тивление заземления равным нулю невозможно. Поэтому действи тельный или, как его называют, реальный коэффициент экраниро вания (защитного действия) всегда несколько больше идеального значения. Численные значения коэффициентов экранирования при водятся в справочных пособиях, например [71].
При устройстве заземлений алюминиевых оболочек кабеля следует особо тщательно выполнять меры предосторожности, ис ключающие повреждение изолирующего защитного шланга.
Идеальный коэффициент экранирования (защитного действия) металлических оболочек кабеля можно определить по формуле
|
S = |
''Об |
(5.55) |
|
‘ “ L .об |
|
Я об + |
|
где R'об — сопротивление оболочки кабеля постоянному току; 7?об+іш7,об — полное сопротивление оболочки при переменном токе.
Как следует из выражения (5.55), коэффициент экранирова ния зависит от индуктивности оболочки. Известно, что магнитная проницаемость стали зависит от величины протекающего в ней то ка, точнее от величины напряженности магнитного поля. Следо вательно, и индуктивность стальных оболочек, зависящая от р, будет изменяться с изменением величины протекакЛцего по обо лочке тока, а это, в свою очередь, приводит к изменению коэф фициента экранирования. Поэтому коэффициент экранирования
Металлическая оВолочка
Жилы
каВеля
ЗЛ.Ж.Д.
5)
О50 100 150 Z00 250 В, КМ
Рис. 5.29. Зависимость иде альных коэффициентов эк ранирования металлических оболочек от продольной эдс:
1 —оболочки |
из |
немагнитных |
материалов; |
2 —оболочки, со |
держащие сталь
Сердечник траншр:
'Мель
Рис. 5.30. Уменьшение влияния при ■помощи траноформаторов:
а) нейтрализующий трансформа тор; б) .редукционный трансфор матор
стальных оболочек или свинцовых и алюминиевых со стальной броней изменяется с изменением индуктируемой продольной эдс.
На рис. 5.29 показаны типичные кривые зависимости идеаль ных коэффициентов экранирования металлических оболочек отин-
.дуктируемой в них продольной эдс. Кривая 1 относится к оболоч кам из немагнитных материалов (свинец, алюминий, медь); кри вая 2 — к оболочкам, содержащим сталь. Как видно из кривых, 5 оболочек, состоящих из немагнитных материалов, не зависят от продольной эдс. Коэффициент экранирования оболочек, содержа щих сталь, с увеличением индуктируемой эдс сначала уменьша ется, а после достижения некоторого минимального значения уве личивается.
Кроме описанных выше способов защиты от опасных и мешаю щих влияний на линиях связи, применяются и другие.
Цепь, симметричная по отношению к земле и к влияющим ли ниям, наиболее устойчива против помех. Такая симметрия дости гается за счет скрещивания цепей воздушных линий и симмет рирования кабельных цепей.
Для уменьшения помех в телефонных цепях от электрических влияний линий электропередачи могут использоваться дренажные катушки ДК. В этом случае они включаются по концам цепи, подверженной влиянию. Благодаря заземлению средних точек дре нажных катушек индуктированные потенциалы на проводах свя зи снижаются и мешающие напряжения уменьшаются. Однако та кой способ уменьшения влияний не может применяться в тех слу чаях, когда на телефонных цепях используются искусственные це пи и когда вызов и контрольные измерения осуществляются посто янным током.
На цепях, которые не используются для передачи постоянного тока, для уменьшения помех могут применяться разделительные трансформаторы. Включение разделительных трансформаторов прерывает гальваническую связь между отдельными участками цепи связи, что снижает продольную эдс в этой цепи.
Эффективной мерой защиты является прокладка кабеля на уча стке сближения взамен воздушной линии связи. В необходимых случаях могут применяться кабели со специальной оболочкой и броней, обеспечивающие наибольшее защитное действие.
Увеличение реального экранирующего действия металличес ких оболочек кабеля можно достигнуть применением многообмо точного нейтрализующего трансформатора, включаемого по схеме рис. 5.30а, или редукционных, компенсирующих трансформаторов (рис. 5.306). Уменьшить влияние в жилах кабеля можно путем выбора таких расстояний между заземлениями, при которых ре альный коэффициент экранирования будет минимальным. Для уменьшения влияний через цепи дистанционного питания кабель ных линий применяются защитные фильтры. Могут применяться
,компенсаторы помех, которые работают по принципу подавления наводимых посторонних напряжений в жилах кабеля дополнитель ными напряжениями и токами, имеющими обратное направление индуктированным током.
Для защиты от мешающего действия земных токов при маг нитных бурях используют компенсаторы земных потенциалов.
—363 —
Эффективной мерой защиты является применение двухпровод ных цепей вместо однопроводных, например передача дистанци онного питания по системе «провод—провод» вместо системы «провод—земля».
5.10. РАСЧЕТ РАЗМЕЩЕНИЯ РАЗРЯДНИКОВ
Для защиты от опасных влияний разрядники устанавливаются на линиях связи так, чтобы напряжение/ПО отношению к земле ни в одной точке линии не превышало допустимой величины. Ток ко роткого замыкания линии электропередачи изменяется в зависи мости от расстояния между электростанцией и местом аварии. Трасса сближения в большинстве случаев сложная, поэтому для определения максимальной величины продольной эдс, возникаю щей на проводах линии связи, рассматривают возможное место короткого замыкания на линии электропередачи в различных точ ках каждого участка сближения. Если хотя бы одно из значений продольной эдс больше допустимой величины, то на проводах ли нии связи по концам участка сближения устанавливают мощные разрядники.
Затем проверяют напряжение на проводах линии связи по от ношению к земле для различных точек короткого замыкания ли нии электропередачи между установленными разрядниками. Ес ли напряжение по отношению к земле выше допускаемого, то в точке, где наблюдается максимальное напряжение, устанавлива ют дополнительно третий промежуточный разрядник. После этого аналогичным способом выясняют необходимость установки допол нительных разрядников на участках между соседними разрядни ками.
Линии электропередачи имеют одностороннее и двустороннее питание. При одностороннем питании напряжение провода связи по отношению к земле против точек короткого замыкания (рис. 5.31а) равно
UX — Ip (Zn!а + |
-f" Ra) > |
|
где Zu — полное сопротивление однопроводной цепи |
связи; |
Rv — сопротивление разрядника; |
|
|
Ra — сопротивление заземлений; |
|
до станции 2; |
h — расстояние от точки короткого замыкания |
/р — разрядный ток в проводе связи, равный |
|
Р = 2П(/, + /2) + 2ЯР + 2/?з1 ’
где и — расстояние от точки короткого замыкания до станции 1. Подставляя значения /р из ур-ния (5.56) и пренебрегая со противлениями разрядников и их заземлений, получаем Ux=
=Е І 2 і ( l i + h ) .
При коротком замыкании на землю провода линии электропе
редачи с двусторонним питанием от токов /к1 и |
(рис. 5.316) |
индуктируются две продольные эдс Et и Е2. При срабатывании разрядников, установленных по концам участка сближения, по проводу линии связи протекает разрядный ток
Е і-Е ,_______
{l\ + h) + 2 (Яр + Я3)
О)
Cm.
/13п
О
i
Ях
j
5*
Рис. 5.31. К расчету размещения разрядников при:
а) одностороннем питании; б) двустороннем
питании
Напряжение провода линии связи по отношению к земле, про тив точек короткого замыкания, определяется по одному из сле дующих уравнений:
UX— £і — |
{ZJi + |
+ Яз) |
|
или |
|
|
|
+ |
/р (ZnZ2 -г Яр + Я3). |
(5.57)» |
Подставляя значение /р в ур-ние (5.57) |
и пренебрегая |
сопротив |
лениями разрядников и их заземлений, имеем |
|
|
Е\1г + Е2іі |
(5.58> |
|
1\ + 12 |
|
|
Если разрядники установлены в нескольких пунктах (более двух)_ то напряжения для каждого из участков между смежными раз рядниками проверяют по формуле [81]
Ux = - ^ 4 - 7 — |
+ 4 - ^ |
(5'59> |
7 + ^ 2 |
4 |
|
где U1 и U2 — падание напряжений на заземлении разрядников, ограничивающих данный участок линии.
При этом должно соблюдаться условие
и х ^ |
и лол. |
(5.60) |
5.11. УСТРОЙСТВО ЗАЗЕМЛЕНИЙ |
|
З а з е м л е н и е м называется |
устройство, состоящее из |
зазем- |
лителей и проводников, соединяющих заземлители с электриче скими установками. З а з е м л и т е л е м называется проводник или группа проводников, выполненная из проводящего материала и находящаяся в непосредственном соприкосновении с грунтом. За землители могут быть в виде трубы, стержня, полосы, листа, про волоки и т. п. В зависимости от выполняемых заземлениями фун кций, различают рабочее, защитное и линейнозащитное заземле ния.
В технике проводной связи рабочим заземлением называется устройство, предназначенное для соединения аппаратуры с зем лей, служащей одним из проводников электрической цепи. К за щитным относятся заземления, предназначаемые для соединения с землей приборов защиты (молниеотводов, разрядников), а также металлических частей силового оборудования. На АТС к защит ному заземлению подсоединяется один из полюсов батарей с целью защиты от переходных токов в случае нарушения изоля ции абонентских пар. Линейнозащитными заземлениями называ ются устройства для заземления металлических оболочек и экра
нов кабелей. Отношение потенциала заземлителя |
к стекающему |
с него току называется сопротивлением заземления: |
|
= у - > |
(5.61) |
'3 |
|
Величина сопротивления заземления зависит от удельного со
противления груша и площади соприкосновения заземлителей с землей.
Нормы сопротивления заземлений для различных установок проводной связи приведены в ГОСТ 464—68. На практике чаще применяются трубчатые заземлители (рис. 5.32), сопротивление которых определяется по формуле {84]
R3 |
щ |
I In 21_ |
41+ 7h |
Ом, |
(5.62) |
1 2л / |
d + Т |
, П l + 7h )• |
где 1 — длина трубы, м; d — внешний диаметр трубы, м; h ■— расстояние от поверхности земли до верхнего конца трубы, м; Рз — удельное сопротивление земли, Ом-м; щ — коэффициент промерзания, учитывающий сезонные колебания температуры грунта, зависит от климатической зоны, его числовое значение на ходится в пределах от 1,3 до 1,9 {84]
Сопротивление вертикального заземлителя из угловой стали определяется также по ф-ле (5.62), но при этом эквивалентный диаметр определяется из выражения
0.956, м, (5.63)
где b — ширина стороны угольника, м.
Обычно заземлитель погружают на глубину ниже промерзания грунта и во всяком случае так, чтобы верхний его конец находил
ся на глубине не менее 0,7 мм от поверх ности земли.
Исходя из требуемых величин сопро тивления заземлителей, необходимости получения достаточной механической прочности и удобства их устройства, обычно используют трубы диаметром
JpySa стальная 2,5—5 см и длиной 1,5—3 м. При увели чении диаметра трубы свыше б см сопро тивление заземления уменьшается незна чительно, поэтому добиваться его умень шения за счет увеличения диаметра тру бы считается нецелесообразным. Анало гичный вывод может быть сделан относи тельно ширины и толщины уголка, кото рый обычно берут с шириной стороны
2,5—5 см.
статная ф Ь~5мм
Tpyfia стальная
Рис. 5.32. Устройство трубчатых заземлителей:
а) одиночный заземлитель; б) мнотэлектродный заземлитель из не скольких труб
Сопротивление проволочного заземлителя, помещенного на глу
бину h, определится |
-Рі к 1п —і=- , |
|
Я = |
(5.64) |
3 |
JT/ |
V dh |
|
где d — диаметр проволоки; |
|
|
|
I — длина проволоки, м; |
|
грунта для различных |
клима |
/с2— коэффициент промерзания |
тических зон, принимается в пределах от 1,8 до 5,6 [84].
Если величина сопротивления одного заземлителя, например, при одной трубе велика, то заземлитель устраивают из нескольких труб, соединенных между собой. Такой заземлитель (рис. 5.326) называется многоэлектродным.
Сопротивление многоэлектродного заземлителя не полностью
•подчиняется закону параллельного соединения сопротивлений. Общее сопротивление многоэлектродного заземлителя уменьшает ся не пропорционально числу единичных заземлителей, соединен ных параллельно, а несколько меньше. При расчете вводится по правочный коэффициент г\', при этом
(5.65)
где N — число труб; г\' — поправочный коэффициент использова ния заземлителей. Величина коэффициента т|/, учитывающего вза имное влияние заземлителей, зависит от расстояния между ними и их взаимного расположения и находится в пределах 0,19-^0,92.
Для устройства заземлений в грунтах с высоким удельным со противлением применяют искусственную обработку грунта. Так как сопротивление заземления зависит от сопротивления прилега ющих к заземлителю слоев грунта, то обрабатывают грунт лишь в небольшой области вокруг заземлителя. Наиболее распростра ненным способом является обработка грунта поваренной солью. Вводимая в грунт соль понижает не только удельное сопротивле ние, но и температуру замерзания грунта. С течением времени
соль вымывается и через 2—4 года обработка грунта повторя ется.
Пример 5.1. Произвести расчет опасного магнитного влияния от трехфазной воздушной линии электропередачи напряжением ПО кВ с частотой 50 Гц с за земленной нейтралью на воздушную линию связи с деревянными опорами, ког
да один из проводов линии электропередачи оборван.
аі
Cm.U
Рис. 5.33. Трасса сближения линии электро передачи и линии связи
Питание линии электропередачи двустороннее. Время отключения неисправ ной высоковольтной линии может Сыть до 1,2 с. Схема сближения линий и из менение величины токов короткого замыкания /„ показаны на рис. 5.33. Прово димость земли на трассе сближения линий a 3=30-;i0~3 См/м.
На высоковольтной линии подвешен заземленный защитный стальной трос сечением '50 мм, коэффициент экранирования которого может быть принят рав ным '1,0—0,95.
Решение. Разбиваем всю трассу сближения линий на четыре участка (рис. 5.33а). По іур-нию (5.15) рассчитываем продольные аде, наводимые в проводах связи в предположении случаев короткого замыкания на землю одного из фа зовых проводов линии электропередачи ® точках, соответствующих концам уча стков сближения і(рмс. 5.336). Значения шяіігг определяем по номограмме (рис. 5.4) и а3 — по ур-нию /(5.4).
Как видно из табл. 5.7, при коротком замыкании в местах, соответствующих точкам В т. Г, £ і> 7 5 0 В, т. е. больше нормы, установленной для данного типа линии. Следовательно, для защиты от опасных влияний необходимо или увели чить расстояние между линиями (увеличить ширину сближения), или установить на линии связи по концам сближения в точках А и Д мощные разрядники.
Определим по ур-нию (5.58) потенциалы Ux проводов связи по отношению к земле при коротком замыкании на линии электропередачи на участке между крайними разрядниками и при срабатывании последних (табл. 5.7 и 5.8).
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
6.7 |
|
|
|
|
|
ВЕЛИЧИНЫ |
ПРОДОЛЬНЫХ эдс п о |
л и н и и с в я з и |
|
|
|
|
При влиянии от 1-й |
|
При влиянии от 2-й |
Е, В |
|
|
|
|
станции |
|
|
|
станции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Ширина |
Место ко |
|
сопротив лениепро ,водаОм |
|
|
|
сопротив лениепро ,водаОм |
|
|
участка |
сближения |
роткого |
длина участка влияния 2км |
|
длина |
участка влияния км |
|
|
|
м |
замыкания |
'к , |
;к2 |
/„ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К1 |
_ |
_ |
А |
3 |
0 |
1650 |
|
35 |
1,64 |
375 |
0 |
1 |
280 |
Б |
11 |
0,48 |
1400 |
|
27 |
1,16 |
450 |
672 |
2 |
350 |
В |
21 |
0,98 |
1000 |
|
17 |
0,66 |
750 |
980 |
3 |
300 |
Г |
29 |
1,44 |
700 |
|
9 |
0,20 |
1000 |
1010 |
4 |
420 |
Д |
34 |
1,64 |
450 |
|
4 |
0 |
1450 |
738 |
|
t e e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
'5.8 |
|
|
|
|
|
ВЕЛИЧИНЫ ПОТЕНЦИАЛОВ ПРОВОДОВ СВЯЗИ |
|
|
|
|
ПО ОТНОШЕНИЮ К ЗЕМЛЕ |
|
|
|
при
JK2
616
522
495
200
0
Место определе |
Еі. в |
е 2, в |
и х , в |
ния потенциала |
|
Б |
672 |
522 |
641 |
В |
980 |
495 |
700 |
Г |
1010 |
200 |
331 |
Из табл. 5.8 видно, что в точках Б и В Дх>!500 В, причем
Ux макс находится в точке В. Следовательно, в точке В необходимо установить разрядники. Далее выясняем необходимость установки дополнительных разряд ников на участках между смежными разрядниками.
КОРРОЗИЯ КАБЕЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК
ИМЕРЫ ЗАЩИТЫ
5.12.КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК КАБЕЛЯ
Одной из причин повреждения металлических оболочек кабе лей является коррозия.
К о р р о з и е й называется разрушение металлов, вызываемое химическим или электромеханическим воздействием* внешней сре ды. В зависимости от причин, вызывающих коррозию металличе ских оболочек, различают межкристаллитную, почвенную (элек трохимическую) и электрокоррозию (коррозию блуждающими то ками) .
Межкристаллитная коррозия возникает вследствие вибрации кабеля при его транспортировке на значительные расстояния, про кладке кабеля вблизи железных дорог, на мостах, а также при подвеске на опорах воздушных линий. В свинцовой оболочке ка беля при коррозии появляются трещины, образуется окись свинца и происходит дальнейшее разрушение металла,, т. е. ускоряется процесс коррозии.
Почвенная коррозия возникает в результате электрохимическо го взаимодействия металла оболочки с окружающей ее средой. К основным факторам, вызывающим почвенную коррозию, отно сятся: содержание в почве влаги, органических веществ, солей, кислот, щелочей; неоднородность химического состава грунта,со прикасающегося с оболочкой кабеля; неравномерное проникнове ние кислорода воздуха к оболочке кабеля. В результате на по верхности металла образуются гальванические пары, что сопро вождается циркуляцией тока между металлом и окружающей средой.
В местах выхода токов из оболочки кабеля в грунт образу ются анодные зоны, в этих местах оболочка кабеля подвергается разрушению. Места, где ток входит в оболочку кабеля, называ ются катодными зонами. Скорость коррозийного процесса опреде ляется коррозийными потерями с единицы поверхности в единицу времени. Эта скорость зависит от тока, протекающего между ано дами и катодами. Ток, в свою очередь, зависит от электрического сопротивления среды и природы процессов, развивающихся на анодах и катодах, задающих разность потенциалов между ними.
Сучетом сказанного эта скорость определится:
ѵ= J_ Vк - иa
Sa R
где UK и \Ua — катодный и анодный потенциалы;
R — внутреннее сопротивление цепи, обусловленное ка тодной и анодной поляризациями и сопротивлением почвы;
5 а — площадь анодного участка; к — коэффициент, определяемый числом Фарадея, атом
ным весом растворяющегося в электролите металла и валентно стью отдаваемого анодом иона.
Электрокоррозия, или коррозия блуждающими токами, вызы вается токами, возникающими в оболочке от посторонних источ ников. Источниками блуждающих таков могут быть рельсовые пути трамвая, электрифицированных железных дорог, метрополи тена, установок дистанционного питания, использующих в качест ве обратного провода землю.
На электрифицированных железных дорогах и трамвайных сетях питающий ток, возвращаясь по рельсам к станции, частич но ответвляется в землю. Проходя по земле и встречая на своем пути металлическую оболочку кабеля, ток распространяется по
этой оболочке (рис. 5.34а), а затем |
сходит |
с оболочки в землю и |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
Питающая “Д ? |
|
|
МпитаюіжР1 |
+(Кпитающая |
п о д с т а н ц и я (“ ) |
_ |
_ |
\^)подстан. |
|
подст анция |
|
s •ъ.Рельсус/ |
|
у V. |
^ |
s ' |
V |
|
ч |
У Ч |
|
|
V |
|
|
^ |
|
|
|
Паоель |
|
|
|
|
\Днодная \Катодная |
|
\Анодная\Катодная |
Р |
I зона |
1 зона |
і |
______1зона | |
зона |
Б |
f i y W v \ Y \ |
/ 7 /7 |
Ѵ \Ѵ Г ? |
|
Л |
с |
|
Л - |
/ |
\ |
|
' |
4 |
Рис. 5.34. Схема .прохождения блуждающих токов: |
|
а) от электрифицированной |
железной дороги; б) от цепей |
|
диетатщиоиного питамия |
|
|
к рельсу, чтобы возвратиться к другому полюсу генератора. Те участки кабеля, на которых блуждающие токи входят из земли в кабель, образуют катодную зону; участки кабеля, на которых блуждающие токи выходят из кабеля в землю, образуют анодную зону.
На междугородных кабельных линиях может применяться ди станционное питание усилительных пунктов по системе «провод— земля» (рис.“5.346). При этом ток, стекающий с заземлителя в пункте Б, частично попадает на оболочку кабеля, образуя катод ную зону, а затем на некотором удалении от пункта Б этот ток стекает с оболочки в землю, образуя анодную зону, в которой происходит разрушение металлической оболочки кабеля.
5.13. РАСЧЕТ ПОТЕНЦИАЛОВ И ТОКОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКЕ КАБЕЛЯ,
НАХОДЯЩЕГОСЯ В ЗОНЕ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ
Расчет потенциалов и токов на металлической оболочке под земного кабеля обычно производят с целью оценки опасности коррозии блуждающими токами. Оценив опасность электрокорро
