ИСТОЧНИКИ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЛИЯНИЙ
ЛЕКЦИЯ 24. ИСТОЧНИКИ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ
ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЛИЯНИЙ
Источниками внешних электромаг нитных влияний на сооружения связи являются:
атмосферное электричест во (гроза),
линии электропередачи (ЛЭП),
электрифицированные желез ные дороги (эл. ж. д.),
радиостанции (PC);
индустриальные помехи (быто вые электроаппараты, городской тран спорт);
магнитные бури и др.
Линии электропередачи и электрифицирован ные железные дороги часто объединя ются термином высоковольтные линии, (ВЛ).
Под действием внешних электромаг нитных полей в сооружениях связи могут возникать напряжения и токи:
опасные, при которых появляются большие напряжения и токи, угрожа ющие жизни обслуживающего персо нала и абонентов или приводящие к повреждению аппаратуры и линейных сооружений. Опасными считаются: на пряжение U>36 В, ток />15 мА;
мешающие, при которых возникают помехи, шумы, искажения, приводя щие к нарушению нормальной работы Средств связи. Мешающими считают ся: напряжение U1—2 мВ, ток /2мА.
Внешние влияния подразделяются также на длительные и кратковремен ные. Границей раздела между ними является время t=1 с.
Спектр частот внешних источников, как правило, имеет широкую полосу. Амплитуда влияющих напряжений и токов, исходящих от внешних источ ников, зависит от мощности установ ки и места/расположения ее по отношение к линии связи. Наиболее распространенными источниками мешающих влияний являются линии электропередачи, контактные сети эл. Ж.д., радиостанции. Источниками опасных влияний служат, главным образом атмосферное электричество и высоковольтные линии, особенно при аварийном режим.
По характеру воздействия различают следующие виды внешних влияний (рис. 24.1):
электрические, обусловленные действием электрического поля;
магнитные, возникающие за действия магнитного поля;
гальванические, появляющиеся вследствие наличия в земле блуждающих токов; последние создаются выковольтными линиями, используют землю в качестве обратного проводника.
Под действием блуждающих токов на оболочках кабелей связи появляется напряжение и в цепях связи возникает влияние. Особенно велико гальваническое влияние при аварийных режимах высоковольтных линий и в местах электростанций. Кроме того, металлические оболочки кабелей раз рушаются под действием блуждающих токов и электрохимических процессов в грунте. Такое явление называется коррозией. Для ограждения линий и аппаратуры от вредного воздействия всех этих факторов применяются спе циальные меры защиты.
Рис. 24.1. Виды внешних влияний: Е — электрическое; Н—магнитное; /— гальваническое; ВВЛ— высоковольтная линия; ЛС — Линия связи
Влияние атмосферного электричества. Влияние высоковольтных линий.
Влияние АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Опасному воздействию атмосферно го электричества и кабельные линии связи. грозы наблюда ются повсеместно, однако число гро зовых дней в различных районах различно.
Вероятное число повреждений кабе лей от ударов молнии характеризует ся плотностью повреждений, под ко торой понимается общее число отка зов в связи, отнесенных к 100 км трассы кабельной линии в год. Ее можно определить по формуле
где N — общее число повреждений, равное числу опасных ударов молнии; К — период, за который произошло N повреждений, лет; L — длина трассы, км.
Установлено, что в течение грозово го периода в районах с грозодеятельностью 20—25 дней в году на каж дые 100 км трассы приходится во семь—десять случаев прямого удара молнии в линию связи.
Опасность повреждений кабельной линии существенно зависит от состоя ния грунта и проводимости кабельной оболочки. в грунтах с большим сопротивлением (песке, скале, глине, грунте и др.) и при больших сопротивлениях оболочки опасность повреждения кабеля возра стает. Грозоповреждаемость кабелей в алюминиевой оболочке, имеющей малое сопротивление, существенно меньше, чем в свинцовой и стальной оболочках.
Молния — это электрический разряд через воздух. Путь, образованный разрядом атмосферного электричества, называется каналом молнии. Канал молнии обладает примерно следую щими параметрами: напряжение 1 — 10 млн. В; ток молнии 20—30 кА; длительность удара молнии 0,3— 0,5 с; число разрядов за один удар 3—10; время одного разряда 100— 200 мкс; основная частота колебаний Л—10 кГс; фронт нарастания волны молнии 10—40 мкс; фронт спадания 40—120 мкс; длина канала молнии 2—3 км; скорость движения лидера 100 км/с; температура в канале мол нии 20 000вС.
Высокое напряжение на проводах линии связи (JIС) при грозовых раз рядах появляется или—вследствие ин дукции от разряда облака в землю, или в результате непосредственного разряда в линию связи (прямой удар). Чаще молнией поражаются наиболее высокие наземные предметы. Однако молния может ударить и в ровную по верхность земли, устремляясь в об ласть большей электропроводности почвы. Если грунт, в ко торый заложен подземный кабель, имеет большое удельное сопротивле ние, то разряды молнии, реагируя на наличие в почве хорошо проводящих металлических оболочек кабеля, уда ряют в поверхность земли над этим кабелем. Чаще всего повреждения подземных кабелей наблюдаются— в грунтах с большим сопротивлением, (каменистых, гранитных, песчаных и т.п.).
Ток молнии распространяется по земле во все стороны, и если поблизости находится кабель, то большая часть тока может пройти в его металлическую оболочку. Между местом удара молнии и кабелем могут возникнуть большие напряжения и образоваться электрическая дуга, достигающая 30 м, а иногда и больше. Повреждения кабеля от токов молнии весьма разнообразны: так, от сильного нагрева расплавляется свинцовая оболочка, сгорает джутовая оплетка, обгорает изоляция, расплавляются жилы кабеля и т. д. Под действием внешних сил, образующихся от давления паров влаги грунта и газов, возникающих при сгорании джутовой оплетки, образуются вмятины на оболочке, прогибы кабеля, разрывы ленточной брони и т. п. Bследствие больших индуктированных напряжений, возникающих между жилами и оболочкой кабеля, пробивается изоляция жил.
Повреждения в подземном кабеле могут возникнуть от токов молнии, попадаемых в кабель через близко растущих деревьев. Воздушные кабели подвержены действию токов молнии, попавших в кабельные опоры или в воздушные провода.
При прохождении кабеля лесных массивов вероятность повреждения существенно меняется, так как деревья по краю леса будут принимать на себя удары молнии с некоторой полосы, прилегающей к лесу. Поэтому число повреждений кабелей с металлической оболочкой, проложенных непосредственно по краю леса, в несколько раз превышает число повреждений кабелей, проложенных на открытой местности. В то же время кабель, находящийся на некотором оптимальном расстоянии от леса, будет защищаться последним, поэтому число повреждений в данном случае не превышает 5% по сравнению с кабелем, проложенным по открытой местности, при прочих равных условиях.
На участках кабельной линии, где расчетное вероятное число повреждений от ударов молнии больше допустимого, проводят следующие мероприятия: применение грозостойких кабелей, т. е. кабелей с повышенной проводимостью оболочки (алюминий) и повышенной электрической прочностью изоляции, включение в муфтах малогабаритных разрядников и прокладка защитных тросов.
Помимо грозового электричества, на работу цепей связи могут оказывать неблагоприятные воздействия магнитные бури. Последние имеют место в результате резкого изменения в отдельные периоды времени напряженности магнитного поля земли и появления значительных разностей потенциалов между удаленными друг от друга точками земной поверхности.
Возникающие при этом земляные токи оказывают сильное мешающее действие на работу однопроводных цепей связи (дистанционное питание по системе провод— земля, цепи сигнализации и т. п.). При длительном прохождении по цепи земные токи могут вести к повреждениям в аппаратуре, установленной на НУП.
ВЛИЯНИЕ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Электроэнергия может передаваться по линиям электропередачи перемен ного и постоянного токов (рис. 24.2). Напряжения ЛЭГТ переменного тока: 3,3; 6,6; 11; 55; 220; 500 и 750 кВ. Напряжения ЛЭП постоянного тока: 400; 500; 600; 800; 1000 кВ. Разраба тываются ЛЭП на 1500 кВ.
Линии электропередачи переменно го тока используют, как правило, трех фазный ток (рис. 24.3). Режимы ра боты: I) симметричный с изолирован ной нейтралью (рис. 24.3, а) или с за земленной нейтралью (рис. 24.3 б); 2) несимметричный по схеме «два провода—земля» (рис. 24.3в).
Рис. 24.2. Линия электропередачи переменного тока
Рис. 24.3. Режимы работы ЛЭП: а) симмет ричный с изолированной нейтралью; б) то же с заземленной нейтралью; в) несимметричный:
Линии с изолированной нейтралью применя ются при напряжениях не свыше 35 кВ. При больших напряжениях, исходя из техники безопасности, нейт рали обязательно заземляются. Влияния, оказываемые ЛЭП на ли нии связи, могут быть электрическими и магнитными. В зависимости от ре жима работы ЛЭП преобладает то или иное влияние. Симметричные си стемы обладают высоким потенциа лом и создают большие электрические воздействия. Несимметричные системы (с заземленной фазой) в ава рийном режиме имеют большой урав нительный ток и являются источни ком сильных магнитных воздействий (I>H). Заземленные ЛЭП оказывают гальваническое влияние.
На линии связи воздействуют как ЛЭП переменного тока, так и посто янного. Первые влияют в основном на частоте 50 Гц и на высших гармони ках, главным образом, в тональном диапазоне частот; вторые — за счет пульсирующих составляющих при вы прямлении тока преимущественно ртутными выпрямителями. Влияние гармонических составляющих распро страняется на диапазон порядка 30 кГц и ухудшает качество трехканальных ВЧ систем передачи.
Сравнивая агрессивное воздействие ЛЭП переменного и постоянного токов на ЛС, можно отметить, что первые действуют гораздо сильней, чем вторые и требуют относа линий связи на значительное расстояние. По диапазону частот наиболее вредное в действие оказывают ЛЭП постоянного тока (табл. 24.1).
Таблица 24.1
|
Показатели
|
Единица измерения
|
Перемен ный ток
|
Постоянный ток
|
|
Частота
|
кГц
|
0,05—3
|
30
|
|
Сила влияния
|
условная единица
|
50
|
1
|
|
Относ трассы
|
км
|
5
|
0,1
|
|
Характер влияния
|
|
Опасное
|
Опасное, мешающее
|
При рассмотрении влияний на цепи связи различают нормальный, вынужденный и аварийный режимы работ высоковольтных линий.
Под нормальным понимается такой режим, при котором линия работ; постоянно. Вынужденный режим это тот, при котором линия вынуждена на работать определенный промежуток времени в режиме, отличающемся нормального. Аварийный режим возникает при нарушении нормальной работы высоковольтной линии, например, при обрыве и заземлении провода одной из фаз трехфазной линии с заземленной нейтралью. При заземлении одной из фаз линии с изолированной нейтралью возникает неуравновешенное напряжение, равное 1,73 линейного напряжения.
Влияющий ток, замыкающийся каждой паре проводов высоковольтной линии, принято называть током прямой последовательности, а замыкающийся в цепи «провод—земля»— ток нулевой последовательности. Наибольшее влияние на ЛС оказывают токи нулевой последовательности.
Влияние контактных сетей.
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ •ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Контактные сети магистральных и пригородных электрифицированных железных дорог, трамвая, троллейбуса также оказывают влияние на линии связи. Напряжения в контактных сетях постоянного тока: трамваи и троллейбусы 0,6 кВ, пригородная эл.ж. д. 1,65 кВ, магистральная эл.ж. д. 3,3 кВ. Напряжения в сетях переменного тока магистральных эл.ж. д., 25 кВ. Электрифицированный транспорт представляет собой однопроводную симметричную систему с использованием земли (рельсов) в качестве обратного провода, в которой протекает сильный неуравновешенный ток возникает сильное магнитное влияние-(IH). Ток в контактных сетях эл. ж. д. может достигать нескольких сотен ампер.
Электрифицированный транспорт является источником и опасного и мешающего влияний на ЛС. Наряду с магнитным существует гальваническое влияние.
Электрифицированные железные дороги переменного тока влияют в основном на частоте 50 Гц и в диапазоне тональных частот; эл.ж. д. постоянного тока за счет появления высоких гармонических составляющих при выпрямлении тока действуют как в тональном, так и в высокочастотном диапазонах (до 30 кГц).
Сравнивая агрессивное воздействие на ЛС линий электропередачи и элек трифицированных железных дорог, можно установить, что эл. ж. д. как однопроводная система оказывает существенно более сильное и длительное влияние, чем ЛЭП. Однако протяженность ЛЭП по стране значительно больше и, кроме того, при новом строительстве часто неизвест но, где пройдет трасса этих линий, поэтому существенно сложней будет обеспечить должную защиту от них.
чем хуже грунт, т. е. меньше его удельная проводи мость, тем дальше надо относить трас су кабеля от ЛЭП и эл. ж. д.
Влияние радиостанций.
Радиостанции оказывают мешаю щее влияние на высокочастотные ка налы связи, когда рабочие частоты ра диостанции совпадают с диапазоном частот ВЧ систем. На линии связи оказывают непосредственное влияние радиостанции сверхдлинноволнового диапазона (частоты 3—30 кГц), длин новолнового (частоты 30—300 кГц) и средневолнового (частоты 300— 3000 кГц). Больше всего подвержены влиянию радиостанций вертикальные провода (вводы цепей в здания стан ций). Наиболее мощными радиостан циями являются вещательные и теле графные, работающие на большие рас стояния.
Степень мешающего влияния радио станций на цепи связи зависит от многих причин: излучаемой мощности, расположения трассы линии связи относительно влияющей радиостанции, проводимости земли, асимметрии провода, цепи относительно земли (оболочка трассы). Установлены примерно с дующие допустимые расстояния (в километрах) от радиостанций до различных типов линий:
воздушная линия: крюковой профиль—1200, траверсный — 500;
симметричный кабель: свинцовая оболочка — 7,7, алюминиевая — стальная — 3,3;
коаксиальный кабель — 1.
Нормы опасных и мешающих влияний
Для безопасности обслуживающего персонала и лиц, пользующихся сред ствами связи, а также для предохранения от повреждений аппаратуру линий связи и обеспечения необходимого качества передач установлены нормы допустимых величин опасных и мешающих напряжений и токов. При этом принимаются во внимание время и условия воздействия опасных напряжений и токов на людей и аппаратуру. Влияния при аварий режимах бывают кратковременным так как они исчезают с отключением повреждений линии. Кроме того, аварии на линиях высокого напряжения сравнительно редки.
В случае длительного влияния, которое имеет место при вынужденном режиме работы симметричных и симметричных линий, а также нормальном режиме работы не симметричных линий существует боль вероятность опасных воздействий. Вследствие этого приняты более низкие допустимые напряжения, наводимые в проводах связи.
Допустимые продольные ЭДС в водах цепей связи различных ЛС опасном влиянии ВВЛ на длине гальванически неразделенного участке линии связи приведены в табл. 24.4 Продольной ЭДС (Е) называют разность потенциалов между точками в начале и конце участка сближения на проводнике связи, возникающую в результате влияния высоковольтной линий. Гальванически неразделенным называется участок цепи ЛС, не содержащий трансформаторов, усилителей, фильтров.
а) 6]
Рис. 24.4. Особенности влияния на линии связи: о) воздушные; б) кабельные
Таблица 24.1
|
Тип линии связи
|
Допустимые про дольные эдс, В действ., при времени отключе ния поврежденно го участка ВЛ, с
|
|
|
1.2
|
0,6
|
0.3
|
0.15
|
|
Воздушная с деревянными опорами, в том числе с же лезобетонными приставками
|
750
|
1000
|
1500
|
2000
|
|
Воздушная с железобетон ными или металлическими опорами
|
120
|
160
|
240
|
320
|
|
Кабельная без ДП усилите лей или ДП по системе «провод—провод»
|
Uисп
|
|
Сабельная с ДП усилителей по системе «провод—земля»
|
Uисп-Uдп/2
|
|
Городские кабельные без ДП
|
Uисп
|
Под напряжением Uисп понимается напряжение, принятое для данного типа кабеля при испытании изоляции жил по отношению к экрану или металлической оболочка кабеля. В настоящее время для кабелей связи нормированы следующие значения Uисп, В: междугородные кабели: симметричные – 1800, коаксиальные – 3000, городские кабели 1000; сельские кабели – 2000.
При передаче по кабельным цепям дистанционного питания Uдп допустимая величина наведенного напряжения снижается, что учитывается нормами табл. 24.1
Допустимая продольная ЭДС на проводах кабельной линии связи на длине гальванически неразделенного участка ЛС при влиянии несимметричных ВЛ должна быть не более 36 В в условиях нормального режима и 70 В в условиях вынужденного режима менее 2 ч.
Опасность поражения человека электрическим током зависит от мно гих факторов, важнейшими из которых являются: величина тока, протекаю щего через тело человека, продолжи тельность действия тока, пути про хождения тока по телу человека, ин дивидуальные свойства организма. При установлении допустимых норм обычно исходят из величины тока, при котором человек может самостоятель но освободиться от захвата токонесущего провода. Согласно правилу за щиты устройств связи от опасного влияния линий электропередачи раз рядный ток, проходящий через тело человека, который коснулся провода линии связи, подверженного влиянию линии с изолированной нейтралью, при замыкании фазового провода на землю не должен превышать 10 мА. При этом напряжение проводов линии связи по отношению к земле допуска ется не более 200 В действ.
Нормой допустимого мешающего напряжения на цепи являются:
для ВЧ каналов— 1,1 мВ один уси лительный участок в точке с относи тельным уровнем полезного сигнала на входе усилителя — 7 дБ (—0,8 Нп);
для телефонных каналов ТЧ — 2,1 мВ на длину канала связи, имею щего сближение с высоковольтной ли нией 400 км при относительном уров не полезного сигнала на зажимах оконечной станции или станции пере приема— 7 дБ (—0,8 Нп).
При одновременном влиянии на ли нию со стороны высоковольтной линии электропередачи и эл. ж. д. общая норма помех Um подсчитывается по квадратичному закону. При этом нор му напряжения шума ЛЭП принимают равной 0,6Um, а для эл. ж. д. 0,8Um. Допустимое напряжение шума на один усилительный участок определяется по формуле
где N — число усилительных участков на длине сближения с влияющей линией.
Указанные нормы напряжения шу ма относятся к линейным зажимам цепей с волновым сопротивлением 600 Ом, согласованно нагруженным. Если входное сопротивление ZBX отли чается от 600 Ом, то допустимое на пряжение шума должно быть пере считано по формуле
Допустимое напряжение помехи от влияния радиостанций временно при нято для кабельных линий равным 0,5 мВ и для воздушных 1 мВ в точке с относительным уровнем 7 дБ.
PAGE 5
ИСТОЧНИКИ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЛИЯНИЙ