способ снижения индуктивного влияния электротяговых сетей на линии связи

Формула изобретения

Способ снижения индуктивного влияния электротяговых сетей на линии связи, заключающийся в том, что в дополнительном проводе, расположенном в зоне влияния тяговой сети на каналы смежной линии связи и заземленном с одной стороны, формируют пространственно сдвинутый компенсирующий ток, отличающийся тем, что дополнительный провод разделяют на секции, которые располагают последовательно - друг за другом, причем начала всех секций, начиная с первой, заземляют на индивидуальные заземлители, а концы - присоединяют к рельсовой цепи, а количество и длину секций определяют по условию минимального уровня помехи, наведенной в смежной линии связи.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к области электрифицированных железных дорог и может быть использован для снижения электромагнитного влияния электрифицированных железных дорог на смежные проводные линии связи.

Известен способ [1] снижения индуктивного влияния электротяговых сетей переменного тока на каналы проводной связи, при котором в обратном проводе, расположенном вдоль тяговой сети, с помощью отсасывающих трансформаторов формируют компенсирующий ток, первая гармоника которого сдвинута по фазе относительно первой гармоники тягового тока на угол, приблизительно равный 160 эл. град. Результатом сложения электромагнитных полей, созданных тяговым и компенсирующим токами, является уменьшение влияния со стороны тяговой сети.

Известный способ обладает следующими недостатками.

1. Суммарное индуктивное влияние, вызванное током обратного провода и током рельсовой цепи, значительно больше индуктивного влияния, обусловленного током в контактной сети этого пути. Таким образом, имеет место «перекомпенсация» индуктивного основного влияния.

2. Необходимость последовательного включения первичных обмоток трансформаторов в контактную сеть вызывает увеличения общего сопротивления последней, что, в свою очередь, ведет к увеличению потерь электроэнергии.

3. Ограничение по расчетной мощности отсасывающих трансформаторов не дает возможности увеличения токов тяговой нагрузки, чем снижается эффективность решения задачи тягового энергоснабжения.

4. Сдвиг фазы между гармониками тягового тока и соответствующими гармониками тока компенсации колеблется, как показывают расчеты, в пределах 157-178 эл. град, (в отличие от требуемых 180), что также снижает эффективность от использования способа.

5. Описываемый способ компенсации не применим на дорогах постоянного тока.

Известен [2] способ снижения индуктивного влияния электротяговых сетей на линии связи, при котором участки, оборудованные отсасывающими трансформаторами и обратным проводом, чередуются участками без отсасывающих трансформаторов и обратного провода.

Используемый в данном изобретении способ наиболее близок к заявляемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, поэтому он выбран в качестве прототипа.

Способ компенсации помех, принятый в качестве прототипа, имеет те же недостатки, что и способ-аналог. Кроме того, на участках, не оборудованных отсасывающими трансформаторами и обратным проводом, степень снижения электромагнитных помех вообще мала.

Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности снижения индуктивного влияния электротяговых сетей на каналы проводной связи путем увеличения значения компенсирующего тока в обратном (дополнительном) проводе до максимально возможного, в случае формирования компенсирующего тока в дополнительном проводе без дополнительного источника эдс, при одновременном снижении затрат на осуществление защиты линий связи, уменьшении потерь напряжения и энергии в тяговой сети и расширении области применения способа компенсации.

Это достигается тем, что дополнительный провод, расположенный вдоль полотна железной дороги, через равные промежутки его длины секционируется, т.е. делится на секции, которые располагаются последовательно друг за другом. Начала всех секций, начиная с первой, заземляются на индивидуальные заземлители, а концы присоединяются к рельсовой цепи. Суть способа определяется следующим. Как известно, примерно в пяти километрах от подстанции весь тяговый ток протекает в земле. Таким образом, и в рельсе и в дополнительном проводе, присутствуют только вихревые токи, наведенные тяговым током. Следовательно, посредством электромагнитной связи, в системе, образованной тяговой сетью, дополнительном проводом, рельсовой сетью и землей, образуются три контура: контактный провод - рельс, контактный провод - дополнительный провод, и рельс - дополнительный провод. Если быть точнее, то контуров четыре, т.к. присутствует обратное влияние дополнительного провода на рельс. Исходя из этих рассуждений, экранирующий эффект на смежную линию связи определяется суммированием экранирующего эффекта со стороны контура «контактный провод - рельс» и контура «контактный провод - дополнительный провод» и ослабляется электромагнитным взаимодействием между контурами «дополнительный провод - рельс» и «рельс - дополнительный провод». Если, таким образом, исключить влияние на процесс компенсации электромагнитной помехи влияние контуров «дополнительный провод - рельс» и «рельс - дополнительный провод», уменьшающее ток компенсации, протекающий в экранирующем (обратном) проводе, т.е. заменить электромагнитную связь между рельсом и дополнительным проводом непосредственным соединением рельсовой цепи с дополнительным проводом, то в последнем можно добиться максимального тока компенсации. Физику процесса, протекающего при осуществлении заявляемого способа, можно объяснить следующим. Как известно, например из [3], вектор индуктированного в дополнительном проводе тока отстает от своей эдс индукции, наведенной в нем тяговым влияющим током, на угол, зависящий от соотношения индуктивного и активного сопротивлений контура «дополнительный провод - земля». Таким образом, в случае увеличения индуктивного сопротивления упомянутого контура, или что то же самое (по достигаемому эффекту) - уменьшение его активного сопротивления, угол между векторами наведенной в дополнительном проводе эдс индукции и током, созданным этой эдс, можно довести до значения, при котором угол между вектором эдс индукции, наведенной в смежной линии связи током, протекающим в дополнительном проводе и вектором эдс индукции, наведенной в смежной линии связи влияющим током, протекающим в тяговой сети, максимально приблизится к 180 эл. град., что равносильно минимальному уровню помехи или максимальному эффекту компенсации. При осуществлении заявляемого способа, в случае соединения дополнительного провода с рельсом, индуктивная связь между рельсом и дополнительным проводом преобразуется в параллельное соединение этих контуров. Таким образом, общее активное сопротивление протеканию результирующего тока значительно уменьшается. Что касается индуктивностей контуров, то в их случае происходит обмен энергией между упомянутыми выше контурами. Доля наведенного в дополнительном проводе тока, как показали расчеты и эксперименты, в этом случае увеличивается, практически с 39% до 85%. Необходимо также отметить, что продольное секционирование исключает при необходимости перекомпенсацию, как в местах наличия тока в рельсе, так и в случае иных обстоятельств. При осуществлении заявляемого способа снижения индуктивного влияния, количество и длина секций определяется требованием к уровню снижения наведенной помехи. В общем случае секция может быть и одна.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом.

На чертеже введены следующие обозначения.

1 - контактная сеть;

2 - рельсовая цепь;

3 - дополнительный провод, разделенный на секции по условию минимума помехи в смежной линии связи;

4 - смежная линия связи.

Способ осуществляют следующим образом. Дополнительный провод, расположенный вдоль полотна железной дороги, через равные промежутки его длины секционируется, т.е. делится на секции, которые располагаются последовательно друг за другом. Начала всех секций, начиная с первой, заземляются на индивидуальные заземлители, а концы присоединяются к рельсовой цепи.

Таким образом, в результате последовательности действий, образующих заявляемый способ, за счет исключения влияния на процесс образования в дополнительном проводе компенсирующего тока влияния контуров «дополнительный провод - рельс» и «рельс - дополнительный провод», посредством замены электромагнитной связи между ними непосредственным соединением дополнительного провода с рельсовой цепью, компенсирующий ток увеличивают до максимально возможного в данных условиях значения. Автором было определено, что при осуществлении заявляемого способа, углы сдвига между соответствующими гармониками в тяговом токе и токе экранирующего (обратного) провода максимально приближаются к 180 эл. град., защитный ток в дополнительном проводе увеличивается по гармоникам, оказывающим наибольшее псофометрическое воздействие до 85%. Это доказывает увеличение эффективности заявляемого способа, по сравнению со способом - прототипом. Заявляемый способ является универсальным в отношении его применения, как на постоянном, так и на переменном токе. Снижение реактивного сопротивления тяговой сети, за счет отсутствия отсасывающих трансформаторов при осуществлении заявляемого способа, по сравнению со способом - прототипом уменьшает потери электроэнергии в тяговой сети.

Источники информации

1. А.с. СССР №221752, Бюл. №22, 17.07.1968, кл. В60m.

2. А.с. СССР №169556, Бюл. №7, 22.04.1965, кл. В61m, H02d, 1965.

3. К.Г.Марквардт. Энергоснабжение электрических железных дорог. M.: Транспорт, 1965, с.432-438.