УСТРОЙСТВО СЕЛЕКТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для селективного измерения сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог.
Консоль подвески контактного провода крепится на железобетонной опоре болтами, которые отделяют от металлической арматуры опоры синтетическими втулками, вставленными в крепежные отверстия опоры. Сопротивление контакта «арматура опоры - консоль» у новых опор при измерениях в сухую погоду должно быть не менее 10000 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 электрокоррозионноопасных.
В настоящее время существует представительный перечень средств измерений сопротивления цепи заземления железобетонных опор.
Известны устройства (Ф4103, АДО, ПК-1М и пр.) для измерения сопротивления одиночных опор и входного  сопротивления группы опор.
Недостатком устройств является либо высокое выходное сопротивление (до десятков кОм, у прибора Ф4103), либо значительные массо- габаритные показатели (около 10 кг, прибор АДО), либо исключительно низкая помехозащищенность (прибор ПК-М1), что в совокупности с низкими диагностическими характеристиками ограничивает их применение для целей диагностики состояния цепи заземления железобетонных опор контактной сети.
ЭТ.
ИСП
C
Известно устройство («Прибор для оперативного контроля цепи заземления» «Локомотив» №4, 1998, с.40-41), а также («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), которое включает два измерительных блока, и один из них, блок генератора, принимается за аналог. Блок генератора устройства содержит генератор импульсного напряжения с выходным конденсатором известной электрической емкости С, который внутренним источником заряжают до заданного напряжения U коммутируют через металлические спуски на рельс и консоль опоры, после чего с выхода генератора к исследуемой цепи с заданной частотой следования f
C
РАЗ
ЭТ
ИСП
ИСП
РАЗ
ГР
РАЗ
ЭТ
С
(f≈10 Гц) прикладываются импульсы испытательного напряжения. Для каждого импульса испытательного напряжение таймером измеряют время τ снижения напряжения на конденсаторе С вследствие его разряда на сопротивления цепи заземления опоры (группы опор) от U до U/е, где е - основание натурального логарифма. Преобразователь, по ранее установленной зависимости, преобразует величину τ в величину сопротивления опоры Rоп (Rгр) по соотношению Roп(Р)=Кτ/С, где К - коэффициент пропорциональности, и с частотой следования f значение Roп (Rгр) поступает на вход индикатора.
ВЫХ
ВЫХ
Недостаткам устройства является относительно низкое выходное испытательное напряжение блока генератора (U≈60 В), которое практически на порядок ниже выходного напряжения мегаомметра M1101 (U=500 В), рекомендуемого для испытаний железобетонных опор. ("Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети (К-146-2002) / МПС РФ - М.: Трансиздат, 2003).
1
1
Наиболее близким заявляемому устройству по технической сущности является блок генератора, описанного в заявке №2008108803/22(009525) («Устройство контроля состояния цепи заземления железобетонных опор контактной сети». Заявитель ООО «Электродиагност», г.Новосибирск). Устройство-прототип по принципу действия совпадает с рассмотренным выше аналогом. Увеличение амплитуды выходного импульсного напряжения до U≈500 В (при U≈60 В у аналога), а также введение в состав устройства-прототипа порогового элемента, устройства сбора и хранения информации, пускателя, позволили упростить процедуру определения сопротивления Rоп (Rгр), повысить надежность, оперативность определения состояния цепи заземления железобетонных опор.
Однако, при первых эксплуатационных испытаниях на реальных объектах устройства-прототипа были получены результаты, которые свидетельствовали о том, что цепь заземления опор контактной сети в ряде случаев обладает ярко выраженной нелинейностью, которая проявляется в резком снижении регистрируемой величины сопротивления опоры при незначительном повышении приложенного к обследуемой опоре испытательного напряжения, что приводит к нежелательные последствиям, которые выражены в том, что часть из опор без особых на то оснований переводят в разряд коррозионноопасных с увеличением объема работ по их обслуживанию. В то же время, устройство-прототип обладает положительными качествами, поскольку выходное напряжение прототипа U=500 B способствует электрическому пробою имеющих высокое сопротивление окисных пленок в месте присоединения устройства к спускам зажимных приспособлений устройства, что обеспечивает получение более объективных результатов измерения сопротивлении Rоп (Rгр).
Задачей полезной модели устройства, исходя из выше сказанного, является корректировка технических показателей устройства-прототипа, направленная на повышение
объективности измерений сопротивления опор Rоп (группы опор Rгр) при сохранении положительных диагностических качеств устройства-прототипа, выраженного в его способности исключать из процесса измерений сопротивлений Rоп (Rгр) существующие на поверхности металлических спусков окисные пленки, вследствие электрического пробоя приложенным импульсом испытательного напряжения с амплитудным значением U=500 B.
Согласно заявляемой полезной модели поставленная задача реализована в устройстве селективного измерения сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог, содержащим генератор импульсного напряжения с установленным на выходе конденсатором эталонной электрической емкости, выходные клеммы которого связаны с входными клеммами пускателя, выходные клеммы которого через металлические спуски соединены с рельсом и консолью опоры, второй выход генератора связан с входом вольтметра, выход которого связан с входом порогового элемента, первый выход которого соединен с первым входом таймера, выход таймера соединен с первым входом преобразователя, второй выход порогового элемента связан со вторым входом преобразователя, третий выход порогового элемента соединен с входом устройства сбора и хранения информации, выход которого соединен с входом индикатора, отличающееся тем, что четвертый выход порогового элемента связан со вторым входом таймера.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства измерения сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети.
На фиг.2, в качестве примера, поясняющего принцип работы устройства, приведена эпюра выходного напряжения устройства.
ЭТ
1
2
1
Представленное на фиг.1 устройство селективного измерения сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети содержит генератор импульсного напряжения 8 с выходным конденсатором эталонной емкости С. Выходные клеммы генератора 8 через пускатель 9, измерительные кабели 3, 12 и металлические спуски 5, 14 соединяют с рельсом 4 и консолью 18 опоры 19. Между спусками 5 и 14 подключен искровой промежуток 10. С выходом генератора 8 соединен вход вольтметра 7, выход которого соединен с входом порогового элемента 2, первый выход порогового элемента 2 соединен с первым входом таймера 6, второй выход порогового элемента 2 связан с входом преобразователя 11, в котором значение измеренного таймером 6 времени снижения выходного напряжения генератора 8 от первого заданного уровня U≤Uамп до второго заданного уровня 0≤U≤U преобразуют в значение сопротивления опоры Ron по ранее установленной зависимости. Третий выход порогового элемента 2 связан с устройством сбора и хранения информации 15, выход которого связан с входом индикатора 17. Четвертый
1
2
выход порогового элемента 2 связан со вторым входом таймера 6, что обеспечивает регулирование диапазона напряжения ΔU=U-U, в пределах которого измеряют значение сопротивления Rоп.
ЭТ
ЭТ
1
2
ЭТ
1
1
2
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Внутренним источником постоянного тока заряжают выходной конденсатор С генератора 8, пускателем 9 через измерительные кабели 3, 12 и металлические спуски 5, 14 коммутируют генератора на контролируемую цепь, сопротивление которой, Rоп, равно сумме подключенных последовательно сопротивления 1 и сопротивления 16. Коммутация пускателя 9 на сопротивление Roп сопровождается началом разряда выходного конденсатора С на сопротивление Ron и подключением к управлению работой устройства порогового элемента 2, в функции которого входит контроль заданных уровней напряжений U и U. При снижении напряжения на выходном конденсаторе С генератора 8 от Uaмп до U, команда с первого выхода порогового элемента 2 запускает таймер 6, который начинает отсчет времени разряда конденсатора от заданного значения U. При снижении выходного напряжения генератора 8 до второго заданного уровня напряжения U таймер 6, по команде, поступившей с четвертого выхода порогового элемента 2, прекращает замер времени, а результат измерений времени t поступает на открытый по команде порогового элемента 2 вход преобразователя 11, где по ранее установленной зависимости значение измеренного времени t преобразуют в значение сопротивления цепи заземления исследуемой опоры Rоп (Rгр), которое поступает на открытый по команде порогового элемента вход устройства 15. В устройстве 15 Rоп (Rгр) заносят в память, с выхода которой измеренное значение Rоп (Rгр) выводят на индикатор.
1
2
1
2
1
2
1
2
Внешняя клавиатура устройства позволяет выполнять измерения сопротивления Ron в диапазоне испытательного напряжения ΔU=U-U в пределах от U=Uамп до U=0, при сохранении условия U>U, придавая диапазону ΔU значение от единиц вольт до нескольких сотен вольт. Набор измеренных сопротивлений опоры при разных значениях ΔU=U-U заносят в заданной последовательности в энергонезависимую память устройства 15 и анализируют с целью получения информации о текущем техническом состоянии цепи заземления обследованной железобетонной опоры.
ПРОТ
П
1ПРОТ
2ПРОТ
y
1УСТР
2УСТР
На фиг.2, в качестве примера, поясняющего принцип работы устройства, приведена эпюра выходного напряжения устройства, на которой ΔU обозначен диапазон напряжений, в пределах которого в устройстве-прототипе измеряют промежуток времени t снижения выходного напряжения от U до U. В защищаемом устройстве измеряют промежуток времени t при снижении выходного напряжения устройства от U U.
y
1УСТР
2УСТР
1УСТР
Из фиг.2 следует, что в устройстве измеренный промежуток времени t соответствует снижения испытательного напряжения от U≈200 B до U≈20 B, что находится в пределах реально воздействующих при эксплуатации на опоры контактной сети значений наведенного потенциала, а значение U≈200 B близко к максимальному значению наведенного на опору потенциала, который регистрируют при эксплуатации железных дорог с электроснабжением на напряжении постоянного тока.
1ПРОТ
В случае устройства-прототипа, как следует из фиг.2, измерение сопротивления Ron выполняют при напряжении в диапазоне от U≈470 B до U≈200 B, явном превышающем реально воздействующие потенциалы на опоры в условиях их эксплуатации.
Введенные изменения в устройство-прототип позволили преобразовать его в защищаемое устройство, которое сохранив все положительные качества прототипа, позволяет выполнить более объективное измерение сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети в области выходного напряжения устройства, совпадающей по значениям с реально существующими наведенными потенциалами в цепи заземления опор контактной сети.
1
2
1
2
1
2
Различные варианты установки значений U и U при сохранении условия U>U, регулирование диапазона ΔU=U-U от единиц вольт до нескольких сотен вольт позволяет проводить обоснованнее измерения сопротивления цепи заземления опор при воздействии на нее напряжения, соизмеримого (или равного) с величиной наведенного напряжения (потенциала), регистрируемого при эксплуатации участка электроснабжения с тягой на постоянном токе.
Положительным следствием от внедрения предлагаемого устройства в эксплуатацию является исключение необоснованно завышенного объема работ по обслуживанию опор с нелинейной зависимостью сопротивления от величины приложенного напряжения.