5)Многоточечная схема заземления кабелей

Необходимо помнить, что экранирование ТСПИ и соединительных ли- ний эффективно только при правильном их заземлении. Поэтому одним из важнейших условий по защите ТСПИ является правильное заземление этих устройств.

В настоящее время существуют различные типы заземлений. Наиболее часто используются одноточечные, многоточечные и комбинированные

(гибридные) схемы [6].

На рис. 4.8. показана наиболее простая последовательная одноточечная схема заземления, применяемая на низких частотах. Однако ей присущ не- достаток, связанный с протеканием обратных токов различных цепей по общему участку заземляющей цепи. Вследствие этого возможно появление опасного сигнала в посторонних цепях.

В одноточечной параллельной схеме (рис. 4.9) этого недостатка нет. Однако такая схема требует большого числа протяженных заземляющих проводников, из-за чего может возникнуть проблема с обеспечением мало- го сопротивления участков заземления. Применяется на низких частотах.

Многоточечная схема заземления (рис. 4.10) свободна от выше указан- ных недостатков, но требует принятия мер для исключения замкнутых контуров. Применяется на высоких частотах.

Устройство 1 Устройство 2 Устройство 3 Устройство 4

Рис. 4.8. Одноточечная последовательная схема

4

1 2 3

_{1 2} 3

Рис. 4.9. Одноточечная параллельная схема

Рис 4.10. Многоточечная схема

Комбинированные схемы представляют собой сочетание названных:

• система заземления должна включать общий заземлитель, заземляю- щий кабель, шины и провода, соединяющие заземлитель с объектом;

• сопротивление заземляющих проводников, а также земляных шин должны быть минимальными;

• каждый заземленный элемент должен быть присоединен к заземлите- лю при помощи отдельного ответвления;

• в системе заземления должны отсутствовать замкнутые контуры;

• следует избегать использования общих проводников в системе экра- нируемых заземлений, защитных заземений и сигнальных цепей;

• минимальное сопротивление контактов (лучше пайка);

• контактные соединения должны исключать возможность образования оксидных пленок, вызывающих нелинейные явления;

• контактные соединения должны исключать возможность образования гальванических пар, вызывающих коррозию;

• запрещается использовать в качестве заземлителей нулевые фазы, ме- таллические оболочки подземных кабелей, металлические трубы водо- и

теплоснабжения.

Сопротивления заземления определяются качеством грунта. Орошение почвы вокруг заземления 5%-м соляным раствором снижает сопротивление

в 5–10 раз.

Для эффективного подавления информативных сигналов в цепях за- земления и электропитания применяют электрическое зашумление от гене- раторов шума.

6)Экранирование кабельных линий

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 продольно вдоль кабеля, и оплеточные экраны преимущественно из плоских или круглых проволок (рис. 25.8)

В коаксиальных кабелях для обеспечения требуемых норм помехозащищенности при однокабельной связи внешний провод выполняется биметаллическим (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 экранирования приходится считаться с воздействием как магнитных, так и электрических полей. Причем может преобладать та или иная компонента поля. Наибольшее воздействие оказывает магнитное поле.

Действие экрана определяется коэффициентом экранирования, представляющим собой отношение напряженности электромагнитного поля в какой-либо точке пространства при наличии экрана (Е^э, Н^э) к напряженности поля в той же точке без экрана (Е, Н): S= E^э /E=Н^э/ H. (25.1)

Коэффициент экранирования S изменяется от 1 до 0, характеризуя в последнем случае наивысший экранирующий эффект.

Чем больше затухание экранирования, тем лучше экранирующий эффект системы.

Экранирующий эффект экранов и оболочек определяется суммарным действием затухания поглощения (А_п) и затухания отражения (А_о). Экранирование поглощения обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи в металлическом экране. Чем выше частота и больше толщина экрана, тем больше эффект экранирования. Экранирование отражения связано с несоответствием волновых характеристик металла Z_M, из которого изготовлен экран, и изоляции Z_a, окружающей экран. Чем больше различаются между собой волновые характеристики диэлектрика и металла, тем сильней эффект экранирования за счет отражения.

Рис. 25.8. Металлические оболочки-экраны кабелей связи: а) сплошные; б) ленточные; в) оплеточные

электромагнитная энергия, достигнув экрана, частично проходит через него, соответственно затухая при этом в экране, и частично отражается от него на границе изоляция — экран. На второй границе (экран — изоляция) происходит вторичное отражение энергии и лишь оставшаяся часть энергии проникает в экранированное пространство.

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 А_п следует отдать предпочтение первым.

Затухание отражения А_о 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 экранирующими свойствами, чем немагнитный экран; во второй и третьей зонах оба экрана действуют в электромагнитном режиме. Во второй зоне (от f₁ до f₂= = 10⁶Гц) немагнитный экран дает лучший экранирующий эффект, чем магнитный, а в третьей зоне (от f₂= 10⁶ Гц и выше) становится существенным превосходство магнитного экрана. Это обусловлено тем, что магнитные экраны хорошо поглощают энергию и очень плохо отражают ее (А_п>Ао). У немагнитных материалов наоборот, эффект отражения сильнее эффекта поглощения (А_О>А_Я). Частота порядка 0,8—1 мГц является границей раздела, ниже которой превалирует затухание отражения над затуханием поглощения {А₀>Ап), а выше— наоборот (А_о<Ап).

В реальных условиях использования кабелей связи необходимо учитывать также действие продольных токов,обусловленных наличием третьей цепи: экран (оболочка) — земля (А_пр) (рис. 25.10).

Принцип экранирующего действия кабельной оболочки виден из рис. 25.10.

Рис. 25.10. Принцип экранирования за счет продольных токов

При прохождении по высоковольтной линии тока в оболочке и в линии связи индуцируются соответственно токи I₁₃и I₁₂. В свою очередь ток /₁₃ наводит в линии связи ток /₃2. который находится в противофазе с током /12 и уменьшает его: Iрез= I₁₂.-/₃₂ Таким

образом, влияние при наличии оболочки (/рез= I₁₂.—/₃₂) меньше, чем без оболочки (/рез=/₁₂)/ Эффективность использования оболочки тем выше, чем меньше ее сопротивление и лучше она заземлена.

Экранирующий эффект металлических оболочек при влиянии внешних источников помех определится как А_э.рез=Ап+А₀+Апр.

Расчеты показывают, что примерно до частот 10 кГц превалирует затухание экранирования за счет продольных токов (Апр), а свыше сказывается 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 А_пр 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 {А_а+А₀), так и продольных Апр полей, но здесь определяющим являются поперечные поля.

Рис. 25.11.' Частотная зависимость составляющих экранирования за счет поперечных {Ап +А₀) и продольных (А_пр) токов