poster444

Новый эффективный прибор

Специалистами предприятия «Центр новых инженерных технологий» (ЦНИТЭ) по заказу Западно- Сибирской дороги был разработан прибор ИСО-1И, предназначенный для контроля цепи заземления железобетонных опор контактной сети. Он состоит из двух частей: блока генератора (БГ) и блока регистратора (БР).

В основу работы прибора положен принцип «вольтметра-амперметра» и методы: прямого измерения входного сопротивления группы опор Rr, сопротивления одиночных опор RM, оснащенных индивидуальными средствами защиты, индукционного измерения сопротивления опор R0 в группе без их отсоединения от объединяющего троса.

Опытная эксплуатация аппаратуры ИСО-1 (UBblx = 7,5 В, f = 550 Гц) прошла на Барабинской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской дороги. Здесь около 90 % опор имели сверхлимитный срок службы, а последнее регламентное обследование цепи заземления опор было в 1990 г. С помощью ИСО-1 обследовали 185 групп, содержащих более 3500 опор. При этом выявлены 73 низкоомных опоры с сопротивлением Ro<100 Ом, обнаружена 731 опора (каждая пятая) с сопротивлением Ro<200 Ом; получено удовлетворительное совпадение результатов измерений сопротивления низкоомных опор, выполненных приборами М416 и ИСО-1.

Тогда же были получены некоторые результаты методического значения. В частности, было подтверждено существенное влияние климатических условий на сопротивление изоляции троса группового заземления относительно арматуры опор.

Так, цепь заземления одной низкоомной группы из 19 опор обследовали дважды.Первые замеры выполнили через 12 ч после окончания дождя средней интенсивности. Первоначально при обследовании с помощью прибора ИСО-1 провели поиск и измерение сопротивления низкоомных опор в группе. Затем измерения повторили прибором М416, отсоединив каждую опору от объединяющего троса.

Через 6 сут. повторно обследовали эту группу опор, измеряя сопротивление только низкоомных опор приборами ИСО-1 и М-416. В период между первым и вторым обследованиями осадки не выпадали, стояли солнечные дни.

Были получены следующие результаты: восемь опор в группе имели сопротивление Ro<1000 Ом (у них удовлетворительно совпадали результаты измерения с помощью приборов М-416 и ИСО-1), сопротивление остальных 11 опор превышало 1000 Ом.

Кроме того, отметили зависимость результатов измерений сопротивления R0 от предшествующих погодных условий. Например, у одной из опор сопротивление относительно троса заземления было 63 Ом через 12 ч после окончания дождя. За 6 сут. сухой погоды ее сопротивление возросло до 222 Ом. Аналогичные, но менее существенные увеличения сопротивления R0 наблюдались у большинства обследованных опор с сопротивлением Ro<1000 Ом.

Увеличение сопротивления было, по-видимому, связано с испарением влаги из объема и с поверхности бетона на участке опоры, примыкавшем к месту крепления консоли или из-за окисных пленок в контактах металлических деталей.

Несмотря на полученные положительные данные,низкий уровень помехозащищенности затруднял применение прибора ИСО-1,особенно на участках с интенсивным движением. Среди недостатков первой модификации прибора отметили и необходимость решения системы из двух уравнений для вычисления сопротивления опор.

Указанные недостатки определили целесообразность разработки прибора ИСО-1И с импульсным выходным напряжением. В новом устройстве сохранен общий принцип работы. Однако радикально изменены схемы блоков.

В итоге при выходном напряжении 60 В на стрелочный (в последней модели — цифровой) индикатор блока генератора выводится результат измерений сопротивлений Rr и Би в омах, результат измерений сопротивления R0 в омах выводится на стрелочный индикатор блока регистратора.

В ходе испытаний прибора ИСО-1 И отрабатывали новые, возможные только с данным прибором, методические приемы контроля качества изоляции троса и опор относительно анкерных оттяжек, грузоуспокоителей, заземляющих спусков роговых разрядников и разъединителей, измерения сопротивления отдельных стоек опор с жесткой перемычкой и др. Испытуемые приборы показали высокие эксплуатационные качества.

В 1997 г. на Западно-Сибирской, Московской и Куйбышевской дорогах провели сравнительные испытания опытных образцов приборов ИСО-1И, МС-08, М416, Ф4103, ПК, АДО-02 и комплекса с питанием от переносной железнодорожной электростанции (ЖЭС). По их результатам отмечено следующее.

При сопротивлении группы или опоры с индивидуальным заземлением в диапазоне от 50 до 500 Ом результат измерений сильно зависел от выходного напряжения и выходной мощности измерительного прибора: чем выше были показатели, тем более низкие значения сопротивления регистрировали. Наименьшие получили при использовании ЖЭС.

Приборы АДО, ИСО-1 И и Ф4103 показали близкие, но несколько большие сопротивления. Данные приборов МС-08 и М416 отличались уже на 10 — 20 % от показаний ИСО-1 И, а прибор ПК показывал значения в 2 раза больше.

Кроме того, в приборе ПК зависимость результатов от выходного напряжения была подтверждена непосредственно: при включении дополнительных ступеней напряжения сопротивление снижалось.
Подчеркнем, что указанные расхождения не были следствием погрешностей самих измерительных приборов, в чем убеждали проверки приборов с помощью калиброванных резисторов на месте испытаний. Результаты измерений, проведенных различными приборами,в среднем совпадали и в случаях, когда величины Rr и RH имели значения меньше 50 или больше 500 Ом.

Поскольку в этот диапазон расхождения результатов измерений попадают дефектные опоры по величине сопротивления Rr и RM, имеет смысл остановиться несколько подробнее на данном выводе. Пока его надо рассматривать как предварительный, потому что сравнение приборов не имело систематического характера.
В каждой серии испытаний использовались не все, а 2 — 3 прибора из названных, фиксировали существенно различавшиеся друг от друга или выпадавшие из общей тенденции данные.

Вместе с тем, уже сейчас можно утверждать, что полученная связь имела объективный характер и была обусловлена свойствами объекта. Зависимость измеряемого сопротивления от напряжения указывала на нелинейность вольт- амперных характеристик.
Известно, что всем окислам железа в той или иной степени присущи свойства полупроводников с вольт-амперной характеристикой, аналогичной наблюдавшейся в испытаниях. Следовательно, наиболее вероятно, что разброс измерений имел место при контакте окисленных вследствие коррозии металлических деталей трос — консоль — арматура опоры.

В случаях низкого переходного сопротивления (3 — 5 Ом), т.е. почти закороченных наглухо металлических контактах, нелинейности практически не было. Поэтому показания приборов с разным уровнем выходного напряжения были близки. При наличии изоляции или толстых оксидных пленок в местах контактов показания приборов также совпадали, потому что нелинейность в начальной части вольт- амперных характеристик полупроводников и изоляторов выражена крайне слабо.

Отметим, что эти предположения требуют более детального изучения, но должны учитываться при обследовании цепи заземления опор контактной сети. По-видимому, необходимо поставить целевой эксперимент, в котором на достаточно представительной выборке реальных объектов в одинаковых метеорологических условиях и электромагнитной обстановке измерения сопротивления каждой опоры проводились бы всем парком измерительной аппаратуры. Если предварительный вывод данной работы подтвердится, то надо будет принять решение о нормировании уровня выходного напряжения при измерениях и соответствующей, при необходимости, модернизации приборов.

Воздействие на приборы помех от устройств электроснабжения и подвижного состава проявлялось двояким образом. При кратковременных больших бросках потенциала рельса (предположительно свыше 100 В) возникли отказы приборов ИСО-1И и ПК, что потребовало доработки устройств их защиты.

Постоянно присутствующие и меняющиеся в диапазоне от нуля до нескольких вольт потенциалы рельса влияли на результаты измерений сопротивлений Rr, RM и R0. Причем, чем выше был уровень выходного напряжения прибора, тем стабильнее были его показания во времени, т.е. влияние помех было меньшим. Прибор ИСО-1И продемонстрировал наиболее высокую степень защиты от помех низкого уровня вследствие большой величины выходного напряжения и импульсного принципа работы.

В испытаниях отметили весьма привлекательные для эксплуатации свойства новых приборов ПК и ИСО-1И. Оба устройства имеют малые габариты и массу, экономичны в потреблении энергии, просты в обращении. Прибор ПК имеет дополнительную функцию измерения знака и величины потенциала, встроенную электронную записную книжку для записи и хранения результатов измерений.

Главные достоинства прибора ИСО-1И обусловлены индукционным способом его работы. Он позволяет определять сопротивления опор без вывода их из группы, в том числе на перронах и участках с твердым покрытием грунта, в стесненных условиях, зачастую недоступных для традиционных измерительных средств. С помощью блока регистрации можно определить плечо Т-образной группы с низкоомной опорой, а после ее выявления ответить на вопрос, есть ли еще в этом плече низкоомные или зашунтированные опоры.

В ряде случаев этот методический прием дает заметную экономию времени на обследование. Уже упоминались возможности прибора ИСО-1И применительно к контролю качества изоляции троса группового заземления и опор относительно анкерных оттяжек, грузоуспокоителей, заземляющих спусков роговых разрядников и разъединителей, а также при измерениях сопротивления отдельных стоек опор с жесткой перемычкой и др.

В некоторых испытаниях проводили хронометраж операций, выполняемых с помощью приборов М416, АДО, ЖЭС и ИСО-1 при поиске низкоомной опоры в группе. В зависимости от условий обследования, числа и расположения низкоомных опор в группе прибор ИСО-1 И позволял сократить время на обследование от 2 до 46 раз.

Меньшие значения наблюдались при сравнении с приборами ЖЭС и АДО при благоприятных для тех условиях измерений: мягком грунте, низком уровне помех, возможности подъезда к обследуемой группе опор на автотранспорте. Максимальное увеличение производительности наблюдалось в сравнении с приборами, требующими вывода опор из группы и при расположении группы в стесненных условиях.

Технико-экономические расчеты свидетельствуют, что прибор ИСО-1 И может окупить себя в течение нескольких месяцев эксплуатации. Существенно повышаются культура и безопасность труда контролирующего персонала.

В заключение авторы выражают благодарность всем работникам Западно-Сибирской, Куйбышевской и Московской дорог, принявшим участие в испытаниях, а также докторам технических наук А.И. Гукову и В.И. Подольскому (ВНИИЖТ) за ценные советы при разработке модификаций приборов ИСО.