МЕРЫ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ СВЯЗИ ОТ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ
ЛЕКЦИЯ 25, 26. МЕРЫ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ СВЯЗИ ОТ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ
Общие сведения.
Для предохранения сооружений связи от внешних электромагнит влияний проводится комплекс защитных мер как на влияющих линии (ЛЭП, эл. ж. д., радиостанции) и на линиях связи, подверженных влиянию. Перечень основных мероприятии приведен в табл. 25.1.
Разрядники и предохранители, схемы защиты.
Для защиты обслуживающего станционного персонала и аппарату связи применяются защитные устройства, состоящие из разрядников и предохранителей. Эти устройства устанавливаются на входе в станцию. Системы устройств различны в зависимо от типа линии (рис. 25.1)
Таблица 25.1
|
Источник внешнего влияния
|
Характер влияния
|
Мероприятия, проводимые на линиях
|
|
|
|
влияющих
|
СВЯЗИ
|
|
ЛЭП.
|
Опасные и ме шающие поля Е и Н
|
Автоматика Сглаживающие фильт ры
Экранирующие тросы
|
Относ трассы
Каблирование
Скрещивание и симметрирование
Экранирование
Разрядники и предохранители
Заземления
Нейтрализующие и редукционные трансформаторы
|
|
Эл.ж.д
|
Опасное и ме шающее поле Н
|
Сглаживающие фильт ры
Отсасывающие транс форматоры Увеличение проводимо сти н изоляции рельсов
|
Относ трассы
Каблирование
Скрещивание и симметрирование
Экранирование
Разрядники и предохранители
Заземления
|
|
гроза
|
Опасное поле Е
|
|
Каблирование
Молниеотводы на воздушных ЛС
Тросы на кабельных ЛС Каскадная защита
Разрядники и предохранители
Заземления
|
|
Радиостанция
|
Мешающие поля Е и Н
|
Выбор несущей часто ты
Относ радиостанции
|
Относ трассы
Каблирование
Скрещивание и симметрирование
Фильтры и запирающие катушки
|
Газонаполненный разрядник типа Р=350 (рис. 6.15, а) состоит из стеклянной трубки диаметром 19 мм и длиной 62 мм, внутри которой по мещены два электрода (никелевых или стальных). Последние имеют форму полусферических чашечек, входящих друг в друга, активизированных оки сью бария, способствующих увеличению мощности разрядника. Стеклян ная трубка наполнена аргоном.
Рис. 25.1. Схемы защиты при воздушной (а), кабельной (б) линиях и на городских се тях (в)
Р-350 и ИР-1000 — разрядники; СН-1 и ТК-0,25— предохранители; ЗК — запирающая катушка; ДК — дренажная катушка
Рис. 25.2. Разрядники: а) двухэлектродный Р-350; б) трехэлектродный Р-35; в) двухэлек тродный бариевый РБ-280; г) малогабаритный Р-4
Газонаполненный разрядник типа Р-35 (рис. 25.2, б) имеет три элек трода. Он заменяет два двухэлектродных, что является его преимуществом. Кроме того, при установке трехэлектродных разрядников значительно уменьшается опасность возникновения так называемого акустического удара.
Для защиты от высоковольтных ли нии применяются двух- и трехэлектродные бариевые разрядники типов РБ-280 (рис. 25.2,в) и ЗРБ-350 на напряжения 280 и 350 В. Эти раз рядники выдерживают большой раз рядный ток в течение длительного времени.
Для защиты от перенапряжений_в схемах усилителей используются ма логабаритные разрядники Р-4. В со став разрядника входят два сталь ных электрода, покрытых вольфрамом. Электроды заключены в стеклянный баллон, наполненный аргоном (рис. 25.2, г).
Для повышения надежности защиты и сохранения газонаполненных разрядников от разрушения перед последним устанавливают искровые разрядники, которые монтируют на держа лях газонаполненных разрядник Пробивное напряжение разрядника зависит от величины искрового промежутка.
Вилитовые разрядники типа РВ-500 и РВ-1000 устанавливаются на цепях с дистанционным питанием. Разрядник состоит из двух латунных дисков (рис. 25.3, а), между которыми образуется искровой промежуток. Диски отделены слюдяной прокладкой. Вилитовый диск изготовляется из смеси порошкообразного корборунда, жидкого стекла и мела.
Угольные разрядники типа УР-500 имеют номинальное напряжение зажигания 500 В. Угольные разрядники используются на сетях городской и сельской связи. В состав разряди) входят две угольные колодки 1 с изолирующей прокладкой 2 (рис. 25.3,б)
Для защиты станционной аппаратуры и разрядников от опасных токов, возникающих при случайных соприкосновениях провода линии связи с проводом линии сильного тока применяются предохранители на номинальные токи 1 и 0,15 А типа СН - спиральные с ножевыми наконечниками (рис. 25.4, а) или типа СК — с коническими наконечниками.
К проводу линии связи
Рис. 25.3. Разрядники: а) вилитовый; б) Угольный
Рис. 25.4. Предохранители типа СН (а) и термическая катушка (б):
1 — стеклянная трубка; 2 — легкоплавкий металл; 3 — пружина; 4 — металлический чехол; 5 — латун ный стержень; 6 — изолированный провод; 7 — ла тунный штифт
На городских телефонных станциях в качестве предохранителей использу ются термические катушки ТК-0,25 (предохранитель на номинальный ток 0,25 А). Термическая катушка (рис. 25.4,6) состоит из корпуса, внутри которого помещен латунный стержень с обмоткой. Один конец обмотки со единен с корпусом, а другой — с по мощью легкоплавкого сплава со стерж нем.
Редукционные и отсасывающие трансформаторы.
Редукционные трансформаторы (РТ) являются эффективным средством за щиты от влияния высоковольтных ли ний (ЛЭП и эл. ж. д.) Редукционный трансформатор в принципе представ ляет собой трансформатор, первичная 1 и вторичная // обмотки которого имеют одинаковое число витков и на мотаны на замкнутый железный сер дечник. Первичная обмотка включа ется в разрез металлического покрова (оболочку, броню, экран) защищае мого кабеля 1—1, а вторичная — в разрез жил кабеля 2—2 (рис. 25.5). Первичная обмотка РТ обычно выпол няется из медного изолированного про водника, поперечное сечение которого не меньше общего эквивалентного по перечного сечения металлического по крова кабеля. Вторичная обмотка представляет собой пучок изолирован ных друг от друга жил, по конструк ции одинаковых с жилами защищае мого кабеля.
Принцип действия редукционного трансформатора поясняется рис. 6.24.
Высоковольтная линия I1 индуциру ет ЭДС и токи в жилах кабеля I12 и оболочке. I13. Ток в оболочке I13 в свою очередь через редукционный транс форматор наводит в жилах кабеля до полнительный ток /р.т, противополож но направленный по отношению к то кам влияния в жилах кабеля I12. Таким образом, за счет РТ ток помех в кабеле снижается на величину трансформации Iрез= I12- Iр.т
Рис. 25.5. Редукционный трансформатор
Рис. 25.6. Принцип действия редукционного трансформатора
Экранирующий эффект S редукционных трансформаторов зависит о числа: при одном РТ S = 0,3; двух — 0,2; при трех — 0,15. Без величина S составляет 0,8-0,9.
Отсюда следует, что без РТ экранирующий эффект оболочки кабеля невелик. Наличие одного РТ дает снижение помех в 3 раза, а при трех РТ помехи снижаются в 6 раз. Дальнейшее увеличение роста числа РТ дает существенной выгоды.
Экранирующий эффект редукционных трансформаторов может быть определен по формуле
(25.1)
где So6 — экранирующее действие кабельной оболочки (0,8—0,9); п — число редукционных трансформаторов; Zр.т — сопротивление первичной обмотки РТ, Ом; ZОб — сопротивление кабельной оболочки, Ом; l — Длина линии, км.
Конструктивно редукционный трансформатор выполнен в виде металлического герметичного ящика и устанавливается в земле на глубине прокладки кабеля. Масса редукционного трансформатора 100—500 кг.
ОТСАСЫВАЮЩИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ И КОНТУРЫ
Отсасывающие трансформаторы ис пользуются для уменьшения магнит ного влияния контактной сети элек трифицированной железной дороги переменного тока. Первичная обмот ка трансформатора включается после довательно в контактный провод, вто ричная обмотка — либо в отдельный, обратный провод, подвешиваемый на опорах контактной сети, либо после довательно в рельсы (рис. 25.7,а,б). Ток контактной сети, протекая по пер вичной обмотке, индуцирует во вто ричной обмотке почти противополож но направленный ток. Благодаря этому ток, возникающий в обратном прово де, индуцирует в подверженных влия нию цепях связи тока противополож ного знака и тем самым результирую щее влияние снижается. При включе нии вторичной обмотки в рельсы ток значительно возрастает что приводит к увеличению защитного действия рельсов.
Для сглаживания пульсации напря жения на эл. ж. д. постоянного тока используются реакторы, с резонансными контурами, которые включаются на подстанциях по схеме, показанной на рис. 25.7, в. Реактор состоит из соеди ненных последовательно витков мед ного провода, укрепленных в бетонных стоиках, активное сопротивление ре актора во избежание больших потерь электрической энергии должно быть как можно меньше, индуктивное — больше. Резонансные контуры настра иваются в резонанс на соответствую щие гармоники пульсирующего напря жения и замыкают накоротко цепи прохождения токов этих гармоник.
Рис. 25.7. Схемы включения отсасывающего трансформатора: а) с обратным проводом; б) без обратного провода; в) включение сглаживающих устройств
Экранирование кабелей связи.
Наиболее радикальным средством защиты коаксиальных и симметричных кабельных цепей от помех является их экранирование. Для защиты от внешних помех поверх сердечника кабеля применяются металлические оболочки. Они, как правило, имеют сплошную цилиндрическую конструкцию и выполняются из свинца, алюминия или стали. Известны также конструкции двухслойных экранирующих оболочек типа алюминий - свинец, алюминий — сталь и др. Применяются также экраны ленточного типа преимущественно из алюминиевых, медных, стальных лент, накладываемых спирально или про дольно вдоль кабеля, и оплеточные экраны преимущественно из плоских или круглых проволок (рис. 25.8)
В коаксиальных кабелях для обес печения требуемых норм помехозащи щенности при однокабельной связи внешний провод выполняется биметал лическим (медь — сталь).
Экран локализует действие электромагнитных полей, создаваемых источниками помех, и защищает цепи и каналы связи от взаимных влияний и посторонних источников помех.
В реальных условиях экранирова ния приходится считаться с воздейст вием как магнитных, так и электриче ских полей. Причем может преобла дать та или иная компонента поля. Наибольшее воздействие оказывает магнитное поле.
Действие экрана определяется коэф фициентом экранирования, представ ляющим собой отношение напряженно сти электромагнитного поля в какой-либо точке пространства при наличии экрана (Еэ, Нэ) к напряженности поля в той же точке без экрана (Е, Н): S= Eэ /E=Нэ/ H. (25.1)
Коэффициент экранирования S из меняется от 1 до 0, характеризуя в последнем случае наивысший экранирующий эффект.
Чем больше затухание экранирова ния, тем лучше экранирующий эффект системы.
Экранирующий эффект экранов и оболочек определяется суммарным действием затухания поглощения (Ап) и затухания отражения (Ао). Экрани рование поглощения обусловлено теп ловыми потерями на вихревые токи в металлическом экране. Чем выше частота и больше толщина экрана, тем больше эффект экранирования. Экранирование отражения связано с несоответствием волновых характери стик металла ZM, из которого изготов лен экран, и изоляции Za, окружаю щей экран. Чем больше различаются между собой волновые характеристи ки диэлектрика и металла, тем силь ней эффект экранирования за счет от ражения.
Рис. 25.8. Металлические оболочки-экраны кабелей связи: а) сплошные; б) ленточные; в) оплеточные
электромагнитная энергия, достигнув экрана, частично проходит через него, соответ ственно затухая при этом в экране, и частично отражается от него на границе изоляция — экран. На второй границе (экран — изоляция) происхо дит вторичное отражение энергии и лишь оставшаяся часть энергии проникает в экранированное простран ство.
Прошедшая за экран энергия существенно меньше, чем исходная.
затухание поглощения Ап пропорционально коэффициенту вихревых токов и растет с частотой. Кроме того, чем толще экран, тем больше потерь на вихревые токи и больше Ап. Сравнивая магнитные (сталь) и немагнитные (медь) экраны по параметрам затухания поглощения Ап следует отдать предпочтение первым.
Затухание отражения Ао связано с несоответствием волновых характеристик металла, из которого изготовлен экран, и диэлектрика, окружающего экран. Чем больше это несоответствие тем сильнее эффект экранирования за счет отражения. По этому параметру лучше медь.
Эффективность немагнитных (медь, алюминий) и магнитных (сталь) экранов для различных частотных областей неодинакова. Характерный график частотной зависимости затухания Экранирования немагнитного и магнитного экранов приведен на рис. 25.9.
Нa графике видны три характерные частотные зоны: в первой зоне (от 0 до f1 = 3—10 кГц) магнитный экран действует в магнитостатическом режимe и обладает лучшими экранирующи ми свойствами, чем немагнитный эк ран; во второй и третьей зонах оба экрана действуют в электромагнитном режиме. Во второй зоне (от f1 до f2= = 106 Гц) немагнитный экран дает лучший экранирующий эффект, чем магнитный, а в третьей зоне (от f2= 106 Гц и выше) становится сущест венным превосходство магнитного эк рана. Это обусловлено тем, что маг нитные экраны хорошо поглощают энергию и очень плохо отражают ее (Ап>Ао). У немагнитных материалов наоборот, эффект отражения сильнее эффекта поглощения (АО>АЯ). Часто та порядка 0,8—1 мГц является гра ницей раздела, ниже которой прева лирует затухание отражения над за туханием поглощения {А0>Ап), а вы ше— наоборот (Ао<Ап).
Рис. 25.9. Эффективность экранирования экра нов:
В реальных условиях использования кабелей связи необходимо учитывать также действие продольных токов, обусловленных наличием третьей це пи: экран (оболочка) — земля (Апр) (рис. 25.10).
Принцип экранирующего действия кабельной оболочки виден из рис. 25.10.
Рис. 25.10. Принцип экранирования за счет про дольных токов
При прохождении по высоковольтной линии тока в оболочке и в линии свя зи индуцируются соответственно токи I13 и I12. В свою очередь ток /13 наво дит в линии связи ток /32. который на ходится в противофазе с током /12 и уменьшает его: Iрез= I12.-/32 Таким об разом, влияние при наличии оболочки (/рез= I12.—/32) меньше, чем без обо лочки (/рез=/12)/ Эффективность ис пользования оболочки тем выше, чем меньше ее сопротивление и лучше она заземлена.
Экранирующий эффект металличе ских оболочек при влиянии внешних источников помех определится как Аэ.рез=Ап+А0+Апр.
Расчеты показывают, что примерно до частот 10 кГц превалирует затуха ние экранирования за счет продоль ных токов (Апр), а свыше сказывает ся эффект поперечных вихревых токов (Ап+Ао) (рис. 25.11). Поэтому при определении экранирующего действия кабельных оболочек относительно высокочастотных источников влияния, таких как ЛЭП, эл. ж. д. достаточно учитывать лишь экранирующее действие продольных токов Апр в оболочке по цепи оболочка —земля. Этот параметр часто называют КЗД — коэффициент защитного действия. В области высокочастотных помех, создаваемых мощными радиостанциями, индустриальными источниками влияния, атмосферным электричеством и другим надо комплексно учитывать все компоненты экранирования как за счет поперечных {Аа+А0), так и продольных Апр полей, но здесь определяющим являются поперечные поля.
Рис. 25.11.' Частотная зависимость составляю щих экранирования за счет поперечных {Ап +А0) и продольных (Апр) токов
Наряду с экранирующими оболочками защитное действие оказывают также тросы, подвешиваемые на линиях (влияющих и подверженных влиянию), и рельсовые пути эл. ж. д действуют на том же принципе, что и оболочки. Экранирующее действие троса имеет порядок 0,5—0,6, а рельсов — 0,4—0,5. Суммарное и экранирующее действие кабельной оболочки So троса ST и рельсов Sp определяется в виде S = SOSTSP.
УСТРОЙСТВО ЗАЗЕМЛЕНИЙ
Заземление— это устройство, состо ящее из заземлителей и проводников, соединяющих заземлители с электри ческими установками. Заземлителем называют проводник или группу про водников, выполненных из проводящего материала и находящихся в непо средственном соприкосновении с грун том. Заземлители могут быть любой формы — в виде трубы, стержня, по лосы, листа, проволоки и т. д.
В зависимости от выполняемых за землениями функций различают рабо чее, защитное и линейно-защитное за земления.
В технике связи рабочим заземле нием называют устройство, предназна ченное для соединения аппаратуры с землей, служащей одним из провод ников электрической цепи. К защит ным относятся заземления, предназна ченные для соединения с землей при боров защиты (молниеотводов, разрядников), а также металлических частей силового оборудования. Линейно-защитными заземлениями называ ют устройства для заземления метал лических оболочек и экранов кабелей
Рис. 25.12. Устройство трубчатых заземлителей: а) одиночного; б) многоэлектродного
Отношение потенциала заземлителя к стекающему с него току называется сопротивлением заземления: R3=Uз /Iз. Величина сопротивления заземления зависит от удельного сопротивления грунта и площади соприкосновения заземлителей с землей. Нормы сопротивления заземлений для различных установок проводной связи приведены в ГОСТ 464—68.
По своей конструкции заземлители разделяются (рис. 25.13) на вертикаль ные стержневые, горизонтальные про тяжённые, кольцевые пластинчатые и глубинные. Чаще всего применяются вертикальные трубчатые заземлители (рис. 25.13, а).
Исходя из требуемых величин сопро тивления заземлителей, необходимости получения достаточной механической прочности и удобства их устройства обычно используют трубы диаметром 2,5—5 см и длиной 1,5—3 м. Если со противление одного заземлителя, на пример при одной трубе, велико, то заземлитель устраивают из нескольких труб, соединенных между собой. Такой заземлитель (рис. 25.13, б) называют многоэлектродным.
Общее сопротивление многоэлектродного заземлителя уменьшается не пропорционально числу единичных заземлителей, соединенных параллельно, а несколько меньше. При расчете вводится поправочный коэффициент . В этом случае R3n = Rз / , где - число труб, — поправочный коэффициент использования заземлителей, зависящий от расстояния между заземлителями и их взаимного расположения ( = 0,19—0,92).
Рис. 25.13. Конструкции заземлителей: а) вертикальный; 6) горизонтальный; в) кольцевой; г) пластинчатый; д)глубинный
PAGE 9
МЕРЫ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ СВЯЗИ ОТ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ