Электромагнитная совместимость
На работу различных электрических устройств и систем, расположенных вдоль электрифицированных линий железных дорог и обслуживающих ее, оказывают большое влияние электрические цепи ж. д. Это обстоятельство требует учитывать электромагнитную совместимость электротехнического оборудования (приборов, устройств, аппаратов), т.е. их способность работать удовлетворительно в электромагнитной среде, не создавая недопустимого влияния на окружающую среду, а также на другое техническое оборудование.
Закон «Об обеспечении электромагнитной совместимости»
В Российской Федерации действует с 01.01.1999 г. Закон «Об обеспечении электромагнитной совместимости», согласно которому технические средства, являющиеся источниками электромагнитных излучений, в т.ч. трехфазные воздушные линии (ВЛ) и электрические ж. д., подлежат обязательной сертификации на соответствие уровням электромагнитных излучений, установленных государственными стандартами. Степень влияния зависит от симметричности цепей, как влияющих, так и подверженных влиянию.
Цепь симметрична, если параметры ее проводов – первичные (активное сопротивление, индуктивность, емкость между проводами и относительно земли, проводимость изоляции) и вторичные (волновое сопротивление и коэффициент распространения волны), одинаковы. Практически, вследствие имеющихся различий, все двух- и трехпроводные цепи частично или полностью несимметричны. К полностью несимметричным можно отнести следующие ВЛ: тяговую сеть электрических ж. д., линии передачи однофазного тока с использованием земли в качестве обратного провода; линии, работающие по системам «два провода – земля» (ДПЗ) и «два провода – рельс» (ДПР), а также с пофазным отключением проводов; линии передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения (выше 750 кВ) на сверхдальние расстояния (более 1000 км). Все остальные двухфазные и трехфазные ВЛ частично несимметричны.
Электромагнитное влияние
Электромагнитным влияниям практически подвержены любые линии с меньшим уровнем передачи энергии, проложенные вблизи от электрической ж. д., – воздушные и кабельные линии телефонной и телеграфной связи, радиовещания, телеуправления и телесигнализации, рельсовые цепи автоблокировки, силовые и осветительные электрические сети, низковольтные линии электропередачи, отключенная контактная сеть соседних путей, а также проводящие элементы металлических сооружений, эстакад, трубопроводов, оболочек кабелей и др. В системе тягового электроснабжения источником электромагнитного влияния являются выпрямительно-инверторные агрегаты тяговых подстанций и электроподвижного состава, тиристорно-импульсные преобразователи дополнительных стационарных устройств питания и регулирования напряжения, генерирующие составляющие токов и напряжений с различными, а иногда и с меняющимися, частотами.
Влияющая цепь электрической ж. д.- контур, включающий в себя тяговую подстанцию, электрический локомотив и тяговую сеть. Влияющее напряжение тяговой сети равно рабочему напряжению переменного тока, а ток в земле, являющейся составной частью тяговой сети, соизмерим с рабочим током. Тяговая сеть практически полностью несимметрична и оказывает сильное влияние на соседние цепи. Линию, подверженную влиянию, называют смежной. Взаимное расположение влияющей и смежной линии, при котором могут возникать опасные и мешающие влияния, называют сближением, а расстояние между линиями, измеренное по перпендикуляру к влияющей линии, – шириной сближения. Сближение при неизменной ширине линии будет параллельным, при переменной ширине – косым, а при наличии параллельного и косого участков – сложным. Индуцированные напряжения и токи в смежной линии возникают вследствие воздействия на нее электромагнитного поля проводов тяговой сети. Для облегчения анализа и расчетов принято рассматривать электрическое и магнитное влияние.
Электрическое влияние
Электрическое влияние проявляется в наведении в смежной линии потенциала по отношению к земле электрическим полем, создаваемым при наличии напряжения во влияющей линии. Если при этом тока в контактной сети нет, то можно рассматривать только электрическое влияние. Магнитное влияние проявляется в возникновении продольной эдс, индуцированной магнитным полем влияющей линии. Продольная эдс, распределяясь вдоль линии, создает в ней напряжение относительно земли, изменяющееся по длине линии; оно вызывает ток, замыкающийся через распределенную емкость линии (или через гальванические соединения с землей при их наличии). Если емкостная связь между контактной сетью и смежной линией очень мала (например, при значительной ширине сближения), можно рассматривать только магнитное влияние. При сложном сближении продольная эдс в начале линии, заземленной в конце, зависит от размеров контуров «контактная сеть-земля» и «смежная линия-земля», а также от ширины сближения, уменьшаясь при ее возрастании. В свою очередь размеры контуров зависят от проводимости земли и частоты влияющего тока: с их увеличением размеры обоих контуров уменьшаются. Продольная эдс определяется суммированием эдс, наведенных на каждом участке косого или параллельного сближения.
Гальваническое влияние
Смежные линии, имеющие заземления (однопроводные цепи – телеграфные, СЦБ, линии дистанционного питания усилителей междугородных цепей связи, заземленные или проложенные в земле металлические сооружения или коммуникации), подвержены также гальваническому влиянию, которое наиболее опасно на участках постоянного тока. На ж. д. переменного тока возникают опасные влияния, если в смежной линии наводится напряжение, превышающее установленное напряжение прикосновения для человека, или напряжение, допустимое по условиям работы аппаратуры и изоляции. Опасным является также индуцированное напряжение в линии СЦБ, которое может вызвать ложное срабатывание реле и привести к открытию сигнала на занятый участок. Опасное напряжение может возникнуть при наличии в контактной сети достаточно высокого напряжения (электрическое влияние), большого переменного тока (магнитное влияние), значительного потенциала рельсов (гальваническое влияние). Для защиты устройств и систем от опасных влияний применяют довольно сложные и дорогостоящие специальные меры.