7.1.4 Параметры для элементов каскадной защиты

При выполнении курсового проекта необходимо обеспечить защиту аппаратуры от перенапряжений и аварийных повышений токов в цепи. Стойкость аппаратуры по заданию со стороны электропитания 470 В, стойкость аппаратуры со стороны линейных вводов 20 В, ток короткого замыкания в цепи 220В равен 240 А.

7.2 Схемы защиты

Схемы защиты включают схемы защиты как информационной так и питающей сети, то есть мы должны исключить возможность повреждения аппаратуры и со стороны питания и со стороны передающих (принимающих) выходов.

Схема комплексной защиты представленная на рисунке 7.2, включающая газоразрядник и варисторы, обеспечивает одновременную защиту как по току так и по напряжению. Элементы защиты представлены в таблице 7.1

Рисунок 7.2 - Схема защиты КТП

Таблица 7.1 - Элементы защиты

На рисунке 7.3 представлена схема защиты радиосвязи.

Рисунок 7.3 - Схема защиты радиосвязи

Схема защиты со стороны линейных входов характеризуется низким выходным напряжением, которое не должно превышаться, схема защиты представлена на рисунке 7.4

Рисунок 7.4 - Схема защиты аппаратуры связи

В таблице 7.2 представлены элементы защиты аппаратуры связи

Таблица 7.2 - Элементы защиты

8. Расчёт параметров электромагнитного экрана аппаратуры

Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. При удалении от поверхности она убывает и на глубине становится меньше в е раз. Весь ток сосредоточен в слое толщиной , она называется толщиной скин-слоя, расчётная формула 8.1.

(8.1)

где, f - частота, Гц;

- магнитная проницаемость, Гн/м;

- магнитная проводимость, См/м.

На основании расчёта на частотах от 1 Гц до 10 МГц построим график зависимости толщины скин-слоя для алюминия от частоты, график приведён на рисунке 8.1

Рисунок 8.1 - Толщина скин-слоя

Общий коэффициент экранного затухания состоит из двух компонент: затухание поглощения и затухание отражения. Для расчёта этих коэффициентов будут использоваться формула 8.2:

(8.2)

где - волновое сопротивление воздуха (диэлектрика), Ом;

- волновое сопротивление металла, Ом;

Д - толщина экрана, 0,002 м;

- коэффициент распространения в металле.

Так как коэффициенты затухания вычисляются в Неперах, их необходимо перевести в децибелы, умножив на 20lg(e), то есть на 8,68 дБ.

Волновое сопротивление металла рассчитывается по формуле 8.3:

(8.3)

где - угловая частота, Рад/с;

- магнитная проницаемость, Гн/м;

- проводимость, См/м.

Коэффициент распространения металла рассчитывается по формуле 8.4:

(8.4)

где - угловая частота, Рад/с;

- магнитная проницаемость, Гн/м;

- проводимость, См/м.

Сопротивление магнитному полю, диэлектрика равна, с учётом формулы 8.5:

(8.5)

где - радиус экрана, равный половине пространственной диагонали экрана, 0,3 м;

- коэффициент распространения в металле.

;

- функция Ганкеля;

- функция Бесселя.

Сопротивление электрическому полю, формула 8.6:

(8.6)

где - производная от функции Ганкеля;

- производная от функции Бесселя.

Расчёты и построения графиков будут проводиться для частот от 1 до Гц, с См/м и м=1

График зависимости волнового сопротивления диэлектрика магнитному полю приведён на рисунке 8.2, остальные графики воздействия на экран приведены на рисунках 8.3-8.12

Рисунок 8.2 - Сопротивление магнитному полю

График зависимости волнового сопротивления диэлектрика электрическому полю приведён на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3 - Сопротивление магнитному полю

Волновое сопротивление свинца представлено на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4 - Волновое сопротивление свинца.

Рисунок 8.5 - Затухание поглощения

Рисунок 8.6 - Магнитная составляющая затухания отражения

Рисунок 8.7 -Электрическая составляющая затухания отражения

Рисунок 8.8 - Магнитная составляющая полного затухания

Рисунок 8.9 - Электрическая составляющая полного затухания

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта был произведен расчет влияния внешних импульсных перенапряжений на устройства связи. Были изучены влияния аварийных режимов контактной сети, ЛЭП и воздействия молнии на цепи узла связи. Построены амплитудно-временные зависимости и спектры тока короткого замыкания в КС и ЛЭП, а также тока молнии.

По расчету заземлителя в ДСП было определено, что оптимальным будет вариант заземления из 14 угловых вертикальных элементов, расположенных в ряд и соединенных горизонтальным элементом.

Далее были рассчитаны магнитные влияния на кабели. Максимальное значение имеет влияние на волновод из-за удара молнии в контактную сеть - 388,8 кВ, а наименьшее - на кабель СБПБ короткое замыкание в КС - 232,07 В. В случае с гальваническим влиянием, наибольшее влияние оказывает ЛЭП на заземлители ДСП - 159,4 В, а наименьшее - контактная сеть на заземлители КТП - 9,7 В.

По изучении основных источников влияния на цепи узла связи, был произведен расчет и выбор элементной базы каскадной защиты, построена схема каскадной защиты аппаратуры электропитания и информационного канала.

Также производился расчет экрана аппаратуры, построены амплитудно-частотные характеристики толщины скин-слоя, магнитных и электрических составляющих затуханий экрана.

Библиографический список

1. Требина Е.Г. Электромагнитные влияния высоковольтных линий на цепи связи / Требина Е.Г., Костиков В.У., 1980.

2. Володина Н.А., Карякин Р.Н. Основы электромагнитной совместимости / Володина Н.А., Карякин Р.Н. Барнаул, 2007.

3. Костенко М.В. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрических железных дорог переменного тока. М.: Транспорт, 1937

4. Б.С. Гершунский. Основы электроники и микроэлектроники. 1987

5. http://electricalschool.info/elprivod/1624-jelektromagnitnaja-sovmestimost-pri.html - Электромагнитная совместимость