1. Предельно-допустимые значения опасных и мешающих влияний и меры защиты

Предельно-допустимые значения (нормы) опасных влияний установлены с таким расчётом, чтобы была гарантирована безопасность лиц, обслуживающих устройства автоматики телемеханики и связи, и лиц, пользующихся ими, а также, чтобы исключалась возможность повреждения устройств автоматики телемеханики и связи.

Рассмотрим нормы опасных влияний изоляции кабелей и устройств, включённых в эти цепи.

Различают нормы опасных влияний при нормальном, аварийном и вынужденном режимах работы влияющих линий.

Нормальный режим - линия работает постоянно.

Вынужденный режим - режим, отличный от нормального, при котором вынуждена работать линия длительное время.

Предельно-допустимые значения опасных магнитных влияний ЛЭП и тяговых сетей электрифицированной железной дороги для кабелей и оборудования, включённого в цепи, определяются с учётом прочности их изоляции.

Нормы опасных влияний при магнитном влиянии следующие:

Таблица 1

Линия связи	Вынужденный режим	Режим К.З.В. при t £
		0,15 с	0,3 с	0,6 с
Воздушная Л.С. с деревянными опорами	60	2000	1500	1000
Воздушная линия Л.С. с железобетонными опорами	36	390	240	160
Кабельная Л.С. местной и магистральной связи	36(Uраб)

Можно принять U_min = 1800 в, - для магистральных симметричных кабелей (U_{исп. МКПАБ}=2000 в). Если величины продольных Э.Д.С. в проводах не превышают этих норм, то на этих линиях нет необходимости в применении специальных мер защиты. Опасные напряжения между проводом (жилой) и землёй в линейных кабельных цепях автоблокировки при вынужденном режиме работы электротяги не должны быть выше 250 в, а для кабелей связи - £ U_раб.

Норма опасных напряжений и токов при электрическом влиянии.

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

Установлено, что I £ 2 мА, проходящий через тело человека, не оказывает заметного действия, и его можно считать безопасным. Повышение тока вызывает у человека дрожание пальцев рук, сокращение мускулов, боли и судороги, а при I > 10 мА, создаётся опасность для его жизни. Поэтому опасным для человека, прикоснувшегося к проводу, находящемуся под постоянно действующим индуктированным напряжением, принято считать I> 10 мА.

При кратковременном прохождении I через тело человека опасность поражения снижается и тем больше, чем меньше время действия тока.

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

Допустимые величины (нормы) мешающих влияний для телефонных каналов низкой частоты и телеграфных цепей.

Действие помех с различными частотами на качество телефонной передачи неодинаково вследствие неравномерности частотной характеристики чувствительности уха. Ухо имеет максимальную чувствительность на частотах около 2000 Гц. Для системы микрофон-телефон-ухо этот максимум смещается в область частот около 1000 Гц, а неравномерность их чувствительности увеличивается.

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.

Чтобы оценить воздействие токов различных частотах, принято сравнивать их акустическое воздействие с акустическим воздействием тока такой же амплитуды, но с f = 800 Гц, которая является в технике связи расчётной для каналов НЧ.

Отношение акустического воздействия тока в телефоне с частотой f А_f к акустическому воздействию такого же тока с частотой 800 Гц А₈₀₀ называется коэффициентом акустического воздействия Р_f.

.

Зависимость от f показана на рис. 1.

Для определения полного индуктированного U_Ш необходимо найти индуктированное U каждой гармонической составляющей , помножить на соответствующие коэффициенты акустического воздействия и сложить по квадратному закону.

называется псофометрическим напряжением.

Таким образом, псофометрическое напряжение - это такое напряжение с частотой 800 Гц, которое, действуя в телефонной цепи вместо индуктированных напряжений с различными частотами, оказывает одинаковое с ними мешающее действие.

Действующие нормы шума приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Цепь связи	Uш, мВ	Длина сближения к которой отнесена норма	Точка цепи, к которой отнесена норма
Междугородная (Мин-во связи)	1,5	Усилительный участок	Вход усилителя или межгоркоммутатора при уровне полезного сигнала 0,8 НП= 6,94 дБ
Постанционная Дорожная МПС	1,5	Усилительный участок
Избирательная	1,0	Длина круга	Вх.усилит. или коммутатора при ур-не полезного сигнала 1,6 НП = 13,88 дБ
Межстанционная	2,25	Длина круга	Линейные зажимы телеф. аппарата
Городская и внутри районная	1,5	От абонента до междугор.станц.	Линейные зажимы телеф. аппарата

Эти нормы действительны при волновом сопротивлении 600 Ом. Если цепь имеет другое волновое сопротивление, то допустимую величину U_ш определяют, умножая приведённые величины на коэффициент:

,

где Z - модуль волнового сопротивления цепи.

Если линия связи имеет сближение с влияющими источниками, принадлежащими МПС ( контактная сеть э. ж. д. , ВВСЛА и продольного снабжения), и с линиями электропередачи других ведомств, то приведённые в таблице 2 нормы напряжения шума распределяют между влияющими линиями в следующем соотношении:

Для электрифицированных участков эти нормы разделяются:

- 0,8 нормы относится к тяговым сетям и ВВ линиям автоблокировки;

- 0,6 - к прочим линиям сильного тока.

При одновременном влиянии нескольких ВВЛ на линии АТС общее напряжение шума определяется как корень квадратный из суммы квадратов отдельных составляющих, обусловленных влиянием каждой ВВЛ.

Заметное искажение телегоафной работы получается при мешающем токе > 5% величины рабочего тока.

Значение рабочего тока на приёмном конце может быть принято = 20 мА и тогда допустимым мешающим током будет ток не более 1 мА.

2. Меры защиты от опасных и мешающих влияний

При проектировании линий сильного тока или линии А. ,Т. и С. необходимо размещать их трассы таким образом, чтобы избежать появления в цепях А., Т. и С. индуктированных напряжений и токов, превышающих допустимые величины. Если сделать это нельзя, по местным условиям или по экономическим соображениям, то применяются меры защиты.

Таблица 3

Линия	Меры защиты от влияний
	опасного	мешающего
ЛЭП, контактная сеть	Уменьшение t КЗ; снижение IКЗ , подвеска защитных тросов, включение в контактную сеть отсасывающих трансформаторов.	Транспозиция проводов, подвеска защитных тросов, отсасывающих трансформаторов, включение в контактную сеть фильтров.
Линия АТС	Применение разрядников, дренажных катушек, разделительных трансформаторов, замена ВСЛ кабельной	Дренажные катушки, отказ от работы по однопроводным цепям; замена крюкового профиля траверсным. Замена ВЛС кабельной.

Разрядники РБ-280, Р-350, Р-35, РВНШ-250, РВН- 250.

Разрядники типа РБ-280 включаются между проводом и землёй и срабатывают в случае, когда индуктированное напряжение относительно земли превышает их разрядное напряжение.

Обозначение:Р - разрядник; Б - бариевый; 280 В - среднее разрядное напряжение. Отклонение допускается ± 30 В.

Устройство. Разрядник состоит из колбы, в которой помещаются 2 электрода, в состав которых входит барий. Колбы заполняются аргоном. Разрядники должны выдержать ток 30 А в течение 10 сек.

Неодинаковое разрядное напряжение разрядников, подключённых к проводам 2-проводной телефонной цепи, вызывает опасность акустического удара. При появлении на проводах цепи индуктированного напряжения один из разрядников срабатывает по времени раньше другого, подключённого ко 2-му проводу, и индуктированная энергия со 2-го провода будет отводиться в землю через телефон и работающий разрядник 1-го провода (рис. 2 ). В результате возможно резкое колебание мембраны телефона с большой амплитудой и, как последствие, - акустический удар, могущий привести к нарушению слуха.

Для защиты от акустического удара применяются диоды, включаемые параллельно телефону и шунтирующие его при появлении на проводах индуктированного напряжения.

Такие устройства называются ограничителями акустического удара (фриттер). Расчётами определяются места установки разрядников РБ - 280 и сопротивления заземления для них.

Кол-во разрядников на 100 км линии для уплотнённой цепи 15 штук, для неуплотнённой - 25.

Устройство разрядников Р-350, Р-35 аналогичное РБ-280, только колба имеет цилиндрическую форму. Р-350 - двухэлектродный, а Р-35 - трёхэлектродный.

РВН-250, РВНШ-250 отличается тем, что последовательно с разрядником включается веллитовое сопртивление. Оно имеет ВАХ:

Оно включается в тех цепях, у которых рабочее напряжение меньше остаточного напряжения на разряднике.

Разрядник Р-350 имеет стеклянный баллон, наполненный аргоном или водородом, в котором имеются 2 металлических электрода, в состав которых входит барий. На оба конца баллона надеты латунные колпачки с ножевыми контактами, соединёнными с электродами.

Разделительные трансформаторы. Величина индуктированной продольной ЭДС на проводах 2-хпроводной цепи может быть уменьшена путём деления цепи на отдельные, гальванически не соединённые между собой участки с помощью разделительных трансформаторов Рт_р1 - Рт_р3 (рис. 4).

Количество устанавливаемых трансформаторов ,

где - ЭДС, индуктированная на всём участке;

- допустимая ЭДС.

Трансформаторы должны пропускать необходимую полосу частот, иметь достаточную электрическую прочность изоляции, малые частотные искажения в пропускаемой полосе частот и малое затухание.

Недостаток - невозможность передачи постоянного тока, что необходимо для измерения цепей.

Дренажные катушки.

Для уменьшения помех и снижения опасности акустического удара разрядники Р-350 включаются вместе с дренажной катушкой (рис. 5)

Две полуобмотки катушки, намотанные на общий сердечник из ферромагнитного материала, препятствуют замыканию цепи во время пробоя разрядников. При работе 1-го из разрядников во 2-ой полуобмотке, включённой с ещё не работающим разрядником, индуктируется ЭДС, увеличивая U провода относительно земли, и тем самым ускоряется срабатывание 2-го разрядника. Дренажная катушка должна быть симметричной и пропускать I_доп.

Экранирование.

Уменьшение опасных и мешающих влияний возможно с помощью экранов. Практически экранами могут быть :

1. металлические защитные оболочки и броневые покровы кабелей;
2. тросы, подвешиваемые на влияющих линиях;
3. рельсы и т. д.;
4. металлические трубопроводу и другие металлические сооружения, расположенные вдоль участка сближения, а также
5. лесные насаждения, разделяющие трассы линий.

Экранирование на НУ заключается в следующем:

Пусть имеем (рис. 6):

1 - влияющий провод;

2 - провод, подверженный влиянию;

Э - металлический экран.

Когда по проводу 1 протекает I₁, то в экране и проводе 2 появятся индуктированные ЭДС, векторы которых Е_Э и Е₂ (рис. 7) будут отставать от I₁ на 90°.

Индуктированная в экране ЭДС вызовет в нём ток I_Э, который будет отставать от Е_Э на угол j. Ток I_Э в свою очередь возбуждает в проводе 2 ЭДС Е_2Э, которая будет отставать от него на 90°. Результирующая ЭДС в проводе 2 определяется геометрической суммой Е₂ и Е_2Э, которая будет тем меньше, чем ближе угол j к 90°. Угол j зависит от соотношения индуктивного и активного сопротивлений экрана.

Таким образом, защитное действие экрана будет тем больше, чем меньше и больше индуктивность . Следовательно, защитное действие медного троса больше, чем сталеалюминиевого и стального. Защитное действие оболочки кабеля из алюминия больше, чем из свинца. Броня кабеля из стальных лент с повышенной даст больший экранирующий эффект, чем обычная броня из стальных лент. Чем чаще и лучше экран заземлён, тем эффективность его больше.

Количественно экранирующее действие экранов оценивается коэффициентом экранирования S₀.

Коэффициентом экранирования называется отношение ЭДС, индуктированной в проводе при наличии экрана, к ЭДС, индуктированной при его отсутствии:

Коэффициент экранирования также оценивается через параметры сопротивлений между цепями:

Коэффициент экранирования рельсов

Таблица 4

Проводимость Земли,	Электрифицированный участок		Неэлектрифицированный участок
См/м	Однопутный	2-х путный	Однопутный	2-х путный
1×10-3 - 10×10-3	0,45 - 0,50	0,40 - 0,45	В среднем	В среднем
10×10-3 - 50×10-3	0,50 - 0,55	0,45 - 0,50	0,85	0,80
50×10-3 - 100×10-3	0,55 - 0,60	0,50 - 0,55	-	-

Коэффициент экранирования заземлённых тросов

Таблица 5

Сопротивление r,	Коэффициент экранирования при сечении троса, мм
	50		120
Ом/м	медного	алюминиевого	медного	алюминиевого
5 - 100	0,65	0,7	0,58	0,6
100 - 500	0,58	0,63	0,52	0,53

где - полное взаимное сопротивление между влияющим проводом и экраном (рис. 7.11)

- то же между проводом 2 и экраном Э;

- то же между проводами 1 и 2;

- полное сопротивление экрана, включая сопротивления заземлений.

При определении рельсов электрифицированных железных дорог следует учитывать экранирующее действие обратного тягового тока I_m, текущего в рельсах. Рельсы полностью не изолированы от земли, и поэтому обратный I_m частично проходит в земле. I_m обратное наибольше в рельсах будет у тяговых подстанций и у электровоза, а наименьшее посередине между электровозом и подстанцией.

Значение величины коэффициента экранирующего действия соседних жил кабеля 7´4´1,2 , а кабеля 14´4´1,2 - .

При определении величины электрического влияния на цепи ВЛ учитывают экранирующее действие заземлённых тросов, подвешиваемых на ЛЭП, и деревьев, .

Экранирующее действие деревьев учитывают лишь в том случае, если линии проходят через лес по отдельным просекам.

Отсасывающие трансформаторы.

Отсасывающие трансформаторы применяются для уменьшения магнитного влияния тяговых сетей электрических железных дорог переменного тока. Это силовые трансформаторы с n=0,8 ¸ 1, р ³ 800 кВА, первая обмотка которых включается последовательно в тяговую сеть, а вторая - в провод обратного тока (ПОТ), подвешиваемый на опорах тяговой сети (рис. 8) или в рельсы (рис. 9).

При протекании I_m по первым обмоткам трансформаторов во вторых обмотках и проводе обратного тока будет проходить ток, близкий по величине току тяговой сети, но обратного направления.

Таким образом, несимметричная цепь тяговой сети становится более симметричной, приближаясь с точки зрения влияний к двухпроводной цепи.

Если отсасывающие трансформвторы ОТ включаются в рельсы, то ток в них значительно увеличивается, что улучшает экранирующее действие рельсов.

Защитное действие ОТ зависит от расстояния между трансформаторами, взаимного расположения линии, подверженной влиянию, и тяговой сети, сопротивления рельсов относительно земли, удельного сопротивления земли и т. д.

При включении ОТ в провод обратного тока , при включении в рельсы (рис. 9) .

Использование отсасывающих трансформаторов в качестве меры защиты от опасных и мешающих влияний удорожает строительство тяговой сети, усложняет эксплуатацию и увеличивает потери электроэнергии, но при необходимости защиты дорогостоящих действующих сооружений (магистральных кабелей, трубопроводов, сконцентрированных кабельных сетей местной связи и т. п.) их применение может быть оправдано.

Сглаживающие фильтры.

Сглаживающие фильтры препятствуют распространению гармонических составляющих вдоль линии. Широко применяются на э.ж.д. постоянного тока.

Устанавливаются на тяговых подстанциях и включаются в тяговую сеть.

В тяговой сети присутствуют гармоники (300, 600, 900 Гц и т. д.) создаваемых шестифазными выпрямителями, но и кратные 100 Гц из-за несимметрии фазных U ЛЭП, питающих тяговые подстанции, и нарушение режима работы и регулирования выпрямителей во время эксплуатации. Поэтому применяемые в настоящее время сглаживающие устройства содержат резонансные контуры, настроенные на частоты гармоник, имеющих наибольшие амплитуды, реакторы L₁ и L₂ и конденсаторы, образующие фильтры, запирают гармоники и более высоких частот (рис. 10).

Принцип действия 1-го звена сглаживающего устройства:

Гармоника напряжения с частотой f, возникшая на зажимах выпрямительного агрегата РВ, создаёт ток в цепи: один из зажимов РВ, резонансный контур, реактор L₁, 2-ой зажим агрегата. Если контур настроен в резонанс с частотой этой гармоники, то его сопротивление для токов этой частоты будет весьма мало, т. к. определяется только величиной активного сопротивления катушки индуктивности.

Полное сопротивления реактора Z_Р с индуктивностью L₁ для тока гармоники с частотой f равно

Индуктивность реактора выбирают таким образом, стобы его полное сопротивление >>активного сопротивления катушки индуктивности контура. В этом случае падение напряжения, вызванного током f, на реакторе будет >>падения напряжения на соответствующем этой гармонике резонансном контуре.

Следовательно, только небольшая часть напряжения с частотой f попадёт в цепь “контактная сеть - рельсы”, параллельно которой присоединены резонансные контуры.

2-ое звено состоит из реактора L₂, параллельно которому включены L_ш и C_ш; С₁₁ включён между контактным проводом и рельсами. L₂, С_ш и L_ш представляют фильтр пробку, настроенную на f = 300 Гц. Эта гармоника таким образом ещё сильнее снижена в контактной сети. С₁₁ - шунт, через которые замыкаются высшие гармоники.

Эффективность фильтров оценивается коэффициентом сглаживающего действия.

Коэффициентом сглаживающего действия называют отношение псофометрического напряжения , измеренного на входе фильтра, к псофометрическому напряжению, измеренного на его выходе

При L₁ = L₂ = 5 мГн КСД₁ =65, а фильтра 2 КСД₂ = 250.

Если индуктивность реакторов = 4,5 мГн, то КСД₁ = 55, КСД₂ = 180.

Для уменьшения мешающего влияния устраняют транспозицию проводов ЛЭП, выравнивают загрузку фаз. Линии связи переводят с крюкового профиля на траверсный, повышают уровни передачи в телефонных цепях и т. д.