Омск 2016
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Телекоммуникационные, радиотехнические системы и сети»
Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине «Электромагнитная совместимость и средства защиты»
Расчет влияния внешних импульсных перенапряжений на устройства связи и меры защиты
Студентка группы 23-А
Д.И. Демянюк
Руководитель - К.В. Авдеева
Реферат
ЭКРАН, ЗАТУХАНИЕ, ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ, СХЕМА ЗАЩИТЫ, КОМПОНЕНТЫ ЗАЩИТЫ, СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТУРА.
В курсовой работе «Расчёт влияния внешних импульсных перенапряжений на устройства связи и меры защиты» мы рассчитывали влияние высоких напряжений и токов на аппаратуру связи, и способы защиты от них. Разрабатывали схемы защиты представленные в курсовом проекте, так же были представлены поперечные сечения кабелей связи, схема малой станции. В заключение были произведены расчёты действия экрана, характеристики экранирования.
Содержание
Введение
1. План расположения основных объектов станции
1.1 Общие теоретические сведения
1.2 План станции
2. Характеристика основных источников влияния на узел связи
3. Описание амплитудно-временных характеристик форм воздействующих на аппаратуру связи и её узел электропитания импульсов
4. Расчёт спектра воздействующих импульсов
5. Расчёт контура заземлений
6. Расчёт совместных влияний аварийных режимов контактной сети, ЛЭП и воздействия молнии на узел связи
7. Расчёт и выбор элементов каскадной защиты от перенапряжения
7.1 Теоретические сведения
7.1.1 Амплитудно-временные формы воздействующих на аппаратуру связи импульсов перенапряжений, токов
7.1.2 Защита от перенапряжений
7.1.3 Защита от больших токов
7.1.4 Параметры для элементов каскадной защиты
7.2 Схемы защиты
8. Расчёт параметров электромагнитного экрана аппаратуры
Заключение
Введение
Электромагнитная совместимость -- это способность электрооборудования удовлетворительно функционировать в условиях электромагнитных посторонних воздействий, а также не оказывать недопустимого воздействия на эту окружающую среду, которая включает в себя другое электрооборудование.
Электрифицированные железные дороги переменного тока могут оказывать на линии проводной связи и проводного вещания магнитное, электрическое и гальваническое влияния.
Магнитное влияние обусловливается прохождением по тяговой сети переменного электрического тока. Магнитному влиянию подвержены все линии проводной связи проводного вещания как воздушные, так и кабельные.
Электрическое влияние обусловливается наличием в тяговой сети переменного электрического напряжения. Электрическому влиянию подвержены воздушные линии и воздушные кабельные линии, выполненные кабелем без металлической оболочки.
Гальваническое влияние обусловливается протеканием в земле тяговых токов. Гальваническому влиянию подвержены заземленные металлические оболочки кабелей и цепи, использующие в качестве обратного провода землю. Гальваническое влияние следует учитывать также при наличии лишь одного заземления в любой точке цепи.
Влияния могут быть опасными, мешающими или одновременно опасными и мешающими.
Опасным называется такое влияние, при котором напряжения и токи, возникающие в цепях линии связи (ЛС), могут создавать:
- опасность для жизни обслуживающего персонала и абонентов ЛС;
- повреждения аппаратуры и приборов, включённых в цепи ЛС;
- ложные сигналы железнодорожной сигнализации и телемеханики, приводящие к авариям на железных дорогах.
Мешающим называется такое влияние, при котором в каналах связи, железнодорожной сигнализации и телемеханики и т. д. появляются помехи, нарушающие нормальное действие этих устройств.
Меры, применяемые для защиты ЛС и включённой в них аппаратуры от опасных и мешающих влияний внешних аппаратуры от опасных и мешающих влияний внешних электромагнитных полей, зависят от видов влияний, типа ЛС, влияющих линий, аппаратуры, величин, допускаемых напряжений и конкретных условий прокладки линий связи. Меры защиты выбираются при проектировании на основании технико-экономического сравнения различных вариантов защиты.
1. План расположения основных объектов станции
1.1 Общие теоретические сведения
Высоковольтные линии и электрифицированные железные дороги могут оказывать влияния на цепи линии связи (ЛС) за счет электромагнитной индукции, гальванической связи и при случайном соприкосновении проводов. На работу кабельных ЛС оказывает влияние ряд посторонних источников: линии электропередачи (ЛЭП), контактные сети электрифицированных железных дорог, атмосферное электричество (удары молний), передающие радиостанции, системы сотовой и спутниковой связей. Указанные источники создают в цепях кабельных линий опасные и мешающие влияния.
План расположения железнодорожного участка, тяговой подстанции, ЛЭП, комплектной трансформаторной подстанции (КТП), тяговой подстанции (ТП), волновода кабеля и узла связи приведён на рисунке 1.5 на странице 10.
ЛЭП переменного тока используют трёхфазный ток.
При рассмотрении влияний на цепи связи различают три режима работы:
а) нормальный режим работы - режим, при котором линия работает постоянно;
б) вынужденный режим - режим, при котором линия вынуждена работать определенный промежуток времени в режиме отличающемся от нормального;
в) аварийный режим возникает при нарушении нормальной работы высоковольтной линии передач, например, при обрыве и заземлении провода одной из фаз трехфазной линии передач с изолированной нейтралью возникает неуравновешенное напряжение, равное 1,73 линейного напряжения.
Линии электропередач и электрифицированные железные дороги часто объединяются термином высоковольтные линии (ВЛ). Под действием внешних электромагнитных полей в сооружениях связи могут возникать напряжения и токи:
а) опасные, при которых появляются большие напряжения и токи, угрожающие жизни обслуживающего персонала и абонентов или приводящие к повреждению аппаратуры и линейных сооружений. Опасными считаются: напряжение U>36 В, ток >15 мА;
б) мешающие, при которых возникают помехи, шумы, искажения, приводящие к нарушению нормальной работы Средств связи. Мешающими считаются: напряжение U от 1 до 2 мВ, ток I?2мА.
Внешние влияния подразделяются также на длительные и кратковременные. Границей раздела между ними является время t = 1 с.
Спектр частот внешних источников, как правило, имеет широкую полосу. Амплитуда влияющих напряжений и токов, исходящих от внешних источников, зависит от мощности установки и места расположения ее по отношению к ЛС. Наиболее распространёнными источниками мешающих влияний являются линии электропередачи, контактные сети электрифицированных железных дорог, радиостанции. Источниками опасных влияний служат, главным образом, атмосферное электричество и высоковольтные линии, особенно при аварийном режиме. По характеру воздействия различают следующие виды внешних влияний:
- электрические, обусловленные действием электрического поля;
- магнитные, возникающие за действия магнитного поля;
- гальванические, появляющиеся вследствие наличия в земле блуждающих токов.
Последние создаются высоковольтными линиями и используют землю в качестве обратного проводника.
Под действием блуждающих токов на оболочках кабелей связи появляется напряжение и в цепях связи возникает влияние. Особенно велико гальваническое влияние при аварийных режимах высоковольтных линий и в местах электростанций. Кроме того, металлические оболочки кабелей разрушаются под действием блуждающих токов и электрохимических процессов в грунте. Такое явление называется коррозией. Для ограждения линий и аппаратуры от вредного воздействия всех этих факторов применяются специальные меры защиты.
Опасные воздействия атмосферного электричества (грозы) на кабельные линии связи наблюдаются повсеместно, однако число грозовых дней в различных районах различно. Установлено, что в течение грозового периода в районах с гроз деятельностью от 20 до 25 дней в году на каждые 100 км трассы приходится от 8 до 10 случаев прямого удара молнии в ЛС. Опасность повреждений кабельной линии существенно зависит от состояния грунта и проводимости кабельной оболочки. В грунтах с большим сопротивлением (песке, скале, глине, грунте и др.) и при больших сопротивлениях оболочки опасность повреждения кабеля возрастает. Гроз повреждаемость кабелей в алюминиевой оболочке, имеющей малое сопротивление, существенно меньше, чем в свинцовой и стальной оболочках.
Молния - это электрический разряд через воздух. Путь, образованный разрядом атмосферного электричества, называется каналом молнии. Канал молнии обладает примерно следующими параметрами: напряжение от 1 до 10 млн. В; ток молнии от 20 до 30 кА; длительность удара молнии от 0,3 до 0,5 с; число разрядов за один удар от 3 до 10; время одного разряда от 100 до 200 мкс; основная частота колебаний Л-10 кГц; фронт нарастания волны молнии от 10 до 40 мкс; фронт спадания от 40 до 120 мкс; длина канала молнии от 2 до 3 км; скорость движения лидера 100 км/с; температура в канале молнии 20 000 оС. Высокое напряжение на проводах линии связи при грозовых разрядах появляется или вследствие индукции от разряда облака в землю, или в результате непосредственного разряда в ЛС (прямой удар). Чаще молнией поражаются наиболее высокие наземные предметы. Однако молния может ударить и в ровную поверхность земли, устремляясь в область большей электропроводности почвы. Если грунт, в который заложен подземный кабель, имеет большое удельное сопротивление, то разряды молнии, реагируя на наличие в почве хорошо проводящих металлических оболочек кабеля, ударяют в поверхность земли над этим кабелем. Чаще всего повреждения подземных кабелей наблюдаются в грунтах с большим сопротивлением, (каменистых, гранитных, песчаных и т.п.). Ток молнии распространяется по земле во все стороны, и если поблизости находится кабель, то большая часть тока может пройти в его металлическую оболочку. Между местом удара молнии и кабелем могут возникнуть большие напряжения и образоваться электрическая дуга, достигающая 30 м, а иногда и больше. Повреждения кабеля от токов молнии весьма разнообразны: так, от сильного нагрева расплавляется свинцовая оболочка, сгорает джутовая оплетка, обгорает изоляция, расплавляются жилы кабеля и т. д. Под действием внешних сил, образующихся от давления паров влаги грунта и газов, возникающих при сгорании джутовой оплетки, образуются вмятины на оболочке, прогибы кабеля, разрывы ленточной брони и т. п. B следствие больших индуктированных напряжений, возникающих между жилами и оболочкой кабеля, пробивается изоляция жил. Повреждения в подземном кабеле могут возникнуть от токов молнии, попадаемых в кабель через близко растущие деревья. Воздушные кабели подвержены действию токов молнии, попавших в кабельные опоры или в воздушные провода.
Влияния, оказываемые ЛЭП на линии связи, могут быть электрическими и магнитными. В зависимости от режима работы ЛЭП преобладает то или иное влияние. Симметричные системы обладают высоким потенциалом и создают большие электрические воздействия. Несимметричные системы (с заземленной фазой) в аварийном режиме имеют большой уравнительный ток и являются источником сильных магнитных воздействий (I > H). Заземленные ЛЭП оказывают гальваническое влияние. На линии связи воздействуют как ЛЭП переменного тока, так и постоянного. Первые влияют в основном на частоте 50 Гц и на высших гармониках, главным образом, в тональном диапазоне частот; вторые - за счет пульсирующих составляющих при выпрямлении тока преимущественно ртутными выпрямителями. Влияние гармонических составляющих распространяется на диапазон порядка 30 кГц и ухудшает качество трехканальных ВЧ систем передачи. Сравнивая агрессивное воздействие ЛЭП переменного и постоянного токов на ЛС, можно отметить, что первые действуют гораздо сильней, чем вторые и требуют относа ЛС на значительное расстояние.
1.2 План станции
импульсный перенапряжение заземление связь
На плане станции рисунок 1.5 изображены основные станционные и линейные объекты, а так же линии связи:
а) ТП - в общем случае, электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии. Тяговая подстанция железной дороги предназначена для распределения, преобразования электроэнергии, питания тяговых (электроподвижного состава) и не тяговых железнодорожных, а также не железнодорожных потребителей. Тяговые подстанции железной дороги получают электроэнергию от энергосистем через систему внешнего электроснабжения, после чего энергия распределяется между тяговыми (через систему тягового электроснабжения) и не тяговыми потребителями.
б) ДСП (помещение дежурного по станции) - в помещении дежурного по станции устанавливают пульты управления стрелками и сигналами, средства связи для переговоров внутристанционных и с соседними станциями
в) КТП - Комплектные трансформаторные подстанции железнодорожные (КТПЖ) используются для приёма, преобразования электрической энергии трёхфазных сетей переменного тока, с частотой 50 Гц и напряжением 27.5 кВ, в величину 0.4 кВ, и ее распределение между не тяговыми потребителями, к которым относятся разъезды, переезды, остановочные пункты, используемые на железнодорожных путях. В зависимости от типа установленного на подстанции трансформатора, мощность установки может лежать в пределах от 40 до 400 кВ/А.