Блуждающие токи. Мешающее действие тягового тока на линии связи

Блуждающие токи. На электрифицированных железных дорогах постоянного тока контактная сеть может иметь положительную или отрицательную полярность. Для работы электровозов это обстоятельство существенной роли не играет. Действительно, если поменять полярность контактной сети, предположим, с положительной на отрицательную или наоборот, то от этого не изменится направление вращения тяговых двигателей и вспомогательных машин, не нарушится нормальная работа электрических аппаратов.

Отреагируют на изменение полярности только быстродействующий выключатель и измерительные приборы. В быстродействующем выключателе с изменением полярности магнитные потоки удерживающей катушки и размагничивающего витка будут складываться и при перегрузках или коротких замыканиях выключающая пружина не сможет оторвать якорь от полюсов магнитопровода, так как он притягивается к ним еще сильнее (см. рис. 31). Стрелки измерительных приборов - амперметра и вольтметра - с изменением полярности будут отклоняться в противоположную сторону. Поэтому нужно поменять местами провода, подходящие к удерживающей катушке быстродействующего выключателя и к измерительным приборам.

До 1953 г. на наших железных дорогах были электрифицированные участки как с положительной, так и с отрицательной полярностью контактной сети. Каковы особенности работы электрических железных дорог в таких условиях?

Если контактная сеть имеет положительную полярность (рис. 155, а), то токи от тяговых подстанций проходят по контактной сети через силовую и вспомогательную цепи электровоза, затем по рельсам и отсасывающим проводам возвращаются на соответствующие подстанции. Так как рельсы не изолированы электрически от земли, а закреплены на шпалах, лежащих на балласте, то часть тока проходит по земле. Иногда такие токи обнаруживались измерениями на расстоянии нескольких десятков километров от тяговых рельсов. Поэтому их называют блуждающими.

Рис. 155. Расположение анодных и катодных зон при положительной (а) и отрицательной (б) полярности контактной сети

В местах, где вблизи полотна железной дороги проложены подземные металлические сооружения (например, трубопроводы, кабели), тяговые токи проходят по этим сооружениям и затем около тяговых подстанций, там, где к рельсам присоединены отсасывающие провода, снова стекают в землю. Те участки (зоны), где блуждающие токи переходят из земли в металлические подземные сооружения, называют катодными зонами, а те участки, где они стекают с сооружений в землю - анодными (см. рис. 155, а).

Переход тока из металлических подземных сооружений в землю в анодных зонах вызывает разрушение металла - электрокоррозию. Электрокоррозия может быть очень интенсивной. Например, наблюдались случаи, когда стальные трубопроводы вследствие электрокоррозии выходили из строя через три года; еще быстрее повреждаются кабели связи. Разрушаются также рельсы и рельсовые скрепления на мостах. Для борьбы с электрокоррозией принимают различные меры.

Когда контактная сеть имеет отрицательную полярность (рис. 155, б), анодная зона перемещается вместе с перемещением электроподвижного состава и разрушение подземных сооружений происходит не в одном месте, как при положительной полярности, а более равномерно - по всему участку с небольшой интенсивностью. Но в этом случае трудней осуществить защиту от электрокоррозии. В связи с широкой электрификацией железнодорожного транспорта - переводом на электрическую тягу целых магистралей - возникла необходимость выбрать единую полярность контактной сети. В СССР принята следующая полярность: положительная для сети, отрицательная для рельсов. При этом принимают специальные меры по борьбе с электрокоррозией.

На электрифицированных дорогах переменного тока подземные сооружения подвергаются электрокоррозии в значительно меньшей степени. Это объясняется тем, что переменный ток 100 раз в 1 с меняет свое направление.

Соответственно в 100 раз уменьшается опасность электрокоррозии.

Мешающее влияние электрифицированных железных дорог. Нормальная работа железных дорог невозможна без устройств связи различного назначения. Например, на дорогах должна быть связь магистральная, местная, дорожная и другие ее виды для руководства движением поездов. Кроме того, на участках железных дорог имеется участковая связь, поездная и диспетчерская, поездная межстанционная, подстанционная и другие виды связи. Поэтому вдоль железных дорог проложены провода воздушных линий связи, а также провода связи, не имеющие отношения к железным дорогам.

На электрифицированных участках они попадают в зону действия магнитного поля, создаваемого тяговым током. Если тяговый ток имеет значительные пульсации, то пульсирующее магнитное поле, пересекая провода линий связи, индуктирует пульсирующие электродвижущие силы, которые вызывают пульсирующий переменный ток. Этот ток ухудшает, например, слышимость при телефонной связи.

Известно, что тяговые подстанции дорог постоянного тока преобразуют переменный ток в практически постоянный, пульсации которого существенно не сказываются на работе тяговых двигателей. Однако даже небольшие пульсации оказывают мешающее действие на линии связи. Пульсирующую часть выпрямленного тока можно представить состоящей из ряда синусоидально изменяющихся токов различной частоты. Основная частота пульсаций при шестифазном выпрямлении будет равна 50·6 = 300 Гц. Чтобы снизить пульсации, на тяговых подстанциях устанавливают электрические фильтры (см. рис. 136), состоящие из реактора и параллельно включенных резонансных контуров LC.

Резонансный контур включает в себя конденсатор и катушку индуктивности. Каждый контур настраивают так, чтобы сопротивление его пульсирующему току определенной частоты было значительно меньше сопротивления контактной сети. Поэтому токи различных частот будут отфильтровываться на тяговой подстанции. Постоянная составляющая пульсирующего тока не проходит через контуры, так как конденсаторы оказывают ей бесконечно большое сопротивление.

На дорогах переменного тока воздушные линии связи заменяют кабельными, так как защитить их от мешающего действия переменного магнитного поля, создаваемого тяговым током, невозможно.