Активные способы снижения влияний электрифицированной железной дороги на смежные линии

14.1. Классификация способов снижения влияний

Мероприятия по уменьшению влияния могут осуществляться как в подверженной влиянию смежной линии, так и в тяговой сети - источнике влияний. Мероприятия, осуществляемые в смежной линии, защищают только данную линию, и поэтому их относят к пассивным. Таким мероприятием являются относ смежной линии от железной дороги, а для линии связи возможно применение кабельных линий, скрещивание проводов, установка разрядников, установка разделительных трансформаторов, включение дренажных катушек с заземленной средней точкой и ограничивающих фильтров, повышение уровня передачи, использование редукционных трансформаторов.

К активным защитным мероприятиям для линий связи относят применение отсасывающих трансформаторов на дорогах переменного тока и фильтр-устройств на тяговых подстанциях постоянного тока для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Эти мероприятия действуют на все смежные линии и эффективность их тем выше, чем больше число одновременно защищаемых линий.

14.2. Применение отсасывающих трансформаторов

При электрификации на переменном токе для снижения напряжения магнитного влияния применяют отсасывающие трансформаторы. Основная идея метода - увеличение экранирующего действия рельсов, которые в обычных условиях уменьшают влияние примерно в два раза. С этой целью увеличивают взаимосвязь между контактной сетью и рельсами; можно еще уменьшить собственное продольное сопротивление рельсов, но этого трудно достичь. Взаимосвязь увеличивают применением специальных трансформаторов, названных отсасывающими, поскольку они заставляют ток нагрузки течь по рельсам, как бы отсасывая ток из земли.

Два варианта включения отсасывающих трансформаторов иллюстрируются схемами рис. 38. На рис. 38а показана схема с включением вторичной обмотки трансформатора в рассечку рельса, а на рис. 38б - с включением в рассечку дополнительно монтируемого провода, называемого обратным проводом.

Рис. 38

Рис. 39

Коэффициент трансформации отсасывающих трансформаторов обычно равен единице или по крайней мере близок к единице. Величина сопротивления нагрузки вторичной обмотки составляет в схеме рис. 38а доли Ома, в схеме рис. 38б - 1-3 Ома, то есть режим работы отсасывающего трансформатора близок к короткому замыканию, как у трансформатора тока. Роль отсасывающего трансформатора в схеме рис. 38а такая же, как у путевого источника тока в системе постоянного тока. В обеих схемах токи в обмотках трансформатора практически противофазны, а напряжения на обмотках сравнительно небольшие. На рис. 39а показана схема работы группы отсасывающих трансформаторов, включенных в рассечку рельса, при расположении одного электровоза на участке. Как видно из графика распределения тока в рельсах (рис. 39в), ток в рельсах с трансформаторами гораздо больше тока без трансформаторов и экранирующее действие рельсов сильнее.

Рис. 40

На рис. 40 представлена схема включения на участке нескольких отсасывающих трансформаторов с обратным проводом, а также распределения токов в контактной сети, обратном проводе и рельсах при трех электровозах на участке. Для этой схемы ток в контактной сети и ток в обратном проводе индуктируют в рельсах соответствующие ЭДС, которые в общем случае не компенсируют друг друга, вызывая протекание в рельсах индуктированного тока. В смежной линии наводятся ЭДС от токов контактной сети, обратного провода и рельсов почти по всей длине сближения, и суммарная ЭДС такого типа называется транзитной составляющей. Другая составляющая, называемая местной, обусловлена влиянием тягового тока электровозов на нескольких участках сравнительно небольшой длины, расположенных между каждым электровозом и ближайшей к нему перемычкой. На этих участках протекают токи в контактной сети, обратном проводе и ток в рельсах с частичной утечкой в землю. Характер влияния этих участков на смежную линию такой же, как от обычной тяговой сети без отсасывающих трансформаторов.

Отсасывающие трансформаторы целесообразно включать в тяговую сеть в местах сопряжения анкерных участков, где удобно секционировать контактную сеть, выполнив сопряжение изолирующим. Поэтому расстояние между отсасывающими трансформаторами кратно длине анкерного участка, составляющей около 1.5 км. Наиболее оптимальное расстояние между отсасывающими трансформаторами составляет для схемы рис. 39а примерно 3 км, при этом коэффициент экранирования рельсов в 2-5 раз меньше, чем в случае без отсасывающих трансформаторов, а удорожание тяговой сети еще не слишком большое.

Отсасывающие трансформаторы с обратным проводом при оптимальном расстоянии между трансформаторами 4.5 км снижают опасные влияния в 4-10 раз.

Недостатком применения отсасывающих трансформаторов являются большие затраты на их приобретение, установку и обслуживание.

14.3. Применение демпфирующих контуров

Тяговая сеть, имеющая распределенные емкость и индуктивность, может рассматриваться как колебательный контур. В момент завершения коммутации вентилей выпрямителя в нем возникают затухающие колебания на частотах резонанса контура. При большой добротности контура гармоники этих частот резко выделяются над остальными, приходясь к тому же на участок вблизи максимума частот наибольшего влияния (1 кГц).

Рис. 41

Для снижения добротности контура и амплитуд резонирующих гармоник применяют демпфирующий RC-контур (рис. 38). Выбором величин R и C обеспечивают гашение резонансных колебаний в широком диапазоне частот и относительно небольшое увеличение гармоник низких частот.

14.4. Сглаживающие фильтры тяговых подстанций постоянного тока

Для снижения переменной составляющей выпрямленного напряжения на шинах 3.3 кВ на каждой тяговой подстанции постоянного тока монтируется специальное сглаживающее устройство, представляющее собою фильтр, построенный по Г-образной схеме.

Фильтры тяговых подстанций состоят из реактора и ряда включенных параллельно друг другу индуктивно-емкостных контуров (рис. 42), настроенных на разные частоты, так что для них

Рис. 42

Количественной характеристикой эффективности действия фильтра является коэффициент сглаживания при известном коэффициенте сглаживания напряжение на выходе фильтра равно , где - напряжение гармоники на входе фильтра.

Собственно, на рис. 42а изображено одно звено фильтра; на рис. 42б показана схема замещения звена с учетом потерь в катушках. По последней схеме несложно определить коэффициент сглаживания. , то , где , , .

При расчете k_сгл для частоты, на которую настроен один из контуров, можно считать, что Z_фk определяется только настроенным контуром L_kC _k , поскольку его сопротивление мало по сравнению с сопротивлениями других ветвей. При этом и .

Рис. 43

"Правила защиты..." [2] рекомендуют к использованию два типа фильтров, схемы которых показаны на рис. 43. В этих схемах конденсатор С емкостью 10 мкФ установлен для снижения помех высокой частоты (выше нескольких килогерц), а индуктивности реакторов могут меняться от 3 до 11 мГн. Сравнительно низковольтный фильтр L_шC_шL_рII в схеме рис. 43,б настроен на частоту 300 Гц и играет роль дополнительного фильтра, увеличивающего коэффициент сглаживания на этой частоте. Значение дополнительной индуктивности L_ш определяется формулой , если C_ш подставлять в микрофарадах, L_рII - в миллигенри. Как указано в "Правилах защиты..." [2], при С_ш=10 мкФ этот фильтр увеличивает коэффициент сглаживания на частоте 300 Гц в 10 раз.

В табл. 5 приведены значения коэффициентов сглаживания фильтров для некоторых частот по данным "Правил защиты..." [2] при C₁=140 мкФ, C₂=100 мкФ, C₃=90 мкФ, C₄=60 мкФ, C₅=45 мкФ, C₆=40 мкФ, L₁=18.1 мГн, L₂=6.3 мГн, L₃=3.15 мГн, L₄=2.25 мГн, L₅=2.05 мГн, L₆=1.76 мГн, L_ш=23.15 мГн, С_ш=10 мкФ, C_II=280 мкФ для схемы типового фильтра № 1 (рис. 43а) и C_II=200 мкФ для схемы типового фильтра № 2 (рис. 43б).

Таблица 5

Значения коэффициентов сглаживания типовых фильтров

f, Гц	Типовой фильтр № 1	Типовой фильтр № 2
Lр I=4.5 мГн,LрII=4.5 мГн,	LрI=11 мГн,LрII=3.0 мГн,	L рI=4.5 мГн,LрII=4.5 мГн,	LрI=11 мГн,LрII=5.0 мГн,
	3.3	7.85	3.1	7.1

Помимо применения сглаживающих устройств, значительного снижения гармонических составляющих в тяговой сети достигают при использовании на тяговых подстанциях двенадцатипульсовых выпрямителей. В этом случае при симметричном питающем напряжении выпрямленное напряжение содержит только гармоники, кратные 600 Гц, и амплитуды соответствующих гармоник получаются меньше, чем при шестипульсовых выпрямителях.

РЕЗЮМЕ

Мероприятия по защите от влияний разделяются на две группы: активные и пассивные.

Активные мероприятия действуют на все смежные линии. К ним относятся применение отсасывающих трансформаторов на дорогах переменного тока и фильтр-устройств и демпфирующих контуров на тяговых подстанциях постоянного тока для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.