Электромагнитная совместимость и средства защиты

В. П. Закарюкин, М. Л. Дмитриева, 
А. В. Крюков 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ 
И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ 

Под общей редакцией В. П. Закарюкина 

Учебное пособие 

Москва 
Берлин 
2020 

УДК 621.316.174:629.4(075) 
ББК 32.889.01я7+39.217я7 
  З18 

Рецензенты:

Дунаев М. П. – профессор Иркутского государственного 
технического университета, д-р. техн. наук; 
Сенько В. В. – доцент кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» 
Самарского государственного технического университета, канд. техн. наук 

       Закарюкин, В. П.
З18   Электромагнитная совместимость и средства защиты : учебное пособие. /

 В. П. Закарюкин, М. Л. Дмитриева, А. В. Крюков, под ред. В. П. Закарюкина.     
 – Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2020. – 247 с. 

 ISBN 978-5-4499-1579-5 

       Пособие содержит основные сведения по электромагнитной совместимости 
различных электротехнических устройств, включая вопросы опасных и мешающих 
влияний электрифицированных железных дорог на смежные линии. Описаны 
нормативы и методы расчета наводимых напряжений, а также способы защиты от 
опасных и мешающих влияний. 
       Пособие 
предназначено 
для 
студентов 
дневного 
и 
заочного 
обучения 
специальностей «Электроснабжение железных дорог», «Автоматика и телемеханика на 
железнодорожном 
транспорте», 
«Телекоммуникационные 
системы 
и 
сети 
на 
железнодорожном транспорте», «Радиотехнические системы на железнодорожном 
транспорте» при изучении дисциплины «Электромагнитная совместимость и средства 
защиты». Пособие может быть рекомендовано для специалистов, занимающихся 
эксплуатацией устройств электроснабжения, сигнализации, связи и телемеханики на 
железных дорогах. 
       Книга может быть полезной для научных и инженерно-технических работников, 
занимающихся вопросами проектирования и эксплуатации систем электроснабжения, а 
также для аспирантов и студентов электроэнергетических специальностей. 
  Ил. 108. Табл. 16. Библиогр. 35 назв. 
Текст приводится в авторской редакции. 

УДК 621.316.174:629.4(075)
ББК 32.889.01я7+39.217я7 

ISBN 978-5-4499-1579-5 
© Закарюкин В. П., Дмитриева М. Л., Крюков А. В., текст, 2020
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2020

СОДЕРЖАНИЕ 

ОБЩИЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ............................................................................7 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ..................................................................................................9 
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................ 10 
ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ........... 14 
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
СОВМЕСТИМОСТИ .......................................................................................................... 14 
1.1. Термины и определения .............................................................................................. 14 
1.2. Электромагнитное поле в проблеме электромагнитной совместимости .................. 15 
1.3. Последствия влияний электромагнитных полей ........................................................ 19 
1.4. Характеристики помех ................................................................................................ 21 
Резюме ................................................................................................................................ 23 
Контрольные вопросы ........................................................................................................ 24 
2. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЛИЯНИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПОМЕХ ............................................................................................................................... 25 
2.1. Классификация источников электромагнитных влияний .......................................... 25 
2.2. Источники узкополосных помех ................................................................................. 26 
2.3. Источники техногенных широкополосных помех ..................................................... 27 
2.4. Статическое электричество ......................................................................................... 28 
2.5. Коммутационные помехи ............................................................................................ 29 
2.6. Разряд молнии как источник помех ............................................................................ 30 
2.7. Электромагнитный импульс ядерного взрыва ........................................................... 32 
2.8. Классы электромагнитной обстановки ....................................................................... 32 
Резюме ................................................................................................................................ 35 
Контрольные вопросы ........................................................................................................ 35 
3. МЕХАНИЗМЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОМЕХ ......................................................... 37
3.1. Гальваническая связь между электрическими цепями .............................................. 37 
3.2. Емкостная связь ........................................................................................................... 40 
3.3. Индуктивная связь ....................................................................................................... 41 
3.4. Электромагнитное излучение...................................................................................... 42 
Резюме ................................................................................................................................ 43 
Контрольные вопросы ........................................................................................................ 43 
4. МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПОМЕХ .............................. 44
4.1. Методы испытаний источников помех ....................................................................... 44 
4.2. Контроль электромагнитных помех ............................................................................ 45 
Резюме ................................................................................................................................ 47 
Контрольные вопросы ........................................................................................................ 48 
5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ .............................. 49
5.1. Общие методы распознавания вида влияния.............................................................. 49 
5.2. Защита от помех с помощью фильтров ...................................................................... 49 
5.3. Ограничители напряжений .......................................................................................... 51 
5.4. Электромагнитное экранирование .............................................................................. 53 
5.5. Электромагнитная совместимость и качество электроэнергии ................................. 56 
5.6. Стандартизация в области электромагнитной совместимости .................................. 59 
Резюме ................................................................................................................................ 63 
Контрольные вопросы ........................................................................................................ 63 
ЧАСТЬ II. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЛИЯНИЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНОЙ 
ДОРОГИ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ................................................................................... 66 

ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ........................................................................................................ 66 
6.1. Механизмы влияния тяговой сети на смежные линии ............................................... 66 
6.2. Влияющие линии и линии, подверженные влиянию ................................................. 69 
6.3. Особенности тяговой сети и принятые допущения.................................................... 70 
6.4. Простейшая линия и ее параметры ............................................................................. 71 
6.5. Модель однопроводной линии при сближении с контактной сетью ......................... 75 
Резюме ................................................................................................................................ 77 
Контрольные вопросы ........................................................................................................ 77 
7. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ КОНТАКТНОЙ СЕТИ НА СМЕЖНЫЕ ЛИНИИ .... 78
7.1. Электрическое влияние при разных режимах заземления смежной линии .............. 78 
7.2. Определение наводимых напряжений при электрическом влиянии ......................... 79 
Резюме ................................................................................................................................ 83 
Контрольные вопросы ........................................................................................................ 83 
8. МАГНИТНОЕ ВЛИЯНИЕ КОНТАКТНОЙ СЕТИ НА СМЕЖНЫЕ ЛИНИИ ............ 84
8.1. Магнитное влияние при разных режимах заземления смежной линии ..................... 84 
8.2. Взаимная индуктивность между контактной сетью и смежным проводом .............. 86 
8.3. Механизм экранирования протяженными проводами ............................................... 88 
8.4. Экранирующее действие рельсов................................................................................ 90 
8.5. Экранирующее действие оболочки кабеля ................................................................. 91 
Резюме ................................................................................................................................ 93 
Контрольные вопросы ........................................................................................................ 93 
9. ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ .................................................... 94
9.1. Особенности гальванического влияния ...................................................................... 94 
9.2. Качественная картина влияния блуждающих токов на подземные сооружения ...... 95 
9.3. Гальваническое влияние на опоры контактной сети .................................................. 97 
9.4. Мероприятия по защите подземных сооружений от блуждающих токов ................. 99 
9.5. Суммирование напряжений разных видов влияния ................................................. 101 
Резюме .............................................................................................................................. 103 
Контрольные вопросы ...................................................................................................... 103 
10. РАСЧЕТЫ ВЛИЯЮЩИХ ТОКОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПРИ КОРОТКОМ
ЗАМЫКАНИИ И ВЫНУЖДЕННОМ РЕЖИМЕ ............................................................ 104 
10.1. Общие положения .................................................................................................... 104 
10.2. Расчет влияющего тока при коротком замыкании в тяговой сети......................... 105 
10.3. Расчет влияющего тока при вынужденном режиме ............................................... 106 
Резюме .............................................................................................................................. 108 
Контрольные вопросы ...................................................................................................... 109 
11. ВЛИЯНИЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОЙ
ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ НА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ .......................................... 110 
11.1. Общие проблемы влияния на смежные ЛЭП ......................................................... 110 
11.2. Влияние контактной сети на однофазные линии электропередачи ....................... 111 
11.3. Влияние контактной сети на трехфазные линии автоблокировки 
и продольного электроснабжения напряжением 6-10 кВ ............................................... 112 
11.4. Особенности влияния тяговой сети переменного тока 2×25 кВ ............................ 116 
11.5. Влияние контактной сети на линии ПР и ДПР ....................................................... 118 
11.6. Резонансные эффекты в отключенных линиях продольного электроснабжения . 121 
11.7. Качество электроэнергии потребителей систем продольного 
электроснабжения ДПР .................................................................................................... 127 
Резюме .............................................................................................................................. 129 
Контрольные вопросы ...................................................................................................... 129 
12. ВЛИЯНИЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ НА РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ ........................................... 131

6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЛИЯНИЙ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОЙ

12.1. Рельсовые цепи на электрифицированной железной дороге ................................. 131 
12.2. Влияние тягового тока на работу рельсовых цепей ............................................... 132 
13. НОРМЫ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ................................................ 136
13.1. О нормировании наведенных напряжений и токов ................................................ 136 
13.2. Нормы допустимых опасных влияний .................................................................... 136 
13.3. Нормы допустимых мешающих влияний ............................................................... 138 
Резюме .............................................................................................................................. 139 
Контрольные вопросы ...................................................................................................... 140 
14. МЕШАЮЩИЕ ВЛИЯНИЯ НА СМЕЖНЫЕ ЛИНИИ .............................................. 141
14.1. Основные положения и допущения для расчета мешающих влияний .................. 141 
14.2. Разложение периодических токов и напряжений в ряд Фурье .............................. 142 
14.3. Расчет магнитного мешающего влияния ................................................................ 144 
14.4. Определение влияющих токов тяговой сети переменного тока ............................ 146 
14.5. Спектральный состав тока выпрямительного электровоза .................................... 147 
14.6. Определение влияющих токов тяговой сети постоянного тока............................. 149 
14.7. Спектральный состав напряжения на входе сглаживающих фильтров 
тяговых подстанций постоянного тока ............................................................................ 149 
Резюме .............................................................................................................................. 153 
Контрольные вопросы ...................................................................................................... 153 
15. СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЙ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОЙ
ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ НА СМЕЖНЫЕ ЛИНИИ ........................................................... 154 
15.1. Относ смежных линий связи от электрифицированной железной дороги и 
применение кабельных линий.......................................................................................... 154 
15.2. Применение отсасывающих трансформаторов ...................................................... 155 
15.3. Применение демпфирующих контуров .................................................................. 158 
15.4. Сглаживающие фильтры тяговых подстанций постоянного тока ......................... 158 
15.5. Защита от влияния грозовых разрядов.................................................................... 161 
15.6. Низковольтные разрядники для цепей связи .......................................................... 161 
15.7. Защита от кратковременного индуктивного влияния контактной сети ................ 163 
15.8. Защита кабельных линий от опасного влияния электрифицированной 
 железной дороги редукционными трансформаторами .................................................. 164 
15.9. Применение разделительных трансформаторов..................................................... 165 
Резюме .............................................................................................................................. 166 
Контрольные вопросы ...................................................................................................... 166 
Часть III. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ ......................... 168 
16.1. Семинар 1. Понятия и законы, определяющие электромагнитную 
совместимость .................................................................................................................. 168 
16.2. Семинар 2. Электрическое поле провода над землей............................................. 170 
16.3. Семинар 3. Электрическое поле трехфазной линии ............................................... 172 
16.4. Семинар 4. Магнитное поле и его  напряженность ................................................ 176 
16.5. Семинар 5. Магнитное поле трехфазной линии электропередачи ........................ 177 
16.6. Семинар 6. Конденсатор, взаимные емкости проводов ......................................... 179 
16.7. Семинар 7. Основные принципы расчетов наведенных напряжений 
программным комплексом Fazonord................................................................................ 184 
16.8. Семинар 8. Характеристика курсового проекта ..................................................... 187 
16.9. Семинар 9. Электрическое влияние на смежные линии ........................................ 192 
16.10. Семинар 10. Расчеты наведенных напряжений электрического влияния 
программным комплексом Fazonord................................................................................ 194 
16.11. Семинар 11. Контура, индуктивности и взаимные индуктивности ..................... 196 
16.12. Семинар 12. Экранирующее действие протяженных проводников ..................... 199 

16.13. Семинар 13. Магнитное влияние на смежные линии ........................................... 205 
16.14. Семинар 14. Расчеты токов контактной сети и суммирование  
напряжений разных видов влияния ................................................................................. 208 
16.15. Семинар 15. Расчеты влияющих токов и наведенных напряжений 
 магнитного влияния программным комплексом Fazonord ............................................ 216 
16.16. Семинар 16. Влияние тяговой сети переменного тока на смежные ЛЭП............ 218 
16.17. Семинар 17. Гальваническое влияние тяговой сети на смежные устройства ..... 225 
16.18. Семинар 18. Гармонический состав тока контактной сети. Разложение 
периодических токов и напряжений в ряд Фурье ........................................................... 228 
16.19. Семинар 19. Вторичные параметры длинных линий ........................................... 230 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................ 235 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................................................. 239 
Основная литература ........................................................................................................ 239 
Дополнительная литература............................................................................................. 239 
Программное обеспечение и ресурсы Интернет ............................................................. 240 
Приложение А .................................................................................................................. 241 
Краткий обзор основных электротехнических величин и законов, важных 
для понимания проблем ЭМС .......................................................................................... 241 
 

ОБЩИЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

Межгосударственный стандарт ГОСТ 30372-95 «Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения» регламентирует использование терминологии в области электромагнитной совместимости. Далее приведены наиболее употребительные термины из этого 
стандарта. 
Электромагнитная совместимость (ЭМС) технических средств – 
способность технического средства функционировать с необходимым качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам. 
Электромагнитная обстановка – совокупность электромагнитных 
явлений, процессов в заданной области пространства, частотном и временном диапазонах. 
Электромагнитная помеха – электромагнитное явление или процесс, 
которые снижают или могут понизить качество функционирования технического средства. 
Атмосферная помеха – естественная помеха, источником которой 
являются электрические разряды в атмосфере. 
Коммутационная помеха – индустриальная помеха, возникающая 
при процессах коммутации тока и напряжения. 
Кондуктивная помеха – электромагнитная помеха, распространяющаяся по проводникам. 
Норма на помеху – регламентированный максимальный уровень помехи. 
Помехозащищенность – способность ослаблять действие электромагнитной помехи за счет дополнительных средств защиты, не относящихся к принципу действия или построения технического средства. 
Устойчивость к электромагнитной помехе, помехоустойчивость – 
способность технического средства сохранять заданное качество функционирования при воздействии на него внешних помех с регламентируемыми 
значениями параметров в отсутствие дополнительных средств защиты, не 
относящихся к принципу действия или построения технического средства. 
Электромагнитное излучение – явление, при котором энергия излучается источником в пространство в виде электромагнитных волн. 
Электромагнитная кондукция – процесс, при котором помеха распространяется от источника кондуктивным путем в проводящей среде. 
В практике эксплуатации электрифицированных железных дорог используется термин «гальваническое влияние». 
Электромагнитный импульс – изменение уровня электромагнитной 
помехи в течение времени, соизмеримого с диапазоном завершения переходного процесса в техническом средстве, на которое это изменение воздействует. В частности, под таким импульсом понимается воздействие 
электромагнитного излучения ядерного взрыва. 

Электростатическая помеха – естественная помеха, обусловленная 
электризацией и проявляющаяся вследствие импульсных токов, вызванных 
стеканием накопленных электрических зарядов и (или) электростатическими разрядами. 
Экран электромагнитный – элемент конструкции устройства, обеспечивающий поглощение, преобразование или отражение электрических и 
(или) магнитных полей и волн. 
Электростатический разряд – импульсный перенос электрического 
заряда между телами с разными электростатическими потенциалами. 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

АКГ – активный кондиционер гармоник 
АЛСН – автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного 
действия  
АМ – амплитудная модуляция 
ДПР – два провода – рельс 
ИТТ – измерительный трансформатор тока 
КЗ – короткое замыкание 
КЛЛ – компактные люминесцентные лампы 
КС – контактная сеть 
ЛЭП – линия электропередачи 
МПЗ – межподстанционная зона 
МЭК – международная электротехническая комиссия 
НН – низкое напряжение 
ОТ – отсасывающий трансформатор 
ПК – программный комплекс 
ПП – питающий провод 
ПР – провод-рельс 
РС – рельсовая сеть 
СанПиН – санитарные правила и нормы 
СВЧ – сверхвысокая частота 
СЛ – смежная линия 
ТС – тяговая сеть 
ТП – тяговая подстанция 
ЧМ – частотная модуляция 
ЭМП – электромагнитное поле 

ВВЕДЕНИЕ 

Под электромагнитной совместимостью понимают нормальное функционирование передатчиков и приемников электромагнитной энергии в 
условиях их взаимного влияния. Первоначально это понятие использовалось в радиосвязи для согласования частот и мощностей радиопередатчиков. С появлением электронных устройств резко возросло число приборов, 
излучающих помехи и реагирующих на них. Это привело к расширению 
понятий «передатчик» и «приемник». Возникла необходимость нормирования уровней помех и помехоустойчивости.  
К передатчикам электромагнитной энергии наряду с телевизионными 
и радиовещательными устройствами относятся также электрические цепи, 
которые излучают в окружающую среду электромагнитную энергию, 
например, автомобильные устройства зажигания, люминесцентные лампы, 
коллекторные двигатели, силовая электроника, контакты выключателей и 
другие. Приемниками электромагнитной энергии, помимо радио- и телевизионных приемников, являются системы автоматизации, автомобильная 
электроника, измерительные, управляющие приборы и регуляторы, 
устройства обработки информации, сердечные стимуляторы, живые организмы и т. д. 
Серьезным источником электромагнитных влияний является тяговая 
сеть электрифицированной железной дороги. Тяговая сеть одного из путей 
влияет на контактные подвески соседних путей, смежные ЛЭП, линии связи, а также на любые протяженные проводящие объекты, расположенные 
вдоль трассы железной дороги. Стекающие с рельсов в землю токи могут 
приводить к электрокоррозионному разрушению подземных сооружений и 
опор при электрификации на постоянном токе. 
Значительными напряжениями и большими токами характеризуются 
высоковольтные линии электропередачи общего назначения. Технологические ЛЭП железнодорожного транспорта, к которым относятся линии автоблокировки и продольного электроснабжения, функционируют при 
напряжениях 6 …25 кВ. Создаваемые этими объектами электромагнитные 
поля наводят напряжения и токи в обесточенной контактной сети, в цепях 
автоматики, телемеханики и связи, которые могут быть опасными для людей или аппаратуры. За счет воздействия ЭМП может нарушаться нормальная работа различных электротехнических устройств. 
В пособии представлены основные понятия и определения, формулы 
для расчета опасных и мешающих напряжений, а также рассмотрены мероприятия по их снижению. Все вопросы, рассмотренные в пособии, базируются на основных положениях электротехники, краткий обзор которых 
приведен в приложении. 
Пособие разделено на три части. Первая часть посвящена общим вопросам электромагнитной совместимости. Во второй части содержатся ос