Курсовая работа: Расчет влияния внешних импульсных перенапряжений на устройства связи и меры защиты

Определяем сопротивление растеканию полосы с учётом коэффициента использования по формуле:

(5.10)

где - коэффициент использования соединительной полосы, учитывающий экранирование между полосой и заземлителем, равный 0,72 (выбирается в таблице [14] в методическом указании).

5.6 Определяем результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя

Результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя рассчитывается по следующей формуле:

(5.11)

где , Ом

Полученное значение RЗУ сравниваем с наибольшим допустимым значением RЗУMAX= 4 Ом. RЗУ<RЗУMAX, следовательно, заземляющее устройство для здания ДСП, состоящее из 10 угловых вертикальных элементов, расположенных в ряд и соединенных горизонтальным элементом, выбрано правильно.

6. Расчет влияния ЛЭП и контактной сети на аппаратуру связи

6.1 Общие сведения

На работу кабельных и воздушных линий связи (ЛС) могут оказывать неблаговременные воздействия посторонние источники влияния, к которым относятся : атмосферное электричество, линии электропередачи, контактные сети электрифицированных железных дорог (эл. ж.д) передающие радиостанции.

Указанные внешние источники помех могут создавать в цепях ЛС опасные и мешающие влияния.

Опасным влиянием называется такое влияние, при котором напряжения и токи, возникающие в цепях ЛС, вызывают разрушение и повреждение станционной аппаратуры, линейных сооружений, а также создают опасность для обслуживающего персонала.

Мешающим влиянием называется такое влияние, при котором в цепях связи появляются напряжения и токи, ведущие к нарушению нормальной работы связи (появление посторонних шумов, искажение передачи и т.п.).

Наиболее распространенными источниками мешающих влияний являются линии электропередачи, контактные сети эл. ж. д., радиостанции. Источниками опасных влияний служат, главным образом, атмосферное электричество и высоковольтные линии (ВЛ), особенно при аварийном режиме.

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, при обрыве и заземлении провода одной из трех фаз трехфазной линии передач с изолированной нейтралью возникает неуравновешенное напряжение, равное 1,73 линейного напряжения.

Высоковольтные линии и электрифицированные железные дороги могут оказывать влияние на цепи линии связи за счет электромагнитной индукции, гальванической связи и при случайном соприкосновении проводов.

При определении электромагнитных влияний учитывается раздельно электрическое и магнитное влияние. Такой метод является целесообразным по той причине, что обычно одна из составляющих значительно больше другой, поэтому малой составляющей можно пренебречь.

Кроме норм опасных напряжений, обусловленных магнитным влиянием, установлены нормы опасных напряжений и токов цепях воздушных автоматики и связи при электрическом влиянии.

Допустимые значения напряжений устанавливаются с точки зрения опасности для жизни человека и с точки зрения опасности пробоя изоляции кабеля и устройств, включенных в эти цепи.

При влиянии ЛЭП и тяговых сетей электрифицированной железной дороги в цепях связи возникают напряжения и токи различных частот, т. к. во влияющих линиях всегда действуют гармонические составляющие. Эти индуктированные напряжения и токи вызывают в телефонных каналах связи НЧ появление шумов.

6.2 Расчет магнитного влияния ЛЭП и контактной сети на цепи связи

Расчет магнитных влияний производится по следующей формуле:

, (6.1)

где щ, циклическая частота питающей сети, рад/с,

- ток короткого замыкания, кА,

- длина совместного пробега кабеля, км,

- коэффициент экранирования рельсов,

- коэффициент экранирования оболочки кабеля,

- коэффициент экранирования оболочки провода,

- модуль взаимной индуктивности, Гн/км.

Волновод имеет нулевые коэффициенты экранирования оболочки и рельса, но при его расчете вводится коэффициент экранирования пучка проводов, равный 0,8. Значения коэффициентов экранирования для различных кабелей представлены в таблице 6.1

Таблица 6.1 - Коэффициенты экранирования кабелей

Коэффициент взаимной индукции влияющей цепи М на контактной сети рассчитывается по следующей формуле:

, Гн/км, (6.2)

где а - сближение влияющей цепи от кабеля связи или питания, м;

- проводимость, См/м;

f - частота тока влияющей цепи, 1/T = 1/0,07 = 14,28 Гц. (для ЛЭП f=50 Гц)

Расчет влияния на волновод:

Расчет влияния для МКПАБ:

Расчет влияния для ТПП:

Расчет влияния для СБПБ:

Рассчитаем так же значения коэффициентов взаимной индукции для случая удара молнии в КЗ в ЛЭП:

Таблица 6.2 - Результат расчета

Далее рассчитываем значения магнитного влияния удара молнии в КС:

Таблица 6.3 - Результат расчета

Расчет значений удара молнии в ЛЭП:

Таблица 6.4 - Результат расчета

6.3 Расчет гальванического влияния ЛЭП и контактной сети

Примерная схема для определения расстояний от цепей влияния на цепи подверженных влиянию представлена на рисунке 6.3.1.

Рисунок 6.1 - Схема определения расстояния

Расчет гальванического влияния определяется по формуле (Н):

, В (6.3)

Расчет нужно произвести для ДСП и КТП при токе короткого замыкания в ЛЭП и КС. Длина кабеля связи, заходящего на тяговую подстанцию равна расстоянию и равна 1200 метров (ДСП). Для определения между КТП и ТП примем в расчет, что КТП ближе к ТП, чем ДСП, из этого следует что:

, м

где м - длина кабеля связи, заходящего на ТП;

м - длина кабеля электропитания от КТП до ДСП.

м.

Результаты расчетов гальванических влияний представлены в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Результаты расчетов гальванических влияний

Вывод: выполнив данный пункт можно заметить, что наибольшее магнитное влияние оказывает удар молнии в контактную сеть, а наименьшее - короткое замыкание в ЛЭП. В случае с гальваническим влиянием, наибольшее влияние оказывает ЛЭП на заземлители ДСП, а наименьшее - контактная сеть на заземлители КТП.

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

Импульсные помехи в сети довольно распространены, они могут возникать во время грозы, при включении/выключении мощных нагрузок (поскольку сеть это RLC цепь, то в ней при этом возникают колебания, вызывающие выбросы напряжения) и многие другие факторы.

Импульсы перенапряжений в сети характеризуются формой волны и амплитудой тока. Форма импульса тока характеризуется временем его нарастания и спада -- для стандартов это импульсы 10/350 мкс и 8/20 мкс. Числа в обозначении формы импульса означают следующее:

а) первая - время (в микросекундах) нарастания импульса тока с 10% до 90% от максимального значения тока;

б) вторая - время (в микросекундах) спада импульса тока до 50% от максимального значения тока;

Защитные устройства делятся на классы в зависимости от мощности импульса, который они могут рассеять:

а) Класс 0 (А) - внешняя грозозащита;

б) Класс I (B) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 25 до 100 кА формой волны 10/350 мкс;

в) Класс II (C) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 10 до 40 кА формой волны 8/20 мкс;

г) Класс III (D) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой до 10 кА формой волны 8/20 мкс (в большинстве случаев защита встроена в оборудование).

Рисунок 7.1 - График изменения амплитуды тока грозового разряда от времени

7.1.2 Защита от перенапряжений

Для защиты от импульсных перенапряжений используются различные приборы. Одними из таких являются разрядники, варисторы, супрессоры, ограничители.

Разрядник - электрический прибор открытого (воздушного) или закрытого (наполненного инертными газами) типа, содержащий в простейшем случае два электрода. При превышении напряжения на электродах разрядника определённого значения, он «пробивается», тем самым ограничивая напряжение на электродах на определённом уровне. При пробое разрядника по нему протекает значительный ток (от сотен Ампер до десятков кА) за короткое время (до сотен микросекунд). После снятия импульса перенапряжения, если не была превышена мощность, которую способен рассеять разрядник - он переходит в исходное закрытое состояние до следующего импульса.

Варистор - полупроводниковый прибор с «крутой» симметричной вольт-амперной характеристикой. В исходном состоянии варистор имеет высокое внутреннее сопротивление (от сотен кОм до десятков и сотен МОм). При достижении напряжения на контактах варистора определенного уровня, он резко снижает свое сопротивление и начинает проводить значительный ток, при этом напряжение на контактах варистора изменяется незначительно. Как и разрядник, варистор способен поглотить энергию импульса перенапряжения длительностью до сотен микросекунд. Но, при длительном повышенном напряжении, варистор выходит из строя с выделением большого количества тепла (взрывается).

Супрессор - полупроводниковый диод с сильной зависимостью полного электрического сопротивления от приложенного напряжения, т. е у супрессоров ярко выраженная нелинейная вольт-амперная характеристика. Если амплитуда электрического импульса превысит паспортное напряжение для конкретного типа диода, то он перейдёт в режим лавинного пробоя. То есть TVS-диод ограничит импульс напряжения до нормальной величины, а “излишки” уходят на корпус (землю) через диод.

Ограничители - схемы из полупроводниковых элементов, ограничивающие проходящие через них напряжение, например, быстродействие ограничителя в виде диодного моста со стабилитроном будет определяться скоростью переключения диодов моста, которая намного выше, чем у стабилитрона.

7.1.3 Защита от больших токов

Для защиты от импульсных токов используются различные приборы. Одними из таких являются предохранители, полисвич (позисторы), автоматические выключатели (автоматы).

Автоматический выключатель - «автомат» - это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, таких, как токи короткого замыкания.

Электрический предохранитель - компонент электрических и радиоэлектронных устройств, предназначенный для защиты оборудования и приборов от повреждений при их неисправностях или для защиты питающей сети от аварийных электрических токов, возникающих при авариях и отказах, неправильного включения, ошибок монтажа. Предохранитель включается последовательно с потребителем электрического тока и разрывает цепь тока при превышении им номинального тока, - тока, на который рассчитан предохранитель.

Позисторы - терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления, в отличие от предохранителей они используются многократно.