УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ СТЫКОВ В РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЯХ НА УЧАСТКАХ С ЭЛЕКТРОТЯГОЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано при техническом обслуживании рельсовых цепей.
Известно устройство для измерения сопротивления изолирующих стыков в рельсовых цепях, в котором отстройка от цепей, шунтирующих измеряемое сопротивление изолирующего стыка, осуществлялась за счет использования синусоидального сигнала ультразвуковой частоты, вырабатываемого специальным генератором [1]. Однако уже при сопротивлении изоляции рельсовой линии меньше 10 Ом·км и использовании испытательного сигнала частотой 80 кГц погрешность измерения сопротивления изолирующих стыков в наиболее интересном для практики диапазоне 20-100 Ом может достигать 80%. В рельсовых цепях с дроссель трансформаторами такие приборы вообще неработоспособны.
Известно также устройство для измерения сопротивления изолирующих стыков рельсовых цепей, которое обеспечивает получение требуемой точности измерения в любых рельсовых цепях [2]. Однако это устройство имеет относительно сложную схему из-за необходимости использования специального генератора испытательного сигнала и дополнительного канала измерения, обеспечивающего отстройку от токов испытательного сигнала, уходящих в электрические цепи, подключенные параллельно измеряемому стыку.
Нижний предел сопротивления изолирующих стыков по условиям исключения взаимного влияния смежных рельсовых цепей находится в пределах 20-50 Ом [3]. На участках с электрической тягой переменного тока в настоящее время используются дроссель-трансформаторы типов ДТ-1-150 и ДТ-1-300, у которых сопротивление основной обмотки тяговому току частотой 50 Гц составляет 1,0 Ом. При уменьшении сопротивления изолирующего стыка до 100-20 Ом в него ответвляется соответственно от 0,9 до 4,76% переменного тягового тока, протекающего по рельсовой нити, и этот ток через стык вполне можно использовать как испытательный сигнал.
Ответвление переменного тягового тока в цепь через изолирующий стык с пониженным сопротивлением вызывает появление дополнительной асимметрии тягового тока в рельсовой линии и в основных обмотках дроссель-трансформаторов. Эта асимметрия создает помехи от тягового тока на работу подключаемой к дроссель-трансформаторам аппаратуры рельсовых цепей, а также увеличивает асимметрию сопротивлений рельсовых нитей, разделяемых таким изолирующим стыком. В результате растут помехи от тягового тока и на приемники локомотивные приемники АЛСН [4]. Поэтому с точки зрения мешающего влияния переменного тягового тока на работу рельсовых цепей и АЛСН необходим контроль асимметрии тягового тока, создаваемой изолирующими стыками с пониженным сопротивлением.
Техническим результатом является обеспечение контроля асимметрии переменного тягового тока в секциях основных обмоток дроссель-трансформаторов и в рельсовой линии в районе изолирующих стыков, разделяющих рельсовые цепи, и упрощение схемы устройства.
Сущность полезной модели состоит в том, что устройство контроля дополнительно снабжено индикатором и двумя выпрямительными элементами, вход одного из которых через усилитель напряжения соединен с приемной катушкой индуктивности, а выход его подключен к первому входу первого делителя напряжений и ко второму входу второго делителя напряжений; вход другого выпрямительного элемента контактами подключается к рельсам по разные стороны от изолирующего стыка, а выход этого элемента подключен ко второму входу первого делителя напряжений и к первому входу второго делителя напряжений; выходы делителей напряжений подключены каждый к соответствующему индикатору.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для контроля состояния изолирующих стыков в рельсовых цепях на участках с электротягой переменного тока.
Устройство содержит индикатор величины коэффициента асимметрии тягового тока 1, подключенный к выходу первого делителя напряжения 2, и индикатор величины сопротивления изолирующего стыка 3, подключенный к выходу второго делителя напряжения 4. Первый вход первого делителя напряжения 2 подключен к выходу первого выпрямительного элемента 5 и ко второму входу второго делителя напряжения 4, а второй вход первого делителя напряжения 2 соединен с выходом второго выпрямительного элемента 6 и с первым входом второго делителя напряжения 4.
Вход первого выпрямительного элемента 5 через усилитель 7 соединен с приемной катушкой 8, связанной индуктивно с рельсом. Вход второго выпрямительного элемента 6 подключается контактами 9 и 10 к рельсовой нити 11 по разные стороны от контролируемого изолирующего стыка 12 в местах, где к рельсам подключаются дроссельные перемычки дроссель-трансформаторов 13 и 14. Приемная катушка индуктивности 8 располагается на рельсе между точкой подключения к нему контакта 9 и изолирующим стыком 12.
Аппаратура рельсовых цепей 15 и 16 подключается к дополнительным обмоткам дроссель-трансформаторов соответственно 13 и 14. Другая рельсовая нить 17 разделяется электрически изолирующим стыком 18.
Устройство работает следующим образом.
Если сопротивление изолирующего стыка 12 понижено, то при установке на рельс измерительной катушки 8 и подключении к рельсам контактов 9, 10 появляются напряжения на входах и выходах соответственно первого и второго выпрямительных элементов, а также усилителя 7. Коэффициент усиления усилителя 7 подбирается так, чтобы напряжения на выходах выпрямительных элементов 5 и 6 соответствовали фактическим измеряемым значениям соответственно тока через изолирующий стык  и падения напряжения на нем .
При делении выходного сигнала второго выпрямительного элемента 6 на выходной сигнал первого выпрямительного элемента 5 посредством второго делителя напряжения 4 величина напряжения на его выходе в соответствии с законом Ома будет пропорциональна величине сопротивления  изолирующего стыка 12. Второй индикатор 3 градуируется так, чтобы его показания соответствовали величине этого сопротивления.
Падение напряжения на изолирующем стыке  равно также произведению тока , текущего через верхние на рисунке половины основных обмоток дроссель-трансформаторов 13 и 14, подключенных по разные стороны изолирующего стыка 12, на сумму сопротивлений этих половин основных обмоток. С другой стороны, эта сумма сопротивлений численно равна сопротивлению основной обмотки дроссель-трансформатора тяговому току . Следовательно, сигнал на выходе первого делителя напряжения 1 получается сигнал, равный отношению
ДТ
Но поскольку, как уже отмечалось, Z=1,0 Ом, то сигнал на выходе первого делителя напряжения 2 просто пропорционален отношению /. Эта величина характеризует относительный вклад неисправного изолирующего стыка в величину асимметрии тягового тока в рельсовой линии.
Шкалу первого индикатора 1 можно отградуировать в процентах, и он будет показывать с достаточной для практических целей точностью величину коэффициента асимметрии тягового тока в зоне изолирующих стыков, вызванную предотказным состоянием одного из стыков.
При исправном другом изолирующем стыке 18 величина коэффициента асимметрии тягового тока равна
Следовательно, для количественной оценки этого вклада надо в знаменателе учитывать величину тягового тока ; протекающего в рельсовой нити 11, т.е. необходимо в формуле (1) брать отношение /. Однако в наиболее интересном для диагностики состояния изолирующего стыка диапазоне изменения его сопротивления от 100 до 20 Ом величина тягового тока через стык  изменяется в диапазоне 0,9-4,76% от тягового тока , текущего в обход изолирующего стыка через половины основных обмоток дроссель-трансформаторов. Поэтому погрешность оценки вклада неисправных изолирующих стыков в асимметрию тягового тока рельсовой линии по отношению / вместо отношения / находится в пределах от 0,5% при сопротивлении изолирующего стыка 100 Ом до 2,6% при величине этого сопротивления 20 Ом.
На горных участках, при движении тяжеловесных поездов и в районах подключения к рельсам отсасывающих линий тяговых подстанций переменный тяговый ток в рельсовых нитях может достигать 700-800 и более ампер [4]. Следовательно, при сопротивлении изолирующего стыка 20 Ом асимметрия переменного тягового тока может превышать в таких местах 19 А, тогда как асимметрия переменного тягового тока в 12 А считается в настоящее время верхним допускаемым пределом.
Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает контроль предотказного состояния изолирующих стыков на участках с электротягой переменного тока как с точки зрения взаимного мешающего влияния через них смежных рельсовых цепей, так и с точки зрения мешающего влияния возникающей при этом асимметрии тягового тока на работу локомотивных устройств АЛСН. Предложенное устройство, по сути, является устройством для неразрушающего контроля состояния электрического сопротивления изолирующих стыков в рельсовых цепях.
Проверка заложенных в работу устройства принципов на лабораторном макете подтвердила выполнение устройством требуемых функций и показала его работоспособность.
Литература
1. Соболев Ю.В. Принципы построения комплекса путевых преобразователей для АСУ промышленным транспортом (теория, разработка и внедрение). Автореф. дис. на соиск ученой степ. докт. техн. наук. Хрьков, ХИ-ИТ. 1983. - 46 с.
2. А.с. на изобретение №1423446 (СССР) Устройство для измерения сопротивления изолирующих стыков рельсовых цепей / Шаманов В.П., Михалдык В.П. и др. Бюл. изобретений, 1988, №34. - С.97.
3. Шаманов В.И. Математическое моделирование взаимного влияния рельсовых трактов передачи через разделительные стыки // Деп. в ЦНИИ-ТЭИ МПС. - М.: 1988. - №4297. - 19 с.
4. Шаманов В.И. Помехи и помехоустойчивость автоматической локомотивной сигнализации. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2005. - 236 с.