СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ РЕЛЬСОВОЙ ЛИНИИ Российский патент 2001 года по МПК G01R27/16 G01R27/18 

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано для измерения сопротивления изоляции рельсовой линии.

Известен способ измерения сопротивления изоляции рельсовых линий, заключающийся в том, что измеряют токи, напряжения и углы сдвига фаз между ними в начале рельсовой цепи при холостом ходе и коротком замыкании, вычисляют входные сопротивления Z_хх и Z_кз, а по ним - волновое сопротивление Z_в, коэффициент распространения γ, и по формуле r_и = Z_в/γ вычисляют сопротивление изоляции рельсовых линий [1].

Недостатком данного способа является значительные погрешности измерения при больших затуханиях в рельсовых линиях, что имеет место в реальных условиях.

Известен также способ измерения сопротивления изоляции рельсовых линий, при котором в рельсовую линию на одном ее конце подают сигнал переменного тока, на том же конце рельсовой линии измеряют напряжение U₀, на расстоянии 0.5 км - U_0.5, и затем сопротивление изоляции определяют согласно математическому выражению [2]

Z_р - удельное сопротивление рельсов,
ϕ_p - аргумент сопротивления рельсов.

Недостатком данного способа является требование однородности сопротивления изоляции рельсовых линий по всей ее длине, так как от нее зависит точность вычисления, а также субъективность результатов измерения, так как измерения проводятся вручную непосредственно на рельсовой линии.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности измерений, измерения первичных параметров рельсовой линии за счет интерполяции сопротивления изоляции рельсовой линии.

Для решения поставленной цели необходимо измерение первичных параметров (сопротивление изоляции) рельсовых линий, для чего использована идея предварительной интерполяции величин сопротивления изоляции рельсовых линий с выбором узлов интерполяции, включающих предельные значения сопротивления изоляции, и в последующем, используя интерполяционную формулу с найденными коэффициентами, дистанционно определять фактическое сопротивление изоляции рельсовых линий.

Данный принцип известен в теории распознавания образов, но впервые применен при измерении первичных параметров рельсовых линий [3].

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в рельсовую линию на одном ее конце подают сигнал переменного тока, на другом конце рельсовой линии предварительно измеряют напряжения и сдвиг его фазы не менее чем при четырех состояниях сопротивления изоляции рельсовой линии: U₂₁, ϕ₂₁ { R_из1(min)} ; U₂₂, ϕ₂₂ {R_из2}; U₂₃, ϕ₂₃ {R_из3}; U₂₄, ϕ₂₄ {R_из4(max}, причем два из которых предельные, и, решая систему алгебраических уравнений

где U₂₁, U₂₂, U₂₃, U₂₄, ϕ₂₁, ϕ₂₂, ϕ₂₃, ϕ₂₄- соответственно напряжения и сдвиги фаз напряжений при четырех состояниях сопротивления изоляции рельсовой линии, R_из1(min), R_из2, R_из3, R_из4(max) - соответствующие сопротивления изоляции рельсовой линии, причем R_из1(min), R_из4(max) - предельные значения сопротивления изоляции рельсовой линии, определяют коэффициенты K₀, K₁, K₂, K₃, а затем, измеряя текущее значение напряжения и сдвига фазы напряжения U₂, ϕ₂, определяют фактическую величину сопротивления изоляции рельсовой линии по формуле R_иф = K₀ + K₁U₂ + K₂ϕ₂ + K₃U₂ϕ₂.
За счет использования уровня и сдвига фазы напряжения на выходе рельсовой линии достигается объективность оценки и точность определения величины сопротивления изоляции рельсовой линии, так как уровень напряжения и его сдвиг фазы при свободном состоянии рельсовой линии напрямую зависит от величины сопротивления изоляции, и они являются информативными признаками, характеризующими состояние сопротивления изоляции. Измерение уровня напряжения и сдвига его фазы возможно на посту электрической централизации или в релейных шкафах, что позволяет обеспечить дистанционность измерения текущей величины сопротивления изоляции.

Определение коэффициентов K₀, K₁, K₂, K₃ необходимо и достаточно для повышения точности и достоверности определения текущего значения сопротивления изоляции рельсовой линии.

Применение предложенных приемов и операций дает следующие преимущества по сравнению с известными способами измерения первичных параметров рельсовых линий и обладает "новизной" и "изобретательским уровнем".

Из-за того что фактическое сопротивление изоляции определяют по иинтерполяционной формуле R_иф = K₀ + K₁U₂ + K₂ϕ₂ + K₃U₂ϕ₂, имеющей возможность добавления дополнительных членов (квадратов, кубов и т.д.), появляется возможность достижения требуемой точности определения величины фактического сопротивления изоляции рельсовой линии. Благодаря тому что предварительно можно сделать не четыре, а гораздо большее количество измерений сопротивления изоляции и соответствующих им уровней напряжений и сдвига фаз известными способами, можно существенно увеличить количество узловых точек интерполяционной формулы, что также позволяет увеличить точность определения величины сопротивления изоляции. Измерением величины уровня напряжения и сдвига его фазы непосредственно с поста электрической централизации обеспечивается дистанционность вычисления фактической величины сопротивления изоляции.

На чертеже показана функциональная схема примера реализации предлагаемого способа измерения первичных параметров рельсовых линий.

Способ осуществляется следующим образом.

На выходном конце рельсовой линии циклически измеряется уровень напряжения и сдвиг его фазы. Эта информация поступает, как например, в арифметическое решающее устройство, которое по интерполяционной формуле R_иф = K₀ + K₁U₂ + K₂ϕ₂ + K₃U₂ϕ₂ вычисляет фактическую величину сопротивления изоляции и выводит информацию на узел индикации. Коэффициенты K₀, K₁, K₂, K₃ - предварительно единожды определяют следующим образом. Априорно измеряют на выходе рельсовой линии величину уровня напряжения, сдвиг фазы и соответствующее им сопротивление изоляции. По полученным данным, решая систему уравнений методом Гаусса, определяют коэффициенты. При этом в измеряемом диапазоне изменения сопротивления изоляции обязательно включают значение напряжения и сдвиг его фазы при предельных значениях сопротивления изоляции, то есть R_изmin и R_изmax. Чем большее количество измерений, тем точнее формула интерполяции. Система уравнений имеет вид

Если измеренных значений U₂ и ϕ₂ при соответствующих R_из гораздо больше, чем число коэффициентов K₀ - K₃, то решение системы уравнений или определение коэффициентов K₀ - K₃ осуществляется по известному правилу
A^T • A • K = A^T • R_из,
где A - матрица, составленная из измеренных значений U₂ и ϕ₂, а A^T - транспонированная матрица A. K - матрица искомых коэффициентов, R_из - матрица сопротивлений изоляции, соответствующих матрице A. Увеличение числа коэффициентов в формуле интерполяции, по которой определяется величина сопротивления изоляции, приводит к повышению точности определения фактической величины сопротивления изоляции.

Применение представленной формулы без квадратных и кубических членов позволяет измерить фактическое сопротивления изоляции точностью до 1% при длине рельсовой цепи 1 км и диапазоне изменения сопротивления изоляции от 0.25 до 50 Ом•км.

Пример реализации способа.

Способ может быть реализован, например, в виде следующего устройства, содержащего источник питания 1, вход которого соединен к сети переменного тока 2, а выход к одному концу рельсовой линии 3, к другому концу которой подключен измеритель уровня напряжения 4 и один из входов измерителя сдвига фаз 5, другой вход которого подключен к сети переменного тока 2, а выход к одному входу арифметического решающего устройства с узлом индикации 6, другой вход устройства с узлом индикации 6 подсоединен к выходу измерителя уровня напряжения 4.

Технически источник питания может быть реализован в виде стандартного, применяемого на железнодорожном транспорте питающего трансформатора ПОБС или преобразователя частоты ПЧ 50/25; измеритель уровня напряжения - в виде аналого-цифрового преобразователя; измеритель сдвига фаз - в виде триггера и счетчика импульсов с встроенным кварцевым генератором; арифметическое решающее устройство - в виде микропроцессора или микроконтроллера с внутренней памятью и узлом индикации.

Применение предлагаемого способа измерения первичных параметров рельсовых линий, в частности сопротивления изоляции, с помощью интерполяционной формулы имеет по сравнению с существующими способами следующие технико-экономические преимущества:
- повышается точность измерения сопротивления изоляции за счет рационального выбора узлов интерполяции;
- обеспечивается дистанционность измерения сопротивления изоляции непосредственно с поста электрической централизации за счет измерения изменения уровня напряжения и сдвига его фазы на релейном конце, непосредственно у путевого реле;
- повышается культура обслуживания напольных устройств автоматики и телемеханики за счет непрерывного измерения фактического сопротивления изоляции и ведения электронного журнала измерений фактического значения сопротивления изоляции без участия человека;
- появляется возможность выявления предотказного состояния устройств автоматики и телемеханики за счет круглосуточного измерения и фиксации динамики изменения сопротивления изоляции.

Использованные источники информации:
1. Дмитренко И.Е. и др. Измерения в устройствах автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1982, с. 10 - 104.

2. Брылеев А.М. и др. Теория, устройство и работа рельсовых цепей. - М.: Транспорт, 1978, с. 42-44 (прототип).

3. Дж. Ту, Гонсалес Р. Принцип распознавания образов. - М.: Мир, 1978, с. 62-66.

Изобретение может быть использовано для измерения сопротивления изоляции рельсовой линии. Способ измерения сопротивления изоляции рельсовой линии заключается в том, что в рельсовую линию на одном ее конце подают сигнал переменного тока, а на другом конце рельсовой линии предварительно измеряют напряжение и сдвиг его фазы не менее чем при четырех состояниях сопротивления изоляции рельсовой линии, причем два из которых предельные, и, решая систему алгебраических уравнений

где U₂₁, U₂₂, U₂₃, U₂₄, ϕ₂₁, ϕ₂₂, ϕ₂₃, ϕ₂₄- соответственно напряжения и сдвиги фаз напряжений при четырех состояниях сопротивления изоляции рельсовой линии, R_из1(min), R_из2, R_из3, R_из4(max) - соответствующие сопротивления изоляции рельсовой линии, причем R_из1(min), R_из4(max) - предельные значения сопротивления изоляции рельсовой линии, определяют коэффициенты К₀, К₁, К₂, К₃, а затем, измеряя текущее значение напряжения и сдвига фазы напряжения U₂, ϕ₂, определяют фактическую величину сопротивления изоляции рельсовой линии по формуле
R_иф= K₀+K₁U₂+K₂ϕ₂+K₃U₂ϕ₂.
Технический результат заключается в повышении точности измерения. 1 ил.

Способ измерения сопротивления изоляции рельсовой линии, заключающийся в том, что в рельсовую линию на одном ее конце подают сигнал переменного тока, отличающийся тем, что на другом конце рельсовой линии предварительно измеряют напряжения и сдвиг его фазы не менее чем при четырех состояниях сопротивления изоляции рельсовой линии: U₂₁, ϕ₂₁ {R_из1(min)}; U₂₂, ϕ₂₂ {R_из2}; U₂₃, ϕ₂₃ {R_из3}; U₂₄, ϕ₂₄ {R_из4(max)}, причем два из которых предельные, и, решая систему алгебраических уравнений

где U₂₁, U₂₂, U₂₃, U₂₄, ϕ₂₁, ϕ₂₂, ϕ₂₃, ϕ₂₄ - соответственно напряжения и сдвиг фазы напряжения при четырех состояниях сопротивления изоляции рельсовой линии;
R_из1(min), R_из2, R_из3, R_из4(max) - соответствующие сопротивления изоляции рельсовой линии, причем R_из1(min), R_из4(max) - предельные значения сопротивления изоляции рельсовой линии определяют коэффициенты К₀, К₁, К₂, К₃,
а затем, измеряя текущее значение напряжения и сдвига фазы напряжения U₂, ϕ₂, определяют фактическую величину сопротивления изоляции рельсовой линии по формуле
R_иф= K₀+K₁U₂+K₂ϕ₂+K₃U₂ϕ₂.