устройство диагностики состояния электрического сопротивления рельсовых линий в рельсовых цепях на участках с электротягой переменного тока

Формула изобретения

Устройство для диагностики состояния электрического сопротивления рельсовых линий в рельсовых цепях на участках железных дорог с электротягой переменного тока, содержащее регистратор, сумматор, делитель напряжения, пороговый элемент и блок сигнализации, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено вторым регистратором, вторым сумматором, вторым делителем напряжения, одним логическим элементом НЕ, одним коммутирующим элементом, одной линией связи, четырьмя выпрямительными элементами, четырьмя элементами сравнения, четырьмя блоками сигнализации, пятью пороговыми элементами, пятью логическими элементами ИЛИ и четырьмя измерительными трансформаторами; причем первичные обмотки первого и второго измерительных трансформаторов подключены первыми выводами к средней точке основной обмотки дроссель-трансформатора, установленного на одном конце рельсовой цепи, второй вывод первого измерительного трансформатора подключен к выводу основной обмотки дроссель-трансформатора, соединенному с первой рельсовой нитью, а второй вывод второго измерительного трансформатора подключен к другому выводу основной обмотки этого дроссель-трансформатора, соединенному со второй рельсовой нитью; вторичная обмотка первого измерительного трансформатора через первый выпрямительный элемент соединена с первым входом первого делителя напряжения и с первым входом коммутирующего элемента; вторичная обмотка второго измерительного трансформатора через второй выпрямительный элемент соединена со вторым входом первого делителя напряжения и с третьим входом коммутирующего элемента; первичные обмотки третьего и четвертого измерительных трансформаторов подключены первыми выводами к средней точке основной обмотки дроссель-трансформатора, установленного на другом конце рельсовой цепи, второй вывод третьего измерительного трансформатора подключен к выводу основной обмотки дроссель-трансформатора, соединенному с первой рельсовой нитью, а второй вывод четвертого измерительного трансформатора подключен к другому выводу основной обмотки этого дроссель-трансформатора, соединенному со второй рельсовой нитью; вторичная обмотка третьего измерительного трансформатора через третий выпрямительный элемент и линию связи соединена с первым входом второго делителя напряжения и со вторым входом коммутирующего элемента; вторичная обмотка четвертого измерительного трансформатора через четвертый выпрямительный элемент и линию связи соединена со вторым входом первого делителя напряжения и с четвертым входом коммутирующего элемента; выход первого сумматора подключен к минусовому входу первого элемента сравнения, к плюсовому входу которого подключен выход второго делителя напряжения, а выход первого элемента сравнения через первый пороговый элемент, срабатывающий от плюсового напряжения, соединен с управляющим входом коммутирующего элемента; первый выход коммутирующего элемента соединен с его четвертым выходом, а также с первым входом первого делителя напряжения и с минусовым входом второго элемента сравнения; второй выход коммутирующего элемента соединен с его третьим выходом, а также с вторым входом первого делителя напряжения и с минусовым входом третьего элемента сравнения; пятый выход коммутирующего элемента соединен с его восьмым выходом, а также с первым входом второго делителя напряжения и с плюсовым входом второго элемента сравнения; шестой выход коммутирующего элемента соединен с его седьмым выходом, а также с вторым входом второго делителя напряжения и с плюсовым входом третьего элемента сравнения; выход первого делителя напряжения подключен к минусовому входу четвертого элемента сравнения, плюсовой вход которого соединен с выходом второго делителя напряжения, а выход четвертого элемента сравнения подключен ко входу второго порогового элемента, срабатывающего от плюсового сигнала; выход второго порогового элемента соединен с первыми входами третьего, четвертого и пятого логических элементов И, а через логический элемент НЕ соединен также с первыми входами первого и второго логических элементов И; выход второго элемента сравнения подключен к первому регистратору, а также через третий пороговый элемент, срабатывающий от минусового напряжения, соединен со вторыми входами второго и пятого логических элементов И и через четвертый пороговый элемент, срабатывающий от плюсового напряжения, соединен со вторыми входами первого, третьего и четвертого логических элементов И; выход третьего элемента сравнения подключен ко второму регистратору, а также через пятый пороговый элемент, срабатывающий от плюсового напряжения, соединен с третьими входами первого и третьего логических элементов И и через шестой пороговый элемент, срабатывающий от минусового напряжения, соединен с третьими входами второго, четвертого и пятого логических элементов И; выход каждого логического элемента И подключен к одному из пяти блоков сигнализации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано при техническом обслуживании рельсовых цепей.

Известен способ контроля величины асимметрии тягового тока при электротяге переменного тока, когда измеряют одновременно токи в рельсовых нитях в начале и в конце рельсовой цепи, а затем вычисляют коэффициенты асимметрии тягового тока на этих концах. Коэффициент асимметрии для участков с тяговым током до 300 А не должен превышать 4%. Токи измеряют клещами Дитца (прибор Ц-91) в дроссельных перемычках [1, с.58]. Однако этот способ не позволяет выяснить причины повышенной асимметрии тягового тока при ее появлении, а прибор Ц-91 неудобен для использования из-за его большой громоздкости. При электротяге постоянного тока величину тяговых токов в рельсовых нитях находят косвенным способом по результатам измерения напряжения на секциях основных обмоток дроссель-трансформаторов [1, с.58].

Известно устройство для измерения параметров рельсовых линий, позволяющие измерять сопротивления рельсовых стыковых соединителей в каждой рельсовой нити требуемого отрезка рельсовой линии, а также коэффициент асимметрии тягового тока возле этих стыковых соединителей [2]. Однако использование данного способа требует достаточно больших трудозатрат как на проведение измерений, так и на обработку результатов этих измерений для общей оценки составляющих электрического сопротивления рельсовых нитей рельсовой линии. А без знания величины сопротивления электрической изоляции каждой рельсовой нити в рельсовой цепи по отношению к земле диагностика причин появления повышенной асимметрии переменного тягового тока в рельсовых цепях практически невозможна.

Уровень современного развития микропроцессорных систем диспетчерского контроля [3] обеспечивает возможность передачи на требуемое расстояние нужного количества информации. Это позволяет достаточно простыми средствами контролировать величину тяговых токов в рельсовых нитях по концам рельсовых цепей и по этой информации диагностировать состояние составляющих электрического сопротивления рельсовых нитей на участках с электротягой переменного тока, определяющих повышенную величину асимметрии тягового тока в местах подключения к рельсам аппаратуры рельсовых цепей.

Целью изобретения является обеспечение возможности автоматической диагностики состояния электрического сопротивления рельсовых нитей и сопротивления их электрической изоляции по отношению к земле в пределах рельсовой цепи, оборудованной дроссель-трансформаторами, при повышенной асимметрии переменного тягового тока в этой рельсовой цепи.

Цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительно вторым регистратором, вторым сумматором, вторым делителем напряжения, одним логическим элементом НЕ, одним коммутирующим элементом, одной линией связи, четырьмя выпрямительными элементами, четырьмя элементами сравнения, четырьмя блоками сигнализации, пятью пороговыми элементами, пятью логическими элементами ИЛИ, и четырьмя измерительными трансформаторами; причем первичные обмотки первого и второго измерительных трансформаторов подключены первыми выводами к средней точке основной обмотки дроссель-трансформатора, установленного на одном конце рельсовой цепи, второй вывод первого измерительного трансформатора подключен к выводу основной обмотки дроссель-трансформатора, соединенному с первой рельсовой нитью, а второй вывод второго измерительного трансформатора подключен к другому выводу основной обмотки этого дроссель-трансформатора, соединенному со второй рельсовой нитью; вторичная обмотка первого измерительного трансформатора через первый выпрямительный элемент соединена с первым входом первого делителя напряжения и с первым входом коммутирующего элемента; вторичная обмотка второго измерительного трансформатора через второй выпрямительный элемент соединена со вторым входом первого делителя напряжения и с третьим входом коммутирующего элемента; первичные обмотки третьего и четвертого измерительных трансформаторов подключены первыми выводами к средней точке основной обмотки дроссель-трансформатора, установленного на другом конце рельсовой цепи, второй вывод третьего измерительного трансформатора подключен к выводу основной обмотки дроссель-трансформатора, соединенному с первой рельсовой нитью, а второй вывод четвертого измерительного трансформатора подключен к другому выводу основной обмотки этого дроссель-трансформатора, соединенному со второй рельсовой нитью; вторичная обмотка третьего измерительного трансформатора через третий выпрямительный элемент и линию связи соединена с первым входом второго делителя напряжения и со вторым входом коммутирующего элемента; вторичная обмотка четвертого измерительного трансформатора через четвертый выпрямительный элемент и линию связи соединена со вторым входом первого делителя напряжения и с четвертым входом коммутирующего элемента; выход первого сумматора подключен к минусовому входу первого элемента сравнения, к плюсовому входу которого подключен выход второго делителя напряжения, а выход первого элемента сравнения через первый пороговый элемент, срабатывающий от плюсового напряжения, соединен с управляющим входом коммутирующего элемента; первый выход коммутирующего элемента соединен с его четвертым выходом, а также с первым входом первого делителя напряжения и с минусовым входом второго элемента сравнения; второй выход коммутирующего элемента соединен с его третьим выходом, а также с вторым входом первого делителя напряжения и с минусовым входом третьего элемента сравнения; пятый выход коммутирующего элемента соединен с его восьмым выходом, а также с первым входом второго делителя напряжения и с плюсовым входом второго элемента сравнения; шестой выход коммутирующего элемента соединен с его седьмым выходом, а также с вторым входом второго делителя напряжения и с плюсовым входом третьего элемента сравнения; выход первого делителя напряжения подключен к минусовому входу четвертого элемента сравнения, плюсовой вход которого соединен с выходом второго делителя напряжения, а выход четвертого элемента сравнения подключен ко входу второго порогового элемента, срабатывающего от плюсового сигнала; выход второго порогового элемента соединен с первыми входами третьего, четвертого и пятого логических элементов И, а через логический элемент НЕ соединен также с первыми входами первого и второго логических элементов И; выход второго элемента сравнения подключен к первому регистратору, а также через третий пороговый элемент, срабатывающий от минусового напряжения, соединен со вторыми входами второго и пятого логических элементов И и через четвертый пороговый элемент, срабатывающий от плюсового напряжения, соединен со вторыми входами первого, третьего и четвертого логических элементов И; выход третьего элемента сравнения подключен ко второму регистратору, а также через пятый пороговый элемент, срабатывающий от плюсового напряжения, соединен с третьими входами первого и третьего логических элементов И и через шестой пороговый элемент, срабатывающий от минусового напряжения, соединен с третьими входами второго, четвертого и пятого логических элементов И; выход каждого логического элемента И подключен к одному из пяти блоков сигнализации.

На рисунках показана блок-схема патентуемого устройства. На рис.1 показана схема цепей измерения переменного тягового тока на концах рельсовых нитей рельсовой цепи. На рис.2 приведена блок-схема вычислительного узла, вырабатывающего информацию о величине токов асимметрии по концам рельсовой цепи и причинах появления этой асимметрии.

Объект диагностики и измерительные цепи (рис.1) включают в себя следующее. Рельсовые нити 1 и 2 рельсовой цепи ограничены электрически изолирующими стыками 3, 4 и 5, 6 по ее концам. Дроссель-трансформаторы 7 и 8 обеспечивают протекание тяговых токов в обход изолирующих стыков 3 и 4, а дроссель-трансформаторы 9 и 10 обеспечивают протекание тяговых токов в обход изолирующих стыков 5 и 6.

Рельсовая линия - это электрическая длинная линия с распределенными параметрами, поэтому на чертеже она показана в виде общего четырехполюсника 11, в котором рельсовые нити представлены как последовательное соединение четырехполюсников. Каждый из таких четырехполюсников - это Г-образная схема замещения отрезка рельсовой нити, длина которого выбирается по условиям корректности моделирования электрической линии с распределенными параметрами такими четырехполюсниками.

У рельсовой нити 2, к которой подключены цепи заземления опор контактной сети и других конструкций, каждый Г-образный элемент включает в себя следующее. Сопротивление 12 - это суммарное сопротивление рельсов и рельсовых стыков отрезка рельсовой нити выбранной длины, а также сопротивление изоляции этого отрезка рельсовой нити по отношению к земле 13 и эквивалентное сопротивление цепей заземления 14, подключенных к этому отрезку рельсовой нити. Г-образный элемент такого же отрезка другой рельсовой нити включает в себя суммарное сопротивление рельсов с сопротивлениями рельсовых стыков 15 этого отрезка рельсовой нити, а также сопротивление изоляции этого отрезка по отношению к земле 16.

Рельсовые нити 1 и 2 обладают входными электрическими сопротивлениями для тягового тока слева на рис.1 соответственно 17, 18 и справа - соответственно 19, 20. К дополнительным обмоткам дроссель-трансформаторов 7, 8, 9, 10 подключена аппаратура рельсовых цепей соответственно 21, 22, 23, 24.

За начало рельсовой цепи с точки зрения протекания в ней тягового тока будем считать тот ее конец, где тяговый ток втекает в рельсовые нити рельсовой цепи. Переменный тяговый ток стекает из рельсов в землю, поэтому ток в рельсовых нитях в конце рельсовой цепи всегда меньше, чем в ее начале. Интенсивность этого стекания зависит от величины сопротивления изоляции рельсовых нитей по отношению к земле. При протекании тяговых токов слева направо на рис.1 величины втекающих в рельсовые нити 1 и 2 в начале рельсовой цепи тяговых токов обратно пропорциональны входным сопротивлениям соответственно 17 и 18 этих рельсовых нитей. Если тяговый ток протекает по рельсовой цепи в обратном направлении, т.е. справа налево на рис.1, то величины втекающих в рельсовые нити 1 и 2 тяговых токов в этом конце рельсовой цепи будут обратно пропорциональны входным сопротивлениям соответственно 19 и 20 этих рельсовых нитей.

Падения напряжений на секциях основных обмоток дроссель-трансформаторов пропорциональны величинам протекающего по ним тягового тока, т.е. прямо пропорционально величинам тяговых токов, текущих в концах соответствующих рельсовых нитей рельсовой цепи. Для измерения тягового тока, текущего в левом на рис.1 конце рельсовой нити 1, к секции основной обмотки дроссель-трансформатора 8 подключена первичная обмотка измерительного трансформатора 25. Для измерения тягового тока, текущего в этом же конце рельсовой нити 2, к другой секции основной обмотки дроссель-трансформатора 8 подключена первичная обмотка измерительного трансформатора 26.

Справа на рис.1 для измерения тягового тока в рельсовых нитях 1 и 2 на другом конце рельсовой цепи к секциям основной обмотки дроссель-трансформатора 9 подключены первичные обмотки измерительных трансформаторов соответственно 27 и 28.

Сигналы с вторичных обмоток измерительных трансформаторов 25 и 26 через выпрямительные элементы соответственно 29 и 30 подаются на входы первого сумматора 31 и соответственно на первый и третий входы коммутирующего элемента 32. Сигналы с вторичных обмоток измерительных трансформаторов 27 и 28 через выпрямительные элементы соответственно 33 и 34 и через линию связи 35 подаются на входы второго сумматора 36 и соответственно на второй и четвертый входы коммутирующего элемента 32. При использовании цифровых каналов в линии связи обеспечивается равенство напряжений на входах и выходах этих каналов. Выходы сумматоров 31 и 35 подключены соответственно к минусовому и плюсовому входам первого элемента сравнения 36, выходной сигнал которого через пороговый элемент 37 подается на управляющий вход коммутирующего элемента 32.

Первый и второй выходы коммутирующего элемента 32 соединены с его выходами соответственно 4 и 3, а выходы 5 и 6 этого коммутирующего элемента соединены с его выходами соответственно 8 и 7. В результате независимо от направления протекания тягового тока по рельсовой цепи выходное напряжение на первом выходе коммутирующего элемента 32 пропорционально величине тягового тока в начале рельсовой нити 1, а напряжение на втором выходе коммутирующего элемента 32 пропорционально величине тягового тока в конце этой рельсовой нити. Точно также выходное напряжение на пятом выходе коммутирующего элемента 32 пропорционально величине тягового тока в начале рельсовой нити 2, а выходное напряжение на шестом выходе коммутирующего элемента 32 пропорционально величине тягового тока в конце этой рельсовой нити.

Первый выход коммутирующего элемента 32 подключен к первому входу первого делителя напряжения 39 и отрицательному входу второго элемента сравнения 40, а второй выход коммутирующего элемента 32 подключен ко второму входу первого делителя напряжения 39 и отрицательному входу третьего элемента сравнения 41 (рис.2). Пятый выход коммутирующего элемента 32 подключен к первому входу второго делителя напряжения 41 и положительному входу второго элемента сравнения 39, а выход 6 коммутирующего элемента 32 подключен ко второму входу второго делителя напряжения 42 и положительному входу третьего элемента сравнения 41.

Выходы первого 39 и второго 42 делителей напряжения подключены соответственно к отрицательному и положительному входам четвертого элемента сравнения 43, выходной сигнал которого через второй пороговый элемент 44 и логический элемент НЕ 45 подается на первые входы первого 46 и второго 47 логических элементов И. Выход второго порогового элемента 44 подключен также к первым входам третьего 48, четвертого 49 и пятого 50 логических элементов И.

Сигнал с выхода второго элемента сравнения 40 подается на первый регистратор 51, а также через третий пороговый элемент 52 - на вторые входы второго 47 и пятого 50 логических элементов И, а через четвертый пороговый элемент 53 - на вторые входы первого 46, третьего 48 и четвертого 49 логических элементов И.

Сигнал с выхода третьего элемента сравнения 41 подается на второй регистратор 54 прямо, а через пятый пороговый элемент 55 - на третьи входы первого 46 и третьего 48 логических элементов И. Через шестой пороговый элемент 56 этот сигнал подается также на третьи входы второго 47, четвертого 49 и пятого 50 логических элементов И.

К выходам первого 46, второго 47, третьего 48, четвертого 49 и пятого 50 логических элементов И подключены соответственно первый 57, второй 58, третий 59, четвертый 60 и пятый 61 блоки сигнализации.

Пороговые элементы первый 38, второй 44, четвертый 53 и пятый 55 срабатывают от положительного сигнала, а пороговые элементы третий 52 и шестой 56 срабатывают от отрицательного сигнала. Напряжение срабатывания этих пороговых элементов равно величине напряжения, принятого за логическую единицу в устройстве.

Измерители 51 и 54 показывают не только величину асимметрии тягового тока, но также и то, в какой рельсовой нити в начале и в конце рельсовой цепи тяговый ток больше. Эта информация в схеме определяется знаками сигналов на выходах элементов сравнения соответственно 40 и 41.

Устройство работает следующим образом.

Диагностики состояния электрического сопротивления рельсовых линий в рельсовых цепях на участках с электротягой переменного тока осуществляется не только по разности величин тяговых токов в рельсовых нитях по концам рельсовой цепи, так и по отношению величин тяговых токов в начале и конце каждой рельсовой нити. При этом учитывается также характер асимметрии, т.е. то, в какой рельсовой нити тяговый ток будет больше на концах рельсовой цепи.

Последнее учитывается следующим образом. Сигналы на выходах второго 40 и третьего 41 элементов сравнения будут положительными, если величина тягового тока соответственно в начале или конце рельсовой цепи будет больше в рельсовой нити 2, к которой присоединяются цепи заземления опор контактной сети и других конструкций. Если тяговые токи в указанных концах рельсовой цепи будут больше в рельсовой нити 1, то эти сигналы будут отрицательными.

Когда тяговый ток течет в соответствии с рис.1 слева направо, напряжения на выходах измерительных трансформаторов 25 и 26 будут больше, чем напряжения на выходах измерительных трансформаторов соответственно 27 и 28. Сумма напряжений на выходах выпрямительных элементов 29 и 30 в такой ситуации будет больше, чем сумма напряжений на выходах выпрямительных элементов 33 и 34. Тогда напряжение на выходе первого сумматора 31 будет больше, чем напряжение на выходе второго сумматора 36, и на выходе первого элемента сравнения 37 появится отрицательное напряжение. Первый пороговый элемент 38 реагирует только на положительное напряжение на его входе, поэтому коммутирующий элемент 32 остается в состоянии, показанном на рис.1.

Напряжения на первом и втором выходах ключевого элемента 32 будут при этом пропорциональны тяговым токам соответственно в начале и в конце рельсовой нити 1. Напряжения на пятом и шестом выходах ключевого элемента 32 будут при этом пропорциональны тяговым токам соответственно в начале и в конце рельсовой нити 2.

Если тяговый ток течет в другом направлении, на рис.1 справа налево, то сумма напряжений на выходах выпрямительных элементов 33 и 34 будет больше, чем сумма напряжений на выходах выпрямительных элементов 29 и 30. Тогда напряжение на выходе первого сумматора 31 будет меньше, чем напряжение на выходе второго сумматора 36, и на выходе первого элемента сравнения 37 появится положительное напряжение. Когда величина этого напряжения достигнет величины порога срабатывания первого порогового элемента 38, этот элемент срабатывает и подает напряжение на управляющий вход коммутирующего элемента 32.

Коммутирующий элемент 32 срабатывает и соединяет первый и второй входы соответственно со вторым и четвертым выходами, а третий и четвертый входы - соответственно с шестым и восьмым выходами. В результате на первом и втором выходах коммутирующего элемента 32 и в этой ситуации будут напряжения, пропорциональные тяговым токам соответственно в начале и конце рельсовой нити 1, а на пятом и шестом выходах будут напряжения, пропорциональные тяговым токам соответственно в начале и конце рельсовой нити 2. Следовательно, изменение направления тягового тока в рельсовой цепи не влияет на результаты диагностики.

Если цепи заземления подключаются к рельсовой нити 2 через исправные искровые промежутки, то величина сопротивления 14 у ее Г-образных элементов близка к бесконечности, и сопротивления рельсовых нитей 1 и 2 относительно земли различаются мало. В таких случаях причиной появления повышенной асимметрии тягового тока на концах рельсовой цепи может быть только несимметричное увеличение сопротивлений рельсовых стыков в разных ее рельсовых нитях.

Утечка тягового тока в землю по длине разных рельсовых нитей рельсовой цепи в этом случае примерно одинакова, поэтому разница между отношением напряжений на первом и втором выходах и отношением напряжений на пятом и шестом коммутирующего элемента 32 будет невелика. В результате напряжения на выходах первого 39 и второго 42 делителей напряжения также будут различаться мало, и напряжение на выходе четвертого элемента сравнения 43 будет близко к нулю. Второй пороговый элемент 44 на это напряжение не реагирует, а на выходе логического элемента НЕ 45 появится напряжение, соответствующе логической единице. Это напряжение подается на первые входы первого 46 и второго 47 логических элементов И.

Если сопротивление рельсовой нити 1 больше, чем сопротивление рельсовой нити 2, то тяговый ток в концах рельсовой нити 2 будет больше, чем в концах рельсовой нити 1. Следовательно, напряжения на пятом и шестом выходах коммутирующего элемента 32 будут больше, чем напряжения на первом и втором выходах этого элемента, и на выходах второго 40 и третьего 41 элементов сравнения появятся положительные напряжения, пропорциональные величинам асимметрии тягового тока соответственно в начале и конце рельсовой цепи.

От этих напряжений срабатывают соответственно четвертый 53 и пятый 55 пороговые элементы, которые подают напряжения на второй и третий входы первого 46 логического элемента И. В результате на выходе первого 46 логического элемента И появляется напряжения, от которого срабатывает первый 57 блок сигнализации, показывающий, что асимметрия произошла из-за повышенного сопротивления рельсовых стыков в рельсовой нити 1.

Величину асимметрии тягового тока в начале рельсовой цепи и то, в какой рельсовой нити тяговый ток там больше, показывает первый 51 регистратор. Второй 54 регистратор представляет такую же информацию об асимметрии тягового тока в конце рельсовой цепи. Показания регистраторов 51 и 54 определяются величинами и знаками напряжений, подаваемых на них соответственно со второго 40 и с третьего 41 элементов сравнения.

Таким образом, в рассматриваемом случае сигналы одновременно на всех трех входах появляются только у первого 46 логического элемента И.

Если при исправных искровых промежутках или отсутствии цепей заземления на рельсы опор контактной сети и других конструкций больше сопротивление рельсовой нити 2 по сравнению с сопротивлением рельсовой нити 1, то тяговый ток в концах рельсовой нити 2 меньше, чем в концах рельсовой нити 1. Следовательно, напряжения на пятом и шестом выходах коммутирующего элемента 32 будут меньше, чем напряжения на первом и втором выходах этого элемента, и на выходах второго 40 и третьего 41 элементов сравнения появятся отрицательные напряжения, пропорциональные величинам асимметрии тягового тока соответственно в начале и конце рельсовой цепи.

От этих напряжений срабатывают соответственно третий 52 и шестой 56 пороговые элементы, с выходов которых подаются напряжения соответственно на второй и третий входы второго 47 логического элемента И. На первый вход этого логического элемента 45 напряжение поступает с выхода первого логического элемента НЕ 46. Следовательно, на всех трех входах этого логического элемента 47 появляются напряжения, отчего напряжение появляется на его выходе. От этого напряжения срабатывает второй 58 блок сигнализации, указывающий, что асимметрия произошла из-за повышенного сопротивления рельсовых стыков в рельсовой нити 2. Величины асимметрии тяговых токов и их характер при этом в начале и в конце рельсовой цепи показывают соответственно первый 51 и второй 54 регистраторы.

Характерна ситуация, когда понижено сопротивление изоляции по отношению к земле рельсовой нити 2 из-за неисправности искровых промежутков в цепях заземления на рельсы опор контактной сети и различных конструкций. Исправность этих соединителей сейчас практически никак не контролируется. В такой ситуации степень уменьшения тягового тока по длине рельсовой нити 2 будет всегда больше, чем в рельсовой нити 1. Такой же характер асимметрии сопротивлений рельсовых нитей в рельсовой цепи может возникать в тех случаях, когда рассматриваемые цепи заземления подключаются к рельсам наглухо.

Напряжение на выходе второго делителя напряжения 42 в этих случаях будет всегда больше, чем на выходе делителя напряжения 39, и на выходе четвертого элемента сравнения 43 всегда будет присутствовать положительное напряжение. При достаточной величине этого напряжения срабатывает второй ключевой элемент 44 и подает напряжение на первые входы третьего 48, четвертого 49 и пятого 50 логических элементов И, а напряжения на первых входах первого 46 и второго 47 логических элементов И исчезает вследствие срабатывания логического элемента НЕ 45. При этом возможны три варианта соотношения сопротивлений рельсовых нитей в рельсовой цепи.

В первом варианте сопротивления рельсовых нитей рельсовой цепи могут быть примерно одинаковы. Тогда в рельсовую нить 2 в начале рельсовой цепи тяговый ток больше втекает и больше величина тягового тока в конце этой рельсовой нити. Поэтому на выходах и второго 40, и третьего 41 элементов сравнения появляются положительные напряжения.

От этих напряжений срабатывают соответственно четвертый 53 и пятый 55 пороговые элементы и подают напряжения на второй и третий входы третьего 48 логического элемента И. При этом напряжения на всех трех входах появляются только у третьего 48 логического элемента И. В результате на выходе этого логического элемента появляется напряжение, от которого срабатывает третий 59 блок сигнализации, указывающий, что асимметрия произошла из-за пониженного сопротивления изоляции рельсовой нити 2 по отношению к земле. Срабатывающие при этом регистраторы 51 и 54 показывают величины и характер асимметрии тягового тока соответственно в начале и конце рельсовой цепи.

Во втором варианте сопротивление рельсовой нити 1 рельсовой цепи может быть больше по сравнению с сопротивлением рельсовой нити 2. Тогда в начале рельсовой цепи тяговый ток больше в рельсовой нити 2, но в конце рельсовой цепи тяговый ток в рельсовой нити 2 меньше, чем в рельсовой нити 1. Последнее объясняется большей утечкой тягового тока в землю из рельсовой нити 2. Следовательно, напряжение на втором и пятом выходах коммутирующего элемента 32 в этом случае будет больше, чем соответственно на шестом и первом его выходах.

На выходе второго элемента сравнения 40 появляется положительное напряжение, от которого срабатывает четвертый пороговый элемент 53 и подает напряжение на второй вход четвертого 49 логического элемента И. На третий вход этого логического элемента И приходит напряжение с выхода шестого порогового элемента 56, который срабатывает от отрицательного напряжения, появляющегося на выходе третьего элемента сравнения 41. На первый вход четвертого 49 логического элемента напряжение поступает с выхода второго 44 порогового элемента.

В результате напряжение появляется на выходе пятого 49 логического элемента И, от которого срабатывает четвертый 60 блок сигнализации, указывающий причину появления повышенной асимметрии тягового тока. Срабатывающие при этом регистраторы 51 и 54 показывают величины и характер асимметрии тягового тока соответственно в начале и конце рельсовой цепи.

В третьем варианте сопротивление рельсовой нити 2 рельсовой цепи больше по сравнению с сопротивлением рельсовой нити 1. Тогда в и начале, и в конце рельсовой цепи тяговый ток больше в рельсовой нити 1. Поэтому напряжения на первом и втором выходах коммутирующего элемента 32 будут больше по сравнению с напряжениями соответственно на пятом и шестом его выходах.

В результате на выходе второго элемента сравнения 40 появляется отрицательное напряжение, от которого срабатывает третий пороговый элемент 52 и подает напряжение на второй вход пятого 50 логического элемента И. На третий вход этого логического элемента И приходит напряжение с выхода шестого порогового элемента 56, который срабатывает от отрицательного напряжения, приходящего с выхода третьего элемента сравнения 41. На первом входе этого логического напряжения уже есть. В результате напряжение появляется на выходе шестого 50 логического элемента И, от которого срабатывает пятый 61 блок сигнализации, указывающий рассматриваемую причину появления повышенной асимметрии тягового тока. Первый 51 и второй 54 регистраторы показывают при этом величины и характер асимметрии тягового тока соответственно в начале и конце рельсовой цепи.

Актуальность решения данной задачи определяется тем, что интенсивность сбоев в работе рельсовых цепей и АЛСН на участках с электротягой переменного тока в 4-5 раз выше, чем на участках с электротягой постоянного тока [4]. Одной из основных причин этого является повышенная асимметрия переменного тягового тока особенно на участках с тяжеловесным движением, на горных участках и в зонах, примыкающих к месту подключения к обратной тяговой рельсовой сети отсасывающих линий тяговых подстанций.

Таким образом, предложенное устройство позволяет использованием достаточно простых технических решений автоматизировать процесс диагностики состояния электрического сопротивления токопроводящих и изолирующих элементов рельсовых линий для выявления причин появления повышенной асимметрии переменного тягового тока в рельсовых цепях. Предложенное устройство, по сути, является устройством для неразрушающего контроля состояния электрического сопротивления элементов в рельсовых линиях.

Проведенные в условиях эксплуатации исследования и математическое моделирование процессов растекания переменных тяговых токов по рельсовой сети показали, что рассмотренные пять вариантов соотношения сопротивлений рельсовых нитей рельсовой линии и сопротивлений изоляции рельсовых нитей по отношению к земле являются основными причинами появления повышенной асимметрии переменного тягового тока в рельсовых цепях.

Анализ схемы устройства с использованием компьютеров, а также испытания лабораторного макета предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и достоверность результатов диагностики.

Литература

1. Дмитренко И.Е., Дьяков Д.В., Сапожников В.В. Измерения и диагностирование в системах железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. - М.: Транспорт, 1994. - 263 с.

2. Патент на изобретение № 2334643, МПК 61L 23/16 / Шаманов В.И., Суров В.П., Пультяков A.B., Трофимов Ю.А., Шаманова С.И. Устройство для измерения параметров рельсовых цепей на электрифицированных железнодорожных линиях. / Шаманов В.И., Суров В.П., Пультяков A.B., Трофимов Ю.А., Шаманова С.И. Патентообладатель ГОУ ИрГУПС. Приоритет изобретения 05.07.2006 г. Опубл. 27.09.2008 г. Бюл. № 27.

3. Лисенков В.М. Системы управления движением поездов на перегонах: в 3 ч. Ч.1. / Лисенков В.М. и др. - М.: ГОУ «Учебно-метод. центр по образованию на ж.-д. трансп.», 2009. -160 с.

4. Шаманов, В.И. Уровень устойчивости работы АЛСН при электротяге переменного тока // Автоматика, связь, информатика. 2010. - № 8. - С 6-10.