Устройство для измерения проводимости изоляции рельсовой линии Советский патент 1991 года по МПК B61L23/16 

а

16

IL

/J

Зё.

15

18

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для измерения с транспортного средства проводимости изоляции отдельных шпал, заземлений сооружений на рельс, изолированных стяжек, а также для обнаружения посторонних металлических предметов или предметов с металлическими деталями, находящихся под рельсом или возле него и представляющих опасность для движения поездов или приводящих к нарушению работы автоматической локомотивной сигнализации. Цель изобретения - повышение точности путем снижения влияния токов в рельсовой подкладке. С рельсами 2 и 3 связан генератор 1 измерительной частоты, а над рельсцм установлены приемники 4,5, каждый из которых выполнен в виде двух индуктивных катушек, расположенных наклонно по обе стороны от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось рельса 2. 5 ил. /; з (Я С

ФЛ/ фцг. 1

31

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для измерения с транспортного средства проводимости изоляции отдельных шпал, заземлений сооружений на рельс, изолированных стяжек, а также для обнаружения посторонних металлических предметов или предметов с металлическими деталями, находящихся под рельсом или возле него и могущих представить опасность для движения поездов или привести к нарушению работы автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).

Цель изобретения - повышение точности путем снижения влияния токов в рельсовой подкладке.

На -фиг. 1 изображена функциональ- ная схема устройства; на фиг. 2 - векторная диаграмма токов и напряжений при наличии под датчиком металлического предмета и отсутствии утечки тока с рельса; на фиг. 3 -

векторная диаграмма напряжения рельс- земля, токов в рельсе и точка утечки с рельса; на фиг. 4 - - расположение катушек датчика относительно рельса рельсовой подкладки и постороннего металлического предмета под рельсом, вид сбоку; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4.

Устройство содержит генератор 1 измерительной частоты, подключенный к рельсам 2 и 3, приемники 4 и 5, подключенные к селективным усилителям в6 и 7, котррые через умножители частоты 8 и 9 связаны с фазометром 10, подключенным к двухполярному регистратор 11, например стрелочному прибору с нулем по середине шкалы.

На фиг. 1 также показаны металлический предмет 12 и шпалы 13-15 с металлическими подкладками 16,17 и 18

Каждый индуктивный датчик состоит из двух индуктивных катушек 19 и 20, соединенных согласно относительно тока I, (I) в рельсе.

В качестве фазометра 10 применен цифровой фазометр с прямым преобразованием фазовый сдвиг - интервал времени - постоянное напряжение с учетом знака напряжения. Такой фазометр содержит на входе формирующие блоки, поэтому сигнал на выходе фазометра зависит только от сдвига фаз сравниваемых напряжений и не зависит от их амплитуд.

844

Устройство работает следующим образом.

От генератора 1 в рельсе 2 протекает ток, который наводит ЭДС в рельсе 2, приемниках 4 и 5, подкладках 16-18 и в искомом металлическом предмете 12. Все наведенные ЭДС отстоят по фазе от тока в рельсе на 90°,

Напряжения от ЭДС в приемниках 4 и 5 после усиления и фильтрации в селективных усилителях 6 и 7 поступают на умножители 8 и 9 частоты. При умножении в п раз частоты f двух напряжений сдвинутых между собой на угол (0, на выходах умножителей частоты появляются напряжения, сдвинутые между собой на угол ntp.

Таким образом, благодаря применению умножителей частоты получается достаточно большая разность фаз напряжений сигнала на обоих входах фазометра при малой разности фаз ЭДС сигнала, наведенных в приемниках.

На выходе фазометра 10 появляется напряжение постоянного тока, пропорциональное по величине сдвигу фаз пСр

между напряжениями на его входах.

i

Если с отрезка рельса между приемниками 4 и 5 утечки тока нет, то и сдвиг фаз между токами Ij и 1.2 в рельсе под приемником равен нулю

%Если в отсутствие тока утечки (), приемники 4 и 5 расположены между шпалами так, что на приемники не влияют контурные токи в подкладках, а в зоне чувствительности устройства посторонних металлических предметов нет, то в приемниках наводятся ЭДС Е, и Eg только от токов 1( и 1 в рельсе, совпадающих по фазе между собой (фиг. 2), таким образомt в этом случае сдвиг фаз между Е и Е равен нулю, напряжение на выходе фазометра 10 равно нулю и регистратор 1 показывает нуль.

Если при Д1 0 приемники 4 и 5 расположены между шпалами, а под приемником 4 оказался металлический предмет 12, то на ,приемник 4 будут действовать токи I в рельсе и 1 в металлическом предмете, а на приемник 5 только ток 1 в рельсе, причем

i izТок Т ц наводит в металлическом, предмете ЭДС Ем, отстающую от 1ц на 90°, а от Ем в %предмете 12 возникает контурный ток 1М, отстающий от Ew на

ь1

&м 70-80°, а от 1( на 90е + 0(м 160-170° (фиг. 2).

В приемнике 4 наводятся ЭДС Ё, от тока 1 в рельсе и Е от тока IMB металлическом предмете, а в приемнике 5 наводится только ЭДС Е от тока 1 в рельсе, причем Ё и Е совпадают по фазе, но по амплитуде могут быть не равны (фиг. 2). Неравенство Е, и Е при возможно из-за разного смещения датчиков относительно рельса при движении устройства.

Суммарная ЭДС в приемнике 4 равна ЕС Е,+ЕМц. Как видно из фиг. 2, на- веденная ЭДС E/J в приемнике 5 опережает по фазе Ёсч на угол С( с 4- результате воздействия на фазометр 10 ЭДС 2 и ЕСЦ на его выходе появляется постоянное напряжение, напри- мер, положительной полярности, пропорциональное углуО{5ф, и стрелки регистратора 11 отклоняется от нуля по середине вправо.

По мере продвижения устройства

(на фиг. 1 влево) металлический предмет 12 окажется под приемником 5, теперь уже на приемник 5 будут воздействовать ток 10 в рельсе и контурный ток 1д в искомом предмете, а на при- емник 4 - только ток в рельсе i , равный току 1.

Ток в рельсе наведет в приемнике 5 ЭДС Ед, а контурный ток 1 в металлическом предмете наведет в датчике 5 ЭДС ЕМЈ, при этом наведенная в приемнике 4 ЭДС Е, опережает суммарную « ,

ЭДС Е E,j+EMЈ в приемнике 5 на угол 0, .., равный по величине и противоположный по знаку углу 0/Ј,).

В результате воздействий на фазометр 10 ЭДС Е( и ЕС5 на его выходе появляется постоянное напряжение, равное по величине и противоположной полярности напряжению в случае нахож- дения над искомым предметом приемника 4, Стрелка регистратора 11 отклоняется от нуля по середине влево.

Таким образом, признаком наличия металлического предмета в отсутствие тока утечки является то, что при продвижении устройства вдоль рельса на протяжении отрезка, равного расстоянию между приемниками, регистратор в начале отрезка дает показание поло- жительной полярности, а в конце отрезка такое же по величине, но отриг цательной полярности.

846

При наличии утечки тока с отрезка рельса, заключенного между приемниками, равенство чеков I, и 1„ в рельсе под приемниками нарушается. Ток 1 от генератора 1 разветвляется на ток In в рельсе и ток утечки Й1 (фиг. 3), который определяется по закону Ома.,

U uH YP-r

(D

5 20

5

}о

0

5

Q :

5

где Up-r. напряжение рельса-земля

в месте утечки;

Yp,,, - измеряемая сосредоточенная проводимость изоляции рельс-земля, практически активная. Следовательно, ток утечки UI практически совпадает по фазе с напряжением Up. г. (фиг. 3).

Аналогично определяется ток утечки i.1 с рельса на рельс. I

Комплексное входное сопротивление рельсовой цепи имеет индуктивный характер, поэтому ток 1л отстает по фазе от напряжения Up--, и следовательно, от тока ДТ.

Таким образом, при наличии утечки тока на отрезке рельса между приемниками 4 и 5 ток I2 отстает по фазе от тока 1,1,,+Д1, при этом наведенная током 1г ЭДС приемнике 5 отстает по фазе от Ё , наведенной в приемнике - +. 15 результате воздействия ЭДС Е, и К. на фазометр 10 в отсутствие металлического предмета на выходе фазометра появляется постоянное напряжение отрицательной полярности, что отображается на двухпо- лярном регистраторе 11 отклонением -стрелки влево от нуля.

Если место утечки тока находится вне отрезка рельса, заключенного между приемниками, то устройство на этот ток утечки не реагирует, так как в этом случае под обоими приемниками ток в рельсе один и тот же.

Таким образом, признаком наличия тока утечки в отсутствие металлического предмета является то, что при продвижении устройства вдоль рельса на протяжении расстояния, равного расстоянию между приемниками, регистратор 11 дает только одно показание, причем отрицательной полярности.

Чем выше измеряемая сосредоточенная проводимость изоляции Yn. , тем больше ток Д1, тем сильнее отклонение стрелки регистратора 11, следова- тельно левую часть шкалы регистратоpa можно проградуировать в единицах измерения проводимости - сименсах.

Возможен случай, хотя и редкий, когда при наличии металлического предмета имеется и утечка тока с рельса в землю. При этом в момент нахождения над металлическим предметом приемника 4 и при наличии утечки тока с отрезка рельса, заключенно го между приемниками, через шпалу 14 в землю на устройство будут воздействовать контурный ток Iw в металлическом предмете и ток утечки Д1 с рельса.

В зависимости от соотношения этих воздействий регистратор 11 дает показание либо положительной, либо отрицательной полярности.

В момент нахождения над металли- ческим предметом 12 приемника 5 на устройство будет воздействовать только контурный ток 1дд и регистратор 11 даст показание отрицательной полярности, по величине отличающееся от показания в момент нахождения над металлическим предметом приемника 4.

Следовательно, признаком наличия металлического предмета в присутст- вии тока утечки &I с рельса является то, что регистратор 11 на длине пути движения устройства, равной расстоянию между приемниками, дает два показания, разные по величине.

Таким образом, в трех рассмотренных случаях реакция регистратора Ц разная, что позволяет обнаруживать металлический предмет как при наличии тока утечки, так и в отсутствие его, а также измерять проводимость изоляции в рельсовой цепи в отсутствие металлического предмета.

Если расстояние между шпалами равно расстоянию между приемниками, контурные токи в подкладках наводят одинаковые ЭДС в обоих приемниках и регистратор 11 не реагирует на подкладки.

Однако возможен некоторый сдвиг шпал, что может вызвать разбаланс воздействия контурных токов в подкладках на устройство. Для уменьшения этого воздействия катушки 19 и 20 каждого приемника установлены под углом, при котором продолжение оси катушки проходит через центр поперечного вертикального сечения подкладки (фиг. 4). При этом продолжение оси катушки 19(20) проходит через центр контурного тока 1„ в подкладке, что и снижает величину ЭДС, наводимой током 1И в катушке.

В процессе движения устройства по рельсам возможно неодинаковое горизонтальное смещение индуктивных приемников 4 и 5, особенно в кривых участках пути, что может вызвать разбаланс воздействия контурных токов в подкладках на устройство даже при равенстве расстояний между шпалами и между приемниками.

Для уменьшения этого воздействия каждый индуктивный приемник выполнен из двух катушек 19(20), установленных симметрично относительно вертикальной оси рельса (фиг. 4).

Если произойдет сдвиг индуктивного приемника относительно вертикальной оси рельса, например, вправо, то продолжение оси катушки 19 пересечет плоскость контурного тока 1п,под кладки выше центра контура тока 1Л, а катушки 20 - ниже центра. В результате в обеих катушках 19 и 20 приемника контурным током наведутся ЭДС, одинаковые по величине и противоположные по фазе. Поскольку обе катушки приемника соединены согласно, то наведенные токи 1 ЭДС в катушках взаимно уничтожаются.

Формула изобретения

Устройство для измерения проводимости изоляции рельсовой линии, содержащее связанный с рельсами генератор измерительной частоты и установленные над рельсом вдоль него на расстоянии, равном расстоянию между осями со,седних шпал, два приемника измерительной частоты, имеющих каждый индуктивную катушку, обмотка которой связана через селективный усилитель и умножитель частоты с соответствующим входом фазометра, и регистратор, о тличающее ся тем, что, с целью повышения точности путем снижения влияния токов в рельсовой па дкладке, каждый приемник снабженСдополнительной индуктивной катушкой, обмотка которой включена последовательно и согласно с первой обмоткой между нею и селективным усилителем, причем катушки каждого приемника установлены симметрично относительно вертикальной плос9164518410

кости, проходящей через продольнуюшек острого угла с вершиной на переось рельса с наклоном от нее и с образованием продольными осями кату,сечении вертикальной и поперечной осей накладки.

Т

5-4

Фм.г

( )

.Редактор А.Долинич

Составитель Э.Кондратенко Техред С.Мигуно.ва

19; 20XL

, Л

16

Фиг. ./

Г//7

V16

Фиг. 5

Корректор Л. Бескид