CC BY
54Электромагнитная совместимость устройств локомотивной сигнализации и подвижного состава
Говорится об электромагнитной совместимости устройств автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) и перспективного подвижного состава. Рассматриваются источники помех, влияющих на функционирование локомотивного приемника АЛС. Предлагаются схема возникновения помехи на входе АЛС и схема замещения трактов индуктивной связи для анализа помех от асинхронного тягового электродвигателя. УДК 656.259.3
Ю.А. Барышев1
ФГАОУ ДПО АСМС, канд. техн. наук, доцент, elizm@asms.ru
A.К. Табунщиков2
Российский университет транспорта РУТ (МИИТ), канд.техн. наук
B.С. Кузьмин3
РУТ (МИИТ)
Л.И. Кизименко3
РУТ (МИИТ)
1 заведующий кафедрой «Электрические измерения», Москва, Россия
2 доцент кафедры, Москва, Россия
3 аспирант, Москва, Россия
Для цитирования: Барышев Ю.А., Табунщиков А.К., Кузьмин В.С., Кизименко Л.И. Электромагнитная совместимость устройств локомотивной сигнализации и подвижного состава // Компетентность / Competency (Russia). — 2020. — № 2. DOI: 10.24411/1993-8780-2020-1-0202
ключевые слова
электромагнитная совместимость, автоматическая локомотивная сигнализация, помеха
недрение современных и высокоскоростных типов подвижного состава требует глубокого и всестороннего анализа помех, создаваемых двигателями принципиально нового типа. Такие помехи могут нарушать работу существующих устройств обеспечения безопасности. Помехи в трактах передачи информации устройств железнодорожной автоматики и телемеханики не изучены и представляют определенную опасность. Влияние помехи от тягового тока, протекающего в рельсовых нитях, носит аддитивный характер и проявляется даже при его сравнительно небольшой асимметрии. При незначительных величинах тока это не оказывает существенного воздействия на приемники рельсовых цепей и бортовую аппаратуру локомотивной сигнализации.
Однако современный электроподвижной состав имеет достаточно большую мощность и оборудуется асинхронными тяговыми двигателями. Даже незначительный уровень асимметрии тяговых токов в рельсовых нитях (максимально допускаемое значение которого составляет 5 %) может приводить к опасному отказу работы рельсовых цепей (ложной свободности), а в случаях с системами локомотивной сигнализации — к индикации более разрешающего показания в кабине машиниста или экстренному торможению состава, что несет большие экономические потери.
Причины возникновения асимметрии тягового тока в рельсовых нитях достаточно хорошо изучены. И меры борьбы известны. Однако для бортовых систем обеспечения безопасности движения поездов со стороны силового оборудования электровозов существуют иные пути передачи мешающих воз-
действий, ранее не рассматриваемые в проанализированных источниках [1]. Кроме того, для новых составов должны быть пересмотрены нормы асимметрии.
Существующая модель передачи помехи на вход локомотивного приемника не учитывает существенных различий в конструкциях силовых цепей локомотивов и непосредственно тяговых электродвигателей, которые в отдельных случаях могут оказывать значительное влияние на генерацию помех.
Поэтому важными задачами становятся определение механизма возникновения помех на входе локомотивного приемника, построение обобщенной функциональной схемы возникновения помех, ее анализ и проведение точных измерений. На основании этого будут подготовлены рекомендации для разработчиков новых двигателей.
Основные помехи наводятся в приемных локомотивных катушках от токов в рельсовых нитях. При этом возможно влияние токов в рельсовых нитях смежных путей на многопутных перегонах.
При различии входных сопротивлений рельсовых нитей через колесные пары локомотивов происходит перераспределение тягового тока. Основное мешающее воздействие вносит первая колесная пара, располагаемая в непосредственной близости от приемных локомотивных катушек. В этом случае помеха, наводимая в приемных катушках, снижается обратно пропорционально расстоянию катушки от колесной пары.
Обладая значительным по величине внешним электромагнитным полем [2], асинхронный тяговый двигатель может оказывать как непосредственное
влияние на наводимыи в приемных катушках сигнал, так и опосредованно влиять через первую колесную пару и рельсовые нити [3]. При этом необходимо учитывать, что характер помехи полностью определяется спектральным составом тягового тока в данном режиме работы статического преобразователя. Помимо непосредственно асинхронных тяговых двигателеи, в качестве источников помехи могут выступать силовые цепи локомотива и цепи заземления. Характер такого воздеиствия определяется сериеи локомотива и требует дополнительного исследования. Не следует забывать и о вихревых токах, наведенных в кузове локомотива, способных искажать картину магнитных полеи самих рельсов и приводить к снижению эффективности работы локомотивнои сигнализации.
На основании анализа приведенных факторов представляется возможным составить обобщенную функциональную схему взаимосвязи, которая приводит к возникновению помех в локомотивных катушках (рис. 1).
Тяговая подстанция через контактную сеть, силовые цепи локомотива, тяговые электродвигатели и цепи заземления локомотива и обратно через рельсы и устроиства канализации тягового тока создает единыи контур, по которому протекает тяговыи ток.
Задача анализа возникающих помех сводится к определению электродвижущей силы (ЭДС) взаимоиндукции, наводимои в отдельнои локомотивнои катушке от всех источников помех, указанных на обобщенной функциональной схеме. Эта задача, в свою очередь, сводится к определению коэффициента взаимоиндукции между локомотивной катушкой и отдельным источником помех.
Анализ полученной функциональной схемы требует точных измерений для экспериментального определения всех параметров взаимных индуктив-ностей между отдельными элементами. Так как асинхронный двигатель является основным источником помех, то целесообразно рассматривать в пер-
вую очередь контур возникновения помехи от асинхронного тягового двигателя.
На основании описанных индуктивных связей между элементами путевой инфраструктуры, локомотивной аппаратуры АЛСН (АЛС непрерывного действия) и силового оборудования локомотива для дальнейшего анализа была построена схема возникновения помех в тракте индуктивной связи в системе локомотивной сигнализации (рис. 2).
В представленной схеме можно выделить пять основных четырехполюсников индуктивной связи, обеспечивающих передачу помех: ЧП ИС 4 — ЧП ИС 8. При этом по рельсовой линии и первой колесной паре локомотива,
Рис. 1. Функциональная схема взаимосвязи (возникновение помех в локомотивных катушках) [Functional relationship diagram (the occurrence of interference in locomotive coils)]
ЧП ИС — четырехполюсник индуктивной связи
Рис. 2. Схема трактов индуктивной связи в системе локомотивной сигнализации
[Scheme of inductive coupling paths in a locomotive signaling system]
участвующим в образовании ЧП ИС 4 и ЧП ИС 5, протекают как токи помехи, так и сигнальный ток.
Основным параметром четырехполюсника индуктивной связи выступает взаимная индуктивность между элементами, который он связывает. Наиболее изученным является вопрос, посвященный индуктивной связи между рельсовой линией и локомотивным приемником. Параметры прочих четырехполюсников необходимо определять экспериментально, причем для каждой серии локомотива в отдельности.
Рельсовые нити и провод контактной сети, благодаря их размеру и взаимному расположению, можно считать многопроводной линией над поверхностью земли. Волновые процессы в теории многопроводной линии теоретически и экспериментально изучены достаточно подробно. Теория позволяет произвести анализ волновых процессов в проводах под влиянием источников сигналов, подключаемых в один или несколько волновых каналов. После определения распределения токов вдоль рельсовой линии при помощи закона Био — Савара — Лапласа становится возможным произвести расчет ЭДС, наводимой в каждой из приемных локомотивных катушек от каж-
дого из источников (рельсовых нитей и провода контактной сети). Методом суперпозиции определяется суммарная ЭДС, наведенная в каждой из катушек, что позволяет определить уровень помехи на входе локомотивного приемника. Таким образом, может быть произведен анализ четырехполюсников индуктивной связи 1, 4 и 8.
ЧП ИС 1 — ЧП ИС 3 осуществляют передачу помехи в рельсовую линию и должны рассматриваться в первую очередь при анализе помехозащищенности рельсовых цепей.
Приведенная схема наглядно показывает полезные и мешающие индуктивные связи, возникающие между элементами системы локомотивной сигнализации, пути и силового оборудования локомотива, что позволяет, анализируя каждую индуктивную связь, разработать технические решения, направленные на снижение степени влияния помехи на функционирование автоматической локомотивной сигнализации. Таким образом, дальнейшее рассмотрение вопроса требует определения параметров четырехполюсников индуктивной связи.
В условиях лаборатории кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» РУТ (МИИТ) в настоящее время прово-
ее функционирования, разработки технических и организационных решений, направленных на снижение числа сбоев в ее работе, и проведения комплекса необходимых измерений. ■
Статья поступила в редакцию10.08.2019
дятся работы по определению параметров четырехполюсников индуктивной связи в системе автоматической локомотивной сигнализации с целью дальнейшего анализа помехоустойчивости
Список литературы
1. Шаманов В.И. Процесс формирования асимметрии тягового тока в рельсовых линиях // Электротехника. — 2014. — № 8.
2. Оценка энергии внешних электромагнитных помех частотно-регулируемых асинхронных двигателей / Ю.Б. Казаков, Е.А. Шумилов, А.В. Тамьяров, А.Н. Морозов // Вестник ИГЭУ. — 2017. — №. 4. DOI: 10.17588/2072-2672.2017.4.037-043.
3. Кравцов Ю.А. Электромагнитная совместимость рельсовых цепей и электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом // Автоматика на транспорте. — 2015. — Т. 1. — № 1.
Kompetentnost / Competency (Russia) 2/2020
ISSN 1993-8780. DOI: 10.2441 1/1993-8780-2020-1-0202
METROLOGY 11
Electromagnetic Compatibility of Locomotive Signaling Devices and Rolling Stock
Yu.A. Baryshev1, FSAEI FVT ASMS, Assoc. Prof. Dr., elizm@asms.ru A.K. Tabunshchikov2, Russian University of Transport RUT (MIIT), Dr. V.S. Kuz'min3, RUT (MIIT) L.I. Kizimenko3, RUT (MIIT)
1 Head of Electrical Measurements Department, Moscow, Russia
2 Associate Professor of Department, Moscow, Russia
3 Postgraduate, Moscow, Russia
Citation: Baryshev Yu.A., Tabunshchikov A.K., Kuz'min V.S., Kizimenko L.I. Electromagnetic Compatibility of Locomotive Signaling Devices and Rolling Stock, Kompetentnost' / Competency (Russia), 2020, no. 2, pp. 8-11. DOI: 10.24411/1993-8780-2020-1-0202
key words
electromagnetic compatibility, automatic locomotive signaling, interference
References
We have analyzed the issues of electromagnetic compatibility of automatic locomotive signaling devices and promising rolling stock, as well as sources of interference affecting the operation of the automatic locomotive alarm receiver. We propose to consider the interference scheme at the input of an automatic locomotive alarm and the equivalent circuit of inductive coupling paths for the analysis of interference from an asynchronous traction electric motor. We believe that the use of these circuits clearly shows useful and interfering inductive coupling arising between the elements of the locomotive signaling system, path and power equipment of the locomotive. By analyzing each inductive coupling this allows developing technical solutions aimed at reducing the degree of interference influence on the automatic locomotive signaling functioning. Further consideration of this issue requires determining the parameters of the inductive coupling four-poles.
1. Shamanov V.I. Protsess formirovaniya asimmetrii tyagovogo toka v rel'sovykh liniyakh [The process of traction current asymmetry formation in rail lines], Elektrotekhnika, 2014, no. 8, pp. 34-38.
2. Kazakov Yu.B., Shumilov E.A., Tam'yarov A.V., Morozov A.N. Otsenka energii vneshnikh elektromagnitnykh pomekh chastotno-reguliruemykh asinkhronnykh dvigateley [Frequency-controlled asynchronous motors external electromagnetic interference energy evaluation], Vestnik IGEU, 2017, no. 4, pp. 37-43. DOI: 10.17588/2072-2672.2017.4.037-043.
3. Kravtsov Yu.A. Elektromagnitnaya sovmestimost' rel'sovykh tsepey i elektropodvizhnogo sostava s asinkhronnym tyagovym privodom [Electromagnetic compatibility of rail circuits and electric rolling stock with an asynchronous traction drive], Avtomatika na transporte, 2015, v. 1, no. 1, pp. 7-27.
