Мероприятия по защите сооружений связи (стр. 3 из 3)
Рис. № 2. Схема каскадной защиты воздушной линии
На схеме (Рис.№ 2) искровые разрядники обозначены: ИР-7, ИР-10 и т.д., цифра указывает величину воздушного промежутка между электродами. При появлении перед искровыми разрядниками электромагнитной волны с большой амплитудой срабатывает первый искровой разрядник ИР-20 и затем в зависимости от амплитуды волны - последующие разрядники, что значительно уменьшает амплитуду падающей волны. Схемы и приборы защиты , включаемые в цепи подземных междугородних кабелей связи, предназначаются для защиты аппаратуры от опасных напряжений и токов, возникающих в результате влияния грозового электричества и линий сильного тока, а также для уменьшения помех в каналах связи, возникающих как непосредственно в цепях связи, так и через цепи дистанционного питания. Если электрическая прочность изоляции аппаратура выше электрической прочности изоляции жил кабеля, то в этом случае обычно аппаратура не защищается от опасных влияний, так как при перенапряжениях сначала пробьется изоляция жил кабеля, после чего напряжение снизится и таким образом аппаратура окажется защищенной. Количество звеньев защитных фильтров берется различным в зависимости от величины наводимой ЭДС. В некоторых схемах дополнительно к защитным фильтрам применяются резонансные контуры, рассчитанные на подавление токов определенных частот.
Включаемые в цепь дистанционного питания фильтры Д-8 с частотой среза 8 кГц позволяют организовать по искусственным цепям канал тональной частоты и, кроме того, они препятствуют возникновению нежелательных связей между высокочастотными цепями через цепи дистанционного питания, включенные параллельно через землю. Для снижения мешающих напряжений и токов в цепях связи применяются соответствующие меры, как на линиях электропередачи, так и на линиях связи. Для уменьшения остаточных составляющих напряжения и тока в трехфазных линиях электропередачи применяют транспозицию проводов, то есть меняют их местами. Транспозиция выполняется так, чтобы каждый провод линии электропередачи на определенной длине последовательно занимал все три возможных места на линии. Таким образом, транспозиция по своему действию аналогично скрещиванию цепей воздушных линий связи. Магнитное влияние контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока уменьшается с помощью отсасывающих трансформаторов. Первичная обмотка трансформатора включается последовательно в контактный провод , вторичная обмотка – либо в отдельный, обратный, провод, подмешанный на опорах контактной сети, либо последовательно в рельсы. Ток контактной сети, протекая по первичной обмотке, индуктирует во вторичной почти противоположно направленный ток. Благодаря этому ток, возникающий в обратном проводе, индуктирует в подверженных влиянию цепей связи токи противоположного знака, и тем самым результирующие влияние снижается. При включении вторичной обмотки в рельсах значительно увеличивается ток, что приводит к увеличению защитного действия рельсов. Для сглаживания пульсаций напряжения на дорогах постоянного тока используются реакторы с резонансными контурами. Одной из мер защиты от опасного и мешающего влияний линий высокого напряжения является экранирование цепей связи. При рассмотрении влияний от высоковольтных линий принято под коэффициентом экранирования или, как его часто называют ЭДС, индуктируемой в проводе связи при наличии экрана, к продольной ЭДС, индуктируемой при его отсутствии. Коэффициент защитного действия всегда меньше единице, причем, чем он меньше, тем выше экранирующее действие. Практически роль экранов при влиянии от высоковольтных линий могут выполнять тросы и провода, подвешенные на линии электропередачи или линии связи, металлические оболочки кабелей, рельсы железных дорог, металлические трубопроводы и т.п.
Процесс экранирования в области низких частот можно представить в виде векторной диаграммы, рис № 3.
Допустим, что I1- это вектор влияющего тока, под действием которого в экранирующем проводе и проводе линии связи индуктируется ЭДС Еэ и Е1, которые отстают от тока по фазе на 900. Электродвижущая сила Еэ,наводимая в экране, создает в нем ток Iэ, который отстает от Еэ на некоторый угол φ. Ток Iэ, в свою очередь, наводит в линии связи электродвижущую силу Е2. Результирующая ЭДС в проводе связи Е определяется геометрической суммой ЭДС Е1 и Е2. Из диаграммы видно, что чем меньше Е, тем больше угол φ приближается к прямому. Угол φ зависит от соотношения индуктивного и активного сопротивлений экрана:
tg=
.Из данного уравнения следует, что чем меньше сопротивление экранирующего провода и больше его индуктивность, тем больше защитный эффект, т.е. тем больше снижается ЭДС, наводимая в проводе линии связи. При этом коэффициент экранирования уменьшается. Например, защитное действие медного троса при одинаковых размерах больше стального, алюминиевая оболочка кабеля обладает большим защитным действием по сравнению со свинцовой, стальная броня кабеля, в особенности ленточная, улучшает коэффициент экранирования за счет увеличения индуктивности оболочки по сравнению с голым освинцованным кабелем того же размера.
В общем случае при наличии нескольких экранирующих цепей, удаленных друг от друга , коэффициент экранирования определится:
S=SтSoSp,
где Sт- коэффициент экранирования заземленного троса;
So – коэффициент экранирования оболочки кабеля;
Sp – коэффициент экранирования рельсов железнодорожных путей.
Защитное действие экрана в значительной степени зависит от сопротивления заземления экранирующего провода. Чем больше экранирующие провода заземлены, тем протекающий по ним ток и тем выше их защитное действие. Наибольшее экранирование получается при идеальном заземлении (сопротивление заземления равно нулю). Коэффициент экранирования в этом случае называется идеальным. В реальных условиях обеспечить сопротивление заземления равным нулю невозможно. Поэтому действительный или, как его называют, реальный коэффициент экранирования (защитное действия) всегда несколько больше идеального значения. Численные значения коэффициентов экранирования приводится в справочных пособиях.
При устройстве заземлений алюминиевых оболочек кабеля следует особо тщательно выполнить меры предосторожности, исключающие повреждение изолирующего защитного шланга.
Идеальный коэффициент экранирования (защитного действия) металлических оболочек кабеля можно определить по формуле :
S=
,где R’об- сопротивление оболочки кабеля постоянному току;
Rоб+iωLоб – полное сопротивление оболочки при переменном токе.
Как следует из формулы, коэффициент экранирования зависит от индуктивности оболочки. Известно, что магнитная проницаемость стали зависит от величины напряженности магнитного поля. Следовательно, и индуктивность стальных оболочек, зависящая от μ, будет изменяться с изменением величины протекающего по оболочке тока, а это, в свою очередь, приводит к изменению коэффициента экранирования. Поэтому коэффициент экранирования стальных оболочек или свинцовых и алюминиевых со стальной броней изменяется с изменением индуктируемой продольной ЭДС. Для уменьшения помех в телефонных цепях от электрических влияний линий электропередачи могут использоваться дренажные катушки ДК. В этом случае они включаются по концам цепи подверженной влиянию. Благодаря заземлению средних точек дренажных катушек индуктированные потенциалы на проводах связи снижаются и мешающие напряжения уменьшаются. Однако такой способ уменьшения влияний не может применяться в тех случаях, когда на телефонных цепях используются искусственные цепи и когда вызов и контрольные измерения осуществляются постоянным током. На цепях, которые не используются для передачи постоянного тока, для уменьшая помех могут применяться разделительных трансформаторов прерывает гальваническую связь между отдельными участками цепи связи, что снижает продольную ЭДС в этой цепи. Эффективной мерой защиты является прокладка кабеля на участках сближения взамен воздушной линии связи. В необходимых случаях могут применятся кабели со специальной оболочкой и броней, обеспечивающие наибольшее защитное действие. Увеличение реального экранирующего действия металлических оболочек кабеля можно достигнуть применением многообмоточного нейтрализующего трансформатора, или редукционных, компенсирующих трансформаторов. Уменьшить влияние в жилах кабеля можно путем выбора таких расстояний между заземлениями, при которых реальный коэффициент экранирования будет минимальным. Для уменьшения влияний через цепи дистанционного питания кабельных линий применяются защитные фильтры. Могут применяться компенсаторы помех, которые работают пот принципу подавления наводимых посторонних напряжений в жилах кабеля дополнительными напряжениями и токами, имеющие обратное направление индуктированным током. Для защиты от мешающего действия земных токов при магнитных бурях используют компенсаторы земных потенциалов. Эффективной мерой защитой является применение двухпроводных цепей вместо однопроводных, например передача дистанционного питания по системе «провод-провод» вместо системы «провод-земля».
Литература
1. Гроднев И.И., Курбатов Н.Д. Линейные сооружения связи. Учебник для вузов. Изд. 3-е, дополнительное и переработанное. М., «Связь», 1974.
2. А.С. Брискер, М.А. Восс, О.В. Назарьев, А.В. Ножилов, Ю.А. Парфенов, А.Д. Руга. Эксплуатация линейных сооружений городских телефонных сетей/ БрискерА.С., Восс М.А., Назарьев О.В. и др.- М.:Радио и связь, 1981.-240 с., ил.
3. Полонский П.А. Монтаж линейно-кабельных сооружений городских телефонных сетей: Учебник для средн. Проф.-техн. Училищ.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. школа, 1983, 271 с., ил.