3.3. Взаимные влияния цепей в линиях передачи информации и меры защиты от взаимных влияний

Дальность и качество связи, особенно с использованием высоко­частотных систем передачи, ограничиваются не столько собствен­ным затуханием цепи, сколько взаимными и внешними влияниями. В комбинированных железнодорожных кабелях, состав­ляющих основу существующей сети связи ОАО «РЖД», необходимо учиты­вать влияния не только между цепями связи, но и влияния на цепи связи линейных цепей автоматики. По этим цепям передаются сиг­налы напряжением до 100 В постоянного тока (в цепях связи при­мерно 3 В), в коммутационном режиме работы цепи автоматики соз­дают широкополосную помеху, которая прослушивается в виде щелчков в каналах тональной частоты и вызывает сбои в работе цифровых систем передачи.

Природа взаимных влияний одинакова между цепями воздуш­ных и кабельных линий и между цепями автоматики и связи. Это позволяет их исследовать и количественно оценивать в рамках од­них и тех же математических моделей. Взаимные влияния обуслов­лены теми электрическими и магнитными полями, которые свя­заны с цепями автоматики и связи, питаемыми от источников пере­менного тока. В незначительной степени взаимные влия­ния проявляются при непосредственном прохождении тока через толщу диэлектрика, разъединяющего цепи.

Степень взаимного влияния между цепями определяется неиз­бежными нарушениями геометрической и электрической симметрии в реальных конструкциях симметричных цепей.

Для исследования процессов взаимного влияния предложены мо­дели, отражающие различные стороны процесса перехода энергии с одной цепи на другую. Наиболее широко используются модель не­посредственных влияний, отражающая влияния между двумя однородными, согласованно нагруженными цепями, и модели косвенных влияний, под которыми понимают влияния через третьи цепи (соседние цепи, экраны, оболочки кабелей), а также вследствие отражений из-за неоднородностей цепей и несогласованности нагрузок.

Основная модель влияния может быть представлена в виде электрической схемы (рис. 3.11). Эквивалентная схема электричес­кой Y₁₂ и магнитной Z₁₂ связей между цепями показана упрощен­но. Нагрузкой токов электрического и магнитного влияний явля­ются входные сопротивления смежных элементарных участков вли­яния. Эти сопротивления в данной модели равны волновому сопро­тивлению цепи. Из анализа модели следует, что токи электрического и магнит­ного влияний через волновое сопротивление ближнего конца проте­кают в одном направлении, т. е. складываются (влияние по закону ближнего конца), а дальнего конца — вычитаются (влияние по за­кону дальнего конца).

Рис. 3.11

3.3.1. Определение токов непосредственного влияния, при нескрещенных цепях

Цепь 1 под напряжением U₁₀ и с током I₁₀ в начале линии будем полагать влияющей, а цепь 2 — подверженной влиянию (см. рис.3.11).

Токи электрического влияния на ближнем и дальнем концах. При согласованной нагрузке ток влияния dI_2x, индуцированный на элементе dx, делится на две равные части. Одна часть направляется к ближнему концу, а другая — к дальнему. При распространении они будут уменьшаться по ам­плитуде и изменяться по фазе. На нагрузках в конце цепей на ближ­нем конце и на дальнем конце соответственно:

; (3.2)

, (3.3)

где: U_1x - влияющее напряжение на элементе dх;

Y₁₂ - коэффициент электрической связи между двухпроводными целями.

Учитывая, что при согласованной нагрузке и до­пуская, что коэффициент электрической связи постоянен на всем участке сближения, найдем полные токи влияния на ближнем и дальнем концах:

; (3.4)

. (3.5)

Токи магнитного влияния на ближнем и дальнем концах. При магнитном влиянии элементарный ток замыкается по цепи по­следовательно. С учетом волновых процессов в цепях ток влияния на ближнем и на дальнем конце цепи соответственно:

; (3.6)

; (3.7)

где: Z₁₂ — коэффициент магнитной связи между двухпроводными цепями;

I_1x - влияющий ток на элементе dх.

Учитывая, что , и допуская коэффициент маг­нитной связи постоянным по всей длине сближения цепей, опреде­лим полные токи влияния на ближнем и дальнем концах

; (3.8)

. (3.9)

Полный ток электромагнитного влияния на ближнем и дальнем концах. Согласно модели непосредственного влияния полный ток электромагнитного влияния I₂₀ в можно определить как сумму токов. Учитывая, что U₁₀ = I₁₀Z_B1 получим:

(3.10)

где: - коэффициент электромагнитной связи на дальнем конце.

На дальнем конце цепи полный ток влияния

(3.11)

где: - коэффициент электромагнитной связи на дальний конец.

Когда цепи имеют одинаковые параметры, то Z_B1=Z_B2=Z_B, ₁=₂= и формула (3.10 ) примет вид

(3.12)

Если цепи электрически длинные , то , и тогда можно полагать, что

. (3.13)

Формула (3.11) при одинаковых цепях приводит к неопределенности, раскрывая которую при , находим , что

(3.14)