Расчет опасных магнитных влияний
Одним из основных факторов, определяющих степень влияния ЛВН на линии связи, является характер сближения. Под сближением понимается взаимное расположение линии связи и ЛВН, при котором в линии связи могут возникать опасные и мешающие напряжения и токи.
Сближение может быть параллельным, косым и сложным (рис. 7.1). Участок сближения считается параллельным, если кратчайшее расстояние между линиями (ширина сближения)а изменяется по длине сближения не более чем на 10% от среднего значения. Если это условие не выполняется, то участок сближения называется косым.
Рисунок 7.1 − Схема сближения линии СИИ с ЛВН
При расчете косое сближение заменяется ступенчатым параллельным, вы6ирая длину параллельных эквивалентных участков так, чтобы отношение максимального значения ширины сближения к минимальному на концах участка было а3/а2 ≤ 3; а4 /а3 ≤З (см. рис. 7.1). При этом условии эквивалентная ширина сближения аэкв определяется соотношением
аэкв =√аi аi+1 .
Опасное магнитное влияние может возникнуть при обрыве и заземлении фазового провода ЛЭП или контактного провода эл.ж.д. Большая величина тока короткого замыкания создает интенсивное магнитное поле. В результате в жилах кабеля индуцируется ЭДС, которая может превышать допустимые значения. Эта ЭДС называется продольной, так как индуцированное электрическое поле направлено вдоль провода связи.
|
|
|
Продольная ЭДС − это разность потенциалов между началом и концом провода связи на длине гальванически неразделенного участка. Гальванически неразделенным участком считается участок линии связи, не содержащий усилителей, трансформаторов, фильтров. В ГТС низкочастотные абонентские и соединительные линии являются гальванически неразделенными. Для протяженных межстанционных соединительных линий, на которых используются системы передачи, за длину гальванически неразделенного участка принимается длина усилительного (регенерационного) участка.
Абсолютное значение продольной ЭДС (В), наведенной в проводе связи от магнитного влияния ЛВН, на сложном участке сближения (см. рис. 7.1) рассчитывается на частоте 50 Гц по формуле
где n − число участков сближения; I1 − влияющий ток. А; m12 − коэффициент взаимной индукции между однопроводными цепями ЛВН и линии связи на i-том участке сближения. Гн/км; li − длина i-того участка сближения, км; Si − результирующий коэффициент экранирования между ЛВН и линией связи на i-том участке сближения.
За величину влияющего тока I1 при коротком замыкании фазового провода ЛЭП принимается ток короткого замыкания, который определяется организацией, проектирующей ЛЭП. Обычно величина тока короткого замыкания задается в виде графиков, по которым можно определить величину тока при коротком замыкании в любой точке линии электропередачи. При работе ЛЭП в неполнофазном режиме влияющий ток равен фазовому току. Аналогично определяется влияющий ток и при влиянии эл. ж. д. переменного тока в аварийном режиме.
|
|
|
При вынужденном режиме работы эл. ж. д., когда питание электровозов осуществляется от одной тяговой подстанции, за величину влияющего тока принимается эквивалентный влияющий ток Iэкв. Эквивалентный влияющий ток − это ток частотой 50 Гц, одинаковый по величине на всем участке сближения и оказывающий на цепи связи такое же магнитное влияние, как при реальном распределении тока.
Коэффициент взаимной индукции точно определить теоретически достаточно сложно, так как он зависит от проводимости земли на участке сближения, а проводимость земли из-за неоднородности структуры строения меняется в широких пределах. На практике коэффициент взаимной индукции в зависимости от ширины сближения и проводимости земли определяется по номограммам. Коэффициент взаимной индукции (Гн/км) можно определить и по приближенной формуле, которая справедлива в диапазоне тональных частот:
|
|
|
где а − ширина сближения, м; f − частота влияющего тока, Гц; σ3 − проводимость земли, См/м.
Результирующий коэффициент экранирования (на низких частотах его называют коэффициентом защитного действия − КЗД) учитывает уменьшение наведенной ЭДС за счет защитного действия металлических экранов, размещенных между ЛВН и линией связи. В общем виде коэффициент защитного действия
где Sоб SТР, Sр , Sм - коэффициенты защитного действия соответственно оболочки кабеля связи, заземленных тросов, подвешенных на опорах ЛЭП, рельсов железнодорожных путей, проложенных рядом с кабелем связи, металлических сооружений (соседних кабелей связи, трубопроводов, газопроводов и т. д.).
В городах и крупных населенных пунктах надземные и подземные металлические сооружения снижают влияние ЛВН на линии ГТС. При расчете влияния ЛВН на линии связи необходимо учитывать уменьшение влияния путем введения так называемого «уличного» коэффициента защитного действия, величина которого в зависимости от населения городов изменяется от 0,08 до 0,4 (чем больше население города, тем меньше КЗД, т. е. тем лучше экранирующее действие).
|
|
|
Отметим, что при эксплуатации линейных сооружений связи необходимо знать не величину продольной ЭДС, а величину напряжения провода связи относительно земли, зависящего от этой ЭДС, так как обслуживающий персонал, работая на линии связи, может попасть именно под это напряжение. Величина напряжения провода относительно земли зависит от состояния линии. На рисунке 7.2. показан характер продольного изменения напряжения проводов линии связи относительно земли при изолированных и заземленных концах проводов.
Рисунок 7.2 − Изменение относительно земли напряжения провода связи: а − изолированного: б − заземленного по обоим концам; в − заземленного с одного конца
Наибольшее напряжение провода относительно земли возникает на изолированном конце линии связи при заземлении противоположного конца. Поэтому расчет опасного магнитного влияния проводится именно для этого случая, так как при этом действует полная индуцированная ЭДС.
Расчет мешающих влиянии
Мешающие влияния ЛЭП и эл. ж. д. на линии связи обусловлены наличием в кривых напряжений и токов гармонических составляющих, что свидетельствует о несинусоидальности этих кривых. Особенно велико содержание гармоник напряжений и токов в контактных сетях эл. ж. д.
Если линии ГТС попадают в зону влияния ЛЭП или эл. ж. д., то гармонические составляющие напряжений и токов линий высокого напряжения будут индуцировать в линиях связи мешающие напряжения и токи. Наибольшее мешающее влияние линии электропередачи и железные дороги переменного тока оказывают на каналы тональной частоты, так как гармоники влияющих токов и напряжений на тональных частотах имеют наибольшие амплитуды.
Известно, что ухо человека токи одинаковой амплитуды, но разной частоты воспринимает с разной чувствительностью. Наибольшую чувствительность система ухо человека − телефон имеет к токам частотой 800...1200 Гц. Величина акустического воздействия тока частотой 800 Гц принята за единицу. Для характеристики акустического воздействия на других частотах введен коэффициент акустического воздействия Р, равный отношению акустического воздействия тока в телефоне с частотой f к акустическому воздействию тока такой же величины частотой 800 Гц. На частотах ниже 800 Гц и выше 1200 Гц, коэффициент Р меньше единицы. Расчет мешающего влияния ЛВН на линии связи принято выполнять на частоте 800 Гц.
Для учета мешающего воздействия отдельных гармоник напряжений и токов в канале тональной частоты пользуются псофометрическим напряжением (током).
Псофометрическое напряжение (от греческого слова «псофос» − шум), или просто напряжение шума, − это такое напряжение с частотой 800 Гц, которое оказывает на телефонную передачу такое же мешающее воздействие, как и индуцированные напряжения с различными частотами. Результирующие псофометрические значения напряжения и тока определяют, используя закон квадратичного суммирования
где Ui, Ii − соответственно действующие значения индуцированного напряжения и тока на частоте i-ой гармоники; Рi − коэффициент акустического воздействия на частоте i-ой гармоники.
Метод расчета шумов по гармоническим составляющим требует знания индуцированных напряжений и токов каждой гармоники для конкретных ЛВН, что на практике вызывает затруднение. Поэтому для количественной оценки мешающего влияния ЛВН можно определить эквивалентные значения напряжения или тока во влияющей линии частотой 800 Гц:
где U1, I1 − действующие значения соответственно напряжения и тока влияющей ЛВН; FU, Fl, − телефонный формфактор напряжения и тока соответственно; kП − поправочный коэффициент, учитывающий состав гармоник и условия сближения линии связи и ЛВН.
Телефонный формфактор − это отношение псофометрического значения напряжения (тока) к его действующему значению:
Псофометрические значения токов и напряжений в ЛВН можно определить путем измерения с помощью измерительного прибора (псофометра), включенного во влияющую линию по соответствующей схеме.
Интенсивность мешающих влияний зависит от величины асимметрии проводов цепи связи. При влиянии ЛВН различают поперечную и продольную асимметрии. Поперечная асимметрия обусловлена различием расстояний от проводов цепи связи до ЛВН. Продольная асимметрия обусловлена неравенством параметров проводов цепи связи относительно земли, вызываемым неизбежными конструктивными неоднородностями.
Результирующее напряжение шума в двухпроводной телефонной цепи, индуцируемое линией высокого напряжения, равно
где U1M, U2M − напряжение, обусловленное соответственно продольной и поперечной асимметрией при магнитном влиянии; U1Э, U2Э − то же, при электрическом влиянии.
При влиянии ЛВН на кабельные линии ГТС электрическим влиянием можно пренебречь. Составляющей влияния U2М также можно пренебречь, так как расстояние между жилами рабочей пары кабеля много меньше ширины сближения. Таким образом, при влиянии на кабельные линии ГТС определяющим является магнитное влияние, обусловленное продольной асимметрией цепей связи.
Мешающее напряжение в двухпроводной цепи зависит от величины асимметрии проводов относительно земли. Симметрию проводов двухпроводной цепи относительно земли принято оценивать коэффициентом чувствительности телефонной цепи к помехам η= Uдв /Uодн , где Uдв − индуцированное напряжение помех на зажимах нагрузки двухпроводной цепи; Uодн − индуцированное напряжение в однопроводной цепи. Коэффициент чувствительности расчетным путем определить весьма сложно, поэтому на практике его чаще всего определяют путем измерения. Для кабельных цепей η = (1,4 - 2)·10 -3.
В конце изолированного от земли провода Uодн=Е/2. Поэтому напряжение шума в двухпроводной цепи кабеля ГТС от влияния ЛВН можно определить на частоте 800 Гц по формуле
Меры защиты на линиях связи
Основные меры защиты на линиях связи от опасных и мешающих влияний: применение кабелей связи с оболочками, имеющими повышенный экранирующий эффект; включение разрядников и предохранителей; включение редукционных трансформаторов; прокладка вдоль кабеля металлических тросов.
Экранирование кабелей связи. Экранирование является одной из основных мер защиты от опасных и мешающих влияний. Металлические оболочки (экраны) полностью защищают кабельные цепи связи от внешних электрических полей и частично снижают влияние магнитных полей. Физическая сущность экранирования металлической оболочки кабеля основана на создании индуцированными линиями высокого напряжения токов в оболочке встречного магнитного поля, которое частично компенсирует основное влияющее поле. Эффективность экранирования кабельных экранов оценивается коэффициентом экранирования, который в диапазоне низких частот называют коэффициентом защитного действия (КЗД). Применительно к влиянию ЛВН на кабели связи в диапазоне низких частот КЗД определяется как отношение ЭДС, наводимой в жилах кабеля при наличии экрана, к наводимой ЭДС при отсутствии экрана. Различают идеальный и реальный КЗД. Идеальный КЗД соответствует идеальному заземлению, а реальный - конечному значению сопротивления заземления. Для тонального диапазона частот идеальный КЗД.
где R0 oб − активное сопротивление экранирующих покровов кабеля постоянному току; L − полная индуктивность экранирующих покровов.
Из формулы (7.9) видно, что для уменьшения КЗД (улучшения экранирования) необходимо уменьшать активное сопротивление и повышать индуктивность экранирующих покровов. Для обеспечения надежного экранирования необходимо строго выполнять нормы на величину сопротивления заземления экранов, так как чем меньше сопротивление заземления, тем лучше экранирование.
Следует отметить, что такую же физическую основу имеет и экранирование рельсов железных дорог, грозозащитного троса ЛЭП, различного рода трубопроводов, которые на участках сближения ЛВН и линий связи проходят параллельно.
Существующие конструкции кабелей ГТС со свинцовыми оболочками (кабели ТГ, ТБ) и полиэтиленовыми оболочками с ленточными алюминиевыми экранами (кабели ТПП, ТПЛБ) имеют сравнительно большие КЗД на частоте 50 Гц: для небронированных кабелей S = 0,99...0,6, а для бронированных S = 0,96...0,3. Следовательно, эти кабели не всегда обеспечивают высокую защищенность от опасных напряжений и токов в зоне повышенного электромагнитного влияния. Существенно снизить (улучшить КЗД кабелей связи можно заменой свинцовых оболочек алюминиевыми (КЗД уменьшается в 7...8 раз). Поэтому для зон повышенного электромагнитного влияния ЛВН рекомендуется использовать кабели связи с алюминиевыми оболочками. В настоящее время на ГТС для организации протяженных межстанционных соединительных линий широко используют высокочастотный кабель МКСАШп-4х4-1,2. Для кабрирования телефонных узлов в местах скопления большого количества ЛВН (например, на территории мощных электростанций) и для организации низкочастотных межстанционных соединительных линий в зоне повышенного влияния целесообразно использовать специально выпускаемые для таких целей кабели, имеющие алюминиевую оболочку и броню, защищенные полиэтиленовым шлангом.
Защита с помощью разрядников и предохранителей. На телефонных сетях для защиты от опасных напряжений и токов аппаратуры АТС, телефонных аппаратов абонентов и кабелей связи широкое применение находят разрядники и предохранители. На городских телефонных сетях разрядники и предохранители устанавливают на кроссах, которые являются на телефонных станциях местом соединения линейных и станционных кабелей. На кроссе обеспечивается возможность подключения к абонентским и соединительным линиям с целью проведения измерений и проверок в сторону линии и в сторону станции при определении места повреждения.
Для защиты от высоких напряжений, возникающих на линии связи, между проводом и землей включают разрядник. Защитная функция разрядника заключается в полном или частичном преобразовании энергии электрического поля наведенной волны, опасной своим высоким потенциалом, в энергию магнитного поля с низким напряжением относительно земли. Основными рабочими элементами разрядника являются электроды, отделенные друг от друга искровым промежутком.
Рисунок 7 3 − Защитное действие разрядника
При возникновении на разряднике высокого напряжения частотой 50 Гц или импульсного напряжения при грозовых разрядах с амплитудой, превышающей напряжение его зажигания, происходит пробой искрового промежутка (рис. 7.3). Тогда через разрядник потечет разрядный ток
где UП − амплитуда падающей волны; ZB − волновое сопротивление цепи «провод-земля»; Rpаз − сопротивление разрядника; RЗ − сопротивление заземления.
Практически 
, поэтому 
При отекании разрядного тока наведенное напряжение уменьшается до величины падения напряжения на разряднике и заземлителе:
Отсюда следует, что защитное действие разрядника возрастает с уменьшением сопротивления заземления. Поэтому очень важным условием надежной работы разрядников является строгое соблюдение норм на сопротивление заземления. На сетях ГТС используют в основном угольные двухэлектродные разрядники типа УР-500 с номинальным напряжением зажигания 500 В и газонаполненные трехэлектродные разрядники типа Р-27 с номинальным напряжением зажигания 350 В.
Для защиты оборудования и обслуживающего персонала АТС от опасных токов на абонентских линиях в разрыв проводов связи включают предохранители. Предохранители бывают линейные и станционные. Линейные предохранители типа СН-1 (спиральные с ножевыми контактами) и СК (спиральные с коническими контактами) рассчитаны на величину тока 1 А. Станционными предохранителями являются термические катушки, устанавливаемые на кроссе. Термические катушки рассчитаны на ток 0,25 А (ТК-0,25) и 0,3 А(ТК-0,3). Они отключают оборудование станции от проводов линии связи в случае сообщения последних с проводами электросети с напряжением ниже напряжения зажигания установленных разрядников. Термокатушки являются предохранителями многократного действия.
Электрическая защита в кроссе и абонентских пунктах необходима при подземной прокладке кабеля на открытой местности, при подвеске кабеля, в случае использования смешанных линий, состоящих из кабеля и воздушной линии. Следует отметить, что в связи с использованием на ГТС кроссового оборудования импортных поставок и внедрением квазиэлектронных и электронных АТС электрическая защита на основе угольных разрядников и термокатушек подлежит замене на более совершенные устройства защиты. Вместо угольных разрядников и предохранителей применение двухэлектродных миниатюрных газонаполненных разрядников с напряжением зажигания 90, 240 и 350 В. Эти разрядники имеют замыкатели в виде плавких шайб, колец или пружинных контактов, которые обеспечивают в аварийных ситуациях замыкание проводов связи на землю.
По сравнению с электромеханическими, квазиэлектронные и электронные АТС более чувствительны к внешним перенапряжениям. Поэтому для этих АТС может предусматриваться дополнительная, так называемая вторичная ступень защиты, которая реализуется непосредственно в оборудовании АТС.
Защита от магнитного влияния ЛВН с помощью редукционных (компенсирующих) трансформаторов (PT). Включение PT позволяет снизить (улучшить) величину коэффициента защитного действия металлической оболочки кабеля связи. На ГТС наиболее целесообразно использовать РТ в местах сближения с ЛВН высокочастотных межстанционных соединительных линий. Снижение КЗД достигается за счет повышения индуктивной связи между металлической оболочкой и жилами кабеля путем включения в линию PT с коэффициентом трансформации, равным единице. Первичная обмотка трансформатора из медного провода включается в разрыв оболочки, а вторичная обмотка выполняется из сердечника того же кабеля, что и защищаемый, но со снятой оболочкой. Сечение провода первичной обмотки выбирается не меньше эквивалентного сечения металлической оболочки.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1175; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!