Тема 1.4.2 Причины возникновения влияний тяговых токов

Гальваническое влияние. Однопроводные цепи, использующие землю в качестве обратного провода, испытывают гальваническое влияние, которое обусловлено токами, возникающими в земле от различных источников. Одним из источников этих токов являются железные дороги постоянного и переменного тока, у которых обратный ток возвращается частично по рельсам и частично по земле. Блуждающие токи, протекающие в земле, создают в различных точках земли разные потенциалы. Если рабочие заземления однопроводных цепей находятся в зоне блуждающих токов, то под действием разности потенциалов в этих цепях возникнут токи гальванического влияния.

Напряжение опасного гальванического влияния в однопроводной цепи (рис.129), рабочие заземления которой 1 и 2 расположены в зоне блуждающих токов железной дороги,

U = Uг1 — Uг2,

где Uг1 — потенциал земли в точке 1 с координатами хг, ух относительно заземления тяговой подстанции ТП, В;

Uг2— то же в точке 2 с координатами х2, у2, В.

Вычисление потенциалов UrX и Uri процесс очень трудоемкий и на практике для этого пользуются диаграммами, составленными по расчетным формулам для нагрузочного тока, равного 1000 А, для различных координат х и у с учетом проводимости земли.

Мешающие влияния линий электропередачи и тяговых сетей железных дорог на цепи автоматики, телемеханики и связи обусловлены наличием в кривых напряжения и тока этих сетей гармонических составляющих, свидетельствующих о несинусоидальной форме этих кривых.

Велико содержание гармоник напряжения и тока в тяговых сетях железных дорог. На железных дорогах, электрифицированных на переменном токе, гармоники в тяговой сети возникают за счет преобразования однофазного переменного тока в постоянный при помощи выпрямителей, установленных на электровозах.

На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, напряжение подается в тяговую сеть от выпрямителей, имеющихся на тяговых подстанциях и преобразующих трехфазный переменный ток в постоянный. При этом кривая выпрямленного напряжения, кроме постоянной составляющей, содержит большое число различных гармонических составляющих напряжения, проникающих в тяговую сеть.

Рисунок 128-Диаграмма для определения разности потенциалов в однопроводной цепи при гальваническом влиянии

Рисунок 129- Схема, поясняющая гальваническое влияние

Рисунок 130- Кривые зависимости потенциала в проводе от расстояния между этим проводом и контактной сетью

В тяговой сети железных дорог однофазного переменного тока, кроме тока основной частоты 50 Гц, присутствуют нечетные гармоники тока, кратные основной частоте, т. е. гармоники с частотами 150, 250, 350, 450, 550, 650, 750 Гц и т. д.

В тяговой сети железных дорог постоянного тока присутствуют гармоники напряжения, кратные частоте 300 Гц, обусловленные схемой шестифазного выпрямления, т. е. гармоники с частотами 300, 600, 900, 1200 Гц и т. д. Если же трехфазная сеть, питающая выпрямительные устройства тяговой подстанции, несимметрична, то, кроме гармоник, кратных частоте 300 Гц, возникают гармоники напряжения, кратные частоте 100 Гц, т. е. гармоники 100, 200, 400, 500, 700 Гц и т. д. При неисправности выпрямительных устройств в тяговой сети постоянного тока возникают гармоники напряжения с частотой 50 и 150 Гц.

На электрифицированных железных дорогах эксплуатируют электроподвижной состав с импульсным тиристорным регулированием скорости движения поезда. Такое регулирование создает в тяговой сети дополнительный источник влияния в виде гармонических составляющих в полосе подтональных и тональных частот.

Мешающее влияние возникает также из-за внедрения на железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, рекуперативного торможения, которое создает в тяговой сети дополнительные гармоники тока.

Чем ниже частота гармоник влияющего тока, тем, как правило, больше их амплитуда. Из диаграммы (рис. 131), построенной для электровоза переменного тока, потребляющего от тяговой подстанции рабочий ток 150 А, видно, что, например, амплитуда 3-й гармоники тока с частотой 150 Гц составляет 36,8 А, т. е. 24,5% рабочего тока, а амплитуда 11-й гармоники тока с частотой 550 Гц— 1,93 А, т. е. 1,3% и т. д.

Рисунок 131- Диаграмма содержания гармоник в кривой тока электровоза переменного тока

Если воздушные или кабельные линии находятся в зоне влияния линий электропередачи или электрических железных дорог, то присутствующие во влияющей линии гармоники напряжения и тока будут индуцировать в этих линиях напряжения. С частотой, соответствующей частотам, передаваемым по целям полезных сигналов, эти напряжения будут создавать помехи, которые при известных условиях могут нарушать нормальную работу цепей автоматики, телемеханики и связи.

В телефонных цепях тональной частоты помехи в основном определяются гармоническими составляющими напряжений с частотами от 300 до 3000 Гц, а в каналах высокочастотного телефонирования — гармоническими составляющими с частотой 6 кГц и более.

Гармоники тягового тока могут оказывать мешающее влияние и на работу устройств железнодорожной автоматики и телемеханики; в основном это гармоники низшего порядка (50, 100, 150, 200, 250 и 300 Гц). Устройства диспетчерской централизации (ДЦ), диспетчерского контроля (ДК) подвержены влиянию гармонических составляющих от 300 до 3000 Гц, так как они работают в полосе тональных частот.