книги из ГПНТБ / Марков М.В. Линейные сооружения железнодорожной автоматики, телемеханики и связи учебник

В качестве одного из средств защиты от опасных и мешающих влияний может быть применена частичная или полная замена воз­ душной линии связи или линии электропередачи кабельными ли­ ниями, а также частичная или полная относка воздушной линии связи от линии электропередачи.

Для снижения мешающих влияний линии электропередачи на телефонные цепи тональной частоты воздушных линий применяют так называемую т р а н с п о з и ц и ю высоковольтных проводов. Транспозицией называют перемену мест проводов трехфазной высо­ ковольтной цепи с целью выравнивания емкостных и магнитных свя­ зей между трехфазной цепью и телефонными цепями, а также для выравнивания емкостей проводов трехфазной цепи по отношению к земле.

Такое выравнивание снижает мешающее влияние трехфазной цепи на телефонные цепи тональной частоты.

В качестве примера на рис. 231 приведена схема транспозиции,

провода занимают свое исходное положение. При этом шаг транс­ позиции принят равным 3, или 3,2 км и соответственно цикл транс­ позиции — 9 или 9,6 км. Если при делении плеча питания на циклы получается остаток длиной больше шага, то его делят на три равные части и образуют укороченный цикл. Остаток длиной меньше шага не транспортируют.

Конструктивное выполнение транспозиции проводов показано выше (см. рис. 44).

Чтобы снизить мешающее влияние трехфазных линий электро­ передачи, стремятся к равномерной нагрузке фаз этих линий.

280

автоматики и телемеханики

При прямом ударе молнии в провода и опоры воздушных линий или при грозовом разряде вблизи воздушной линии, называемом косвенным разрядом, в проводах возникают атмосферные перена­ пряжения. Эти перенапряжения могут достигать нескольких мил­ лионов вольт и представляют опасность для лиц, обслуживающих аппаратуру, включенную в провода, или пользующихся этой аппа­ ратурой (например, телефонным аппаратом), а также могут произ­ вести пробой изоляции, повреждение и даже разрушение аппара­ туры.

П е р е н а п р я ж е н и я , возникающие в проводах при грозо­

ниями п р я м о г о у д а р а м о л н и и .

Если в провода воздушных линий включены кабельные вставки, то при возникновении в проводах атмосферных перенапряжений мо­ жет произойти пробой изоляции кабеля. Повреждениям от атмос­ ферных перенапряжений подвержены и подземные кабельные линии. Эти повреждения происходят не только при ударах молнии в землю в непосредственной близости от трассы кабеля, но и при ударах мол­ нии в находящиеся вблизи кабеля опоры линий связи и электропере­ дачи, а также при ударах в растущие поблизости деревья. Из ска­ занного следует, что для обеспечения бесперебойной работы уст­ ройств автоматики, телемеханики и связи защита этих устройств от атмосферных перенапряжений, вызываемых грозовыми разря­ дами, является совершенно обязательной.

§135. Защита опор воздушных линий от разрушения молнией

При ударе молнии в деревянную опору ток, достигающий 50 ООО а и более, проходит в землю через тело опоры. Вследствие этого влага, находящаяся в древесине мгновенно превращается в пар и возникаю­ щее при этом большое давление внутри опоры расщепляет ее. Иногда при ударе молнии опора воспламеняется. Защиту деревянных опор воздушных линий связи от разрушения при прямом попадании мол­ нии осуществляют при помощи молниеотводов, называемых л и - н е й н ы м и.

При прямом ударе молнии в опору, защищенную линейным мол­ ниеотводом, разрядный ток уходит в землю не через тело опоры,

-281

а по проволоке молниеотвода, имеющей значительно меньшее элек­ трическое сопротивление, и разрушения опоры в этом случае не про­ исходит. Такой молниеотвод защищает только ту опору, на которой он установлен.

Защищать все без исключения опоры воздушных линий экономи­ чески нецелесообразно. Поэтому правилами по постройке воздуш­ ных линий связи молниеотводы рекомендуется устанавливать только на наиболее ответственных опорах (угловых, контрольных, оконеч­ ных, разрезных, кабельных и др.). Кроме того, молниеотводы уста­ навливают на всех опорах линий связи, поврежденных молнией, но не требующих замены, или на новых опорах, устанавливаемых вза­ мен поврежденных. Молниеотводы устанавливают также на переход­ ных опорах при пересечении линий связи с высоковольтными ли­ ниями (напряжением 3 кв и выше). Железобетонные опоры оборудуют молниеотводами" (заземляющими спусками) только в том случае, когда на них устанавливают разрядники. Конструкция молниеот­

На высоковольтно-сигнальных линиях автоблокировки молние­ отводы для защиты опор не устанавливают, так как защитой опор от повреждений при ударах молнии является высоковольтный провод, размещаемый на верхушечном штыре.

§ 136. Защита междугородных кабелей связи от токов молнии

Попадание токов молнии в проложенные в земле кабели приводит в месте удара к образованию на металлической оболочке вмятин и даже к расплавлению металлической оболочки и разрыву ленточ­ ной брони. Наблюдается также пробои изоляции между жилами верхнего повива и металлической оболочкой, пробой изоляции между

Молния поражает кабель значительно реже, чем воздушные ли­ нии, и в ряде случаев при строительстве кабельных линий и сетей защита их от атмосферных перенапряжений не предусматривается. Так, например, нет необходимости в защите кабеля от грозы на территории железнодорожных станций и населенных пунктов пли если кабель проложен вдоль полотна железной дороги не далее 10 м от крайнего рельса. Нет необходимости защищать от грозы кабели, проложенные не далее 10 м от находящегося в земле металлического трубопровода. Не защищают от грозы бронированные кабели в алю­ миниевой оболочке, если поверх брони нет других защитных покры­ тий кроме кабельной пряжи.

Междугородные кабели связи, имеющие алюминиевую оболочку и пластмассовые шланговые покрытия поверх оболочки и брони, подлежат защите в том случае, если расчетное вероятное число по­ вреждений кабеля на 100 км его трассы составляет более одного по­ вреждения за 5 лет. Исходя из этих же условий защищают междуго-

282

родные бронированные кабели со свинцовой оболочкой. На сущест­ вующих междугородных кабельных линиях защитные мероприятия осуществляют на тех участках, которые имели повреждения от уда­ ров молнии.

Обычно защиту кабеля от ударов молнии приходится осущест­ влять при его прокладке на гористых участках трассы в скалистых грунтах с низкой проводимостью земли и при прокладке кабеля в районах с интенсивными и частыми грозами. В качестве защитного мероприятия наиболее часто применяют прокладку в траншее над кабелем одного или двух защитных биметаллических проводов диа­ метром 4 мм или стальной оцинкованной проволоки диаметром 9,6 мм.

Методы защиты от атмосферных перенапряжений кабельных вста­ вок в воздушные линии изложены в § 138.

§137. Назначение, конструкции

иэлектрические характеристики приборов, применяемых для защиты устройств связи, автоматики и телемеханики

Разрядники. Для защиты от перенапряжений включенной в про­ вода аппаратуры автоматики, телемеханики и связи и лиц, обслужи­ вающих эту аппаратуру и пользующихся ею, а также для защиты включенных в воздушную линию кабельных вставок применяются разрядники.

Включенный между проводом и защитным заземлением разряд­ ник снижает напряжение, возникшее в проводе при грозовом разряде, до такой величины, которая является безопасной для изоляции аппаратуры.

Простейший разрядник состоит из двух токопроводящих элек­ тродов, разделенных воздушным промежутком или изолирующей прокладкой из слюды, кембрика и т. п. Один электрод разрядника присоединяют к проводу воздушной линии или жиле защищаемого кабеля, а другой заземляют. При появлении в проводе перенапря­ жения промежуток между электродами разрядника пробивается и опасное напряжение отводится с провода в землю. Напряжение, при котором пробивается промежуток между электродами разряд­ ника, называют р а з р я д н ы м ( п р о б и в н ы м ) н а п р я ж е ­

ни е м разрядника.

Всхемах защиты устройств СЦБ и связи находят применение уголь­ ные, газонаполненные, вентильные и искровые разрядники, описание конструкции которых и их электрические характеристики приведены ниже. Угольный разрядник (рис. 232) состоит из двух угольных коло­ дочек /, являющихся электродами, между которыми проложена изо­ лирующая прокладка 2 из ацетилцеллюлозы, слюды или другого диэлектрика.

Впрокладке имеется вырез, об­

разующий воздушный промежуток, Рис. 232. Детали угольного разрядника

283

который при возникновении перенапряжения пробивается. Угольные колодочки с прокладкой вставляют в пружины шплинтов кабельных ящиков, защитных полос линейной стороны щитов переключений на телефонных станциях и защитных устройств абонентских пунктов.

определяется величиной воздушного зазора между угольными элек­ тродами, который в данном типе разрядника равен 0,065—0,07 мм.

Угольные разрядники просты по конструкции, но имеют ряд су­ щественных недостатков. Величина сопротивления изоляции их непостоянна и зависит от влажности окружающего воздуха и степени загрязнения угольных электродов и прокладок. Разрядное напряже­ ние угольных разрядников значительно изменяется в зависимости от нажатия плоских пружин, удерживающих угольные колодочки, и от других причин. Поэтому угольные разрядники применяют только на местных телефонных сетях для установки на телефонных станциях, у аппаратов абонентов и в кабельных ящиках местной телефонной сети.

Д в у х э л е к т р о д н ы й г а з о н а п о л н е н н ы й р а з ­ р я д н и к т и п а Р-350 (рис. 233) состоит из стеклянного баллона /, внутри которого помещены два никелевых или стальных электрода 2 и 4, оканчивающихся полусферическими чашечками, расположен­ ными на расстоянии 1,6—2 мм одна от другой. В чашечках поме­ щены таблетки окиси бария, которые увеличивают мощность раз­

их скрепляют между собой изоляционными пластинами 3. Стеклян­ ный баллон заполнен газом аргоном и запаян. На баллоне с обеих сторон установлены латунные колпачки с ножевыми контактами. Каждый из колпачков электрически соединен с прилегающим к нему электродом. Разрядник ножевыми контактами вставляют в контакт­ ные пружины 5 и 8 на фарфоровой колодке 9 держателя. Разрядное напряжение разрядника Р-350 при переменном токе составляет 350 ± 40 в (амплитудных). Он выдерживает, не разрушаясь, посто­

Рио. 233. Разрядник Р-350 и держатель к нему

284

Если при грозовом разряде разрядник Р-350 разрушится, то в действие вступает установленный на держателе искровой разряд­ ник, состоящий из винта 7 и металлической пластины 6. Воздушный промежуток между острием винта и пластиной устанавливают рав­ ным 0,2—0,3 мм.

Такой искровой разрядник имеет обозначение ИР-0,2 или ИР-0,3, где цифра 0,2 или 0,3 означает расстояние в мм между электродами. При этом расстоянии его разрядное напряжение находится в пре­ делах 2600—3200 в. Разрядники ИР применяют для защиты не' только совместно с разрядниками Р-350, но и самостоятельно, уста­ навливая их на опорах воздушных линий. В этом случае их монти­ руют в специально предназначенных для этой цели коробках или в корпусах дренажных и запирающих катушек.

ным разрядником и по своему внешнему виду напоминает обычную электрическую лампочку. Каждый электрод этого разрядника со­ стоит из двух сложенных вместе чашечек; верхнюю изготовляют из молибдена, а нижнюю — из стали. В чашечках заштампованы акти­ вирующие таблетки бария. Стеклянная колба разрядника заполнена

>имеет значительно большую мощность и способен выдерживать по­ стоянный ток до 30 а в течение 10 сек. Разрядники этого типа приме­

няют для защиты устройств связи от опасных напряжений, возникаю­ щих при влиянии высоковольтных линий электропередачи.

(рис. 235), весьма сходен по конструкции с разрядником Р-350, но вместо двух содержит три электрода. Два крайних электрода 1 и 3 соединены с ножевыми контактами, а третий 2, расположенный между ними, соединен с латунным контактом 4 цилиндрической формы. Крайние электроды соединяют с проводами двухпроводной цепи, а средний электрод присоединяют к заземлению. Таким образом, один трехэлектродный разрядник Р-35 заменяет два двухэлектродных разрядника Р-350. В качестве материала электродов применен сплав вольфрама с барием, обеспечивающий большой срок службы разрядника.

Пробивное напряжение разрядника Р-35 350 ± 40 в. Он выдер­

преимущества нового разрядника Р-35 позволяют полагать, что он найдет широкое применение взамен разрядника Р-350 для защиты

285

для защиты включенных в цепи связи, автоматики и телемеханики полупроводниковых приборов. Пробивное напряжение таких раз­ рядников 70—80 в. Выдерживают они постоянный ток 0,3 а в тече­ ние 3 сек.

Следует иметь в виду, что цифры в обозначении разрядников Р-350 и РБ-280 характеризуют величину их номинального напряже­ ния зажигания в в (амплитудных). У разрядников Р-35 и Р-4 цифры в их обозначении с величиной их напряжения зажигания не свя­ заны.

Н и з к о в о л ь т н ы е в е н т и л ь н ы е р а з р я д н и к и т и п о в РВНШ-250, РВН-250 и РВН-500. Газонаполненные раз­ рядники Р-350, Р-35 и РБ-280 обладают тем недостатком, что после срабатывания от разрядного напряжения горение дуги в них дли­ тельное время поддерживается значительно меньшим напряжением (около 40 в). По этой причине их нецелесообразно применять для защиты цепей на участках электрифицированных железных дорог переменного тока, где после срабатывания такого разрядника от грозы его горение будет поддерживаться индуктированным тяговым током напряжением, которое при нормальной работе электротяги может достигать 60 е. По этой же причине их нельзя применять в це­ пях, где постоянно действует рабочее напряжение в цепи проводземля, например в однопроводных телеграфных цепях, цепях ди­ станционного питания и т. п.; на электрических железных дорогах постоянного тока горение разрядников может поддерживаться под воздействием разности потенциалов на заземлителях разрядников, обусловленной протекающими по земле токами электротяги.

. Поддерживание горения разрядника каким-либо напряжением (индуктированным, рабочим в данной цепи и т. п.), значительно меньшим, чем напряжение зажигания разрядника, принято называть

явлением сопровождающего тока.

Это нежелательное явление отсутствует в вентильных разрядни­ ках, которые и применяют в тех случаях, когда в проводах связи,

кровой промежуток и включенное последовательно с ним рабочее нелинейное сопротивление в виде диска. Это сопротивление изго­ товляют из полупроводникового керамического материала ЦТ (дву­ окиси цинка и титана) или из вилита (смеси порошкообразного кар­ борунда, жидкого стекла и мела, подвергнутой отжигу в водородной среде). Основным свойством такого диска является способность изменять свое сопротивление в зависимости от величины приложен­ ного к нему напряжения. При повышении напряжения сопротивле­

перенапряжений с высокой амплитудой токи молнии, обусловленные этими перенапряжениями, беспрепятственнопротекают через раз­ рядник в землю. После прохождения токов молнии, когда на зажи­ мах разрядника напряжение снизится до величины, равной рабочему напряжению цепи, рабочее сопротивление разрядника резко возра­ стает и горение разрядника практически мгновенно прекращается.

В настоящее время промышленностью изготовляются вентильные разрядники РВНШ-250 (разрядник вентильный, низковольтный, штепсельного типа для цепей с рабочим напряжением до 250 б). Внеш­ ний вид такого разрядника, установленного на стандартной двуштырной клемме, показан на рис. 237, а, а разрез его — на рис. 237, б.

Как видно из рис. 237, разрядник РВНШ-250 состоит из

ба 5. Скреплены элементы разрядника винтом 7, изолированным пластмассовой втулкой <3. Величина зазора искрового промежутка может регулироваться гайкой 9. Разрядник закрывается крышкой из прозрачной пластмассы, скрепляемой с его основанием винтами.

Пробивное напряжение разрядника РВНШ-250 составляет 800 ±

± 100 в.

Широкое распространение для защиты устройств железнодорож­ ной автоматики, телемеханики и связи получили разрядники РВН-250, изготовлявшиеся до освоения РВНШ-250, электрические характеристики которых сходны. По своей конструкции они в ос­ новном отличаются тем, что имеют болтовое скрепление с колодкой вместо штепсельного и тем, что нелинейное сопротивление их изго­ товляется из вилита.

жением 380/220 в применяются вентильные разрядники_ РВН-500 с пробивным напряжением 2500—3000 в и предназначенные для ра­ боты в цепях с рабочим напряжением до 500 в.

В цепях высокого напряжения на высоковольтно-сигнальных линиях автоблокировки напряжением 6 и 10 кв для защиты от атмос­ ферных перенапряжений включенных в эти цепи устройств (силовых линейных трансформаторов, кабельных вставок и др.) применяют разрядники РВП-6 и РВП-10. Описание конструкции этих разряд­ ников и их электрические характеристики приведены в разделе 1 (см. § 16 и рис. 27).

/ линий при вводе цепей этих линий в здания оконечных, усилительных и промежуточных пунктов. Цифры в обозначениях этих разрядников означают расстояние между электродами в мм. В зависимости от этого расстояния пробивное напряжение искровых разрядников на­ ходится в пределах от 35 до 70 кв.

На рис. 238, а показана конструкция разрядника ИР-7 при под­ веске проводов на крюках, а на рис. 238, б — на траверсах, где вторым электродом служит штырь, соединенный проводом с молние­ отводом.

Конструкция искровых разрядников ИР-10, ИР-15 и ИР-20 ана­ логична показанной на рис. 238. Искровые разрядники находят применение и для защиты сигнальных цепей автоблокировки в рай­ онах с интенсивной грозовой деятельностью. .

Нелинейные выравниватели типов НВО и НВД находят в послед­ нее время наряду с разрядниками РВНШ-250 широкое применение для защиты от перенапряжений рельсовых цепей автоблоки­ ровки.

288

Нелинейный выравниватель НВО (рис. 239) представляет собой нелинейное сопротивление в виде диска 3, изготовленного из двуокиси цинка и титана. Диск установлен между двумя латунными электро­ дами 2 и закреплен стяжным винтом 5, изолированным от диска и электродов пластмассовыми втулками 4. Размещен выравниватель на стандартной колодке /.

Такой выравниватель будучи включенным в рельсовую цепь при рабочих напряжениях в этой цепи имеет сопротивление, превы­ шающее 1000 ом, и не оказывает влияния на работу путевых прибо­ ров. При возникновении перенапряжений между нитями рельсовой цепи сопротивление выравнивателя резко падает и он, шунтируя путевые приборы, защищает их от перенапряжений. Так выравни­ ватель НВО при приложенном к нему напряжении 100 в имеет сопро­

от выравнивателя НВО тем, что он имеет не один, а два диска, соеди­ ненных друг с другом при помощи металлической пластины с клеммой. Эта металлическая пластина является третьим (общим) электродом для обоих дисков.

Выравниватели НВО обычно включают на приемном конце рель­ совой цепи параллельно обмотке путевого реле, а выравниватели НВД — на питающем конце рельсовой цепи параллельно источнику питания; при этом общий электрод выравнивателя НВД присоеди­ няют к общей шине заземления разрядников, а два других электрода в рельсовую цепь. Схема включения выравнивателей показана ниже (см. рис. 251).

Предохранители. Защиту устройств связи, автоматики и телеме­ ханики разрядниками в необходимых случаях дополняют включе­ нием в линейные цепи этих устройств плавких предохранителей. Назначение предохранителей легко уяснить из схемы, приведенной на рис. 240. Включенный в этой схеме в провод воздушной линии

289