Влияние ЭМП на линии связи

Гармоники в силовых цепях вызывают шум в цепях связи. Малый уровень шума приводит к определенному дискомфорту, при его увеличении часть передаваемой информации теряется, в исключительных случаях связь становится вообще невозможной. Поэтому при любых технологических изменениях систем электроснабжения и систем связи необходимо рассматривать влияние ЛЭП на линии телефонной связи.

Отношение напряжений сигнала и помехи, обычно применяемое в цепях связи в качестве меры добротности передачи, следует использовать для оценки влияния ЛЭП на цепи связи с осторожностью, учитывая разницу в мощностях сигналов (мегаватты и милливатты). Из-за большой разницы в уровнях мощности маленький небаланс токов в силовой линии на звуковых частотах может в случае металлического соединения вызвать существенный шум в цепях связи.

Более того, основной целью энергетических систем является передача энергии с большой эффективностью, но с относительно низкими требованиями к чистоте синусоиды, тогда как целью цепей связи является передача как можно более чистого сигнала, а эффективность передачи мощности сигнала отходит на второй план.

Физическая телефонная цепь состоит из двух скрученных проводов, соединенных с соответствующим оборудованием (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Упрощенная модель телефонной цепи:

Е - поперечное напряжение

С целью безопасности и по практическим причинам телефонные цепи заземляют, а в эквивалентную схему включают входные сопротивления Z_L₁ и Z_L₂ по отношению к земле. Напряжение, наводимое электромагнитным путем, обозначают как источник напряжения U_m, наводимое электростатическим путем, как U_S. Сопротивления Z_L₁ и Z_L₂ велики, поэтому собственным сопротивлением линии, имеющим много меньшее значение, можно пренебречь.

В связи с отсутствием нулевого провода контуры тока замыкаются через распределительные емкости C_S₁ и C_S₂.

Шумы в телефонных линиях обусловливают три фактора.

1. Влияние систем электроснабжения. Оно зависит от наличия в силовых цепях источников гармоник на звуковых частотах и относительной несимметрии гармоник тока и напряжения в ЛЭП, расположенных вблизи цепей связи.

2. Способ внесения искажений тока и напряжения в линии связи.

3. Восприимчивость цепей связи. Влияние на шумы в телефонных цепях зависит от характеристики самих линий связи и присоединенного оборудования.

Если проблема шума возникла, значит, существуют все три указанных фактора. Отсутствие хотя бы одного из них устраняет проблему шума. Однако полностью устранить указанные факторы практически невозможно, поэтому усилия должны быть направлены на наиболее значимый фактор в конкретной ситуации.

Напряжения шумов могут воздействовать на телефонные цепи несколькими способами: контурной, продольной электромагнитной или продольной электростатической индукцией и проводимостью.

Контурная индукция возникает, если напряжение вводится непосредственно в металлический контур, образованный двумя проводами телефонной цепи. Этот тип индукции проявляет себя в виде поперечного напряжения на входах телефонной связи, которое устраняется при регулярной транспозиции проводов кабельных линий.

Продольная электромагнитная индукция возникает, если ЭДС вводится вдоль проводов телефонной линии. Воздействующий ток в ЛЭП создает магнитное поле, которое вызывает индуцированные токи в соседних линиях связи. Этот тип воздействия, представляет собой наиболее частую форму внесения шумовых искажений в линии связи.

Ток I_R возвращается через землю к источнику U_p, поэтому контур тока при использовании воздушной линии охватывает большую площадь. В связи с этим воздушные телефонные цепи испытывают воздействие на большой протяженности. Это ведет к продольной электромагнитной индукции, отражаемой зависимостью

где М - взаимное сопротивление между ЛЭП и линией связи.

Факторы, определяющие взаимное сопротивление между линиями, могут быть охарактеризованы следующим образом: влияние возрастает при увеличении протяженности контура влияющего тока и протяженности общей трассы линий, при увеличении частоты тока и сопротивления земли и уменьшается при увеличении расстояния между линиями.

Продольная электростатическая индукция возникает, когда ЭДС вводится между проводами и землей.

Рассмотрим емкости между проводами линий электропередач и связи (рис. 3.21).

Напряжение ЛЭП по отношению к земле распределяется между емкостями С_РТ и С_Т_G пропорционально их сопротивлениям, т.е.

где .

Из-за влияния нагрузок Z_Т₁ и Z_T₂ значение U_S мало по сравнению с U_r и легко нейтрализуется экранированием провода. Электростатическая индукция может быть значительной в случаях, если велико напряжение U_r или емкость С_РТ (например, при размещении на одних и тех же опорах или в местах пересечений). Обычно телефонные линии прокладывают проводами, сопротивление которых намного меньше емкостного сопротивления, что снижает напряжение U_S. Эта форма индукции часто вызывает затруднения в случае длинной телефонной линии, проложенной в непосредственной близости от ЛЭП высокого напряжения.

Рис. 3.21. Электростатическая индукция:

C_PT - емкостные составляющие между линией электропередачи и линией связи;

C_TG - емкостные составляющие между линией электропередачи и землей;

C_PG- емкостные составляющие между линией связи и землей

Гальваническое влияние. Во время работы ЛЭП всегда существует тот или иной уровень тока в нейтрали, вызванного несимметрией фазных токов. В системах с многократно заземленной нейтралью (МЗН) часть тока небаланса возвращается к трансформатору по нейтральному проводу, а часть по земле. Ток, текущий по земле, вызывает местные повышения потенциала земли в местах заземления электродов. Если один из концов телефонной линии заземлен в зоне влияния этого потенциала, это может воздействовать на продольное напряжение. Если, например, в точке А (рис. 3.20) произойдет повышение потенциала земли, это может вызвать неодинаковость токов, текущих по плечам Z_L₁ и Z_L₂, увеличивая поперечное напряжение шума в телефонной линии.

Этот источник помех представляет собой серьезную проблему из-за следующих факторов:

1) линии электропередач с МЗН вызывают более высокий уровень шумов;

2) сопротивление земли у заземляющих устройств телефонных линий возрастает вследствие применения кабелей без проводящих оболочек; достижение малого сопротивления сопряжено с большими затратами;

3) несмотря на все сказанное в п. 2 сопротивление заземления телефонных линий часто ниже сопротивления возврата тока по земле для ЛЭП с МЗН, как следствие эти линии оказывают влияние на уровень шумов в телефонных линиях.