Основные формулы. Влияние внешних электромагнитных полей на линии связи и меры защиты

Влияние внешних электромагнитных полей на линии связи и меры защиты

Основные формулы

На линии связи (ЛС) оказывают опасное и мешающее влияние высоковольтные линии (BJI) и электрифицированные железные дороги (эл.ж.д.) при их взаимном сближении. Сближением между ВЛ или эл.ж.д. и ЛС называется такое их взаимное расположение, при котором ЛС находится в зоне опасного или мешающего влияния ВЛ или эл.ж.д. (рис. 4.1).

Шириной сближения между влияющей линией и ЛС называется кратчайшее расстояние между проводами этих линий. Параллельным участком сближения ВЛ и ЛС называется такое их взаимное расположение, при котором ширина сближения между ними остается постоянной или отличается по длине участка сближения от среднего значения не более чем на 10%. Если это условие не выполняется, то участок сближения называется косым. Для косого участка сближения определяется эквивалентная ширина сближения. Расчетной длиной участка косого сближения называется длина проекции ЛС на ось BЛ в пределах этого участка. Эквивалентной шириной участка косого сближения а называют среднее геометрическое из расстояний между линиями в начале и в конце участка сближения [1, 2, 3, 6]:

, (4.1)

При делении трассы линии на отдельные участки сближений необходимо, чтобы расстояния между линиями а, и а₂ отличались не более чем в три раза:

, при или (4.2)

при (4.3)

при (4.4)

Сложной трассой сближения называют трассу, состоящую из участков параллельного и косого сближения.

Продольная ЭДС (Е), создающая опасное магнитное влияние высоковольтной линии или эл.ж.д. переменного тока на цепях линий связи, определяется выражением:

(4.5)

где

рад/с

- ток короткого замыкания на ВЛ, А;

^- модуль коэффициента взаимной индуктивности между однопроводными цепями ВЛ и ЛС на частоте 50 Гц (в дальнейшем принимаем обозначение М) на 1-м участке сближения (для эквивалентной ширины сближения) (см. рис. 4.2), Г/км;

- эквивалентная длина (проекция ЛС на трассу ВЛ) i-го участка сближения, км;

- идеальный коэффициент (предполагающий идеальное заземление внешних металлических покровов кабеля связи) экранирующего действия внешних металлических покровов кабелей (или коэффициент защитного действия) на частоте 50 Гц:

(4.6)

где

R₀ - сопротивление внешних металлических покровов кабеля связи постоянному току, Ом/км;

L - индуктивность внешних металлических покровов кабеля связи, Г/км

Эквивалентная критическая ширина участка сближения при магнитном влиянии определяется на основании формулы;

, Гн/км, (4.7)

где

- допустимое значение продольной ЭДС, В.

Затем определяется модуль критического эквивалентного коэффициента взаимной индукции:

Гн/км

Используя номограмму на рис. 4.2, по значениям и определяем эквивалентную критическую ширину участка сближения

Гальваническое влияние (появляющееся вследствие наличия в земле блуждающих токов), которое оказывают линии электропередачи и электрифицированные железные дороги переменного тока, вызывается возникновением разности потенциалов между точками земли [10,11].

Разность потенциалов на кабеле рассчитывается по формуле (рис. 4.3):

,В, (4.9)

где

, В;

, В;

, В;

, В;

где

, - коэффициент распространения токов в земле;

- проводимость земли, См/м;

- абсолютная магнитная проницаемость; Гн/км - магнитная проницаемость вакуума, _г - относительная магнитная проницаемость для грунта =1 (для медных проводников _г =1, для алюминиевых = 1, для стальных =130, для свинца =1);

l - длина участка сближения (см. рис. 4.3), км;

, , , - расстояния между ЛС и ВЛ (см. рис. 4.3), м;

S_об - реальный коэффициент защитного действия внешних металлических оболочек.

Реальный коэффициент защитного действия внешних металлических покровов определяется из выражения:

где

и - сопротивление заземления внешних металлических покровов кабеля (в начале и в конце участка сближения), Ом;

R₀ - сопротивление металлических покровов постоянному току, Ом;

L - индуктивность металлических покровов, Гн/км;

l - длина кабеля, км.

Критическая ширина участка сближения при гальваническом влиянии определяется выражением:

, м. (4.12)

Величина берется, исходя из значения допустимого напряжения на внешних металлических покровах, т. е.:

¸ В. (4.13)

Опасные напряжения при магнитном влиянии электрифицированных железных дорог переменного тока для вынужденного режима, т. е. режима, отличающегося от нормального, при котором линия вынуждена работать определенный промежуток времени, определяется по формуле [8, 10, 11, 12]:

,В, (4.14)

где

- угловая частота влияющего тока, рад/с;

М_i - модуль коэффициента взаимной индукции, определяемой по номограмме (рис. 4.2), Гн/км;

К_ф - коэффициент формы кривой влияющего тока тяговой сети, который характеризует увеличение индуцированного напряжения вследствие не синусоидальности тока тяговой сети, обусловленной характером работы выпрямительных устройств электровозов. При расчетах влияний на оболочки кабелей связи К_ф= 1,15, при расчете влияний на кабельные жилы К_ф=1;

- эквивалентная длина сближения линии связи с тяговой сетью, км;

I_экв - эквивалентный влияющий ток при вынужденном режиме работы тяговой сети, величина I_экв определяется по формуле:

I_экв=I_{рез ·} К_m, А, (4.15)

I_рез - результирующий нагрузочный ток расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети, его величина определяется из выражения:

т - количество равномерно распределенных электровозов в пределах плеча питания;

I - длина плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме, км; U_tc max - максимальная потеря напряжения в тяговой сети между подстанцией и наиболее удаленным от нее электровозом (К_m=0,8, при _t 30 км, U_tc =8500 В при 15км< <30 км; m=1, I_рез=300 А при _t <15 км, U_{tc max} = 5500 В);

cos - коэффициент мощности электровоза (~0,8);

sin ~ 0,6;

R_tc; Х_tc - параметры тяговой сети (табл. 4.1);

K_m=

К_м - численный коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока I_экв по сравнению с I_рез;

1_н - расстояние от места расположения тяговой подстанции до начала участка, подверженного влиянию, км;

S_общ=S_p· S_об; (4.18)

S_Р - коэффициент экранирования рельсов.

Таблица 4.1.

Параметры тяговой сети (f=50 Гц)

Для уменьшения реактивной составляющей полного сопротивления и соответственно снижения потерь напряжения в тяговую сеть могут быть включены батареи емкостной продольной компенсации. В этом случае реактивное сопротивление тяговой сети следует определять по формуле:

, Ом/км

где

Х_с - емкостное сопротивление батарей продольной компенсации, установленных равномерно в пределах длины l _т - тяговой сети, Ом.

Мешающие напряжения в двухпроводных телефонных цепях тональной частоты следует вычислять применительно к приемному концу усилительного участка или участка между двумя оконечными пунктами. Для кабельных цепей следует принимать в расчет лишь одно тяговое плечо (рис. 4.4), примыкающее непосредственно к ближнему (дальнему) концу рассматриваемого участка цепи. Для телефонных цепей тональной частоты определяют псофометрическое значение мешающего напряжения, как правило, по псофометрическому значе­нию влияющего тока, приведенному к средней расчетной частоте 800 Гц [10, 11, 12].

Для цепи, длина которой I превышает длину плеча одностороннего питания :

, мВ, (4.19)

Где

l - длина гальванически неразделенного участка линии связи, подверженной влиянию, км;

l_э –длина влияющего электротягового плеча, км;

- расстояние по линии связи от конца рассматриваемого гальванически неразделенного участка цепи, подверженной влиянию, до середины влияющего плеча контактной сети (рис. 4.4), км.

Для короткой линии, длина которой укладывается в пределах плеча одностороннего питания:

, мВ, (4.20)

где

коэффициент К'=1,15 при ширине сближения а_кв< 500 м и К'=1 при ширине сближения а_кв > 500 м;

- модуль коэффициента взаимной индукции между контактными проводами и цепью связи на частоте 800 Гц (в дальнейшем принимаем обозначение ) - находится по номограмме, приведенной на рис. 4.5 (методика нахождения аналогична, как и в примере на рис. 4.2).

При сложной трассе сближения следует брать эквивалентную величину модуля коэффициента взаимной индукции - ,которая определяется по формуле:

, Гн/км (4.21)

где

- коэффициент взаимной индукции на i-м участке косого сближения, рассчитанный на частоте 800 Гц, Г/км;

I пс _экв - псофометрическое значение влияющего тока определяют по формуле:

, А, (4.22)

где

- результирующий нагрузочный ток расчетного плеча одностороннего питания при нормальном режиме работы контактной сети;

и К_т - коэффициенты, приведенные на графиках рис. 4.6;

- результирующий коэффициент экранирующего действия (рассчитанный на частоте 800 Гц) определяют по формуле:

; (4.23)

= 0,00128 - коэффициент чувствительности кабельных цепей к помехам;

- коэффициент распространения токов в земле, рассчитывается по формуле:

, (4.24)

где

-глубина проникновения токов в землю, м;

- проводимость земли, См/м.

Рис.4.5. Номограмма для определения коэффицента взоимоиндукции при f=800 Гц

а) Значение коэффицента К_i и его зависимости К_i= . Участок однопутный

б) Значение коэффицента К_i и его зависимости К_i= . Участок двухпутный

в) Значение коэффицента К_м в зависимости от числа электровозов.

Рис 4.6 Значение коэффициентов К_m и K_i

Напряжение помех в конце телефонной цепи, обусловленное магнитным влиянием симметричной трехфазной ВЛ при ее нормальной работе, определяется следующей формулой:

, В, (4.25)

где

- составляющая напряжения помех, обусловленная влиянием псофометрического тока нулевой последовательности вследствие асимметрии жил телефонной цепи по полному сопротивлению и полной проводимости по отношению к земле, В;

- составляющая напряжения помех, обусловленная влиянием псофометрического фазного тока ВЛ вследствие асимметрии жил телефонной цепи по полному сопротивлению и полной проводимости по отношению к земле, В.

Составляющие определяются по формулам:

, В; (4.26)

, Гн/км (4.27)

, В; (4.28)

, Гн/км (4.29)

где

- расчетное значение псофометрического фазового тока (табл. 4.12), А;

- расчетное значение псофометрического тока нулевой последовательности (табл. 4.12), А;

рад/с, при f = 800 Гц;

- коэффициент взаимной индукции, определяемой по номограмме (рис. 4.5), Г/км;

- модуль эквивалентного коэффициента взаимной индукции между тремя проводами трехфазной ВЛ, токи в которой сдвинуты в каждой фазе по отношению друг к другу на 120°, и жилой кабеля связи, Гн/км;

- коэффициент чувствительности кабельных цепей к помехам;

- коэффициент экранирования, равный произведению коэффициентов экранирования металлических покровов кабелей связи и коэффициента экранирования грозозащитных тросов на ВЛ;

-коэффициент распространения цепи провод - земля, .

, мкГн/км, (4.30)

где

- минимальная ширина сближения, м;

- максимальная ширина сближения, м;

- модуль коэффициента взаимной индукции для участка с минимальной шириной сближения, мкГн/км;

- модуль коэффициента взаимной индукции для участка с максимальной шириной сближения, мкГн/км;

-среднее геометрическое расстояние между соседними проводами ВЛ выбирается из табл. 4.2, м.

Таблица 4.2

ВЛ	кВ
	м		5,5		12,5	17,5
	м		5,5		12,5	17,5
	м
Тросы с сечением, мм2	50; 57,5			150; 147	150; 147	150; 147

Вероятность повреждений кабелей ударами молний характеризуется плотностью повреждений. Под плотностью повреждения понимается общее количество отказов (повреждений с простоем связей), отнесенных к 100 км трассы кабеля в год как при однокабельных системах передачи, так и при двухкабельных [4, 7], т. е.:

, (4.31)

где

N - общее число повреждений, равное числу опасных ударов молний;

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

L - длина трассы, км.

Плотность повреждения кабелей связи, имеющих шланг, можно определить по известной методике (см. разд. 4.9), причем вместо удельного сопротивления грунта следует брать величину эквивалентного удельного сопротивления, находимого из выражения:

, Ом·м, (4.32)

где

С₂ - емкость между металлической оболочкой и землей, Ф/км;

С₁₂ - емкость между пучком жил и оболочкой, Ф/км;

R₁ - продольное сопротивление жилы, Ом/км;

R₂ - продольное сопротивление оболочки, Ом/км.