Расчет опасных напряжений при электрическом влиянии

Электрическое влияние на линию связи обусловлено наличием в контактной сети переменного напряжения, создающего в окружающее пространстве переменное электрическое поле. Между влияющим проводом 1 контактной подвески (рис. 2) и проводов связи 2 имеется емкостная связь С_1-2 и каждый из этих проводов имеет определенную емкость по отношению к земле С_1-0 и С_2-0. вследствие чего возникают емкостные токи, в частности, ток i _C1-2-0. Это вызывает появление потенциала на проводе связи. Если пренебречь проводимостью изоляция, то величина наведенного в линии связи потенциала может быть определена из выражения:

(8)

С уменьшением высоты подвеса провода связи возрастает емкость С_2-0 и уменьшается наведенный в проводе потенциал. Электрическому влиянию подвержены только воздушные линии связи. Для изолированного провода, лежащего па земле, наведенный в нем потенциал равен нулю. Подземные кабельные линии я воздушные кабельные линии с металлической заземленной оболочкой от электрического влияния защищены.

Рис.2. Схема электрического влияния контактной сети на линию связи

Расчет опасных напряжений, обусловленных электрическим влиянием, производят при вынужденном режиме работы тяговой сети, когда участок электрической железной дороги, питаемый от одной фазы, имеет наибольшую длину.

В расчетных формулах вместо емкостей фигурируют расстояния между проводами и высота их подвеса. Величину опасного напряжения при электрическом влиянии определяют по формуле

. (9)

где К — коэффициент, учитывающий количество влияющих проводов, расположенных на опорах тяговой сети. При выполнении, курсовой работы этот коэффициент может быть принят равным 0,5;

l и l_Э— расчетные длины (рис. 1);

, b и с — расстояния, характеризующие расположение проводов контактной сети и линии связи относительно земли и друг друга. Расстояние  - задано в таблице 1. Величины b и с при выполнении курсовой работы следует принять b=7 м, с=6 м.

Провода воздушной линий связи, изолированные от земли подвержены как электрическому, так и магнитному влиянию. Поэтому для сравнения с нормами следует определить также и результирующее напряжение по отношению к земле, которое определяется следующим образом:

(10)

Расчет мешающих влияний

Форма кривой тока в тяговой сети электрических железных дорог переменного тока значительно искажается из-за наличия выпрямительных агрегатов на электровозах однофазно-постоянного тока. Поэтому ток тяговой сети содержит нечетные гармонические составляющие тональных и высших частот, которые индуктируют в линии связи электродвижущие силы соответствующих частот. Вследствие этого в телефонных цепях в силу продольной и поперечной несимметрии проводов связи появляются напряжения, которые накладываются на полезные сигналы и вызывают шумы, снижающие качество передачи разговора, а в телеграфных цепях появляются токи, искажающие передаваемые сигналы. Такие влияния, которые нарушают нормальное действие связи, называют мешающими.

Мешающее действие наведенного в линии связи напряжения оценивается напряжением шума U_Ш.

Напряжения, индуцируемые в двухпроводной линии связи под действием электромагнитных полей тяговой сети, обусловлена асимметричным расположением проводов телефонной цепи линии связи по отношению к проводам тяговой сети, а также асимметрией проводов линии связи по отношению к земле.

Напряжения различной частоты из-за особенностей человеческого слуха создают в линиях связи неодинаковые помехи. Поэтому индуктированные разными гармониками напряжений приводят к псофометрическому, т.е. к частоте 800 Гц при помощи коэффициента акустического воздействия р_k (k — порядковой номер гармоники), учитывающего относительное мешающее воздействие напряжений различной частоты.

В двухпроводных линиях связи индуктируется электродвижущая сила в обоих проводах. Вследствие того, что любая реальная двухпроводная линия имеет Продольную и поперечную асимметрию, т. е. неодинаковые электрические параметры проводов по длине линии, в конце линии возникает результирующее напряжение помехи, которое будет тем больше, чем больше асимметрия. Качество двухпроводной линии связи оценивается коэффициентом, чувствительности _k к помехам от каждой гармоники с номером к. Этот коэффициент представляет собой отношение напряжения помехи в конце линии к среднему значению напряжений на концах обоих проводов относительно земли. Частотные зависимости _k для отдельных линий приведены в таблице 4.

Для двухпроводных телефонных цепей псофометрическое значение мешающего напряжения определяют при нормальном режиме работы тяговой сети. При вычислении величины мешающего напряжения в телефонных цепях, в качестве влияющих следует принимать все тяговые плечи в пределах расчетного участка, полагая, что тяговая сеть состоит из плеч одностороннего питания /3/.

Применительно к настоящей курсовой работе величину мешающего напряжения следует вычислять для случая, когда влияющий электровоз находится возле поста секционирования, расположенного в середине фидерной зоны, слева от него. При этом пост отключен (рис. 3).

Рис. 3. Схема для расчёта мешающего влияния тяговой сети

Кривая тока, потребляемая электровозом, задана в приложении.

В технике исследования влияний применяется метод гармонического анализа влияющих кривых токов и напряжений, когда каждая влияющая кривая представляется спектром.

Задача определения величина напряжения шума состоит в расчете наведенных напряжений от каждой гармонической составляющей (как от генератора, работающего на частоте гармоники) на основе принципа наложения и дальнейшим определением суммарной помехи в линии связи, учитывая при этом законы распространения токов и напряжений в тяговой сети и в линии связи, как в линиях с распределенными параметрами.

Таким образом, при спектральном методе исследования ток тяговой сети представляют спектром гармонических составляющих, определяют напряжение шума U_Шk в линии связи от каждой гармоники тягового тока, а затем определяют общее напряжение шума в линии связи как среднеквадратичное значение напряжений шума отдельных гармоник.

Согласно «Правилам защиты устройств проводной связи проводного вещания от влияния тяговой сети электрических железных дорог переменного тока» величина напряжения шума а двухпроводных телефонных цепях может быть вычислена по формуле:

(11)

Применительно к настоящему курсовой работы величину мешающего напряжения следует вычислять по формуле:

(12)

Величину мешающего напряжения в мВ дляk-й гармоники в телефонных цепях тональной частоты вычисляют по формуле:

(13)

Отдельные величины, входящие в эту формулу:

–угловая частота k-й гармонической составляющей, рад/с;

–взаимная индуктивность между контактным проводом и проводом связи для k -й гармонической составляющей, Гн/км. Эта величина может быть определена по формуле (4);

–ток k-й гармонической составляющей в тяговой сети;

–коэффициент акустического воздействия для k-й гармонической составляющей влияющего тока;

–коэффициент чувствительности двухпроводной цепи для k -й гармонической составляющей влияющего тока;

–результирующий коэффициент экранирующего действия для k -й гармонической составляющей:

, (14)

где – коэффициент экранирования рельсов. Значения этого коэффициента приведены выше;

–коэффициент экранирующего действия оболочки кабеля для k-й гармонической составляющей. Значения его приведены в табл. 6;

–коэффициент, характеризующий волновые процессы в линии связи для k-й гармонической составляющей. При этом:

, (15)

где – постоянная распространения однопровод­ной цепи, подверженной влиянию дляk-й гармонической составляющей. Величина  характеризует изменение амплитуды напряжения вдоль линии, а  – изменение фазового угла. В формулу (15) следует подставлять модули значений гиперболических функций. При этом следует помнить, что эти функции берутся от комплексного аргумента. Определение гиперболического синуса от комплексного аргумента может быть произведено по номограммам, приведенным в /1/, либо по формуле:

(16)

Расчетные длины — см. рис. 3.

Если пренебречь возможными резонансными явлениями в тяговой сети, то токи отдельных гармонических составляющих можно принять равными гармоническим составляющим тока электровоза и определить по заданной кривой любым известным графоаналитическим методом.

Один из простейших таких методов (численное интегрирование) состоит в замене интегралов, определяющих синусную и косинуснуюсоставляющие (вторая форма ряда Фурье) соответствующими суммами /4/. Взаимное расположение отдельных гармоник относительно друг друга при расчете напряжения шума значения не имеет, а величина k-й гармонической в кривой тока будет равна:

(19)

если ибрать в амперах.

Графоаналитический метод гармонического анализа несинусоидального тока или напряжения заключается в том, что по за снятой осциллограмме определяют состав и порядок гармонических составляющих, их амплитуду, и начальную фазу по отношению к исследуемой кривой или к основной гармонике. Могут так же быть определены амплитудное и действующее значение несинусоидальной величины, а так же коэффициенты искажений, несинусоидальности и другие синусоидальные функции /1/.

Графический метод определения гармоник ряда Фурье основан на замене определенного интеграла суммой конечного числа слагаемых. С этой целью период функции , равной 2, разбивают наn равных частей :

,

и интегралы заменяют суммами.

По определению, постоянная составляющая:

, (20)

или

, (21)

где – текущий индекс; он пробегает значения от 1 до ;

–значение функции при, т.е. в середине-го интервала.

Амплитуда синусной составляющей - гармоники ряда

(22)

или

; (23)

Амплитуда косинусной составляющей - гармоники

. (24)

Здесь и - соответственно значения функции и при , т.е. в середине -го интервала.

При расчетах по формулам (21-24) обычно достаточно разделить период на = 48 частей.

Перед тем как производить графическое разложение в ряд, необходимо выяснить, не обладает ли раскладываемая функция симметрией относительно осей координат /4/. Наличие того или иного вида симметрии позволяет до проведения разложения предсказать какие гармоники следует ожидать. Так, если кривая симметрична относительно абсцисс, то постоянная составляющаяи все четные гармоники отсутствуют, а вычисляяипри нечетных, следует учесть, что суммаза первый полупериод равна суммеза второй полупериод.

Знак углов зависит от знакови. При состоянии гармоник на общем графике необходимо учитывать, что масштаб по оси абсцисс для– гармоники должен быть взят враз большим, чем для первой гармоники.

Так, например, если некоторый отрезок по оси абсцисс для первой гармоники выражает собой угол , то тот же отрезок для третьей гармоники выражает собой угол, в 3 раза больший, т.е..

Пример. Найти первую и третью гармоники функции , изображенной на рис. 4. Значения ординат функцииза первый полупериод при разбивке периода на=24 части представлены в таблице.

Таблица 7