RU2515360C2 - Method for testing of contact joint state in electric circuits - Google Patents

Method for testing of contact joint state in electric circuits Download PDF

Info

Publication number
RU2515360C2
RU2515360C2 RU2012121740/28A RU2012121740A RU2515360C2 RU 2515360 C2 RU2515360 C2 RU 2515360C2 RU 2012121740/28 A RU2012121740/28 A RU 2012121740/28A RU 2012121740 A RU2012121740 A RU 2012121740A RU 2515360 C2 RU2515360 C2 RU 2515360C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
contact joint
current
contact
harmonics
voltage
Prior art date
Application number
RU2012121740/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012121740A (en
Inventor
Александр Петрович Степанов
Анатолий Александрович Пыхалов
Максим Александрович Степанов
Григорий Анатольевич Пыхалов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС)
Priority to RU2012121740/28A priority Critical patent/RU2515360C2/en
Publication of RU2012121740A publication Critical patent/RU2012121740A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2515360C2 publication Critical patent/RU2515360C2/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is referred to the field of electric machine engineering and can be used for manufacture of process test systems related to operation of contact joints in electric circuits in industry and transport. The method lies in that current pulse with DC component is supplied to a deenergised contact joint, then current signals and voltage drop of this current at contact joint terminals are recorded, current and voltage curves are transformed into Fourier series, active and reactive resistance is determined for the contact joint for each harmonics of current and voltage. Harmonics related to the current source are subtracted from voltage drop spectrum. State of the contact joint is assessed against remaining harmonics of voltage spectrum by means of harmonic comparing with specific defects of the contact joint, active and reactive resistance values of harmonics are compared with the reference values for this type of the contact joint.
EFFECT: providing control for dynamics of development of contact joint deterioration process.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к созданию высококачественных систем контроля технологических процессов, связанных с эксплуатацией электрических цепей.The present invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the creation of high-quality process control systems associated with the operation of electrical circuits.

В энергетике, в промышленности и на транспорте в электрических цепях стационарных и подвижных объектов используется большое число типов контактных соединений. Работа контактного соединения в процессе эксплуатации начинается от нормального режима, когда контакт можно охарактеризовать линейным электрическим элементом, обладающим активным сопротивлением. Электрический контакт зависит от таких параметров, как удельное сопротивление материала (или материалов), площади контакта, контактного давления, температуры, оксидных пленок и других факторов, связанных с условиями эксплуатации. При этом в контактных соединениях происходит ухудшение их эксплуатационных свойств, вплоть до их разрушения, связанное с такими явлениями, как повышенный нагрев, окисление, искрение, образование электрической дуги, разбрызгивание металла [1]. Контактное соединение в стадии конструктивных отклонений от нормы представляет собой довольно сложный нелинейный электрический элемент, характеризующийся в общем случае не только одним электрическим параметром (активным сопротивлением), но и другими параметрами, более полно определяющими контактное соединение в этом состоянии. На практике существует несколько способов контроля электрического состояния контактных соединений, которые фактически позволяют измерить или оценить активное сопротивление контакта при пропускании по нему небольшого по величине постоянного тока. Полученное таким образом численное значение активного сопротивления контакта сравнивается с его допустимым значением [2].In the energy sector, in industry and in transport, a large number of types of contact joints are used in the electrical circuits of stationary and moving objects. The work of the contact joint during operation starts from the normal mode, when the contact can be characterized by a linear electric element with active resistance. Electrical contact depends on parameters such as the resistivity of the material (or materials), contact area, contact pressure, temperature, oxide films and other factors associated with operating conditions. Moreover, in contact compounds, their operational properties deteriorate, even to the point of their destruction, associated with phenomena such as increased heating, oxidation, arcing, electric arc formation, and metal spatter [1]. The contact joint in the stage of structural deviations from the norm is a rather complex nonlinear electrical element, characterized in the general case not only by one electrical parameter (active resistance), but also by other parameters that more fully determine the contact joint in this state. In practice, there are several ways to control the electrical state of contact compounds, which actually allow you to measure or evaluate the active resistance of a contact when a small DC current is passed through it. The numerical value of the contact resistance obtained in this way is compared with its acceptable value [2].

Процессы старения контактного соединения могут протекать с различной скоростью, поэтому существующие способы контроля при однократной процедуре измерения активного сопротивления контактного соединения практически не позволяют оценить динамику развития процесса разрушения контактного соединения и не дают информацию о причинах изменения контактного сопротивления.The processes of aging of a contact joint can occur at different speeds, therefore, existing control methods with a single procedure for measuring the active resistance of a contact joint practically do not allow to assess the dynamics of the process of destruction of a contact joint and do not provide information on the causes of a change in contact resistance.

Предлагаемый способ контроля состояния контактных соединений электрических цепей разработан на основе теории гармонического анализа [3, 4], на результатах данных патента [5] и решает указанные задачи.The proposed method for monitoring the state of contact connections of electrical circuits is developed on the basis of the theory of harmonic analysis [3, 4], on the results of the patent [5] and solves these problems.

Способ позволяет получить частотные спектры тока, протекающего по контактному соединению, и падение напряжения на нем от этого тока, определить его полное комплексное сопротивление для каждой гармоники в отдельности, оценить состояние контактного соединения по активной и реактивной составляющим полного комплексного сопротивления гармоник, а также получить информацию о возможности возникновения искрения и образования электрической дуги при эксплуатации контактного соединения.The method allows to obtain the frequency spectra of the current flowing through the contact connection, and the voltage drop across it from this current, to determine its total complex resistance for each harmonic separately, to evaluate the state of the contact connection by the active and reactive components of the total complex harmonic resistance, and also to obtain information about the possibility of arcing and the formation of an electric arc during operation of the contact joint.

Способ сводится к реализации следующих процедур. Контактное соединение электрической цепи обесточивается. На зажимы контактного соединения подается любой по форме импульс тока (содержащий постоянную составляющую), например прямоугольный импульс, и снимаются сигналы входного тока и напряжения на зажимах контактного соединения, кривые тока и напряжения раскладываются в ряд Фурье. При этом члены разложения в ряд Фурье прямоугольного импульса тока будут содержать нечетные гармоники и постоянную составляющую тока. Принимается линейная электрическая схема замещения контактного соединения, в этом случае в снятой осциллограмме напряжения будут присутствовать те же гармоники, что и в спектре тока, плюс постоянная составляющая напряжения. Далее по закону Ома находятся значения модуля полного комплексного сопротивления контактного соединения для каждой гармоники в отдельности тока и напряжения, а также определяется активное сопротивление контактного соединения по постоянным составляющим тока и напряжения по формулам:The method boils down to the implementation of the following procedures. The contact connection of the electric circuit is de-energized. Any form of current pulse (containing a constant component), such as a rectangular pulse, is applied to the terminals of the contact connection, for example, the input current and voltage signals at the terminals of the contact connection are taken, the current and voltage curves are expanded in a Fourier series. In this case, the Fourier expansion terms of a rectangular current pulse will contain odd harmonics and a constant current component. A linear electrical equivalent circuit of the contact connection is adopted, in this case the same harmonics will be present in the recorded voltage waveform as in the current spectrum, plus the constant voltage component. Further, according to Ohm's law, the values of the module of the total complex resistance of the contact connection for each harmonic separately of the current and voltage are found, and the active resistance of the contact connection is determined by the constant components of current and voltage using the formulas:

Zk=Umk/Imk и R0=U0/I0,Z k = U mk / I mk and R 0 = U 0 / I 0 ,

где Zk - модуль полного комплексного сопротивления Zk=Rk+JXk k-той гармоники (j - мнимая единица); R0 - активное сопротивление; Umk и Imk - амплитудные значения k-ой гармоники напряжения и тока соответственно; U0 и I0 - постоянные составляющие ряда Фурье напряжения и тока соответственно, Rk - активное сопротивление k-той гармоники, Xk - реактивное сопротивление k-той гармоники. Полное комплексное сопротивление Zk=Rk+jXk, характеризующее контактное соединение, может носить индуктивный Xk>0, емкостной (Xk<0) или активный характер (Xk=0), которые определяют физические свойства исследуемого контактного соединения в дополнение к общепринятому активному сопротивлению R0. Если значения модулей полных комплексных сопротивлений контактного соединения k-тых гармоник Zk практически совпадают с активным сопротивлением R0, то реактивное сопротивление у полного комплексного сопротивления гармоник будет равно нулю Xk=0, тогда активные сопротивлениям гармоник принимаются равными активному сопротивлению r0(Rk=R0), которое принимается за активное сопротивление контактного соединения R0. Если значения модулей полных комплексных сопротивлений контактного соединения k-тых гармоник больше значения сопротивления найденного для постоянных составляющих тока и напряжения Zk>R0, то значения реактивных сопротивлений k-тых гармоник вычисляются по формуле:where Z k is the modulus of the total complex resistance Z k = R k + JX k of the kth harmonic (j is the imaginary unit); R 0 is the active resistance; U mk and I mk are the amplitude values of the kth harmonic of voltage and current, respectively; U 0 I 0, and - a number of DC components of voltage and current, respectively, Fourier, R k - k-resistance of the harmonics, X k - reactance k-harmonic component. The total complex resistance Z k = R k + jX k characterizing the contact compound can be inductive X k > 0, capacitive (X k < 0) or active (X k = 0), which determine the physical properties of the studied contact compound in addition to the common resistance R 0 . If the values of the modules of the total complex resistances of the contact connection of the k-th harmonics Z k practically coincide with the active resistance R 0 , then the reactance at the total complex harmonic resistance will be zero X k = 0, then the active resistances of the harmonics are taken equal to the active resistance r 0 (R k = R 0 ), which is taken as the active resistance of the contact compound R 0 . If the values of the modules of the total complex resistances of the contact connection of the k-th harmonics are greater than the resistance value found for the constant components of the current and voltage Z k > R 0 , then the values of the reactance of the k-th harmonics are calculated by the formula:

X k = ( Z k 2 R 0 2 )

Figure 00000001
, X k = ( Z k 2 - R 0 2 )
Figure 00000001
,

где знак определяется по следующему правилу. Если кривая тока будет более синусоидальной, чем кривая напряжения, то коэффициент гармоник напряжения будет больше коэффициента гармоник тока KГU>KГI, тогда полное комплексное сопротивление носит индуктивный характер (Xk>0). Если кривая тока будет более несинусоидальной, чем кривая напряжения, то коэффициент гармоник напряжения будет меньше коэффициента гармоник тока KГU<KГI, тогда полное комплексное сопротивление носит емкостной характер (Xk<0).where the sign is determined by the following rule. If the current curve is more sinusoidal than the voltage curve, then the voltage harmonic coefficient will be greater than the current harmonic coefficient K ГU > K ГI , then the total complex resistance is inductive (X k > 0). If the current curve is more non-sinusoidal than the voltage curve, then the voltage harmonic coefficient will be less than the current harmonic coefficient K ГU <K ГI , then the total complex resistance is capacitive (X k <0).

По найденным значениям активного и реактивного сопротивлений в зависимости от типа контактного соединения делается оценка о его дальнейшей эксплуатации. Появление в спектре напряжения частот гармоник, отличных от частот гармоник входного тока, говорит о том, что контактное соединение представляет собой нелинейный элемент. При этом в контактном соединении при его эксплуатации могут возникнуть такие электромагнитные процессы, как искрение, образование электрической дуги, полупроводниковый эффект и другие эффекты. В этом случае из спектра напряжения вычитаются гармоники, связанные с источником тока, и по оставшимся гармоникам части спектра напряжения оценивается состояние контактного соединения [5]. Практически сам факт появления таких гармоник говорит о его неисправности, а из конструктивных особенностей контактного соединения вытекает причина их возникновения.Based on the found values of active and reactance, depending on the type of contact connection, an assessment is made of its further operation. The appearance in the voltage spectrum of harmonics frequencies different from the harmonics of the input current indicates that the contact connection is a nonlinear element. In this case, in the contact joint during its operation, electromagnetic processes such as sparking, the formation of an electric arc, a semiconductor effect and other effects can occur. In this case, the harmonics associated with the current source are subtracted from the voltage spectrum, and the state of the contact joint is estimated from the remaining harmonics of the voltage spectrum part [5]. In fact, the very fact of the appearance of such harmonics indicates its malfunction, and from the design features of the contact connection, the reason for their occurrence arises.

Практическая реализация предлагаемого способа осуществляется с помощью генератора прямоугольных (или других видов) импульсов тока, сигнал которого подается на обесточенное контактное соединение. С помощью современной цифровой аппаратуры снимаются и обрабатываются сигналы тока и напряжения на контактном соединении, кривые тока и напряжения раскладываются в ряд Фурье. Находятся активное и реактивные сопротивления контактного соединения, получают часть спектра напряжения, характеризующего контактное соединение, как нелинейный элемент, затем по полученным данным оценивается состояние контактного соединения путем сравнения их с эталонными данными для данного типа контактного соединения. Реализация на практике предлагаемого способа контроля состояния контактных соединений электрических цепей может осуществляться в реальном масштабе времени в стационарных и полевых условиях работы, необходимое число гармоник, по которым делается анализ работоспособности контактного соединения, параметры импульса тока выбираются оператором в зависимости от получения требуемой точности для данного типа контактного соединения.Practical implementation of the proposed method is carried out using a generator of rectangular (or other types) of current pulses, the signal of which is supplied to a de-energized contact connection. With the help of modern digital equipment, current and voltage signals at the contact connection are removed and processed, the current and voltage curves are expanded in a Fourier series. The active and reactive resistances of the contact compound are found, a part of the voltage spectrum characterizing the contact compound as a nonlinear element is obtained, then the state of the contact compound is estimated from the obtained data by comparing them with the reference data for this type of contact compound. The proposed method for monitoring the state of contact connections of electrical circuits can be implemented in real time in stationary and field conditions, the required number of harmonics is used to analyze the operability of the contact connection, the current pulse parameters are selected by the operator depending on the required accuracy for this type contact compound.

ЛитератураLiterature

1. Общие сведения об электрических контактах. Интернет ресурс: http://elektrokontakty.ru/1. General information about electrical contacts. Internet resource: http://elektrokontakty.ru/

2. Способы контроля состояния контактных соединений в процессе эксплуатации электрических сетей. Интернет ресурс: http://electricalschool.info/main/ekspluat/200-sposoby-kontrolja-stojanija.html.2. Methods for monitoring the state of contact joints during the operation of electrical networks. Internet resource: http://electricalschool.info/main/ekspluat/200-sposoby-kontrolja-stojanija.html.

3. Гольдман С. Гармонический анализ, модуляция и шумы. - М: Издательство иностранной литературы, 1951. - 408 с.3. Goldman S. Harmonic analysis, modulation and noise. - M: Publishing house of foreign literature, 1951. - 408 p.

4. Зевеке Г.В. и др. Основы теории цепей. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 528 с.4. Zeveke G.V. et al. Fundamentals of circuit theory. - M .: Energoatomizdat, 1989 .-- 528 p.

5. Пат. №2319586 Российская Федерация, RU 2319586 С2, МПК В23К 9/10 (2006.01). Способ контроля и управления процессом электросварки. / Степанов А.П., Милованов А.И., Черняк С.С., Саломатов В.Н., Лопатин М.В., Бутаков В.Ф., Степанов М.А.,; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. - №2005136650/02, заявл. 24.11.2005, опубл. 20.03.2008, Бюл. №8.5. Pat. No. 2319586 Russian Federation, RU 2319586 C2, IPC V23K 9/10 (2006.01). A method of monitoring and controlling the process of electric welding. / Stepanov A.P., Milovanov A.I., Chernyak S.S., Salomatov V.N., Lopatin M.V., Butakov V.F., Stepanov M.A.,; applicant and patentee Irkut. state unt-t paths communicated. - No. 2005136650/02, declared 11.24.2005, publ. 03/20/2008, Bull. No. 8.

Claims (1)

Способ контроля состояния контактных соединений электрических цепей, учитывающий состояние контактного соединения по спектру импульса тока, имеющего постоянную составляющую и пропускаемого по контактному соединению, и спектру падения напряжения на контактном соединении от этого тока, отличающийся тем, что о состоянии контактного соединения судят по анализу спектров тока и падения напряжения путем вычисления активного и реактивных сопротивлений их гармоник; из спектра падения напряжения вычитаются гармоники, связанные с источником тока, и по оставшимся гармоникам части спектра напряжения оценивается состояние контактного соединения путем сопоставления оставшихся гармоник с характерными неисправностями контактного соединения и сравнения активного и реактивных сопротивления гармоник с эталонными для данного типа контактного соединения. A method for monitoring the state of contact joints of electric circuits, taking into account the state of the contact joint according to the spectrum of a current pulse having a constant component and transmitted through the contact joint, and the spectrum of voltage drop across the contact joint from this current, characterized in that the state of the contact joint is judged by the analysis of current spectra and voltage drops by calculating the active and reactance of their harmonics; the harmonics associated with the current source are subtracted from the voltage drop spectrum, and the state of the contact joint is estimated from the remaining harmonics of the voltage spectrum part by comparing the remaining harmonics with the characteristic faults of the contact joint and comparing the active and reactive resistances of the harmonics with the reference ones for this type of contact joint.
RU2012121740/28A 2012-05-25 2012-05-25 Method for testing of contact joint state in electric circuits RU2515360C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012121740/28A RU2515360C2 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Method for testing of contact joint state in electric circuits

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012121740/28A RU2515360C2 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Method for testing of contact joint state in electric circuits

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012121740A RU2012121740A (en) 2013-11-27
RU2515360C2 true RU2515360C2 (en) 2014-05-10

Family

ID=49625127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012121740/28A RU2515360C2 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Method for testing of contact joint state in electric circuits

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2515360C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713575C1 (en) * 2019-05-07 2020-02-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method of monitoring condition of sliding contact connection of pantograph with contact wire during movement of electric rolling stock of railways
RU216800U1 (en) * 2022-07-06 2023-03-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Mobile automation device for monitoring the contact network of electrified railways

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1071970A1 (en) * 1982-09-08 1984-02-07 Даугавпилсское высшее военное авиационное инженерное училище им.Яна Фабрициуса Break-out contact pair quality determination method
CZ20003550A3 (en) * 1999-03-26 2001-05-16 Holec Holland Nv Switch with control window for monitoring contacts
WO2006093733A2 (en) * 2005-02-28 2006-09-08 Symbol Technologies, Inc. Methods and apparatus for monitoring electrical contacts
RU2319586C2 (en) * 2005-11-24 2008-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС) Electric welding process control and monitoring method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1071970A1 (en) * 1982-09-08 1984-02-07 Даугавпилсское высшее военное авиационное инженерное училище им.Яна Фабрициуса Break-out contact pair quality determination method
CZ20003550A3 (en) * 1999-03-26 2001-05-16 Holec Holland Nv Switch with control window for monitoring contacts
WO2006093733A2 (en) * 2005-02-28 2006-09-08 Symbol Technologies, Inc. Methods and apparatus for monitoring electrical contacts
RU2319586C2 (en) * 2005-11-24 2008-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС) Electric welding process control and monitoring method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713575C1 (en) * 2019-05-07 2020-02-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method of monitoring condition of sliding contact connection of pantograph with contact wire during movement of electric rolling stock of railways
RU216800U1 (en) * 2022-07-06 2023-03-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Mobile automation device for monitoring the contact network of electrified railways

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012121740A (en) 2013-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104145187B (en) The electric energy meter and method of the state of the circuit-breaker of the device of electric energy meter are connected to for detection
KR102457981B1 (en) Method and apparatus for predicting the life of a splice
Bucci et al. Apparatus for online continuous diagnosis of induction motors based on the SFRA technique
JP5690171B2 (en) Fault diagnosis method and fault diagnosis device for lightning arrester
CN110554239A (en) on-line testing device for insulation resistance
JP5541720B2 (en) Inspection device
JP2012117991A (en) Circuit board inspection device
Ohtsuka et al. Relationship between PD-induced electromagnetic wave measured with UHF method and charge quantity obtained by PD current waveform in model GIS
CN107272792A (en) A kind of constant-current source device tested for breaker
RU2515360C2 (en) Method for testing of contact joint state in electric circuits
EP1978370B1 (en) Processing tantalum capacitors on assembled PWAs to yield low failure rate
US20150094966A1 (en) Quadrature-based voltage events detection method
US9964583B2 (en) Method and apparatus for predicting life cycle of a splice
CN102540030A (en) Method for diagnosing development speed of partial discharge defect of oil paper insulated equipment
JP2021105533A (en) Partial discharge detection device and partial discharge detection method
JP6030518B2 (en) Method for measuring cathodic protection of buried pipelines
Decner et al. Diagnostic tests of turn-to-turn insulation
CN114935694A (en) Cable line cross interconnection loop metal shielding resistor live-line detection system and method
Cichoń et al. Diagnostics of technical condition on load tap changers by acoustic emission method using different types of measuring transducers
Arias-Guzman et al. Voltage sag segmentation under deformation tensor parameters
Faifer et al. Expressing uncertainty of voltage transformers: A proposal
RU2782047C1 (en) Method for identifying the source of higher harmonics
JP5474685B2 (en) Pseudo-discharge generator and circuit board inspection device
RU2713575C1 (en) Method of monitoring condition of sliding contact connection of pantograph with contact wire during movement of electric rolling stock of railways
JP6462463B2 (en) Data generating apparatus and data generating method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150526