книги / Междугородные кабельные линии связи
..pdfВ результате электромагнитного влияния внешнего источника в цепях междугородного кабеля возникают перенапряжения. Они становятся опасными, если величины их достигают значения, соиз меримого с электрической прочностью изоляции жил кабеля или изоляции оборудования оконечных и усилительных пунктов ка бельной магистрали. Опасными они могут быть и для обслуживаю щего персонала, который может подвергаться электрическому удару при внезапном соприкосновении с проводящей частью ка бельной цепи. Перенапряжение возникает обычно между какой-ли бо жилой и землёй при частоте тока 50 гц.
Влияющее напряжение становится мешающим, если величина его соизмерима с напряжением сигнала связи, передаваемого по какому-нибудь каналу рассматриваемой цепи, и если частота влия ющего напряжения полностью или частично совпадает со спектром этого канала. Мешающее напряжение обычно возникает между жилами рабочей пары.
Если влияющее напряжение создаёт на металлической оболоч ке кабеля положительные потенциалы по отношению к земле, то оно является вредным вследствие коррозии металлических оболо чек. Обычно положительные потенциалы на оболочках кабеля по являются от установок постоянного тока — эл. ж. д. и городских трамваев.
В соответствии с указанными разделениями источников влия ния и возникающих напряжений можно на первый план выдвинуть и рассмотреть три вида влияния на междугородный кабель: элек трическое влияние грозовых разрядов, магнитное влияние ВЛ и кон тактных сетей эл. ж. д. переменного тока в режиме короткого за мыкания и гальваническое влияние магнитных бурь и установок постоянного тока электрифицированного транспорта.
9.2. ЗАЩИТА МЕЖДУГОРОДНЫХ КАБЕЛЕЙ ОТ УДАРОВ МОЛНИИ
При ударе молнии ток распространяется от места удара по зем ле во все стороны. При наличии поблизости от этого места подзем ного кабеля большая часть тока молнии может пройти в оболочку кабеля (рис. 9.1 и 9.2). При протекании тока в земле между местом
удара |
молнии |
и кабелем могут |
|
|
|
возникнуть падения напряжения, |
|
|
|||
разрушающие грунт. Между ме |
|
|
|||
стом удара и кабелем ток молнии |
|
|
|||
создаёт |
электрическую |
дугу, |
|
|
|
длина которой |
в некоторых |
слу |
|
|
|
чаях достигала 30 м, а в единич |
|
|
|||
ных случаях — даже 150 ж. Как |
|
м о л н п и |
|||
разрушение грунта, так и образо |
|
|
|||
вание дуги может вызвать |
по |
Р ис. 9.1. |
Расп ространени е токов |
||
вреждение кабеля. |
|
зем л е |
от м еста у д а р а молнии |
Ток, вошедший в оболочку кабеля, распространяется по ней в обе стороны и при этом уменьшается по величине по мере удале ния от места удара вследствие ответвления части тока из оболочки в землю. Ток молнии, возникающий в оболочке кабеля, имеет вид
Рис. 9.2. П оп адан и е токов молнии в оболочку кабеля
импульса, подобного изображённому на рис. 9.3, где показаны кри вые импульса тока в оболочке кабеля (/) и индуктированного на пряжения между жилой и оболочкой кабеля ( 0 ) . Если напряже ние между оболочкой и жилой кабеля превысит электрическую прочность изоляции жил, произойдёт пробой изоляции.
Для уменьшения коли чества повреждений между городных подземных кабе лей от ударов молнии в землю надо повышать элек трическую прочность изоля ции жил кабеля по отноше-
|
3АЬ7 |
|
|
|
| |
|
Защитные тросы |
|
|
Недель |
1 |
Рнс. 9.3. Кривые изменения напряж ения и тока |
Рнс. 9.4. |
Р асп ол ож ен и е |
в ж илах кабеля от времени |
защ итны х |
тросов по о т |
|
нош ению к кабелю |
нию к оболочке. В местах, подверженных частым ударам молнии, прокладывают кабели, электрическая прочность изоляции которых соответствует испытательному напряжению в 5000 в, а в особо ответственных случаях — даж е в 10 000 в. Рекомендуется также увеличивать проводимость оболочки кабеля путём применения алю миниевой или даж е медной гофрированной оболочки. Наконец, ка-
130
бели защищают от тока молнии с помощью медных или стальных тросов, проложенных в земле над защищаемым кабелем (рис. 9.4). Указанные мероприятия применяют в отдельности или совместно в зависимости от местных условий и значения кабельной линии.
Кабели |
высокочастот |
|
||
ные, в которых цепи |
уп |
|
||
лотняются |
многоканаль |
|
||
ными |
системами связи, |
|
||
защищают, в первую оче |
|
|||
редь, если они проложены |
|
|||
в районах с частыми гро |
|
|||
зами |
и, особенно, |
если |
|
|
проводимость земли |
низ |
|
||
кая. |
В некоторых особых |
|
||
случаях для |
защиты |
ка |
|
|
беля |
строят |
специальную Рис. 9.5. Защ ита кабеля подвесны ми проводам и |
||
воздушную линию с под |
Столбы воздушной ли |
|||
веской двух проводов диаметром 4—5 мм. |
||||
нии устанавливаются на расстоянии 3—8 м |
от кабельной трассы. |
Через каждые 200 м устанавливаются дополнительные опоры с заземлителями, соединёнными с проводами накоротко (рис. 9.5). Заземлитель должен находиться от кабеля на расстоянии не менее 25—30 м.
Если кабельная трасса проходит |
вблизи |
отдельных деревьев |
|
пли идёт вдоль леса при расстоянии |
между |
трассой и деревьями |
|
менее 15 м (удельное сопротивление грунта р-< 300 ом-м) |
и ме |
||
нее 50 м (р ;> 300 ом • м), между кабелем и |
деревьями |
(лесом) |
|
прокладывают заземлённые стальные тросы |
на всём протяжении |
||
участка сближения. Для отдельных |
деревьев трос укладывается |
полудугой. Глубина прокладки троса — около 80 см.
9.3.ЗА Щ И ТА КА БЕЛЬН Ы Х ЦЕПЕЙ ОТ ВЛИЯНИЯ ВЛ
ИКОНТАКТНЫ Х СЕТЕЙ ЭЛ. Ж -Д . П ЕРЕМ ЕН Н О ГО ТОКА
Линии электропередачи могут быть, симметричными и несим метричными (рис. 9.6). Несимметричные линии оказывают магнит ное влияние на кабели связи при нормальной работе и особенно при
в) |
5) |
|
^ |
Л , |
|
П 1 Г |
г ^ |
^ |
Рис. 9.6. Системы линий электропередачи:
а) симметричны е системы, б ) несимметричны е системы
коротком замыкании провода на землю, а симметричные линии — только при аварийном состоянии — коротком замыкании на землю.
Система контактных проводов эл. ж. д. и рельсов, используемых в качестве обратного провода, полностью несимметрична, поэтому она оказывает влияние на линии связи как при нормальной работе, так и при аварийном режиме (коротком замыкании).
Наибольшее влияние указанных систем имеет место при корот ком замыкании провода на землю. В этом случае током короткого замыкания создаётся магнитное поле, которое охватывает своими силовыми линиями параллельно расположенные кабельные линии связи: и наводит во всех жилах кабеля напряжения относительно
Рис. 9.7. У часток сближ ения линий связи с В Л
земли. Величина наведённого напряжения может доходить до опас ного, т. е. может привести к пробою изоляции кабеля или станцион ного оборудования, подключённого к этим жилам. Время действия короткого замыкания обычно длится от долей секунды до несколь ких секунд, пока не сработают масляные выключатели. Но этого времени вполне достаточно, чтобы перенапряжение могло привести к пробою изоляции в кабеле связи.
Несимметричные системы при нормальной работе не создают опасного напряжения, так как рабочий ток в этих системах значи тельно меньше, чем ток короткого замыкания. Если сближение ли ний (рис. 9.7) рассчитано по опасному напряжению на ток коротко го замыкания, то на рабочий ток его проверять не надо. Однако ра бочий ток действует непрерывно, он может посредством магнитного поля наводить в жилах кабеля связи напряжения, которые будут всё время мешать передаче сигналов по каналам связи, особенно в тех цепях, которые имеют ёмкостную асимметрию по отношению к земле. Поэтому сближение между линиями следует проверять и по мешающему напряжению при рабочем токе.
Кратковременное перенапряжение в жилах кабеля связи может быть допустимым, если оно не превосходит 60%' величины испыта тельного напряжения, которым испытывают изоляцию кабеля. Сиг нальные жилы в малогабаритном кабеле испытываются при напря жении 750 в, а в других типах кабелей испытательное напряжение достигает величины 1800 в. Следовательно, перенапряжение в жи лах кабелей связи может быть допущено до Ед 450 в, а в некото-
132
рых случаях до |
1000 в. Для организма человека опасным яв |
|
ляется величина напряжения 430 в и выше. |
При особо неблаго |
|
приятных условиях |
(мокрые ноги и руки) |
опасным напряжением |
считается 36 в и выше. Если на линии имеется один или несколько участков сближения с ВЛ или с эл. ж. д., то обслуживающий персо нал в процессе эксплуатации кабеля должен строго соблюдать пра вила по технике безопасности.
Мешающее напряжение в любом телефонном канале связи яв ляется допустимым, если его эквивалентная величина не превосхо
дит 1,25 мв на весь тракт |
телефонной связи. |
Если на телефонном |
|||||||||
тракте имеется п участков сближения, |
то эквивалентная величина |
||||||||||
допустимого мешающего напряжения |
на один |
участок |
сближения |
||||||||
должна быть не более |
|
1 |
25 |
мв. |
|
|
|
|
|
||
|
—г = , |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
у я |
|
|
|
|
|
|
|
Значение влияющего напряжения в случае короткого замыкания |
|||||||||||
провода на землю определяется по формуле |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Д = |
ш | М 50| / К/ $ 50Х, |
в, |
|
|
(9 .1 ) |
|||
где |
со = 314 рад/сек — |
угловая |
частота влияющего тока; |
|
|||||||
М50| |
— |
модуль коэффициента взаимоиндукции между линиями при |
|||||||||
|
|
частоте 50 гц, |
гн/км; |
|
|
|
|
|
|
|
|
/ к— |
максимальное значение тока |
при |
коротком |
замыкании |
|||||||
|
|
провода влияющей линии на землю, а; |
|
|
|||||||
I — |
длина участка сближения, км\ |
|
|
|
|
|
|||||
5 50 — |
коэффициент экранирования свинцовой оболочки и брони |
||||||||||
|
|
кабеля при частоте 50 гц, 550=0,4-4-0,45; |
|
|
|||||||
А, |
— коэффициент |
экранирования |
заземлённого троса, |
подве |
|||||||
|
|
шенного на опорах ВЛ, |
или |
рельсов эл. ж. д.; |
для ВЛ |
||||||
|
|
Я=0,5-4-0,7, для рельсов Я=0,35ч-0,55. |
|
|
|
Величина |Л450| берётся из номограммы на рис. 9.8 в зависимо сти от удельной проводимости земли а и эквивалентного расстояния между взаимовлияющими линиями аэ (точка пересечения прямой, соединяющей ахи а2). Ток короткого замыкания обычно указывает
ся в техническом паспорте, составляемом на каждую контактную или высоковольтную линию.
Величина мешающего напряжения в телефонном канале тональ
ной частоты рассчитывается по приближённой формуле |
|
|||
|
|
~ 0,5у)Д/ (о|Л480о |/л/ 5 800Я, |
в, |
(9.2) |
где т!= (1,1-4-1,5)-10 —3— коэффициент чувствительности |
цепи к по |
|||
|
|
мехам, |
|
|
Д/ = 0,01 |
— |
коэффициент формы кривой тока |
(телефонный форм |
|
|
|
фактор), |
|
|
<а=2я800 |
— угловая частота влияющего тока, |
|
|
|
|М800| — |
модуль коэффициента взаимоиндукции между линия |
|||
|
|
ми, гн/км, |
|
|
1Л— значение тока при нормальной работе влияющей ли
нии, а,, |
|
|
|
I — длина участка сближения, км, |
|
|
|
58оо = 0,05-^-0,15 — |
коэффициент экранирования свинцовой оболоч |
||
ки и брони кабеля, |
|
|
|
X — коэффициент экранирования |
троса |
на опорах ВЛ |
|
(А,=0,5ч-0,7) или рельсов (Я=0,Зч-0,5). |
|||
Величину | М 80о1 |
находят по номограмме рис. 9.8. Ток / н берёт |
||
ся из технического |
паспорта на контактную |
или |
высоковольтную |
линию. |
|
|
|
Если рассчитанные по ф-лам (9.1) и (9.2) значения превосходят допустимые значения Е д и V мд, то для снижения их рекомендуется относить трассу кабельной линии связи на величину, определяемую из номограммы по уменьшенному коэффициенту взаимоиндукции, вычисленному по формуле
М ум = Мп 1 & - . |
(9.3) |
Ьрасч |
|
Если относ трассы кабельной линии связи по каким-либо причи нам невозможен, то рекомендуются другие меры по снижению влияющих напряжений: на опоры ВЛ подвешивают два заземлён ных троса, над кабелем связи прокладывают тросы на всём участке сближения, как показано на рис. 9,4; применяют в качестве водоне проницаемой оболочки алюминий с хлорвиниловым покрытием, при чём алюминиевая оболочка должна быть заземлена через заземлители, расположенные примерно через 500— 1000 м друг от друга; в качестве брони для кабеля связи применяют стальную ленту с по
вышенной |
магнитной проницаемостью (см. |
описание |
в конце |
||
разд. 2.14); |
прокладывают |
кабель связи |
в |
стальных |
(газовых) |
трубах диаметром не менее 50 мм. |
|
|
|
||
Последние три мероприятия из числа перечисленных |
являются |
||||
наиболее радикальными. |
Стальная труба, |
алюминиевая |
оболочка |
кабеля или магнитная броня снижают опасное напряжение пример но в 5 -М 0 раз, в то время как остальные мероприятия, каждое в отдельности, — всего лишь в 2 ч -1,5 раза. Однако при использова нии газовых труб стоимость сооружения сильно увеличивается, так как, помимо труб, надо делать установку смотровых колодцев для протягивания кабеля.
Для снижения мешающего напряжения рекомендуются те ж е мероприятия, что и для снижения опасного напряжения. Кроме то го, можно требовать установки на ВЛ и контактных сетях эл. ж. д. сглаживающих фильтров для снижения гармонических составляю щих влияющего тока, особенно в тех цепях, в которые включены преобразовательные подстанции (ртутные выпрямители, конверто ры и подобные им устройства).
Пример 9.1. П роизвести |
проверочны й расчёт |
опасного и |
м еш аю щ его нап ря |
||||
ж ений, |
возникаю щ их |
от сближ ения с |
контактной |
сетью |
эл .ж .д ., при следую щ и х |
||
данны х: |
/« = 2 0 0 0 а , |
/« = 1 5 0 |
а , длина |
участка сближ ения |
/ = 5 |
км , эквивалентное |
1?5
расстоян ие |
а э |
м еж ду |
проекцией контактного |
провода |
и кабелем |
|
связи |
марки |
||||||||||||
М КС Б |
равно |
50 |
м , |
удельная |
проводим ость |
|
зем ли |
в |
.районе |
сближ ения |
||||||||||
а = 2 0 • 10 ~~*мо/м, |
число |
участков сближ ения |
на |
магистрали |
я = 1 6 . |
|
|
|
||||||||||||
Р е ш е н и е . |
Д л я |
расчёта |
опасного |
напряж ения, возникаю щ его |
м еж ду |
ж илой |
||||||||||||||
к абеля связи |
и |
зем лёй, |
принимаем следую щ и е |
коэф ф ициенты |
экранирования: |
|||||||||||||||
•$50=0,45, А.= 0 ,5 . |
|
К оэф ф ициент взаим оиндукции определяем |
по |
ном ограм м е на |
||||||||||||||||
рис. 9 .8 :|М 50| = 5 4 5 * 10~ ^ гн /к м . |
Величина опасного |
напряж ения Я = 3 1 4 • 545 • 10““6 - |
||||||||||||||||||
•2 0 0 0 -5 - 0 ,4 5 - 0 ,5 = 3 8 6 в. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Д л я |
расчёта |
|
м еш аю щ его |
|
напряж ения примем |
следую щ и е значения коэф ф и |
||||||||||||||
циентов: |
71 = 0,001; |
Р I |
= 0 ,0 1 ; $8оо=0,15; |
Л = 0,45 . К оэф ф ициент |
взаим оиндукции оп |
|||||||||||||||
ределяем |
по |
ном ограм м е |
рис. |
|
9 .8 :|М 800| = 2 9 0 * |
10 “ 6 |
гн/км . Величина м еш аю щ его |
|||||||||||||
•напряжения |
У м = 0 ,0 0 1 -0 ,0 1 |
5 000 -290 - |
10“ 6 - 1 5 0 - 5 .0 ,1 5 - 0 ,4 5 |
= 0 ,3 7 * 1 0 |
3 |
в , 'или |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
0,37 м в. Д оп усти м ое м еш аю щ ее нап ряж ени е составляет |
И мо = |
1 ,2 5 |
т= 0 ,3 1 |
|||||||||||||||||
\ / |
~ |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
у |
16 |
|
|
|
Так |
как |
У м > У м д ~ л то |
коэф ф ициент взаим оиндукции дол ж ен |
быть |
ум ень- |
|||||||||||||||
|
|
Л |
|
|
с |
0 ,3 1 |
|
242*10 |
г |
|
Э том у |
коэф ф ициенту |
при а = |
|||||||
шен: Л 1 д ,^ = 2 9 0 -1 0 ° |
— — = |
|
гн/км . |
|||||||||||||||||
= 2 0 • 10 |
о |
|
|
|
|
и*о/ |
|
|
расстояние, |
'полученное |
по |
ном ограм м е: |
||||||||
соответствует |
м иним альное |
|||||||||||||||||||
а3 = 6 4 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.4. ЗА Щ И ТА |
К А БЕЛ ЬН Ы Х Ц ЕП ЕЙ |
ОТ ВЛ И ЯН И Я |
|
|||||||||||||||||
М АГНИТНЫ Х БУ РЬ И КОНТАКТНЫ Х СЕТЕЙ ЭЛ . Ж . Д . |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ПОСТОЯННОГО ТОКА |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Магнитные |
бури |
наблюдаются в природе |
периодически. |
Они |
проявляются в виде колебания магнитной стрелки компаса, в виде нарушения работы радиосвязи и в виде произвольного действия те леграфных аппаратов, включённых в однопроводные цепи, а также в виде активизации северных сияний. Указанные нарушения проис ходят в течение года, а иногда и двух лет. После этого нарушения прекращаются и возобновляются вновь примерно через девять— двенадцать лет.
Появление магнитных бурь на Земле, как объясняют, целиком зависит от появления пятен на Солнце. Чем больше пятен на Солн це, тем интенсивнее магнитные бури на Земле. Солнечные пятна, очевидно, влияют на интенсивность излучения Солнцем электромаг нитной энергии, вследствие чего напряжённость магнитного поля Земли изменяет свою величину. А так как магнитные силовые ли нии проходят с севера на юг, то от изменения магнитного поля появ ляются в земле токи, идущие с востока на запад или наоборот. Но так как удельное сопротивление земли в различных районах неоди наково, то земные токи, возникающие от магнитных бурь, как пра вило, не совпадают с географическими параллелями, они проходят по линиям наименьшего сопротивления. Поэтому в отдельных ме стах токи могут проходить по направлениям, даж е близким к мери дианам.
В зонах земной коры, где имеет место наибольшее удельное со противление, получается наибольшее падение напряжения от зем-
136
ных токов. Например, магнитные бури больше всего проявляются на Урале. Падение напряжения в этой зоне достигает 5 в на 1 км.
На кабельных магистралях все цепи изолированы от земли, за исключением некоторых цепей для дистанционного электропитания. Поэтому кабельные цепи, по которым происходит передача сигна лов связи, не подвергаются воздействию магнитных бурь. Что ка сается цепей дистанционного электропитания НУП, работающих по системе провод—земля, то они подвержены воздействию магнитных бурь. Между точками заземления на участке дистанционного элект ропитания могут наводиться посторонние напряжения, достигающие70— 80 в. Частота этих напряжений низкая, несколько периодов в-, минуту. В результате перенапряжения могут перегорать электрон ные лампы усилителей, установленных на НУП.
Рис. 9.9. Р астекание тока в зем ле вблизи рельсов эл. ж . д .
Контактные сети эл. ж .д . постоянного тока на отдельных участ ках кабельной трассы создают также падение напряжения вслед ствие того, что обратные токи протекают не только по рельсам, НО' и по прилегающим к ним зонам земли (блуждающие токи). На рис. 9.9 показана примерная картина растекания блуждающих то ков в земле при питании контактной сети напряжением постоянноготока. В случае совпадения участков электропитания контактной се ти и дистанционного электропитания НУП на кабеле связи падение напряжения между заземлёнными точками А а Б может достигатьвеличины около 70 в при коротком замыкании в контактной сети. А это так же, как магнитная буря, может угрожать работе усили теля.
Контактные сети эл. ж. д. постоянного тока могут оказывать ме шающее действие на цепи связи подобно тому, как на эти цепи ока зывают влияние несимметричные системы ВЛ или контактные сети эл. ж. д. переменного тока. Кроме того, проникающая в цепи дистан ционного электропитания гальваническим путём продольная эдс со держит гармонические составляющие, обусловленные, главным об разом, выпрямительными устройствами на подстанциях электротя ги. Следовательно, в цепях связи с заземлёнными средними точка ми создаётся суммарное напряжение, состоящее из слагающей, по-
-Лученной за счёт гальванического влияния через средние точки, и слагающей, полученной за счёт магнитного влияния. Цепи, не имею щие заземлённых средних точек, подвергаются только магнитному влиянию.
Для ограничения указанных выше влияний магнитных бурь и эл .ж .д . постоянного тока рекомендуется отказаться от системы ди станционного электропитания провод—земля и переходить на систе му провод—провод. Несмотря на то, что в этом случае сокращается расстояние между обслуживаемыми усилительными пунктами, ме роприятие оправдывается тем, что гальванические влияния пол
ностью устраняются и значи тельно уменьшается, как мы увидим ниже, электролитиче ская коррозия.
В тех случаях, когда будет установлено, что переход на систему провод— провод эконо мически невыгоден, можно ре комендовать применение полу проводникового компенсатора посторонних эдс, возникающих в цепи дистанционного элек тропитания.
Схема такого компенсатора показана на рис. 9.10. Работа этой схемы основана на стабилиза ции тока в цепи питания. При наличии посторонних эдс в цепи питания может измениться ток, однако благодаря контролирующей цепочке с транзистором Те произойдёт мгновенное изменение по тенциалов на базах Т2 и Т4, вследствие чего сопротивление регули
рующего транзистора Г4 изменится так, что действие посторонней эдс полностью нейтрализуется. Ток в цепи питания практически останется неизменным. Колебание тока с компенсатором посторон
них эдс может быть доведено до минимальных размеров, порядка
±г%.
Каждый такой компенсатор даёт возможность нейтрализовать постороннюю эдс порядка 18 в. В практике строительства и эксплуа тации кабельных магистралей на усилительном участке длиной 40 км наблюдается наибольшая посторонняя эдс, около 70 в, следо вательно, для её компенсации требуется включить последовательно четыре компенсатора.
Для устранения мешающего действия эл. ж. д. постоянного тока рекомендуется также способ относа трассы кабеля связи от полотна дороги. Расчёт магнитного влияния в этом случае и величины уда ления от полотна эл .ж .д . может быть произведён по ф-лам (9.2) и (9.3). При этом коэффициент формы кривой должен быть взят не сколько больше, чем при влиянии переменного тока; обычно прини мают =0,02. А если в техническом паспорте контактной сети ука зан коэффициент Р [ > 0,02, то следует требовать от управления ж е