Проектирование волоконно-оптической линии передачи

Величина взаимных влияний  между цепями выражается и нормируется  через переходные затухания на ближнем конце А₀   и дальнем А_l концах, а также через защищённость А₃.

2. Расчёт параметров взаимных влияний между цепями коаксиального кабеля

 

Первичным параметром взаимного  влияния между коаксиальными  цепями является сопротивление связи Z₁₂ , представляющее собой отношение продольной составляющей электрического поля Е_Z на внешней поверхности внешнего проводника (напряжения U, возбуждаемого на внешней поверхности внешнего проводника) влияющей цепи к току I₁, протекающему в этой цепи.

Значение E_Z численно равно U, поэтому Z₁₂= E_Z/ I₁= U/ I₁.

Рассмотрим расчётные  формулы для переходных затуханий  и защищённости между одинаковыми  по конструкции коаксиальными, согласованно нагруженными цепями, которые справедливы при условии, когда коэффициент распространения третьей цепи γ₃ много больше коэффициента распространения взаимовлияющих цепей γ.

Переходное затухание  на ближнем конце определяется формулой:

    дБ                                                                      (5.1)

Переходное затухание  на дальнем конце:

   дБ                                                                           (5.2)

Защищённость  на дальнем конце:

    дБ                                                                                (5.3)

В этих формулах:

Z_в – волновое сопротивление цепи, Ом;

 - коэффициент распространения, 1/км;

l – длина усилительного участка, км;

Z₃ –полное сопротивление третьей промежуточной цепи, состоящее из собственных сопротивлений двух внешних проводников рассматриваемых коаксиальных цепей (Z_вн) и индуктивного сопротивления промежуточной цепи Z₃=2Z_eн+iωL₃ , Ом/км.

Величину параметров взаимных влияний коаксиальных кабелей находим, пользуясь справочными данными /6/ или по результатам расчетов /2,5/, и сравниваем с нормами.

Сопротивление связи:

 

- внутренний радиус внешнего  проводника,

- внешний радиус внешнего  проводника,

- толщина внешнего проводника,

- коэффициент вихревых  токов,

для меди ,

- полутактовая частота.

 

 

 

 

 

 

6. Защита электрических кабелей связи от влияния внешних электромагнитных полей

1. Основные положения

 

С развитием ВСС предъявляются  всё более высокие требования к надёжности линейных трактов и  качеству передаваемой информации, которые  в значительной степени зависят  от влияния внешних электромагнитных полей на ЭК. Быстрые темпы строительства  линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения (ЛЭП), электрифицированных железных дорог (ЭЖД) резко обострили проблему их электромагнитной совместимости с  сетью связи страны. В настоящее время практически нет кабельных магистралей, не имеющих сближения с ЛЭП или ЭЖД, создающих электромагнитные поля большой интенсивности. Поэтому важной задачей является обеспечение надежной защиты ЭКС от внешних электромагнитных влияний.

Все необходимые исходные данные для расчета параметров внешних  электромагнитных влияний и надежности кабельной магистрали представлены в таблице 6.1.

 

Таблица 6.1 – Исходные данные для расчёта параметров внешних  влияний

Параметр	Значение
I1, кА	3,0
a1, м	70
a2, м	80
a3, м	120
a4, м	100
l1, %	30
l2, %	30
l3, %	40
Uисп, кВ	3,2
Т, ч	35
Ргс, кОм∙м	0,3
L1, км	74
L2, км	7
L3, км	19

 

 

 

 

2. Расчёт опасных магнитных влияний

 

Одним из основных факторов, определяющих степень влияния ЛВН  на линии связи, является характер сближения. Под сближением понимается взаимное расположение линии связи и ЛВН, при котором в линии связи  могут возникнуть опасные и мешающие напряжения и токи. Сближение может  быть параллельным, косым и сложным. Участок сближения считается  параллельным, если кратчайшее расстояние между линиями (ширина сближения) а изменяется по длине сближения не более чем на 10% от среднего значения. Если это условие не выполняется, то участок сближения будет косым. Такое сближение заменяется ступенчатым параллельным, при этом выбирают длину параллельных эквивалентных участков так, чтобы отношение максимального значения ширины сближения к минимальному на концах участка было не более трёх. Тогда эквивалентная ширина сближения а_экв определяется соотношением .

Опасное магнитное влияние  может возникнуть при обрыве и заземлении фазового провода ЛЭП или контактного провода ЭЖД. Большая величина тока короткого замыкания создаёт интенсивное магнитное поле. В результате чего в жилах кабеля индуцируется ЭДС   которая может превышать допустимые значения. Эта ЭДС   называется продольной так как индуцированное электрическое поле направлено вдоль провода связи.

Продольная ЭДС – это разность потенциалов между началом и концом провода связи на длине гальванически неразделённого участка. Гальванически неразделённым участком считается участок линии связи не содержащий усилителей трансформаторов фильтров. На кабельных магистралях за длину гальванически неразделённого участка принимается длина усилительного (регенерационного) участка.

Абсолютное значение продольной ЭДС наведённой в жилах кабеля связи от магнитного влияния ЛВН  на сложном участке сближения (рис. 6.1) рассчитывается на частоте 50 Гц по формуле:

 B                                                                                         (6.1)

где     n – число участков;

I₁ – влияющий ток, А;

m_12i – коэффициент взаимной индукции между однопроводными цепями ЛВН и линии связи на i-ом участке сближения, Гн/км;

l_i – длина i-ro участка сближения, км;

S_i – результирующий коэффициент экранирования между ЛВН и линией связи на i-ом участке.

 

Рис. 6.1. Схема сближения линии связи с ЛВН

Коэффициент взаимной индукции точно определить теоретически достаточно сложно, так как он зависит от проводимости земли на участке сближения, а проводимость земли из-за неоднородности структуры строения меняется в широких пределах. В практике коэффициент взаимной индукции в зависимости от ширины сближения и проводимости земли определяется по номограммам. Можно определить коэффициент взаимной индукции и по приближённой формуле, которая справедлива в диапазоне тональных частот:

     Гн/км                                                                   (6.2)

где а – ширина сближения, м;

f – частота влияющего тока, Гц;

σ₃ – проводимость земли, См/м.

 

Рассчитаем коэффициент  взаимной индукции для каждого участка  сближения.

1 участок:  Гн/км                                     

2 участок:  Гн/км                                     

3 участок:  Гн/км                                     

Результирующий  коэффициент экранирования (на низких частотах его называют коэффициентом защитного действия) учитывает уменьшение наведённой ЭДС   за счёт защитного действия металлических экранов, размещённых между ЛВН и линией связи. В общем виде коэффициент защитного действия можно определить:

                                                                                (6.3)

где S_o6, S_mp , S_P, S_м – коэффициент защитного действия, соответственно металлических покровов кабеля связи; заземлённых тросов, подвешенных на опорах ЛЭП; рельсов железнодорожных путей, проложенных рядом с кабелем связи металлических сооружений (соседних кабелей связи, трубопроводов, газопроводов и т.д.).

При наличии на отдельных  участках проектируемой кабельной  линии связи заземлённых тросов или ж.д. путей их величину коэффициента экранирования можно определить по табл. 6.2 и 6.3:

 

Таблица 6.2  - Коэффициенты экранирования тросов

Материал троса	Коэффициент экранирования Sтр при сечении троса, мм2
	50…100	101…200
Алюминий	0,65	0,55
Медь	0,60	0,50
Сталь	0,95	0,80

 

Таблица 6.3 – Коэффициент  экранирования рельсов при влиянии  контактных сетей на линии связи

Проводимость земли, См/м	Коэффициент экранирования  Sр
	при однопутной ж.д.	при двухпутной ж.д.
10-3…10∙10-3	0,50	0,45
10∙10-3…50∙10-3	0,55	0,50
50∙10-3…100∙10-3	0,60	0,55

 

Рассчитаем результирующий коэффициент экранирования между  ЛВН и линией связи, если материал троса – медь, проводимость земли – 0,01 См/м, ж/д – однопутная, сечение троса – 50 мм².

S=1∙0,6∙0,5=0,3.

Определив коэффициент взаимной индукции m₁₂, для каждого участка производят расчёт продольной ЭДС, полагая S_o6=1:

 

 

 

Рассчитав величину суммарной продольной ЭДС   на участке сближения l, определяем продольную ЭДС   на 1 км кабеля:

   В/км                                                                                            (6.4)

Для l₁:

Для l₂:

Для l₃:

Необходимость определения Е_км вызвана тем, что величина КЗД защитных металлических покровов кабелей связи S_o6, содержащих материалы из стали, зависит от величины Е_км. Значение S_o6 зависит от типа и геометрических размеров защитных покровов.

Исходя из результата расчёта Е_км по табл. 6.4 определяем величину идеального коэффициента защитного действия металлических покровов кабеля S_o6.

 

Таблица 6.4- Идеальный КЗД  коаксиальных кабелей при частоте 50 Гц

Екм, В/км	Марка кабеля
	МКТСБ-4	МКТАБ-4
10	0,82	0,21
20	0,73	0,15
50	0,58	0,1
100	0,46	0,08
150	0,41	0,07
200	0,39	0606
250	0,40	0,1
300	0,43	0,14

 

Окончательно величину наведенной продольной ЭДС в кабеле связи  определяем по формуле:

 

 В                                                                                   (6.5)

 

 

3. Нормы опасного магнитного влияния

 

Величины опасных напряжений и токов в цепях кабелей  связи, обусловленные влиянием ЛВН, устанавливаются исходя из обеспечения  безопасности обслуживающего персонала, работающего на стационарных и линейных сооружениях, а также из условия предохранения этих сооружений от повреждения (пробой изоляции жил кабеля, повреждение аппаратуры и др.)

Допустимые величины опасных  напряжений и токов принимают  такие значения, при которых не требуется специальных мер защиты. При этом принимается во внимание время и условие их воздействия  на людей и сооружения связи. Кратковременные  опасные напряжения и токи могут  возникать в цепях связи на участках сближения с ЛЭП и  ЭЖД при их коротком замыкании  на землю. Время действия этих напряжений и токов составляет 0,15…1,2 с (время  срабатывания отключающих устройств), поэтому для такого аварийного режима работы допускаются относительно высокие  напряжения. При нормальном и вынужденном  режимах работы линий высокого напряжения опасные напряжения и токи действуют  длительно, поэтому нормы для  этих режимов работы существенно  ниже.