6.4 Построение диаграммы уровней восп на длине одного регенерационного участка

Энергетический потенциал ВОСП, определяет энергетические возможности используемой аппаратуры по перекрытию потерь в линейном тракте. Чем выше значение ЭП, тем на большее расстояние можно передавать информацию, либо при прежнем расстоянии использовать ОК с большим значением коэффициента затухание (с меньшей стоимостью). Величина ЭП зависит прежде всего от мощности излучения ПОМ и чувствительности ПРОМ. Увеличить значение ЭП можно следующими способами:

1. использовать в ПОМ ЛД вместо СД;

2. применить ПРОМ с лучшей чувствительностью (например, заменить p-i-n ФД на ЛФД);

3. уменьшить потери энергии при вводе ее в ОВ (использование микролинз).

Наглядное представление об ЭП и распределении потерь мощности излучения в линейном тракте дает диаграмма ЭП ВОСП. Диаграмма сроится для регенерационного участка (рис. 6.1 ) в координатах: оптическая мощность Р (дБм); расстояние L_p (км). По вертикальным осям А и Б откладывают уровни

мощности ПОМ (в пункте А) и чувствительность ПРОМ (в пункте Б) соответственно. На оси А откладываются отрезки (Р_пер + ), а на оси Б – (P_пр+P_t+P_зап+P_выв). Вдоль оси абсцисс откладывается затухание ОК в виде линии с наклоном l_cд (дБ) для каждой строительной l_cд, в местах стыка строительных длин наносятся отрезки, равные затуханию в неразъемных соединениях ОК – _н.

ВОСП спроектирована правильно, если построенная таким образом диаграмма ЭП пересечет ось Б в точке приблизительно равной (или чуть выше), чем значение P₀+P_t+P_зап+P_выв.

7 Защита оптических кабелей от влияния внешних электромагнитных полей

1. Защита оптических кабелей от удара молнии

Методика расчета вероятности годовой частоты повреждения ВОЛП базируется на допустимом токе молнии в металлических покрытиях ОК, при котором не возникает повреждения кабеля с перебоем связи, а пробой внешнего шланга не считается повреждением ОК. Величина этого тока зависит от конструкции ОК, находиться, как правило, экспериментальным методом.

Ожидаемое вероятное количество повреждений за год зависит от количества ударов молнии, которое приходиться на участок поверхности,

непосредственно подверженной воздействию удара молнии или дуги, которая возникает между местом удара и кабелем. Вероятность возникновения в подземном кабеле тока, который может вызвать его повреждение в общем случае находить по формуле [2]:

, (7.1)

где – общее вероятностное среднегодовое число всех ударов молнии в ВОЛП;

– коэффициент риска повреждений оптического кабеля с металлическими элементами [2];

– поверхностный коэффициент (задан в табл. 3.2).

Рисунок 7.1 – Коэффициент риска грозоповреждения ОК в зависимости от его стойкости к току молнии

Значение рассчитывается по формуле:

, (7.2)

где q – удельная плотность ударов молнии в год на км² земной поверхности;

– условный радиус искровой зоны, м;

L – длина линии, км;

В расчетах положим L = 100 км.

Условный радиус искровой зоны определяется по формуле:

, (7.3)

где ρ – удельное сопротивление грунта на трассе ВОЛП, Ом·м;

– пробивное напряжение электрического поля в грунте, кВ/м.

Значение изменяется от 250 кВ/м при ρ = 1000 Ом·м і до 500 кВ/м при ρ1000 Ом·м.

Для сравнения полученного результата с допустимой нормой на ожидаемую вероятность повреждения ОК с металлическими элементами, необходимо рассчитать дляL100 км по формуле:

, (7.4)

где – норма на вероятное число повреждений кабеля на 100 км трассы, для транспортной ВОЛП.

Если , то защита кабеля не требуется, если это неравенство не выполняется, то применяют способы защиты, такие как:

• использование одного или двух грозозащитных тросов типа ПС-70, или других типов;

• замена кабеля на полностью диэлектрический либо с вышей категорией грозостойкости.

7.2 Расчет опасных магнитных влияний

Одним из основных факторов, определяющих степень влияния ЛBH на ВОЛП является характер сближения. Под сближением понимается взаим­ное расположение ВОЛП и линии высокого напряжения (ЛЭП или контактных сетей ЭЖД) (ЛBH), при котором в ОК могут возник­нуть опасные напряжения и токи. Сближение может быть парал­лельным, косым и сложным.

Расчет защиты ОК тросом производится следующим образом. Для оценки эффективности действия одного троса используется коэффициент экранирования з.

, (7.5)

где – допускаемый испытательный импульсный ток, кА;

– ток в цепи защитный «трос-земля».

По величине з оценивается вероятное число повреждений кабеля после прокладки защитного троса, при этом вместо при определенииК_р берется величина . Если, то нужно использовать два троса. Значения коэффициента экранирования для разных типов тросов приведены в 7.1…7.4.

Таблица 7.1 – Коэффициент экранирования одного медного или биметаллического провода диаметром 4 мм

Расстояние между защитным проводом и кабелем, мм	Коэффициент экранирования одного медного оцинкованного троса ПС-70
	Диаметр оболочки кабеля, мм
	15	20	25	30
300	0,576	0,596	0,612	0,626
400	0,571	0,590	0,605	0,617
600	0,566	0,582	0,596	0,607

Таблица 7.2 – Коэффициент экранирования двух медных или биметаллических проводов диаметром 4 мм

Коэффициент экранирования двух медных или биметаллических проводов диаметром 4 мм при глубине прокладки кабеля 1,2 м и глубины прокладки тросов 0,4 м
Расстояние между защитным проводами b, мм	Диаметр оболочки кабеля, мм
	15	20	25	30
300	0,428	0,443	0,456	0,467
400	0,418	0,433	0,446	0,457
600	0,404	0,419	0,431	0,442
800	0,394	0,409	0,421	0,432
1000	0,387	0,401	0,414	0,424
1500	0,675	0,389	0,401	0,411
2000	0,369	0,383	0,394	0,403
3000	0,363	0,376	0,386	0,395
4000	0,360	0,372	0,382	0,390

Участок сближения считается параллельным, если кратчайшее расстояние между линиями (ширина сближения) а изменяется по длине сближения не более чем на 10 % от среднего значения. Если это условие не выполняется, то участок сближения будет косым. Такое сближение заменяется ступенчатым параллельным, при этом выбирают длину параллельных эквива­лентных участков так, чтобы отношение максимального значения ширины сбли­жения к минимальном на концах участка было не более трех. Тогда эквивалент­ная ширина сближения а_экв определяется соотношением .

Опасное магнитное влияние может возникнуть при обрыве и заземлении фазово­го провода ЛВН или контактного провода ЭЖД. Большая величина тока корот­кого замыкания создаёт интенсивное магнитное поле. В результате чего в жилах кабеля индуцируется ЭДС которая может превышать допустимые значения. Эта ЭДС называется продольной так как индуцированное электрическое поле на­правлено вдоль провода связи.

Таблица 7.3 – Коэффициент экранирования одного стального оцинкованного провода ПС-70

Расстояние между защитным проводом и кабелем, мм	Коэффициент экранирования одного стального оцинкованного троса ПС-70
	Диаметр оболочки кабеля, мм
	15	20	25	30
300	0,662	0,685	0,704	0,720
400	0,657	0,678	0,695	0,710

Таблица 7.4 – Коэффициент экранирования двух стальных оцинкованных проводов ПС-70

Коэффициент экранирования двух стальных оцинкованных проводов ПС-70 диаметром 9,4 мм при глубине прокладки кабеля 1,2 м и глубины прокладки тросов 0,4 м
Расстояние между защитным проводами, мм	Диаметр оболочки кабеля, мм
	15	20	25	30
300	0,518	0,536	0,552	0,565
400	0,506	0,524	0,540	0,553
600	0,488	0,507	0,522	0,535
800	0,477	0,495	0,510	0,523
1000	0,468	0,486	0,500	0,513
1500	0,454	0,471	0,485	0,497
2000	0,447	0,463	0,477	0,488
3000	0,439	0,454	0,467	0,478
4000	0,435	0,450	0,462	0,472

Продольная ЭДС – это разность потенциалов между началом и концом металлической оболочки ОК на длине гальванически неразделённого участка. Гальванически неразделённым участком считается участок лини связи, не содержащий усили­телей, трансформаторов, фильтров. На ВОЛП за длину гальвани­чески неразделенного участка принимается длина усилительного (регенерационного) участка.

Абсолютное значение продольной ЭДС наведённой в металлической оболочке ОК от магнитного влияния ЛВН на сложном участке сближения (рис. 7.2) рас­считывается на частоте 50 Гц по формуле:

, (7.6)

где Е – продольная ЭДС, В;

n – число участков сближения;

–влияющий ток, А;

–коэффициент взаимной индукции между однопроводными цепями ЛВН и оболочкой ОК на i-ом участке сближения, Гн/км;

–длина i-го участка сближения, км.

Рисунок 7.2 – Схема сближения ВОЛП с ЛBH

Коэффициент взаимной индукции точно определить теоретически дос­таточно сложно, так как он зависит oт проводимости земли на участке сближе­ния, а проводимость земли из-за неоднородности структуры строения меняется в широких пределах В практике коэффициент взаимной индукции в зависимости от ширины сближения и проводимости земли определяется по номограммам М.И. Михайлова в предположении, что структура земли на участке сближения однородна. Можно определить коэффициент взаимной индукции по приближён­ной формуле, которая справедлива в диапазоне тональных частот:

, (7.7)

где a_э – эквивалентная ширина сближения, м;

f – частота влияющего тока, Гц.

_з – проводимость земли, См/м.

Расчет продольной ЭДС наведенной на металлической оболочке ОК выполняется в 2-х режимах работы ЛВН (аварийном и нормальном). Для этого в выражениях (7.6) вместо (тока короткого замыкания в концеi-го участка сближения), а во втором – значение рабочего тока ЛВН.

Определив коэффициент взаимной индукции для каждого участка производится расчет продольной ЭДС в аварийном режиме работы ВЛП.

. (7.8)

В нормальном режиме работы ЛВН расчет продольной ЭДС выполняется по выражению:

. (7.9)

Если значение Е_а или Е_н, наведенное на жилах дистанционного питания и оболочке ОК, превышают Е_доп, то необходи­мо предусмотреть меры зашиты. В качестве защиты можно рассмотреть приме­нение экранирующих тросов согласно табл. 7.3 и табл. 7.4.

Значения на жилах ДП и оболочке ОК составляет величины, полученные из выражения табл. 7.5. Значение= 42 В.

Величины опасных напряжений и токов в металлических элементах ОК, обу­словленные влиянием ЛBH, устанавливаются исходя из обеспечения безопасно­сти обслуживающего персонала, работающего на стационарных и линейных сооружениях, а также из условия предохранения этих сооружений от повреждения (пробой изоляции жил ДП, защитного шланга кабеля, повреждение аппаратуры и др.).

Допустимые величины опасных напряжений и токов принимают такие значения, при которых не требуется специальных мер зашиты. При этом прини­мается во внимание время и условие их воздействия на людей и сооружения свя­зи. Кратковременные опасные напряжения и токи могут возникать в ОК на участках сближения с ЛЭП и ЭЖД при их коротком замыкании на землю. Время действия этих напряжений и токов составляет 0,15…1,2 с (время срабаты­вания отключающих устройств), поэтому для такого аварийного режима работы допускаются относительно высокие напряжения. При нормальном и вынужден­ном режимах работы линий высокого напряжения опасные напряжения и токи действуют длительно, поэтому нормы для этих режимов работы существенно ниже (42 В).

При кратковременном опасном влиянии ЛЭП и ЭЖД на длине гальва­нически неразделённого участка кабельной линии связи максимально допусти­мые значения продольных ЭДС можно определить по данным табл. 7.5.

Величина испытательного напряжения U_исп зависит от типа кабеля, а величина напряжения дистанционного питания линейных регенераторов U_дп, запитанного по жилам дистанционного питания ОК, – от типа системы передачи.

Согласно ТУ на ОК норма для защитного шланга составляет 10000 В.

Таблица 7.5 – Допустимые значения продольной ЭДС при кратко- временном влиянии

Схема дистанционного питания (ДП)	Допустимые ЭДС, В. при влиянии
	ЛВН	ЭЖД
Без ДП	Uисп	0,6Uисп
«Провод-земля» постоянным током
«Провод-провод» постоянным током