Лекция № 6 Защита сооружений связи от внешних электромагнитных влияний.

На соединительные и абонентские линии ГТС могут оказывать влияние следующие посторонние источники: высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП); электрифицированный железно­ дорожный транспорт (эл. ж. д.); передающие радиостанции; про­мышленные установки различного назначения.

По интенсивности и характеру воздействия внешних источни­ков на линии связи влияния разделют на опасные и мешающие.

Опасными влияниями называют такие влияния, при которых напряжения и токи, возникающие в цепях связи, могут создать опасность для здоровья и жизни абонентов и работников эксплуа­тации, а также вызвать повреждение аппаратуры, приборов, кабе­ля связи.

Мешающие влияния проявляются в телефонных цепях и кана­лах связи в виде шумов, тресков, нарушения или ухудшения каче­ства связи.

Первые два источника могут оказывать как опасные, так и мешающие влияния, последние два - только мешающие влияния. Наибольшее воздействие на линии ГТС оказывают высоковольт­ные линии электропередачи и электрифицированные железные дороги, которые вместе принято называть линиями высокого на­пряжения (ЛВН). Вокруг провода ЛВН создается интенсивное электромагнитное поле, которое вследствие электромагнитной индукции вызывает в линии связи посторонние напряжения и токи. Обычно при оценке влияния ЛВН на линии связи рассмат­ривают раздельно воздействие электрического и магнитного по­лей. Электрическое поле вызывает электрическое влияние, а маг­нитное поле - магнитное влияние.

Электрическому влиянию, обусловленному наличием в ЛВН переменного электрического напряжения, подвержены в основ­ном цепи воздушных линий связи. Подземные и подвесные кабе­ли связи не подвержены электрическому влиянию, так как сило­вые линии электрического поля экранируются поверхностью зем­ли и металлической оболочкой (экраном) кабеля.

Магнитному влиянию, обусловленному протекающими по проводам ЛВН токами, подвержены как воздушные, так и кабель­ные линии связи. В нашей стране для передачи электрической энергии в основном применяются трехфазные ЛЭП переменного тока промышленной частоты 50 Гц и напряжением от 3 до 750 кВ. Дря передачи энергии на большие расстояния (более 1000 км) используются также ЛЭП постоянного тока с рабочим напряже­нием 400...1500 кВ. Высоковольтные линии передачи бывают воздушные и кабельные. Кабельные ЛЭП оказывают меньшее влияние, так как сказывается экранирующее действие кабельных оболочек. В зависимости от режима работы ЛЭП делятся на симметричные и несимметричные. Симметричные ЛЭП характери­зуются одинаковыми напряжениями и токами в проводах. Такие линии не имеют остаточных напряжений и токов в земле. К сим­метричным линиям относятся трехфазные ЛЭП с заземленной (нейтральная точка линейных трансформаторов заземлена) и изо­лированной нейтралью, а также двухпроводные линии.

В несимметричных линиях передачи в качестве одного из ра­бочих проводов используется земля. К таким линиям относятся:

- ЛЭП напряжением более 35 кВ, работающие в неполнофаз­ном режиме по схеме «два провода - земля»;

- электрифицированные железные дороги (эл. ж. д.), работаю­щие на переменном токе промышленной частоты 50 Гц;

- контактные сети эл. ж. д. и городского электротранспорта (трамвай, метро), питающиеся от постоянного тока.

На контактных сетях городского электротранспорта питаю­щее напряжение достигает 600... 800 В, на эл. ж. д. постоянного тока - 3,3...3,7 кВ, на эл.ж.д. переменного тока - 25 кВ.

При рассмотрении влияния на линии связи различают сле­дующие режимы работы ЛВН: нормальный, вынужденный, ава­рийный.

Нормальный режим работы характеризуется условиями, при которых ЛВН работает постоянно.

Вынужденныд режим - это режим, при котором ЛВН работа­ет ограниченное время (как правило, не более 2 ч) в несиммет­ричном режиме (например, неполнофазный режим трехфазной ЛЭП или одностороннее питание контактной сети эл. ж. д. при временном отключении одной из смежных тяговых подстанций).

Аварийный режим имеет место при обрыве фазового провода трехфазной ЛЭП или контактного провада эл. ж. д. При этом в ЛЭП возникают либо высокое напряжение относительно земли (ЛЭП с изолированной нейтралью), вызывающее большое элек­трическое влияние, либо токи короткого замыкания (ЛЭП с за­земленной нейтралью), вызывающие магнитное влияние. Наибольшее влияние на линии связи оказывают несимметрич­ные ЛВН, так как напряженность электромагнитного поля около несимметричной линии существенно больше, чем у симметрич­ной. В нормальном режиме работы несимметричные ЛВН могут оказывать как мешающие, так и опасные влияния; при этом опас­ные напряжения незначительны. В случае вынужденного и осо­бенно аварийного режимов работы влияние на линии связи резко возрастает.                                                    

Если на линии связи в качестве обратного провода использу­ется земля, то тяговые сети эл. ж. д. и трамвая (у которых прямым проводом является контактный провод, а обратным - рельсы, плохо изолированные от земли) наряду с электрическим и маг­нитным влияниями создают гальваническое влияние. Гальваниче­ское влияние обусловлено разностью потенциапов между точками земли, в которых размещены рабочие заземления линии связи. На линиях ГТС однопроводные цепи практически не ислользуются, поэтому гальванические влияния можно не учитывать.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что кабельные линии ГТС могут быть подвержены опасному и мешающему маг­нитным влияниям, которые и следует учитывать при проведении расчетов.

Основные меры защиты на линиях связи от опасных и ме­шающих влияний: применение кабелей связи с оболочками, имеющими повышенный экранирующий эффект; включение раз­рядников и предохранителей; включение редукционных транс­форматоров; прокладка вдоль кабеля металлических тросов.

Экранирование кабелей связи. Экранирование является одной из основных мер защиты от опасных и мешающих влияний. Металлические оболочки (экраны) полностью защищают кабель­ные цепи связи от внешних электрических полей и частично сни­жают влияние магнитных полей. Физическая сущность экраниро­вания металлической оболочки кабеля основана на создании ин­дуцированными линиями высокого напряжения токов в оболочке встречного магнитного поля, которое частично компенсирует ос­новное влияющее поле. Эффективность экранирования кабель­ных экранов оценивается коэффициентом экранирования, кото­рый в диапазоне низких частот называют коэффициентом защит­ного действия (КЗД). Применительно к влиянию ЛВН на кабели связи в диапазоне низких частот КЗД определяется как отноше­ние ЭДС, наводимой в жилах кабеля при наличии экрана, к наво­Димой ЭДС при отсутствии экрана. Различают идеальный и ре­альный КЗД. Идеальный КЗД соответствует идеальному заземле­нию, а реальный - конечному значению сопротивления заземле­ния. Для тонального диапазона частот идеальный КЗД.

Следует отметить, что такую же физическую основу имеет и экранирование рельсов железных дорог, грозозащитного троса ЛЭП, различного рода трубопроводов, которые на участках сближения ЛВН и линий связи проходят параллельно.

Существующие конструкции кабелей ГТС со свинцовыми оболочками (кабели ТГ, ТБ) и полиэтиленовыми оболочками с ленточными алюминиевыми экранами (кабели ТПП, ТПЛБ) имеют сравнительно большие КЗД на частоте 50 Гц: для небронированных кабелей S=0,99...0,6, а для бронированных S=0,96...0,3. Следовательно, эти кабели не всегда обеспечивают высокую защищенность от опасных напряжений и токов в зоне повышенного электромагнитного влияния. Существенно снизить (улучшить КЗД кабелей связи можно заменой свинцовых оболочек алюминиевыми (КЗД уменьшается в 7...8 раз). Поэтому для зон повышенного электромагнитного влияния ЛВН рекомендуется использовать кабели связи с алюминиевыми оболочками. В настоящее время на ГТС для организации протяженных межстанционных соединительных линий широко используют высокочастотный кабель МКСАШп-4х4-1,2. Для каблирования телефонных узлов в местах скопления большого количества ЛВН (например, на территории мощных электростанций) и для организации низкочастотных межстанционных соединительных линий в зоне повышенного влияния целесообразно использовать специально выпус­каемые для таких целей кабели, имеющие алюминиевую оболочку и броню, защищенные полиэтиленовым шлангом.

Защита с помощью разрядников и предохранителей. На телефонных сетях для защиты от опасных напряжений и токов аппаратуры АТС, телефонных аппаратов абонентов и кабелей связи широкое применение находят разрядники и предохраните­ли. На городских телефонных сетях разрядники и предохранители устанавливают на кроссах, которые являются на телефонных станциях местом соединения линейных и станционных кабелей. На кроссе обеспечивается возможность подключения к абонент­ским и соединительным линиям с целью проведения измерений и проверок в сторону линии и в сторону станции при определении места повреждения.

Для защиты от высоких напряжений, возникающих на линии связи, между проводом и землей включают разрядник. Защитная функция разрядника заключается в полном или частичном преобразовании энергии электрического поля наведенной волны, опас­ной своим высоким потенциалом, в энергию магнитного поля снизким напряжением относительно земли. Основными рабочими элементами разрядника являются электроды, отделенные друг от друга искровым промежутком.