устройство для снижения электромагнитных влияний на линии связи

Формула изобретения

Устройство для активного снижения помех в линиях связи, смежных с электрифицированными участками дорог, содержащее датчик гармонических составляющих тягового тока, расположенный на влияющей контактной сети, узел обработки сигнала с n-звенным селектором тягового тока, подключенным к выходу упомянутого датчика, первым n-звенным блоком фазосдвигающих элементов, подключенным информационными входами к соответствующим выходам селектора тягового тока, а первой группой управляющих входов - к соответствующим выходам первого n-звенного блока регуляторов сдвига фазы, первым n-звенным блоком масштабных усилителей, подключенным информационными входами к соответствующим выходам первого блока фазосдвигающих элементов, и смесителем, подключенным первой группой входов к соответствующим выходам первого блока масштабных усилителей, канал обратной связи с последовательно включенными датчиком гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода и n-звенным селектором компенсирующего тока, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам второго блока фазосдвигающих элементов, вторым n-звенным блоком регуляторов сдвига фазы, подключенным выходами к соответствующим управляющим входам второго блока фазосдвигающих элементов, выходы которого через второй n-звенный блок масштабных усилителей подключены к соответствующим входам второй группы входов смесителя, второй канал обратной связи с последовательно включенными датчиком гармонических составляющих наведенной помехи, n-звенным селектором помехи и n-звенным блоком измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных, выходы которого соединены со второй группой соответствующих управляющих входов первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов и с управляющими входами первого n-звенного блока масштабных усилителей, а также регулируемый источник тока, связанный управляющим входом с выходом смесителя и включенный в рассечку заземленного по концам экранирующего провода, находящегося между контактной сетью и подверженной влиянию линией, отличающееся тем, что оно снабжено дифференциальным датчиком измерения скорости изменения тока в тяговой сети, блоком отключения регулируемого источника тока в критических режимах и блоком согласования системы компенсации с экранирующим проводом относительно тока основной (50 Гц) частоты и гармоник, несущих основную долю мощности наведенного сигнала и не участвующих в процессе компенсации, при этом дифференциальный датчик измерения скорости изменения тока в тяговой сети, расположенный между влияющей подвеской и обратным проводом, подключен своим выходом ко входу блока отключения регулируемого источника тока в критических режимах, соединенного своим выходом со входом блокировки регулируемого источника тока, подключенного ко входу блока согласования системы компенсации с экранирующим проводом, включенного в рассечку на одном из концов последнего.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к области электрифицированных дорог и может быть использовано для уменьшения влияния электротяговой сети на смежные линии связи.

Известно устройство для снижения электромагнитных влияний на линии связи [1] (см. чертеж).

Оно содержит датчик 2, расположенный между влияющей подвеской и экранирующим проводом, подключенный своим выходом к входу n-звенного селектора тягового тока, узел обработки сигнала 3, канал обратной связи 10. При этом выход каждого избирательного фильтра n-звенного селектора влияющего тока 4 соединен с соответствующим информационным входом каждого из фазосдвигающих элементов n-звенного блока 5 первого блока фазосдвигающих элементов. К каждому из управляющих входов n-звенного первого блока фазосдвигающих элементов подключен соответствующий регулятор сдвига фазы первого n-звенного блока регуляторов сдвига фазы 6, а выход каждого из фазосдвигающих элементов блока 5 подключен к входу соответствующего масштабного усилителя первого n-звенного блока масштабных усилителей 7. Выходы всех масштабных усилителей блока 7 подключены к части входов смесителя 8, ко второй части входов которого подключены выходы всех масштабных усилителей второго n-звенного блока масштабных усилителей 15. Второй n-звенный блок фазосдвигающих элементов 13, второй n-звенный блок регуляторов сдвига фазы 14, второй n-звенный блок масштабных усилителей 15, а также датчик 11 гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода 15 и связи между ними идентичны блокам 5, 6, 7, 2 соответственно. Выход смесителя 8 связан с управляющим входом регулируемого источника тока 9, включенного в рассечку на одном из концов экранирующего провода 15, заземленного по концам и находящегося между контактной сетью 1 и подверженной влиянию линией 16.

Недостаток известного устройства-аналога заключается в том, что оно не обеспечивает необходимого уровня подавления помех в режимах больших тяговых нагрузок. Устройство-аналог построено по принципу компенсации (управлению по возмущению) и, компенсация достигается только по измеренным возмущениям. Согласно этому принципу, ошибку при работе устройства нельзя свести к нулю.

В качестве устройства-прототипа принято устройство [2], в котором из сигнала, пропорционального тяговому току контактной сети, выделяют ряд высших гармонических составляющих, оказывающих наибольшее псофометрическое воздействие, которые затем, после дальнейшей обработки, т.е. коррекции каждой в отдельности гармоники по фазе и амплитуде в блоке, преобразуют в сигнал компенсирующего воздействия в блоке, который усиливают усилителем мощности и подают в защитный провод. Мощность компенсирующего сигнала в экранирующем проводе определяют в зависимости от фактического уровня сигнала помехи, который выделяют и измеряют в блоке обработки помехи. С помощью блока обработки сигнала компенсации стабилизируют процесс компенсации электромагнитной помехи при различных сбоях в работе системы при осуществлении способа.

Известное устройство-прототип, как показали испытания, имеет недостатки, заключающиеся в следующем.

В известном устройстве-прототипе стабилизация его работы осуществляется при различном расположении нагрузок на фидерной зоне. Однако, как показали испытания, при работе устройства-прототипа в системе контактная сеть - экранирующий провод - объект влияния (смежные коммуникации связи) из-за переходных процессов могут возникать серьезные нарушения в его работе. В условиях переходных процессов, как известно, возникающих при включении фидера тяговой сети, включении выключателя на электровозе или при малой его нагрузке и отключении другого электровоза, а также при переходе электровоза на другую фидерную зону могут появляться субгармонические колебания, выражающиеся в резких бросках тока, величина которого может достигать 2-3-кратного увеличения по сравнению с нормальным рабочим. Особенность работы устройства-прототипа заключается в том, что нагрузкой системы компенсации является экранирующий провод, имеющий активно-реактивный импеданс, в котором присутствуют все гармоники, наведенные током контактной сети, в том числе и 1, 3, 5, не оказывающие заметного псофометрического воздействия на смежные линии. Эти гармоники не подлежат компенсации, однако несут основную долю мощности наведенного сигнала. В результате этих, а также выше изложенных условий токи основных гармоник могут повредить выходной усилитель устройства компенсации. Кроме того, в системе контактная сеть - экранирующий провод - объект влияния (смежные коммуникации связи) возникают резонансные явления из-за изменения параметров нагрузки, что также вызывает увеличение токов различных гармоник и при определенных условиях может вызвать неустойчивость в работе системы. Токи короткого замыкания также могут вывести систему компенсации из строя.

Задача, решаемая изобретением, - увеличение надежности в работе и повышение эффективности компенсации наведенной в смежной линии помехи. Это достигается введением в устройство-прототип дифференциального датчика измерения скорости изменения тока в тяговой сети с блоком отключения регулируемого источника тока в критических режимах и блока согласования системы компенсации с экранирующим проводом относительно тока основной (50 Гц) частоты и гармоник, несущих основную долю мощности наведенного сигнала и не участвующих в процессе компенсации ввиду чрезвычайной малости их коэффициента псофометрического воздействия.

Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что дополнительно включает дифференциальный датчик измерения скорости изменения тока в тяговой сети с блоком отключения регулируемого источника тока в критических режимах и блок согласования системы компенсации с экранирующим проводом относительно тока основной (50 Гц) частоты и гармоник, несущих основную долю мощности наведенного сигнала и не участвующих в процессе компенсации ввиду чрезвычайной малости их коэффициента псофометрического воздействия.

Заявляемое устройство содержит датчик 2 гармонических составляющих тягового тока, подключенный своим выходом к входу n-звенного селектора тягового тока, узел обработки сигнала 3, канал обратной связи 10, канал дополнительной отрицательной обратной связи 17 и дифференциальный датчик 21 измерения скорости изменения тока в тяговой сети, выход которого подключен к входу блока 22 отключения регулируемого источника тока в критических режимах, соединенного своим выходом со входом блокировки регулируемого источника тока 9. Оба датчика расположены между влияющей подвеской и обратным проводом. При этом каждый из выходов n-звенного селектора тягового тока 4 соединен с соответствующим информационным входом каждого из фазосдвигающих элементов блока 5 первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов. К каждому из управляющих входов первого n-звенного блока фазосдвигающих элементов подключен соответствующий регулятор сдвига фазы первого n-звенного блока регуляторов сдвига фазы 6 и соответствующий выход n-звенного блока измерения амплитуд гармонических составляющих помехи 20, а выход каждого из фазосдвигающих элементов n-звенного блока 5 подключен к информационному входу соответствующего масштабного усилителя первого n-звенного блока масштабных усилителей 7. К каждому из управляющих входов первого n-звенного блока масштабных усилителей 7 подключен соответствующий выход n-звенного блока 20 измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных. Выходы всех масштабных усилителей n-звенного блока 7 подключены к части входов смесителя 8, ко второй части входов которого подключены выходы всех масштабных усилителей второго n-звенного блока масштабных усилителей 15. Второй n-звенный блок фазосдвигающих элементов 13, второй n-звенный блок регуляторов сдвига фазы 14, второй n-звенный блок масштабных усилителей 15, а также датчик 11 гармонических составляющих компенсирующего тока экранирующего провода 15 и связи между ними идентичны блокам 5, 6, 7, 2 соответственно. Выход смесителя 8 связан с управляющим входом регулируемого источника тока 9, подключенного ко входу блока 23 согласования системы компенсации с защитным проводом, включенного в рассечку на одном из концов экранирующего провода 15, заземленного по концам и находящегося между контактной сетью 1 и подверженной влиянию линией 16. Датчик гармонических составляющих наведенной помехи 18 и n-звенный селектор помехи 19, а также связи между ними идентичны блокам 2, 4, 11, 12 соответственно. Блок 20 измерения амплитуд гармонических составляющих помехи и выявления их отклонений от заданных, в зависимости от фактического уровня амплитуд каждой гармонической составляющей сигнала помехи, вырабатывает сигнал управляющего воздействия для управления компенсирующим током посредством коррекции фазы и амплитуды в блоках 5 и 7 соответственно. Следовательно при такой структуре система компенсации помехи защищена от перегрузок, вызванных критическими режимами в тяговой сети с одной стороны и в экранирующем проводе с другой.

По сравнению с устройством-прототипом заявляемое устройство дополнительно содержит дифференциальный датчик измерения скорости изменения тока в тяговой сети 21 с блоком отключения регулируемого источника тока в критических режимах 22, и блок 23 согласования системы компенсации с экранирующим проводом относительно тока основной (50 Гц) частоты и гармоник, несущих основную долю мощности наведенного сигнала и не подлежащих компенсации.

Устройство работает следующим образом. Датчик гармонических составляющих тягового тока 2, расположенный между контактной сетью и экранирующим проводом, трансформирует и подает в блок 3 сигнал, соответствующий форме создающего электромагнитную помеху току контактной сети. Из сигнала, полученного таким образом, n-звенный селектор 4 выделяет высшие гармонические составляющие, оказывающие наибольшее псофометрическое воздействие на линию 18. Каждая выделенная гармоника корректируется по фазе и амплитуде в n-звенных блоках 5 и 7 соответственно. С помощью дополнительной обратной связи узла 17 по фактическому уровню помехи в смежной линии связи посредством введения цепочки, состоящей из блоков 14, 15 и 16, компенсируется отклонение уровня сигнала помехи от заданного, выражается в изменении уровня наведенной помехи, и, следовательно, с помощью обратной связи по цепочке, содержащей блоки 14, 15, 16, отслеживается системой компенсации. Система компенсации с помощью этой обратной связи стремится компенсировать такое отклонение. Увеличение в тяговой сети тока сверх обычного максимального рабочего, связанное с критическими режимами в тяговой сети, отслеживается дифференциальным датчиком измерения скорости изменения тока в тяговой сети 21. С датчика 21, если режим работы устройства оценивается как опасный, подается управляющий сигнал в блок отключения регулируемого источника тока 22, который в свою очередь блокирует работу регулируемого источника тока 9. Поскольку при опасных режимах увеличивается и наведенное напряжение в экранирующем проводе, то блокировка регулируемого источника тока также защищает его от "пробоя" и со стороны его выхода. В обычных рабочих режимах проблема согласования системы компенсации помехи с экранирующим проводом решается с помощью блока 23 согласования относительно тока основной (50 Гц) частоты и гармоник, несущих основную долю мощности наведенного сигнала и не участвующих в процессе компенсации. В качестве блока защиты может использоваться, например, фильтр, настроенный на гармонику, от которой необходимо защитить выход устройства. Количество однотипных фильтров равно количеству гармоник, от которых необходимо защитить устройство. В качестве дифференциального датчика измерения скорости изменения тока в тяговой сети может, например, использоваться датчик скорости нарастания тока, поскольку известно, что в режиме короткого замыкания скорость нарастания тока больше, чем в тяговом режиме.

Положительный эффект по сравнению с устройством-прототипом, заключается в увеличении надежности в работе и повышении эффективности компенсации наведенной в смежной линии помехи путем включения в устройство дифференциального датчика измерения скорости изменения тока в тяговой сети с блоком отключения регулируемого источника тока в критических режимах и блока согласования системы компенсации с экранирующим проводом относительно тока основной (50 Гц) частоты и гармоник, несущих основную долю мощности наведенного сигнала и не участвующих в процессе компенсации ввиду чрезвычайной малости их коэффициента псофометрического воздействия.

Источники информации

1. Патент РФ №2186694, Бюл. №22, 18.08.2002, М. Кл. В60М 3/00, H02J 3/01.

2. Патент РФ №2248281, Бюл. №8, 20.03.2005. В60М 3/00, Н02J 3/20.