Расчет опасных магнитных влияний

Одним из основных факторов, определяющих степень влияния ЛВН на линии связи, является характер сближения. Под сближением понимается взаимное расположение линии связи и ЛВН, при котором в линии связи могут возникать опасные и мешающие напряжения и токи.

Сближение может быть параллельным, косым и сложным (рис. 7.1). 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 называется косым.

Рисунок 7.1 − Схема сближения линии СИИ с ЛВН

При расчете косое сближение заменяется ступенчатым параллельным, вы6ирая длину параллельных эквивалентных участков так, чтобы отношение максимального значения ширины сближения к минимальному на концах участка было а₃/а₂ ≤ 3; а₄ /а₃ ≤З (см. рис. 7.1). При этом условии эквивалентная ширина сближения а_экв определяется соотношением

а_экв =√а_i а_i+1 .

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

Продольная ЭДС − это разность потенциалов между началом и концом провода связи на длине гальванически неразделенного участка. Гальванически неразделенным участком считается участок линии связи, не содержащий усилителей, трансформаторов, фильтров. В ГТС низкочастотные абонентские и соединительные линии являются гальванически неразделенными. Для протяженных межстанционных соединительных линий, на которых используются системы передачи, за длину гальванически неразделенного участка принимается длина усилительного (регенерационного) участка.

Абсолютное значение продольной ЭДС (В), наведенной в проводе связи от магнитного влияния ЛВН, на сложном участке сближения (см. рис. 7.1) рассчитывается на частоте 50 Гц по формуле

где n − число участков сближения; I₁ − влияющий ток. А; m₁₂ − коэффициент взаимной индукции между однопроводными цепями ЛВН и линии связи на i-том участке сближения. Гн/км; l_i − длина i-того участка сближения, км; S_i − результирующий коэффициент экранирования между ЛВН и линией связи на i-том участке сближения.

За величину влияющего тока I₁ при коротком замыкании фазового провода ЛЭП принимается ток короткого замыкания, который определяется организацией, проектирующей ЛЭП. Обычно величина тока короткого замыкания задается в виде графиков, по которым можно определить величину тока при коротком замыкании в любой точке линии электропередачи. При работе ЛЭП в неполнофазном режиме влияющий ток равен фазовому току. Аналогично определяется влияющий ток и при влиянии эл. ж. д. переменного тока в аварийном режиме.

При вынужденном режиме работы эл. ж. д., когда питание электровозов осуществляется от одной тяговой подстанции, за величину влияющего тока принимается эквивалентный влияющий ток I_экв. Эквивалентный влияющий ток − это ток частотой 50 Гц, одинаковый по величине на всем участке сближения и оказывающий на цепи связи такое же магнитное влияние, как при реальном распределении тока.

Коэффициент взаимной индукции точно определить теоретически достаточно сложно, так как он зависит от проводимости земли на участке сближения, а проводимость земли из-за неоднородности структуры строения меняется в широких пределах. На практике коэффициент взаимной индукции в зависимости от ширины сближения и проводимости земли определяется по номограммам. Коэффициент взаимной индукции (Гн/км) можно определить и по приближенной формуле, которая справедлива в диапазоне тональных частот:

где а − ширина сближения, м; f − частота влияющего тока, Гц; σ₃ − проводимость земли, См/м.

Результирующий коэффициент экранирования (на низких частотах его называют коэффициентом защитного действия − КЗД) учитывает уменьшение наведенной ЭДС за счет защитного действия металлических экранов, размещенных между ЛВН и линией связи. В общем виде коэффициент защитного действия

где S_об S_ТР, S_р , S_м - коэффициенты защитного действия соответственно оболочки кабеля связи, заземленных тросов, подвешенных на опорах ЛЭП, рельсов железнодорожных путей, проложенных рядом с кабелем связи, металлических сооружений (соседних кабелей связи, трубопроводов, газопроводов и т. д.).

В городах и крупных населенных пунктах надземные и подземные металлические сооружения снижают влияние ЛВН на линии ГТС. При расчете влияния ЛВН на линии связи необходимо учитывать уменьшение влияния путем введения так называемого «уличного» коэффициента защитного действия, величина которого в зависимости от населения городов изменяется от 0,08 до 0,4 (чем больше население города, тем меньше КЗД, т. е. тем лучше экранирующее действие).

Отметим, что при эксплуатации линейных сооружений связи необходимо знать не величину продольной ЭДС, а величину напряжения провода связи относительно земли, зависящего от этой ЭДС, так как обслуживающий персонал, работая на линии связи, может попасть именно под это напряжение. Величина напряжения провода относительно земли зависит от состояния линии. На рисунке 7.2. показан характер продольного изменения напряжения проводов линии связи относительно земли при изолированных и заземленных концах проводов.

Рисунок 7.2 − Изменение относительно земли напряжения провода связи: а − изолированного: б − заземленного по обоим концам; в − заземленного с одного конца

Наибольшее напряжение провода относительно земли возникает на изолированном конце линии связи при заземлении противоположного конца. Поэтому расчет опасного магнитного влияния проводится именно для этого случая, так как при этом действует полная индуцированная ЭДС.

Расчет мешающих влиянии

Мешающие влияния ЛЭП и эл. ж. д. на линии связи обусловлены наличием в кривых напряжений и токов гармонических составляющих, что свидетельствует о несинусоидальности этих кривых. Особенно велико содержание гармоник напряжений и токов в контактных сетях эл. ж. д.

Если линии ГТС попадают в зону влияния ЛЭП или эл. ж. д., то гармонические составляющие напряжений и токов линий высокого напряжения будут индуцировать в линиях связи мешающие напряжения и токи. Наибольшее мешающее влияние линии электропередачи и железные дороги переменного тока оказывают на каналы тональной частоты, так как гармоники влияющих токов и напряжений на тональных частотах имеют наибольшие амплитуды.

Известно, что ухо человека токи одинаковой амплитуды, но разной частоты воспринимает с разной чувствительностью. Наибольшую чувствительность система ухо человека − телефон имеет к токам частотой 800...1200 Гц. Величина акустического воздействия тока частотой 800 Гц принята за единицу. Для характеристики акустического воздействия на других частотах введен коэффициент акустического воздействия Р, равный отношению акустического воздействия тока в телефоне с частотой f к акустическому воздействию тока такой же величины частотой 800 Гц. На частотах ниже 800 Гц и выше 1200 Гц, коэффициент Р меньше единицы. Расчет мешающего влияния ЛВН на линии связи принято выполнять на частоте 800 Гц.

Для учета мешающего воздействия отдельных гармоник напряжений и токов в канале тональной частоты пользуются псофометрическим напряжением (током).

Псофометрическое напряжение (от греческого слова «псофос» − шум), или просто напряжение шума, − это такое напряжение с частотой 800 Гц, которое оказывает на телефонную передачу такое же мешающее воздействие, как и индуцированные напряжения с различными частотами. Результирующие псофометрические значения напряжения и тока определяют, используя закон квадратичного суммирования

где U_i, I_i − соответственно действующие значения индуцированного напряжения и тока на частоте i-ой гармоники; Р_i − коэффициент акустического воздействия на частоте i-ой гармоники.

Метод расчета шумов по гармоническим составляющим требует знания индуцированных напряжений и токов каждой гармоники для конкретных ЛВН, что на практике вызывает затруднение. Поэтому для количественной оценки мешающего влияния ЛВН можно определить эквивалентные значения напряжения или тока во влияющей линии частотой 800 Гц:

где U₁, I₁ − действующие значения соответственно напряжения и тока влияющей ЛВН; F_U, F_l, − телефонный формфактор напряжения и тока соответственно; k_П − поправочный коэффициент, учитывающий состав гармоник и условия сближения линии связи и ЛВН.

Телефонный формфактор − это отношение псофометрического значения напряжения (тока) к его действующему значению:

Псофометрические значения токов и напряжений в ЛВН можно определить путем измерения с помощью измерительного прибора (псофометра), включенного во влияющую линию по соответствующей схеме.

Интенсивность мешающих влияний зависит от величины асимметрии проводов цепи связи. При влиянии ЛВН различают поперечную и продольную асимметрии. Поперечная асимметрия обусловлена различием расстояний от проводов цепи связи до ЛВН. Продольная асимметрия обусловлена неравенством параметров проводов цепи связи относительно земли, вызываемым неизбежными конструктивными неоднородностями.

Результирующее напряжение шума в двухпроводной телефонной цепи, индуцируемое линией высокого напряжения, равно

где U_1M, U_2M − напряжение, обусловленное соответственно продольной и поперечной асимметрией при магнитном влиянии;    U_1Э, U_2Э − то же, при электрическом влиянии.

При влиянии ЛВН на кабельные линии ГТС электрическим влиянием можно пренебречь. Составляющей влияния U_2М также можно пренебречь, так как расстояние между жилами рабочей пары кабеля много меньше ширины сближения. Таким образом, при влиянии на кабельные линии ГТС определяющим является магнитное влияние, обусловленное продольной асимметрией цепей связи.

Мешающее напряжение в двухпроводной цепи зависит от величины асимметрии проводов относительно земли. Симметрию проводов двухпроводной цепи относительно земли принято оценивать коэффициентом чувствительности телефонной цепи к помехам η= U_дв /U_одн , где U_дв − индуцированное напряжение помех на зажимах нагрузки двухпроводной цепи; U_одн − индуцированное напряжение в однопроводной цепи. Коэффициент чувствительности расчетным путем определить весьма сложно, поэтому на практике его чаще всего определяют путем измерения. Для кабельных цепей η = (1,4 - 2)·10 ^-3.

В конце изолированного от земли провода U_одн=Е/2. Поэтому напряжение шума в двухпроводной цепи кабеля ГТС от влияния ЛВН можно определить на частоте 800 Гц по формуле