4.2 Принцип экранирования

Для уменьшения электрического и магнитного влияния на внешнее про­странство активно применяются экраны. В технике связи и радиотехнике эк­раны оцениваются через экранное затухание А_Э, характеризующее величину затухания, вносимого экраном. Для магнитного поля затухание экранирова­ния определяется по формуле (4.1) (при n=1):

(4.1)

Для электрического поля (4.2) (при n=1):

(4.2)

где k_M = - коэффициент распространения в металле (коэффици­ент вихревых токов); k_Д=ω - коэффициент распространения в диэлек­трике; Δ- толщина экрана; r_Э - радиус экрана; J₁и H₁- цилиндрические функции первого (Бесселя) и третьего (Хенкеля) родов; J₁' и H₁' - производ­ные этих функций; Z₀= - волновое сопротивление диэлектрика пло­ской волны; Z_M = - волновое сопротивление металла.

(4.3)

Ом

(4.4)

Ом

Эффективность экранов, предусмотренных для защиты от внешних ис­точников помех и от взаимных влияний между цепями, расположенными в общем кабеле, имеет существенные различия. При защите от внешних помех большое значение играют цепи оболочка-земля. Здесь велика роль состав­ляющих продольных токов, и необходимо учитывать действие как вихревых (А_Э), так и продольных (А_ПР) токов. Для цепей, расположенных в общем ка­беле, преобладает эффект вихревых токов, и в первом приближении он оп­ределяет защитное действие экрана. Результирующее экранное затухание А_Э.РЕЗ определяется экранированием от вихревых(А_Э) и продольных (А_ПР) токов, протекающих в оболочке кабеля. Формулы для расчета А_Э (4.1) и (4.2). Величина А_ПР рассчитывается по формуле (4.5), дБ:

(4.5)

где L_ВШ– внешняя индуктивность цепи оболочка-земля, равная 2х10^-6Гн/м; - сопротивление оболочки, Ом/м, где Z_M = ;r – радиус оболочки; k = ; Δ – толщина оболочки.

Для низких частот сопротивление оболочки равно сопротивлению по­стоянного тока Z_ОБ = R₀ = 1/2πrσΔ. Эта формула справедлива для немагнитных экранов до 10 кГц, для магнитных - до 1кГц.

5.Защита сооружений связи от коррозии

Коррозией называется разрушение поверхностей металлов вследствие электрохимических и химических процессов. В зависимости от условий протекания таких процессов коррозия может быть электрической, почвенной, межкристаллитной и атмосферной.

Электрическая коррозия возникает от прохождения по металлическим оболочкам кабелей блуждающих электрических токов, источниками которых могут быть рельсовые пути трамвайных и электрифицированных железных дорог, установки дистанционного питания и т.п. В электрических цепях трамвая и электрифицированных железных дорог в качестве обратного провода используются рельсовые пути и из-за значительного сопротивления рельсовых стыков, плохой изоляции их от земли, изменения направлений линий (путей) часть тока ответвляется в землю. При совпадении направления тока с проложенными в земле кабелями ток проникает в металлическую оболочку и проходит по ней до места ответвления к источникам (тяговым подстанциям). Место входа блуждающего тока в кабель называется катодной зоной, а место выхода — анодной. В анодной зоне ток уносит в землю мельчайшие частицы металла, разъедая оболочку.

Почвенная коррозия возникает при взаимодействии металла с окружающей средой (грунтом) и представляет собой электрохимическое разрушение металлических сооружений, вызванное действием почвы, грунта, почвенных и грунтовых вод и т.п. Содержание в грунте или почве минеральных солей, органических веществ, газов и влаги определяет их коррозионную активность. С повышением температуры скорость коррозии металла увеличивается.

Межкристаллитная коррозия возникает при вибрации кабелей на мостах и проездах с интенсивным движением, при длительной перевозке, в отдельных местах подвески и т.п. Разрушение оболочек кабелей в этом случае происходит преимущественно по границам кристаллов (зерен) металла и вызвано действием окружающей среды при переменных механических нагрузках или без них.

Атмосферная газовая коррозия, как правило, носит электрохимический характер и возникает при окислении металла, например, кислородом воздуха, при повышенной температуре.

Сооружения связи могут подвергаться всем видам коррозии, однако наибольшее распространение получила электрическая коррозия. Свинцовые оболочки кабелей подвержены разрушениям в анодных зонах, однако может наблюдаться и «катодная коррозия». Алюминиевые оболочки кабелей подвержены коррозии в равной степени в анодных, катодных и знакопеременных зонах. Стальные оболочки кабелей обычно разрушаются в вершинах гофр.

Для определения степени опасности коррозии и выбора средств защиты сооружений проводят исследования и электрические измерения. При защите кабелей от электрической коррозии проводят две группы мероприятий. Первая группа — мероприятия, способствующие уменьшению блуждающих токов в земле за счет увеличения переходного сопротивления между рельсами и землей, проводимости рельсовых путей, количества тяговых подстанций, количества и проводимости отсасывающих линий. Вторая группа — мероприятия, способствующие уменьшению блуждающих "токов в оболочках кабелей, их вредного влияния.

Наибольшее распространение получили способы защиты кабелей посредством электрических дренажей, катодных станций и протекторов. Электрические дренажи, действие которых заключаются в отводе блуждающих токов из защищаемых кабелей к источнику этих токов, могут быть прямыми, поляризованными и усиленными. В состав оборудования дренажей входят реле, реостаты, рубильники, трансформаторы, измерительные приборы, смонтированные в металлических шкафах. Выводные концы дренажей подключаются к кабелям и рельсам. Катодную защиту применяют тогда, когда невозможно или нецелесообразно использовать электрические дренажи. Принцип действия катодной защиты заключается в создании отрицательного потенциала на защищаемых кабелях за счет токов катодной станции. Катодная станция представляет собой встроенный выпрямитель, смонтированный в металлическом шкафу. Выводные концы ее подключаются к кабелям и к анодному заземлению, и защитный ток проходит от положительного полюса станции через анодное заземление на землю, затем на оболочку кабелей и на отрицательный полюс станции.

Почвенная электрохимическая коррозия.

Почвенной коррозией называется разрушение металлической оболочки кабеля, вызванное электрохимическим процессом взаимодействия металла с окружающей его почвой. Основными причинами, вызывающими почвенную коррозию, являются: содержание в почве влаги органических веществ, кислот щелочей, неоднородность оболочки кабеля, неоднородность химического состава грунта, соприкасающегося с оболочкой кабеля, неравномерное проникание кислорода воздуха к оболочке кабеля. В результате на поверхности металла образуются гальванические пары, что сопровождается циркуляцией тока между металлом и окружающей средой (рисунок 4.1). В местах выхода токов из оболочки кабеля в грунт образуются анодные зоны, в которых и происходит разрушение оболочки.

Интенсивность коррозии зависит от степени агрессивности среды, которая характеризуется двумя параметрами: vудельным сопротивлением грунта .и химической характеристикой грунта по кислотному содержанию рН (рН — это кислотное число, характеризующее число ионов водорода в единице объема грунта).

Рисунок 5.1 - Почвенная коррозия:

+ анодная зона; — катодная зона; 1 — оболочка кабеля; 2 — токи коррозии

По удельному сопротивлению грунты подразделяются на три категории:

- низкоагрессивные (песчаные, глинистые, каменистые)—р>100 Ом-м;

- среднеагресиионые (суглинистые, лесные, слабый чернозем)—р = 20 100 Ом-м;

- высокоагрессивные (торф, известь, чернозем, перегной, мусор) — р< <1О0Ом-м.

Третья категория грунтов весьма опасна для металлических оболочек в коррозийном отношении.

По химическому содержанию (кислотному числу рН) грунты также делятся на три категории:

- рН = 5 — кислотные грунты,, содержащие растворы серной, азотной, соляной кислот (торф, перегной, чернозем, отходы производства и др.);

- рН = 5... 10 — нейтральные грунты (песок, глина, скала);

- рН = 10 ... 15 — щелочные грунты, содержащие растворы кальция, натрия, калия, фосфора и др. (известь, удобрения, зола и т. д.).

На рисунке 4.2 показана агрессивность грунтов различных категорий. Следует иметь в виду, что различные металлы по-разному ведут себя в различных грунтах. Свинец разрушается главным образом в щелочных средах, а также в кислотных средах при потенциале выше — 1,5 В. Алюминий подвержен весьма интенсивной коррозии в обеих средах. На сталь весьма агрессивно действует кислотная среда и меньше влияет щелочная.

Для защиты кабелей от почвенной коррозии и (в определенных условиях) от электрокоррозии применяются протекторы — анодные электроды. Протектор представляет собой стержень из магниевого сплава, подключаемый к кабелю. Принцип действия протекторной защиты заключается в том, что при соединении протектора, имеющего более низкий потенциал по отношению к свинцу, со свинцовой оболочкой кабеля он окажется анодом, с которого ток будет стекать в землю. Свинцовая оболочка окажется под отрицательным потенциалом. Протекторы устанавливают непосредственно в грунт с любой стороны защищаемого кабеля, а в колодцах кабельной канализации — в днище или за стенкой.

Рисунок 5.2 - Подверженность коррозии различных металлов:

I—кислотный грунт; II—нейтральный; Ш— щелочной

Для повышения продольного электрического сопротивления металлических оболочек кабелей их секционируют изолирующими муфтами типа МИ, МИС или ГМСИ. Муфты устанавливают в местах пересечения линий электрифицированных железных дорог, входа в тоннели метрополитена, пересечения с другими металлическими сооружениями, где наблюдается вход или выход блуждающего тока в кабель.

Существуют и другие способы защиты кабелей, но они менее распространены. Защита кабелей может осуществляться комплексно с одновременным использованием дренажей, катодных станций и протекторов совместно с другими металлическими сооружениями (газопровод, водопровод, электрокабели и др).

Для измерения блуждающих токов на подземных междугородных линиях оборудуют контрольно-измерительные пункты (КИП), представляющие собой железобетонные столбики длиной 1200 мм, зарываемые в грунт на глубину 700 мм, на определенных расстояниях от трассы кабеля. В городских условиях измерение потенциала металлических оболочек кабелей производят в кабельных колодцах.

С целью выравнивания потенциала между оболочками проложенных в одном направлении кабелей их перепаивают поперечными отрезками свинцовой ленты в кабельных шахтах, шкафных и разветвительных колодцах, в колодцах при пересечении с рельсами электрифицированных дорог и через два-три колодца на прямолинейных участках трассы.

6.Выбор трассы строительства

Трасса прокладки кабеля определяется расположением оконечных пунктов. Все требования, учитываемые при выборе трассы, можно свести к трем основным:

1) минимальные капитальные затраты на строительство;

2) минимальные эксплуатационные расходы;

3) удобство обслуживания.

Для обеспечения первого требования учитывают протяженность трассы, наличие и сложность пересечения рек, железных и шоссейных дорог, трубопроводов, характер местности, почв, грунтовых вод, возможность применения механизированной прокладки, необходимость защиты сооружений связи от электромагнитных влияний и коррозии, возможность и условия доставки грузов (материалов, оборудования) на трассу.

Для обеспечения второго и третьего требований учитывают жилищно-бытовые условия и возможность размещения обслуживающего персонала, а также создание соответствующих условий для исполнения служебных обязанностей.

Для соблюдения указанных требований трасса должна иметь наикратчайшее расстояние между заданными пунктами и наименьшее количество препятствий, усложняющих и удорожающих строительство. За пределами населенных пунктов трассу обычно выбирают в полосе отвода автомобильных дорог или вдоль профилированных проселочных дорог.

При пересечении водных преград переходы выбирают в тех местах, где река имеет наименьшую ширину, нет скальных и каменистых грунтов, заторов льда и т.д. Следует избегать в месте перехода обрывистых или заболоченных берегов, перекатных участков, паромных переправ, стоянок судов, причалов и т.д.

Проектирование кабельной трассы осуществляется следующим образом. Сначала выполняют обоснование экономической целесообразности и необходимости реализации данной конкретной линии, затем осуществляют детализацию проекта по конструкциям кабелей, типам оконечных разделочных устройств, используемого активного оборудования.

В процессе ознакомления с трассой особое внимание необходимо обращать на сложные участки: речные переходы; пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов; прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках, в населенных пунктах. На основании этих данных затем выбирают наиболее оптимальные планы прокладки ОК на различных участках трассы, детализируют технологию строительства ВОЛС, рассчитывают потребность машин и механизмов, определяют пункты возможного размещения кабельных площадок и помещений для проведения входного контроля ОК. Кроме того, решают вопросы организации служебной связи с помощью радиостанций УКВ диапазона.

Оптические кабели могут прокладываться:

- в кабельной канализации;

- по техническим эстакадам;

- по стенам зданий;

- с подвеской на столбах.

Выбор трассы строительства кабельных линий и площадок под усилительные пункты определяется следующими минимальными значениями: протяженностью трассы, числом наземных и подземных препятствий на трассе строительства, затратами на защиту линии связи от опасных и мешающих влияний, от коррозии. Минимально допустимые расстояния трассы кабелей связи от других сооружений приведены в табл. 10. При построении линии связи необходимо учитывать создание резервных каналов связи для обеспечения бесперебойной работы и возможность в будущем производить увеличение числа каналов.

При выборе трассы прокладки оптического кабеля обычно рассматривают несколько вариантов трассы, из которых выбирают оптимальный с точки зрения максимальной технико-экономической эффективности. При оценке эффективности тех или иных вариантов прокладки следует учитывать:

- длину трассы;

- возможность создания резервных и обходных путей;

- наличие препятствий, усложняющих и удорожающих прокладку, таких как речные переходы; пересечения автомобильных, железнодорожных и трамвайных путей, трубопроводов; прокладку кабеля по мостам, тоннелям, в заболоченных местах, на скальных и гористых участках; в населенных пунктах глухие стены и нависающие балки в зданиях, дороги при внешней прокладке и т.д.);

- возможность поэтапной реализации отдельных фрагментов крупных корпоративных сетей с минимальной долей временных связей;

- возможность применения хорошо отработанных типовых решений, что позволяет уменьшить стоимость проектирования и строительства по сравнению с решениями, основанными на индивидуальных проектах;

- обеспечение удобства дальнейшего эксплуатационного обслуживания.

Проектирование кабельной трассы выполняют по принципу «от общего к частному», т.е. сначала выполняют обоснование экономической целесообразности и необходимости реализации данной конкретной линии, а затем осуществляют детализацию проекта по конструкциям кабелей, типам оконечных разделочных устройств, используемого активного оборудования и т.д.

Проектирование кабельной трассы разделяется на два основных этапа. На первом из них работа проводится с использованием технической документации здания, существующей кабельной канализации, коллекторов и других инженерных сооружений, трассы которых совпадают с направлением прокладки создаваемой линии.

На втором этапе проектную документацию уточняют и корректируют непосредственно на объекте – визуальным осмотром. На этом этапе осуществляется уточнение мест расположения промежуточных и оконечных муфт, проводится предварительное согласование трассы с заинтересованными организациями и службами, готовятся проекты договоров на аренду, субподряд и т.д.

Рисунок 6.1 – Схема построения зоновой телефонной сети на коаксиальном кабеле