Способ измерения сопротивления поездного шунта Российский патент 2024 года по МПК G01R27/02 B61L23/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к способам измерения сопротивления поездного шунта.

Уровень техники

Одной из задач, связанных с повышением надежности функционирования систем интервального регулирования движения поездов, построенных с использованием электрических рельсовых цепей, является определение фактического значения сопротивления поездного шунта. При этом следует стремиться к повышению точности измерения значения сопротивления поездного шунта за счет исключения влияния параметров рельсовой линии и аппаратуры питающего конца рельсовой цепи.

Известен способ автоматического измерения сопротивления поездного шунта (RU 2745713 C1, G01R 27/02, 30.03.2021). Способ автоматического измерения сопротивления поездного шунта заключается в измерении величин напряжения на выводах эталонного сопротивления и напряжения на выводах рельсовой линии, вычислении величины входного сопротивления рельсовой линии как произведения отношения измеренного напряжения на выводах рельсовой линии к измеренному напряжению на эталонном сопротивлении и величины эталонного сопротивления. Дополнительно осуществляется измерение расстояния до железнодорожного подвижного состава вдоль рельсовой линии, отсчитывая от границы рельсовой линии, обозначенной изолирующими стыками, ближайшими к месту подключения к рельсовой линии питания, и вычисление величины сопротивления поездного шунта как разности входного сопротивления рельсовой линии и произведения удвоенного километрического сопротивления рельса на расстояние до железнодорожного подвижного состава вдоль рельсовой линии, отсчитывая от границы рельсовой линии, обозначенной изолирующими стыками, ближайшими к месту подключения к рельсовой линии питания.

Недостатком известного способа автоматического измерения сопротивления поездного шунта является низкая точность определения значения сопротивления поездного шунта, связанная с необходимостью использования дополнительных технических средств, в частности эталонного сопротивления.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является известный способ дистанционного измерения сопротивления поездного шунта (RU 2750137 C1, G01R 27/04, B61L 23/00, 22.06.2021). Способ дистанционного измерения сопротивления поездного шунта заключается в том, что при первоначальной настройке осуществляют измерения напряжения на входе линии связи и тока в начале линии связи при разомкнутых соединительных проводах, подключенных ко вторичной обмотке согласующего трансформатора. Затем измеряют напряжение на входе линии связи и ток в начале линии связи при замкнутых накоротко соединительных проводах, подключенных ко вторичной обмотке согласующего трансформатора. Производят расчет величины суммы сопротивлений линии связи, согласующего трансформатора и соединительных проводов при коротком замыкании вторичной обмотки согласующего трансформатора путем извлечения квадратного корня из произведения отношения напряжения на входе линии связи к току в начале линии связи при разомкнутых соединительных проводах, подключенных ко вторичной обмотке согласующего трансформатора, и отношения напряжения на входе линии связи к току в начале линии связи при замкнутых накоротко соединительных проводах, подключенных ко вторичной обмотке согласующего трансформатора. Далее в условиях эксплуатации осуществляют измерение величин напряжения на входе линии связи и тока в начале линии связи в шунтовом режиме работы рельсовой цепи и расчет величины суммы сопротивлений линии связи, согласующего трансформатора, соединительных проводов и поездного шунта, формируемого железнодорожным подвижным составом, располагаемым в пределах рельсовой линии рельсовой цепи, путем извлечения квадратного корня из произведения отношения напряжения на входе линии связи к току в начале линии связи при разомкнутых соединительных проводах, подключенных ко вторичной обмотке согласующего трансформатора, и отношения напряжения на входе линии связи к току в начале линии связи при в шунтовом режиме работы рельсовой цепи; расчет величины сопротивления поездного шунта, формируемого железнодорожным подвижным составом, осуществляется путем вычитания из величины суммы сопротивлений линии связи, согласующего трансформатора, соединительных проводов и поездного шунта, формируемого железнодорожным подвижным составом, располагаемым в пределах рельсовой линии рельсовой цепи, величины сопротивления линии связи, согласующего трансформатора и соединительных проводов при коротком замыкании вторичной обмотки согласующего трансформатора и деления полученной разности на величину коэффициента трансформации согласующего трансформатора, возведенную в квадрат.

Известный способ дистанционного измерения сопротивления поездного шунта взят за прототип. Недостатком прототипа следует считать низкую точность измерения сопротивления поездного шунта из-за отсутствия учета влияния сопротивления балласта рельсовой линии.

Раскрытие изобретения

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение точности измерения значения сопротивления поездного шунта.

Технический результат достигается тем, что способ измерения сопротивления поездного шунта заключается в том, что перед началом эксплуатации или при техническом обслуживании электрической рельсовой цепи в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи: измеряют значение напряжения в нормальном режиме работы, численно равное значению электродвижущей силы эквивалентного генератора и значению напряжения холостого хода на приемном конце рельсовой цепи в нормальном режиме работы; измеряют значение тока короткого замыкания при коротком замыкании рельсовой линии в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи; рассчитывают значение сопротивления эквивалентного генератора как отношение значения напряжения холостого хода на приемном конце в нормальном режиме работы рельсовой цепи к значению тока короткого замыкания при коротком замыкании рельсовой линии в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи. Далее в процессе эксплуатации рельсовой цепи в шунтовом режиме работы рельсовой цепи непрерывно: измеряют значение напряжения на поездном шунте как значение напряжения в точке подключения аппаратуры приемного конца рельсовой цепи; осуществляют расчет значения сопротивления поездного шунта как отношение произведения значения напряжения на поездном шунте и значения сопротивления эквивалентного генератора к разности между значением электродвижущей силы эквивалентного генератора и значением напряжения на поездном шунте.

Краткое описание чертежей

Заявляемый способ измерения сопротивления поездного шунта поясняется чертежом, на котором показана структурная схема варианта выполнения устройства, реализующего заявляемый способ.

Осуществление изобретения

Устройство, реализующее заявляемый способ, содержит источник 1 питания, своим выходом соединенный последовательно через аппаратуру 2 питающего конца рельсовой цепи и линию 3 рельсовую с первым входом коммутатора 6. Со вторым входом коммутатора 6 соединен первый выход блока 7 управления. Первый выход коммутатора 6 соединен последовательно через аппаратуру 4 приемного конца рельсовой цепи и приемник 5 путевой с первым входом блока 8 задания режима. Второй выход коммутатора 6 соединен со входом измерителя 10 тока, а третий выход коммутатора 6 соединен со входом измерителя 11 напряжения. Выход кнопки 9 соединен со вторым входом блока 8 задания режима, выход которого соединен со входом блока 7 управления. Первый выход измерителя 11 напряжения соединен с первым входом регистратора 14 напряжения эквивалентного генератора, второй выход измерителя 11 напряжения соединен с первым входом перемножителя 15, а третий выход измерителя И напряжения соединен с первым входом вычитателя 16, со вторым входом которого соединен первый выход регистратора 14 напряжения эквивалентного генератора. Выход измерителя 10 тока соединен со вторым входом первого делителя 12, со вторым входом которого соединен второй выход регистратора 14 напряжения эквивалентного генератора. Выход первого делителя 12 соединен с первым входом регистратора 13 сопротивления эквивалентного генератора, со вторым входом которого соединен второй выход блока 7 управления. Выход регистратора 13 сопротивления эквивалентного генератора соединен со вторым входом перемножителя 15, выход которого в свою очередь соединен с первым входом второго делителя 17, со вторым входом которого соединен выход вычитателя 16. Выход делителя 17 соединен с первым входом блока 18 индикации. Третий выход блока 7 управления соединен со вторым входом регистратора 14 напряжения эквивалентного генератора, а четвертый выход блока 7 управления соединен со вторым входом блока 18 индикации.

В заявляемом изобретении под поездным шунтом понимается совокупность колесных пар, находящихся в границах эксплуатационной длины рассматриваемой рельсовой цепи, по которым осуществляется шунтирование сигнала контроля рельсовой линии (прохождение сигнала контроля рельсовой линии в обход путевого приемника).

Под сопротивлением поездного шунта в заявляемом изобретении понимается сопротивление, эквивалентное совокупности сопротивлений между ходовыми рельсами одной железнодорожной колеи, образованных собственными сопротивлениями колесных пар, находящихся в границах эксплуатационной длины рассматриваемой рельсовой цепи, а также соответствующими парами переходных сопротивлений «колесо-рельс».

Устройство, показанное на фигуре, реализует заявляемый способ измерения сопротивления поездного шунта следующим образом.

Для выполнения измерений в состав оборудования рельсовой цепи: последовательно соединенные источник 1 питания, аппаратура 2 питающего конца рельсовой цепи, линия 3 рельсовую, аппаратура 4 приемного конца рельсовой цепи и приемник 5 путевой - в разрыв между линией 3 рельсовой и аппаратурой 4 приемного конца рельсовой цепи подключают коммутатор 6 таким образом, что выход линии 3 рельсовой соединен с первым входом коммутатора 6, а первый выход коммутатора 6 соединен со входом аппаратуры приемного конца рельсовой цепи. Ко второму выходу коммутатора подключен вход измерителя 10 тока, а к третьему входу коммутатора подключен измеритель 11 напряжения. Работой коммутатора управляет блок 8 задания режима, выход которого соединен со входом блока 7 управления. К первому входу блока 8 задания режимов подключен выход приемника 5 путевого, а ко второму входу блока 8 задания режима подключается выход кнопки 9.

Работа таких блоков как: источник 1 питания, аппаратура 2 питающего конца рельсовой цепи, линия 3 рельсовая, аппаратура 4 приемного конца рельсовой цепи и приемник 5 путевой - их варианты выполнения и свойства аналогичны известным, описанным в открытых источниках (Аркатов, B.C. Рельсовые цепи: Анализ работы и техн. обслуж. / В.С. Аркатов, Ю.А. Кравцов, Б.М. Степенский. - М: Транспорт, 1990. - 294 с. - ISBN 5-277-00957-4.).

Коммутатор 6 представляет собой управляемый переключатель, обеспечивающий три режима работы: непосредственное подключение линии 3 рельсовой к аппаратуре 4 приемного конца рельсовой цепи; подключение линии 3 рельсовой к аппаратуре 4 приемного конца рельсовой цепи таким образом, что ко входу аппаратуры 4 приемного конца рельсовой цепи подключен измеритель 11 напряжения; подключение линии 3 рельсовой к измерителю 10 тока.

Блок 7 управления представляет собой релейную схему или микропроцессорное устройство, управляющее работой коммутатора 6: осуществляющее выбор режима работы коммутатора 6 в зависимости от режима работы: в заявляемом изобретении рассматриваются только нормальный или шунтовой режимы - рельсовой цепи по состоянию приемника 5 путевого и состояния кнопки 9. Кнопка 9 имеет два фиксированных состояния и обеспечивает формирование информации о начале эксплуатации рельсовой цепи, ее переводе в состояние технического обслуживания или выходе из него. Выбор состояния кнопки 9, соответствующего эксплуатации рельсовой цепи или ее обслуживанию, может осуществляться произвольно, при этом должен закрепляться в соответствующей документации и однозначно восприниматься блоком 8 задания режима. Управление кнопкой осуществляет человек-оператор, ответственный за техническую эксплуатацию электрических рельсовых цепей. Полномочия и должность такого лица закрепляется локальными нормативными актами владельца инфраструктуры железной дороги или метрополитена. Блок 8 задания режима представляет собой релейную схему или микропроцессорное устройство, обеспечивающее сравнение сигналов от кнопки 9 и приемника 5 путевого для формирования управляющих команд к блоку 7 управления.

Измеритель 10 тока и измеритель 11 напряжения представляют собой известные цифровые измерители, формирующие информацию о значении тока и значении напряжения. При этом измеритель 10 тока выполнен таким образом, что осуществляет короткое замыкание линии 3 рельсовой при его подключении к ней через коммутатор 6.

При получении от кнопки 9 информации о неработоспособности рельсовой цепи: до начала ее эксплуатации или при ее переводе в состояние технического обслуживания - блок 8 задания режима ожидает получения на свой первый вход информации от приемника 5 путевого о свободности рельсовой цепи от переменных препятствий - признак нормального режима работы рельсовой цепи. При одновременном получении информации от кнопки 9 о неработоспособности рельсовой цепи и от приемника 5 путевого о нормальном состоянии рельсовой цепи блок 8 задания режима передает блоку 7 управления команду на переключение коммутатора 6 сначала в состояние, когда осуществлено подключение линии 3 рельсовой к аппаратуре 4 приемного конца рельсовой цепи таким образом, что ко входу аппаратуры 4 приемного конца рельсовой цепи подключен измеритель 11 напряжения, а затем в состояние, когда осуществлено подключение линии 3 рельсовой к измерителю 10 тока.

В момент, когда коммутатор 6 находится в состоянии, когда осуществлено подключение линии 3 рельсовой к аппаратуре 4 приемного конца рельсовой цепи таким образом, что ко входу аппаратуры 4 приемного конца рельсовой цепи подключен измеритель 11 напряжения, блок 7 управления формирует на третьем своем выходе сигнал записи значения напряжения в регистратор 14 напряжения эквивалентного генератора. В остальные моменты времени сигнал записи на третьем выходе блока 7 управления не формируется. Таким образом перезапись значения электродвижущей силы генератора осуществляется только в моменты времени, когда рельсовая цепь находится в нормальном режиме работы и выведена из эксплуатации.

Регистратор 14 напряжения эквивалентного генератора представляет собой регистр или иное запоминающее при наличии внешнего сигнала записи устройство.

Таким образом перед началом эксплуатации или при техническом обслуживании электрической рельсовой цепи в точке подключения к ней аппаратуры 4 приемного конца рельсовой цепи: измеряют значение напряжения в нормальном режиме работы, численно равное значению электродвижущей силы эквивалентного генератора и значению напряжения холостого хода на приемном конце рельсовой цепи в нормальном режиме работы; измеряют значение тока короткого замыкания при коротком замыкании рельсовой линии в точке подключения к ней аппаратуры 4 приемного конца рельсовой цепи.

В момент, когда коммутатор 6 находится в состоянии, когда осуществлено подключение линии 3 рельсовой к измерителю 10 тока, на выходе первого делителя 12, на первом входе которого присутствует значение тока короткого замыкания при коротком замыкании рельсовой линии в точке подключения к ней аппаратуры 4 приемного конца рельсовой цепи, а на втором входе - значение электродвижущей силы эквивалентного генератора, численно равное значению напряжения холостого хода на приемном конце рельсовой цепи в нормальном режиме работы, появляется значение сопротивления эквивалентного генератора. Значение сопротивления эквивалентного генератора рассчитывают как отношение значения напряжения холостого хода на приемном конце в нормальном режиме работы рельсовой цепи к значению тока короткого замыкания при коротком замыкании рельсовой линии в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи. Первый делитель 12 представляет собой микроэлектронное устройство или схему на логических элементах, реализующую операцию деления чисел, поступающих на его входы и формирующую результат деления на своем выходе.

При этом в момент, когда коммутатор 6 находится в состоянии, когда осуществлено подключение линии 3 рельсовой к измерителю 10 тока, на выходе первого делителя 12, на втором выходе блока 7 управления формируется сигнал записи значения на выходе первого делителя в регистратор 13 сопротивления эквивалентного генератора. В остальные моменты времени сигнал записи на втором выходе блока 7 управления не формируется, что исключает возможность перезаписи значения в моменты времени, отличные от нахождения рельсовой цепи в нормальном режиме работы и выведении ее из эксплуатации.

По окончании измерений блок 7 управления формирует команду для коммутатора 6 на осуществление непосредственного подключения линии 3 рельсовой к аппаратуре 4 приемного конца рельсовой цепи.

Далее в процессе эксплуатации рельсовой цепи в шунтовом режиме работы рельсовой цепи по команде от блока 8 задания режима блок 7 управления формирует команду к коммутатору 6 на подключение линии 3 рельсовой к аппаратуре 4 приемного конца рельсовой цепи таким образом, что ко входу аппаратуры 4 приемного конца рельсовой цепи подключен измеритель 11 напряжения. Такое подключение сохраняется коммутатором 6 до тех пор, пока приемник 5 путевой не сформирует информацию о переходе рассматриваемой рельсовой цепи в нормальный режим работы, что позволит сформировать блоку 8 задания режима управляющую команду к блоку 7 управления на переключение коммутатора в состояние, когда линия 3 рельсовая непосредственно подключена к аппаратуре 4 приемного конца рельсовой цепи. Таким образом непрерывно измеряют значение напряжения на поездном шунте как значение напряжения в точке подключения аппаратуры приемного конца рельсовой цепи с использованием измерителя 11 напряжения. Далее непрерывно осуществляют расчет значения сопротивления поездного шунта. Для этого напряжение на поездном шунте с выходов измерителя 11 напряжения поступает на соответствующие входы перемножителя 15 и вычитателя 16. Поступление напряжения на сопротивлении поездного шунта на вход регистратора 14 напряжения эквивалентного генератора не приводит к перезаписыванию значения в его внутренней памяти, т.к. на втором входе регистратора 1 напряжения эквивалентного генератора отсутствует сигнал разрешения на запись от блока 7 управления.

На втором входе вычитателя 16 присутствует ранее записанное в памяти значение электродвижущей силы эквивалентного генератора от регистратора 14 напряжения эквивалентного генератора. На выходе вычитателя 16, подключенного ко второму входу второго делителя 17, непрерывно формируется разность между значением электродвижущей силы эквивалентного генератора и значением напряжения на поездном шунте.

На втором входе перемножителя 15 присутствует значение сопротивления эквивалентного генератора, записанное ранее в памяти регистратора 13 сопротивления эквивалентного генератора. Таким образом на выходе перемножителя 15, подключенного к первому входу второго делителя 17, непрерывно формируется произведение напряжения на поездном шунте и сопротивления эквивалентного генератора.

Перемножитель 15 и вычитатель 16 представляют собой микроэлектронные устройства или схемы на логических элементах, реализующие соответственно умножения и вычитания чисел, поступающих на их входы.

Второй делитель 17 осуществляет деление значения, поступающего на его первый вход (произведение значения напряжения на поездном шунте и сопротивления эквивалентного генератора), на значение, поступающее на его второй вход (разность между значением электродвижущей силы эквивалентного генератора и значением напряжения на поездном шунте). На выходе второго делителя 17 непрерывно формируется значение измеренного с использованием заявляемого способа сопротивления поездного шунта, которое передается на первый вход блока 18 индикации. Второй делитель 17 выполнен аналогично первому делителю 12.

Если рельсовая цепь находится в шунтовом режиме и при этом кнопка не сигнализирует о нахождении рельсовой цепи в неработоспособном (не введена в эксплуатацию или же находится под техническим обслуживанием) состоянии, то на четвертом выходе блока управления присутствует управляющий сигнал, обеспечивающий вывод численного значения сопротивления поездного шунта с выхода делителя 17, равного отношению произведения значения напряжения на поездном шунте и значения сопротивления эквивалентного генератора к разности между значением электродвижущей силы эквивалентного генератора и значением напряжения на поездном шунте, в удобной для восприятия оператором форме на блоке 18 индикации. В нормальном режиме работы рельсовой цепи управляющий сигнал на четвертом выходе блока 7 управления отсутствует и блок 18 индикации не отображает значения сопротивления поездного шунта. Блок 18 индикации может быть выполнен как несколько семисегментных индикаторов или жидкокристаллический дисплей.

С учетом вышеизложенного достигается повышение точности измерения сопротивления поездного шунта за счет учета влияния параметров рельсовой линии: сопротивления рельсов и сопротивления балласта рельсовой линии - на получаемые результаты измерений.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к способам измерения сопротивления поездного шунта. Способ измерения сопротивления поездного шунта заключается в том, что перед началом эксплуатации или при техническом обслуживании электрической рельсовой цепи в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи: измеряют значение напряжения в нормальном режиме работы, численно равное значению электродвижущей силы эквивалентного генератора и значению напряжения холостого хода на приемном конце рельсовой цепи в нормальном режиме работы; измеряют значение тока короткого замыкания при коротком замыкании рельсовой линии в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи; рассчитывают значение сопротивления эквивалентного генератора как отношение значения напряжения холостого хода на приемном конце в нормальном режиме работы рельсовой цепи к значению тока короткого замыкания при коротком замыкании рельсовой линии в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи. Далее в процессе эксплуатации рельсовой цепи в шунтовом режиме работы рельсовой цепи непрерывно: измеряют значение напряжения на поездном шунте как значение напряжения в точке подключения аппаратуры приемного конца рельсовой цепи; осуществляют расчет значения сопротивления поездного шунта как отношение произведения значения напряжения на поездном шунте и значения сопротивления эквивалентного генератора к разности между значением электродвижущей силы эквивалентного генератора и значением напряжения на поездном шунте. Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение точности измерения значения сопротивления поездного шунта. 1 ил.

Способ измерения сопротивления поездного шунта, характеризующийся тем, что перед началом эксплуатации или при техническом обслуживании электрической рельсовой цепи в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи: измеряют значение напряжения в нормальном режиме работы, численно равное значению электродвижущей силы эквивалентного генератора и значению напряжения холостого хода на приемном конце рельсовой цепи в нормальном режиме работы; измеряют значение тока короткого замыкания при коротком замыкании рельсовой линии в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи; рассчитывают значение сопротивления эквивалентного генератора как отношение значения напряжения холостого хода на приемном конце в нормальном режиме работы рельсовой цепи к значению тока короткого замыкания при коротком замыкании рельсовой линии в точке подключения к ней аппаратуры приемного конца рельсовой цепи; далее в процессе эксплуатации рельсовой цепи в шунтовом режиме работы рельсовой цепи непрерывно: измеряют значение напряжения на поездном шунте как значение напряжения в точке подключения аппаратуры приемного конца рельсовой цепи; осуществляют расчет значения сопротивления поездного шунта как отношение произведения значения напряжения на поездном шунте и значения сопротивления эквивалентного генератора к разности между значением электродвижущей силы эквивалентного генератора и значением напряжения на поездном шунте.