ВНЕШНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ЛИНИИ СВЯЗИ Источники и классификация

ВНЕШНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ЛИНИИ СВЯЗИ Источники и классификация внешних влияний Источниками внешних влияний на цепи связи являются: - линии электропередачи (ЛЭП); - электрифицированные железные дороги (ЭЖД); - мощные радиостанции (РС); - атмосферное электричество; - индустриальные помехи; - электрифицированный городской транспорт. Влияния на подземные ЛС – магнитные, гальванические Влияния на воздушные ЛС - магнитные, электрические

Схема внешних воздействий ВВЛ H ЛС ЕZ Iпр E ~ I UГ E– электрическое, H – магнитное, I– гальваническое.

Различают: Опасные влияния угрожают жизни обслуживающего персонала и могут привести к повреждению аппаратуры. Опасным считается напряжение и ток . Особое внимание уделяется попаданию под напряжение постоянного тока – не более 24 В и переменного - 36 В. Мешающие влияния приводят к появлению помех, шумов, искажений, нарушению нормальной работы средств связи; мешающими считаются напряжение , ток .

Влияние атмосферного электричества Грозовые разряды (молнии) - это наиболее распространенный источник мощных электромагнитных полей естественного происхождения. Молния представляет собой разновидность газового разряда при очень большой длине искры. Общая длина канала молнии достигает нескольких километров, причем значительная часть этого канала находится внутри грозового облака. Причиной возникновения молний является образование большого объемного электрического заряда. Грозовые разряды по внешним признакам могут быть разделены на несколько типов. Обычный тип - линейная молния, с разновидностями: ленточная, ракетообразная, зигзагообразная и разветвленная. Наиболее редкий тип разрядов - шаровая молния. Известны разряды, носящие названия "Огни святого Эльма" и "Свечение Анд".

Структура и фазы разряда А - начальная стадия лидерного разряда; Б - последняя стадия лидерного разряда; В - возникновение зоны интенсивной ионизации вблизи поверхности земли; Г - промежуточная стадия развития обратного разряда; Д - заключительная стадия развития обратного разряда; 1 - канал лидера; 2 - зона перестройки канала; 3 - канал обратного разряда.

Основные параметры молнии и интенсивность грозовой деятельности Молнии с большими токами возникают крайне редко. Так, молнии с токами 200 к. А возникают в 0, 7. . . 1, 0% случаев от общего числа наблюдавшихся разрядов. Число случаев ударов молний с величиной тока 20 к. А составляет порядка 50%. Поэтому принято значения амплитуд токов молний представлять в виде кривых вероятностей (функций распределения), для которых по оси ординат откладывается вероятность появления токов молнии с максимальным значением. Р

Канал молнии имеет примерно следующие усредненные параметры: - напряжение до ; 103 -106 В; - ток в канале до 20 – 30 к. А; - длительность удара 0, 3 – 0, 5 с; - основная частота колебаний 5 – 10 к. Гц; - длина канала молнии 2 – 3 км; - температура в канале до 20000ᴼС. Опасность повреждения кабельной линии зависит от состояния грунта и проводимости оболочки кабеля. Опасность повреждения кабеля возрастает в грунтах с большим сопротивлением (песке, глине и др. ) и при больших сопротивлениях оболочки.

, Оценка воздействия атмосферного электричества на линии связи осуществляется путем расчета вероятного числа повреждений кабеля: где n 0 – вероятное число повреждений кабеля при пробивном напряжении изоляции кабеля 3000 В, периоде грозодеятельности 36 час/год, заданной Rоб кабеля и ρгр, - определяется по номограмме. Т – период грозодеятельности в месте прохождения ЛС, час, Uпр – реальное значение пробивного напряжения используемого кабеля. Если расчетное n 1 ≥ 0, 2, то необходимо предусматривать меры защиты.

Методы защиты от токов разряда молнии Наиболее эффективным считается прокладка защитных тросов, которые уменьшают эквивалентное сопротивление защитных металлических покровов кабеля , где – коэффициент защитного действия тросов определяется по характеристикам тросов защиты, укладываемых по схеме: 0, 6 0, 4

Влияние линий электропередачи Схемы ЛЭП с изолированной нейтралью с заземленной нейтралью с заземленной фазой ( провод-земля) Различают нормальный, вынужденный и аварийный режимы работы ЛЭП. В нормальном режиме линия работает постоянно. Вынужденный режим – это тот, при котором линия работает определённый промежуток времени в режиме, отличающемся от нормального. Аварийный режим возникает, например, при обрыве и падении на землю (заземлении) провода одной из фаз трехфазной линии с заземлённой нейтралью, что эквивалентно короткому замыканию в линии. При заземлении одной из фаз линии с изолированной нейтралью возникает неуравновешенное напряжение, равное 1, 73 линейного. Особую опасность для кабельных линий связи представляет вынужденный и аварийные режимы т. к. в этих режимах на кабельные цепи могут наводиться напряжения опасные для человека. Наведенная ЭДС может быть рассчитана по общему выражению:

где ω – частота влияющего напряжения или тока (если ЛЭП постоянного тока, то это частота наибольшей по напряжению гармоники); m 12 i – коэффициент магнитной связи между ЛЭП и линией связи на i-том участке сближения, зависит от их взаимного расположения , проводимости грунта, оболочек кабеля и пр. I 1 i – ток на i-том участке сближения в схемах с заземленной нейтралью или фазой, или ток короткого замыкания при обрыве фазового провода. Li – протяженность i – го участка сближения. Si – суммарный коэффициент экранирования – грунта, кабельных оболочек и других металлических элементов по трассе ЛС, на i-том участке сближения.

Влияние ЭЖД Контактные сети магистральных и пригородных электрифицированных железных дорог и городского электротранспорта также оказывают влияния на линии связи. Напряжение в контактных сетях постоянного тока: - городской электротранспорт – 600 В, постоянный ток; - пригородные эл. ж. д. – 3, 3 к. В, постоянный ток; - магистральные эл. ж. д. – 25 к. В, переменный ток. Влияние оценивается аналогичным образом с учетом ширины сближенияс ВВЛ, от которой зависит m 12 i ВВЛ а 1 а 2 а Линия связи

Схемы грозозащиты и защиты от перенапряжений для разных способов включения кабеля и заземления. Современный модуль защиты

Мероприятия на линиях сильного тока а) отсасывающие трансформаторы б) редукционные трансформаторы в) частотные фильтры, настроенные на гармоники мешающих токов

Мешающие влияния При определении мешающего влияния со стороны высоковольтных линий передач на цепи связи приходится считаться с наличием гармонических составляющих напряжения и тока в спектре частот, используемом для передачи по цепям связи. Помехи (шум) в телефонных каналах тональной частоты определяются на частоте 800 Гц, поэтому при подсчете помех рабочее напряжение (ток) V влияющей цепи со всеми составляющими гармониками, пересчитывается на эквивалентное мешающее напряжение (ток) с частотой 800 Гц, величина которого по своему действию на телефонную цепь должна заменять рабочее напряжение (ток) со всеми его гармониками. В цифровых трактах мешающие влияния проявляются в виде сбоя синхронизации.

Коррозия металлических оболочек Виды коррозии Коррозия – процесс разрушения металлических оболочек кабелей (свинцовых, стальных, алюминиевых) вследствие различных факторов, определяющих вид этой коррозии. Различают следующие виды коррозии: - почвенную (электрохимическую); - электрокоррозию (вызванную блуждающими токами); - межкристаллитную (механическую). В зависимости от характера взаимодействия металлической оболочки кабеля и почвы, в которой он находится, а также от прохождения блуждающего тока, вдоль кабеля образуются анодные, катодные или знакопеременные зоны.

2 1 «+» - анодная зона; «-» - катодная зона; 1 – оболочка кабеля; 2 – токи коррозии. Анодная зона – это участок кабеля, на котором он имеет положительный электрический потенциал по отношению к среде. В этой зоне токи стекают с оболочки, унося частицы металла и разрушая оболочку. Катодная зона – участок кабеля, на котором он имеет отрицательный электрический потенциал по отношению к окружающей среде. В этой зоне ток втекает в оболочку, не создавая опасности её разрушения. Знакопеременная зона – участок, на котором положительные и отрицательные относительно земли потенциалы чередуются. Скорость коррозии зависит от протекающих токов и состояния грунта.

Схема прохождения блуждающих токов а) от электрофицированной железной дороги; б) от цепей дистанционного питания. Скорость коррозийного процесса определяется потерями металла с единицы поверхности в единицу времени. Зависит от электрического сопротивления среды и процессов на анодах и катодах, задающих разность потенциалов между ними: V=k/SA =(UK – UA)/R, где UK и UA – катодный и анодный потенциалы; R – внутреннее сопротивление цепи обусловленное катодной и анодной поляризацией и сопротивлением грунта; SA – площадь анодного участка; k – число Фарадея.

Почвенная коррозия вызывается электрохимическим взаимодействием металла с окружающей средой. Основными причинами, вызывающими почвенную коррозию, являются: содержание в почве влаги, органических веществ, солей, кислот, неоднородность химического состава грунта, насыщенность грунта кислородом. В результате действия этих факторов на поверхности металла образуются гальванические пары, что сопровождается циркуляцией тока между металлом и окружающей средой, возникают анодные и катодные зоны, металлическая оболочка кабеля разрушается. Интенсивность коррозии зависит от состояния почвы, которая характеризуется удельным сопротивлением грунта и показателем кислотности грунта p. H.

Электрическая коррозия Электрокоррозия – это процесс разрушения металлической оболочки кабеля блуждающими токами. Источниками блуждающих токов являются: - рельсовые пути эл. ж. д. транспорта, городского электротранспорта, метрополитена; - установки дистанционного питания, использующие в качестве обратного провода землю; - заземлители электротехнических установок.

На электрифицированном транспорте возможны два варианта заземления источника питания: а) заземление отрицательного электрода; б) заземление положительного электрода В первом случае анодная зона постоянная, её место известно, можно осуществить защиту кабеля. Во втором случае анодная зона перемещается вдоль кабеля вместе с движением электропоезда

Электрический дренаж: а) принцип действия; б) потенциал на кабеле При необходимости устанавливают несколько дренажей, чтобы на всем сближении кабеля с эл. ж. д. его оболочка имела отрицательный потенциал относительно земли. Такой дренаж называется прямым. В знакопеременных зонах, где есть изменение знака потенциала относительно земли, применяют дренажи односторонней проводимости (поляризованные дренажи). В цепь дренажа включается диод или поляризованное реле. В результате ток течёт только от оболочки кабеля к питающей подстанции электрифицированной железной дороги.

Межкристаллитная коррозия возникает вследствие вибрации кабеля при его транспортировке на большие расстояния, прокладки кабеля вблизи железных дорог с интенсивным грузовым движением, на мостах автомобильных и железных дорог. В свинцовой и алюминиевой оболочках кабеля появляются микротрещины, нарушается структура металла, что приводит к разрушению отдельных участков оболочки кабеля.

Меры защиты от коррозии Защитные меры от воздействия коррозии на кабели связи производятся как на установках электрифицированного транспорта, так и на сооружениях связи. На электрифицированном транспорте осуществляются следующие меры защиты: - уменьшение сопротивления рельсов путём качественного соединения стыков; - улучшение изоляции рельсов от земли (полотно из гравия, песка); - переполюсовка источников питания так, чтобы заземлялся минусовый электрод. На сооружениях связи применяются такие меры защиты: - выбор трассы с менее агрессивным грунтом; - применение кабелей с герметичными полиэтиленовыми шлангами поверх металлических оболочек; - электрический дренаж (от электрокоррозии); - катодные установки (от электрической и почвенной коррозии); - изолирующие муфты (от электрокоррозии); - протекторные установки (от почвенной коррозии); - антивибраторы, рессорные подвески (от межкристаллитной коррозии).

Катодные станции и протекторные установки. Принцип действия катодной станции состоит в том, что к оболочке кабеля в анодной зоне присоединяют отрицательный полюс от источника постоянного тока, переводя тем самым анодную зону в катодную. Положительный полюс источника тока заземляют. ~127/220 В Без катодной станции Пр Пр Тр Кабель а) С катодной станцией б) Кабель Рельс в)

Для катодной защиты применяются катодные станции, представляющие выпрямительное устройство, и имеющие регулировку выпрямленного напряжения. Протекторная защита аналогична катодной защите, только для создания отрицательного потенциала на оболочке кабеля используется не посторонний источник тока, а ток, появляющийся за счёт разности электрохимических потенциалов при соединении различных металлов. Этот ток направлен от более высокого потенциала к более низкому. Принцип протекторной защиты состоит в том, что катодная зона на оболочке создаётся в результате её соединения изолированным проводом с заземлённым протекторным электродом, имеющим более низкий электрохимический потенциал, чем потенциал заземлённой оболочки. Такой электрод является анодом и ток с него будет стекать в землю. Оболочка кабеля при этом становится катодом.