Распределение токов и напряжений в проводах,

Рельсовых цепях, земле и в подземных сооружениях

На участках переменного тока.

По контактной сети от подстанции к электровозу протекает переменный ток, который создаёт синусоидально изменяющееся во времени электромагнитное поле. Во всех проводниках, уложенных вдоль контактной сети индуцируются электродвижущиеся силы, которые влияют на работу тех сетей, в которых они индуцируются.

Рельсовая цепь по отношению к переменному току обладает значительным индуктивным и активным сопротивлениями. Магнитная проницаемость рельсов, а следовательно, и их индуктивное и активное сопротивления зависят от тока, протекающего по ним. Эти сопротивления увеличиваются с ростом тока в рельсах

При переменном токе меняется характер протекания тока в земле: тяговый ток стекает с рельсов в непосредственной близости от электровоза и возвращается на рельсы в непосредственной близости от обратного фидера. Зоны выхода тягового тока с рельсов l_в и возврата на рельсы l_вх оказываются существенно меньшими расстояний между подстанциями и между подстанциями и нагрузками.

В точке выхода тока I_э он разделяется в земле на бесчисленное множество токов i₁,  i₂,  i₃…, протекающих в различных слоях земли на различной глубине от её поверхности.

Если рассматривать контур, образованный каждым таким током, протекающим по подвеске и земле, то площади петель, образованных каждым током, будут различными. Чем больше площадь петли тока, тем больше её индуктивное сопротивление. Следовательно, чем глубже по земле протекает ток, тем большее сопротивление он встречает и тем меньше его значение. Токи в земле не совпадают и по фазе друг с другом, так как сопротивления в их контурах различны. При частотах 50 Гц ток распространяется в земле на глубину в зависимости от характера грунта на несколько километров. С ростом частоты тока индуктивное сопротивление растёт и ток в земле вследствие поверхностного эффекта вытесняется ближе к поверхности земли.

Принимаем, что индуктивное сопротивление петли, составленной полным током I_э, протекающим на глубину lэ, будет равно результирующему индуктивному сопротивлению всех петель токов i₁,  i₂,  i₃… в реальной схеме протекания токов через землю. Внутри этой петли оказываются рельсы (проводник) и участок земли между ними и током I_э в земле. Этот участок земли (заштрихован) связан переходным сопротивлением с рельсами и образует вторичный электрически замкнутый контур, связанный рельсами с первичным. Так как этот контур рельсы – земля пронизывается частью электромагнитного поля, создаваемого первичным контуром контактная подвеска – земля, в нём индуцируется ЭДС. Под действием этой  ЭДС в контуре рельсы – земля протекает ток, называемый вихревым.

Параметры тяговых сетей переменного тока.