5.2.2. Электрофицированные железные дороги и линии электропередач

Наибольшую опасность представляют собой линии ЭЖД. В городе трамвайные линии работают при постоянном напряжении 600 В, пригородная ЭЖД использует постоянное напряжение 1.65 кВ, а магистральная 3.3 кВ. На наиболее протяженных магистральных ЭЖД используют переменное напряжение 25 кВ. Как источник помех, ЭЖД представляет собой однопроводную линию с очень большим током, достигающим нескольких кА, и использующую в качестве обратного провода рельс (землю). Однопроводная линия создает электрические и магнитные помехи в цепях воздушных линиях связи. Электрические помехи практически не оказывают влияние на цепи подземных кабелей связи из-за экранирующего действия металлической оболочки и земли. Магнитные помехи могут быть существенны для кабельных цепей.

Спектр помех ЭЖД переменного тока содержит частоты 50 Гц и ее гармоники (примерно до 3 кГц) с уменьшающейся с увеличением частоты амплитудой. Помехи ЭЖД постоянного тока имеют более широкий спектр до 30 кГц. Они связаны в первую очередь с работой коллекторных электродвигателей постоянного тока. Для уменьшения высокочастотных помех на тяговых подстанциях устанавливают сглаживающие фильтры.

В главе 1 получены выражения для наведенной от однопроводной цепи эдс помех в однопроводных и двухпроводных цепях. ЭЖД являются мощным источником кондуктивных или гальванических помех, которые проявляются как блуждающие в земле токи, способные распространяться в металлических оболочках и бронепокровах кабелей связи, расположенных вблизи рельсов. Из-за плохой изоляции рельсов от земли в ней возникают значительные блуждающие токи. Их величина возрастает при больших контактных сопротивлениях между рельсами. Для уменьшения блуждающих токов на ЭЖД принимают меры по уменьшению электрического сопротивления между стыкуемыми рельсами, а также по увеличению сопротивления изоляции рельсов от земли. В металлических оболочках кабелей связи под действием блуждающих токов возникает продольное напряжение помех, которое нарушает работу однопроводных кабельных цепей и создает мешающие помехи в симметричных цепях. Использование оболочек с малым сопротивлением уменьшает продольное напряжение помех.

Упрощенная схема воздействия кондуктивных помех от ЭЖД на симметричные кабельные цепи показана на рис. 5.8. В приемнике возникает напряжение помех на каждом проводнике относительно земли U_по (помеха общего вида или синфазная) и между входами приемника U_п (дифференциальная помеха). Дифференциальная помеха искажает сигнал и ухудшает качество связи. Помеха общего вида может иметь большую величину и представлять опасность для обслуживающего персонала. В симметричных цепях при выполнении условия дифференциальная помеха стремится к нулю.

Рис. 5.8. Упрощенная схема влияния кондуктивных помех.

ЛЭП, хотя и работают при больших напряжениях и токах, обычно оказывают меньшее влияние на ЛС. Различают трехфазные ЛЭП переменного тока 50 Гц с изолированной и заземленной нейтралью (рис.5.9). Существуют ЛЭП с напряжениями 3.3, 6.6, 11, 35, 110, 220, 330, 500 и 750 кВ. Линии с изолированной нейтралью применяются при напряжениях не свыше 35 кВ. При больших напряжениях, исходя из техники безопасности, нейтрали обязательно заземляются.

а
б

Рис. 5.9. Режимы работы ЛЭП: а - симметричный с изолированной нейтралью, б - то же с заземленной нейтралью.

Влияния, оказываемые ЛЭП на линии связи, могут быть электрическими и магнитными. При симметричном режиме работы ЛЭП и сравнительно большом удалении линии связи помехами можно пренебречь. При несимметричном режиме работы возникают помехи, которые резко возрастают в аварийных режимах, например при замыкании фазного провода на землю (рис.5.10). При этом помимо электрических и магнитных помех возникают кондуктивные помехи, вызывающие блуждающие токи в земле. Помехи возникают на частотах 50 Гц и ее гармониках (до 3 кГц).

Рис. 5.10. Несимметричный аварийный режим работы ЛЭП (замыкание фазного провода на землю).

Находят применение для передачи электроэнергии на большие расстояния ЛЭП постоянного тока с напряжениями 400, 500, 600, 800, 1000, 1500 кВ. Они имеют более широкий спектр помех (до 30 кГц) за счет электронных (обычно тиристорных) коммутаторов и регуляторов.

Для предотвращения тяжелых последствий, которые могут наступить в линиях и аппаратуре связи при возникновении аварийного режима работы ЛЭП повышают быстродействие устройств защиты ЛЭП.

При прокладке кабелей в коллекторах и тоннелях рядом могут оказаться кабели связи и силовые кабели. Поэтому в цепях кабелей связи могут возникать помехи, которые чаще всего носят магнитный характер и возрастают в аварийных и несимметричных режимах работы силовых цепей. Их особенностью является длительный характер воздействия. Наибольшую опасность представляют собой замыкания силовых цепей с цепями связных кабелей, которые также могут долго продолжаться, а уровень тока помех ограничивается внутренним сопротивлением цепей. Роль обратного провода для токов короткого замыкания часто выполняет заземляющие проводники и земля.

Этот вид помех может быть результатом повреждений, вызванных грозой, ремонтными работами или вандализмом. Эффективный путь предупреждения таких повреждений - соответствующий монтаж, т.е. исключение пересечений связных и силовых кабелей, разделение кабелей кабельными каналами и т.д.