УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАГРЕВА ПРОВОДОВ КОНТАКТНОЙ ПОДВЕСКИ

Полезная модель относится к устройствам электроснабжения, расположенным вдоль железнодорожного полотна для транспортных средств с электротягой, а именно, к контактным проводным линиям и вспомогательным средствам для них, и может быть использована в устройствах защиты и диагностики устройств контактной сети на электрифицированных участках железных дорог.
Известны устройства для определения нагрева проводов контактной сети, основанные на непосредственном измерении температуры провода с помощью различного рода датчиков температуры (Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник для студентов вузов ж.-д. транспорта. В 2 ч. Ч. 2. Релейная защита устройств тягового электроснабжения железных дорог. - М.: УМЦ по образованию на ж.-д. транспорте, 2009, раздел 10.3, с. 368-369).
Данные устройства имеют сложную конструкцию, так как требуют наличие высоковольтной развязки между проводами контактной сети и вторичными низковольтными цепями устройства контроля.
Известны устройства для определения нагрева проводов контактной сети, основанные на косвенном измерении температуры провода с помощью различного рода датчиков тока и решении уравнения нагрева проводов контактной сети (Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник для студентов вузов ж.-д. транспорта. В 2 ч. Ч. 2. Релейная защита устройств тягового электроснабжения железных дорог.- М.: УМЦ по образованию на ж.-д. транспорте, 2009, раздел 10.3, с. 373-374), содержащие датчик тока, датчик температуры окружающей среды и скорости ветра, вычислительный комплекс и выходной орган. Алгоритм контроля предусматривает вычисление температуры провода для каждого текущего значения тока при данных о температуре окружающей среды и скорости ветра.
Данные устройства имеют недостаточную точность измерения температуры проводов, связанную с точностью самой математической модели и исходных данных. Так, например, температура окружающей среды и скорость ветра вдоль участка контактной сети могут значительно отличаться от соответствующих значений, измеренных возле тяговой подстанции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, основанное на косвенном признаке измерения температуры провода - по удлинению провода при его нагреве, содержащее анкерную опору с компенсатором температурных изменений длины провода и концевой выключатель, который в свою очередь связан с грузами компенсатора. При достижении грузов компенсатора концевого выключателя происходит выдача сигнала о достижение проводов заданной температуры провода (Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник для студентов вузов ж.-д. транспорта. В 2 ч. Ч. 2. Релейная защита устройств тягового электроснабжения железных дорог. - М.: УМЦ по образованию на ж.-д. транспорте, 2009, раздел 10.3, с. 369-370).
В этом случае измерение удлинения проводов, находящихся под высоким напряжением, с целью упрощения устройства проводят по перемещению грузов компенсаторов анкерного участка контактной сети. Так, например, контактный провод марки МФ-100 полукомпенсированной контактной подвески с двухблочным компенсатором на анкерном участке длиной 1200 м при изменении температуры от 0 до 90°С вызовет перемещение грузов компенсатора примерно на 1,8 м, т.е. на 20 мм на каждый градус температуры провода.
Однако указанное выше известное устройство имеет следующие недостатки:
- ограниченные функциональные возможности, вследствие того, что оно не обеспечивает постоянный контроль положения грузов компенсатора по высоте, и, соответственно, температуры провода контактной подвески во всем возможном диапазоне температур воздуха окружающей среды (как при максимальных положительных, так и при отрицательных значениях), при котором должна обеспечиваться нормальная работа компенсатора и поддерживаться постоянное натяжение провода контактной подвески;
- невозможность однозначно определить причину перемещения грузов компенсатора и срабатывания концевого выключателя, так, например, перемещение грузов может быть вызвано не только изменением температуры провода, но и его обрывом.
Технической задачей полезной модели является создание устройства для контроля нагрева проводов контактной подвески, обеспечивающего постоянный контроль положения грузов компенсатора по высоте и температуры провода контактной подвески во всем возможном диапазоне температур воздуха окружающей среды, а также определение конкретной причины перемещения грузов компенсатора.
Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства для контроля нагрева проводов контактной подвески.
Для решения технической задачи и достижения указанного технического результата в устройстве для контроля нагрева проводов контактной подвески, содержащем анкерную опору с компенсатором температурных изменений длины провода контактной подвески, согласно полезной модели, дополнительно содержит датчик температуры окружающей среды, задатчик начальных условий, контроллер и драйвер линии связи, а на подвеске компенсатора установлена рамка, расположенная соосно неподвижному блоку компенсатора, при этом на рамке по окружности размещены индуктивные датчики положения таким образом, что при вращении неподвижного блока компенсатора в любой момент времени в активной зоне одного из индуктивных датчиков положения находилась одна из четырех взаимно перпендикулярных между собой спиц неподвижного блока компенсатора, а выходы индуктивных датчиков положения, датчика температуры окружающей среды и задатчика начальных условий подключены к соответствующим входам контроллера, который выходом соединен с драйвером линии связи.
На рамке по окружности размещены пять индуктивных датчиков положения.
Индуктивные датчики положения разделены на две группы: группу с нечетными номерами и группу с четными номерами.
Индуктивные датчики положения расположены по окружности в порядке возрастания номеров внутри каждой группы против часовой стрелки через 36° относительно друг друга.
Индуктивные датчики положения с четными номерами смещены относительно датчиков положения с нечетными номерами на угол 180°+18°=198° в порядке возрастания номеров против часовой стрелки.
Сущность полезной модели поясняется фигурой.
На фигуре приведена схема устройства для контроля нагрева проводов контактной подвески.
Устройство для контроля нагрева проводов контактной подвески содержит анкерную опору контактной сети 15, на которой закреплены анкерный хомут 16 с анкерной оттяжкой 17. К анкерному хомуту 16 прикреплена подвеска 11, к которой присоединен компенсатор температурных изменений длины провода контактной подвески. В состав устройства также включены: датчик температуры воздуха окружающей среды 6, контроллер 7 с блоком питания (на фигуре не показан), задатчик начальных условий 8 и драйвер линии связи 9.
Компенсатор состоит из большого неподвижного блока 12, малого неподвижного блока 21 и подвижного блока 22. Компенсатор предназначен для анкеровки контактного провода 13 (например, контактного провода полукомпенсированной контактной подвески или контактного провода и несущего троса компенсированной контактной подвески). Через блоки компенсатора протянут трос 20, к которому прикреплена штанга для крепления грузов 18 с грузом 19. На подвеске 11 компенсатора установлена рамка 10, выполненная в виде кольца и расположенная соосно неподвижному блоку 12 компенсатора. На рамке 10 по окружности установлены пять индуктивных датчиков положения 1-5, таким образом, чтобы при вращении неподвижного блока 12 в любой момент времени в активной зоне одного из индуктивных датчиков положения 1-5 находилась одна из четырех взаимно перпендикулярных между собой спиц 14 неподвижного блока 12 компенсатора и вызывала его срабатывание. Индуктивные датчики положения 1-5 разделены на две группы, первая группа с нечетными номерами (1, 3 и 5) и вторая группа с четными номерами (2 и 4), и расположены по окружности в порядке возрастания номеров внутри каждой группы против часовой стрелки через 36° относительно друг друга, при этом датчики положения с четными номерами 2 и 4 смещены относительно датчиков положения с нечетными номерами 1, 3 и 5 на угол 180°+18°=198° в порядке возрастания номеров против часовой стрелки. Индуктивные датчики положения 1-5 предназначены для определения величины угла поворота и направления вращения неподвижного блока 12 компенсатора, вызываемых удлинением провода контактной подвески. Величина угла поворота и направление вращения неподвижного блока 12 компенсатора позволяют определить положение грузов компенсатора по высоте а, следовательно, и фактическую температуру провода контактной подвески в любой момент времени.
Выходы индуктивных датчиков положения 1-5, датчика температуры окружающей среды 6 и задатчика начальных условий 8 подключены к соответствующим входам контроллера 7, который в свою очередь выходом соединен с драйвером линии связи 9.
Устройство для контроля нагрева проводов контактной подвески работает следующим образом.
При подаче напряжения в контактную сеть от тяговой подстанции по контактной подвеске начинает протекать ток. При увеличении величины тока или повышения температуры окружающей среды происходит растяжение провода 13 контактной подвески вследствие его нагрева и опускание грузов 19 компенсатора, при этом обеспечивается постоянство натяжения провода 13 (например, контактного провода при полукомпенсированной подвеске). При уменьшении величины тока в контактной подвеске или уменьшения температуры окружающей среды происходит сокращение провода 13 вследствие его остывания и подъем грузов 19 компенсатора, при этом также обеспечивается постоянство натяжения провода 13 и в обоих случаях сохраняется нормальная работа контактной подвески. При этом подъем или опускание грузов сопровождается вращением неподвижного блока 12 компенсатора соответственно по часовой стрелке или против нее. Направление вращения и угол поворота неподвижного блока 12 компенсатора фиксируется индуктивными датчиками положения 1-5.
Например, на фигуре приведено такое положение неподвижного блока 12 компенсатора, при котором одна из спиц 14, расположенная в крайнем нижнем положении неподвижного блока 12, находится в активной зоне индуктивного датчика положения 3 и вызывает его срабатывание.
а
Регулировку положения грузов 19 компенсатора по высоте осуществляют в зависимости от температуры воздуха окружающей среды и расстояния от компенсатора до средней анкеровки контактной подвески таким образом, чтобы расстояние  между верхом грузов 19 и неподвижным блоком 12 компенсатора при минимальной температуре воздуха окружающей среды и расстояние b между низом грузов 19 и поверхностью земли (или фундамента) при максимальной температуре воздуха окружающей среды должны быть не менее 200 мм (Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог.ЦЭ-197. М: Транспорт, 1994, пункт 2.15.8-2.15.9, с. 48).
а
a
0
0
Предварительно после регулировки положения грузов 19 компенсатора по высоте проводят измерение расстояний  и b, определяющих начальное положение грузов 19 компенсатора. Затем начальные значения расстояний  и b записывают в память контроллера 7 с помощью задатчика начальных условий 8. При этом в момент настройки предлагаемого устройства контроллер 7 с выхода датчика температуры 6 фиксирует значение температуры воздуха окружающей среды.
Кроме этого, в память контроллера 7 с помощью задатчика начальных условий 8 записывают значения следующих величин: номер анкерной опоры; тип компенсатора; тип провода контактной подвески; значение расстояния от анкерной опоры до средней анкеровки контактной подвески.
При опускании грузов 19 компенсатора происходит вращение неподвижного блока 12 против часовой стрелки, при этом последовательно срабатывают индуктивные датчики положения в порядке возрастания номеров 3, 4 и 5. При дальнейшем вращении против часовой стрелки срабатывает датчик 1, и, цикл срабатывания датчиков продолжается.
При подъеме грузов 19 компенсатора происходит вращение неподвижного блока 12 по часовой стрелке, при этом последовательно срабатывают индуктивные датчики положения в порядке уменьшения номеров 2, 1. При дальнейшем вращении по часовой стрелке срабатывает датчик 5, и, цикл срабатывания датчиков продолжается.
а
а
а
1
0
1
0
Сигналы с выходов индуктивных датчиков положения 1-5 поступают на соответствующие входы контроллера 7. При этом контроллер 7 по количеству и последовательности срабатываний индуктивных датчиков положения 1-5 определяет угол поворота неподвижного блока 12 от своего начального положения с шагом 18°. Контроллер 7 по изменению сигналов на выходах датчиков перемещения 3 и 4 фиксирует факт сокращения провода 13 на величину Δh и вычисляет новые значения расстояний  и b: = - Δh и b=b+Δh, где  d - диаметр обода (по желобу) неподвижного блока 12 компенсатора.
а
а
При снижении температуры окружающей среды, если расстояние  между верхом грузов 19 и неподвижным блоком 12 компенсатора становится менее нормируемой величины (200 мм), контроллер 7 через драйвер линии связи 9 выдает предупредительный сигнал оперативному персоналу о возможном нарушении работы компенсатора. В случае дальнейшего понижения температуры окружающей среды и расстоянии =0 контроллер 7 через драйвер линии связи 9 выдает аварийный сигнал в устройства защиты о возможном нарушении регулировки контактной подвески и необходимости отключения участка контактной сети.
При повышении температуры окружающей среды, если расстояние b между низом грузов 19 и поверхностью земли (или фундамента) становится менее нормируемой величины (200 мм), контроллер 7 через драйвер линии связи 9 выдает предупредительный сигнал оперативному персоналу о возможном нарушении работы компенсатора. В случае дальнейшего повышения температуры окружающего воздуха и расстоянии b=0 контроллер 7 через драйвер линии связи 9 выдает аварийный сигнал в устройства защиты о возможном нарушении регулировки контактной подвески и необходимости отключения участка контактной сети.
Контроль положения грузов компенсатора 19 позволяет оценивать угол поворота фиксаторов в контролируемой зоне анкерного участка. В случае превышения допустимого угла поворота фиксаторов контроллер 7 через драйвер линии связи 9 выдает аварийный сигнал оперативному персоналу о возможном нарушении регулировки контактной подвески.
Одновременно контроллер 7 фиксирует время Δt, за которое произошло изменение длины провода 13 на величину Δh, и вычисляет скорость изменения длины провода 13
По величине скорости изменения длины провода  контроллер 7 выявляет неисправность работы компенсатора, например, при превышении скорости изменения длины провода выше допустимой определяется обрыв троса компенсатора.
В случае если при изменении температуры окружающего воздуха не происходит вращение неподвижного блока 12 можно диагностировать заклинивание компенсатора.
а
Таким образом, заявленное устройство для контроля нагрева проводов контактной подвески позволяет в любой момент времени во всем возможном диапазоне температуры воздуха окружающей среды определять температуру провода контактной подвески по положению грузов компенсатора (по значениям расстояний  и b с точностью Δh) и скорость изменения длины провода 13  и при достижении контролируемыми величинами допустимых значений выдавать оперативному персоналу предупредительный сигнал о возможном нарушении работы компенсатора или аварийный сигнал о нарушении регулировки контактной подвески (или перегрева провода контактной подвески) и необходимости отключения участка контактной сети, что способствует расширению функциональных возможностей устройства.