УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА "РЕЛЬС-ЗЕМЛЯ" НА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ С ТЯГОЙ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована на электрифицированной железной дороге с тягой на постоянном токе для выявления зон повышенной опасности электрокоррозионного разрушения подземной части опор контактной сети.
РЗ
Одним из основных параметров, используемых для оценки опасности электрокоррозиии арматуры железобетонных опор контактной сети постоянного тока, является значение потенциала «рельс-земля» U («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 «Российские железные дороги»).
РЗ
Величина потенциала U, в зависимости от участка железной дороги с тягой на постоянном токе, ее загрузки, физических характеристик грунта и прочих факторов изменяется от десятых долей до сотен вольт как положительного, так и отрицательного знака.
РЗ
Для выявления зон повышенной опасности и оценки степени электрокоррозионного разрушения подземной части опор контактной сети по результатам измерений потенциала U строят потенциальную диаграмму участка электроснабжения на контрольных пикетах, отстоящих друг от друга на один километр, как правило, находящегося между двумя тяговыми подстанциями.
РЗ
В качестве средств измерений используют устройства (вольтметры) с диапазоном измерения напряжения, перекрывающим возможный диапазон изменения потенциала U.
РЗ
Известно устройство, вольтметр М 231, со смещенным нулем ("Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети". К-146-2002, МПС РФ - М.: Трансиздат, 2003), устанавливаемой на контрольном пикете. При этом положительный зажим устройства соединяют с рельсом, а отрицательный зажим соединяют с выносным электродом (заземлителем) - стальным стержнем диаметром d=10÷16 мм и длиной L=0,6÷0,8 м, забитым в грунт в середине пролета в створе опор. После монтажа измерительной схемы показания стрелочного индикатора прибора М231 регистрируют с интервалом 10 секунд и заносят в протокол. Измерения потенциала U на каждом пикете продолжают в течение 5 минут. За период измерений должно пройти не менее одного электроподвижного состава.
РЗ
Обработка результатов измерений для каждого пикета заключается в вычислении средних за период наблюдений значений положительного и отрицательного потенциалов U, а также выделение (по модулю) максимальных значений потенциалов положительного и отрицательного знаков. Потенциальную диаграмму строят по результатам обработки данных, полученных на всех контрольных пикетах обследованного участка электроснабжения, выделяют в нем зоны с наибольшей электрокоррозионной опасностью и, при необходимости, принимают меры по защите от коррозии подземной части арматуры железобетонных опор контактной сети расположенных в этих зонах.
РЗ
Недостатком устройства является визуальное наблюдение за показаниями стрелочного индикатора устройства и ручная запись в протокол измеренных значений U.
РЗ
РЗ
Кроме того, обработка массива данных, содержащего не менее 30 измерений U для каждого контрольного пикета (или 700-800 измерений U на участке электроснабжения между двумя тяговыми подстанциями), требует значительных затрат времени на представление результатов измерений в виде, удовлетворяющим требованиям нормативных документов.
РЗ
РЗ
РЗ
Наиболее близким по технической сущности устройством является аппаратура ИСО-1М3 («Аппаратура для контроля цепи заземления железобетонных опор контактной сети ИСО-1М3» ТУ 3185.803.71492113.1. Внесена в Госреестр за №29798. Разработчик и изготовитель ООО «Электродиагност», г.Новосибирск), содержащая в своем составе автономный источник питания, вольтметр, аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор. Измерения производят по приведенной выше схеме подключения выходных клемм устройства к рельсу и заземлителю. После включения питания устройства, измеренный вольтметром потенциал U поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с жидкокристаллическим индикатором для визуального отображения измеряемых значений U. Оператор с периодичностью 10 секунд заносит в протокол выведенные на индикатор значения U.
К недостаткам аппаратуры ИСО-1М3, как и для аналога, следует отнести визуальную регистрацию выводимых на индикатор результатов измерений, ручную запись и ручную обработку результатов измерений.
РЗ
РЗ
Кроме того, реконструкция железнодорожного пути сопровождается повышением качества изоляции рельсов от грунта, что приводит к увеличению регистрируемого при эксплуатации потенциала U, значения которого, например, при подъеме электроподвижного состава на перевальном участке пути, может превышать существующий диапазон измерения -200 B≤U≤+200 B как устройства-аналога (прибора М231),так и устройства-прототипа (аппаратуры ИСО -1М3).
РЗ
РЗ
И, наконец, технические показатели аналога и прототипа не позволяют измерить динамику быстропротекающих изменений потенциала U, вызванных приближением к пикету, прохождением мимо его и удалением от пикета электроподвижного состава, т.е. выполнить качественные измерения в тех случаях, когда значения U достигают максимальных значений.
РЗ
Задачей данной полезной модели является повышение точности измерения потенциала U, снижение трудоемкости получения результатов измерения, их обработки и построения потенциальных диаграмм для участков электроснабжения железных дорог, электрифицированных на постоянном токе.
РЗ
Поставленная задача достигается в устройстве измерения потенциала «рельс-земля», содержащем введенный в устройство процессор с энергонезависимой и оперативной памятью, а также введенный в устройство таймер, задающий частоту измерения потенциала U, что позволяет уменьшить влияние «человеческого фактора» на результаты измерений, повысить их точность и достоверность, снизив при этом трудоемкость процесса.
Заявляемое устройство может быть снабжено фильтром, исключающим влияние электромагнитных помех на результаты измерений.
На чертеже приведена блок-схема заявляемого устройства.
Вольтметр 4 через фильтр электромагнитных помех 3 связан с рельсом 2 и заземлителем 1. Выход вольтметра 4 соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5. Таймер 6 связан с первым входом процессора 8, а второй вход процессора 8 связан с выходом АЦП 5. Процессор 8 включает блок 7 энергонезависимой памяти и блок 9 оперативной памяти, который является одним из выходов процессора. Выход процессора (блока оперативной памяти 9) связан с входом индикатора 10.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Измеренная вольтметром 4 величина потенциала «рельс - земля» поступает на вход АЦП 5, в котором происходит преобразование аналогового сигнала в цифровую форму. Оцифрованная величина потенциала «рельс-земля» с выхода АЦП 5 поступает на вход процессора 8. через заданный таймером 6 промежуток времени и вводится в энергонезависимую память 7, оперативную память 9 процессора с выхода которой отображается на табло индикатора 10. Измеренные значения потенциала «рельс-земля» сохраняются в энергонезависимой памяти процессора, используют для построения потенциальной диаграммы и последующего выявления по ней зон с электрокоррозионной опасностью на обследованном участке электроснабжения.
РЗ
РЗ
РЗ
В отличие от известных устройств в заявляемом устройстве возможно измерение быстропротекающих изменений потенциала U потенциал «рельс-земля» с заданной таймером частотой F=1,0 Гц (или F=10,0 Гц), что повышается точность измерения потенциала U за счет увеличения в десять (или в сто) раз количественного объема обрабатываемых данных. Вследствие сокращения интервала времени между измерениями потенциала «рельс-земля» появляется возможность выполнять измерения динамики потенциала U, вызванной приближением, прохождением и удалением электроподвижного состава с записью в реальном времени результатов измерений в энергонезависимую память. Результаты измерений, выполненные с помощью предлагаемого устройства, сохраняются в энергонезависимой памяти процессора, откуда они могут быть выведены на индикатор устройства, а также скопированы и сохранены на жестком диске компьютера, с целью дальнейшей обработки, используя программное обеспечение компьютера.
Кроме того, значительно повышается оперативность обработки результатов измерений потенциала «рельс-земля», поскольку для каждого контрольного пикета участка электроснабжения накопленный при измерениях массив данных обрабатывают с использованием компьютерной программы. Для всех контрольных пикетов программными средствами компьютера определяют основные нормируемые параметры, в том числе: вычисляют среднее значение потенциалов положительного и отрицательного знака, выделяют максимальные (по модулю) потенциалы положительного и отрицательного знака. Завершающей стадией обработки результатов измерений является построение потенциальной диаграммы с привлечением программных средств компьютера и последующего внесения полученной потенциальной диаграммы в протокол обследования участка электроснабжения.
РЗ
И, наконец, диапазон измерения U устройства от минус 1200 В до плюс 1200 В позволяет выполнять построение потенциальных диаграмм на новых участках железной дороги с высокими значениями потенциалов «рельс - земля», а исключение оператора из процесса записи, обработки данных и построения потенциальной диаграммы повышает объективность выявления зон с электрокоррозионной опасностью на обследованном участке электроснабжения.