> Техника, страница 69 > Паразитные токи

Паразитные токи

Паразитные токи в электрич. устройствах, появляющиеся от внешних причин электрич. токи, не требующиеся, а иногда ивредные для эксплуатации.П.т. весьмамно-гочисленны и разнообразны по своему характеру. В электротехнике сильных и слабых токов наиболее часто приходится считаться с вредным влиянием: а) еихревых токов (смотрите), или токов Фуко, б) высших гармоник генераторов переменного тока, преобразователей и выпрямителей, в) токов электростатической и электромагнитной индукции электрич. цепей друг на друга, г) блуждающих токов (смотрите Токи блуокдпющие) электрич. установок, пользующихся землей в качестве обратного провода, д) земных токов при магнитных бурях (смотрите Токи теллурические). е) токов стекания электростатических зарядов, образующихся на изолированных от земли воздушных телефонных линиях. Ниже описываются: 1) вредное действие гармоник в установках сильного тока и помех, создаваемых электромагнитной и электростатич. индукцией линий высокого напряжения и сильного тока на линиях связи (смотрите), а также 2) меры борьбы с блуждающими токами на подземных трубопроводах и кабелях, с земными токами на телеграфных линиях и токами стекания электростатических зарядов на телефонных цепях.

Токи высших гармоник. Искажение формы кривой тока и напряжения в электромагнитных генераторах зависит от наличия гармоник различных частот и амплитуд, получающихся вследствие неправильности распределения индукционных линий магнитного потока в междужелезном пространстве машины, а также от способа размещения обмоток на статоре и роторе машины. Слишком сильное намагничивание железа в генераторах и в трансформаторах также является причиной появления гармоник. Наличие различных гармоник в кривых напряжения генераторов, то есть различные очертания кривой напряжения генераторов, создает уравнительные токи между генераторами при параллельной работе их, повышая тем потери энергии па нагревание машин. В трехфазных установках с нулевым проводом или с заземленными нейтралями наличие гармоник третьего порядка влечет за собой образование токов этих гармоник, к-рые, повышая нагрузку проводов, понижают кпд установки и увеличивают нагревание машин и трансформаторов. При заземленных нейтралях гармоники третьего порядка производят индукцию на соседние линии связи, мешая телеграфу, создавая шум в телефонных цепях. Попадая в резонанс с собственными колебаниями электрической сети, гармоники могут нарушать правильность работы линий передачи электрич. энергии, вызывать корону на проводах и тому подобное. Переменные составляющие напряжения и тока преобразователей и выпрямителей могут достигать значительной величины, особенно в однофазных установках. С повышением числа фаз повышается частота гармоник и значительно снижается амплитуда их. Однако в ртутных выпрямителях, даже при шести фазах, переменные составляющие получаются настолько значительные, что при питании выпрямителями линий электрич. тяги создаются сильные помехи соседним телефонным линиям, для снижения которых требуется гашение гармоник с помощью дроссельных катушек, включаемых последовательно в линию постоянного тока, и резонансных шунтов, настроенных на соответственные гармоники и включаемых между проводами линии за дроссельной катушкой.

Электростатическая и электромагнитная индукция сильных токов на слабые токи. Если линия передачи электрич. энергии высокого напряжения располагается на нек-ром протяжении параллельно телефонным проводам, то она действует изменениями своего магнитного и электрич. поля на эти цепи слабого тока. Колебания магнитного поля, пронизывающего замкнутую цепь (двухпроводную телефонную цепь или замкнутую через землю однопроводную телефонную цепь), производят в ней мешающие токи. Изменение силы электрич. поля линии электропередачи тоже создает токи в замкнутых телеграфных и телефонных цепях вследствие уравнения потенциалов, приобретаемых проводами в электрич. поле. Эти П. т., проходя через телефоны, включенные по концам цепи, вызывают в них шум, мешающий разговору, особенно если в кривой напряжения или тока линии электропередачи имеются гармоники с частотами, наиболее воспринимаемыми ухом.то есть 800—1 200пер/ск. Телеграфные аппараты подвергаются мешающему действию токов с частотой 0—150 пер/ск., если сила их достигает 5—10% от величины рабочего тока телеграфных аппаратов. Индуктированные на линиях связи мешающие токи м. б. снижены симметрированием проводов линии электропередачи по отношению к линии связи. Для этого необходимо произвести скрутку (транспозицию) проводов линии электропередачи и притом так, чтобы на участке сближения с линией связи расположилось полное число циклов транспозиции. Мешающее действие индукции на телефонных цепях м. б. снижено также учащением скрещивания цепей на участке сбли жения согласованно со скруткой линии электропередачи, то есть чтобы на каждый полный цикл скрутки линии электропередачи приходился уравновешенный участок телефонной цепи. Мешающее действие индукции на однопроводных телеграфных цепях наблюдается главн. обр. при сближениях с линиями электрич.же.л. дор. переменного тока и устраняется применением двухпроводной схемы телеграфирования (без земли).

Радикальной мерой защиты телефонных цепей от мешающего действия электрич. установок является каблирование их. Опыт показывает, что при прокладке кабеля даже рядом с полотном ж. д. мешающее действие (шумы в телефонных цепях) не превосходит нормы, допускаемой для телефонных цепей Международным консультативным комитетом по телефонии (5 mV эквивалентного напряжения, отнесенного к частоте 800 пер/ск.) При соседстве линий связи с линиями электропередачи приходится считаться не только с смещающими токами, циркулирующими в них, но та1сже и с напряжением цепи по отношению к земле, получающимся в проводах связи от электростатич. индукции линии электропередачи, которое при неблагоприятных обстоятельствах может достигать величины, опасной для установок связи и для обслуживающих их работников. Обычно опасные напряжения по отношению к земле возникают в проводах связи при авариях на линиях электропередачи, которьи· случаются редко и действие их кратковременно (измеряется секундами). Внутренняя станционная про и оборудование предприятий связи могут выдерживать безопасно для себя (с нек-рым запасом прочности) кратковременное напряжение в 300—400 V. Поэтому все предприятия связи защищаются от грозовых и опасных напряжений приспособлениями, выкночающими линию тотчас же, лишь только напряжение на линии превзойдет 300—400 V (амплитудных). Приспособление это состоит из выточенного между проводом и землей громоотвода, который пробивается“ при указанном напряжении, и плавкого предохранителя, включенного последовательно в провод между воздушной линией и громоотводом. При появлении на проводе напряжения свышн 300—400 V громоотвод замыкает через себя и плавкий предохранитель ток с провода на землю,причем предохранитель сгорает и тем самым изолирует станцию от провода. Хотя авария на линии электропередачи случается редко, все-таки такой способ защиты сопряжен каждый раз с перегоранием предохранителей, а следовательно с более или менее длительным перерывом в работе телефонных и телеграфных цепей. Кроме того на линии остается опасное напряжение, к-рое может попортить вводный кабель, если оно достигает 1 000 V. Поэтому в СССР принято защищать линии связи на участках сближения с лиииями высокого напряжения мощными громоотводами (разрядниками типа Чернышева), выдерживающими ту силу тока, которая может получиться на проводе при коротком замыкании на линии электропередачи. В этом случае плавкий предохранитель не ставится. Т. о. разрядники остаются постоянно вклю ченными в линию и нс дают повышаться напряжению более разрядного напряжения громоотвода (300 V амплитудных).

Действие громоотводов или разрядников поя влиянием индуктированного на проводах связи напряжения вызывает в телефонах сильные акустич. удары, способные попортить слух телефониста или вызвать от неожиданности сильное нервное потрясение, особенно при пользовании головными телефонами. Поэтому во всех тех случаях когда подсчеты показывают, что громоотводы или разрядникимогут перекрываться при индуктированном напряжении, необходимо защитить телефоны при коммутаторам от акустич. ударов специальными приспособлениями, не позволяющими напряжению на телефоне превосходить 1—2 V. В СССР применяются для этой цели электролитич. ограничители Велихина, представляющие собой поляризационный элемент с двумя тонкими и короткими платиновыми проволочками, погруженными в разбавленную серную или азотную к-ту. Но ни разрядники на линии ни ограничители на станции не являются полной гарантией того, что на линии не произойдет порчи кабелей, а на станции не случится акустич. удара. Поэтому было бы правильнее не допускать таких сближений, при которых могут возникнуть на проводах связи опасные напряжения, либо принимать меры на самой линии электропередачи, защищающие линии связи от опасных напряжений. В качестве такой меры, проверенной практически, является подвеска на линии электропередачи бронзовых заземленных тросов, снижающих электромагнитную индукцию на линии связи примерно на 50%.

Однофазные линии электрич. ж. д. высокого напряжения, пользующиеся рельсами в качестве обратного провода, создают особенно сильную индукцию на соседние линии связи как электрическим, так и магнитным полем. Кроме того при значительном падении напряжения в рельсах, ответвляющийся с них в землю ток часто создает помехи не только на линиях слабого тока, но даже на линиях сильного тока, в которых земля служит обратным проводом. Такие случаи т. н. гальванич. связи между линиями ж. д. переменного тока и расположенными на некотором расстоянии параллельно с ними на протяжении нескольких км рельсами пригородного трамвая постоянного тока наблюдались не раз в Германии, причем влияние получалось столь значительное, что вызывало вибрации генераторов постоянного тока на трамвайной станции. Наблюдались также и случаи гальванического воздействия ж. д. переменного тока на трехпроводные осветительные сети постоянного тока с заземленным нейтральным проводом, которое выражалось постоянным миганием ламп осветительной сети. Переменное магнитное поле рабочего провода однофазной электрич. ж. д. индуктирует в земле, как в массивном проводнике, токи Фуко, к-рые, складываясь с обратными токами, ответвляющимися с рельсов в землю, образуют т. н. блуждающие токи. Эти токи, проходя по земле, частью попадают в подземные металлич. трубопроводы и оболочки кабелей, достигая в них иногда значительной силы, и создают при рассоединении труб во время ремонта их напряжения, часто причиняющие сотрясение организма монтеров, работающих и опирающихся телом на сырую землю.

Блуждающие токи электрических ж. д. постоянного тока. Из П. т. наиболее вредными являются блуждающие токи городских электрич. трамваев постоянного тока, т. к. борьба сними особенно трудна, а вред, причиняемый ими, значительный. Дело в том, что в отношении прохождения тока почва ведет себя как электролит; поэтому там, где положительный ток выходит из металла в землю, происходит электролитическое разъедание металла, приблизительно пропорциональное плотности тока на поверхности металла. Блуждающие токи, ответвляясь с рельсов в землю, распространяются по ней, как по проводнику очень большого сечения, удельная проводимость которого однако мала по сравнению с проводимостью металлов. Поэтому в тех местах, где плотность блуждающих токов в земле значительна и где встречаются металлич. трубопроводы и металлич. оболочки кабелей, облегчающие возвращение тока на станцию, эти токи концентрируются в них прямо пропорционально проводимости металла, по сравнению с проводимостью грунта, достигая значительной силы. Т. к. в зависимости от состава и влажности грунта проводимость его сильно меняется, то в местах выхода тока из трубопровода или из оболочки кабеля легко может получиться значительная неравномерность плотности тока и следовательно сосредоточенное разъедание металла, вызывающее быструю порчу трубы или оболочки кабеля. При таких условиях тонкие свинцовые оболочки телефонных кабелей, прокладываемых в бетонных канализациях, если есть влага в них, очень легко могут подвергаться сосредоточенной порче блуждающими токами, и поэтому на защиту их следует обратить особое внимание.

Первопричиной блуждающих токов является рельсовая трамвайная сеть, от состояния которой зависит сила ответвляющегося тока с рельсов в землю. Чем лучше проводят ток рельсы, чем меньше сопротивление рельсовых стыков (сваренные стыки) и чем меньше падение напряжения в рельсах, тем меньше сила блуждающих токов при одинаковых прочих условиях (например способ укладки рельсов, нагрузки сети, состояние грунта и тому подобное.). Поэтому во всех правилах защиты трубопроводов и кабелей от блуждающих токов, принятых в разных государствах, прежде всего ставятся условия электрич. состоянию рельсовой сети и падению напряжения в рельсах. Особое внимание уделяют состоянию рельсовых стыков, так гак каждая пара поврежденных стыков между двумя соседними междурельсовыми поперечными соединениями прекращает путь тока по рельсам, и весь он идет через землю и подземные металлич. сооружения, вызывая электролитич. коррозию их там, где прежде не было ее. Однако при совершенно одинаковой проводимости рельсового пути и совершенно одинаковой нагрузке его сила блуждающих токов может оказаться весьма различной в за-

висимости от величины переходного сопротивления току с рельсов в землю, которое даже при одинаковом способе укладки рельсов может разниться раз в 20. Это обстоятельство показывает, что сила блуждающих токов в трубопроводах и кабелях даже при исправной рельсовой сети может оказаться опасной для них. Поэтому поддерживая в исправном состоянии рельсовую сеть, необходимо принимать меры для снижения опасности от блуждающих токов и на самих кабелях и трубопроводах. Трубопроводы и кабели необходимо удалять от рельсов, выбирая для них сухие места. Телефонная канализация должен быть сухой и свободной от завалов. Полезно снижать продольную проводимость трубопроводов применением изолирующих стыковых соединений, где этому не препятствует сырость грунта. В нек-рых случаях полезно и на телефонных кабелях ограничивать ток в оболочках перерывом металлич. пути с помощью специальных изолирующих муфт при условии, чтобы это не нарушало электрич. свойств кабеля н защиты его от индукции сильных токов. В опасных местах, где ток выходит из оболочки кабеля в землю, если никакими другими мерами нельзя защитить кабель от порчи, м. б. применен электрический дренаж, то есть отвод тока из оболочки кабеля изолированным проводом к отсасывающему кабелю рельсовой сети, при условии однако, что эта мера не вызовет порчи других кабелей и трубопроводов.

Токи магнитных бурь. Телеграфные линии большого протяжения, пользующиеся землей в качестве обратного провода, очень часто подвергаются действию значительных токов в этих проводах, создаваемых разностью потенциалов между заземлениями под влиянием земных токов. Эти явления в телеграфных проводах называются магнитными бурями (смотрите Земной магнетизм). Возникающие при этом токи не остаются постоянными, а непрерывно меняют силу и направление, однако изменения эти происходят медленно, обыкновенно значительно медленнее телеграфных посылок тока. Накладываясь на телеграфные сигналы, токи магнитной бури способны совершенно нарушить телеграфную связь. Иногда сила земных токов в проводах достигает такой величины, что пережигает плавкие предохранители в телеграфных аппаратах, вызывает значительное нагревание обмоток катушек электромагнита, вызывает свечение громоотводов. Наиболее радикальной мерой защиты от мешающего действия токов магнитных возмущений является изолирование телеграфной цепи от земли, то есть телеграфирование по двухпроводной линии. В тех случаях, когда скомпенсирована на однопроводных цепях индукция соседних проводов, можно преградить доступ земных токов в телеграфный приемный аппарат при помощи конденсатора, подобранного по эмпирическ. свойствам провода и приемного аппарата. Двухпроводные телеграфные и телефонные цепи не подвергаются мешающему действию магнитных бурь до тех пор, пока разность потенциалов по отношению к земле по концам двухпроводной цепи не достигнет разрядного напряжения безвоздушного громо отвода. Тогда всякая связь нарушается. Радиоприем тоже испытывает помехи от магнитных бурь, значительно снижая силу приема, а иногда и совершенно замолкая.

Токи электростатических зарядов воздушных телефонных линий. Двухпроводные телефонные цепи, изолированные от земли, очень часто подвергаются помехам от действия электро-статич. зарядов, появляющихся на этих проводах во время сухой морозной снея-оной метели или сухой горячей мелкой пыли. Потенциал проводов при хорошей изоляции их быстро достигает при этом разрядного напряжения громоотводов и последние в зависимости от характеристики их или светятся непрерывно или вспыхивают периодически. Получающееся при этом замыкание линии через громоотвод на землю вызывает шум, гул и треск в телефоне, мешая работе его. Те телефонные цепи, которые имеют в своей схеме систематич. заземление, этим помехам не подвергаются, т. к. электро-статич. заряд свободно стекает в землю через это заземление. Удалить электростатич. заряд с телефонной изолированной цепи можно, заземляя среднюю точку обмотки линейного трансформатора на одном из концов того участка цепи, на к-ром наблюдается свечение громоотводов.

Лит.: Юрьев М. К)., Влияние высоковольтных линий на линии связи, Москва, 1929; Угримов Б. И., Техника высоких напряжений, вып. 7, М.—Л. 1929; Китаев Е. В., Защита сооружений связи от индуктивного влияния электропередач, Москва, 1928; Comite consultant international des communications t616phoni(]ues ίι grande distance, Paris; Electrolysis in Concrete, Technological Papers oi the Bureau of Standards, Wsh., 1913, IS. П. Аабунин.