4. Изменение влияний при нескрещенных цепях в зависимости от длины линий и частоты тока

Анализ влияний на ближний и дальний концы между нескрещенными цепями позволяет выявить особенности влияний на каждый из концов цепи и определить предварительные требования к схемам физического скрещивания проводов с целью уменьшения влияний.

Влияние на ближний конец. Рассмотрим зависимость величины тока электромагнитного влияния на ближнем конце цепи I₂₀ от длины взаимовлияющих цепей , для чего воспользуемся формулой (11). Зависимость I₂₀ от длины цепей и коэффициента распространения волны определяется выражением .

Так как , а b=2p/l, то

.

Это выражение показывает, что при постоянной частоте, а следовательно, при постоянной длине волны (l), но при различных значениях l, выраженных через l получим:

Из полученного следует, что при постоянной частоте с изменением длины линии модуль а следовательно, I₂₀ и A₀ , изменя­ются волнообразно (рис. 3).

Рис. 3

Амплитуды колебаний I₂₀ и A₀ с увеличением длины цепей умень­шаются. При электрически длинных цепях, когда модуль »1, колебания прекращаются, и ток стремится к пределу

.

Физически волнообразно-затухающее изменение параметров I₂₀ и A₀ объ­ясняется тем, что токи, поступающие к ближнему концу с отдельных участков линии, имеют различные амплитуды и фазы из-за неодинаковых, проходимых ими, расстояний. На рис.4,а показаны векторы токов, посту­пающих к ближнему концу цепи 2 с отдельных участков линии, равных l/16. Сдвиг фаз между соседними векторами равен 45°.

Рис. 4

Токи, поступающие с участков 5, 6, 7 и 8, имеют противоположное направление токам, поступающим соответственно с уча­стков 1, 2, 3 и 4. Следовательно, результирующий вектор, равный геометрической сумме векторов токов, поступающих на ближний конец с участков 5—8, имеет противоположное направление ре­зультирующему вектору токов, поступающих с участков 1- 4 (рис. 4, б). Таким образом, через участки, равные 1/4 l, происходит как бы изменение знака коэффициента электромагнитной связи. Это явление называют электрическим скрещиванием по аналогии с явлениями, происходящими при физическом скрещивании проводов (жил) цепей. Так как шаг электрического скрещивания уменьшается пропорционально увеличению частоты, то влияние между электрически длинными цепями на ближнем конце цепи не зависит от частоты и имеет значение значительно меньшее по сравнению с тем, если бы этих электрических скрещиваний не было.

Рассмотрим, как изменяется A₀ в зависимости от частоты тока при неизменной длине цепей. Минимум A₀ (максимум влияния) будет тогда, когда длина линии l равна 1/4 l, 3/4 l и т. д., а максимум A₀ (минимум влияния) — когда l равно 1/2 l, l и т. д. (см. рис. 3). Определим частоты, на которых A₀ имеет наибольшие и наименьшие значения, называемые критическими частотами.

Так как , где u — скорость распространения энергии, то первый минимум A₀ будет при частоте . Другие частоты, на которых будут минимальные и максимальные значения A₀ , оп­ределяются как При нечетных k значения A₀ минималь­ные, а при четных максимальные.

При расчетах переходного затухания в широком диапазоне час­тот необходимо учитывать колебательные процессы и в первую оче­редь проверять соответствие затухания нормам на нечетных крити­ческих частотах.

Влияния на дальний конец цепи. Из формулы (13) следует, что влияние на дальний конец увеличивается пропорционально частоте тока, но с увеличением длины цепей может не только возрастать, но и убывать в зависимости от . Физически последнее объясняется тем, что токи влияния на дальний конец, поступающие с отдельных участков взаимовлияющих цепей, имеют одинаковую длину пути (рис. 5) и при одинаковых цепях фазы токов поступающих с отдельных участков, складываются арифметически. Поэтому защищенность между цепями уменьшается с увеличением длины цепей. По той же причине снижается и переходное затухание на дальнем конце . Однако с увеличением длины взаимовлияющих це­пей возрастает их собственное затухание (al), поэтому до некоторой длины цепей переходное затухание на дальнем конце снижается, а затем возрастает. Характер зависимости переходного затухания и защищенности от длины линии приведен на рис. 6. Если коэффициенты распространения волны взаимовлияющих цепей неодинаковы , то величина влияний первой цепи на вторую отличается от величины влияний второй цепи на первую, т.е. наблюдается так называемый эффект перестановки. Этот эффект обусловлен тем, что в формуле (10) для расчета тока электромагнитного влияния на дальнем конце цепи, при влиянии первой цепи на вторую, входит разность коэффициентов распространения первой и второй цепи ; при влиянии второй цепи на первую в формуле (10.10) появятся множители вида ( ) вместо . В формуле (9) для расчета тока электромагнитного влияния на ближний конец цепи при неодинаковых коэффициентах распространения волны взаимовлияющих цепей входит их сумма, поэтому эффект перестановки на ближнем конце взаимовлияющих цепей не наблюдается, т.е. ток I₂₀ одинаков в случае влияния первой цепи на вторую и в обратной комбинации при влиянии второй цепи на первую.

Рис. 5	Рис. 6

Контрольные вопросы

1.В чем состоит проблема электромагнитной совместимости цепей; каковы ее особенности в железнодорожных магистральных кабельных линиях?

2. Что понимается под непосредственными влияниями между цепями?

3. На какой конец цепи (ближний или дальний) непосредственное влияние больше и почему?

4. Что понимается под переходным затуханием и защищённостью между цепями?

5.Как изменяется переходное затухание между нескрещенными цепями в зависимости от длины параллельного пробега и частоты тока?

ЛЕКЦИЯ 15. КОСВЕННЫЕ ВЛИЯНИЯ

При выводе формул, для определения токов влияния и переход­ного затухания предполагалось, что на линии имеются только две одинаковые цепи с параллельными проводами (жилами), согласо­ванными нагрузками и электромагнитными связями, постоян­ными по всей длине цепей. В действительности всегда имеют место влияния через третьи цепи из-за несогласованности нагрузок и ли­нии, а также конструктивных неоднородностей. Эти влияния принято на­зывать косвенными (дополнительными). Токи этих влияний, склады­ваясь с токами непосредственного влияния, снижают переходное затухание между цепями и защищенность цепей от взаимных влияний. Исследованиями установлено, что косвенные влияния особен­но сказываются на дальнем конце цепей в области высоких частот и при определенных условиях могут превышать непосредственное влияние между цепями.

1.Модель влияний через третьи цепи.

Между симметричными цепями эта модель отражает процесс влияний, обусловленный по­перечным электромагнитным полем в многопроводных линиях свя­зи при произвольных нагрузках цепей. В рамках этой модели в на­чале определяют токи, поступающие к ближнему I₃₀ и дальнему I_3l концам третьих цепей, затем определяют токи в цепи, подверженной влиянию; для дальнего конца - токи и (рис. 1,а). Дополнительные токи влияния на ближайший ко­нец цепи на рис.1,а не показаны.

Модель влияния через третьи цепи может быть представлена в виде схемы (рис. 1,б). Расчет влияний через третьи цепи заключа­ется в определении напряжения эквивалентного генератора dU_3x. Это напряжение зависит от характера распределения электромагнит­ных связей между цепями 1 и 3, а также от нагрузочных сопротив­лений и последующего пересчета напряжения на цепь 2. При этом следует учесть, что обусловлено переходом энергии между це­пями 1 и 3 по закону дальнего конца на участке сближения 0 —х и ближнего конца на участке х — l. Напряжение является ис­точником влияния на цепь 2. Токи косвенного влияния, поступающие к ближнему концу цепи 2, переходят с одной цепи на другую по за­кону дальнего конца, и ими можно пренебречь по сравнению с то­ками непосредственного влияния. Токи косвенного влияния на дальний конец цепи 2 переходят с одной цепи на другую по закону ближнего конца и учитываются.

Рис. 1

В двухпроводных цепях индуцированная энергия распространя­ется не только в тракте «провод — провод», но и в тракте «два про­вода — земля». Для токов тракта «два провода — земля» при це­пях без наложения можно считать, что двухпроводные цепи нахо­дятся в режиме холостого хода. Таким образом, в однопроводных наложенных цепях и в тракте «два провода — земля» двух­проводных цепей индуцирован­ные токи будут иметь одно направление, и третьи цепи могут рассматриваться как пучок проводов, через который токи влияния переходят с цепи 1 на цепь 2. Особенно большие влияния на цепи связи, через пучок проводов, оказывают цепи автоматики выходящие из релейных помещений, где сосредоточены мощные источники помех (реле и трансмиттеры).