Проектирование линии связи

В качестве первичного параметра влияния оперируют  с сопротивлением связи Z₁₂.

Сопротивление связи или взаимное сопротивление Z₁₂ представляет собой отношение напряжения , возбуждаемого на внешней поверхности внешнего провода коаксиальной пары, к току I, протекающему в проводах коаксиальной пары. Напряжение  соответствует продольной составляющей электрического поля Е_z. При прохождении тока во внешнем проводе создается падение напряжения и действует продольная составляющая электрического поля Е_z. Отношение Е_z к току цепи и дает количественную оценку сопротивления связи. Чем больше Z₁₂, тем больше Е_z на внешней поверхности внешнего провода коаксиальной пары и вне его и больше мешающее влияние.

Сопротивление связи Z₁₂ медного внешнего провода коаксиальной пары определяется по следующей формуле (на частоте f=500 кГц):

 (27)

Z₁₂ =2,654 Ом/км,

где  – коэффициент вихревых токов, 1/мм;

r₂ и r₃ – внутренний и внешний радиусы внешнего провода, мм;

t – толщина внешнего провода (t=0,2мм) ;

 s – проводимость материала;

N = 59

 

 

 

 

В реальных условиях коаксиальная пара имеет чаще всего внешний  провод в виде медной трубки и стального экрана из спирально наложенной ленты, поэтому сопротивление связи следует определять по формуле:

= 1,23 Ом/км  (28)

где L_z – продольная индуктивность, обусловленная спиральными лентами и равная

= 1,372 мГн/км (29)

L_вн – внутренняя индуктивность стальных лент, равная

= 1,6 мГн/км (30)

где h – шаг наложения экранных лент, h=10 мм;

r_c – внешний радиус внешнего провода, мм;

t_э – толщина экрана, мм;

m_э – магнитная проницаемость экрана (для стали 100¸200).

Коаксиальные пары экранированы стальными лентами:

= 3,209 мГн/км  (31)

Полное сопротивление промежуточной третьей цепи коаксиальной пары:

=10,8 кОм/км (32)

Переходное  затухание на ближнем конце кабельной  линии определяется по формуле:

  (33)

Переходное затухание  на дальнем конце

  (34)

Защищенность на дальнем  конце

 (35)

где G – коэффициент распространения;

 a – коэффициент затухания;

 Z_з – полное сопротивление промежуточной третьей цепи коаксиальной пары, состоящее из собственных сопротивлений внешних проводов Z_вн обеих коаксиальных пар и индуктивного сопротивления jwL_з цепи, обусловленного индуктивностью между проводами.

. (36)

 – поправочный коэффициент;

n – число коаксиальных пар, находящихся под общей оболочкой кабеля.

 

Таблица 6 - Результаты расчета A₀, A_l, A₃.

Частота, кГц	A0, дБ/км	A1, дБ/км	A3, дБ/км
10	97,35	146,74	145,87
60	115,84	161,58	159,26
100	121,23	166,37	163,32
200	128,60	173,33	168,96
300	132,94	177,70	172,30
500	138,41	183,58	176,56

 

Таблица 7 - Нормируемые параметры взаимных влияний коаксиальных пар.

Размер коаксиальной пары, мм	2,6/9,5 мм
Защищенность на длине УУ, дБ	110
Переходное затухание на дальнем  конце, дБ	110 + al
Переходное затухание на ближнем  конце, дБ	110 + al

 

 

 

 

 

 

Построим  зависимости А₀, A_l, А_З от частоты f.

Рисунок 10 - Зависимость переходного затухания на ближнем конце линии

от частоты.

Рисунок 11 - Зависимость переходного затухания на дальнем конце линии

от частоты.

Рисунок 12 - Зависимость защищенности на дальнем конце линии от частоты.

 

Рассчитанные  значения защищенности на дальнем конце  и переходных затуханий на ближнем и дальнем концах ниже установленных норм взаимных влияний коаксиальных пар (на всех частотах из диапазона от 0,01 до 25 МГц). При этом с ростом частоты эти значения отдаляются от установленных норм.

Для улучшения этих параметров можно  предпринять дополнительные меры, такие как уменьшение неоднородностей при спайке строительных длин в муфтах или использование многослойных экранов (медь - сталь или медь - сталь - медь). Повышенная эффективность таких экранов объясняется дополнительными отражениями энергии на границах различных металлов и малыми потерями энергии благодаря наличию медного слоя экрана вблизи источника энергии. Чем выше частота и больше толщина экрана, тем больше эффект экранирования.

 

9. Расчет влияния от высоковольтных линий

Таблица 8 – Исходные данные.

Влияющий фактор	Схема сближения							Влияющий ток, кА	Материал экран. троса	Сечение экран. троса, мм2	Тип грунта
	а1, м	а2, м	а3, м	а4, м	l1, км	l2, км	l3, км
КСЭЖД2	110	90	100	120	0,8	0,9	1,3	3,6	Cu	150	ПМ

 

Рисунок 13 - Схема сближения линии связи с высоковольтной линией.

 

Рассчитаем  эквивалентную ширину косого участка  сближения:

aэкв1 = 99,5 м; aэкв2 = 94,9 м; aэкв3 = 109,5 м.

(37)

Рассчитаем коэффициент  взаимной индукции (Гн/км):

 (38)

 

   где – эквивалентная ширина i-го участка сближения, м;

f – частота влияющего тока (50 Гц);

σ_з – проводимость земли (глина σ_з = 0,05 См/м)

См/м;

m₁₂(2) = 6,364∙10^-4 См/м;

m₁₂(3) = 6,078∙10^-4 См/м;

Рассчитаем  результирующий коэффициент экранирования  между ВЛ и линией связи на i-м участке сближения:

=1∙0,5∙0, 5∙1= 0,25 (39)

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.).

 

Принимаем:

S_тр = 0,5 (сечение троса - 150 мм., материал – Медь);

S_р = 0,5 (двухпутная ж. д., σ_з = 0,0023 См/м).

Произведем расчет продольной ЭДС (S_об=S_м=1):

            = 527 В  (40)

Рассчитаем продольную ЭДС на 1 км кабеля

= 263,5 В/км (41)

где l – участок сближения ( l = l₁ + l₂ + l₃ ).

Определим идеальный  КЗД (S_об) коаксиальных кабелей связи при частоте 50 Гц:  принимаем S_об=0,34 при Е_км=263,5 В/км.

 

Таблица 9 - Идеальный КЗД коаксиальных кабелей при частоте 50 Гц

Екм, В/км	Марка кабеля
	КМБ-4
100	0,46

 

Окончательно  рассчитываем величину продольной ЭДС на участке сближения:

= 527*0,34 = 179.18В. (42)

Таблица 10 - Допустимые значения продольной ЭДС при кратковременном влиянии.

Схема дистанционного питания (ДП)	Допустимые ЭДС, В, при влиянии КСЭЖД
Без ДП	=2160 В;
«Провод-земля» постоянным током	B;
«Провод-провод» переменным током	B;

 

Где U_дп – напряжение дистанционного питания для аппаратуры ИКМ-1920x2 – 850 В.

U_исп – испытательное напряжение изоляции жил кабеля по отношению к экрану или металлической оболочке и вводного устройства аппаратуры - 3,4 кВ.   

Полученное E_прод не превышает значение допустимого ЭДС ни для одной из схем дистанционного питания.

То есть никаких дополнительных мероприятий по защите кабеля от опасных влияний не требуется.

 

10. Определение необходимости защиты кабельной магистрали от   удара молнии

Вероятное число  повреждений кабелей ударами  молний характеризуется плотностью повреждений. Под плотностью повреждений  понимается общее количество отказов (повреждений с простоем связей), отнесенных к 100 км трассы кабеля в год как при однокабельной системе передачи, так и двухкабельной, т.е.

, (43)

где N – общее число повреждений, равное числу опасных ударов молнии;

К – промежуток времени, за который произошло N повреждений, лет;

L – длина трассы, км.

Для определения  плотности повреждений кабеля с  металлическими защитными покровами, не имеющего поверх оболочки изолирующего шлангового покрытия, необходимо знать  следующие данные:

• интенсивность грозовой деятельности Т (количество часов в году), час.;
• электрическую прочность изоляции жил по отношению к металлической оболочке U_max, В;
• удельное сопротивление грунта r_гр, кОм×м;
• сопротивление внешних защитных металлических покровов постоянному току R₀, Ом/км.

Величины Т, U_max, r_гр заданы в виде исходных данных. Величина R₀ находится как сопротивление параллельно соединенных металлической оболочки и стальной ленточной брони кабеля

  (44)

где

                   (45)

 Ом/км;            

        (46)

Ом/км;

r – удельное сопротивление материала металлической оболочки кабеля, для свинца r=0,221 Ом мм²/м;

D_бр – средний диаметр кабеля по броне, мм (32,32 мм);

а = D_бр – ширина одной бронеленты, а=(1¸1,1)D_бр = 32,32мм;

b – толщина одной бронеленты, b=0,2 мм;

d_об=D_кс – внутренний диаметр оболочки кабеля, мм (21,01 мм);

t_об – толщина оболочки кабеля, мм (1,3 мм).

R₀= 2,04 Ом/км,

Подсчитав R₀ и зная r_гр, по графику на рисунке 14 определяем n = 0,55.

Рисунок 14 - Зависимость плотности повреждений кабеля связи  от сопротивления грунта и сопротивления R₀

Этот график построен на основании  наблюдений при средней продолжительности  гроз Т=44 час. в год, электрической прочности изоляции жил по отношению к оболочке кабеля U_max=3000 В (f=50 Гц) и длины кабеля 100 км. При других значениях Т и U_max вероятное число повреждений кабеля определяется по формуле:

 ; (47)

где Т=44 часов;

U_max=3 кВ;

n =0,55.

Это число  сравниваем с допустимым числом повреждений n_доп кабелей от ударов молний на 100 км трассы в год. Так как n_x > n_доп (0,67>0,3), то производим защиту кабельной магистрали от ударов молний.

Для защиты применяется проложенные в земле  грозозащитные тросы.

Защитное  действие тросов характеризуется коэффициентом  тока  в оболочке кабеля h

                                             , (48)

где r_кт – расстояние между кабелем и тросом, мм (рисунок 15);

d_т – диаметр троса, мм;

d_к – внешний диаметр оболочки кабеля, мм.

 

Рисунок 15 - Защита кабеля связи с помощью одного троса

Таблица 11 - Основные размеры и расстояния при прокладке защитных тросов

Количество тросов	Диаметр тросов, мм		Расстояние между	Расстояние от кабеля до
	медных	Биметал-лических	тросами rтт, м	троса rкт, м
1	4	5	–	0,2 – 0,6
2 и более	3	4	0,4 – 1,2	0,2 – 1,0