УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Устройство измерений нелинейности сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована на электрифицированных железных дорогах для измерений нелинейности сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети.
Консоль подвески контактного провода крепится на железобетонной опоре болтами, которые отделяют от металлической арматуры опоры синтетическими втулками, вставленными в крепежные отверстия опоры. Сопротивление изоляции «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 низкоомных (электрокоррозионноопасных), поиск которых выполняется при регламентных обследованиях цепи заземления опор контактной сети.
Известны устройства измерительного типа (Ф4103, АДО и пр.) с помощью которых выполняют измерение сопротивлений Rоп и Rгр.
Недостатком таких устройств является либо высокое выходное сопротивление (до десятков кОм, прибор Ф4103), либо значительные массо-габаритные показатели (около 10 кг, прибор АДО), что в совокупности с низкими диагностическими характеристиками ограничивают их применение для целей диагностики состояния цепи заземления железобетонных опор контактной сети.
ЭТ
ЭТ
1
C
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 ООО «Электродиагност», г.Новосибирск), содержащее два измерительных блока, и один из которых, блок генератора аппаратуры ИСО-1МЗ, принимается за аналог. Блок генератора устройства содержит генератор импульсного напряжения, смонтированного на базе конденсатора известной электрической емкости С., выходные клеммы которого через металлические спуски, разделенные пороговым элементом, - искровым промежутком или диодным заземлителем, - подключают к рельсу и консоли опоры. Конденсатор С внутренним источником заряжают до заданного напряжения U, и с заданной частотой следования f(f≈10 Гц) коммутируют на
РАЗ
ЭТ
ИСП
ИСП
РАЗ
РАЗ
ЭТ
исследуемую цепь. Таймером измеряют время τ снижения измеряемого вольтметром напряжения на конденсаторе С вследствие его разряда на сопротивление исследуемой цепи от напряжения U до U/е где е - основание натурального логарифма. Преобразователем, по ранее установленной зависимости, преобразуют измеренное значение τ в значение Rоп (Rгр) по соотношению R=τ/C и выводят с выхода преобразователя на вход индикатора.
ВЫХ
Выходное сопротивление генератора R≪100 Ом обеспечивает независимую от величины сопротивления нагрузки (Rоп или Rгр) величину выходного напряжения генератора, что снижает погрешность измерения сопротивления цепи заземления опоры.
ВЫХ
ВЫХ
Недостаткам устройства является относительно низкое выходное испытательное напряжение (U≈60 В), которое почти 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).
Наиболее близким заявляемому устройству по технической сущности является блок генератора устройства, известное из описания к заявке №2008108803/22(009525 «Устройство контроля состояния цепи заземления железобетонных опор контактной сети», заявителя ООО «Электродиагност», г.Новосибирск.
1
1
Устройство-прототип, блок генератора, по принципу действия совпадает с рассмотренным выше аналогом. Увеличение амплитуды выходного импульсного напряжения генератора до U≈500 В (при U≈60 В у аналога), а также введение в состав генератора порогового элемента, устройства сбора и хранения информации, пускателя, позволяют упростить процедуру определения сопротивления Rоп, Rгр, повысить надежность, оперативность определения состояния цепи заземления железобетонных опор. Кроме того, в устройстве-прототипе, по сравнению с аналогом, в сто раз снижена частота следования импульсов измерительного напряжения (с F=10 Гц у аналога, до F=0,1 Гц у прототипа), что обеспечивает возросшую продолжительность работы устройства без подзарядки его внутреннего источника питания.
Однако, при эксплуатационных испытаниях 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 цепи заземления опоры (в пять -шесть раз) при незначительном повышении (на 15-20%) приложенного к ней испытательного напряжения. Такой результат при регламентном обследовании цепи заземления опор приводит к отрицательным последствиям, выраженным в том, что заведомо технически исправную опору переводят в разряд коррозионноопасных с существенным увеличением объема работ по ее
обслуживанию. В тоже время, положительным следствием от внедрения в эксплуатацию устройства-прототипа явилась возможность проведения целенаправленных исследований электрофизических характеристик цепи заземления железобетонных опор контактной сети, используя для этих целей не набор измерительных устройств, обладающих отличающимися между собой значениями выходного напряжения, а устройство-прототип после выполнения определенного объема работ по его модификации.
Задачей полезной модели устройства является расширения диагностических возможностей устройства-прототипа путем реализации в нем дополнительных функций по оценки электрофизических показателей цепи заземления обследуемых опор контактной сети.
Согласно заявляемой полезной модели поставленная задача реализована в устройстве измерений нелинейности сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети электрифицированных железных дорог, содержащим генератор импульсного напряжения с выходным конденсатором эталонной емкости, первый выход генератора через пускатель связан с рельсом и консолью опоры, второй выход генератора связан с входом вольтметра, выход которого связан с входом порогового элемента, первый выход которого соединен с входом таймера, первый 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, благодаря тому, что в состав устройства введены управляемый коммутатор и магазин сопротивлений, причем второй выход таймера соединен с входом генератора, третий выход таймера связан с первым входом коммутатора, второй вход которого связан с выходом генератора, выход коммутатора связан с входом магазина сопротивлений, выход которого связан с входом пускателя, второй вход которого связан с четвертым выходом таймера.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства измерений нелинейности сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети.
На фиг.2 представлена измеренная устройством вольт-амперная характеристика группы, состоящей из восьми опор, объединенных заземляющим тросом.
Представленное на фиг.1 устройство измерений нелинейности сопротивления цепи заземления железобетонных опор контактной сети содержит генератор импульсного напряжения 6 с выходным эталонным конденсатором, выход которого соединен с входом вольтметра 5, выход вольтметра 5 соединен с входом порогового элемента 4, один выход которого соединен с входом таймера 3, второй выход порогового элемента 4 связан с входом преобразователя 12, второй вход которого связан с первым выходом таймера 3. Третий выход порогового элемента 4 связан с входом устройства сбора и хранения информации 15, выход устройства
15 связан с входом индикатора 17. Дополнительно в состав устройства введены управляемый коммутатор 7 и магазин сопротивлений 8, причем второй выход таймера 3 соединен с входом генератора 6, третий выход таймера 3 связан с первым входом коммутатора 7, второй вход которого связан с выходом генератора 6, выход коммутатора 7 связан с входом магазина сопротивлений 8, выход которого связан с входом пускателя 9. Выходные клеммы пускателя 9 измерительными кабелями 9а и 9б через металлические спуски 10 и 14 соединены с рельсом 2 и консолью 18 опоры 19. Между спусками 10 и 14 установлен искровой промежуток 11. Пускатель 9 связан с четвертым выходом таймера 3.
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.
ЭТ
ЭТ
1
K
1
K
Формируют цепь изменения, которая соответствует определенной полярности воздействующего импульса испытательного напряжения на исследуемую цепь заземления опоры, например, положительной полярности. С этой целью выход «плюс» пускателя 9 измерительным кабелем 9а соединяют с металлическим спуском 10, который соединен с рельсом 2, а выход «минус» пускателя 9 измерительным кабелем 9б соединяют с металлическим спуском 14, который соединен с консолью 18 опоры 19. Между спусками 10 и 14 установлено защитное устройство, искровой промежуток или диодный заземлитель. После монтажа схемы измерений пускателем 9 коммутируют выход устройства на сопротивление контролируемой цепи заземления железобетонной опоры 19, составляющими элементами которого является сопротивление 1 между арматурой опоры 13 и рельсом 2, и сопротивление 16 между консолью 18 опоры 19 и арматурой опоры 13. Коммутация пускателя 9 инициирует подключение таймера 3 к управлению работой устройства, по команде которого конденсатор С генератора 6 внутренним источником заряжают до заданного напряжения. Коммутатор 7 по команде таймера 3 подсоединяет последовательно выходу генератора 6 нагрузочный резистор Rн из магазина сопротивлений 8, после чего конденсатор генератора 6 разряжают на сопротивление цепи заземления опоры через находящийся в нормально замкнутом состоянии пускатель 9 и выбранный коммутатором 7 резистор Rн из магазина сопротивлений 8. Вольтметром 5 измеряют динамику снижения напряжения на выходе генератора 6 вследствие разряда его выходного конденсатора на сопротивление исследуемой цепи, равного сумме сопротивлений 1, 16 и резистора Rн магазина сопротивлений 8. Таймером 3 измеряют длительность разряда конденсатора С генератора 6 при снижении на нем напряжения от амплитудного напряжения U до заранее заданного из диапазона 0≤U<U значения напряжения U, при достижении которого срабатывает пороговый элемент 4. По команде порогового элемента 4 таймер 3 прекращает измерение времени t, а измеренное им значение времени t поступает на вход преобразователя 12, где согласно ранее определенной зависимости, его преобразуют в значение входного сопротивления исследуемой цепи заземления опоры
(группы опор) плюс сопротивление нагрузочного резистора Rн из магазина сопротивлений 8. С выхода преобразователя 12 измеренное значение сопротивления поступает на вход устройства 15, где его заносят в энергонезависимую память. При состоянии пускателя 9 в нормально замкнутом положении по команде таймера 3 последовательно во времени коммутатор 7 подключает к выходу генератора 6 нагрузочные резисторы из магазина сопротивлений 8 и количество выполненных устройством в едином цикле измерений равно количеству эталонных резисторов в магазине сопротивлений.
После завершения первого цикла измерений пускатель 9, по команде таймера 3, переводят в нормально разомкнутое состояние, все результаты измерений заносят в энергонезависимую память устройства 15, а на индикаторе 17 устройства появляется сообщение о завершении цикла измерений. Измерительные кабели переключают: кабель 9а подключают к спуску 10, а кабель 9б подключают к спуску 14. Пускателем 9 выполняют коммутацию устройства на исследуемую цепь заземления опоры 19. Как и при предыдущей полярности испытательного напряжения, таймер задает последовательность действий, выполняемых устройством, которая аналогична приведенной выше, в том числе и процедура занесение результатов измерений в энергонезависимую память устройства 15. Программными средствами устройства 15 производят обработку данных для каждого циклов измерений (при положительной и отрицательной полярности импульса испытательного напряжения), а конечный результат обработки полученных данных выводят на дисплей в виде графических зависимостей.
На фиг.2 в качестве примера приведен результат, полученный при измерении с помощью устройства нелинейной характеристики входного сопротивления группы опор, состоящей из восьми опор, объединенных между собой тросом группового заземления.
1
1
1
Ход кривой зависимости величины протекающего по цепи заземления опоры тока I от величины приложенного напряжения U, т.е. ход зависимости I=f(U) на фиг.2, свидетельствует о том, что приложенном к группе опор напряжения в диапазоне 0<U≤400 В входное сопротивление группы опор незначительно уменьшается. При U>400 В наблюдается резкое снижение сопротивления Rгр от Rгр=307 Ом при U=400 B до Rгр=58,80 м при U=500 B.
Введение в устройство магазина сопротивлений 8 и коммутатора 7, установление новых связей между функциональными узлами устройства, значительно расширили функциональные показатели устройства, с помощью которого предоставляется возможность выполнять регламентные обследования опор контактной сети и проводить изучение электрофизических характеристик цепи заземления опор контактной сети.
Установка на выходе генератора импульсного напряжения магазина эталонных емкостей расширяет функциональные возможности устройства, так как предоставляет возможность
изучать зависимость электрофизических характеристик цепи заземления железобетонных опор от энергии, внесенной в контролируемую цепь.
Функциональные и диагностические возможности устройства расширяются, если при обследовании групп опор дополнительно, как это реализовано в заявке №2008108803/22(009525), использовать оснащенный магнитной антенной второй блок, дистанционно связанный с защищаемым устройством посредством электромагнитного поля. При размещении второго блока на поверхности опоры, входящей в объединенную заземляющим тросом группу, производится измерение сопротивления опоры без ее отсоединения от заземляющего троса при изменении в широких пределах величины приложенного к опоре через трос группового заземления испытательного напряжения с выхода предлагаемого устройства.