Защита приборов рельсовых цепей от тягового тока

Приборы рельсовых цепей на участках с электрической тягой переменного тока 50 Гц должны быть защищены от воздействия тягового тока и его гармонических составляющих. Номинальное напряжение в контактной сети относительно рельсов и земли — 25 кВ. Тяговые подстанции располагают на расстоянии 40—60 км одна от другой, они обеспечивают двустороннее питание устройств. Мощность электровозов ВЛ60, ВЛ80 и ЧС4 составляет пример­но 5000 кВт, потребляемый ток — примерно 200 А, максимальный потребляемый ток — до 500 А. Расчетный ток контактной сети при нахождении на участке нескольких поездов 500 А. При переходе на вынужденный режим питания, когда одну из тяговых подстан­ций временно отключают и ее нагрузку воспринимают смежные с ней подстанции, ток в контактном проводе может увеличивать­ся до 750 А. При коротком замыкании вблизи от тяговой подстан­ции ток в контактном проводе может достигать 14 000 А, длитель­ность короткого замыкания определяется типом устройств защиты, применяемых на тяговых подстанциях, и составляет 0,15—0,3 с. Сопротивление каждой рельсовой нити тяговому току частотой 50 Гц равно 0,78е^j70 Ом/км.

Кроме первой гармоники (50 Гц), в тяговом токе возможно появление гармонических составляющих, кратных частоте основной гармоники. Уровень высших гармонических составляющих опреде­ляется возможным отклонением кривой переменного тока от синусои­дальной формы и нелинейностью цепи нагрузки. На основании ис­следований установлено, что в тяговом токе возможно появление в основном только нечетных гармонических составляющих, так как кривая тягового тока симметрична относительно оси абсцисс (нечетная функция).

Наибольшее процентное содержание нечетных гармоник в тяговом токе приведено ниже.

Многочисленные измерения тяговых токов в рельсах показа­ли, что потребляемый электровозом ток распределяется, как пра­вило, равномерно по обе стороны от движущегося электровоза, часть тока возвращается к тяговой подстанции по земле. Значе­ние этого тока в рельсах не превышает 50% потребляемого элект­ровозом тока. Тяговый ток в рельсах может превышать это значе­ние лишь в рельсовых цепях, к которым подсоединяется отсасы­вающий фидер тяговой подстанции, поэтому расчетный тяговый ток в рельсах принимается равным 250 А.

При полной симметрии тяговых токов в рельсовых нитях и сопротивлений каждой из полуобмоток дроссель-трансформаторов тяговый ток и его гармонические составляющие не оказывают ни­какого воздействия на приборы рельсовой цепи. В этом случае одинаковые тяговые токи, протекая через каждую из полуобмоток дроссель-трансформатора, создают на них равные, но противопо­ложно направленные э.д.с.; напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора, а значит, на приборах равно нулю.

Воздействие тягового тока на приборы питающего и релейного концов рельсовой цепи проявляется при неравномерном (асим­метричном) распределении тягового тока по рельсовым нитям. Основными причинами асимметрии тягового тока являются неоди­наковое сопротивление рельсовых нитей тяговому току (продоль­ная асимметрия), а также рельсовых нитей по отношению к зем­ле, вызванное присоединением к одной рельсовой нити опор кон­тактной сети и других сооружений и конструкций с относитель­но низким сопротивлением по отношению к земле (поперечная асимметрия); магнитное влияние контактной сети соседнего пути (на двухпутных линиях) из-за неодинакового расстояния от кон­тактного провода до каждой рельсовой нити.

На основании расчетов и результатов измерений в эксплуа­тационных условиях максимальный расчетный ток асимметрии при­нимается равным 23 А. Напряжение помехи, создаваемой на рель­сах питающего и приемного концов, пропорционально сопротивле­нию концов рельсовой цепи тяговому току. Сопротивление по кон­цам для тока 50 Гц составляет примерно 0,25 Ом.

Так как ток асимметрии проходит через одну половину обмот­ки дроссель-трансформатора, то сопротивление конца рельсовой цепи для тока помехи I_пом:

Z _к.пом = Z_к/4.

Напряжение помехи U_пом на полуобмотке дроссель-трансфор­матора

В.

На всей основной обмотке, т. е. между рельсовыми нитями, напряжение помехи

U_р.пом.=U_пом × 2 = 2,9 В.

Напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора ДТ-1-150 с коэффициентом трансформации n=З

U_дт.пом=2,9n_дп=2,9 ×3 = 8,7 В,

а на первичной обмотке изолирующего трансформатора с коэффициентом трансформации n=9 напряжение помехи

U_ит.пом »U_дп.пом ×n_ит=8,7·9=78 В.

В перегонных рельсовых цепях переменного тока 25 Гц минимальное рабочее напряжение сигнальной частоты на рельсах релейного конца составляет 0,4 В. Для обеспечения нормальной работы путевого реле при таком уровне сигнала и наличии напряжения помехи 2,9 В частотой 50 Гц необходимо, чтобы в интервалах кода при наличии асимметрии обеспечивалось отпускание якоря путевого реле ИМВШ-110 или ИРВ-110.

Отпускание путевого реле будет надежно обеспечено, если напряжение помехи не будет превышать 30% рабочего напряжения. Поэтому фильтр, включаемый на релейном конце, должен обеспечивать подавление напряжения помехи частотой 50 Гц не менее чем в 24 раза, т. е. электрический фильтр должен обладать затуханием не менее 27,6 дБ. Примерно таким же затуханием должен обладать и фильтр, включаемый для защиты путевого реле в кодовых рельсовых цепях переменного тока 75 Гц.

Вопросы для самоконтроля по пункту: