Устройство для измерения сопротивления изоляции изолирующих стыков

Устройство для измерения сопротивления изоляции изолирующих стыков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к железнодорожной автоматике, а именно к определению переходного сопротивления изолирующих стыков рельсовых цепей. Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Указанная цель достигается тем, что устройство позволяет обнаруживать короткое замыкание между одним из рельсов 27 и накладкой 36 в изолирующем стыке 25 сразу на обоих рельсах железнодорожного пути. 11 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1523451 (51)4 В 61 I. 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ ЯОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4116191/27-11 (22) 10.09.86 (46) 23.11.89. Бюл. Y - 43 (?1) Харьковский институт инженеров железнодорожного транспорта им. С.M. Кирова (72) В.П. жох (53) 621.317.33(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1144922, кл. В 61 Ь 23/16, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ CQIIPO2

ТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ИЗОЛИРУЮЩИХ СТЫКОВ (57) Изобретение относится к железнодорожной автоматике, а именно к определению переходного сопротивления изолирующих стыков рельсовых цепей. Цель изобретения — расширение диапазона измерений. Указанная цель достигается тем, что устройство позволяет обнаруживать короткое замыкание между одним из рельсов 27 и накладкой 36 в изолирующем стыке 25 сразу на обоих рельсах железнодорожного пути. 11 ил.

1523451

Изобретение относится к железнодорожной автоматике, а именно к определению переходного сопротивления изолирующих стыков рельсовых цепей.

Цель изобретения — расширение диа5 пазона измерений.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2электрическая схема участка рельсового пути с измеряемыми изолирующими стыками; на фиг. 3 — первая эквивалентная схема участка рельсового пути; на фиг. 4 — вторая эквивалентная схема участка рельсового пути; на фиг. 5 а-ж- линейныедиаграммы потенциалов на накладке и рельсах и падений напряжения на переходах накладкарельс; на фиг. 6 — взаиморасположение рельса, накладок и пластин двух емкостных датчиков; на фиг . 7 — первая эквивалентная схема части тракта прохождения сигнала; на фиг. 8 — вто:,рая {мостовая) эквивалентная схема части тракта прохождения сигнала; на фиг. 9 — взаиморасположение поверхностей рельса, накладки и емкостных пластин в пространстве; на фиг. 10— ! первая эквивалентная схема части тракта прохождения помехи на фиг.11 вторая (мостовая) эквивалентная .схема части тракта прохождения помехи.

Устройство содержит генератор измерительной частоты, подключенный через резонансный конденсатор 2 к . питающим индукторам 3 и 4 обоих. рель- 35 сов, приемную индуктивную катушку 5, подключенную через селективный усилитель 6 и выпрямитель 7 .преобразователя сигнала индуктивного датчика к одному входу делителя 8 напряжений каждого из четырех измерительных каналов, каждый из которых содержит емкостной датчик состоящий из двух емкостных пластин 9 и 10 (для первого канала), подключенных через входной трансформатор 1 1 к входу преобразователя сигнала емкостного датчиками состоящего из селективного усилителя 12, фазового детектора 13, подключенного через трансформатор

14 полосовой Фильтр 15 и Фазовращатель 16 к выходу генератора 1, фильтра 17 нижних частот, выход которого подключен к второму входу делителя 8 напряжений, к выходу которого подсое- 55 динен регистратор 18.

Кроме того, устройство содержит емкостные пластины 19 и 20 второго лала, ? i и 22 третьего и 23, 24— .етвертого, шины от общего трансформатора 14 к канальным полосовым фильтрам 15 и далее через канальные фаэовращатели 16 к фазовым детекторам 13 других каналов, шины с выхода преобразователя сигнала индуктивного датчика к делителям 8 напряжений других каналов. Все четыре канала аналогичны.

Устройство размещено на рельсах с изолирующими стыками 25 и 26, разделяющими рельсы 27, 28 и 29, 30, емкостные пластины находятся в зоне изолирующих стыков,. а колесные оси

31 и 32 вагона находятся па обе стороны от изолирующих стыков.

Дроссель-трансформаторы 33 и 34 (фиг. 2} подключены у изолирующих стыков с каждой его стороны к рельсам, скрепленым металлическими накладками 35-38.

Устройство работает следующим образом.

В момент измерения сопротивления изоляции в изолирующих стыках 25 и

26, разделяющих рельсы 27, 28 и 29, 30, емкостные пластины 9, 10, 19-24 находятся в зоне изолирующих стыков, а колесные оси 31 и 32 вагона находятся по обе стороны изолирующих стыков °

Сопротивления Е, колесной оси 31, «Е Р1 3 рельс 27 - < < и Е,р „з Рельс

28 — земля составляют треугольник сопротивлений, который преобразуется в звезду сопротивлений Е „, Е и Е, по формулам

Е Е р 1- 3 K. 4(1

ZP1-З +Е Р 9+2 1, К р -з Е 1,1

Ф

Z р4-9 +Z рз-9 +

Š— оъ Е ++Z рз 9+Å j„

Z рзз 4 м. рз 9. е р4 Ь 1 %а

Е р4-3 Е 44

Е (2) г

=o5

Е р9- з+Е р4-9+ %a

Е P9- Р4-l я.

Р9 P+Z Р4-з И кЙ

Z — 06

Аналогично преобразуется треуголь-. ник сопротивлений Е Р1 колесной оси ! 32, Z ðç з Рельс 29 — землЯ и Е риаз рельс 30 — земля в звезду сопротивлений Е,4, Z 9 н Е О по формулам

1523451

При этом эквивалентная схема на фиг. 2 переходит в эквивалентную схему на фиг. 3.

Индукторы 3 и 4, питаемые генератором 1, наводят в рельсах 27 и 28, 5

ЭДС соответственно Е Р, и Е Р .

Эквивалентная схема на фиг. 3 является многоконтурной, в которой при исправных изолирующих стыках ток в основном протекает в первом, контуре, образованном сопротивлениями отрезков рельсов 27 и 28 с наведенными ЭДС Е ;, Е рр, сопротивлением ос,новной обмотки дроссель-трансформато15 ра 33 и Ер1, Е ог.

Уравнение для контурного тока I p имеет вид

20 где Z,и Š— сопротивления отрезков рельсов 27 и 28 между колесной осью 31 и стыками;

Е д — комплексное сопротивление основной обмотки дроссель-трансформатора 33.

По данныи измерений на частоте

50 кГц в дроссель-трансформаторе типа ДТ.-02-1000, нагруженном íà аппаратуру релейного конца, Z„ = 9 х

$51«О

Сопротивления рельсов длиной

10 м на частоте 50 кГц равны

1ВО 35

Zа,, = =Z ð. = 3 е Ом.

Как видно из фиг. 3, при симметрии верхней и нижней ветвей первого, контура ток в перемычку, соединяющую

-средние точки дроссель-трансформато- 40 ров ЗЗ и 34, не ответвляется.

При нарушении симметрии первого контура часть тока проходит по перемычке на среднюю точку дроссель трансформатора 34, разветвляется на 45 обе его полуобмотки и замыкается через сопротивления Z, Z р коротких (1м) отрезков рельсов 29 и 30, сопротивления Е, Е рв, -o4 Е рр р1

Z и сопротивление Z кузова ваго50 — о1 — кв на.

При встречном протекании токов по полуобмоткам ДТ-34 их мдгнитные поля взаимно компенсируются и со

55 противления полуобмоток для токов становятся чисто активными и равными 0,5K „,. По паспортным данным

R z "»0,001 Ом. б

С учетом, что спереди и сзади вагона находятся много колесных осей, можно считать, что Е, Z „„ < (с Z <1, тогда из (1) и (2) следует„

ЧтО Z „1=Е о Ер -Z 7 Р, Поскольку отрезки рельсов 27 и

28 в момент нахождения емкостных пластин над стыком значительно длиннее отрезков рельсов 29 и 30 сопротивлениями Z >q и Z -« последнпх можно пренебречь °

С учетом вышеизложенного в эквивалентной схеме на фиг. 3 можно пренебречь сопротивлениями Z Рр, Е Z Е

Рр1 р. о Zо « Z 0.5 Rдть ПРИ этом эквивалентная схема (фиг. 3) переходит в эквивалентную схему на фиг. 4, из которой видно, что напряжения между смежнымн рельсами равны половине напряжения U, -О„ на основной обмотке ДТ 33.

На фиг. 4 также показаны переходные сопротивления 7 н, Р. .накладкарельс и обходное сопротивление Е состоящее из параллельного соединения (Еоз+7.св) и 7 кв из фиг. 3

Е авх (Е О о+ „) )t Z „â (4)

Падения напряжения накладка—

1 рельс по смежным рельсам распределяются пропорционально переходным сопротивлениям накладка — рельс, Падения напряжения накладка— рельс равны: накладка 35 — рельс 27

Е н1- Р1

U (u - u ) ° (5) н«- а (7 +Z ) о (- н1-р1 — н1- РЯ ) накладка 36 — рельс 27

U — — — — (О -Ц ) ° (6) Z н2- Р>

Н Р (Е + «о Р— н Z- Р1 - 1««- p> йакладка 36 — рельс 29

U = — — =-" — — — -- (U -U ) (7) 1- Р3

««Р- Рз (Z +Е ) Р о — Н1- Р1 — н1- Ро накладка 35 — рельс 29

6 = — — — — — (й -U ) ° (8)

Ен - Рв нг Рэ (Е +Е ) Аналогично определяются падения напряжения для второй нитки между накладками 37 и 38 и рельсами 28 н 30.

Прн 7. Н«Р,= g „„, (стык исправен) имеем н1- «« H1- Рв 01- (p1 с

0@25(Up Upg) х (9) т.е. напряжения накладка — рельс ло смежным рельсам равны и противоположны по фазе.

7 152345

При Z1, « Z „„,(предотказное

".остояние первой стадии) имеем

tU„,, )) П (10)

При Z,„, = 0 (предотказное состояние второй стадии, пробой изоляции между накладкой 35 и рельсом 29) имеем (р,),, р ), Н<- Рз

На фиг. 5 показаны линейные диаграммы потенциалов U на накладке .35, на рельсе 27, U на рельсе 29 15 относительно потенциала U о средней точки ДТ 33, принятого равным нулю

»,е. Й = О, линейные диаграммы падений напряжения U, накладка 35Рельс 27,tJ„, „,накладка 35-рельс 29 20 для приведенйых трех частных случаев.

Потенциал Й р» рельса 29 равен потенциалу Uo средней точки ДТ 33, следовательно U< О..

На фиг. 5а показаны схематически рельсы 27 и 29, стык 25, накладка 35 и переходные сопротивления между накладкой и рельсами.

На фиг. 56, r, е представлены линейные диаграммы потенциалов, а на ЗО фиг. 5в, д, ж — падений напряжения накладка — рельс.

Поскольку пластина 9 ориентирована на рельс, а пластина 10 — на накладку, падение напряжения на переходе накладка — рельс через емкостные переходы рельс — пластины и накладка — пластины поступает на первичную обмотку трансформатора 11, на вторичной обмотке которого ояв- 40 ляется напряжение сигнала О „, пропорциональное переходному сопротивлению накладка — рельс. Напряжение сигнала U « через преобразователь сигнала емкостного датчика посту- 45 пает на первый вход делителя 8 напряжений, на второй вход которого через преобразователь сигнала индуктивного датчика поступает ЭДС сигнала Е., » пРопорциональная току р в рельсе 27. 5<

При исправном стыке переходные сопротивлениЯ Z „р накладка — Рельс, много больше полного сопротивления /,, основной обмотки ДТ 33, поэ тому ответвление тока из первого контура в другие контуры схемы на фиг. 4 незначительно и сила тока I p в основном определяется сопротивлением Z „,, . Следовательно,,раз10 (11) и отея далов (Пр -П„) и Я„-У ) ня ДТ 33 пропорциональны току

С другой стороны, падения напряжений накладка — рельс пропорциональны разности потенциалов (U .

Р

-U, ) или (U,-U g) и, следовательно» току i<» поэтому в результате процесса деления сигнала П, на сигнал

Е; на выходе делителя 8 появляется напряжение U> сигнала, пропорциональное переходному сопротивлению накладки - рельс, которое и подается на регистратор 18 °

Таким образом, устройство производит прямое измерение сопротивле-. ния изоляции перехода накладкарельс.

В случае нарушения равенства емкостей емкостных переходов пластина 9 - рельс и пластина 10 — рельс при движении вагона на выходе трансформатора 11 появляется напряжение аддитивной помехи, фаза которого

1 сдвинута относительно фазы напряжения сигнала. Для подавления аддитивной помехи преобразователь сигнала емкостного датчика содержит фазовый детектор 13» соединенный через трансформатор 14, полосовой фильтр 15 и фазовращатель 16 с генератором 1.

Кроме того, фазовый детектор изменяет полярность выходного сигнала

U на противоположную при переходе емкостного датчика в процессе движения вагона из зоны накладка — первый рельс в зону накладка — второй смежный рельс. Благодаря этому повышается достоверность принятой информации, так как на. носителе информации, например на диаграммной ленте многоканального самописца, можно достоверно различить. запись значений измеренных переходных сопротивлений между накладкой и смежными рельсами.

Получение этого эффекта объясняется следующим.

Фазовый детектор обладает тем, свойством, что при смене фазы напряжения сигнала на его входе на 180 полярность выходного выпрямленного напряжения изменяется на противоположную.

При перемещении емкостного датчика вдоль рельса он сначала снимает падение напряжения У, р„ а затем

Бр,.р, при этом линейная функция

1523451

10

С pi qs С р1-gg

-- — — ) — —--1

C„ и C н -п где С pi-n< и Ср, „- емкости между рельсом 27 и пластинами соответственно 9 (П 1) и 10 (П2);

С р<-п и C « » — емкости между накладкой 40

35 (Н 1) и пластинами 9 и 10.

Как видно из фиг. 6, пластина 9 ближе к рельсу 27, чем к накладке 35, помимо того, накладка 35 экранирова- 45 на от пластины 9 рельсом 27 ° С другой стороны, рельс 27 и накладка 35 примерно равноудалены от пластины 10, а площадь накладки 35, обращенная к пластине 10, больше площади головки рельса 27. Все это вместе обеспечивает выполнение неравенства (9).

Как видно из фиг. 7 и 8, полюса рельс 27 — накладка 35 и пластина 9 пластина 10 образуют диагонали моста, а емкостные переходы — его плечи.

Тогда неравенство (9) есть условие неравновесия моста, а переход неравенства (9) в равенство — условие

Пн р (1) (фиг. 5) преобразуется во вРеменнУю U„, „> (t) на пластинах 9 и 10 емкостного датчика. Как видно из фиг. 5, в точке стыка 25 происходит изменение фазы функций U „., (1) и

5 ц () "à "80, вследствие чего полярность напряжения на выходе фазового детектора 13 и полярность сигнала U на выходе делителя 8 изменяются на противоположную. При этом изображение функции U (t.) на носителе информации подобно функции

U „ р (1) (фиг. 5) с переходом из положительной области в отрицательную на границе стыка 25 °

Фильтр t7 нижних частот, подсоединенный к выходу фазового детектора, служит для подавления высокочастотных составляющих выпрямленного сигнала.

Основной характеристикой всякого измерительного устройства является его помехоустойчивость, определяемая отношением сигнал/помеха, поэтому 25 определяем напряжения сигнала и помехи на входе приемника.

Для снятия с участка накладка— рельс как можно большего сигнала необходимо иметь как можно сильнее не- 30 равенство равновесия МосТВ с прекращением передачи сигнала из диагонали рельснакладка в диагональ пластина 9 пластина 10, в которую через трансформатор 11 включена нагрузка 7.

Внутреннее сопротивление Z ucс точника сигнала Е в диагонали c моста рельс — накладка вследствие обычного загрязнения промежутка рельс — накладка не превышает 10 кОм и пренебрежимо мало относительно сопротивлений емкостных переходов в плечах моста.

Для количественной оценки силы неравенства (9) произведем ориентировочный расчет переходных частичных емкостей в соответствии со стилизованным представлением поверхностей головки рельса 27, накладки 35 и пластин 9 и 10 на фиг. 9.

На фиг. 9 размеры а и,, а „, а р, Ь „, h, и h обозначают соответственно ширину пластин 9 и 10, поверхности головки рельса 27, накладки 35, расстояния между краями пластин 9 и 10, высоту подвеса пластин 9 и tp над поверхностью головки рельса 27 и над верхним краем накладки 35.

Для расчета принимаем следующие размеры в метрах, соответствующие реальным, а также условиям габарита: ал,= 0,1; а„,= 0,15; à p= 0,1у

Длину пластин 9 и 10 вдоль рельса принимаем 1 „ = 0,2 м. Емкость между рельсом и пластиной определяем из графика на фиг, 4-8. Расчет электрической емкости для а /h, =

= О, t/0,15 = 0,66; для абсциссы 0,66 ордината на графике равна С / Е =

1,7, откуда

Ср = 1 z

0,34с. = 3,01 пФ, -!2 где E = 8,842 .10 Ф/км — диэлектрическая проницаемость вакуума.

Для борьбы с синфазной помехой отношение площадей пластин 9 и 10 выбираем таким, что С, и = С р, и тогда С р, п = 3,01 пФ.

Емкость между накладкой 35 и пластиной 9 определяем по формуле

К

С „, „; — 1„Е2. —— (10) 1523451

Расчет электрической емкости, ( где К и К вЂ” полные эллиптические

T интегралы первого рода, причем К (k)

=TT(k ), k u k = -/Т вЂ” k — аргументы инт erp алов, Аргумент k определяется по формуле

1+ к - — — — - — — —— (I+@) (f+ TI Ò+f )

05 а, ан) где f = - - — 1- ; g

1О

Подставляя численные значения а „, = 0,1; ад,= 0,15; Ьг= 0 25 в (II), получим f = 0 2; g = 0,6; k =

0,94; k 1 — k2 = 0 346

:.- Й л В таблицах эллиптических интегралов находим K(k) = K(0,94) = 2,493;

К (k) = K(k ) = К(0, 346) = 1,621.

Подставляя найденные значения

К и K в (10), получаем С н„

1 Е2-1 = О 2Е2 + = 0»26K

К 1 621

К 2 493

= 2,3 пФ.

Определяем емкость С „,. „ между накладкой 35 и пластиной 10 из графика на рис. 4-9 между пластинами, расположенными на гранях двухгранного угла.

Для а„ /Ь„= 0,15/О, 1.5 = 1 и q =

= 90 из графика на фиг. 4-9 имеем

30

С н1-IIg = 1(IE1 5 = 0,2Е.1,5 = О»ЗЕ =

2,65 пФ.

Неравенство С н -пРС н - п объясня- 35 ется тем, что площадь пластины 10 больше площади пластины 9.

Таким образом, рассчитанные частичные емкости переходов имеют следующие значения Ср-и(С р г = 40 — 3 01 пФ» С н, („= 2 3 пФ» С н - пг

= 2,65 пФ и неравенство (9) удовлетворяется.

Действительное отношение С р „,/

/С „, „„будет больше рассчитанного 45 вследствие того, что рельс экранирует пластину от накладки, это еще больше усиливает неравенство (9) .

Действительные значения емкостей переходов будут больше рассчитанных, так как в расчетах не учтена дополнительная емкость от краевого эффекта.

Определяем напряжение сигнала

Ц ()»-()Z Ри сННТНН cH1" 55 нала с промежутка рельс 27 — накладка 35 для случая пробоя изоляции между рельсом 29 и накладкой .35, когда

Z„,,„- О.

Е Н1- ру

Х (Е н»-ру н(- рэ) к(ц — ц ) — (ц — ц ) (12) Для нахождения численного значения U, равного падению напряжения на половине основной обмотки

ДТ-ÇÇ, определяем вначале ток i из формулы (3), подставив в нее исходные данные р- (В „+ Е, )/(Е ++Z ++Zр„++Z ++Z

= О 1/(О+О+Зе +Зе " +9е ) )

= О, 1/14,5e " = О 0069е А.

Принимая, что весь ток проходит

v по основной обмотке ДТ 339 получаем

U н4-р) =(Ц0 U )= О 5(Цр» Цр )

-О 50д»= -0,5i Z = -О 5 х х 0,0069e " ° 9е = -0,031e В, где U,= i, Z „; падение напряжения

* на основной обмотке

ДТ 33.

Определяем сопротивления емкостных переходов между рельсом 27 и накладкой 35 с одной стороны и пластинами 9 и 10 с другой стороны

J.,1 (4)сС р, „, 314 109 .3,01 ° 1О г

2, 11 ° 10 Ом, (13) по Условию Е р, I)z = Е р> так что

Е р) падре -,1 2,11 10 OM

314 10 2,3 10 1

Z 1 — н9-и 2 (,). С

C A- II2

= -) 2,77-10 Ом (14) 1 — IIT-А2

И9- I) 2.

=-j 2410 Ом

314 10 ° 2,65 10 2 (15)Для определения напряжения сигнала U< на пластинах 9-10 используем теорему об эквивалентном генераторе..

Исходные данные для расчета.

Наведенная в рельсе ЗДС 2 Е р =

= 0 1 В частотой f = 50 кГц. Полное сопротивление основной обмотки ДТ-0,2 на частоте 50 кГц при включенной аппаратуре релейного конца Z„,= 50е

= 9е " Ом. Полное сопротивление отрезков рельсов длиной 10 м на частоте

50 КГЦ Е = Е рд = Зеа Ом, Е,= Zor=

= О

Из формулы (5) находим падение напряжения между накладкой 35 и рельсом 27 при Z = О.

l3

14

1523451

Определяем ЭДС Е эквивалентного 3, генератора сигнала, как напряжение холостого хода на пластинах 9 и 10 в мостовой схеме на фиг. 8 с генератором, ЭДС которого согласно (12) равна Еc = (с1„, pl) = -0,031е В, а внутреннее сопротивление пренебрежимо мало относительно сопротивлений плеч моста

pl- П2

Ес(Р1

Е g,с Ufff- П2,х>

П2 - Н1- П2

+Z р1- П 1 — р1- П1 Z Ht-ll1

Е(- 21

-3 2,11.10

- 2 11.

1 10

4 10 (16) 2, 10

-) =

-j 2,11.10

Ес(0,468-0,432) = E,.O 036

=) f2 ff2 (-0,031е ) 0,036 = -0,00112е

° В = -1,12е мВ.

Таким образом, ЭДС эквивалентного генератора сигнала равна

- 112

Е,„= Цп .а,x = -1,12е мв.

25 Р1- fl s Z ff1- A I р1- П1 «1 -rl1

+ Ж»»»»

Х 2 р1-Ä1 +Z Н1- Р1 Z pf п +Z fff f12

211 ° 277 211 24

-3 (-2 — -- — + -1- — -L-) ° 10

2, 11+2, 77 2, 11+2,4

= -j 2,32-10 Ом. (17) Таким образом, внутренне сопротив-ление эквивалентного генератора равно

«Е8« = Ейс = -j 2,32 10 Ом.

Нагрузкой l эквивалентного генератора, подсоединенной к полюсам является входное сопротивление селективного усилителя, пересчитанное в первичную обмотку трансформатора 1 1.

По данным лабораторных испытаний 7 >

= 50 10 e > ла ° Ом

Определяем ток сигнала в нагрузке эквивалентного генератора

-1 12 10 .е

L 7

Е з,с

11,C

-1 12-10

2, 3 2 . 10 +50 .1 0 е 2

-f 12

- и

0489 10 е А (21) 55

С,.

2,29-10 е

Находим напряжение сигнала на нагрузке

Находим входное сопротивление (фиг. 8) по отношению полюсов П1П2 при закороченных полюсах Р1

Н1: 30

U, = i„,,Z (-0,489 10 2е ) °

° 50.10 .е = — 24,5 10 е  — 24,5 ..10 е В . (22)

Таким образом, напряжение сигнала

Uc на нагрузке Z „составляет U

24,5 10 е " В, что по модулю в

30 раз выше минимально-допустимого значения входного напряжения для малошумящих интегральных аналоговых микросхем. Большое превышение уровня сигнала над собственными шумами позволяет снизить величину наведенной в рельсах ЭДС (Е р1+ Е „) .

При С „= С р „синфазная помеха, наводимая на входе приемника потенциалом рельса относительно другого рельса, отсутствует. Однако при колебаниях вагона в движении равенство емкостей нарушается. Благодаря установке обеих пластин датчика по одну сторону рельса, нарушение равенства емкостей при горизонтальных колебаниях вагона незначительно.

Действие синфазной помехи происходит следующим образом.

Между рельсами 27 и 29 существует разность потенциалов (фиг. 4).

U„U»= Up — U (23)

От этой разности потенциалов возникает ток, который проходит по цепи (фиг. 10): рельс 27, емкостные переходы С, „,и С, „, емкостные переходы

С „ между первичной и вторичной обмотками трансформатора 11, емкостные переходы С„ „ между концами вторичной обмотки трансформатора 11 и входными полюсами усилителя 12 с одной стороны и корпусом вагона с другой стороны, корпус вагона — колесная ось 32 — рельс 29

Для упрощения расчетов заменяем обе обмотки трансформатора 11 в схеме на фиг. 10 сопротивлением нагрузки

Z „ = 5D .f0 е 1", принятым в расчете напряжения сигнала i „ и приходим к схеме на фиг. 11 °

Для уменьшения синфазной помехи принимаются известные меры по уменьшению С1, и Сп »; ориентировочно принимаем С „= С „„= 2 10- Ф.

Вследствие колебаний вагона разность емкостных переходов С р, „, и с р1- п2 достигает ЗЕ, тогда согласно (13) l. «п1= -j 2,11 10 Ом, à Z

6 — 2,05 10 Ом, т.е. на ЗЕ меньше.

1523451

Вычисляем сопротивления плеч моста в схеме фиг. 11, состоящих из паразитных емкостей

Z-=Е+Х

1 с си и ь j f- ° С

5 с и

314 .10з 2 10

+

j f>сС ц

3

314 10з 2 10

3,19 10 Ом

С (24)

Z ps-gg — Е (э,п п - »a,õ ° х " Z +Z рз- п

Z pi rts - 2 05 10

Z р „+Zc " ) 2 05 10 j 3 19 10

2 11 10, 30

-j 2,11 .10 -j3,,19 10

Е (Оз 391 . 0 399) = Е и(Оэ008) (0,031e )(-0,008)

=-0,000248e В = -0,248е мВ.

Находим входное сопротивление схемы на фиг. 11 относительно полюсов

9-10 при закороченных полюсах 27-29

Е р пi .Zc Z р п Zc

Z pi-п +Zc Z» р nz+Z с

2 11 ° 3 19 2 05-3,19

;(А А + А А ).

2, 11+3, 19 2, 05+3, 19

«10 -j 2,43 10 Ом.

40 (2б)

Определяем ток помехи в нагрузке g g эквивалентного генератора

Е, -О 248 10 е >

1 э,п

ZzÄ+g „--j 2 43 10 +50 10зе з

-0 248.10 е «Q 103

24 10 е>зз

50.10 ý з (27)

Находим напряжение помехи на нагрузке Z

Un = „„Е „= (-0,103 ° 10 е ) ° н 55 зо -6 х50 .10з ез = -5, 15. 10 .е В

= 5,15.10 е В. (28) Для определения напряжения помехи U „ на пластинах 9-10 используем, как и для расчета напряжения сигнала

U теорему об эквивалентном генераторе.

Определяем ЭДС Е „эквивалентI ного генератора помехи, как напряжение холостого хода на пластинах

9-10 в мостовой схеме на фиг. 11 с генератором, ЭДС которого согласно (22) и (12) равна Е „= (U р, — Uz)

= 0,031e 1 В, а внутреннее сопротивление (Х „+ О, 25Z A > ) пренебрежимо мало относйтельно сопротивлений плеч моста 25

Сравн вая П их (22) и Бр из (28), видим, что U /U „= 4,76, что достаточно для получения необходимой помехоустойчивости устройства. Помимо того, что паразитные связи в приемнике не чисто емкостные, а комплексные, благодаря чему U ñäâèíóòî по фазе от

Uc, что дает дополнительное подавление помехи в фазовом детекторе 13.

Для получения еще большего отношения сигнал/помеха можно применить известные методы: уменьшение паразитных емкостей, корреляционная обработка смеси сигнал + помеха, применение симметричных операционных усилителей с большим затуханием синфазной помехи и др.

Предложенное устройство по сравнению с известным имеет более широкие функциональные способности и область применения, так как может обнаруживать предотказное состояние изолирующего стыка в виде пониженного переходного сопротивления накладки на один рельс и может применяться на участках с электротягой.

Суммарная потребность в устройстве в случае установки его в вагонах и самоходных дрезинах в хозяйствах сигнализации и связи, пути, электрификации и метрополитенов MIIC а также в других ведомствах, использующих рельсовый транспорт, ориентировочно составляет 200 шт.

Формула изобретения

Устройство для измерения сопротивления изоляции изолирующих стыков, содержащее генератор измерительной частоты, соединенный с установленными над рельсом питающим индуктаром, емкостные датчики с размещенными горизонтально в ряд пластинами, одна из которых каждого датчика ориентирована на рельс, связанные через один из преобразователей сигнала с первым входом делителя напряжений, соединенного выходом с входом регистратора, и установленную над рельсом приемную индуктивную катушку, подключенную через другой преобразователь сигнала к второму входу делителя напряжений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, ряд горизонтально размещенных пластин емкостных датчиков ориентирован перпендикулярно рельсам, причем другие пластины каждого

1523451 гр

Ip емкостного датчика установлены над накладкой изолирующего стыка, пластины выполнены с соотношением площадей одной и другой в калщом датчике, равным отношению расстояний по вертикали от них соответственно до рельса и до накладки, с величинами емкости между каждой пластиной и рельсом, равными между собой, а питающий индуктор и приемная индуктивная катушка установлены над рельсом перпендикулярно его оси.

1523451

1523451

/ К

1523451 ЫХ у (ц "gy

Составитель В. Скориков

Техред М.Моргентал Корректор М. лароши

Редактор Г. Волкова

Заказ 6996/20 Тираж 430 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101