7.2. Влияние высоковольтных линий электропередачи

Высоковольтные линии электропередачи также являются источником опасных и мешающих влияний. Существуют высоковольтные линии перемен­ного тока на напряжение 6; 10; 35; 110; 220; 330; 500 и 1100 кВ, причем линии до 35 кВ включительно работают без заземленной нейтрали, а в линиях свыше 110 кВ нейтраль обязательно заземлена. В нормальном режиме эти линии ока­зывают только мешающее влияние. В случае короткого замыкания одной из фаз на землю в линии с заземленной нейтралью по проводу протекает огромный ток, который возвращается по земле в фазу, и величина которого может дости­гать десятков килоампер. Такой ток индуцирует в жилах и оболочках кабеля значительные ЭДС, в результате чего между жилами и оболочкой, а также меж­ду металлической оболочкой и землей возникают напряжения, приводящие к пробою изоляции. На линиях с незаземленной нейтралью опасные влияния воз­никают, если линия работает в несимметричном режиме, то есть, когда один из проводов линии неисправен и вместо него в качестве провода (фазы) использу­ется земля.

Существуют также высоковольтные линии постоянного тока. Выпрямле­ние тока осуществляется шестифазными ртутными выпрямителями, в результа­те чего возникают многочисленные гармоники, оказывающие сильное мешаю­щее влияние.

Расчет ЭДС в цепях кабеля с металлическими жилами и оболочкой произ­водится по формуле

где:  - круговая частота влияющего тока, для нашей сети  = 2f = 314 1/сек;

I - влияющий ток (ток короткого замыкания), А;

М - коэффициент взаимоиндукции между влияющей (линией электропе­редачи) и подверженной влиянию (линией связи) линиями, Гн/км. Коэф­фициент М зависит от расстояния между линиями и удельного сопротив­ления земли. Его величину определяют обычно по номограммам, приво­димым в учебниках или справочниках.

l - длина участка сближения между линиями;

S - коэффициент экранирования.

Если участок сближения сложный, состоящий из ряда более мелких участ­ков с разными расстояниями между линиями, разными типами грунта, то формула видоизменяется

Обычно участок сближения не является параллельным, а чаще всего сближение линий происходит под углом друг к другу. В этом случае разбиение на отдельные участки происходит так, чтобы на каждом участке расстояния ме­жду линиями на одном конце участка не более чем в 3 раза отличалось от рас­стояния между линиями на другом (рис. 45, а удельное сопротивление грунта в пределах участка было постоянным. Полное значение ЭДС сравнивается с до­пустимым. В качестве допустимой величины напряжения обычно принимают величину испытательного напряжения U_исп, которое равно 1000 В для город­ских кабелей, 2000 В для сельских, 1800 В для междугородных симметричных и 3000 В для коаксиальных кабелей.

Рис. 45

Если при этом по жилам передается дистан­ционное питание, то допустимое напряжение уменьшается на величину напря­жения дистанционного питания U_дп: U_доп = U_исп – U_дп/2

В случае, когда рассматривается пробой изоляции шланга поверх метал­лической оболочки или экрана принимается во внимание электрическая проч­ность шланга между экраном и землей. Эта прочность колеблется в широких пределах от 5 до 100 кВ в зависимости от материала шланга, его толщины, на­личия повреждений и т.д.

Большое значение имеет коэффициент экранирования S_i. Его толщина за­висит от материала и толщины оболочки кабеля и бронепокровов, от наличия вблизи данного кабеля других кабелей и сооружений и т.п.

Пусть, например, имеем параллельное сближение между линией электро­передачи (ЛЭП) и кабелем связи (КС), и пусть влияющий ток в ЛЭП (ток корот­кого замыкания) равен I₀ (см. рис. 46).

провод ЛЭП

Рис .46

Наведенная током в ЛЭП ЭДС в оболочке Е_об равна Е_о6 = -jМ_0-об•I₀•l, при этом ток в оболочке равен:

В жилах кабеля наводится ЭДС как от влияния токов в ЛЭП, так и от близко расположенного тока в оболочке:

Суммарная ЭДС равна:

Подставляя значение I_об , и учитывая, что:

и найдём:

где

Откуда видно, что S < 1, и чем меньше R_об, и чем больше L_об, тем меньше S и тем меньше наведенная в жилах кабеля ЭДС. Если оболочка кабеля хорошо заземлена, то ток в ней больше, чем в изолированной оболочке. Большой ток в оболочке лучше компенсирует наведенный от тока в ЛЭП ток в жилах, поэтому оболочку для лучшего экранирования предпочтительно хорошо заземлять.

Коэффициент экранирования S не является постоянной величиной. Так как величина магнитной проницаемости  зависит от величины напряженности по­ля, то следовательно и величина L_об также зависит от нее, и в соответствии с этим и коэффициент экранирования. Наименьшую величину коэффициент эк­ранирования имеет при напряженности Е = 200-300 В/м.

Мерами защиты от влияния линий электропередачи являются:

1. Применение кабелей с малой величиной коэффициента экранирования S, т.е. кабелей с малой величиной сопротивления оболочки R_об и большой индуктивностью оболочки. Для увеличения индуктивности оболочки применяют броню из материала с большой величиной ,

2. Прокладка или подвеска вблизи кабеля экранирующих тросов, изго­товляемых из стали (типа ПС-70), меди или алюминия.

3. Включение разрядников между жилами и оболочкой симметричного кабеля.

4. Включение фильтров и разрядников на входе в подключенную аппара­туру.

5. Включение редукционных, нейтрализующих и разделительных транс­форматоров.

Редукционный и нейтрализующий трансформаторы представляют собой трансформатор, в котором в качестве вторичной обмотки используется пучок из жил защищаемого кабеля, а первичная обмотка изготовлена из меди и имеет сечение, эквивалентное сечению оболочки кабеля (см. рис. 47)

Рис. 47

При включении РТ в разрез кабеля в жилах постоянно наводится ЭДС, противоположная ЭДС, наведенной в результате влияния ЛЭП.

Разделительный трансформатор имеет коэффициент трансформации 1:1 и включается последовательно в линию связи, для того чтобы гальванически раз­делить участки влияния (рис. 48). Существенным недостатком разделительного трансформатора является его низкочастотность, т.к. при высокой частоте очень трудно обеспечить трансформацию сигналов в ли­нии без искажений.

Рис. 48