книги из ГПНТБ / Гроднев, И. И. Линейные сооружения связи учебник

10 кГц, имея в виду, что второй член больше единицы, получим

і соLBHА n r

А, = 20 lg

Так как волновое сопротивление диэлектрика ZR—m\ior, то

4 я ІО-7

В этой формуле h — глубина заложения кабеля, м; D — диа­ метр кабеля, мм; а3 — удельная проводимость земли, См/м; -ц3 — магнитная проницаемость земли, равная примерно р0 = 4 я - ІО-7 Г/м. Имея в виду, что внешняя индуктивность оболочки равна для то­ нальных частот примерно 2-10~3Г/км (2-10~6Г/м), получим затуха­ ние экранирования за счет продольных токов: Лг = 20lg|L BH107| = = 20lg j2• ІО-6-1071=26 дБ.

На рис. 4.89 приведены расчетные значения Аг. Тут же для сравнения показаны значения Аэ и Аэ. внРасчеты выполнены для

Рис. 4.89. Экранирующее дей­ ствие оболочки ів режиме защи­ ты от внешних помех (А3.зВ) и

в режиме защиты от взаимных (помех (Аз)

медного экрана диаметром 30 мм, толщиной 0,2 мм. Из рисунка видно, что экранирующая оболочка в режиме защиты от внешних помех (Аэ, вн) имеет более высокие экранирующие свойства, чем в режиме защиты от взаимных помех симметричных цепей (Ад). Пре­ вышение обусловлено величиной затухания экранирования про­ дольных токов А% и составляет примерно 16-7-20 дБ во всем диапа­ зоне частот. На высоких частотах величина Аг определяется лишь внешней индуктивностью цепи «оболочка—земля».

С увеличением частоты экранирующие характеристики Лэ. вн и Ад растут, тогда как Az при высоких частотах имеет медленно спа­ дающий характер. Расчеты показывают, что примерно до частот 15-т-20 кГц превалирует затухание экранирования за счет продоль­ ных токов (Аг), а свыше сказывается эффект поперечных вихревых токов (Ад).

312 —

Таким образом, зная эффективность экрана от взаимных помех симметричных цепей (ЛЭ= Л П+ Л 0), можно путем прибавки величи­ ны А г определить характеристики этого экрана в режиме защиты от внешних помех (Аэ. ВН= АЭ+ А г).

4.41. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ЭКРАНОВ

Электромагнитные экраны комбинированной многослойной кон­ струкции применяются в том случае, когда необходимо высокое экранирующее действие. Экраны состоят преимущественно из по­ следовательно чередующихся немагнитных (медь, алюминий) и магнитных (сталь, пермаллой) слоев. Особенностью таких много­ слойных экранов является высокая экранирующая эффективность и сравнительно малые потери энергии в экране. Эти преимущества объясняются следующим образом. При рассмотрении однородных экранов электромагнитного действия было установлено, что экрани­ рующий эффект определяется совместным действием экранирова­ ния поглощения Лп и экранирования отражения Л0 на границах ди­ электрик—металл—диэлектрик. Эффект отражения обусловлен не­

действие. В данном случае энергия помех, встречая на своем пути такое электрическое несоответствие (ZR=A=ZM), частично отражается и лишь частично проходит в экранированное пространство. Это яв­ ление послужило исходным моментом для конструирования и при­

—313

делится в виде £ 4 —<S2£i = 5 jS2 £, где S2 и Р2 — коэффициенты экра­ нирования и реакции второго слоя экрана.

Волна Ез, отражаясь обратно, вызовет в области / волну реак­

падающие, отраженные и преломленные волны, и так этот процесс может быть продолжен до бесконечности. Естественно, что все по­ ступающие составляющие такого рода будут иметь все уменьшаю­ щуюся амплитуду. В результате можно написать, что в области I действует поле реакции экрана, равное сумме отраженных волн ти-

со со

па £ 4 7 1 - 2 .' E° = P,zE— S £ 4 n - 2 = P i£ + 2 PzSh(PiPz)n~2E. Суммируя

Отсюда коэффициент реакции двухслойного экрана можно вы­ разить через коэффициенты реакции отдельных слоев (Рх и Р2):

РЫ = Рі

1-P iP ,

В области / // — в экранированном пространстве — будет дей­ ствовать целый ряд прошедших через экран полей типа £ 4п:

Отсюда коэффициент экранирования двухслойного экрана опре­ делится в виде

S t S a

S 12

1 - Pi р»

Использовав формулу расчета S однородных экранов {ф-ла (4.79)] и подставив ее в выражение для S1 2 , получим

ZM 2 — волновые сопротивления диэлектрика и металлов. Аналогично могут быть определены характеристики трехслой­

ных экранов:

— 315 —

Наиболее широкое применение имеют трехслоиные экраны с одинаковыми наружными слоями (5і = 5з и Рі — Р3). Для этого слу­ чая формула примет вид

с s?s* ( 1 - J

Данные экранного затухания трехслойных экранов для различ-

на последнем месте свинец— сталь—свинец.

Рис. 4.92. Частотная зависимость

мель — свинец — медь; 5 — медь — алю* миний — медь; 6 — авинец — сталь — свинец

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте вывод основного уравнения между цепями связи.

2.Электромагнитные связи между цепями.

3.Переходное затухание на ближнем и дальнем концах, а так­ же защищенность между цепями связи.

4.Какие действуют нормы защищенности и переходного зату­

хания между цепями воздушных линий, а также симметричных и коаксиальных кабелей?

5. Какие косвенные влияния действуют между цепями связи?

6.В чем особенности природы взаимного влияния в коаксиаль­ ных цепях?

7.Физический смысл и частотная зависимость сопротивления связи в коаксиальных кабелях.

8.В чем особенности частотной зависимости переходного зату­

хания на ближнем и дальнем концах в коаксиальных и симметрич­ ных линиях?

— 316 —

Защита сооружений связи от влияния внешних источников

ТЕОРИЯ ВЛИЯНИЯ

5.1. ИСТОЧНИКИ ВЛИЯНИЯ

На работу воздушных и кабельных линий связи могут оказы­ вать неблагоприятные воздействия посторонние источники влия­ ния, к которым относятся:

—атмосферное электричество;

—линии электропередач;

—контактные сети электрифицированных железных дорог;

—передающие радиостанции:

Влияния, ведущие к нарушению нормальной работы связи (проявление посторонних шумов, искажение передач и т. іп.), на­ зываются мешающими. Влияния, ведущие к разрушению или по­ вреждению аппаратуры или линейных сооружений и созданию опасности для обслуживающего персонала, называются опасными.

Наиболее распространенными источниками мешающих влияний являются линии электропередачи, контактные сети электрифициро­ ванных железных дорог, радиостанции. Источниками опасных влия­ ний служат, главным образом, атмосферное электричество и вы­ соковольтные линии, особенно при аварийном режиме. Кроме того,, металлические оболочки кабелей разрушаются под действием блуждающих токов и электрохимических процессов в грунте. Та­ кое явление называется коррозией.

Для ограждения линий и аппаратуры связи от вредного воздей­ ствия атмосферного электричества, высоковольтных установок, ра­ диостанций и коррозий применяются специальные меры защиты.

5.2. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Опасному воздействию атмосферного электричества подверже­ ны как воздушные, так и кабельные линии связи.

На территории СССР грозы наблюдаются повсеместно, однако количество грозовых дней в различных районах Советского Союза различно: например, в районах Москвы, Ленинграда, Смоленска, Тамбова^ среднее количество грозовых дней в году составляет 20— 25. В районах Архангельска, Мурманска число грозовых дней в го­ ду не превышает 5—10, в районах Кавказа число грозовых дней в среднем достигает 30—40, а в некоторых местах 60 и более.

— 318 —

Молния — это электрический разряд через изолятор—воздух.

Путь, образованный разрядом атмосферного электричества, назы­ вается каналом молнии.

Канал молнии обладает примерно следующими параметрами:

разрядах появляется или вследствие индукции от разряда облака на землю, или в результате непосредственного р-азряда через ли­ нию связи (прямой удар).

Чаще молнией поражаются наиболее высокие наземные предме­ ты. Однако молния может ударить и в ровную поверхность земли, устремляясь в область большей электропроводности почвы. Если грунт, в котором заложен подземный кабель, имеет большое удель­ ное сопротивление, то разряды молнии, реагируя на наличие в поч­ ве хорошо проводящих металлических оболочек кабеля, ударяют в поверхность земли над этим кабелем. Чаще всего повреждения под­ земных кабелей наблюдаются в грунтах с большим удельным со­ противлением (каменистых, гранитных, песчаных и т. п.).

Провода воздушной линии связи при прямом ударе молнии под действием больших токов могут расплавиться на одном или не­ скольких пролетах, а деревянные опоры под действием быстро по­ вышающегося давления испаряющейся влаги расщепляются, ли­ нейные изоляторы от сильного інанрева пробиваются или разруша­ ются. Иногда от одного удара молнии разрушается несколько опор. Ток молнии распространяется по земле во все стороны, и если по­ близости находится кабель, то большая часть тока может пройти в его металлическую оболочку. Между местом удара молнии и ка­ белем могут возникнуть большие напряжения и образоваться элек­ трическая дуга, достигающая 30 м, а иногда и больше.

Повреждения кабеля от токов молнии весьма разнообразны: от сильного нагрева расплавляется свинцовая оболочка, сгорает джу­ товая оплетка, обгорает изоляция, расплавляются жилы кабеля и т. д. Под действием внешних сил, образующихся от давления паров влаги грунта и газов, возникающих при сгорании джутовой оплет­ ки, образуются вмятины на оболочке, прогибы кабеля, разрывы ленточной брони и т. п. Вследствие больших индуктированных на­ пряжений, возникающих между жилами и оболочкой кабеля, про­ бивается изоляция жил.

—319 —

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

Помимо атмосферного электричества, на работу цепей связи могут оказывать неблагоприятные воздействия магнитные бури. Последние имеют место в результате резкого изменения в отдель­ ные периоды времени напряженности магнитного поля земли и по­ явления значительных разностей потенциалов между удаленными друг от друга точками земной поверхности. Возникающие при этом земляные токи оказывают сильное мешающее действие на работу одкопроводных цепей связи, дистанционное питание по системе провод—земля, цепи сигнализации и т. п. При длительном прохож­ дении по цепи земные токи могут привести к повреждениям в ап­ паратуре, установленной на НУП. На территории СССР магнит­ ные бури наиболее часто наблюдаются на Северном Урале, Коль­ ском полуострове, Карельской АССР, Колымском крае.

В некоторых районах Сибири и Средней Азии наблюдаются снежные и песчаные метели. Пролетающие при этом с большой скоростью над поверхностью земли мельчайшие песчинки и ледя­ ные кристаллики получают вследствие трения электрические за­ ряды, которые они отдают проводам при столкновении с послед­ ними. В результате на проводах воздушных линий создаются пере­ напряжения, вызывающие помехи.

5.3.ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ

Квысоковольтным линиям относятся линии электропередачи высокого напряжения и контактные сети электрических железных дорог. Линии электропередачи, работающие на переменном токе с частотой 50 Гц, имеют напряжение от 3 до 400 кВ и выше.

Для передачи больших мощностей на расстояние 1000 и более километров применяются линии электропередачи постоянного тока напряжением 500-f-1500 кВ.

Для контактных сетей трамвая и метрополитена используется постоянный ток напряжением соответственно 600 и 800 В, а для электрифицированных железных дорог — постоянный ток напря­ жением 3300 В или переменный с частотой 50 Гц и напряжением

25-І-27 кВ.

Высоковольтные линии в зависимости от характера и степени влияния на цепи связи разделяются на симметричные и несиммет­ ричные. Симметричными называются линии, которые не имеют остаточных напряжений и токов в земле. Напряжения и токи во всех проводах этих линий равны по величине, но сдвинуты по фа­ зе на 120° в трехфазных цепях и на 180° в двухпроводных цепях. К симметричным линиям относятся трехфазные линии с изолиро­ ванной нейтралью (рис. 5.1а), с заземленной нейтралью (рис. 5.16) и однофазные двухпроводные линии. Полностью симметричных ли­ ний электропередачи не существует из-за различия нагрузки фаз,

— 320 —

т. е. из-за различия потребляемой мощности и электрических пара­ метров проводов, а также напряжений и токов в' проводах.

Несимметричными линиями называются такие, у которых земля используется в качестве одного из рабочих проводов. К несиммет­ ричным линиям относятся контактные сети электрифицированных железных дорог (рис. 5.2а), трехфазные линии электропередачи с двумя фазовыми проводами и с использованием земли в качестве

Рис. 5.2. Несимметричные линии передачи:

а) электрифицированная железная дорога; б) линия электропередачи

по системе «два провода—земля»

третьего провода (рис. 5.26), симметричные трехфазные линии элек­ тропередачи при работе их в неполнофазном режиме.

При рассмотрении влияний на цепи связи различают нормаль­ ный, вынужденный и аварийный режимы работы высоковольтных линий.

Под нормальным режимом понимается тот режим, при котором линия работает постоянно. Вынужденный режим — это тот, при ко­ тором линия вынуждена работать определенный промежуток вре­ мени в режиме, отличающемся от нормального. Например, симмет­ ричная линия используется в несимметричном (неполнофазном) ре­ жиме, что имеет место во время ремонта фазового провода симмет­ ричной линии без полного прекращения подачи энергии потребите­ лям или временного отключения (вследствие аварии или профилак­ тического ремонта) одной из подстанций при двустороннем питании высоковольтной линии или контактной сети электрифицированной железной дороги, т. е. временный переход на одностороннее пита­ ние. Аварийный режим возникает при нарушении нормальной рабо­ ты высоковольтной линии, например, при обрыве и заземлении про­ вода одной из фаз трехфазной линии с заземленной нейтралью или контактного провода электрифицированной железной дороги. В этих