СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ КОНСОЛИ ПОДВЕСКИ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА ОТНОСИТЕЛЬНО МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ АРМАТУРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ОПОРЫ КОНТАКТНОЙ СЕТИ Российский патент 2009 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для профилактического контроля состояния изоляции консоли от металлической арматуры железобетонной опоры контактной сети электрифицированной железной дороги.

Безопасность движения на участках постоянного тока электрифицированных железных дорог в значительной степени определяется надежностью функционирования железобетонных опор контактной сети и, в первую очередь, коррозионным состоянием металлической арматуры в их подземной части, зависящим от величины сопротивления цепи заземления опоры R₀. Сопротивление R₀, в общем случае, определяется суммой последовательно включенных сопротивлений «рельс-грунт-защитный слой бетона фундаментной части-арматура опоры-изолирующая синтетическая втулка в крепежном отверстии опоры-консоль и детали ее крепления на опоре-заземляющий проводник-рельс».

Сопротивление R₀ у новых опор, при измерениях в сухую погоду, должно быть не менее 10000 Ом, и его значение практически полностью определяется сопротивлением синтетических втулок, которые устанавливаются на крепящие консоль на опоре болты, изолируя их от арматуры опоры. Остальные составляющие сопротивления цепи заземления опоры в сумме не превышают 20-60 Ом, и при обследовании контроль состояния цепи заземления железобетонных опор сводится к контролю состояния изолирующих втулок (R_ВТ≈R₀). При эксплуатации за счет естественного старения сопротивление R_ВТ снижается, а величина R₀<100 Ом свидетельствует об их полном разрушении. Опоры с R₀≤100 Ом переводят в разряд низкоомных (электрокоррозионноопасных) и оснащают дополнительными средствами защиты арматуры от коррозионного разрушения.

Известен способ контроля состояния изоляции консоль-арматура по результатам измерения сопротивления R₀ цепи заземления железобетонных опор методом «амперметра-вольтметра» (Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети (К-146-2002) / МПС РФ - М.: Трансиздат, 2003, с.12), включающий измерение сопротивления R₀, в котором между рельсом и консолью опоры подключают генератор испытательного напряжения постоянного или переменного тока. Измеряют величину напряжения при непрерывном во времени его приложении, измеряют вызванный этим напряжением ток, протекающий в исследуемой цепи, а величину сопротивления вычисляют через отношение величины измеренного напряжения к измеренной величине тока, вызванного этим напряжением в контролируемой цепи (ЦЭ №197-5/1-2. Технологические карты на работы по содержанию и ремонту устройств контактной сети электрифицированных железных дорог. Книга II «Техническое обслуживание и текущий ремонт», глава 1.2. «Диагностические испытания и измерения» - М.: МПС, Департамент Э и Э-1999, 427 с.).

Указанный способ контроля состояния изоляции консоль-арматура по результатам измерения сопротивления R₀ цепи заземления железобетонных опор, реализуемый различными устройствами (приборами «Поиск», Ф4103, ПК-1М и пр.), обладает общими для них недостатками, приводящими к значительной погрешности измерения сопротивления R₀, вызванной следующими причинами:

1. Способ измерения сопротивления R₀ реализован в указанных устройствах с использованием генераторов мощности или тока, величина выходного (измерительного) напряжения которых зависит от номинального значения резистора, подключенного к их измерительному входу (Таблица 1).

2. Практическая реализация способов измерения сопротивления R₀ происходит в условиях воздействия на измерительный вход приборов наведенных потенциалов, в ряде случаев превышающих по величине в десятки раз выходное (измерительное) напряжение приборов.

Таблица 1
Зависимость величины выходного (измерительного) напряжения прибора от номинального значения сопротивления резистора, подключенного к его измерительному входу Средство измерений (тип приборов) Номинальное значение сопротивления резистора Rэт, подключенного к измерительному входу прибора, R, Ом 30000 10000 1000 100 50 25 Выходное (измеренное) напряжение прибора, U, В Ф4103 40,0 20,0 2,0 0,2 0,1 0,05 ПК-1М 7,0 7,0 6,5 3,0 2,0 1,0 «Поиск» 150 150 45 15 7,5 3,7 ИСО-1М3 3,0 56,0 56,0 54,3 52,6 49,3

Данные таблицы 2 указывают на снижение показателя величины сопротивления R₀ при увеличении выходного (измерительного) напряжения прибора (что свидетельствует о нелинейной зависимости сопротивления изоляции R₀ консоль-арматура от величины приложенного испытательного напряжения).

Таблица 2
Результаты измерений сопротивления цепи заземления опоры №92, установленной на перегоне Юность-Сибирская Западно-Сибирской железной дороги Средство измерений (тип приборов) Измеренное значение выходного напряжения прибора, Uвых, В Показание прибора при измерении сопротивления цепи заземления опоры, R₀, Ом Оценка состояния изоляции консоли от арматуры опоры Ф4103 0,5 250 Удовлетворительное ПК-1М 4,0 165-230 Удовлетворительное «Поиск» 15,0 <100 Неудовлетворительное ИСО-1М3 53,5 74 Неудовлетворительное

Наиболее близким заявляемому способу по технической сущности является способ контроля состояния изоляции консоль-арматура по результатам измерения сопротивления R₀ цепи заземления железобетонных опор контактной сети, реализованный в устройстве (Руководство по эксплуатации 3185.803.71492113.1-04РЭ. «Аппаратура для контроля состояния цепи заземления железобетонных опор контактной сети ИСО-1МЗ», г.Новосибирск) Технические Условия ТУ 3185.803.71492113.1-04. Внесена в Госреестр за №29798. Сертификат RU.C.34.007. A №21497), согласно которому между рельсом и консолью опоры подключают источник импульсного испытательного напряжения.

Импульс напряжения заданной величины от расположенного на выходе источника импульсного напряжения конденсатора известной электрической емкости С_ЭТ подается в испытуемую цепь. Таймером измеряют длительность спада напряжения на конденсаторе τ_РАЗ вследствие его разряда на сопротивление изоляции консоль - арматура от амплитудного значения U_ВЫХ до значения U_ВЫХ/е, где е - основание натурального логарифма. Величина сопротивления R₀ вычисляется по следующему выражению: R₀=τ_РАЗ/С_ЭТ.

Аппаратура ИСО-1М3 выполнена на основе источника импульсного напряжения с заданной величиной выходного сопротивления R_ВЫХ=3,0 Ом, выбранное номинальное значение которого в отличие от аналогов обеспечивает практически неизменную величину выходного (испытательного) напряжения аппаратуре ИСО-1М3, в том числе и для нагрузки, номинальное значение сопротивления которой находится в области дефектировочного значения сопротивления R₀≤100 Ом (Таблица 1 и Таблица 2, ИСО-1М3).

Данный способ при выходном сопротивлении источника импульсного напряжения аппаратуры ИСО-1М3 R_ВЫХ=3,0<<100 Ом практически полностью исключает влияние на величину выходного (измерительного) напряжения, подключенного к измерительному входу сопротивления цепи заземления опоры во всем представляющем практический интерес диапазоне изменения сопротивления R₀ (Таблица 1 и Таблица 2). К недостаткам способа следует отнести его ненадежность, обусловленную нелинейной зависимостью сопротивления изоляции консоль-арматура от величины приложенного испытательного напряжения, в результате чего оказывается невозможным выявить опоры, у которых условие R₀<100 Ом выполняется при напряжениях, превышающих выходное напряжение источника импульсного напряжения U_ВЫХ=56 В. А это сохраняет опасность коррозионного разрушения арматуры у невыявленных при обследовании опор, электрокоррозионная опасность которых проявляется при эксплуатационных напряжениях U>56 В.

Задачей данного изобретения является повышение надежности способа контроля состояния изоляции консолей подвески контактного провода относительно металлической арматуры железобетонных опор контактной сети путем повышения точности измерения величины R₀ сопротивления изоляции консолей подвески контактных проводов относительно металлической арматуры железобетонных опор контактной сети электрифицированной железной дороги.

Поставленная задача реализована в способе контроля состояния изоляции консоли подвески контактного провода относительно металлической арматуры железобетонной опоры контактной сети, осуществляемого путем измерения сопротивления (R₀) цепи заземления железобетонных опор, сравнения его с нормативной величиной и выявления электрокоррозионноопасных опор при величине измеренного сопротивления ниже нормативной величины (R₀<100 Ом), включающем подключение в измерительную цепь между рельсом и консолью опоры источника импульсного напряжения, содержащего конденсатор с заданной электрической емкостью, измерение длительности спада фиксированной величины U_ВЫХ напряжения на конденсаторе вследствие его разряда на сопротивление изоляции консоль-арматура до значения U_ВЫХ/е, где е - основание натурального логарифма, вычисление сопротивления изоляции консоль-арматура согласно выражению R₀=τ_РАЗ/С_ЭТ, благодаря тому, что подключают источник импульсного напряжения с сопротивлением U_ВЫХ<<100 Ом, подают испытательное напряжение в одном технологическом цикле в виде последовательности отличающихся по амплитуде импульсов, амплитуда которых не превышает допустимой величины испытательного напряжения изоляции консоль-арматура опоры, вычисляют соответствующее каждому импульсу напряжения сопротивление изоляции консоль-арматура, вычисленные значения сопротивления представляют в виде графической зависимости на дисплее микропроцессорного блока измерения, оценивают состояние изоляции по результатам сравнения всех полученных значений сопротивлений с нормативной величиной.

Подключение к испытуемой цепи консоль подвески контактного провода-металлическая арматура железобетонной опоры источника с выходным сопротивлением U_ВЫХ<<100 Ом позволяет повысить точность измерений сопротивления цепи заземления опоры R₀, осуществляемых в едином технологическом цикле, при последовательном во времени приложении к изоляции изменяющихся по амплитуде импульсов испытательного напряжения, превосходящих по величине электромагнитные помехи, исключая их влияния на результат измерений сопротивления R₀.

На фиг.1 представлена схема подключения измерительного устройства в исследуемую сеть.

На фиг.2, 3, 5 и 6 приведены эпюры испытательного напряжения.

На фиг.4 приведены кривые зависимости сопротивления изоляции консоль-арматура от амплитуды импульса испытательного напряжения.

Способ измерения сопротивления изоляции консоли от арматуры железобетонной опоры контактной сети электрифицированной железной дороги реализуется следующим образом.

К рельсовому пути 1 и консоли 15 присоединен через спуски 2, 7 установленный на выходе источника импульсного напряжения конденсатор 4 известной электрической емкости С_ЭТ. Консоль 15 изолирована от арматуры 9 опоры 16 изолирующими втулками 10. Конденсатор 4 внутренним источником 5 напряжения постоянного тока заряжается по показаниям вольтметра 3 до контролируемого процессором 12 уровня испытательного напряжения U_ВЫХ. После зарядки конденсатор 4 переключателем 8 коммутируется на спуски 2 и 7. Напряжение U_ВЫХ прикладывается к изолирующим втулкам 10, через сопротивление которых происходит разряд конденсатора. Длительность снижения τ_РАЗ напряжения на конденсаторе 4 от U_ВЫХ до U_ВЫХ/е измеряется таймером 13. Сопротивление R₀ вычисляется по известному соотношению

R₀=τ_РАЗ/С_ЭТ, его значение заносится в оперативную память 14 процессора 12. Аналогичная последовательность управляемых процессором 12 операций выполняется при воздействии на изоляцию консоль-арматура следующих далее, но отличающихся по амплитуде импульсов напряжения U_ВЫХ и вычисляется величина сопротивления цепи заземления опоры на каждом импульсе испытательного напряжения. Применяя ранее установленные критерии к вычисленным значениям сопротивления, программными средствами микропроцессора выполняются текущая и ретроспективная оценки состояния изоляции консоль-арматура опоры.

Выполнение на каждом импульсе условия R₀>10000 Ом свидетельствует о полном соответствии цепи заземления нормативным требованиям.

Снижение величины сопротивления при увеличении амплитуды импульсов испытательного напряжения с выполнением на каждом импульсе испытательного напряжения условия R₀>1000 Ом свидетельствует о старении синтетических втулок, но их состояние обеспечивает еще возможность дальнейшей эксплуатации опоры без дополнительных средств защиты (фиг.4, кривая 1).

Снижение сопротивления от R₀>100 Ом или от R₀>>100 Ом до R₀<100 Ом по мере увеличения амплитуды импульса испытательного напряжения свидетельствует о том, что синтетические втулки имеют серьезные разрушения, а между металлом арматуры опоры и крепящими консоль на опоре деталями существуют переходные слои бетона, окиси металла и (или) их смеси, которые электрически пробиваются при приложении напряжения U_ВЫХ <500 В, что сопровождается резким снижением измеренной величины сопротивления консоль-арматура опоры (фиг.4, кривая 2).

Выполнение на каждом импульсе условия R₀<100 Ом (фиг.4, кривая 3) свидетельствует о том, что синтетические втулки разрушены, а крепящие консоль болты и арматура опоры находятся в соприкосновении. Для обеспечения безаварийной работы требуется оперативная установка на опоре средства дополнительной защиты арматуры от коррозионного разрушения.

Заявляемый способ может быть реализован при воздействии на изоляцию консоль-арматура опоры различного по величине, форме и последовательности приложения испытательного напряжения (фиг.2, 3, 5, 6).

Выполнение способа при воздействии на контролируемую цепь единичного импульса напряжения (фиг.6) амплитудой, соизмеримой, но не превышающей предельно допустимую величину испытательного напряжения изоляции консоль-арматура опоры, и при нелинейной зависимости сопротивления R₀ от величины испытательного напряжения позволяет выявить опоры, у которых признаки электрокоррозионной опасности (R₀<100 Ом) проявляются при воздействии напряжения, превосходящего по величине выходное напряжение (U_ВЫХ=56 В) источника импульсного напряжения используемого при реализации прототипа.

Применение заявляемого способа позволяет снизить влияние электромагнитных помех на результаты измерений, произвести более точную оценку состояния изоляции консоли от арматуры железобетонной опоры контактной сети, построить зависимость сопротивления консоли относительно арматуры железобетонной опоры, которая позволяет произвести ретроспективную оценку динамики изменения R₀ от времени эксплуатации опоры. Применение заявляемого способа снижает трудоемкость контроля состояния цепи заземления железобетонной опоры, поскольку результаты текущей и ретроспективной оценки ее состояния выводятся на дисплей через единицы секунд после начала измерений.

Результаты измерений, полученные в одном технологическом процессе, анализируют и выявляют характер изменения исследуемого сопротивления изоляции в зависимости от величины приложенного испытательного напряжения, выявляют низкоомные (электрокоррозионноопасные) опоры и принимают технические мероприятия по обеспечению защиты от коррозионного разрушения арматуры в подземной части выявленной опоры, оснащая ее средством защиты, например искровым промежутком 6 (фиг.1).

Способ может быть использован для профилактического контроля состояния изоляции консоли от металлической арматуры железобетонной опоры контактной сети электрифицированной железной дороги. Состояние изоляции определяется по величине сопротивления (R0) цепи заземления железобетонных опор. Измеренное сопротивление (R0) сравнивается с нормативной величиной, значение измеренного сопротивления ниже нормативной величины (R₀<100 Ом) свидетельствует о повреждении изоляции. Для измерения сопротивления в измерительную цепь между рельсом и консолью опоры подключают источник импульсного напряжения с выходным сопротивлением R<<100 Ом, содержащий конденсатор известной электрической емкости, заряженный внутренним источником напряжения до заданной величины, подают в исследуемую цепь последовательность отличающихся по амплитуде импульсов, величина амплитуды которых не превышает максимально допустимой величины испытательного напряжения изоляции консоли от арматуры, измеряют длительность спада фиксированной величины выходного U_вых напряжения на конденсаторе до значения U_вых/е, где е - основание натурального логарифма, вычисляют сопротивление изоляции консоль-арматура согласно выражению R₀=τ_рАз/С_эт для каждого импульса испытательного напряжения, по совокупности полученных значений судят о состоянии контролируемой изоляции. Изобретение обеспечивает повышение надежности способа контроля состояния изоляции консолей подвески контактного провода относительно металлической арматуры железобетонных опор контактной сети путем повышения точности измерения величины R₀ сопротивления изоляции консолей подвески контактных проводов относительно металлической арматуры железобетонных опор контактной сети электрифицированной железной дороги. 6 ил., 2 табл.

Способ контроля состояния изоляции консоли подвески контактного провода относительно металлической арматуры железобетонной опоры контактной сети, осуществляемый путем измерения сопротивления (R₀) цепи заземления железобетонных опор, сравнения его с нормативной величиной и выявления повреждения изоляции при величине измеренного сопротивления ниже нормативной величины (R₀<100 Ом), в котором в измерительную цепь между рельсом и консолью опоры подключают источник импульсного напряжения, содержащий конденсатор известной электрической емкости, заряженный внутренним источником напряжения до заданной величины, подают импульс испытательного напряжения в исследуемую цепь, измеряют длительность спада фиксированной величины выходного U_вых напряжения на конденсаторе до значения U_вых/e, где е - основание натурального логарифма, вычисляют сопротивление изоляции консоль-арматура согласно выражению R₀=τ_РАЗ/С_ЭТ, отличающийся тем, что подключают источник импульсного напряжения с выходным сопротивлением R<<100 Ом, испытательное напряжение подают в одном технологическом цикле в виде последовательности отличающихся по амплитуде импульсов, величина амплитуды которых не превышает максимально допустимой величины испытательного напряжения изоляции консоли от арматуры.