УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Российский патент 2023 года по МПК B60M5/00 G01R27/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля электрического сопротивления опор контактной сети электрифицированных железных дорог, работающих как на постоянном, так и на переменном токе.

Уровень техники

При обустройстве инфраструктуры контактной сети железных дорог применяются железобетонные и металлические опоры. В процессе эксплуатации опоры подвергаются разрушающему воздействию различных факторов, таких как механические нагрузки, агрессивные компоненты, содержащиеся в атмосфере и почве. Но наиболее сильное влияние оказывают токи утечки с контактной сети, вызывающие электрокоррозию арматуры и, как следствие, разрушение опор, приводящее к различным аварийным ситуациям при эксплуатации подвижного состава.

Для своевременного предотвращения подобных ситуаций руководящими документами при проведении регламентных работ предписано проводить измерение электрического сопротивления опор контактной сети железных дорог. Опоры, имеющие сопротивление менее 100 Ом, считаются коррозионно-опасными и подлежат немедленному ремонту. (Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети, Москва, 2008 г., стр. 14). Однако из-за наличия значительных наведенных потенциалов, измерение сопротивления обычными техническими средствами не представляется возможным.

В настоящее время на участках реконструкции, обновления, нового строительства железных дорог устанавливаются цельнометаллические опоры на железобетонных фундаментах. Также используются и железобетонные опоры с качественно улучшенной изоляцией арматуры. Все это привело к увеличению электрического сопротивления опор и значительному росту наведенного потенциала до 1600-1800 В в измерительной цепи.

Ближайшим аналогом является устройство контроля сопротивления опор контактной сети железных дорог (Патент РФ №2309060, МПК: В60М 5/00, опубл. 27.10.2007), которое содержит блок питания, дополнительный источник тока, нормирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), токовый шунт, токовое реле, блок управления, блок индикации, высоковольтный импульсный источник, который заряжается до потенциала, величина которого выше наведенного потенциала, и разряжается через электронный ключ в нагрузку. Сигнал попадает в блок управления, в котором определяется время падения исходного потенциала до некоторой заданной величины, также превышающей наведенный потенциал

В известном устройстве не предусмотрен анализ наведенного потенциала, что приводит к дополнительной погрешности измерения из-за возможного превышения уровнем наведенного потенциала порогового уровня разряда высоковольтного источника устройства. Кроме того, измерение сопротивления цельнометаллических опор становится невозможным из-за превышения величины наведенного потенциала возможностей современной элементной базы. Сложность конструкции обусловлена тем, что на участках дорог с постоянным током измерения проводятся методом амперметра-вольтметра, а на дорогах с переменным током - импульсным методом.

Сущность изобретения

Техническая задача направлена на создание устройства контроля сопротивления опор контактной сети железных дорог на участках железных дорог как постоянного тока, так и переменного тока, обеспечивающего стабильную работу устройства с небольшим разбросом результатов замеров.

Технический результат заключается в повышении достоверности измерения сопротивления опор контактной сети и повышении надежности работы устройства.

Для решения технической задачи и достижения указанного технического результата в устройстве контроля сопротивления опор контактной сети железных дорог, содержащем электронный ключ, подключенный к высоковольтному импульсному источнику питания, управляющий микроконтроллер, индикатор, источник питания, согласно предложенному решению, введен блок измерения и анализа наведенного потенциала, разрешающий запуск измерения при нулевых или близких к нулю значениях наведенного потенциала, при этом блок измерения и анализа наведенного потенциала выполнен на скоростном аналого-цифровом преобразователе и подключен параллельно входным клеммам устройства, высоковольтный импульсный источник питания, блок измерения и анализа наведенного потенциала взаимодействуют с управляющим микроконтроллером, один выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, разряжающего высоковольтный импульсный источник питания на измеряемое сопротивление, а другой выход соединен с индикатором, при этом управляющий микроконтроллер выполнен с возможностью вычисления значения сопротивления опоры по заданной формуле:

R=-t/(C × ln U1/Uo), где:

R - измеряемое сопротивление опоры,

t - время разряда конденсатора импульсного источника питания,

С - емкость конденсатора высоковольтного импульсного источника питания,

Uo - начальное напряжение высоковольтного импульсного источника питания,

U1 - напряжение источника при равенстве или превышении

наведенным потенциалом текущего значения на конденсаторе

высоковольтного импульсного источника питания, а источник питания, выполненный на перезаряжаемых элементах питания, обеспечивающий автономную работу устройства, подключен к соответствующим входам блока измерения и анализа наведенного потенциала, высоковольтного импульсного источника питания, управляющего микроконтроллера и индикатора. Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 поясняется принцип измерения сопротивления опоры. В таблице 1 представлены результаты испытаний на участке дороги с переменным током, в таблице 2 представлены результаты испытаний на участке дороги с постоянным током.

Устройство состоит из следующих элементов:

1 - электронный ключ,

2 - высоковольтный импульсный источник питания,

3 - блок измерения и анализа наведенного потенциала, выполненный на

скоростном АЦП,

4 - управляющий микроконтроллер,

5 - индикатор,

6 - источник питания.

Осуществление изобретения

Блок измерения и анализа наведенного потенциала 3, выполненный на скоростном АЦП, подключен параллельно входным клеммам устройства. Высоковольтный импульсный источник питания 2 и блок измерения и анализа наведенного потенциала 3 взаимодействуют с управляющим микроконтроллером 4, один выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, а другой выход соединен с индикатором 5. Источник питания 6 выполнен на перезаряжаемых элементах питания и подключен к соответствующим входам высоковольтного импульсного источника питания 2, блока измерения и анализа наведенного потенциала 3, управляющего микроконтроллера 4 и индикатора 5.

Устройство работает следующим образом. Клемма «Кл. 1» подключается к рельсу, клемма «Кл. 2» - к спуску цепи заземления консоли опоры выше защитного устройства. Блок измерения и анализа наведенного потенциала 3 при помощи скоростного АЦП оцифровывает входной сигнал, измеряет его величину и в момент, когда наведенный потенциал равен или близок к нулю, выдает сигнал управляющему микроконтроллеру 4, который замыкает электронный ключ 1 и потенциал импульсного источника питания 2, представляющий собой предварительно заряженный до испытательного напряжения конденсатор, разряжается на сопротивление опоры.

Разряд конденсатора высоковольтного импульсного источника питания происходит в соответствии с условием:

где:

t - время,

U(t) - текущее напряжение на конденсаторе,

Uo - начальное напряжение на конденсаторе,

С - емкость конденсатора,

R - сопротивление нагрузки.

Одновременно с замыканием электронного ключа 1 запускается таймер измерения времени разряда высоковольтного импульсного источника питания 2, который останавливается при равенстве или превышении наведенным потенциалом текущего значения напряжения на конденсаторе высоковольтного импульсного источника питания 2. Полученный результат пересчитывается в значение электрического сопротивления опоры управляющим микроконтроллером 4 по заданной формуле:

R - измеряемое сопротивление опоры,

t - время разряда конденсатора импульсного источника питания,

С - емкость конденсатора импульсного источника питания,

Uo - начальное напряжение импульсного источника питания,

U1 - напряжение источника при превышении наведенным потенциалом текущего значения на конденсаторе импульсного источника питания.

Результат отражается на индикаторе 5. Источник питания 6, выполненный на перезаряжаемых элементах питания, обеспечивает автономную работу устройства. Цикл измерения заканчивается при превышении наведенным потенциалом текущего значения напряжения на конденсаторе импульсного источника питания.

Были проведены сравнительные испытания заявляемого устройства и ближайшего аналога на Красноярской железной дороге. В результате было обследовано 150 опор, в том числе металлических. Замер сопротивления каждой опоры проводился три раза. Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.

В таблице 1 приведены результаты испытаний на участке дороги с переменным током.

На участках с переменным током при измерении сопротивления металлических опор ближайший аналог показал значительный разброс показаний, полученные данные нельзя признать достоверными. Заявляемое устройство продемонстрировало стабильную работу с небольшим разбросом результатов замеров. При проведении замеров на железобетонных опорах разброс показаний предлагаемого устройства также был значительно меньше.

В таблице 2 приведены результаты испытаний на участке дороги с постоянным током. На участках с постоянным током заявляемое устройство также показало более стабильные результаты, что объясняется учетом действия помех при проведении измерений.

Заявляемое устройство продемонстрировало стабильную работу с небольшим разбросом результатов замеров. При проведении замеров на железобетонных опорах разброс показаний предлагаемого устройства также был значительно меньше.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет проводить измерения сопротивления опор контактной сети в условиях действия наведенных потенциалов значительной величины. Проведение измерений при минимуме влияния наведенного потенциала повышает точность и достоверность измерений. Запуск измерения при нулевом или близком к нему потенциале повышает надежность устройства.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля электрического сопротивления опор контактной сети электрифицированных железных дорог. Устройство контроля сопротивления опор контактной сети железных дорог содержит электронный ключ, подключенный к высоковольтному импульсному источнику питания, управляющий микроконтроллер, индикатор, источник питания и блок измерения и анализа наведенного потенциала, разрешающий запуск измерения при нулевых или близких к нулю значениях наведенного потенциала. При этом блок измерения и анализа наведенного потенциала выполнен на скоростном аналого-цифровом преобразователе и подключен параллельно входным клеммам устройства. Высоковольтный импульсный источник питания, блок измерения и анализа наведенного потенциала взаимодействуют с управляющим микроконтроллером, один выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, а другой выход соединен с индикатором. Управляющий микроконтроллер выполнен с возможностью вычисления значения сопротивления опоры. Источник питания выполнен на перезаряжаемых элементах питания. Технический результат заключается в повышении достоверности измерения сопротивления опор контактной сети и повышении надежности работы устройства. 2 ил., 2 табл.

Устройство контроля сопротивления опор контактной сети железных дорог, содержащее электронный ключ, подключенный к высоковольтному импульсному источнику питания, управляющий микроконтроллер, индикатор, источник питания, отличающееся тем, что введен блок измерения и анализа наведенного потенциала, разрешающий запуск измерения при нулевых или близких к нулю значениях наведенного потенциала, при этом блок измерения и анализа наведенного потенциала выполнен на скоростном аналого-цифровом преобразователе и подключен параллельно входным клеммам устройства, высоковольтный импульсный источник питания, блок измерения и анализа наведенного потенциала взаимодействуют с управляющим микроконтроллером, один выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, разряжающего высоковольтный импульсный источник питания на измеряемое сопротивление, а другой выход соединен с индикатором, при этом управляющий микроконтроллер выполнен с возможностью вычисления значения сопротивления опоры по заданной формуле:

R - измеряемое сопротивление опоры,

t - время разряда конденсатора импульсного источника питания,

С - емкость конденсатора высоковольтного импульсного источника питания,

Uo - начальное напряжение высоковольтного импульсного источника питания,

U1 - напряжение источника при равенстве или превышении наведенным потенциалом текущего значения на конденсаторе высоковольтного импульсного источника питания,

а источник питания, выполненный на перезаряжаемых элементах питания, обеспечивающий автономную работу устройства, подключен к соответствующим входам блока измерения и анализа наведенного потенциала, высоковольтного импульсного источника питания, управляющего микроконтроллера и индикатора.