Воздушные и кабельные линии, имеющие сближение с высоковольтными линиями электропередачи и тяговыми сетями железных дорог, подвержены индуктивному и гальваническому влиянию этих линий и сетей.

-'Индуктивное, влияние обусловлено переменными электрическими и магнитными полями, создаваемыми в окружающем пространстве переменными напряжениями и токами во влияющих линиях, и поэтому индуктивное влияние принято также называть электромагнитным влиянием.

Электрическому влиянию, обусловленному наличием во влияющей линии переменного электрического напряжения, подвержены цепи воздушных линий автоматики, телемеханики и связи. Кабельные линии, проложенные в земле, не подвержены электрическому влиянию, так как силовые линии электрических полей экранируются поверхностью земли. Магнитному влиянию, обусловленному протекающим по влияющим проводам переменным током, подвержены воздушные и кабельные линии.

По характеру воздействия электромагнитного влияния на цепи автоматики, телемеханики и связи, а также на устройства, включенные в эти цепи, влияния разделяют на опасные и мешающие.

Опасным называют влияние, при котором напряжение и токи, возникающие в цепях автоматики, телемеханики и связи, могут создать опасность для здоровья и жизни обслуживающего персонала, вызвать повреждения приборов и аппаратуры, включенных в эти цепи.

Мешающее влияние наблюдается тогда, когда в каналах возникают помехи, нарушающие нормальное действие этих устройств (заметные шумы в телефонных цепях, искажение в передаче телемеханических сигналов и т. и.).

Для того чтобы оценить величины опасных и мешающих влияний и сравнить их с установленными нормативными значениями при проектировании строительства линии передачи в зоне влияния ЛЭП или электрических железных дорог или проектировании ЛЭП и электрификации железной дороги, проводят электрические расчеты опасных и мешающих влияний.

Схема сближения влияющего провода и провода, подверженного влиянию
Рис. 97. Схема сближения влияющего провода и провода, подверженного влиянию

Если величины опасных и мешающих влияний, полученные при расчете, выше установленных нормативных значений, то проводят на линиях сильного тока и на линиях передачи защитные мероприятия, обеспечивающие снижение влияния до допустимых пределов.

Тяговые сети железных дорог, у которых прямым проводом является контактная сеть, а обратным - «рельс - земля», создают также гальваническое влияние. Гальваническому влиянию подвержены цепи автоматики, телемеханики и связи, использующие землю в качестве обратного провода.

Магнитное влияние. Из электротехники известно, что если по какому-либо проводнику протекает переменный ток с частотой /, то вокруг этого проводника возникает переменное магнитное поле той же частоты. Если в этом поле поместить другой проводник А, то магнитные силовые линии будут пересекать этот проводник и в нем по закону индукции возникает переменная э. д. с., которая будет отставать от тока во влияющем проводнике на 90°.

Предположим, что влияющим проводом является контактный провод 1 (рис. 97) железной дороги, по которому протекает переменный ток 1 с частотой /. Параллельно контактному проводу подвешен провод диспетчерской централизации А, являющийся проводом, подверженным влиянию. Примем, что длина сближения проводов 1 и А равна I, а взаимная индуктивность между этими проводами, отнесенная к 1 км параллельного сближения проводов, - М. Тогда продольная э. д. с. Ем, индуцированная в проводе связи, подверженном влиянию, по отношению к земле

Еы - 0)АШ,

где о> 2л/- круговая частота влияющего тока;

М - взаимная индуктивность между проводами 1 и А, Гн/км;

1 - влияющий ток, протекающий по проводу 1, А,

1 - длина параллельного сближения проводов 1 и А, км.

Взаимная индуктивность М между двумя однопроводными цепями, обратным проводом у которых является земля, зависит от расстояния а между этими цепями, называемого шириной сближения, и удельной проводимости земли о, которую определяют для района сближения проводов по заранее составленным картам проводимости земли или с помощью электрических измерений.

’ Формулы для вычисления взаимной индуктивности сложные, и поэтому для облегчения расчетов пользуются номограммами и графиками, позволяющими по известной ширине сближения, удельной проводимости земли и частоте влияющего тока легко определять значения м.

Опасное магнитное влияние линий сильного тока обычно рассчитывают на основной частоте влияющего тока, равной 50 Гц. Для этой частоты приведена номограмма (рис. 98), по которой можно определить взаимную индуктивность между двумя однопроводными цепями для ширины сближения между ними от 1 до 5000 м при проводимости земли от 0,1 • 10~3 до 400 • 1СР3 См/м.

Пример. Определить продольную э. д. с. Ем в проводе связи на воздушной линии, проходящей параллельно контактному проводу железной дороги, электрифицированной на переменном токе, на расстоянии, равном 50 м. Ток 1 частотой 1 = 50 Гц в контактном проводе равен 600 А, длина сближения 1 - = 10 км, проводимость земли а = 25-10_3 См/м.

Определим взаимную индуктивность между контактным проводом и проводом связи. Для этого на шкале номограммы (см. рис. 98) отметим точку, равную 50 м (ширина сближения), а на шкале проводимости земли -точку, соответствующую проводимости земли а = 25-10 См/м. Соединив эти точки прямой линией, на средней шкале получим значение взаимной индуктивности М, равное 525 мкГн/км, или 525- !0-6 Гн/км.

Продольная э.д.с. в проводе связи Ем = 0)М/1 - 2л 50-525-10 е-600 < ХЮ = 990 В.

В действительности продольная э. д. с. Ем будет примерно в 2 раза меньше за счет экранирующего действия рельсов электрифицированной железной дороги.

Распределение продольной э. д. с. в проводе, подверженном влиянию, зависит от его состояния. Так, если провод АБ изолирован на обоих концах от земли, то продольная э. д. с. ?м в этом проводе распределится таким образом, как это показано на рис. 99, а.

При заземлении одного из концов провода, например конца провода Б (рис. 99, б), напряжение этой точки провода по отношению к земле будет равно нулю, а напряжение ?/„ на изолированном от земли конце провода А станет примерно равным продольной э. д. с. Еы, индуцированной в проводе. Расчет индуцированной продольной э. д. с. Ем и оценку ее опасного воздействия принято проводить для случая заземления одного из концов провода, подверженного влиянию.

Экранирующее действие рельсов и металлической кабельной оболочки. Переменный ток, протекающий по контактной сети, индуцирует продольную э. д. с. Ем во всех расположенных вблизи проводниках, в том числе и в ходовых рельсах. Продольную э. д. с. в рельсах можно определить, зная ток в контактной сети и взаимную индуктивность между контактной сетью и рельсами. Так как переходное сопротивление между рельсами и землей сравнительно невелико и обычно не превышает нескольких омов на километр, то под воздействием э. д.с., индуцированной в рельсах, возникает ток /р, протекающий по цепи рельсы - земля».

Номо1 рамма для определения взаимной индуктивности между однонроиоднымн цепями при частоте 50 Гц
Рис. 98. Номо1 рамма для определения взаимной индуктивности между однонроиоднымн цепями при частоте 50 Гц

Ток /р, индуцированный в рельсах, примерно равен половине тока /,. в контактном проводе: /р -- 0,5/к, направление тока в рельсах по отношению к току в контактном проводе сдвинуто на угол, близкий к 180°. Следовательно, на подверженный влиянию провод В, находящийся вблизи от электрической железной дороги, будут воздействовать два тока (рис. 100), протекающие по контактному проводу и рельсам. Так как эти токи протекают в противоположном направлении (угол сдвига между ними близок к 180°), то они в каждый момент времени будут создавать в проводе, подверженном влиянию, две э. д. с., также сдвинутые по отношению друг к другу примерно на 180°. Следовательно, результирующая э. д. с. в проводе будет равна разности э. д. с., индуцированных токами /ь. и /р, так как она будет иметь меньшее значение по сравнению с'э. д. с., индуцированной током, протекающим по контактному проводу. В этом и заключается экранирующее действие рельсов.

Результирующая э. д. с. Ерез в проводе, подверженном влиянию, будет равна разности продольных э. д. с. Е1( и ?р, а коэффициент экранирующего действия рельсов определится как отношение результирующей э. д. с. к э. д. с. ?„, индуцированной током, протекающим по контактному проводу:

,5>р=?'рез Кк-~ (Ак Ар) А 1( 1 Ар ?к.

На практике коэффициент экранирующего действия рельсов принимают 5р == 0,5. В действительности этот коэффициент в некоторой степени зависит от проводимости земли и числа путей электрифицированной железной дороги. На однопутных и двухпутных участках 5Р 0,45-у0,55, а на многопутных 5р - 0,3-уО,45.

Физическая сущность экранирующего действия металлической оболочки кабеля сходна с физической сущностью экранирующего действия рельсов. Ток /к, протекающий по контактному проводу, будет индуцировать в жилах кабеля и в его металлической оболочке продольные э. д. с. Е.к и Е,,0 одинакового значения. Это обусловлено тем, что взаимные индуктивности между контактным проводом и жилами кабеля и между контактным проводом и оболочкой будут равны, так как расстояние между контактным проводом и кабелем практически не бывает меньше 5-10 м, а расстояние между жилами кабеля и его оболочкой не превышает нескольких миллиметров. Коэффициент защитного действия оболочки кабеля будет тем лучше, чем меньше ее активное сопротивление и чем больше ее индуктивность.

Электрическое влияние. Рассмотрим систему из двух параллельно идущих проводников (рис. 101) - влияющего провода 7, находящегося по отношению к земле под переменным напряжением и, и подверженного влиянию провода А, изолированного от земли. Переменное напряжение создает вокруг провода 1 переменное электрическое поле, силовые линии которого будут пересекать провод А.

По закону электрической индукции в проводе А по отношению к земле будет индуцироваться опасный потенциал и.,=ис1 д,СА0,

где и - линейное напряжение во влияющем проводе. В;

С - электрическая емкость между проводами 1 и А, Ф/км;

Сд0 - то же между проводом А и землей, Ф/км.

Если за провод, находящийся под потенциалом условно примем человека, стоящего на земле, то через тело человека пройдет ток

(ПО, д (11,

где 2п1 - круговая частота влияющего тока;

I-длина провода, подверженного влиянию, км.

Анализируя кривые зависимости потенциала в изолированном от земли проводе, подверженном влиянию (рис. 102), от ширины сближения его с однопутной 1 и двухпутной 2 железной дорогой, электрифицированной на переменном токе с напряжением в контактном проводе 27,5 кВ, получаем, что потенциал в проводе, подверженном влиянию, при небольшой ширине сближения может достигать больших

Рис. 101. Схема, поясняющая, электрическое влияние;

а - расстояние между проводами; Ь - высота подвески влияющего провода; с - высота подвески провода, подверженного влиянию значений, но резко уменьшается с увеличением ширины сближения. Исходя из установленных норм с опасным электрическим влиянием обычно можно не считаться, если на однопутных железных дорогах ширина сближения больше 90 м, а на двухпутных - больше 120 м.

Гальваническое влияние. Однопроводные цепи, использующие землю в качестве обратного провода, испытывают гальваническое влияние, которое обусловлено токами, возникающими в земле от различных источников. Одним из источников этих токов являются железные дороги постоянного и переменного тока, у которых обратный ток возвращается частично по рельсам и частично по земле. Блуждающие токи, протекающие в земле, создают в различных точках земли разные потенциалы. Если рабочие заземления однопроводных цепей находятся в зоне блуждающих токов, то под действием разности потенциалов в этих цепях возникнут токи гальванического влияния.

Напряжение опасного гальванического влияния в однопроводной цепи (рис. 103), рабочие заземления которой 1 и 2 расположены в зоне блуждающих токов железной дороги, и г - б'Г] - 6',,2 ,

где иГ1- потенциал земли в точке 1 с координатами хд, у, относительно заземления тяговой подстанции 777, В;

IIГ2 - то же в точке 2 с координатами х2, у.г, В.

Вычисление потенциалов Нг) и Vг, процесс очень трудоемкий и на практике для этого пользуются диаграммами, составленными по расчетным формулам для нагрузочного тока, равного 1000 А, для различных координат х и у с учетом проводимости земли.

Диаграмма (рис. 104) построена для нагрузочного тока 1000 А и проводимости земли 1 • 10~3 См'м.

Пример. Определить разность потенциалов 11 в однопроводной цепи, одно нз заземлений которой имеет координаты по отношению к заземлению тяговой подстанции хд - 250 м и у1~- 10 м, а другое - координаты х2 - 2500 м и у2

500 м. По кривым (см. рис. 104) находим потенциал земли с координатами хд=

- 250 м и уг - 10 м: (Уг, = 130 В; потенциал земли в точке с координатами х2 -

- 2500 м и у2 = 500 м 11Г2 - 38 В. Следовательно, 11г - 11Г1 - (УГ2 - 130 - .38 92 В.

Мешающие влияния. Мешающие влияния линий электропередачи и тяговых сетей железных дорог на цепи автоматики, телемеханики и связи обусловлены наличием в кривых напряжения и тока этих сетей гармонических составляющих, свидетельствующих о несинусои-далыгай форме этих кривых.

Велико содержание гармоник напряжения и тока в тяговых сетях железных дорог. На железных дорогах, электрифицированных на переменном токе, гармоники в тяговой сети возникают за счет преобразования однофазного переменного тока в постоянный при помощи выпрямителей, установленных на электровозах. На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, напряжение подается в тяговую сеть от выпрямителей, имеющихся на тя-i овых подстанциях и преобразующих трехфазный переменный ток В постоянный. При этом кривая выпрямленного напряжения, кроме постоянной составляющей, содержит большое число различных гармонических составляющих напряжения, проникающих в тяговую сеть.

Рис. 103. Схема, поясняющая гальваническое влияние

Диаграмма для определения разности потенциалов в однопроводной цепи при гальваническом влиянии
Рис. 104. Диаграмма для определения разности потенциалов в однопроводной цепи при гальваническом влиянии

В тяговой сети железных дорог однофазного переменного тока, кроме тока основной частоты 50 Гц, присутствуют нечетные гармоники тока^ кратные основной частоте, т. е. гармоники с частотами 150, 250, 350, 450, 550, 650, 750 Гц и т. д.

В тяговой сети железных дорог постоянного тока присутствуют гармоники напряжения, кратные частоте 300 Гц, обусловленные схемой шестифазного выпрямления, т. е. гармоники с частотами 300 600, 900, 1200 Гц и т. д. Если же трехфазная сеть, питающая выпрямительные устройства тяговой подстанции, несимметрична, то, кроме гармоник, кратных частоте 300 Гц, возникают гармоники напряжения, кратные частоте 100 Гц, т. е. гармоники 100, 200, 400, 500,

700 Гц и т. д. При неисправности выпрямительных устройств в тяговой сети постоянного тока возникают гармоники напряжения с частотой 50 и 150 Гц.

На электрифицированных железных дорогах эксплуатируют электроподвижной состав с импульсным тиристорным регулированием скорости движения поезда. Такое регулирование создает в тяговой сети дополнительный источник влияния в виде гармонических составляющих в полосе подтональных и тональных частот.

Мешающее влияние возникает также из-за внедрения на железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, рекуперативного торможения, которое создает в тяговой сети дополнительные гармоники тока.

Чем ниже частота гармоник влияющего тока, тем, как правило, больше их амплитуда. Из диаграммы (рис. 105), построенной для электровоза переменного тока, потребляющего от тяговой подстанции рабочий ток 150 А, видно, что, например, амплитуда 3-й гармоники тока с частотой 150 Гц составляет 36,8 А, т. е. 24,5% рабочего тока, а амплитуда 11-й гармоники тока с частотой 550 Гц- 1,93 А, т. е. 1,3% и т. д.

Если воздушные или кабельные линии находятся в зоне влияния линий электропередачи или электрических железных дорог, то присутствующие во влияющей линии гармоники напряжения и тока будут индуцировать в этих линиях напряжения. С частотой, соответствующей частотам, передаваемым по цепям полезных сигналов, эти напряжения будут создавать помехи, которые при известных условиях могут нарушать нормальную работу цепей автоматики, телемеханики и связи.

В телефонных цепях тональной частоты помехи в основном определяются гармоническими составляющими напряжений с частотами от 300 до 3000 Гц, а в каналах высокочастотного телефонирования - гармоническими составляющими с частотой 6 кГц и более.

Гармоники тягового тока могут оказывать мешающее влияние и на работу устройств железнодорожной автоматики и телемеханики; в основном это гармоники низшего порядка (50, 100, 150 , 200 , 250 и 300 Гц). Устройства диспетчерской централизации (ДЦ), диспетчерского контроля (ДК) подвержены влиянию гармонических составляющих от 300 до 3000 Гц, так как они работают в полосе тональных частот.

Нормы опасных и мешающих влияний. Опасные и мешающие напряжения и токи в цепях автоматики, телемеханики и связи, обусловленные влиянием линий электропередачи и контактных сетей железных дорог, не должны превышать установленных норм.

Диаграмма содержания гармоник и кривой тока электровоза переменного тока
Рис. 105. Диаграмма содержания гармоник и кривой тока электровоза переменного тока

Нормы опасных влияний установлены с таким расчетом, чтобы . была гарантирована безопасность лиц, обслуживающих устройства автоматики, телемеханики и связи и пользующихся ими, чтобы исключалась возможность повреждения устройств автоматики, телемеханики и связи (пробой изоляции жил кабелей, повреждения аппаратуры, включенной в цепи воздушных и кабельных линий).

Различают нормы опасных влияний при аварийных режимах работы линий электропередачи и контактных сетей железных дорог однофазного переменного тока (короткие замыкания одной из фаз трехфазной линии на землю или контактного провода на землю или на рельсы) и нормы опасных влияний при вынужденном режиме работы контактной сети железных дорог однофазного тока. При этом вынужденным режимом работы контактной сети считают такой режим, при котором одна из тяговых подстанций временно выключена и нагрузку выключенной подстанции на это время воспринимают одна или две смежные с ней подстанции.

В соответствии с установленными нормами напряжение, индуцированное в проводе (жиле кабеля) линии, по отношению к земле при условии его (ее) заземления на противоположном конце, обусловленное магнитным влиянием тяговой сети железных дорог однофазного переменного тока, не должно превышать значений, приведенных в табл. 9.

Нормы, приведенные в табл. 9, распространяются и на линии электропередачи. Значения, приведенные для вынужденного режима, следует относить к нормальному режиму работы несимметричных линий электропередачи, работающих по системе «два провода - земля».

Опасное напряжение между проводом (жилой) в линейных кабельных цепях автоблокировки, релейной полуавтоматической блокировки и станционных устройств СЦБ при вынужденном режиме работы электротяги не должно быть выше 250 В. При коротком замыкании тяговой сети опасное напряжение в жилах кабелей станционных устройств СЦБ не должно превышать 2000 В. На линейные цепи устройств диспетчерского контроля и цепи для передачи сигналов управления и контроля в устройствах диспетчерской централизации распространяются нормы опасного напряжения (см. табл. 9).

Таблица 9

Тип линии

Напряжение. В, ь режиме

вынужденном

короткою замыкания

Воздушная:

с деревянными опорами, в

і

2000 при /1=5;0,15 с

том числе и с желеаобе

60

1500 » /=?0,3 с

тонными приставками

1

1000 » />0,6 с

с железобетонными опора

1

320 » /<?0,15 с

ми

240 » /<?0,3 с

Кабельная

160 » /=?0,6 с

Качество телефонной передачи по цепям многоканальной связи будет удовлетворительным, если напряжение шума, измеренное в точке цепи с относительным уровнем полезного сигнала, равным -6,95 дБ, не превышает 2,5 мВ; это значение и принято в качестве нормы мешающих влияний.

Если напряжение в проводах (жилах кабелей) линий связи не превышает нормы, то на этих линиях нет необходимости в специальных мерах защиты, а эксплуатацию таких линий и ремонтные работы на них можно проводить обычным образом, так как напряжения, установленные нормами, не опасны для лиц, обслуживающих устройства автоматики, телемеханики и связи и пользующихся этими устройствами.

Техника безопасности при работах на кабельных линиях | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Средства защиты устройств автоматики, телемеханики и связи от опасных и мешающих влияний железных дорог и линий электропередачи

Рекомендуемый контент: