Тема 1.4.5 Методы и средства защиты линий СЦБ от опасных и мешающих влияний

Железные дороги, электрифицированные на переменном токе. Основным средством защиты устройств железнодорожной связи от опасных и мешающих влияний тяговых токов железных дорог, электрифицированных на однофазном переменном токе, является замена воздушной линии связи кабельной с высоким защитным действием кабельной оболочки. Если при замене воздушной линии связи кабельной продольная э. д. с., индуцированная в жилах магистрального кабеля, превышает норму (см рис. 9), то эти устройства присоединяют к жилам кабеля через изолирующие трансформаторы.

Изолирующий трансформатор (рис. 139) отделяет станционные устройства от линейных кабельных цепей, находящихся под опасным напряжением, т е. прикосновение к аппаратуре, включенной в станционную обмотку трансформатора, не представляет опасности. Для того чтобы эта опасность не возникала при электрическом пробое трансформатора, среднюю точку его станционной обмотки заземляют. Конденсатор, включенный между линейными полуобмотками трансформатора, позволяет измерять кабельные цепи с включенными в них промежуточными пунктами постоянным током.
Цепи связи,- подвешенные на воздушных линиях, относят от полотна электрической железной дороги, частично или полностью заменяют их кабельными линиями, что также служит средством зашиты от опасных влияний.

Для защиты цепей связи от опасных напряжений применяют разделительные трансформаторы. Если опасное напряжение, индуцированное в проводах цепи связи, по отношению к земле превышает установленную норму, то, включив в середину этой цепи разделительный трансформатор и разбив таким образом цепь на два гальванически не соединенных участка (рис. 140, а), можно снизить опасное напряжение примерно в 2 раза. Если же цепь разбить на три участка (рис. 140, б) и в стыке этих участков включить два трансформатора, то опасное напряжение снизится в 3 раза и т. д.

Снижение напряжения будет обусловлено уменьшением длины сближения отдельных участков с контактной сетью. Такой способ защиты нельзя использовать в цепях местной связи с ручными телефонными станциями системы ЦБ и автоматическими телефонными станциями, так как по цепям с разделительными трансформаторами нельзя передавать постоянный ток для питания микрофонов абонентских телефонных аппаратов.

Рисунок 139. Схема включения изолирующего трансформатора

Рисунок 140. Схемы включения разделительного трансформатора

В цепях перегонной связи, работающих по системе ЦБ, для защиты абонентов от опасных напряжений в провода этих цепей включают резонансные контуры. Между каждым проводом перегонной цепи и землей в начале и конце цепи включают по два контура, из которых один настроен в резонанс на частоту 50 Гц, а другой — на частоту 150 Гц (3-я гармоника). Для токов резонансных частот сопротивление этих контуров мало, провода при этих частотах оказываются заземленными и, следовательно, опасные напряжения с частотами 50 и 150 Гц в них отсутствуют. Напряжения, индуцируемые в проводах более высокими гармониками, малы и опасности не представляют.

Рисунок 141-. Схемы включения отсасывающих трансформаторов

В особых случаях, например при электрификации крупных железнодорожных узлов с разветвленной сетью местной, городской и пригородной телефонной связи, переустройство которой связано с большими материальными затратами, для защиты устройств связи применяют отсасывающие трансформаторы. Они представляют собой силовые однофазные трансформаторы мощностью в несколько сотен киловольт-ампер с коэффициентом трансформации п = 0,8 -:-1,0.

Известны два способа включения отсасывающих трансформаторов: без обратного и с обратным проводом. При первом способе первичную обмотку отсасывающего трансформатора ОТ включают в контактный провод, а вторичную — в рельсы (рис. 141, а), а при втором способе их первичную обмотку включают в контактный провод, а вторичную — в обратный провод, подвешиваемый на опорах контактной сети и периодически соединяемый с рельсами (рис. 141, б).

При включении отсасывающих трансформаторов ОТ по схеме увеличивается взаимная индуктивность между контактным проводом и рельсами, что приводит к увеличению тока, индуцированного в рельсах, и, следовательно, к увеличению их экранирующего действия.

Снижение продольной э. д. с. в проводах связи и жилах кабеля при включении отсасывающих трансформаторов по схеме происходит за счет того, что большая часть тягового тока возвращается на подстанцию не по рельсам и земле, а по обратному проводу. Следовательно, при этой схеме несимметричная система «контактный провод — земля (рельсы)» превращается в более симметричную систему «контактный провод — обратный провод — рельсы (земля)». На железных дорогах применяют схему с обратным проводом.
Защитное действие отсасывающих трансформаторов зависит от расстояния l0 между соседними трансформаторами, которое обычно составляет от 3 до 9 км. Применение отсасывающих трансформаторов позволяет в несколько раз снизить опасные и мешающие влияния в цепях связи.

Для снижения мешающего влияния в телефонных цепях тональной частоты магистральных кабельных линий применяют специальное симметрирование этих цепей, позволяющее уменьшить чувствительность их к помехам. На воздушных линиях связи для этого провода телефонных цепей перекладывают с крюков на траверсы, что позволяет в 2—3 раза снизить напряжение шума в телефонных цепях тональной частоты за счет снижения коэффициента чувствительности этих цепей к помехам.

Защиту устройств автоматики и телемеханики на железных дорогах, электрифицированных на однофазном переменном токе, осуществляют следующим образом. В устройствах автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации (AЛC) для защиты от помех тягового тока выбирают частоты сигнального тока, отличные от частот гармонических составляющих в тяговой сети. Для защиты от опасных и мешающих влияний тягового тока для сигнальных цепей автоблокировки, цепей телеуправления тяговыми подстанциями, диспетчерской централизации и диспетчерского контроля используют кабельные цепи магистрального кабеля связи, прокладываемого вдоль дороги.

На станциях для прокладки цепей электрической централизации и других устройств автоматики и телемеханики в необходимых случаях прокладывают сигнальные кабели с металлической оболочкой и броней, обладающие достаточным экранирующим действием. Металлическую оболочку и броню этих кабелей заземляют по концам станции, у помещений ДСП и постов ЭЦ. Сопротивление каждого заземления не должно превышать 10 Ом.

Для защиты обслуживающего персонала и лиц, пользующихся устройствами автоматики и телемеханики, заземляют корпуса аппаратов ЭЦ, релейные стативы и шкафы в помещении ДСП и др.

В цепях снижения асимметрии рельсовых цепей на стыках рельсов рекомендуется устанавливать медные приварные соединители. Для этого же опоры контактной сети с сопротивлением заземления меньше 100 Ом присоединяют к рельсам не непосредственно, а через искровые промежутки многократного действия.

Железные дороги, электрифицированные на постоянном токе.

На цепи связи тональной частоты, подвешенные на опорах воздушных линий, оказывают мешающее влияние железные дороги, электрифицированные на постоянном токе. В кабельных цепях тональной частоты мешающее влияние практически отсутствует из-за высоких экранирующих свойств металлических защитных покровов кабелей.

В цепях проводной связи опасные влияния могут возникать только при коротком замыкании контактной сети на рельсы или землю и при включении и выключении напряжения в контактной сети. Эти опасные влияния проявляются в виде акустических ударов в телефонах, включенных в цепи тональной частоты телефонных аппаратов, из-за неодновременного срабатывания разрядников, устанавливаемых в телефонных цепях для защиты этих цепей от атмосферных перенапряжений. От акустических ударов, особенно сильно воздействующих на персонал, пользующийся головными телефонами (телефонистки, дежурные по станции и др.), защищают ограничителями акустических ударов, которые включают параллельно телефонам на коммутаторах.

Рисунок 142- Схемы двухзвенных сглаживающих фильтров

Основным средством защиты телефонных цепей тональной частоты от мешающих влияний контактной сети являются сглаживающие устройства (фильтры), которые устанавливают на тяговых подстанциях.

Двухзвенное сглаживающее устройство (рис. 142, а) рекомендовано к применению на вновь строящихся железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе. Сглаживающее устройство включено между выпрямительным агрегатом РВ и выходом в контактную сеть и состоит из двух звеньев. Первое звено имеет катушку индуктивности Lp1, называемую реактором, и шесть резонансных контуров, состоящих из последовательно включенных катушек индуктивности и конденсаторов, настроенных в резонанс на гармоники напряжений частотами соответственно 100, 200, 300, 400, 500 и 600 Гц. Катушку индуктивности реактора наматывают медным или алюминиевым проводом большого сечения и заключают в бетонный каркас. Индуктивность катушки 4,5-11 мГн.

Принцип действия первого звена сглаживающего устройства заключается в следующем. Гармоника напряжения с частотой, возникшая на зажимах выпрямительного агрегата РВ, создает ток , протекающий по цепи: один из зажимов агрегата РВ, резонансный контур, реактор Lp1, другой зажим агрегата РВ. Если контур настроен в резонанс на частоту этой гармоники, то его сопротивление для токов этой частоты будет мало, так как определится только значением активного сопротивления, включенного последовательно с конденсатором катушки индуктивности.

Индуктивность реактора выбирают такой, чтобы его полное сопротивление Zp значительно (в десятки раз) превышало активное сопротивление катушки индуктивности резонансного контура. При соблюдении этого условия падение напряжения на реакторе, вызываемое током гармоники, будет также в десятки раз больше падения напряжения на резонансном контуре, соответствующем этой гармонике. Следовательно, только небольшая часть напряжения с частотой попадает в цепь «контактная сеть рельсы», параллельно которой присоединены резонансные контуры.

Второе звено сглаживающего устройства состоит из реактора, параллельно которому включены катушка индуктивности Lш и конденсатор СШ, и конденсатора включенного между контактным проводом и рельсами. Совместно с индуктивностью LM и емкостью См реактор Lpп представляет собой фильтр-пробку, настроенную на частоту 300 Гц и предназначенную для дополнительного снижения напряжения этой гармоники в контактной сети. Конденсатор Сп является шунтом, через который замыкаются гармоники частотой выше 600 Гц. В зависимости от выбранного значения индуктивности реакторов применение описанного сглаживающего устройства снижает напряжение шума в контактной сети в 180—530 раз.

Может быть использовано более простое сглаживающее устройство (рис. 142, б), которое позволяет снизить мешающее напряжение в контактной сети в 55- -150 раз. Целесообразность применения той или иной схемы сглаживающих устройств определяют расчетом напряжений шума в телефонных цепях тональной частоты при проектировании электрифицированной железной дороги.

Конденсатор С емкостью 10 мкФ, включенный между плюсовым зажимом выпрямительного агрегата РВ и контуром заземления тяговой подстанции, снижает помехи в каналах высокочастотного телефонирования, применяемых для уплотнения цепей из цветного металла на воздушных линиях связи. Резонансные контуры, настроенные на гармоники 300 Гц и выше, уменьшают помехи в телефонных каналах тональной частоты.

Контуры, настроенные на гармонику тягового тока частотой 100 и 200 Гц, снижают помехи в рельсовых цепях автоблокировки и АЛС, так как амплитуды этих гармоник настолько велики, что оказывают мешающее влияние на сигнальные токи частотой 50 Гц. На участках дорог, электрифицированных на постоянном токе, при попадании в рельсовые цепи напряжения 50 Гц светофор может переключиться на запрещающий сигнал. Мешающее напряжение частотой 50 Гц возникает при повреждении изоляции низковольтных и высоковольтных сетей и соединении их проводов с рельсами или опорами и конструкциями контактной сети, заземленными на рельс.

Для защиты от помех в устройствах автоблокировки, АЛС и связи, вызываемых применением электроподвижного состава с тиристорным регулированием скорости движения поезда, на этом подвижном составе устанавливают сглаживающие устройства (фильтры).

Опасные влияния линий электропередачи на устройства связи, возникающие при коротком замыкании одной из фаз этих линий на землю, могут быть снижены при подвеске на линиях электропередачи заземленных тросов. В зависимости от площади поперечною сечения заземленных тросов и проводимости земли напряжение, индуцированное в воздушных проводах и жилах кабельных линий связи, может быть снижено в 1,5—2 раза. Во столько же раз может быть снижено и напряжение шума в телефонных цепях тональной частоты.

Рисунок 143- Схема транспозиции проводов, применяемая на высоковольтных силовых цепях автоблокировки

Опасные напряжения снижают с помощью разделительных трансформаторов, устанавливаемых в цепях связи, или при включении между проводами двухпроводных цепей дренажных катушек и дросселей с заземленной средней точкой.

Транспозиция высоковольтных проводов снижает мешающие влияния линии электропередачи на телефонные цепи тональной частоты воздушных линий. Транспозицией называют перемену мест проводов трехфазной высоковольтной цепи для выравнивания емкостных и магнитных связей между трехфазной цепью и телефонными цепями, а также для выравнивания емкостей проводов трехфазной цепи по отношению к земле. Такое выравнивание снижает мешающее влияние трехфазной цепи на телефонные цепи тональной частоты. Провода высоковольтной цепи меняют местами через расстояния т, называемые шагом транспозиции (рис. 143).

Каждые три шага составляют цикл транспозиции, в конце которого провода занимают исходное положение. Шаг транспозиции равен 3 или 3,2 км и соответственно цикл транспозиции — 9 или 9,6 км. Если при делении плеча питания на циклы получается остаток длиной больше шага, то его делят на три равные части и образуют укороченный цикл. Если длина остатка меньше шага, то его не транспозируют. Для того чтобы снизить мешающее влияние трехфазных линий электропередачи, стремятся к равномерной нагрузке фаз этих линий/