III. ТЕОРИЯ ВНЕШНИХ И ВЗАИМНЫХ ВЛИЯНИЙ

§3.1. Классификация влияний и их воздействия на ЛАТС.

По своему воздействию на ЛАТС влияния подразделяются:

По характеру воздействия влияния подразделяются на следующие:

Источником внешних влияний являются высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП), тяговые сети элекрофицированных железных дорог. Поэтому возникает проблема электромагнитной совместимости линий связи и ЛЭП.

Взаимными называют влияния между соседними цепями одной линии.

Опасные влияния. Внешние опасные влияния возникают при коротком замыкании на ЛЭП (аварийный режим) или при отключении одной или нескольких тяговых подстанций (вынужденный режим). В этом случае, на ЛС кратковременно (до отключения высоковольтной линии) от ЛЭП будет наведено опасное напряжение в виде продольной Е (ЭДС). Под действием ЭДС между ЛС и землей наводится опасное напряжение U_оп и при соприкосновении человека с ЛС через него пройдет ток. Нормы опасных влияний установлены предельно допустимыми значениями (ПДЗ) опасных напряжений. Согласно ПДЗ, нормируемое значение тока не должно превышать 10 мА.

С точки зрения, опасности для человека и методов расчёта различают следующие схемы подключения линии связи:

1) ЛС заземлена с одной стороны;

2) ЛС изолирована с обоих концов;

3). ЛС заземлена с обоих концов.

Наиболее опасным является 1 случай (рис.3.3.), поэтому вне зависимости от фактического подключения линии связи расчеты опасных влияний всегда производятся для этого случая.

Допустимые значения опасных напряжений для кабелей и вводного оборудования, включенного в цепи, определяют с учетом электрической прочности из изоляции, старения изоляции под воздействием постороннего напряжения и других факторов. Действующие ПДЗ опасных напряжений при влиянии тяговых сетей (ТС) переменного тока на цепи ВЛС и КЛС приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Мешающие влияния.При влиянии ВЛ и тяговых сетей железных дорог в цепях связи возникают напряжения и токи различных частот, т.к. во влияющих линиях всегда действуют гармонические составляющие напряжения и тока. Они вызывают в телефонных каналах появление шумов и искажений.

Расчет мешающих напряжений производится на конкретных частотах (всего выделяют 69 различных гармоник) с учетом влияния на полезный сигнал при f_нес=800 Гц.

Степень слышимости шума каждой гармоники на частоте 800 Гц оценивает коэффициент акустического воздействия i-гармоники (i). Напряжение шума определяется по квадратичному закону:

Напряжение называют псофометрическим напряжением.

Нормы мешающих влияний задаются в виде ПДЗ шума, которые различаются для разных видов связи (таблица 3.2.)

Таблица 3.2.

Взаимные влияния. Взаимные влияния между цепями связи одного кабеля проявляются в виде щелчков и переходного разговора. В отличии от внешних влияний взаимные не нормируются через напряжения и токи, а оцениваются и нормируются с помощью вторичных параметров влияний: переходным затуханием на ближнем конце (А₀, дБ), переходным затуханием на дальнем конце (А_l, дБ), защищённость цепи (А_з, дБ).

Все влияния имеют одну и ту же физическую природу, поэтому для удобства отдельно рассчитывают электрические и отдельно магнитные влияния, а затем результаты суммируют:

(3.1.)

§3.2. Физическая сущность электрических и магнитных влияний. Влияния на однопроводные цепи.

Индуцированные напряжения и токи опасного и мешающего влияний удобнее рассматривать, когда влияющей цепью (1) является однопроводная цепь, подключенная к источнику энергии. Цепь, подверженная влиянию (2), рассматривается как пассивная, никаких токов и напряжений, кроме индуцированных, в ней нет. Также будем считать цепи однородными по длине и параллельными в пределах сближения, длину цепей равной , а сопротивление земли . Обозначим электрические влияния символами , магнитные влияния – .

Электрические влияния. Если цепь 1 находится под напряжением , то через емкостную связь между проводами цепей 1 и 2 и изоляцию ток переходит с провода цепи 1 на провод цепи 2 (рис.3.4.). Когда цепи короткие и волновые процессы можно опустить, то напряжение постоянно по всей длине сближения. Введем характеристику электрического влияния – это коэффициент электрической связи , являющийся коэффициентом пропорциональности между напряжением во влияющей цепи и индуцированным током цепи, подверженной влиянию .

,

где - проводимость изоляции между проводами цепей 1 и 2 на 1 км сближения;

- емкость между проводами цепей 1 и 2 на 1 км сближения.

(3.2.)

Напряжение, индуцированное из-за электрического влияния, действует между проводом и землей. Поэтому ток , перешедший с цепи 1 на цепь 2, будет протекать через нагрузки, включенные в цепь в одном направлении, и по каждой из них пройдет ток .

Электрическое влияние ЛЭП и тяговых сетей на цепи автоматики, телемеханики и связи имеет смысл учитывать лишь тогда, когда обе линии воздушные, т. к. металлические защитные покровы кабелей или слой земли, покрывающий подземный кабель, практически полностью устраняют воздействие электрического поля.

Магнитное влияние (МВ).Допусти сначала, что цепь 2, подверженная влиянию, также однопроводная. Когда во влияющей цепи 1 протекает переменный ток , то в результате магнитной индукции по всей длине цепи 2 будет индуцироваться ЭДС, действующая вдоль провода, называемая продольной.

Значение продольной ЭДС определяется проще, когда ток во влияющей цепи не изменяется в пределах всего сближения. Практически это может быть при электрически коротких цепях.

Введем характеристику магнитного влияния – это коэффициент магнитной связи , показывающий полное взаимное сопротивление цепей 1 и 2 на 1 км параллельного сближения.

,

где - сопротивление общей заземленной части цепей 1 и 2 на 1 км сближения;

- взаимная индуктивность между цепями 1 и 2 на 1 км сближения.

; (3.3.)

Величины ( , , , ), которые учитываются в формулах (3.2.) и (3.3.) называются первичными параметрами влияний. Определив их значения и подставив в формулы (3.2.) и (3.3.), а результат в (3.1.), можем рассчитать электромагнитные влияния на однопроводной цепи, сравнить с нормой и принять необходимые меры защиты.

Результирующее значение величины для I определяется по закону Кирхгофа.

Значение U по квадратичному закону:

§3.3 Особенности расчета опасных влияний без учета волновых процессов.

Чтобы рассчитать опасные влияния необходимо воспользоваться формулами (3.1.), (3.2.), (3.3.). При этом волновые процессы учитываться не будут. Этими формулами можно пользоваться только для коротких цепей, предварительно рассчитав коэффициенты связи, например:

,

где b и с – средняя высота подвеса над землей соответственно проводов ВЛ и линии связи;

m – число заземленных проводников;

а – расстояние между линиями.

См. методические указания по курсовому проектированию.

§3.4. Особенности расчёта опасных влияний с учётом волновых процессов.

Для длинных однопроводных цепей, когда длина сближения l_э меньше длины линии связи l, необходимо учитывать волновые процессы, т.е. изменения наведенного тока по амплитуде и по фазе.

В расчетах принято различать ближний (БК) и дальний (ДК) концы цепи, подверженной влиянию. Ближним называют тот конец, который совпадает с генераторным концом влияющей цепи (о), другой конец – дальним концом (l).

Где I₁₀, U₁₀ – ток и напряжение во влияющей цепи на БК;

I_1l, U_1l – тоже, на ДК;

I₂₀, U₂₀ – ток и напряжение, наведенные в цепи, подверженной влиянию, на БК;

I_1l, U_1l – тоже, на ДК.

Исходными формулами для расчета опасных влияний с учётом волновых процессов являются уравнения длинной линии.

Вывод расчетной формулы для приведена в [1].

Расчетная формула для цепи, изолированной на одном конце:

§3.5.Особенности расчёта мешающих влияний на двухпроводные цепи без учёта волновых процессов.

В отличие от опасных влияний, мешающие влияния обычно рассчитываются для двухпроводной цепи, изолированной с обоих концов (рис.3.3.).

Вследствие взаимной индукции оба проводника двухпроводной цепи окажутся соответственно под напряжением , , по которым соответственно текут токи , . Через нагрузку пройдет ток , т.к. ( ). Это обусловлено тем, что расстояние от влияющей цепи до проводников 2 и 3 не одинаково ( ). Это явление называется поперечной асимметрией. Кроме того, электрические параметры проводников (2 и 3) всегда различны из-за наличия спаек, допусков по диаметру и т.д. Это еще одна причина, по которой . Это явление называется продольной асимметрией.

При мешающих влияниях (ВЛ и тяговых сетей) учитывают только продольную асимметрию. Поперечная асимметрия не учитывается, т. к. расстояние между влияющим проводником и рассматриваемой цепью не соизмеримо с расстоянием между проводниками цепи. Тогда мешающее напряжение , индуцированное из-за продольной асимметрии, определяют умножением напряжения на конце изолированного провода на коэффициент чувствительности к помехам:

,

где - напряжение относительно земли, .

§3.6. Особенности расчёта мешающих влияний с учётом волновых процессов.

Для расчета мешающих влияний с учетом волновых процессов необходимо использовать уравнение длинной линии, а затем учесть коэффициент акустического воздействия.

В данном случае рассматривается цепь, изолированная с обоих концов, поэтому расчетная формула с учетом волновых процессов будет иметь вид:

§3.7. Взаимные влияния. Параметры и нормы взаимных влияний.

Для расчёта взаимных влияний используют вторичные параметры влияний, выраженные через токи и напряжения.

Переходное затухание позволяет оценивать эффективность различных мероприятий, направленных на уменьшение влияний, и сравнивать направляющие системы с точки зрения помехозащищенности.

Переходные затухания между цепями измеряются в дБ и определяются по следующим формулам:

· на ближнем конце

· на дальнем конце

Защищённость цепи определяется по формуле:

В случае одинаковых уровней передачи по влияющей и подверженной влиянию цепям связь между значениями защищенности и переходного затухания определяется выражением:

,

где - переходное затухание на ближнем или дальнем конце цепи;

- затухание цепи.

При взаимном влиянии влияющий ток переходит на цепь подверженную влиянию. Во время перехода ток затухает, т.е. взаимные влияния уменьшаются, при этом переходное затухание на ближнем конце возрастает.

Например. Если , это значит, что влияющий ток полностью перешел на цепь подверженную влиянию, следовательно , взаимные влияния максимальные (к. з. между цепями). Если же , это означает, что наведенный ток полностью затух при переходе с влияющей цепи, , взаимные влияния отсутствуют.

Значение защищенности нормируется, аА нормы переходного затухания устанавливают на основании норм защищенности.

Нормы значений защищенности приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3.

§3.8. Модель непосредственных влияний и её особенности.

Для исследования процессов взаимного влияния предложены модели, отражающие различные стороны процесса перехода энергии с одной цепи на другую. Наиболее практически применимы:

· Модель непосредственных влияний, т. е. влияний между двумя однородными, согласованно нагруженными цепями;

· Модель косвенных влияний, под которыми понимают влияния через третьи цепи (соседние цепи, экраны, оболочки кабелей), а также вследствие отражений за счет неоднородностей цепей и несогласованности нагрузок.

Модель непосредственных влияний между симметричными цепями отражает процесс влияний, обусловленный поперечным электромагнитным полем. В рамках этой модели исследуют влияния между двумя произвольно выбранными цепями из их совокупности, что эквивалентно пренебрежению электромагнитными связями этих двух цепей с другими симметричными и несимметричными цепями в рассматриваемой системе. Такой подход к рассмотрению процесса влияний в многопарных линиях используют не только при анализе влияний, но и в практически применяемых мерах защиты, значительно упрощая реальную картину обмена энергией между цепями.

Из анализа модели следует, что токи электрического и магнитного влияний через волновое сопротивление (Z_в2) ближнего конца протекают в одном направлении, т.е. складываются.

I₂₀ =I₂₀’+ I₂₀”

Эта формула влияний по закону ближнего конца.

На дальнем конце ток электрического влияния I_2l’ и ток магнитного влияния I_2l” направлены противоположно (ток I₂’ делится в точке 1 пополам, а ток I₂” направлен по правилу левой руки). Поэтому

I_2l =I_2l’ – I_2l”

Эта формула влияний по закону дальнего конца.

§3.9. Методика расчёта взаимных влияний без учёта волновых процессов. Коэффициенты связи при взаимных влияниях.

Если не учитывать волновые процессы, то ; ; .

При согласованной нагрузке ток влияния делиться на две равные части (рис.3.5.). Одна часть направлена к ближнему концу, а другая – к дальнему. На нагрузках в конце цепей на ближнем конце (см. §3.2.,ф.3.2.)

на дальнем конце (см. ф.3.3.)

Для l=1 км согласно модели непосредственного влияния полный ток электромагнитного влияния определяем по закону БК:

,

где – коэффициент электромагнитной связи на БК.

Следовательно,

На дальнем конце цепи полный ток влияния определяем по закону ДК:

,

где – коэффициент электромагнитной связи на ДК.

Следовательно, .

Коэффициенты электромагнитной связи на БК и ДК характеризуют отношение токов во влияющей и подверженной влиянию цепях.

Определим вторичные параметры через коэффициенты электромагнитной связи:

. Аналогично

§3.10. Методика расчёта взаимных влияний с учётом волновых процессов.

Для длинных цепей ( дБ) при расчете взаимных влияний необходимо учитывать волновые процессы.

Исходными уравнениями для вывода расчётных формул являются уравнения, описывающие гармонические процессы: I=I_me^-γl и U=U_me^-γl.

Тогда можно полагать, что

Вывод вышеприведенных формул дан в [1].

§3.11. Особенности расчёта коэффициента связи при оценке взаимных влияний.

При расчете коэффициентов связи ( , , , ) учитывается влияние поперечной асимметрии.

Для воздушной линии связи коэффициенты связи рассчитываются при помощи равновесных (мостовых) схем. При определении допустимо не учитывать влияние проводимости земли по той причине, что расстояние между проводами значительно меньше, чем высота их подвеса над землей. Поэтому значение и будут зависеть в основном от расстояний между проводами.

Коэффициент (Ф/км) вычисляют по формуле, полученной из решений уравнений Максвелла:

,

где a, r₁₃, r₁₄, r₂₃, r₂₄ – расстояние между соответствующими проводами, причем 1 и 2 – провода влияющей цепи, 2 и 3 – цепи, подверженной влиянию.

Коэффициент индуктивной связи (Гн/км) определяют как взаимную индуктивность между двумя цепями по формуле:

.

Для кабельных линий связи пользуются приближенными соотношениями между коэффициентами связи:

§3.12. Оценка полного тока влияний на ближнем и дальнем концах кабельной линии.

Кабельные линии связи монтируют из отдельных отрезков кабеля (строительных длин). При определении полного тока влияний применяют квадратичный закон сложения токов отдельных строительных длин.

Допустим, что имеется кабельная линия, состоящая из n строительных длин длиной S с цепями, имеющими одинаковые параметры.

Известно, что электромагнитные связи между цепями постоянны по всей длине. Тогда ток влияния первой строительной длины (будем считать его известным) пройдёт расстояние 2S (S по влияющей цепи +S – по цепи, подверженной влиянию). Ток по пути на БК пройдет расстояние 4S. Ток пройдет расстояние 6S и т.д. Т.е. каждый ток пройдет расстояние на 2S больше, чем предыдущий. Полный ток влияния на БК определяется:

Можно заметить, что сумма под корнем представляет собой сумму n – членов арифметической прогрессии.

Решим эту задачу для дальнего конца.

Все токи влияния проходят на дальний конец через отдельные строительные длины, и их пути от начала влияющей цепи до конца цепи, подверженной влиянию одинаковы (рис.3.6.). Будем считать, что известен ток , который прошел одну строительную длину S. Тогда для любого другого тока:

Поэтому при суммировании их по квадратичному закону все слагаемые под квадратным корнем получаются одинаковыми

И полный ток определяется по формуле:

§3.13. Оценка взаимных влияний между цепями кабельной линии.

На основании вышеизложенного оценим взаимные влияния между цепями кабельной линии:

, где

§3.14. Зависимость защищённости цепи и переходного затухания на дальнем конце от длины линии и частоты тока.

При увеличении длины линии, увеличивается количество строительных длин n. Следовательно, происходит увеличение количества токов, пришедших с этих строительных длин к дальнему концу. Это ведет к увеличению результирующего тока на дальнем конце . Поэтому защищенность между цепями с увеличением длины цепи уменьшается.

Переходное затухание так же снижается. Однако с увеличением длины цепи возрастает из собственное затухание, поэтому до некоторой длины цепей переходное затухание на дальнем конце снижается, а затем возрастает. Характер зависимости переходного затухания и защищенности от длины линии приведен на рисунках 3.7., 3.8.

Для симметричных цепей при возрастании частоты усиливаются электромагнитные процессы внутри проводников и вокруг проводников. Следовательно, увеличивается внешнее электромагнитное поле. Возрастает коэффициент электромагнитной связи между цепями. Следовательно, взаимные влияния усиливаются, ток I_2l возрастает и переходное затухание на дальнем конце уменьшается.

Для коаксиальных цепей эти зависимости будут иметь обратный характер (см.§2.8.).

§3.15. Явление электрического скрещивания. Зависимость переходного затухания на БК от частоты и длины линии.

Из рисунка 3.9. видно, что при разной длине линии L на ближний конец будет приходить разное количество токов: L₁→I₁, L₂→I₁+I₂. Причем эти токи будут иметь разные фазы, т.е. разное направление.

Ток I₃ по пути к ближнему концу пройдёт расстояние равное 6λ/4 (3λ/4 по одной цепи и 3λ/4 по другой) и будет иметь на БК направление как в точке 2.

Суммируя I₂₀ а, следовательно, и А₀ при изменении длины линии будут изменяться по гармоническому закону: если , то ток пришедший с последнего участка не будет скомпенсирован, произойдёт усиление тока I₂₀, следовательно, A₀ уменьшится. Если , то на БК произойдет частичная компенсация токов, которые пришли с разных участков и имеют противоположные фазы.

Через участки длиной происходит как бы изменение знака коэффициента электромагнитной связи. Это явление называется электрическим скрещиванием по аналогии с явлениями, происходящими при физическом скрещивании проводов цепей. Следовательно: можно построить зависимость.

С учётом явления электрического скрещивания можно получить зависимость А₀=f(ω).

При изменении частоты длина волны изменяется. Следовательно, величина λ/4 будет меняться и в фиксированную длину линии (L) будет укладываться то четное, то нечетное число участков длинной λ/4.

Учитывая, что при возрастании частоты взаимные влияния будут усиливаться, то А₀ – уменьшаться по гармоническому закону.

Частоты (f₁, f₂, f₃,…), на которые А₀ имеет наибольшее и наименьшее значения называются критическими.

§3.16. Физическое скрещивание цепей и условие его эффективности.

Основной мерой защиты от взаимных влияний цепей воздушных линий является скрещивание проводов, а цепей симметричных кабелей – скрутка жил в группу и симметрирование.

Скрещивание цепей, т.е. перемена их проводов местами через определенные расстояния, уменьшает взаимные и внешние влияния, обусловленные поперечной асимметрией, а при подвеске проводов на различном расстоянии от земли и влияние из-за продольной асимметрии.

I_а≠I_б из-за поперечной асимметрии (см.§3.5.)

При скрещивании цепи провода а и б поменяются местами, и результирующий ток будет равен нулю.

Таким образом, при скрещивании токи влияния одного участка компенсируются токами влияния другого участка, что аналогично изменению знака коэффициента электромагнитной связи. Те же процессы будут происходить, если скрестить одну из цепей в нескольких точках, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. При этом число участков, на которые будут разделены цепи, должно быть четным. В случае нечетного числа участков всегда остается нескомпенсированный участок, называемый неуравновешенной длиной.

При физическом скрещивании изменяется фаза токов влияния на противоположные. Однако в цепях проявляется электрическое скрещивание цепей, также влияющее на фазу токов (смотри §3.15.). Электрическое и физическое скрещивания могут вступать в противоречие друг с другом, поэтому физическое скрещивание не всегда будет эффективным.

В общем случае переходное затухание между скрещенными цепями определяется по формуле:

,

где - переходное затухание между нескрещенными одинаковыми цепями;

- прибавка переходного затухания, вызванная скрещиванием.

Существует правило эффективности физического скрещивания проводов и скрутки жил кабеля. Задается шаг скрутки или скрещивания – это длина участка, на котором жилы группы совершают полный оборот вокруг оси скручивания.

Вид сверху.

1) Если S_скр> λ/8, то дополнительное переходное затухание будет меньше 0. Следовательно, скрещивание будет неэффективным и принесёт отрицательный эффект и взаимные влияния усилятся.

2) Если S_скр = λ/8, то дополнительное переходное затухание будет равно 0, и физическое скрещивание не принесёт никакого эффекта.

3) Если S_скр < λ/8, то дополнительное переходное затухание будет больше 0, а физическое и электрическое скрещивание взаимно компенсируют друг друга. Физическое скрещивание принесёт положительный эффект.

§3.17. Классификация мер защиты от внешних влияний.

Основной мерой защиты от внешних влияний является относ трассы ВЛ или кабеля на безопасное расстояние от влияющей линии. Если это невозможно по местным условиям или экономическим соображениям, то применяют специальные меры защиты (таблица 3.4.).

Таблица 3.4.

Дата добавления: 2014-10-02; просмотров: 829; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!