Разделы: Телекоммуникации
Размещена 11.02.2015.
Просмотров - 4054

Гальваническое влияние токов в земле на однопроводные цепи и меры защиты

Плешкова Анастасия Дмитриевна

ДВГУПС

студент

Савин Евгений Зиновьевич, профессор кафедры «Автоматика, телемеханика и связь» Дальневосточного государственного университета путей сообщения

УДК 537.6, 625.1

Введение

Источниками гальванического влияния являются высоковольтные линии (линии электропередачи, электрифицированные железные дороги), использующие землю в качестве рабочего провода при этом в земле появляются блуждающие токи, которые создают в отдельных ее точках различные потенциалы. Если в этих точках находятся заземлители, однопроводные цепи между ними возникает разность потенциалов, под действием которых в однопроводной цепи появляется ток помех, за счет гальванического влияния.

Различают гальваническое влияние за счет магнитных бурь, гальваническое влияние электрифицированных железных дорог постоянного и однофазного переменного тока и гальваническое влияние линий электропередачи постоянного тока на однопроводные цепи.

Гальваническое влияние за счет магнитных бурь

Многолетними наблюдениями установлено, что напряжение магнитного поля земли не является величиной постоянной, она изменяется. При этом различат периодические и непериодические колебания магнитного поля земли.

К периодическим колебаниям относятся суточные и годовые колебания. Они носят плавный характер и не оказывают существенного влияния на сооружения связи.

Довольно часто и внезапно плавный ход периодических колебаний прерывается резкими и значительными изменениями напряженности магнитного поля Земли, которые носят название магнитных возмущений или магнитных бурь.

Появление магнитных бурь объясняется наличием темных пятен на поверхности Солнца, которые обладают меньшей яркостью по сравнению с окружающей солнечной поверхностью. Предполагают, что из двух темных пятен одно является пятном, в которое входит сильное магнитное поле, а другое пятном из которого выходит сильное магнитное поле. Под действием силовых линий магнитного поля происходит перераспределение ионов газовой атмосферы Солнца. При этом положительно заряженные ионы смещаются в область одного пятна, а отрицательные электроны в область другого пятна. Эти пятна увеличиваются в размерах, достигает максимальной величины и одно из пятен быстро распадается и исчезает. Второе пятно еще продолжает существовать небольшой промежуток времени.

При исчезновении магнитного поля заряды взаимно нейтрализуют друг друга, на поверхности Солнца возникает вспышка, яркость которой намного выше обычного солнечного света. Именно эта вспышка является причиной возникновения магнитных волн.

Наблюдениями установлено, что разность потенциалов за счет действия магнитных бурь составляет 0,5 – 5 Вольт на километр.

Гальваническое влияние электрифицированных железных дорог постоянного тока на однопроводные цепи.

При нормальном режиме работы разность потенциалов, оказывающих влияние на однопроводные цепи, составляет ΔU = 10 – 60 B, а при вынужденном ΔU = 250 – 300 B, что соизмеримо с величиной напряжения дистанционного питания и является величиной недопустимой.

Величину потенциалов в каждой точке земли можно рассчитать по следующей формуле:

U(x,y) = (I * ρ_з* γ_р* Ω(xγ_р; yγ_р))/(2π)

 где: (x,y) – координаты рассматриваемой точки земли;

I – ток в рельсах;

ρ_з – удельное сопротивление земли;

Ω(xγ_р; yγ_р) – специальная функция;

γ_р – коэффициент распространения рельсового пути.

γ_р = √( R_р/R_пер)

 где: R_р – активное сопротивление рельсового пути;

R_пер – переходное сопротивление между рельсами и землей.

R_пер = R_из+ ρ_з/ π*ln(1,12/(γ_р* a))

 где: R_из – сопротивление изоляции балансного слоя;

a – эквивалентный радиус рельсового пути ( а = 1м – для однопутного и а = 2м – для двухпутного участка рельсового пути).

Гальваническое влияние электрифицированных железных дорог однофазного переменного тока на однопроводные цепи.

При расчете гальванического влияния электрифицированных железных дорог однофазного переменного тока необходимо учитывать индуктивное влияние тока, протекающего в контактном проводе. В каждый момент времени в отдельных точках земли наводятся потенциалы, противоположные по знаку потенциалам за счет токов, стекающих в рельсы. Результирующая разность потенциалов уменьшается, что приводит к уменьшению гальванического влияния.

Степень уменьшения влияния характеризуется коэффициентом экранирующего действия рельсов. Тогда потенциал в любой точке земли можно рассчитать по формуле:

U(x,y) = (I * ρ_з* γ_р*S_p * Ω(xγ_р; yγ_р))/(2π)

 где: γ_р – коэффициент распространения рельсового пути.

γ_р = √( Z_р/R_пер) = √((R_р+ L_р)/R_пер)

где: Z_р – полное сопротивление рельсового пути;

R_р – сопротивление рельсов;

L_р – индуктивность рельсов.

R_пер = R_из+ ρ_з/ π*ln(1,12/(√(│Z_р│/ R_пер) * a))

 Меры защиты от гальванического влияния

К мерам защиты от гальванического влияния относится применение для защиты цепей дистанционного питания компенсаторов постороннего напряжения, схема которого представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема компенсатора постороннего напряжения

Параметры схемы подобраны таким образом, чтобы сумма токов коллекторов и базы оставалась постоянной.

I₂ = U_дп / R₂= I_к1+ I_б2 = const

где:U_дп – напряжение источника дистанционного питания;

I_к1 - коллекторный ток первого транзистора;

I_б2 - ток базы второго транзистора.

Увеличение тока дистанционного питания и, как следствие, падение напряжения на первом резисторе увеличивается и приводит к увеличению напряжения смещения на первом транзисторе. Тогда коллекторный ток первого транзистора возрастает, а так как величина тока на втором резисторе является величиной постоянной, то увеличение коллекторного тока происходит за счет уменьшения тока базы второго транзистора. Сопротивление перехода эмиттер - коллектор на втором транзисторе возрастает и ток дистанционного питания, поступающий в однопроводную цепь, уменьшается, оставаясь величиной постоянной, как и при отсутствии постороннего напряжения.

К другим мерам защиты от гальванического влияния относится также применение комбинированных трансформаторов на основе моста постоянного тока, применение триггерно-ограничительных устройств, относ заземлителей однопроводной цепи из зоны действия блуждающих токов и переход от однопроводных цепей к двухпроводным. В двухпроводных линиях связи гальваническое влияние практически отсутствует, так как ее провода изолированы от земли.

1. Михайлов М. И. и др. Электромагнитные влияния на сооружения связи. – М.: Связь, 1979.
2. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. – М.: Транспорт, 1982.
3. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных ж.д. переменного тока. – М.: Транспорт, 1989.

Рецензии:

27.04.2015, 23:07 Каменев Александр Юрьевич
Рецензия: Статья может рассматриваться в качестве краткого обзора. В статье следует выделить следующие замечания: 1. Не хватает ссылок на источники информации по тексту. 2. Формулы следует пронумеровать и ввести ссылки на них. 3. Следует добавить короткий вывод (резюме) в конце статьи. После устранения замечаний рекомендуется к печати.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий