8. Методы обеспечения электромагнитной совместимости
8.1. Постановка задач
Различают электромагнитную совместимость (ЭМС) отдельных систем с другими системами и внешней средой и ЭМС одной части системы с ее другими частями. Первую из них называют внесистемной (внешней), а вторую — внутрисистемной (внутренней) [35].
Под внешней электромагнитной совместимостью (ЭМС) системы управления движением поездов (СУДП) с другими системами и внешней средой понимают ее способность выполнять свои функции с заданными показателями качества в электромагнитной обстановке, создаваемой этими системами и внешней средой, и не создавать электромагнитных помех выше установленного уровня для других систем.
Под внутренней ЭМС какой-либо части системы с другими частями системы понимают ее способность выполнять свои функции с заданными показателями качества в электромагнитной обстановке, создаваемой этими частями системы, и не создавать в свою очередь электромагнитных помех для них выше установленного уровня.
Электромагнитная обстановка, в которой работает конкретная система управления движением поездов, обусловлена токами, протекающими по электрическим цепям других систем, а также возникающими при электростатических разрядах, например, в виде молний. Вокруг проводников с током одной системы создаются электромагнитные поля, обусловливающие появление сигналов в цепях другой системы. Взаимосвязь между наведенными и влияющими токами подчинена законам индукции (в ближайшей зоне) или радиоизлучений (в дальней зоне).
При электростатических разрядах (ЭСР) в виде молний создание помех обусловлено, во-первых, непосредственной инжекцией зарядов на элементы системы и, во-вторых, возникновением электромагнитного поля при протекании тока разряда.
Кроме того, вследствие непосредственного контакта электрических цепей различных систем между ними возникают кондуктивные помехи.
Природа создания помех как внесистемных, так и внутрисистемных одна и та же.
Помехи оказывают влияния двух видов: во-первых, они вызывают ошибки при приеме информации, передаваемой по каналам систем управления движением поездов; во-вторых, приводят к разрушениям элементов систем. Таким образом, они обусловливают как сбои, так и постоянные отказы. При этом сбои и отказы могут быть как опасными, так и неопасными. Поэтому решение проблемы ЭМС необходимо не только по соображениям обеспечения эффективности перевозочного процесса, но и по соображениям его безопасности.
Актуальность обеспечения ЭМС возрастает в связи с переводом систем управления движением на микроэлектронную элементную базу, особенно чувствительную к электромагнитным помехам различного происхождения.
Ниже рассмотрены способы снижения взаимных влияний между рельсовыми цепями, между системами АБ и АЛС, между системами АБ, АЛС и внешней средой, а также методы снижения эмиссии помех системами АБ и АЛС.
8.2. Методы обеспечения эмс рельсовых цепей
Рельсовые цепи на перегонах организуют в пределах блок-участков, поэтому возникает задача исключения взаимных влияний между ними.
Первый метод, который был применен для решения этой задачи, основан на изоляции нитей смежных рельсовых линий с помощью изолирующих стыков.
Второй метод основан на частотном разделении сигналов рельсовых цепей смежных блок-участков. Он применен в тональных рельсовых цепях. Исключения взаимных влияний достигают путем применения в передатчиках смежных рельсовых цепей несущих различных частот и разделением их входными фильтрами приемников. В рельсовых цепях параллельного пути используют несущие тех же частот, к примеру, 420 и 480 Гц. Поэтому для исключения взаимных влияний между рельсовыми цепями параллельных путей в случае их объединения их модулируют в передатчиках рельсовых цепей различных путей под несущими различных частот, а именно, 8 и 12 ГЦ. Фильтры, разделяющие эти сигналы, включены на выходе АД приемника.
Третий метод основан на разделении работы рельсовых цепей различных блок-участков во времени. При применении этого метода сигнал КРЛ посылают с выхода передатчика сначала в одну рельсовую линию. В приемнике эти сигналы обрабатывают и по ним принимают решение о состоянии этой рельсовой линии. Затем сигнал КРЛ с помощью того же передатчика посылают в следующую рельсовую линию и по ним с помощью того же приемника оценивают ее состояние и т.д. Таким образом, при этом методе представляется возможным использовать для оценки рельсовых линий всех блок-участков перегона всего лишь один передатчик и один приемник сигналов КРЛ.
Кроме рассмотренных выше применяют и комбинированные методы для большего снижения взаимных влияний между рельсовыми цепями. Так, например, при нарушении изоляции изолирующих стыков сигналы КРЛ одной рельсовой линии могут попасть в рельсовую линию смежного блок-участка и вызвать появление ложных показаний светофоров. Рассмотрим эти случаи с помощью рис. 8.1, на котором показаны передатчики и приемники рельсовых цепей системы АБ-ЧК.
Рис.8.1. Схемы подключения передатчиков и приемников к рельсовой линии
Предположим, что на рельсовой линии 7П находится поезд. Тогда на входе приемника ПР7 должны отсутствовать сигналы КРЛ передатчика П7, а реле И7 должно быть обесточено и его контакты разомкнуты. Вследствие этого, во-первых, включается лампа красного огня светофора 7 и в рельсовую линию 9П передатчиком П9 посылается кодовая комбинация КЖ. При коротком замыкании изолирующих стыков у светофора 7 сигналы кодовой комбинации КЖ передатчика П9 поступают и на вход приемника ПР7. В результате этого реле И7 и декодер (см. рис. 18.6) рельсовой цепи П7 будут работать как при приеме кодовой комбинации КЖ, что приведет к загоранию лампы желтого огня на светофоре 7. Таким образом, занятый поездом блок-участок 7П будет огражден светофором с желтым огнем, что недопустимо по условиям безопасности. Однако это имело бы место, если бы в цепи заряда конденсатора С1 декодера ДК7 не был включен тыловой контакт Тс трансмиттерного реле передатчика рельсовой цепи 9П. Благодаря этому при замыкании фронтового контакта Тс трансмиттерного реле передатчика П9, во-первых, на вход ПР7 поступает сигнал, от которого срабатывает реле И7 и замыкается его контакт в цепи питания С1 а во-вторых, цепь питания С1 разрывается тыловым контактом Тс того же ПР7, введенным в цепь ДК7.
Теперь предположим, что короткое замыкание ИС у светофора 7 произошло при нахождении поезда на рельсовой линии 5П. Для исключения загорания на светофоре 7 лампы зеленого огня в цепь питания реле-счетчика 1А введен фронтовой контакт Тс смежной рельсовой цепи. Благодаря этому при одновременной работе трансмиттерного реле передатчика П9 смежной рельсовой цепи и реле И7 рельсовой цепи 7П не создается цепь питания реле 1А. В результате не создается цепь заряда конденсатора С3 и возбуждения реле 3 и, как следствие, не создается цепь включения лампы зеленого огня светофора.
Кроме постоянных замыканий ИС имеют место и кратковременные, также вызывающие появление ложных огней светофоров. Для исключения этого явления, во-первых, в декодер введено реле В (см. рис. 18.6), фиксирующее поступление в декодер импульсов только от передатчика своей рельсовой цепи и, во-вторых, в схему кодера смежной рельсовой цепи 9П включено трансмиттерное реле ПТ, имеющее замедление на отпадание 0,2 с. Его тыловой контакт ПТ включен в цепь заряда конденсатора С1 декодера ДК7. Благодаря этому предотвращается создание цепи заряда конденсатора С1 и, как следствие, загорание лампы желтого огня светофора 7 вместо красного при периодическом замыкании ИС.
В импульсной рельсовой цепи постоянного тока для исключения взаимных влияний между смежными рельсовыми цепями кроме ИС в них применяют импульсы постоянного тока различной полярности и поляризованные реле И. Благодаря этому при коротком замыкании ИС реле И не будет срабатывать от сигналов смежной рельсовой цепи.
Наконец, в рельсовых цепях с временным разделением их функционирования для оценки состояния каждой из них используют сигнал КРЛ определенной формы, отличающейся от формы сигналов других цепей. Он получается в результате манипуляции несущих колебаний в соответствии с кодовой комбинацией, присвоенной каждой рельсовой цепи.
Для снижения взаимных влияний между рельсовыми линиями без изолирующих стыков применяют также «электрические шунты», которые включаются на границах рельсовых линий.
На рис. 8.2 показана схема рельсовой цепи с частотой несущих колебаний 1,7 кГц. К ее элементам относятся L1, С1, С2, VT1 на приемном конце и L4, С4,L5, С5, С6 на передающем конце. Передатчик сигналов с несущей 1,7 кГц (П 1,7) подключен к конденсатору С4. Ток, создаваемый этим передатчиком, распространяется влево и вправо от места подключения контура L4—С4. Трехэлементный двухполюсник с элементами L5, С5, С6 имеет резонанс напряжений на частоте 1,7 кГц и резонанс токов на частоте 2,3 Гц, равной частоте несущей смежной рельсовой цепи. Этот двухполюсник на частоте 1,7 кГц имеет малое сопротивление и поэтому выполняет функцию «электрического шунта», определяющего границу рельсовой линии, и препятствующего прохождению сигналов с частотой 1,7 кГц в смежную рельсовую цепь. Граница рельсовой линии на приемном конце соответствует месту подключения двухполюсника L1, С1, С2, частота резонанса напряжения которого равна 1,7 кГц. Он выполняет функцию «электрического шунта» на приемном конце рельсовой цепи. Приемник рельсовой линии с несущей 1,7 кГц подключен к рельсовой линии с помощью трансформатора VТ1.
Рис.8.2. Рельсовая цепь с электрическими шунтами
Таким образом, двухполюсники L1, С1, С2 и L5, С5, С6 шунтируют токи с частотой 1,7 кГц и тем самым препятствуют их дальнейшему распространению по рельсовой линии.
Частоты резонансов напряжений контуров L2, С3 и L4, С4 равны 2,3 кГц и поэтому препятствуют распространению сигналов КРЛ с несущими 2,3 кГц в смежные рельсовые цепи.
Достоинством рельсовой цепи данного вида является малая зона дополнительного шунтирования — около 10 м.