Определение необходимости защиты кабельной магистрали от удара молнии

Вероятное число повреждений кабелей ударами молний характеризуется плотностью повреждений. Под плотностью повреждений понимается общее количество отказов (повреждений с простоем связей), отнесенных к 100 км трассы кабеля в год как при однокабельной системе передачи, так и двухкабельной, т.е.

,(47)

где N – общее число повреждений, равное числу опасных ударов молнии;

К – промежуток времени, за который произошло N повреждений, лет;

L – длина трассы, км.

Для определения плотности повреждений кабеля с металлическими защитными покровами, не имеющего поверх оболочки изолирующего шлангового покрытия, необходимо знать следующие данные:

интенсивность грозовой деятельности Т (количество часов в году), час.;

электрическую прочность изоляции жил по отношению к металлической оболочке U_max, В; удельное сопротивление грунта r_гр, кОм×м; сопротивление внешних защитных металлических покровов постоянному току R₀, Ом/км.

Величины Т, U_max, r_гр заданы в виде исходных данных. Величина R₀ находится как сопротивление параллельно соединенных металлической оболочки и стальной ленточной брони кабеля:

Ом/км; (48)

Ом/км; (49)

Ом/км; (50)

r - удельное сопротивление материала металлической оболочки кабеля, для свинца r=0,221 Ом мм²/м; D_бр – средний диаметр кабеля по броне, мм (27,5 мм); а – ширина одной бронеленты, а=(1¸1,1)D_бр = 27,513 мм; b – толщина одной бронеленты, b=0,5 мм; d_об – внутренний диаметр оболочки кабеля, мм (16,013 мм); t_об – толщина оболочки кабеля, мм (1,25 мм).

Подсчитав R₀ и зная r_гр, по графику на рисунке 15 определяем n = 1,8

Рисунок 15 - Зависимость плотности повреждений кабеля связи от сопротивления грунта и сопротивления R₀

Вероятное число повреждений кабеля

(51)

где Т в часах;

U_max в вольтах;

n – взято из рис. 15.

Это число сравниваем с допустимым числом повреждений n_доп кабелей от ударов молний на 100 км трассы в год из табл. 12. Так как n_x>n_доп, то производится защита кабельной магистрали от ударов молний. Для защиты применяют проложенные в земле грозозащитные тросы, надо определить их число.

Защитное действие тросов характеризуется коэффициентом тока в оболочке кабеля h, показывающим отношение тока молнии в оболочке кабеля при наличии троса к току молнии при отсутствии троса. Для одного медного или биметаллического троса

=0,759, (52)

где r_кт= мм - расстояние между кабелем и тросом, (рис.7);

d_т=4 мм- диаметр троса;

d_к=27,52 мм- внешний диаметр оболочки кабеля.

Далее по графику рис.6 определим n=0,25, взяв уже не R₀, а R₀×h₁=1,91, затем вычислим n_x по (53). Так как n_x=> n_доп, то возьмем два троса.

Коэффициент тока для двух тросов при их симметричном расположении относительно кабеля

=0,81 (53)

где r_тт=0,5м - расстояние между тросами (рис.16), остальные обозначения те же, что и в формуле (52).

Снова по графику рис.6 определим n=0,16 по величине R₀×h₂=2,04, а затем вычислим n_x по (51). Так как n_x<n_доп, то два троса достаточно защищают кабель от удара молнии.