
Натяжение испытуемого образца провода 3 задается устройством натяжения 2.
Интересующие величины времени воздействия дуги, характер изменения тока дуги, температуры нагрева испытуемого образца провода 3 передаются посредством аналого-цифрового преобразователя на персональный компьютер для их регистрации и обработки.
Далее полученные образцы проводов подвергаются испытанию на разрыв разрывной машиной, микроструктурному анализу.
Источники информации принятые во внимание
1. Разработка, монтаж и лабораторные испытания устройств для прямого и косвенного контроля теплового состояния проводов контактной сети [Текст]: отчет о НИР (заключ.), РИИЖТ; рук. Б.Б.Самсонов; исполн.: А.С.Бочев, Т.Е.Петрова. - Ростов-на-Дону, 1984 г. - 62 с. - Библиогр.: с.55. - Инв. №02850046190.
2. 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.