Меры защиты от опасных и мешающих влияний. Экранирование кабелей связи.
При проектировании линий сильного тока или линии А. ,Т. и С. необходимо размещать их трассы таким образом, чтобы избежать появления в цепях А., Т. и С. индуктированных напряжений и токов, превышающих допустимые величины. Если сделать это нельзя, по местным условиям или по экономическим соображениям, то применяются меры защиты.
Таблица 3
| Линия | Меры защиты от влияний | |
| опасного | мешающего | |
| ЛЭП, контактная сеть | Уменьшение t КЗ; снижение IКЗ , подвеска защитных тросов, включение в контактную сеть отсасывающих трансформаторов. | Транспозиция проводов, подвеска защитных тросов, отсасывающих трансформаторов, включение в контактную сеть фильтров. |
| Линия АТС | Применение разрядников, дренажных катушек, разделительных трансформаторов, замена ВСЛ кабельной | Дренажные катушки, отказ от работы по однопроводным цепям; замена крюкового профиля траверсным. Замена ВЛС кабельной. |
Разрядники РБ-280, Р-350, Р-35, РВНШ-250, РВН- 250.
Разрядники типа РБ-280 включаются между проводом и землёй и срабатывают в случае, когда индуктированное напряжение относительно земли превышает их разрядное напряжение.
Обозначение:Р - разрядник; Б - бариевый; 280 В - среднее разрядное напряжение. Отклонение допускается ± 30 В.
Устройство. Разрядник состоит из колбы, в которой помещаются 2 электрода, в состав которых входит барий. Колбы заполняются аргоном. Разрядники должны выдержать ток 30 А в течение 10 сек.
|
Неодинаковое разрядное напряжение разрядников, подключённых к проводам 2-проводной телефонной цепи, вызывает опасность акустического удара. При появлении на проводах цепи индуктированного напряжения один из разрядников срабатывает по времени раньше другого, подключённого ко 2-му проводу, и индуктированная энергия со 2-го провода будет отводиться в землю через телефон и работающий разрядник 1-го провода (рис. 2 ). В результате возможно резкое колебание мембраны телефона с большой амплитудой и, как последствие, - акустический удар, могущий привести к нарушению слуха.
Для защиты от акустического удара применяются диоды, включаемые параллельно телефону и шунтирующие его при появлении на проводах индуктированного напряжения.
Такие устройства называются ограничителями акустического удара (фриттер). Расчётами определяются места установки разрядников РБ - 280 и сопротивления заземления для них.
Кол-во разрядников на 100 км линии для уплотнённой цепи 15 штук, для неуплотнённой - 25.
Устройство разрядников Р-350, Р-35 аналогичное РБ-280, только колба имеет цилиндрическую форму. Р-350 - двухэлектродный, а Р-35 - трёхэлектродный.
РВН-250, РВНШ-250 отличается тем, что последовательно с разрядником включается веллитовое сопртивление. Оно имеет ВАХ:
|
Оно включается в тех цепях, у которых рабочее напряжение меньше остаточного напряжения на разряднике.
Разрядник Р-350 имеет стеклянный баллон, наполненный аргоном или водородом, в котором имеются 2 металлических электрода, в состав которых входит барий. На оба конца баллона надеты латунные колпачки с ножевыми контактами, соединёнными с электродами.
Разделительные трансформаторы. Величина индуктированной продольной ЭДС на проводах 2-хпроводной цепи может быть уменьшена путём деления цепи на отдельные, гальванически не соединённые между собой участки с помощью разделительных трансформаторов Ртр1 - Ртр3 (рис. 4).
|
Количество устанавливаемых трансформаторов 
,
где 
- ЭДС,
индуктированная на всём участке;
- допустимая ЭДС.
Трансформаторы должны пропускать необходимую полосу частот, иметь достаточную электрическую прочность изоляции, малые частотные искажения в пропускаемой полосе частот и малое затухание.
Недостаток - невозможность передачи постоянного тока, что необходимо для измерения цепей.
Дренажные катушки.
|
Для уменьшения помех и снижения опасности акустического удара разрядники Р-350 включаются вместе с дренажной катушкой (рис. 5)
Две полуобмотки катушки, намотанные на общий сердечник из ферромагнитного материала, препятствуют замыканию цепи во время пробоя разрядников. При работе 1-го из разрядников во 2-ой полуобмотке, включённой с ещё не работающим разрядником, индуктируется ЭДС, увеличивая U провода относительно земли, и тем самым ускоряется срабатывание 2-го разрядника. Дренажная катушка должна быть симметричной и пропускать Iдоп.
Экранирование.
Уменьшение опасных и мешающих влияний возможно с помощью экранов. Практически экранами могут быть :
1) металлические защитные оболочки и броневые покровы кабелей;
2) тросы, подвешиваемые на влияющих линиях;
3) рельсы и т. д.;
4) металлические трубопроводу и другие металлические сооружения, расположенные вдоль участка сближения, а также
5) лесные насаждения, разделяющие трассы линий.
Экранирование на НУ заключается в следующем:
|
Пусть имеем (рис. 6):
1- влияющий провод;
2- провод, подверженный влиянию;
Э- металлический экран.
Когда по проводу 1 протекает I1, то в экране и проводе 2 появятся индуктированные ЭДС, векторы которых ЕЭ и Е2 (рис. 7) будут отставать от I1 на 90°.
|
Индуктированная в экране ЭДС вызовет в нём ток IЭ, который будет отставать от ЕЭ на угол j. Ток IЭ в свою очередь возбуждает в проводе 2 ЭДС Е2Э, которая будет отставать от него на 90°. Результирующая ЭДС в проводе 2 определяется геометрической суммой Е2 и Е2Э, которая будет тем меньше, чем ближе угол j к 90°. Угол j зависит от соотношения индуктивного и активного сопротивлений экрана.
Таким образом, защитное действие экрана будет тем больше, чем меньше 
и больше 
индуктивность 
. Следовательно, защитное действие медного троса больше, чем сталеалюминиевого и стального. Защитное действие оболочки кабеля из алюминия больше, чем из свинца. Броня кабеля из стальных лент с повышенной 
даст больший экранирующий эффект, чем обычная броня из стальных лент. Чем чаще и лучше экран заземлён, тем эффективность его больше.
Количественно экранирующее действие экранов оценивается коэффициентом экранирования S0.
Коэффициентом экранирования называется отношение ЭДС, индуктированной в проводе при наличии экрана, к ЭДС, индуктированной при его отсутствии:
Коэффициент экранирования также оценивается через параметры сопротивлений между цепями:
Коэффициент экранирования рельсов 
Таблица 4
| Проводимость Земли, | Электрифицированный участок | Неэлектрифицированный участок | ||
| См/м | Однопутный | 2-х путный | Однопутный | 2-х путный |
| 1×10-3 - 10×10-3 | 0,45 - 0,50 | 0,40 - 0,45 | В среднем | В среднем |
| 10×10-3 - 50×10-3 | 0,50 - 0,55 | 0,45 - 0,50 | 0,85 | 0,80 |
| 50×10-3 - 100×10-3 | 0,55 - 0,60 | 0,50 - 0,55 | - | - |
Коэффициент экранирования заземлённых тросов
Таблица 5
| Сопротивле- | Коэффициент экранирования при сечении троса, мм | |||
| ние r, | ||||
| Ом/м | медного | алюминиевого | медного | алюминиевого |
| 5 - 100 | 0,65 | 0,7 | 0,58 | 0,6 |
| 100 - 500 | 0,58 | 0,63 | 0,52 | 0,53 |
где 
- полное взаимное сопротивление между влияющим проводом и экраном (рис. 7.11)
- то же между проводом 2 и экраном Э;
- то же между проводами 1 и 2;
- полное сопротивление экрана, включая сопротивления заземлений.
При определении 
рельсов электрифицированных железных дорог следует учитывать экранирующее действие обратного тягового тока Im, текущего в рельсах. Рельсы полностью не изолированы от земли, и поэтому обратный Im частично проходит в земле. Im обратное наибольше в рельсах будет у тяговых подстанций и у электровоза, а наименьшее посередине между электровозом и подстанцией.
Значение величины коэффициента экранирующего действия соседних жил кабеля 7´4´1,2 
, а кабеля 14´4´1,2 - 
.
При определении величины электрического влияния на цепи ВЛ учитывают экранирующее действие заземлённых тросов, подвешиваемых на ЛЭП, и деревьев, 
.
Экранирующее действие деревьев учитывают лишь в том случае, если линии проходят через лес по отдельным просекам.
Отсасывающие трансформаторы.
|
Отсасывающие трансформаторы применяются для уменьшения магнитного влияния тяговых сетей электрических железных дорог переменного тока. Это силовые трансформаторы с n=0,8 ¸ 1, р ³ 800 кВА, первая обмотка которых включается последовательно в тяговую сеть, а вторая - в провод обратного тока (ПОТ), подвешиваемый на опорах тяговой сети (рис. 8) или в рельсы (рис. 9).
При протекании Im по первым обмоткам трансформаторов во вторых обмотках и проводе обратного тока будет проходить ток, близкий по величине току тяговой сети, но обратного направления.
Таким образом, несимметричная цепь тяговой сети становится более симметричной, приближаясь с точки зрения влияний к двухпроводной цепи.
|
Если отсасывающие трансформвторы ОТ включаются в рельсы, то ток в них значительно увеличивается, что улучшает экранирующее действие рельсов.
Защитное действие ОТ зависит от расстояния между трансформаторами, взаимного расположения линии, подверженной влиянию, и тяговой сети, сопротивления рельсов относительно земли, удельного сопротивления земли и т. д.
При включении ОТ в провод обратного тока 
, при включении в рельсы (рис. 9) 
.
Использование отсасывающих трансформаторов в качестве меры защиты от опасных и мешающих влияний удорожает строительство тяговой сети, усложняет эксплуатацию и увеличивает потери электроэнергии, но при необходимости защиты дорогостоящих действующих сооружений (магистральных кабелей, трубопроводов, сконцентрированных кабельных сетей местной связи и т. п.) их применение может быть оправдано.
Сглаживающие фильтры.
Сглаживающие фильтры препятствуют распространению гармонических составляющих вдоль линии. Широко применяются на э.ж.д. постоянного тока.
Устанавливаются на тяговых подстанциях и включаются в тяговую сеть.
В тяговой сети присутствуют гармоники (300, 600, 900 Гц и т. д.) создаваемых шестифазными выпрямителями, но и кратные 100 Гц из-за несимметрии фазных U ЛЭП, питающих тяговые подстанции, и нарушение режима работы и регулирования выпрямителей во время эксплуатации. Поэтому применяемые в настоящее время сглаживающие устройства содержат резонансные контуры, настроенные на частоты гармоник, имеющих наибольшие амплитуды, реакторы L1 и L2 и конденсаторы, образующие фильтры, запирают гармоники и более высоких частот (рис. 10).
|
Принцип действия 1-го звена сглаживающего устройства:
Гармоника напряжения с частотой f, возникшая на зажимах выпрямительного агрегата РВ, создаёт ток в цепи: один из зажимов РВ, резонансный контур, реактор L1, 2-ой зажим агрегата. Если контур настроен в резонанс с частотой этой гармоники, то его сопротивление для токов этой частоты будет весьма мало, т. к. определяется только величиной активного сопротивления катушки индуктивности.
Полное сопротивления реактора ZР с индуктивностью L1 для тока гармоники с частотой f равно
Индуктивность реактора выбирают таким образом, стобы его полное сопротивление 
>> активного сопротивления катушки индуктивности контура. В этом случае падение напряжения, вызванного током f, на реакторе будет >> падения напряжения на соответствующем этой гармонике резонансном контуре.
Следовательно, только небольшая часть напряжения с частотой f попадёт в цепь “контактная сеть - рельсы”, параллельно которой присоединены резонансные контуры.
2-ое звено состоит из реактора L2, параллельно которому включены Lш и Cш; С11 включён между контактным проводом и рельсами. L2, Сш и Lш представляют фильтр пробку, настроенную на f = 300 Гц. Эта гармоника таким образом ещё сильнее снижена в контактной сети. С11 - шунт, через которые замыкаются высшие гармоники.
Эффективность фильтров оценивается коэффициентом сглаживающего действия.
Коэффициентом сглаживающего действия называют отношение псофометрического напряжения 
, измеренного на входе фильтра, к псофометрическому напряжению, измеренного на его выходе
При L1 = L2 = 5 мГн КСД1 =65, а фильтра 2 КСД2 = 250.
Если индуктивность реакторов = 4,5 мГн, то КСД1 = 55, КСД2 = 180.
Для уменьшения мешающего влияния устраняют транспозицию проводов ЛЭП, выравнивают загрузку фаз. Линии связи переводят с крюкового профиля на траверсный, повышают уровни передачи в телефонных цепях и т. д.