10.1. Проблемы ЭМ совместимости ВВЛ и ЛАТС
10.2. Влияние высоковольтные линии электропередачи энергосистем
10.3. Влияние тяговых сетей электрической железной дороги постоянного тока
10.4. Тяговая сеть электрической железной дороги переменного тока
10.1. Проблемы ЭМ совместимости ВВЛ и ЛАТС
Воздушные и кабельные линии АТС прокладываются параллельно железнодорожному полотну в полосе отводами располагаются в непосредственной близости от тяговых сетей электрифицированных железных дорог и высоковольтных линий автоблокировки.
На отдельных участках они могут иметь сближение с ЛЭП. Сближением называется такое расположение линий, когда ЛАТС находятся в зоне ЭМ влияния в.в. линий.
ЭМ поля, возникающие вокруг проводов ЛЭП, индуцируют напряжения и токи в цепях ЛАТС, которые могут нарушить нормальную работу АТС. С другой стороны, сами ЛАТС представляют собой многопроводные системы. состоящие из многих близко расположенных друг к другу цепей. несущих сигналы, соизмеряемые по мощности и спектру частот. ЭМ поля этих цепей накладываются друг на друга. Между цепями происходит обмен энергией.
Влияние ЛЭП на цепи АТС называется внешними влияниями. Влияния между соседними цепями называются взаимными. Внешние влияния рассматриваются как односторонние. Индуктивные влияния, при которых не нарушается нормальная работа устройств АТС, называются допустимыми.
Напряжения и токи, индуктированные в цепях А, Т и С внешним ЭМ полем по силе воздействия разделяются на опасные и мешающие.
Опасные влияния вызывают поражения обслуживающего персонала и абонентов связи, повреждения аппаратуры, пожар в служебных помещениях и т. д.
Мешающие влияния частично или полностью нарушают нормальную работу, устойчивость связи или телемеханики, вызывают шумы и треск в телефонных каналах, приводят к неправильному восприятию сигналов и т. д.
Напряжения и токи, индуктированные соседними цепями АТС (взаимные влияния) создают только мешающие влияния. Обычно опасные влияния имеют место только в цепи провод-земля, а мешающие влияния - в цепи провод-провод.
Проблема совместной работы является общей для всех систем и устройств, связанных с генерацией, передачей, приёмом и обработкой электрических сигналов и называется проблемой ЭМ совместимости.
10.2. Влияние высоковольтные линии электропередачи энергосистем
Линии электропередачи считаются высоковольтными, если напряжение между одним из проводов и землёй больше 250 В.
Высоковольтные ЛЭП, служащие для передачи энергии на большие расстояния, имеют U= 35 
750 кВ ~ тока f = 50 Гц или 800
1000 кВ постоянного тока.
Распределительные ЛЭП электрических сетей строятся только переменного тока и чаще всего с U= 6 или 10 кВ. ЛЭП могут быть воздушными и кабельными.
Преимущественное распространение получили воздушные линии. На одной ЛЭП могут быть подвешены 1 или 2 3-хфазные цепи. Подключаются ЛЭП к линейным обмоткам трансформаторов. Схемы подключения могут быть различны.
Если линейные обмотки трансформаторов соединены в звезду и имеют нейтраль, изолированную от земли, то 3-хфазная, 3-хпроводная ЛЭП, присоединённая к этим трансформаторам, называется линией передачи с изолированной нейтралью.
Если нейтральные точки линейных обмоток трансформаторов соединены с землёй накоротко или через так называемую дугогасящую катушку, то ЛЭП, присоединённую к таким трансформаторам, называют линией передачи соответственно с заземлённой или компенсированной нейтралью.
ЛЭП с изолированной, заземлённой и компенсированной нейтралью называют симметричными системами, если все 3 фазы выполняются у них одинаковыми проводами, а напряжения и токи фазв сумме дают нуль.
ЛЭП, в которых в качестве одного из проводов используется земля, называются несимметричными системами.
К несимметричным В. В. линиям относятся:
- тяговые сети переменного тока U= 27 кВ и f= 50 Гц,
- тяговые сети постоянного тока U= 3300 В.
Рассмотрим случай симметричной ЛЭП с изолированной нейтралью. Если к проводам такой системы подключены симметричные нагрузки и подведено симметричное напряжение, то во всех 3-х проводах напряжения относительно земли (и токи) равны по величине и сдвинуты по фазе на 120о.
Как следует из вектороной диаграммы (рис. 2), на которой точке 0 соответствует потенциалу земли, геометрическая сумма векторов напряжений равна нулю. Поэтому вольтметр, включённый между средней точкой звезды и землёй, покажет нуль.
Электромагнитная энергия в симметричной системе распространяется вдоль проводов параллельными потоками, которые называют междуфазовыми волнами.
В проводах линий, подверженных влиянию, симметричные ЛЭП индуктируют U и I, которые взаимно компенсируют (уравновешивают) друг друга. Их геометрическая сумма не равна нулю только потому, что провода, подверженные влиянию, находятся на разных расстояниях от проводов влияющей ЛЭП (рис 3 ).
Расстояние между ЛЭП и линиями А, Т и С в реальных условиях всегда намного больше, чем расстояния между проводами ЛЭП, и симметричные системы могут вызывать в цепях связи только мешающие магнитные и электрические влияния за счёт фазовых напряжений и токов.
Реальные ЛЭП являются системами частично несимметричными. Это значит, что в нормальном режиме работы такой ЛЭП геометрическая сумма векторов U относительно земли не равна нулю и в системе обнаруживается некоторое остаточное U. Это U , действующее между средней точкой звезды и землёй, образует неуравновешенное электрическое поле и является напряжением земляной волны (рис. 4)
Поэтому практически реальная ЛЭП с изолированной нейтралью может вызывать в соседних цепях АТС мешающие влияния, обусловленные не только фазовыми U и I, но U0 и I0 земляной волны.
Фазовые U и I называют U и I прямой последовательности.
U0 и I0 земляной волны называют U0 и I0 нулевой последовательности.
В случае неисправности, например, при заземлении 1 фазы, ЛЭП с изолированной нейтралью становится несимметричной (рис. 6).
Напряжение земляной волны резко возрастает. Оно становится равным U0= 1,73 UЛ, где UЛ - линейное напряжение ЛЭП.
Такое напряжение U0 в зависимости от условий сближения может вызвать в соседних цепях, подверженных влиянию, повышенные мешающие или даже опасные электрические влияния.
Напряжения и токи ЛЭП, кроме основной гармоники f = 50 Гц, содержат высшие гармоники от 0,1 до 150 кГц и имеют наибольшие амплитуды в спектре тональных частот ( 0 - 4 кГц ).
Гармонический состав U и I ЛЭП зависит от нагрузки. Особенно больших значений достигают гармоники в линиях передачи, питающих установки с ртутными выпрямителями (электротяговые подстанции, преобразовательные подстанции для ЛЭП постоянного тока, мощные радиостанции и т. п.).
Таким образом, в аварийном режиме эти ЛЭП могут оказывать одновременно опасные и мешающие влияния. Опасные влияния вызывает основная гармоника U f = 50 Гц, а мешающие - высшие гармонические.
Для трёхфазной трехпроводной ЛЭП с заземлённой нейтралью справедливо всё, что и для ЛЭП с изолированной нейтралью. Разница заключается в том, что под действием U0 напряжения нулевой последовательности в заземлённой нейтрали линии появляется ток I0 нулевой последовательности, замыкающийся через землю. Этот ток (рис. 7,8) возбуждает неуравновешенное магнитное поле земляной волны.
В нормальном режиме работы ЛЭП с заземлённой нейтралью создаёт в цепях А, Т и С мешающие влияния за счёт U и I0 прямой и нулевой последовательности.
В аварийном режиме (при заземлённой одной фазе) в неисправной фазе возникает большой ток КЗ IКЗ (рис. 8). Ток земляной волны IЗ, являющийся геометрической суммой токов всех фаз линии, резко возрастает. Этот ток подобен току однопроводной линии. В соседних цепях он вызывает опасное магнитное влияние большой мощности, кратковременное, т. к. через 0,15 - 1,2 с после появления КЗ срабатывает автоматическая защита и линия будет выключена.
10.3. Влияние тяговых сетей электрической железной дороги постоянного тока
При электротяге постоянного тока в тяговую сеть подаётся от тяговых подстанций выпрямленный ток U = 3300 В. На дорогах России распространено в основном шестифазное выпрямление. Поэтому выпрямленный ток для режима ХХ тяговой сети получается как результат наложения полусинусоид f = 50 Гц (рис. 9).
Постоянная составляющая IП не оказывает влияния на цепи связи. Индуктивные воздействия создаются только пульсирующим током I0, состоящим из симметрично расположенных верхушек синусоид. Кривая пульсирующего тока может быть разложена на ряд гармоник. 1-ая из них при 6-тифазном выпрямлении тока f = 50 Гц, поступающего из симметричной ЛЭП, будет иметь частоту 300 Гц, остальные - соответственно 600, 900, 1200 Гц и т. д.
Кривая тока тяговой сети под нагрузкой обогащается рядом дополнительных гармоник за счёт несимметрии фазных напряжений ЛЭП, питающих тяговые подстанции; коммутации ртутных выпрямителей на подстанциях; сеточного регулирования напряжения сети и других причин. Эти гармоники имеют частоты, кратные 100 Гц.
В однофазной тяговой сети ЭМ энергия распространяется в виде земляной волны.
Амплитуды гармоник пульсирующего тока малы по сравнению с амплитудой постоянной составляющей. Поэтому тяговые сети постоянного тока оказывают на цепи связи мешающее влияние со значительным преобладанием магнитной составляющей. Однако это мешающее влияние бывает настолько значительным, что цепи А, Т и С не могут работать нормально без установки на тяговых подстанциях специальных защитных устройств. Опасные влияния могут возникнуть при включении и выключении U тяговой сети и при замыкании её на землю.
10.4. Тяговая сеть электрической железной дороги переменного тока
В тяговую сеть подаётся от тяговых подстанций однофазный переменный ток Iм f = 50 Гц.
U = 25 - 27 кВ.
Тяговая сеть переменного тока является несимметричной однофазной линией, в которой распространяются только земляные волны. Индуктивное воздействие земляной волны смягчается экранирующим действием рельсовых ниток. Это экранирующее действие рельсов усиливается ещё тем, что переменное магнитное поле тяговой сети индуктирует токи влияния в рельсовых нитках (рис. 6.17) Iмр. Эта индуктированная составляющая Iмр по направлению совпадает с обратным током в рельсах IР и в отличие от него равномерно распределена по всей длине участка. Поэтому ток, влияющий на цепи связи,
I0 = Iм - ( IР + Iмр), т. е. будет равен току в земле.
Несмотря на экранирующие эффекты и 2-хстороннее питание, тяговые сети переменного тока даже при нормальном режиме работы оказывают на цепи А, Т и С сильное опасное и мешающее влияние, которое ещё больше возрастает при нарушении нормального режима работы тяговой сети.
Пусть имеем 3 ТП, питающие тяговую сеть (рис. 11). В случае аварии или профилактического ремонта может быть временно отключена одна из подстанций (на схеме закрашена), питающих тяговую сеть. Тогда появляются участки тяговой сети с односторонним питанием, оказывающие нескомпенсированное, повышенное влияние.
При эксплуатации тяговой сети возможны КЗ на землю или рельсы. В этом случае в тяговой сети возникает IКЗ больше влияющего тока при вынужденном режиме.
Длительность протекания IКЗ tКЗ < 0,6 с.
В настоящее время при электротяге переменного тока электровозы снабжаются двигателями постоянного тока и выпрямительными устройствами. Выпрямительные устройства на электровозах создают гармонические составляющие, частоты которых кратны 50 Гц. Эти гармоники, попадая в тяговую сеть, могут вызвать в цепях А. Т. и С. большие мешающие влияния.
Таким образом, при электротяге переменного тока приходится считаться одновременно с опасными и мешающими влияниями при исправном и неисправном состоянии тяговой сети.