книги из ГПНТБ / Марков М.В. Линейные сооружения железнодорожной автоматики, телемеханики и связи учебник

ного и электрического полей на изолированный провод воздушной

§128. Понятие о гальваническом влиянии

испособе его расчета

Гальваническое влияние на однопроводные цепи, использующие землю в качестве обратного провода, обусловлено токами, возни­ кающими в земле от различных источников. Одним из источников этих токов являются электрические железные дороги постоянного и переменного токов, у которых обратный ток возвращается частично по рельсам и частично по земле. Протекающие в земле блуждающие токи создают в различных точках земли разные потенциалы. Если рабочие заземления однопроводных цепей (телеграфных, цепей ди­ станционного питания по системе «провод-земля») находятся в зоне блуждающих токов, то под действием разности потенциалов в этих цепях возникнут токи гальванического влияния.

260

где Url — потенциал земли в точке / с координатами хх и ух отно­ сительно заземления тяговой подстанции ТП, в;

Ига — то же в точке 2 с координатами х2 и у2, в.

Вычисление потенциалов Url и Ur2 представляет значительные трудности и на практике для этой цели пользуются диаграммами, составленными по расчетным формулам для нагрузочного тока, равного 1000 а, для различных координат х и у с учетом проводи­ мости земли.

В качестве примера на рис. 221 приведена одна из таких диаграмм для нагрузочного тока 1000 а и проводимости земли а, равной 1х Х 1 0 ~ 3 сим/м. Способ пользования такой диаграммой виден из сле­ дующего примера.

Пример 13. Определить разность потенциалов Ur в однопроводной цепи связи, одно из заземлений которой имеет координаты по отношению к заземлению тяговой подстанции .vi = 250 м и yi = 10 м, а другое — координаты Х2 = 2500 м и </2 =

= 500 м.

Из кривых рис. 221 находим, что потенциал Uri земли в точках с координатами A'l = 250 м п 1/1 = 10 м равен 130 в. Из тех же кривых потенциал VTi земли в точке с координатами хг = 2500 и и у« = 500 м равен 38 в; следовательно,

261

также гальваническое влияние отсутствует, если оба заземления •однопроводной цепи находятся от электрической железной дороги на

ции, а от тока одного электровоза при однопутной дороге и от тока двух электровозов — при двухпутной в предположении, что эти электровозы проходят мимо одного из заземлений.

§129. Мешающие влияния линий электропередачи

итяговых сетей электрических железных дорог

на цепи связи

Мешающие влияния линий электропередачи и контактных сетей электрических железных дорог обусловлены наличием в кривых на­ пряжения и тока этих линий гармонических составляющих, свиде­ тельствующих о несинусоидальной форме этих кривых. В линиях электропередачи гармонические составляющие возникают из-за зуб­ чатого строения ротора генераторов переменного тока, нелинейной зависимости намагничивающих ампер-витков в трансформаторах и магнитного потока в них и главным образом в тех случаях, когда линии электропередачи питают установки с выпрямителями (электро­ тяговые подстанции постоянного тока и трамвайные подстанции, мощные радиостанции, электроплавильные печи и т. п.). Особенно велико содержание гармоник напряжения и тока в контактных се­ тях электрических железных дорог. На электрических железных

тока в постоянный ток при помощи установленных на электровозах выпрямителей. На электрических железных дорогах постоянного тока напряжение подается в контактную сеть от установленных на тяговых подстанциях шестифазных выпрямителей, преобразующих трехфазный переменный ток в постоянный. При этом кривая выпрям­ ленного напряжения, кроме постоянной составляющей, содержит -большое количество различных гармонических составляющих на­ пряжения, проникающих в контактную сеть.

В контактной сети электрических железных дорог однофазного переменного тока, кроме тока основной частоты 50 гц, присутствуют нечетные гармоники тока, кратные основной частоте, т. е. гармоники •с частотой 150, 250, 350, 450, 550, 650, 750 гц и т. д.

В контактной сети электрических железных дорог постоянного тока присутствуют гармоники напряжения, кратные частоте 300 гц,

питающая выпрямительные устройства тяговой подстанции, несиммет­ рична, то, кроме гармоник, кратных частоте 300 гц, возникают гар­ моники напряжения, кратные частоте 100 гц, т. е. гармоники 100, 200', 400, 500, 700 гц и т. д. При неисправностях в работе выпрямительных

•562

устройств, например при переходе выпрямительных агрегатов из шестифазного режима работы в трехфазный, в контактной сети по­ стоянного тока возникают гармоники напряжения с частотой 150 гц; при прекращении работы одного из анодов в выпрямительном агре­ гате в контактной сети появляются гармоники напряжения частотой 50 гц.

Чем ниже частота гармоник влияющего тока, тем, как правило, больше их амплитуда. В качестве примера на рис. 222 показаны ве­ личины гармоник тока в контактной сети, создаваемые электровозом

Из теории связи по проводам известно, что телеграфированиепостоянным током осуществляется в полосе частот до 100 гц; теле­

Если воздушные или кабельные линии связи находятся в зоне влияния линий электропередачи или электрических железных до­ рог, то присутствующие во влияющей линии гармоники напряжения и тока будут индуктировать в цепях связи напряжения. Эти напря­ жения с частотой, соответствующей частотам, передаваемым по це­ пям связи полезных сигналов, будут создавать помехи, которые приизвестных условиях могут нарушать нормальную работу телеграф­

26 $

магнитным влиянием гармоничес­ ких составляющих тока, протекающего во влияющей линии. Для этого возьмем двухпроводную телефонную цепь из проводов а п б (рис. 223) с включенными на ее концах линейными трансформато­ рами, во вторичную обмотку которых включены телефонные аппа­

и, следовательно, взаимные индуктивности между контактным про­

неоднородности: неодинаковые емкости проводов а и б по отношению к земле, а у жил кабелей по отношению к оболочке; неодинаковые индуктивности и сопротивления проводов, различные величины уте­

вторичной обмотке трансформатора, а значит, и на зажимах теле­ фонного аппарата мешающее напряжение (7Ш К с частотой, равной частоте гармоники влияющего тока / к .

При коэффициенте трансформации трансформатора, равном еди­ нице, и при согласованном входном сопротивлении телефонного

264

аппарата с волновым сопротивлением двухпроводной цепи это ме­ шающее напряжение будет

Из анализа формулы (91) видно, что мешающее напряжение в двух­

по отношению к земле. Симметрию проводов двухпроводной теле­ фонной цепи по отношению к земле принято характеризовать так называемым к о э ф ф и ц и е н т о м ч у в с т в и т е л ь н о с т и и телефонных цепей к помехам, который численно равен отношению

где Um — мешающее напряжение в двухпроводной телефонной цепи, измеренное на зажимах включенного в эту цепь телефон­ ного аппарата "(см. рис. 223), входное сопротивление которого согласовано с волновым сопротивлением цепи;

Ua — напряжение в проводах двухпроводной цепи по отноше­ нию к земле, измеренное между средней точкой линейной обмотки включенного в цепь линейного трансформатора

и землей Ua =^-?>—- •

В качестве примера на рис. 224 приведена частотная зависимость

265

ник тока на зажимах телефонных аппаратов, включенных в подвер­

тывать, что протекающие через телефон токи одинаковой амплитуды, но различных частот по-разному воспринимаются человеческим ухом. Наибольшую чувствительность человеческое ухо имеет к частотам от 800 до 1200 гц; частоты ниже 800 и.выше 1200 гц воспринимаются ухом хуже. Для характеристики акустического воздействия токов различных частот на систему «телефон-ухо» введен коэффициент акустического воздействия р. Этот коэффициент представляет собой отношение акустического воздействия на ухо человека тока в теле­ фоне частотой / к акустическому воздействию тока такой же силы частотой 800 гц, принятому за единицу. Значения коэффициента р для частот от 50 до 3500 гц характеризуются полученной эксперимен­

дратичного сложения напряжений

266

Как видно из формулы (93), напряжение каждой гармоники при­ водится к напряжению частотой 800 гц путем умножения на коэффи­

Таким образом, напряжение шума — это такое напряжение с часто­ той 800 гц, которое, действуя на зажимах телефона вместо индукти­ рованных напряжений с различными частотами, оказывает одинако­ вое с ними мешающее действие на телефоннуюпередачу.

Аналогично определению псофометрического напряжения дано-

п — число гармоник.

Напряжение шума в телефонных цепях тональной частоты рассчи­ тывают двумя методами: по гармоническим составляющим влияющего напряжения или тока и по псофометрическому их значению.

При первом методе (более точном) на каждой гармонике влияю­ щего тока / к необходимо определить напряжение UaK по отношению к земле в проводах двухпроводной телефонной цепи. При этом в рас­ четные формулы для каждой гармоники следует подставлять зна ­

Значительно проще, но с меньшей точностью можно определить напряжение шума в двухпроводной телефонной цепи по второму ме­ тоду расчета. Здесь напряжение или ток во влияющей линии заме­ няют эквивалентным по мешающему воздействию псофометрическим напряжением ипсф или током / п с ф с частотой 800 гц, и все последую­ щие расчеты величины напряжения шума в телефонной цепи ведут на этой частоте. Этот метод расчета (упрощенный) применяют при определении мешающих напряжений, индуктируемых в телефонных цепях тональной частоты тяговой сетью электрических железных дорог постоянного тока и линиями электропередачи.

Расчет напряжения шума в телефонных цепях тональной ча­ стоты при влиянии ' тяговой сети переменного тока проводят по всем гармоническим составляющим влияющего тока или прибли­ женно по одной частоте, называемой определяющей, которая обычно находится в пределах от 15 до 41 гармоники тягового тока (750— 2050 гц). Эту частоту определяют расчетом в зависимости от типа

267

ной сети постоянного тока на двух­ проводную телефонную цепь тональной частоты воздушной линии связи. Для простоты длину / телефонной цепи возьмем равной рас­ стоянию /э (рис. 226) между соседними тяговыми подстанциями Т Я Х и 7772. Далее положим, что псофометрическое напряжение в контакт­ ной сети, представляющее собой разность напряжений £ / 1 п с ( р и ^ 2 п с ф > выдаваемых в контактную сеть тяговыми подстанциями 777£ и 7772, равна Д £ / п С ф . Примем, что входное сопротивление цепи «контактная сеть—рельсы—земля» на частоте 800 гц равно ZT C , взаимная индук­ тивность между контактной сетью и каждым из проводов телефонной цепи на этой же частоте равна М, коэффициент экранирующего дей­ ствия рельсов sp, а коэффициент чувствительности телефонной цепи к помехам — т).

При принятых условиях напряжение шума в двухпроводной те­ лефонной цепи с достаточной для практики точностью можно опре­ делить из следующего выражения:

из стальных проводов, имеющей сближение с контактной сетью электрической желез­

димость земли а = 25-10"3 сим/м и коэффициент экранирующего действия рельсов sp = 0,5.

268

Из формулы (76) определим взаимную индуктивность между контактной сетью

перболические функции, значительно усложняющие ее структуру. Если цепь связи имеет сближение с несколькими влияющими участ­ ками контактной сети (/э 1 , /э 2 , ls3. . .), то напряжение шума в этой цепи определяют от каждого влияющего участка отдельно и полу­

цепи рассчитывают отдельно для каждого усилительного участка, а результирующее напряжение шума в начале или конце цепи опре­ деляют также, складывая эти напряжения по квадратичному закону.

§ 130. Нормы опасных и мешающих напряжений и токов

Опасные и мешающие напряжения и токи в цепях автоматики, телемеханики и связи, обусловленные влиянием линий электропере­ дачи и контактных сетей электрических железных дорог, не должны превышать установленных норм.

Нормы опасных влияний установлены с таким расчетом, чтобы была гарантирована безопасность лиц, обслуживающих устройства автоматики, телемеханики и связи и пользующихся ими, а также, ч"тобы 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 а в а р и й н ы х р е ж и ­ м а х р а б о т ы линий электропередачи и контактных сетей элек­ трических железных дорог однофазного переменного тока (короткие замыкания одной из фаз трехфазной линии на землю или контактного

ным режимом работы контактной сети считают такой режим, при котором одна из электротяговых подстанций временно выключена,

269