Система контроля за блуждающими токами Российский патент 2022 года по МПК H02B1/26 G01R19/00 

Заявленная система контроля за блуждающими токами (далее СКБТ) относится к области защиты от электрокоррозии сооружений и устройств транспортной отрасли (метрополитены, трамваи, железная дорога).

Из уровня техники системы контроля за блуждающими токами, включающие шкафы выявлено не было. Замер осуществляли в ручном режиме посредством мегомметра.

Задачей заявленной системы контроля за блуждающими токами является - автоматизированный непрерывный мониторинг и анализ потенциала рельса относительно земли и потенциала обделки тоннеля по отношению к внешней среде, сравнение полученных данных с нормативными требованиями объекта, выявление точного места утечки токов и передача информации о потенциальном месте пробоя изоляции.

Технический результат заключается в обеспечении автоматизированного непрерывного мониторинга и анализа потенциала рельса относительно земли и потенциала обделки тоннеля по отношению к внешней среде, сравнения полученных данных с нормативными требованиями объекта, выявления точного места утечки токов (блуждающих токов), дефектов изоляции для защиты от электрокоррозии сооружений, конструкций и устройств метрополитенов, трамваев, железных дорог, имеющих контакт с электрической средой (грунт, водные растворы, бетон), посредством выполнения электрических измерений с последующим сравнением результатов с показателями опасности электрокоррозии и передачи информации о потенциальном месте пробоя изоляции.

Заявленная система СКБТ (см. фиг. 1) включает шкафы для трех уровней передачи данных:

- нижний уровень (полевой) - шкаф «КИП» (контрольно-измерительный пункт). Основная задача шкафа КИП - это измерение потенциала рельса относительно земли и преобразование его в усиленный аналоговый сигнал 4-20 мА для возможности передачи на подстанционный уровень в шкаф САСД;

- средний уровень (подстанционный) - шкаф «САСД» (система автоматического сбора данных). Основная задача САСД - это получение аналогового сигнала от КИП-I и КИП-II, обработка и преобразование аналогового сигнала в цифровой, визуализация графиков на мониторе для локального доступа; Устанавливается базовое и специализированное программное обеспечение для возможности визуализации на мониторе

- верхний уровень (уровень оператора АРМ) - шкаф «ШК СКБТ» (шкаф коммутационный СКБТ). Основная задача - ШК СКБТ - это получение оптического сигнала от шкафа САСД и при помощи аппаратных средств, а также базового и специализированного программного обеспечения выполнять анализ и визуализацию измеряемых величин.

Создание данных шкафов, их комплектации, применение определенного базового и специализированного программного обеспечения и интеграция ПО в шкафы, в совокупности являются системой контроля за блуждающими токами, обеспечивающее работоспособность и надежность системы с целью выполнения вышеуказанной задачи и достижения вышеуказанного технического результата. Способ работы системы заключается в последовательном получении аналоговых сигналов потенциалов, преобразовании, обработке и анализе полученных сигналов с визуализацией результатов на верхнем уровне и демонстрацией на среднем подстанционном и верхнем АРМ уровне согласно разработанной схемы ниже (см. фиг. 1-24 и приложение).

Для построения системы в том числе созданы шкафы:

Шкаф КИП: на нижем уровне (разработанный шкаф КИП) (см. фиг. 1-24 и приложение - Общий вид КИП-I, КИП-II). КИП-I подключается к средней шине дроссель трансформатора и подключается к полосе заземления тоннеля посредством кабельного соединения сечением 2,5 мм. Получаемый потенциал рельс-земля составляет в диапазоне плюс/минус 100 В. Этот потенциал (электрический сигнал) с клеммы Х2:1, Х2:2 через автоматический выключатель SF2 приходит на вход (Input) 5,7 измерительного преобразователя А1. Данный преобразователь А1 преобразует (усиливает) полученный потенциал в диапазоне плюс минус 20 мА для возможности передачи аналоговым способом сигналы на расстояния до 1200 м до среднего уровня (подстанционный) САСД (тк перегоны тоннеля, путей значительные по протяженности). Для возможности сервисного обслуживания при плохой освещенности в шкафах КИП-Ι,ΙΙ, - предусмотрен светильник EL1 и сервисная розетка ЕХ1. После преобразования сигнал 20 мА с Output преобразователя А1 клеммы 13,15 (Х3:1; Х3:2) передается посредством кабельных линий (сечение выбирается исходя из конкретного расстояния, но не менее 2,5 мм) до входной клеммы шкафа САСД на подстанционном уровне. Питание 220 В шкафов КИП-Ι,ΙΙ осуществляется от шкафа САСД посредством кабельных линий.

Шкаф САСД: Аналоговые сигналы от КИП-1, II приходят в шкаф среднего уровня (подстанционный) САСД на модуль дискретных входов контроллера Simatic SP A1-U3 клеммы X10,11. Далее сигнал приходит на модуль центрального процессора Simatic SP CPU 1510SP-1 PN. Задача данного контроллера заключается в преобразовании дискретного сигнала в цифровой и передачи через коммутатор AU1 по оптическому протоколу по средствам оптоволоконной линии связи (A1-U1 на уровень шкафа ШК СКБТ (верхний уровень). Система включает каналы связи передачи от шкафа САСД до шкафа коммуникационного СКБТ по средствам стандартных линий связи объекта. Для установки программного обеспечения и визуализации результатов в шкафу предусмотрен встраиваемый безвентиляторный компьютер AS1 и сенсорный монитор диагональю 15'' расширением 1024×768.

На данный компьютер устанавливается базовое и специализированное программное обеспечение (см. Приложение спецификация шкафа САСД) посредством которого осуществляется анализ и выводятся результаты на монитор по полученным величинам. Осуществляется коммуникация с программным обеспечением верхнего уровня и обмен полученной информации с его визуализацией на мониторе. Шкаф САСД имеет блоки бесперебойного питания UG1, аккумуляторный модуль GB1 для обеспечения необходимого гарантийного питания контроллера. Предусмотрено освещение шкафа посредством светильника EL1, сервисной розетки ЕХ1. Полупроводниковые лампы: HL1 (зеленая) сигнализирует отключенное состояние шкафа, HL2 (красная) - сигнализирует включенное состояние. Внешний вид, спецификацию, схемы смотреть приложение - шкаф САСД.

Шкаф коммуникационный (ШК СКБТ): Оптический сигнал от шкафа САСД по линии связи объекта приходит через патч-панели ЕА1, ЕА2 в коммутатор AU1, AU2. Выполнена система с резервированием - состоящий из двух наборов аппаратных средств, взаимозаменяемых (основной АРМ, резервный АРМ). Базовое и специализированное программное обеспечение устанавливается во встраиваемый компьютер AS1, AS2, - визуализация, управление осуществляется посредством KBM-консоли с 18,5'' ЖК дисплеем. В данном шкафе предусмотрено источник бесперебойного питания ИБП 2200 BA GU1 для стабилизации напряжения и резервирования питания от аккумуляторных батарей. В шкафу установлен лазерный принтер Р1 для осуществления печати результатов анализа полученных величин и осциллограмм.

В совокупности вышеперечисленные разработанные шкафы их аппаратные средства и программное обеспечение составляют систему контроля за блуждающими токами. Изменение или исключения данной конфигурации, состава или протоколов связи нарушат интеграцию системы и ее работоспособность, направленную на обеспечение автоматизированного непрерывного мониторинга и анализа потенциала рельса относительно земли и потенциала обделки тоннеля по отношению к внешней среде, сравнения полученных данных с нормативными требованиями объекта, выявления точного места утечки токов и передача информации о потенциальном месте пробоя изоляции.

Разработанный общий вид (см. фиг. 1), электрические принципиальные схемы, спецификация каждого из шкафов приведены на фиг. 1-24 и в приложении. Аппаратные средства (компоненты) применены согласно Приложению для формирования шкафов по выполнению их задач. Базовое и специализированное программное обеспечение (далее «ПО») выбрано, согласно Приложению. Принципиальная схема СКБТ, связь между шкафами, протоколы и интерфейсы обмена данными приведены на. фиг. 1-24 и в приложении (структурная схема).

Пример осуществления представленной системы.

Данная система протестирована на работоспособность (см. фиг. 2-10).

Фиг. 1 - Система контроля за блуждающими токами, структурная схема.

Фиг. 2 - Шкаф КИП, общий вид.

Фиг. 3 - Шкаф КИП, вид изнутри.

Фиг. 4 - Шкаф САСД, общий вид (монитор на фото в защитной пленке).

Фиг. 5 - Шкаф САСД, вид изнутри.

Фиг. 6-10 - Шкаф коммуникационный (ШК СКБТ), вид изнутри.

Фиг. 11 - Система контроля за блуждающими токами, шкаф коммуникационный СКБТ.

Фиг. 12 - Шкаф коммуникационный СКБТ.

Фиг. 13 - Шкаф коммуникационный СКБТ, схема оптоэлектрическая принципиальная.

Фиг. 14 - Шкаф коммуникационный СКБТ, схема оптоэлектрическая принципиальная.

Фиг. 15 - Шкаф САСД.

Фиг. 16 - Шкаф САСД, схема оптоэлектрическая принципиальная.

Фиг. 17 - Шкаф САСД, схема оптоэлектрическая принципиальная.

Фиг. 18 - Шкаф САСД, схема оптоэлектрическая принципиальная.

Фиг. 19 - Шкаф САСД, схема оптоэлектрическая принципиальная.

Фиг. 20 - Шкаф КИП-I.

Фиг. 21 - Шкаф КИП-I, схема оптоэлектрическая принципиальная.

Фиг. 22 - Шкаф КИП-II.

Фиг. 23 - Шкаф КИП-II, схема оптоэлектрическая принципиальная.

Фиг. 24 - Схема внешних проводок.

Результаты показали работоспособность системы в виде конечного результата по мониторингу, анализу и автоматизированного непрерывного мониторингу потенциала рельса относительно земли и потенциала обделки тоннеля по отношению к внешней среде, сравнения полученных данных с нормативными.

Результаты показали работоспособность системы в виде конечного результата по мониторингу, анализу и автоматизированного непрерывного мониторингу потенциала рельса относительно земли и потенциала обделки тоннеля по отношению к внешней среде, сравнения полученных данных с нормативными требованиями объекта, выявления точного места утечки токов и передача информации о потенциальном месте пробоя изоляции (см. фиг. 7-10).

Приложение.

1. Перечень элементов Шкаф КИП-1

2. Перечень элементов Шкаф КИП-2

3. Перечень элементов Шкаф САСД

4. Перечень элементов Шкаф СКБТ

5. Спецификация Шкаф КИП-1

6. Спецификация Шкаф КИП-2

7. Спецификация САСД

8. Спецификация СКБТ.

Изобретение относится к области защиты от электрокоррозии сооружений и устройств. Технический результат заключается в обеспечении автоматизированного непрерывного мониторинга и выявления точного места утечки токов, дефектов изоляции для защиты от электрокоррозии сооружений, конструкций и устройств. Система контроля за блуждающими токами содержит программное обеспечение, интегрированное в шкафы, при этом система содержит шкафы для трех уровней передачи данных: нижний уровень - шкаф «КИП», обеспечивающий измерение потенциала рельса относительно земли и преобразование его в усиленный аналоговый сигнал для передачи на подстанционный уровень в шкаф САСД, обеспечивающий получение, обработку и преобразование аналогового сигнала в цифровой и верхний уровень - шкаф коммутационный СКБТ, обеспечивающий получение оптического сигнала от шкафа САСД и при помощи аппаратных средств, а также базового и специализированного программного обеспечения, выполняющий анализ и визуализацию измеряемых величин, при этом система включает последовательное получение аналоговых сигналов потенциалов, преобразование, обработку и анализ полученных сигналов с визуализацией результатов на верхнем уровне и демонстрацией на среднем подстанционном и верхнем АРМ уровне. 24 ил.

Система контроля за блуждающими токами, содержащая шкафы, их комплектации, программное обеспечение, интегрированное в шкафы, отличающаяся тем, что содержит шкафы для трех уровней передачи данных:

- нижний уровень (полевой) - шкаф «КИП» (контрольно-измерительный пункт), обеспечивающий измерение потенциала рельса относительно земли и преобразование его в усиленный аналоговый сигнал 4-20 мА для возможности передачи на подстанционный уровень в шкаф САСД;

- средний уровень (подстанционный) - шкаф «САСД» (система автоматического сбора данных), обеспечивающий получение аналогового сигнала от КИП-I и КИП-II, обработку и преобразование аналогового сигнала в цифровой, визуализацию графиков на мониторе для локального доступа, на который устанавливается базовое и специализированное программное обеспечение для возможности визуализации на мониторе;

- верхний уровень (уровень оператора АРМ) - шкаф «ШК СКБТ» (шкаф коммутационный СКБТ), обеспечивающий получение оптического сигнала от шкафа САСД и при помощи аппаратных средств, а также базового и специализированного программного обеспечения, выполняющий анализ и визуализацию измеряемых величин, при этом система включает последовательное получение аналоговых сигналов потенциалов, преобразование, обработку и анализ полученных сигналов с визуализацией результатов на верхнем уровне и демонстрацией на среднем подстанционном и верхнем АРМ уровне,

причем шкаф КИП включает шкафы КИП-I, КИП-II, при этом КИП-I подключается к средней шине дроссель трансформатора и подключается к полосе заземления тоннеля посредством кабельного соединения, получаемый потенциал рельс-земля составляет в диапазоне плюс/минус 100 В, потенциал (электрический сигнал) с клеммы Х2:1, Х2:2 через автоматический выключатель SF2 приходит на вход (Input) 5,7 измерительного преобразователя А1, преобразователь А1 преобразует и усиливает полученный потенциал в диапазоне плюс минус 20 мА для возможности передачи аналоговым способом сигналы на расстояния до 1200 м до среднего уровня (подстанционный) САСД, при этом после преобразования сигнал 20 мА с Output преобразователя А1 клеммы 13, 15 (Х3:1; Х3:2) передается посредством кабельных линий до входной клеммы шкафа САСД на подстанционном уровне;

шкаф САСД: аналоговые сигналы от КИП-I, II приходят в шкаф среднего уровня (подстанционный) САСД на модуль дискретных входов контроллера клеммы X10, 11, далее сигнал приходит на модуль центрального процессора, система включает каналы связи передачи от шкафа САСД до шкафа коммуникационного СКБТ по средствам стандартных линий связи объекта, для установки программного обеспечения и визуализации результатов в шкафу установлен встраиваемый безвентиляторный компьютер AS1 и сенсорный монитор, шкаф САСД имеет блоки бесперебойного питания UG1, аккумуляторный модуль GB1, освещение шкафа обеспечено светильника EL1, сервисной розетки ЕХ1, при этом полупроводниковые лампы: HL1 (зеленая) сигнализирует отключенное состояние шкафа, HL2 (красная) - сигнализирует включенное состояние;

шкаф коммуникационный (ШК СКБТ): оптический сигнал от шкафа САСД по линии связи объекта приходит через патч-панели ЕА1, ЕА2 в коммутатор AU1, AU2, при этом система выполнена с резервированием, состоящий из двух наборов аппаратных средств, взаимозаменяемых: основной АРМ и резервный АРМ, программное обеспечение устанавливается во встраиваемый компьютер AS1, AS2, - визуализация, управление осуществляется посредством KBM-консоли с ЖК дисплеем, кроме шкаф содержит источник бесперебойного питания для стабилизации напряжения и резервирования питания от аккумуляторных батарей, в шкафу установлен лазерный принтер Р1 для осуществления печати результатов анализа полученных величин и осциллограмм.