лекции по НСТК Мищенко

Втабл.109.4 приведены расчетные данные максимально возможной длины ОК, затягиваемого за один конец в каналы трубопровода.

Вкабельной канализации прокладывают ОК без броневых покровов. В одном трубопроводе допускается прокладка нескольких ОК, суммарная площадь сечения которых не должна превышать 20... 25% площади трубопровода. Для уменьшения трения при протяжке ОК смазывают

техническим вазелином

Как видно из табл. 10.3, строительные длины ОК (0,5...2 км) обычно больше расстояний между колодцами кабельной канализации. На

прямолинейных отрезках канализации допускается протягивание ОК транзитом через несколько колодцев. Если трасса ОК имеет повороты, то в колодцах устанавливают специальные блоки, предназначенные для изменения направления протяжки ОК. Радиус поворотного блока должен быть не менее 20. . . 30 см. В промежуточных колодцах во время протяжки ОК должен

находиться монтажник для смазки ОК и наблюдения за правильностью движения кабеля. Тяговые усилия, приложенные к кабелю, фиксируются на тяговой лебедке с помощью динамометра и датчика. Значения тягового

усилия рассчитывают по формуле

где р — масса кабеля, кг/м; l — длина пролета (или ОК), м; k — коэффициент трения.

Коэффициент трения зависит от материала труб, оболочки кабеля, степени покрытия кабеля смазочными материалами, а также от трассы протягивания ОК. Средние значения коэффициента трения принимаются равными 0,38 для бетонных, 0,32 для асбестоцементных и 0,29 для полиэтиленовых труб. Смазка снижает тяговое усилие на 20... 25%.

Прокладка кабеля в изогнутой канализации вызывает возрастание тягового усилия в еф раз, где ф — угол поворота трассы, рад. Пользуясь формулой (9.1) или данными табл. 10.4, можно определить предельную длину кабеля

201

для протягивания его в каналы трубопровода транзитом через несколько колодцев.

Затягивание ОК в свободные каналы трубопровода осуществляется стальными тросами диаметром 5. . . 6 мм; в занятые каналы ОК затягивают с помощью пеньковых или стальных тросов в полиэтиленовых шлангах.

Соединение ОК с тросом выполняется с помощью устройства захвата (рис. 10.28). В устройстве захвата, показанном на рис. 10.28, а, нагрузку при протягивании ОК в канализацию воспринимает защитная оболочка ОК, а в устройстве, показанном на рис. 10.28, б, — армирующие (силовые) элементы ОК.

Рис. 10.28. Устройство захвата оптического кабеля при соединении его с тросом для затягивания в трубопровод: а — с чулком из стальной проволоки; б — с тефлоновой трубкой; 1 — чулок; 2 — хомутики из стальной проволоки; 3

— компенсатор кручения; 4 — оптический кабель; 5 — трос; 6 — втулка; 7 — оконечная полумуфта; 8— армирующий элемент; 9 — переходное кольцо; 10 — трос.

Непосредственно в грунт прокладывают ОК с защитно-броневым покрытием для зоновой и магистральной сетей. Их прокладывают кабелеукладчиками или ручным способом. Первый способ сокращает трудоемкость в 10... 20 раз и широко используется при строительстве как обычных, так и оптических кабелей связи. Особенности прокладки ОК

состоят в ограничении механических нагрузок на кабель при прокладке и в несколько большей глубине залегания кабеля (1,2 ... 0,9 м). Указанные

обстоятельства определенным образом ограничивают возможность использования кабелеукладчиков.

Прокладка кабеля вручную производится в предварительно открытые траншеи с барабанов, установленных на кабельном транспортере или автомашине и оборудованных козлами-домкратами.

Подвеска оптического кабеля обычно осуществляется на стальном тросе с помощью подвесов, располагаемых с интервалом 30... 50 см.

Последнее время применяется также способ прокладки ОК в полиэтиленовом трубопроводе, причем известны два варианта: кабель протягивается в заранее проложенную трубу; прокладывается составная конструкция «кабель — труба», изготовляемая в заводских условиях.

Полиэтиленовая труба имеет внутренний диаметр 25 мм и толщину

202

стенок 5 мм. Пространство между кабелем и трубой заполняется незасыхающим компаундом. Такая составная конструкция обладает повышенной защищенностью от механических повреждений, влаги и стойкостью против грызунов.

203

Глава 11. ЗАЩИТА СООРУЖЕНИЙ СВЯЗИ ОТ ВНЕШНИХ ВЛИЯНИЙ И

КОРРОЗИИ

11.1.ТЕОРИЯ ВЛИЯНИЯ

11.1.1.ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ И ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВЛИЯНИЯ НА ЦЕПИ СВЯЗИ

Источниками внешних электромагнитных влияний на цепи связи являются линии электропередачи, электрифицированные железные дороги (эл. ж. д.), мощные радиостанции (РС), атмосферное электричество, индустриальные помехи, электрифицированный городской транспорт и т. д.

Электромагнитное поле помех в общем виде может содержать все компоненты - как поперечные ( Ez и H z ), так и продольные ( E1_ и H1_ ).

Поперечное электромагнитное поле, силовые линии которого расположены в плоскости, перпендикулярной направлению передачи сигналов, проявляется при асимметрии в расположении проводников в поперечном сечении кабеля.

Продольное электромагнитное поле связано с наличием индуктивности и конечной проводимости металла проводников и проявляется при продольной асимметрии проводников между собой, а также проводников относительно земли (оболочка - земля). Поперечные компоненты поля превалируют в процес- сах взаимных влияний между цепями связи; продольные компоненты обусловливают мешающее воздействие посторонних источников влияний.

Взаимные влияния проявляются (рис. 11.1, а) в цепях, находящихся в непосредственной близости друг от друга (b ≈ a ), и помехи обусловлены

поперечной асимметрией в расположении проводников влияющей и подверженной влиянию цепей ( a13 ¹ a24 ¹ a23 ¹ a24 ). Здесь действует поперечное электромагнитное поле, создающее ток помех Iпп = N ln[a13 a24 a14 a23 ].

При внешних влияниях (рис. 11.1, б) источники помех, как правило,

204

находятся далеко от цепей связи ( b ³ a ) и разница в расстояниях между проводниками ничтожна, т. е. влияние за счет поперечной асимметрии

проводников фактически отсутствует (Iпп= 0). В этом случае сказываются продольное электромагнитное поле и продольная асимметрия, обусловленная разницей коэффициентов распространения γ 30 , γ 40 и волновых сопротивлений

Z B30 , Z B40 проводников 3, 4 относительно земли, и проявляется влияние через землю (оболочку кабеля).

11.1.2. ВИДЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВНЕШНИХ ВЛИЯНИИ

Для внешних электромагнитных влияний высоковольтных линий на линии связи характерны следующие особенности: во-первых. практическое

отсутствие влияния за счет поперечной асимметрии в расположении проводников, свойственной процессу взаимных влияний; во-вторых, определяющая роль влияний за счет продольной асимметрии цепей проводник - земля (оболочка) и, в-третьих, возможность пренебречь активными

составляющими электромагнитных связей ( g и r):

Кроме того, для внешних источников влияния характерно следующее: разные длины влияющих, подверженных влиянию и третьих цепей;

пренебрежимо малое затухание высоковольтных линий по сравнению с линиями связи, подверженными влиянию;

необходимость учета искажения электромагнитного поля за счет других электропроводящих предметов, таких как грозозащитные тросы, железнодорожные рельсы, рядом расположенные провода и кабели, деревья и др.

Различают следующие виды внешних влияний (рис. 11.2): электрические, обусловленные действием электрического поля; магнитные, возникающие за счет действия магнитного поля; гальванические, появляющиеся вследствие наличия в земле блуждающих

токов; последние создаются высоковольтными линиями, использующими землю в качестве обратного проводника. Под действием блуждающих токов на оболочках кабелей связи появляется напряжение, и в цепях связи возникает влияние. Особенно велико гальваническое влияние при аварийных режимах высоковольтных линий и в местах электростанций.

Под действием внешних электромагнитных полей в сооружениях связи могут возникать напряжения и токи:

опасные, при которых появляются большие напряжения и токи,

угрожающие жизни обслуживающего персонала и абонентов или приводящие к повреждению аппаратуры и линейных сооружений. Опасными считаются: напряжение U >36 В, ток I >15мА;

мешающие, при которых возникают помехи, шумы, искажения, приводящие к нарушению нормальной работы средств связи. Мешающими считаются: напряжение U ≈ 1...2 мВ, ток I ≈ 1 мА.

205

Внешние влияния подразделяются также на длительные и кратковременные. Границей раздела между ними является время t =1 с.

Действие внешних источников бывает постоянным или случайным. Время действия колеблется; в широких пределах: от долей секунды (молния) до непрерывной длительности. Спектр частот внешних источников, как правило, имеет широкую полосу. Амплитуда влияющих напряжений и токов, исходящих от внешних источников, зависит от мощности установки и места расположения ее по отношению к линии связи.

Источниками внешних электромагнитных влияний на сооружения связи являются: атмосферное электричество (гроза); ЛЭП; эл. ж. д.; РС, причем атмосферное электричество и ЛЭП, особенно в аварийном режиме, оказывают опасное влияние, а эл. ж. д., ЛЭП, РС - мешающее влияние. Влияние оказывают также индустриальные помехи (бытовые электроаппараты, городской транспорт), магнитные бури и др. Кроме того, металлические оболочки кабелей подвержены коррозии, т. е. разрушению под действием блуждающих токов и электрохимических процессов в грунте.

Линии электропередачи называют высоковольтными линиями (ВВЛ).

11.1.3. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Опасному воздействию атмосферного электричества подвержены как воздушные, так и кабельные ЛС. На территории России грозы наблюдаются повсеместно, однако число грозовых дней в различных районах различно. Так, в районах Москвы и С.-Петербурга среднее число грозовых дней в году составляет 20-25. В районах Архангельска, Мурманска число грозовых дней в году не превышает 5-10, а в районах Кавказа число грозовых дней в среднем достигает 40-60, а в некоторых местах - 80 и более.

Вероятное число повреждений кабелей от ударов молнии характеризуется плотностью повреждений, под которой понимается общее число отказов в связи, отнесенных к 100 км трассы кабельной линии в год. Ее можно

определить по формуле

где N — общее число повреждений, равное числу опасных ударов молнии; К — период, за который произошло N повреждений, лет; L — длина трассы, км.

Установлено, что в течение грозового периода в районах с грозодеятельностью 20-25 дней в году на каждые 100 км трассы приходится восемь-десять случаев прямого удара молнии в линию связи.

Опасность повреждений кабельной линии существенно зависит от состояния грунта и проводимости кабельной оболочки. На рис. 10.3 приведен график вероятности числа повреждений кабеля на 100 км в год в зависимости от удельного сопротивления грунта ( ρз ) и сопротивления металлической

206

оболочки ( Rоб ). Из графика видно, что в грунтах с большим сопротивлением

(песке, скале, глине, граните и др.) и при больших сопротивлениях оболочки опасность повреждения кабеля возрастает. Грозоповреждаемость кабелей в алюминиевой оболочке, имеющей малое сопротивление, существенно меньше, чем в свинцовой и стальных оболочках.

Молния - это электрический разряд через воздух. Путь, образованный разрядом атмосферного электричества, называется каналом молнии. Канал молнии обладает примерно следующими параметрами: напряжение 1...10 млн. В; ток молнии 20... ... 30 кА; длительность удара молнии 0,3... 0,5 с; число разрядов за один удар 3—10; время одного разряда 100...200 мкс; основная частота колебаний 5...10 кГц; фронт нарастания волны молнии 10...40 мкс; фронт спадания 40... 120 мкс; длина канала молнии 2...3 км; скорость движения лидера 100 км/с; температура в канале молнии 20000° С; волновое сопротивление 300 Ом. На рис. 11.4 показана характерная форма разряда молнии.

время спада до половины амплитуды

207

изоляция жил.

Повреждения в подземном кабеле могут возникнуть от токов молнии, попавших в кабель через корни близко растущих деревьев. Воздушные кабели подвержены действию токов молнии, попавших в кабельные опоры или в воздушные провода.

При прохождении кабеля вблизи лесных массивов вероятность повреждения существенно меняется, так как деревья по краю леса будут принимать на себя удары молний с некоторой полосы, прилегающей к лесу. Поэтому число повреждений кабелей с металлической оболочкой, проложенных непосредственно по краю леса, в несколько раз превышает число повреждений кабелей, проложенных на открытой местности. В то же время кабель, находящийся на некотором оптимальном расстоянии от леса, будет защищен им, поэтому число повреждений в данном случае не превысит 5% по сравнению с кабелем, проложенным по открытой местности (при прочих равных условиях).

Оптимальные расстояния, м, приближенно определяют по следующим формулам: l ≈ 1,5h (при h ≈ 10); l ≈ 1,25h (при h ≈ 20 ); где h - средняя высота деревьев края леса, м. На участках кабельной линии, где расчетное вероятное число повреждений от ударов молнии больше допустимого, рекомендуется применение грозостойких кабелей, т. е. кабелей с повышенной проводимостью оболочки (алюминий) и повышенной электрической прочностью изоляции, включение в муфтах малогабаритных разрядников и прокладка грозозащитных тросов.

Помимо грозового электричества на работу цепей связи могут оказывать неблагоприятные воздействия магнитные бури. Последние имеют место в

результате резкого изменения в отдельные периоды времени напряженности магнитного поля земли и появления значительных разностей потенциалов между удаленными друг от друга точками земной поверхности. Возникающие при этом

земляные токи оказывают сильное мешающее действие на работу однопроводных цепей связи (дистанционное питание по системе «провод— земля», цепи сигнализации и т. п.). При длительном прохождении по цепи земные токи могут привести к повреждениям в аппаратуре, установленной на. НУП. На территории России магнитные бури наиболее часто наблюдаются на Северном Урале, Кольском полуострове, в Карелии, Колымском крае.

В некоторых районах Сибири наблюдаются снежные и песчаные метели.

Пролетающие при этом с большой скоростью над поверхностью земли мельчайшие песчинки и ледяные кристаллики получают вследствие трения электрические заряды, которые они отдают проводам при столкновении с последними. В результате на проводах воздушных линий создаются перенапряжения, вызывающие помехи.

11.1.4. ВЛИЯНИЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Электроэнергия может передаваться по ЛЭП переменного и постоянного

209

токов (рис. 11.6). Напряжения ЛЭП переменного тока: 3,3; 6,6; 11; 35; 220; 500 и 1050 кВ. Напряжения ЛЭП постоянного тока: 400; 500; 600; 800; 1000 кВ. Разрабатываются ЛЭП на 1500 кВ.

На ЛЭП переменного тока используют, как правило, трехфазный ток (рис. 11.7). Режимы работы: 1) симметричный с изолированной нейтралью (рис. 11.7, а) или с заземленной нейтралью (рис. 11.7, б); 2) несимметричный по схеме «два провода-земля» (рис. 11.7, в). Линии с изолированной нейтралью применяются при напряжениях не свыше 35 кВ. При больших напряжениях, исходя из техники безопасности, нейтрали обязательно заземляются.

Влияния, оказываемые ЛЭП на линии связи, могут быть электрическими и магнитными. В зависимости от режима работы ЛЭП преобладает то или иное влияние. Симметричные системы обладают высоким потенциалом и создают большие электрические воздействия (U → E ). Несимметричные системы (с заземленной фазой) в аварийном режиме имеют большой уравнительный ток и являются источником сильных магнитных воздействий ( I → H ). Заземленные ЛЭП оказывают гальваническое влияние.

Отметим, что линии связи находятся под влиянием ЛЭП как переменного тока, так и постоянного. Первые влияют в основном на частоте 50 Гц и на высших гармониках (главным образом в тональном диапазоне частот). Влияние

вторых обусловлено наличием пульсирующих составляющих при выпрямлении тока преимущественно ртутными выпрямителями. Влияние гармонических составляющих распространяется на диапазон порядка 30 кГц и ухудшает качество трехканальных ВЧ систем передачи.

210