Меры защиты от опасных и мешающих влияний. Экранирование кабелей связи

При проектировании линий сильного тока или линии А.,Т. и С. необходимо размещать их трассы таким образом, чтобы избежать появления в цепях А., Т. и С. индуктированных напряжений и токов, превышающих допустимые величины. Если сделать это нельзя, по местным условиям или по экономическим соображениям, то применяются меры защиты.

Таблица 3

Линия	Меры защиты от влияний
	опасного	мешающего
ЛЭП, контактная сеть	Уменьшение t КЗ; снижение IКЗ, подвеска защитных тросов, включение в контактную сеть отсасывающих трансформаторов.	Транспозиция проводов, подвеска защитных тросов, отсасывающих трансформаторов, включение в контактную сеть фильтров.
Линия АТС	Применение разрядников, дренажных катушек, разделительных трансформаторов, замена ВСЛ кабельной	Дренажные катушки, отказ от работы по однопроводным цепям; замена крюкового профиля траверсным. Замена ВЛС кабельной.

Разрядники РБ-280, Р-350, Р-35, РВНШ-250, РВН- 250.

Разрядники типа РБ-280 включаются между проводом и землёй и срабатывают в случае, когда индуктированное напряжение относительно земли превышает их разрядное напряжение.

Обозначение:Р - разрядник; Б - бариевый; 280 В - среднее разрядное напряжение. Отклонение допускается ± 30 В.

Устройство. Разрядник состоит из колбы, в которой помещаются 2 электрода, в состав которых входит барий. Колбы заполняются аргоном. Разрядники должны выдержать ток 30 А в течение 10 сек.

Неодинаковое разрядное напряжение разрядников, подключённых к проводам 2-проводной телефонной цепи, вызывает опасность акустического удара. При появлении на проводах цепи индуктированного напряжения один из разрядников срабатывает по времени раньше другого, подключённого ко 2-му проводу, и индуктированная энергия со 2-го провода будет отводиться в землю через телефон и работающий разрядник 1-го провода (рис. 2). В результате возможно резкое колебание мембраны телефона с большой амплитудой и, как последствие, - акустический удар, могущий привести к нарушению слуха.

Для защиты от акустического удара применяются диоды, включаемые параллельно телефону и шунтирующие его при появлении на проводах индуктированного напряжения.

Такие устройства называются ограничителями акустического удара (фриттер). Расчётами определяются места установки разрядников РБ - 280 и сопротивления заземления для них.

Кол-во разрядников на 100 км линии для уплотнённой цепи 15 штук, для неуплотнённой - 25.

Устройство разрядников Р-350, Р-35 аналогичное РБ-280, только колба имеет цилиндрическую форму. Р-350 - двухэлектродный, а Р-35 - трёхэлектродный.

РВН-250, РВНШ-250 отличается тем, что последовательно с разрядником включается веллитовое сопртивление. Оно имеет ВАХ:

Оно включается в тех цепях, у которых рабочее напряжение меньше остаточного напряжения на разряднике.

Разрядник Р-350 имеет стеклянный баллон, наполненный аргоном или водородом, в котором имеются 2 металлических электрода, в состав которых входит барий. На оба конца баллона надеты латунные колпачки с ножевыми контактами, соединёнными с электродами.

Разделительные трансформаторы. Величина индуктированной продольной ЭДС на проводах 2-хпроводной цепи может быть уменьшена путём деления цепи на отдельные, гальванически не соединённые между собой участки с помощью разделительных трансформаторов Ртр1 - Ртр3 (рис. 4).

Количество устанавливаемых трансформаторов ,

где - ЭДС,

индуктированная на всём участке;

- допустимая ЭДС.

Трансформаторы должны пропускать необходимую полосу частот, иметь достаточную электрическую прочность изоляции, малые частотные искажения в пропускаемой полосе частот и малое затухание.

Недостаток - невозможность передачи постоянного тока, что необходимо для измерения цепей.

Дренажные катушки.

Для уменьшения помех и снижения опасности акустического удара разрядники Р-350 включаются вместе с дренажной катушкой (рис. 5)

Две полуобмотки катушки, намотанные на общий сердечник из ферромагнитного материала, препятствуют замыканию цепи во время пробоя разрядников. При работе 1-го из разрядников во 2-ой полуобмотке, включённой с ещё не работающим разрядником, индуктируется ЭДС, увеличивая U провода относительно земли, и тем самым ускоряется срабатывание 2-го разрядника. Дренажная катушка должна быть симметричной и пропускать Iдоп.

Экранирование.

Уменьшение опасных и мешающих влияний возможно с помощью экранов. Практически экранами могут быть:

1) металлические защитные оболочки и броневые покровы кабелей;

2) тросы, подвешиваемые на влияющих линиях;

3) рельсы и т. д.;

4) металлические трубопроводу и другие металлические сооружения, расположенные вдоль участка сближения, а также

5) лесные насаждения, разделяющие трассы линий.

Экранирование на НУ заключается в следующем:

Пусть имеем (рис. 6):

1- влияющий провод;

2- провод, подверженный влиянию;

Э- металлический экран.

Когда по проводу 1 протекает I1, то в экране и проводе 2 появятся индуктированные ЭДС, векторы которых ЕЭ и Е2 (рис. 7) будут отставать от I1 на 90°.

Индуктированная в экране ЭДС вызовет в нём ток IЭ, который будет отставать от ЕЭ на угол j. Ток IЭ в свою очередь возбуждает в проводе 2 ЭДС Е2Э, которая будет отставать от него на 90°. Результирующая ЭДС в проводе 2 определяется геометрической суммой Е2 и Е2Э, которая будет тем меньше, чем ближе угол j к 90°. Угол j зависит от соотношения индуктивного и активного сопротивлений экрана.

Таким образом, защитное действие экрана будет тем больше, чем меньше и больше индуктивность . Следовательно, защитное действие медного троса больше, чем сталеалюминиевого и стального. Защитное действие оболочки кабеля из алюминия больше, чем из свинца. Броня кабеля из стальных лент с повышенной даст больший экранирующий эффект, чем обычная броня из стальных лент. Чем чаще и лучше экран заземлён, тем эффективность его больше.

Количественно экранирующее действие экранов оценивается коэффициентом экранирования S0.

Коэффициентом экранирования называется отношение ЭДС, индуктированной в проводе при наличии экрана, к ЭДС, индуктированной при его отсутствии:

Коэффициент экранирования также оценивается через параметры сопротивлений между цепями:

Коэффициент экранирования рельсов

Таблица 4

Проводимость Земли,	Электрифицированный участок	Неэлектрифицированный участок
См/м	Однопутный	2-х путный	Однопутный	2-х путный
1×10-3 - 10×10-3	0,45 - 0,50	0,40 - 0,45	В среднем	В среднем
10×10-3 - 50×10-3	0,50 - 0,55	0,45 - 0,50	0,85	0,80
50×10-3 - 100×10-3	0,55 - 0,60	0,50 - 0,55	-	-

Коэффициент экранирования заземлённых тросов

Таблица 5

Сопротивле-	Коэффициент экранирования при сечении троса, мм
ние r,
Ом/м	медного	алюминиевого	медного	алюминиевого
5 - 100	0,65	0,7	0,58	0,6
100 - 500	0,58	0,63	0,52	0,53

где - полное взаимное сопротивление между влияющим проводом и экраном (рис. 7.11)

- то же между проводом 2 и экраном Э;

- то же между проводами 1 и 2;

- полное сопротивление экрана, включая сопротивления заземлений.

При определении рельсов электрифицированных железных дорог следует учитывать экранирующее действие обратного тягового тока Im, текущего в рельсах. Рельсы полностью не изолированы от земли, и поэтому обратный Im частично проходит в земле. Im обратное наибольше в рельсах будет у тяговых подстанций и у электровоза, а наименьшее посередине между электровозом и подстанцией.

Значение величины коэффициента экранирующего действия соседних жил кабеля 7´4´1,2 , а кабеля 14´4´1,2 - .

При определении величины электрического влияния на цепи ВЛ учитывают экранирующее действие заземлённых тросов, подвешиваемых на ЛЭП, и деревьев, .

Экранирующее действие деревьев учитывают лишь в том случае, если линии проходят через лес по отдельным просекам.

Отсасывающие трансформаторы.

Отсасывающие трансформаторы применяются для уменьшения магнитного влияния тяговых сетей электрических железных дорог переменного тока. Это силовые трансформаторы с n=0,8 ¸ 1, р ³ 800 кВА, первая обмотка которых включается последовательно в тяговую сеть, а вторая - в провод обратного тока (ПОТ), подвешиваемый на опорах тяговой сети (рис. 8) или в рельсы (рис. 9).

При протекании Im по первым обмоткам трансформаторов во вторых обмотках и проводе обратного тока будет проходить ток, близкий по величине току тяговой сети, но обратного направления.

Таким образом, несимметричная цепь тяговой сети становится более симметричной, приближаясь с точки зрения влияний к двухпроводной цепи.

Если отсасывающие трансформвторы ОТ включаются в рельсы, то ток в них значительно увеличивается, что улучшает экранирующее действие рельсов.

Защитное действие ОТ зависит от расстояния между трансформаторами, взаимного расположения линии, подверженной влиянию, и тяговой сети, сопротивления рельсов относительно земли, удельного сопротивления земли и т. д.

При включении ОТ в провод обратного тока , при включении в рельсы (рис. 9) .

Использование отсасывающих трансформаторов в качестве меры защиты от опасных и мешающих влияний удорожает строительство тяговой сети, усложняет эксплуатацию и увеличивает потери электроэнергии, но при необходимости защиты дорогостоящих действующих сооружений (магистральных кабелей, трубопроводов, сконцентрированных кабельных сетей местной связи и т. п.) их применение может быть оправдано.

Сглаживающие фильтры.

Сглаживающие фильтры препятствуют распространению гармонических составляющих вдоль линии. Широко применяются на э.ж.д. постоянного тока.

Устанавливаются на тяговых подстанциях и включаются в тяговую сеть.

В тяговой сети присутствуют гармоники (300, 600, 900 Гц и т. д.) создаваемых шестифазными выпрямителями, но и кратные 100 Гц из-за несимметрии фазных U ЛЭП, питающих тяговые подстанции, и нарушение режима работы и регулирования выпрямителей во время эксплуатации. Поэтому применяемые в настоящее время сглаживающие устройства содержат резонансные контуры, настроенные на частоты гармоник, имеющих наибольшие амплитуды, реакторы L1 и L2 и конденсаторы, образующие фильтры, запирают гармоники и более высоких частот (рис. 10).

Принцип действия 1-го звена сглаживающего устройства:

Гармоника напряжения с частотой f, возникшая на зажимах выпрямительного агрегата РВ, создаёт ток в цепи: один из зажимов РВ, резонансный контур, реактор L1, 2-ой зажим агрегата. Если контур настроен в резонанс с частотой этой гармоники, то его сопротивление для токов этой частоты будет весьма мало, т. к. определяется только величиной активного сопротивления катушки индуктивности.

Полное сопротивления реактора ZР с индуктивностью L1 для тока гармоники с частотой f равно

Индуктивность реактора выбирают таким образом, стобы его полное сопротивление >> активного сопротивления катушки индуктивности контура. В этом случае падение напряжения, вызванного током f, на реакторе будет >> падения напряжения на соответствующем этой гармонике резонансном контуре.

Следовательно, только небольшая часть напряжения с частотой f попадёт в цепь “контактная сеть - рельсы”, параллельно которой присоединены резонансные контуры.

2-ое звено состоит из реактора L2, параллельно которому включены Lш и Cш; С11 включён между контактным проводом и рельсами. L2, Сш и Lш представляют фильтр пробку, настроенную на f = 300 Гц. Эта гармоника таким образом ещё сильнее снижена в контактной сети. С11 - шунт, через которые замыкаются высшие гармоники.

Эффективность фильтров оценивается коэффициентом сглаживающего действия.

Коэффициентом сглаживающего действия называют отношение псофометрического напряжения , измеренного на входе фильтра, к псофометрическому напряжению, измеренного на его выходе

При L1 = L2 = 5 мГн КСД1 =65, а фильтра 2 КСД2 = 250.

Если индуктивность реакторов = 4,5 мГн, то КСД1 = 55, КСД2 = 180.

Для уменьшения мешающего влияния устраняют транспозицию проводов ЛЭП, выравнивают загрузку фаз. Линии связи переводят с крюкового профиля на траверсный, повышают уровни передачи в телефонных цепях и т. д.