1.4.Защита устройств рельсовых цепей и алс от помех

Тяговый ток, протекающий по рельсовым нитям электрифицированных железных дорог, оказывает влияние на работу устройств автоблокировки и АЛС. Степень этого влияния зависит от значения и рода тягового тока, процентного содержания в нем гармоник, характеристик верхнего строения пути, определяющих асимметрию тягового тока при протекании его по рельсовым нитям, и от длины рельсовых цепей [8].

Нагрузка контактной сети определяется размерами движения поездов, родом тягового тока (постоянный, переменный) и системой питания (односторонняя, двусторонняя).

Распределение тягового тока вдоль рельсовой линии является неравномерным, так как часть тока через балласт ответвляется в землю, по земле возвращается к тяговой подстанции, где снова возвращается в рельсы, и по отсасывающему фидеру возвращается к другому полюсу источника тягового тока. Поэтому наиболее сильному влиянию подвержены рельсовые цепи автоблокировки и приемные устройства АЛС в районе тяговых подстанций.

По мере удаления от тяговой подстанции и от нагрузки (электровоза) ток в рельсах экспоненциально убывает. Зона растекания при постоянном тяговом токе значительно больше, так как сопротивление рельсов постоянному тяговому току меньше, чем переменному тяговому току частотой 50 Гц.

На основании измерений установлено, что при системе постоянного тока ток в рельсах на расстоянии 10 км от тяговой подстанции составляет около 10 % тока нагрузки, тогда как при системе переменного тока на расстоянии 2,5 км от тяговой подстанции он не превышает 5 %.

Однако при системе переменного тока в рельсах, кроме обратного тягового тока, определяемого нагрузкой электровоза, присутствует индуцированный ток, значение которого не зависит от координаты рассматриваемой точки рельсовой линии. Общий ток в рельсах при этом определяется суммой токов растекания и индуцированного тока.

На линиях с электротягой переменного тока проявляется воздействие нечетных гармоник, кратных основной гармонике 50 Гц. Уровень четных гармоник не превышает 0,5 %.

Процентное содержание гармоник тягового тока и расчетные уровни гармонических составляющих при тяговом токе 250 А приведены в табл. 1.10.

Таблица 1.10 – Гармонические составляющие тягового тока

Частота тока, Гц	50	150	250	350	450	550	650	750	850
Содержание гармоники, %	100	26,2	12,0	6,0	2,85	1,73	1,45	1,0	0,85
Расчетный ток асимметрии, А	30	8,0	3,6	1,8	0,86	0,52	0,43	0,3	0,255

Эти значения помех были приняты в качестве расчетных при разработке эксплуатируемых систем автоблокировки и АЛС. Практика эксплуатации рельсовых цепей на линиях с электротягой переменного тока показала, что на некоторых участках асимметрия тягового тока превышает принятое ранее для расчетов значение 12 %, что приводит к нарушению нормального действия устройств автоблокировки, а в некоторых случаях и к повреждению аппаратуры.

Поэтому при разработке новых систем автоблокировки и АЛС целесообразно увеличить расчетное значение асимметрии тягового тока до 20-25 %. Кроме того, в связи со значительным повышением в перспективе веса поездов и скоростей их движения следует ожидать увеличения в 2-3 раза тока нагрузки контактной сети.

В этих условиях целесообразно принять расчетные уровни тока помех, в 5 – 6 раз превышающие значения, приведенные в табл. 1.10, что позволит обеспечить нормальное действие устройств автоблокировки и АЛС в перспективе с учетом развития других технических средств железнодорожного транспорта.

На линиях с электротягой постоянного тока для подавления пульсаций выпрямленного тока (гармоник, кратных частоте 300 Гц) на тяговых подстанциях устанавливаются однозвенные или двухзвенные сглаживающие фильтры, включаемые между выпрямителем и контактной сетью. Резонансные контуры фильтра настроены на частоты 300, 600, 900 и 1200 Гц, являются шунтами для гармоник, имеющих те же частоты, и снижают их уровни в контактной сети, поэтому при исправном состоянии сглаживающих фильтров и устройств электроснабжения гармоники тягового тока не оказывают существенного влияния на устройства автоблокировки и АЛС.

Некоторые неисправности сглаживающих фильтров (работа в неполнофазном режиме, асимметрия фазных напряжений) вызывают появление гармоник, кратных 50 Гц. При отключении сглаживающих фильтров появляются гармоники, кратные 300 Гц.

Уровни нечетных гармоник на линиях с электротягой постоянного тока значительно ниже этих же гармоник на участках с электротягой переменного тока. Поэтому при разработке устройств автоблокировки и АЛС с учетом их универсальности принимают уровни нечетных гармоник по условиям работы устройств на участках с электротягой переменного тока. Расчетный уровень тока помех четных гармоник принят равным 10 А.

Защита приемных устройств автоблокировки и АЛС от гармонических составляющих тягового тока в виде синусоидальных колебаний с установившимися значениями частоты и амплитуды осуществляется выбором соответствующих характеристик затухания электрических фильтров.

Кроме указанных выше гармонических помех, приемные устройства (в особенности локомотивные) подвержены влиянию импульсных помех тягового тока, от которых защитить приемные устройства электрическими фильтрами невозможно, так как при этом в фильтре возникают свободные колебания, совпадающие с частотой сигнала.

Средством защиты от импульсных помех тягового тока является повышение частоты сигнального тока, увеличение его уровня и, что наиболее эффективно, длительности восприятия сигнала приемными устройствами.

В большинстве случаев импульсные помехи вызываются единичным изменением магнитного потока в ходовых частях локомотива или разностного тока в рельсах, а также изменением переходных сопротивлений между бандажами колесных пар электровоза и рельсами при движении поезда.

Относительная интенсивность импульсных помех для различных частот сигнального тока представлена в табл. 1.11.

Таблица 1.11 – Относительная интенсивность помех

Относительная интенсивность помех	Частота сигнального тока, Гц
	25	50	75	100	200	300	400	600	800	1000
Постоянный тяговый ток	2,52	1,0	0,58	0,38	0,145	0,101	0,053	0,03	0,02	0,014
Переменный тяговый ток	2,83	4,23	2,83	1,42	0,47	0,28	0,20	0,13	0,95	0,075

Интенсивность импульсных помех при постоянном тяговом токе и частоте сигнального тока 50 Гц условно принята за единицу.

На линиях с электротягой постоянного тока при частоте сигнального тока 75 Гц интенсивность импульсных помех в 4,35 раза ниже, чем при частоте 25 Гц. При дальнейшем повышении частоты сигнального тока интенсивность импульсных помех непрерывно снижается.

На линиях с электротягой переменного тока интенсивность импульсных помех резко возрастает при сигнальных частотах, близких к частоте тягового тока 50 Гц. Интенсивность импульсных помех переменного тягового тока для всех сигнальных частот значительно выше интенсивности импульсных помех постоянного тягового тока при условии одинаковой мощности тяговых нагрузок и одинаковых напряжениях в контактной сети. При напряжении в контактной сети 25 кВ тяговый ток примерно в 8 раз ниже, чем при электротяге постоянного тока. Поэтому в действительности интенсивность импульсных помех на линиях с электротягой переменного тока за счет снижения тягового тока в несколько раз ниже интенсивности импульсных помех постоянного тягового тока. При разработке унифицированных систем автоблокировки и АЛС, пригодных для эксплуатации на линиях с электротягой постоянного и переменного тока, при одинаковой чувствительности приемных устройств, уровень сигнала, длительность его восприятия и частота должны выбираться по условиям защиты приемных устройств от импульсных помех постоянного тягового тока.

Действие импульсных помех на приемник с релейными свойствами кратковременно, оно определяется главным образом полосой пропускания входного фильтра.

На основании результатов экспериментальных исследований помех тягового тока, действующих на фильтр с полосой пропускания 18 – 20 Гц в числовой системе АЛС, с чувствительностью 1,5 А при частоте сигнального тока 50 Гц, а также на фильтры частотной АРС с меньшим уровнем сигнала и в системе АРС для линий метрополитена, при разработке частотной системы АЛС в качестве расчетных приняты значения токов помех, действующих на выходе фильтра с полосой пропускания 20 Гц, приведенные в табл. 1.12.

Таблица 1.12 – Значения тока импульсных помех

Ток помехи, А, при длительности действия, с	Частота сигнального тока, Гц
	125	175	225	275	325	375
0,2	0,4	0,29	0,22	0,18	0,15	0,13
0,4	0,16	0,12	0,1	0,08	0,06	0,05
Рекомендуемый уровень сигнала, В	0,36	0,27	0,2	0,18	0,16	0,14

В подавляющем большинстве случаев длительность действия импульсных помех на приемные устройства с указанными выше характеристиками не превышает 0,1 с.

Для защиты от импульсных помех выходное исполнительное реле приемника должно иметь замедление на срабатывание 0,5 – 1,2 с.

Длительное действие импульсных помех свыше 0,4 с на выходе приемных устройств с указанными выше характеристиками в процессе неоднократных и длительных испытаний даже при самых неблагоприятных условиях эксплуатации зафиксировано не было и с ним можно не считаться. Опыт эксплуатации числовой и частотной систем АЛС также подтверждает справедливость этого вывода.

На участках с электрической тягой переменного тока импульсные помехи влияют слабее вследствие меньших тяговых токов. Поэтому уровень сигнала, выбранный из условия обеспечения работоспособности приемных устройств АЛС на линиях с электрической тягой постоянного тока, будет с достаточным запасом обеспечивать действие частотной АЛС на линиях с электротягой переменного тока.