Тема 1.4.4 Взаимные влияния и помехозащищенность

Воздушные и кабельные линии, имеющие сближение с высоковольтными линиями электропередачи и тяговыми сетями железных дорог, подвержены индуктивному и гальваническому влиянию этих линий и сетей.

Индуктивное влияние обусловлено переменными электрическими и магнитными полями, создаваемыми в окружающем пространстве переменными напряжениями и токами во влияющих линиях, и поэтому индуктивное влияние принято также называть электромагнитным влиянием.

Электрическому влиянию, обусловленному наличием во влияющей линии переменного электрического напряжения, подвержены цепи воздушных линий автоматики, телемеханики и связи. Кабельные линии, проложенные в земле, не подвержены электрическому влиянию, так как силовые линии электрических полей экранируются поверхностью земли. Магнитному влиянию, обусловленному протекающим по влияющим проводам переменным током, подвержены воздушные и кабельные линии.

По характеру воздействия электромагнитного влияния на цепи автоматики, телемеханики и связи, а также на устройства, включен­ные в эти цепи, влияния разделяют на опасные и мешающие.

Опасным называют влияние, при котором напряжение и токи, возникающие в цепях автоматики, телемеханики и связи, могут создать опасность для здоровья и жизни обслуживающего персонала, вызвать повреждения приборов и аппаратуры, включенных в эти цепи.

Мешающее влияние наблюдается тогда, когда в каналах возникают помехи, нарушающие нормальное действие этих устройств (заметные шумы в телефонных цепях, искажение в передаче телемеханических сигналов и т. п.).

Для того чтобы оценить величины опасных и мешающих влияний и сравнить их с установленными нормативными значениями при про­ектировании строительства линии передачи в зоне влияния ЛЭП или электрических железных дорог или проектировании ЛЭП и электрификации железной дороги, проводят электрические расчеты опасных и мешающих влияний.

Рисунок 132- Схема сближения влияющего провода и провода, подверженного влиянию

Если величины опасных и мешающих влияний, полученные при расчете, выше установленных нормативных значений, то проводят на линиях сильного тока и на линиях передачи защитные мероприятия, обеспечивающие снижение влияния до допустимых пределов.

Тяговые сети железных дорог, у которых прямым проводом является контактная сеть, а обратным — «рельс — земля», создают также гальваническое влияние. Гальваническому влиянию подвержены цепи автоматики, телемеханики и связи, использующие землю в качестве обратного провода.

Магнитное влияние. Из электротехники известно, что если по какому-либо проводнику протекает переменный ток с частотой f, то вокруг этого проводника возникает переменное магнитное поле той же частоты. Если в этом поле поместить другой проводник А, то магнитные силовые линии будут пересекать этот проводник и в нем по закону индукции возникает переменная э. д. с., которая будет отставать от тока во влияющем проводнике на 90°.

Предположим, что влияющим проводом является контактный провод 1 (рис. 132) железной дороги, по которому протекает переменный ток I с частотой f. Параллельно контактному проводу подвешен про­вод диспетчерской централизации А, являющийся проводом, подверженным влиянию. Примем, что длина сближения проводов 1 и А равна I, а взаимная индуктивность между этими проводами, отнесенная к 1 км параллельного сближения проводов.. Тогда продольная э. д. с. Ем, индуцированная в проводе связи, подверженном влиянию, по отношению к земле

Взаимная индуктивность М между двумя однопроводными це­пями, обратным проводом у которых является земля, зависит от расстояния а между этими цепями, называемого шириной сближения, и удельной проводимости земли о, которую определяют для района сближения проводов но заранее составленным картам проводимости земли или с помощью электрических измерений.

Формулы для вычисления взаимной индуктивности сложные, и поэтому для облегчения расчетов пользуются номограммами и графиками, позволяющими по известной ширине сближения, удельной проводимости земли и частоте влияющего тока легко определять значения М.

Опасное магнитное влияние линий сильного тока обычно рассчитывают на основной частоте влияющего тока, равной 50 Гц. Для этой частоты приведена номограмма (рис. 98), по которой можно определить взаимную индуктивность между двумя однопроводными цепями для ширины сближения между ними от 1 до 5000 м при проводимости земли от 0,1 • 1 Ом/м до 400 • 103 Ом/м.

При мер. Определить продольную э. д. с. Ем в проводе связи на воздуш­ной линии, проходящей параллельно контактному проводу железной дороги, электрифицированной на переменном токе, на расстоянии, равном 50 м. Ток I частотой f = 50 Гц в контактном проводе равен 600 А, длина сближения L — = 10 км, проводимость земли а — 25-10-3 Oм/м.

Определим взаимную индуктивность между контактным проводом и проводом связи. Для этого на шкале номограммы (см. рис. 132) отметим точку, равную 50 м (ширина сближения), а на шкале проводимости земли —точку, соответствующую проводимости земли о -- 25- См/м. Соединив эти точки прямой линией, на средней шкале получим значение взаимной индуктивности М, равное 525 мкГн/км, или 525 Гн/км.

В действительности продольная э. д. с. £м будет примерно в 2 раза меньше за счет экранирующего действия рельсов электрифицированной железной дороги.

Распределение продольной э.д.с. в проводе, подверженном влиянию, зависит от его состояния. Так, если провод АБ изолирован на обоих концах от земли, то продольная э. д. с. Ем в этом проводе распределится таким образом, как это показано на рис. 133, а.

При заземлении одного из концов провода, например конца провода Б (рис. 133, б), напряжение этой точки провода по отношению к земле будет равно нулю, а напряжение UH на изолированном от земли конце провода А станет примерно равным продольной э.д.с. Ем, индуцированной в проводе. Расчет индуцированной продольной э.д.с. Ем и оценку ее опасного воздействия принято проводить для случая заземления одного из концов провода, подверженного влиянию.

Экранирующее действие рельсов и металлической кабельной оболочки. Переменный ток, протекающий по контактной сети, индуцирует продольную э. д. с. Еы во всех расположенных вблизи проводниках, в том числе и в ходовых рельсах. Продольную э. д. с. в рельсах можно определить, зная ток в контактной сети и взаимную индуктив­ность между контактной сетью и рельсами. Так как переходное сопротивление между рельсами и землей сравнительно невелико и обычно не превышает нескольких омов на километр, то под воздействием э.д.с., индуцированной в рельсах, возникает ток Iр, протекающий по цепи рельсы — земля»

Ток 1Р, индуцированный в рельсах, примерно равен половине тока Iк в контактном проводе: Iр = 0,5Iк, направление тока в рельсах по отношению к току в контактном проводе сдвинуто на угол, близкий к 180°. Следовательно, на подверженный влиянию провод В, находящийся вблизи от электрической железной дороги, будут воздействовать два тока (рис. 134), протекающие по контактному проводу и рельсам. Так как эти токи протекают в противоположном направлении (угол сдвига между ними близок к 180°), то они в каждый момент времени будут создавать в проводе, подверженном влиянию, две э. д. с., также сдвинутые по отношению друг к другу примерно на 180°. Следовательно, результирующая э. д. с. в проводе будет равна разности э. д. с., индуцированных токами /к и /р, так как она будет иметь меньшее значение по сравнению с э. д. с., индуцированной током, протекающим по контактному проводу. В этом и заключается экранирующее действие рельсов.

Результирующая э. д. с. £рез в проводе, подверженном влиянию, будет равна разности продольных э. д. с. Ек и Ер, а коэффициент экранирующего действия рельсов определится как отношение резуль­тирующей э. д. с. к э. д. с. Ек, индуцированной током, протекающим по контактному проводу:

■Sp —Ерез Кн== (Ек £р) Ек -- 1 Ер Ек.

На практике коэффициент экранирующего действия рельсов принимают Sp •— 0,5. В действительности этот коэффициент в некоторой степени зависит от проводимости земли и числа путей электрифицированной железной дороги. На однопутных и двухпутных участках Sp = 0,45—0,55, а на многопутных Sp = 0,Зч-0,45.

Физическая сущность экранирующего действия металлической оболочки кабеля сходна с физической сущностью экранирующего действия рельсов.

Рисунок 133- Распределение продольной ЭДС в изолированном и заземлен проводах, подверженных влиянию	Рисунок 134- Взаимное расположение контактного провода, провода подверженного влиянию и рельсов

Ток Iк, протекающий по контактному проводу, будет индуцировать в жилах кабеля и в его металлической оболочке продольные э. д. с. £ж и £об одинакового значения. Это обусловлено тем, что взаимные индуктивности между контактным проводом и жилами кабеля и между контактным проводом и оболочкой будут равны, так как расстояние между контактным проводом и кабелем практически не бывает меньше 5—10 м, а расстояние между жилами кабеля и его оболочкой не превышает нескольких мил­лиметров. Коэффициент защитного действия оболочки кабеля будет тем лучше, чем меньше ее активное сопротивление и чем больше ее индуктивность.

а ~ расстояние между проводами;

b — вы­сота подвески влияющего провода;

с - высота подвески провода, подверженного влиянию

Рисунок 135- Схема, поясняющая, электрическое влияние

Электрическое влияние. Рассмотрим систему из двух параллельно идущих проводников (рис. 135) — влияющего провода 1, находящегося по отношению к земле под переменным напряжением U, и подверженного влиянию провода А, изолированного от земли. Пере­менное напряжение создает вокруг провода J переменное электрическое поле, силовые линии которого будут пересекать провод А.

По закону электрической индукции в проводе А по отношению к земле будет индуцироваться опасный потенциал