Конспект По дисциплине «Направляющие системы электросвязи» Для студентов

Вид материала

Конспект

Содержание Защита сооружений связи гтс от внешнихэлектромагнитных влияний 7.2. Расчет опасных магнитных влиянин 7.3. Расчет мешающих влиянии 7.4. Меры защиты на линиях связи Экранирование кабелей связи Защита с помощью разрядников и предохранителей Защита от магнитного влияния ЛВН с помощью редукци­онных (компенсирующих) трансформаторов (PT). 7.5. Защита ВОЛС от внешних электромагнитных влияний Определение вероятного числа повреждений ударами мол­нии оптического кабеля с металлическими элементами 7.6. Коррозия подземных кабелей связи

Подобный материал:

• Рабочей программы дисциплины Направляющие среды электросвязи по направлению подготовки, 41.53kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «Направляющие среды электросвязи» Направление, 160.79kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «Системы документальной электросвязи» Направление, 196.39kb.
• Аннотация примерной программы дисциплины «Направляющие среды электросвязи» Рекомендуется, 496.76kb.
• Аннотация примерной программы дисциплины «Направляющие среды электросвязи» Рекомендуется, 285.22kb.
• Контрольная работа По дисциплине: Технические средства управления На тему: Классификация, 354.73kb.
• Конспект лекций по дисциплине «сетевые технологии» (дополненная версия) для студентов, 2520.9kb.
• Конспект лекций организация производства и маркетинг для студентов 3 курса специальностей, 2989.73kb.
• Конспект лекций для студентов по специальности i-25 01 08 «Бухгалтерский учет, анализ, 2183.7kb.
• Дипломного проекта, 142.12kb.

Раздел 7

ЗАЩИТА СООРУЖЕНИЙ СВЯЗИ ГТС ОТ ВНЕШНИХЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЛИЯНИЙ


7.1. Источники опасных и мешающих влияний


На соединительные и абонентские линии ГТС могут оказывать влияние следующие посторонние источники: высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП); электрифицированный железно­ дорожный транспорт (эл. ж. д.); передающие радиостанции; про­мышленные установки различного назначения.

По интенсивности и характеру воздействия внешних источни­ков на линии связи влияния разделют на опасные и мешающие.

Опасными влияниями называют такие влияния, при которых напряжения и токи, возникающие в цепях связи, могут создать опасность для здоровья и жизни абонентов и работников эксплуа­тации, а также вызвать повреждение аппаратуры, приборов, кабе­ля связи.

Мешающие влияния проявляются в телефонных цепях и кана­лах связи в виде шумов, тресков, нарушения или ухудшения каче­ства связи.

Первые два источника могут оказывать как опасные, так и мешающие влияния, последние два - только мешающие влияния. Наибольшее воздействие на линии ГТС оказывают высоковольт­ные линии электропередачи и электрифицированные железные дороги, которые вместе принято называть линиями высокого на­пряжения (ЛВН). Вокруг провода ЛВН создается интенсивное электромагнитное поле, которое вследствие электромагнитной индукции вызывает в линии связи посторонние напряжения и токи. Обычно при оценке влияния ЛВН на линии связи рассмат­ривают раздельно воздействие электрического и магнитного по­лей. Электрическое поле вызывает электрическое влияние, а маг­нитное поле - магнитное влияние.

Электрическому влиянию, обусловленному наличием в ЛВН переменного электрического напряжения, подвержены в основ­ном цепи воздушных линий связи. Подземные и подвесные кабе­ли связи не подвержены электрическому влиянию, так как сило­вые линии электрического поля экранируются поверхностью зем­ли и металлической оболочкой (экраном) кабеля.

Магнитному влиянию, обусловленному протекающими по проводам ЛВН токами, подвержены как воздушные, так и кабель­ные линии связи. В нашей стране для передачи электрической энергии в основном применяются трехфазные ЛЭП переменного тока промышленной частоты 50 Гц и напряжением от 3 до 750 кВ. Дря передачи энергии на большие расстояния (более 1000 км) используются также ЛЭП постоянного тока с рабочим напряже­нием 400...1500 кВ. Высоковольтные линии передачи бывают воздушные и кабельные. Кабельные ЛЭП оказывают меньшее влияние, так как сказывается экранирующее действие кабельных оболочек. В зависимости от режима работы ЛЭП делятся на симметричные и несимметричные. Симметричные ЛЭП характери­зуются одинаковыми напряжениями и токами в проводах. Такие линии не имеют остаточных напряжений и токов в земле. К сим­метричным линиям относятся трехфазные ЛЭП с заземленной (нейтральная точка линейных трансформаторов заземлена) и изо­лированной нейтралью, а также двухпроводные линии.

В несимметричных линиях передачи в качестве одного из ра­бочих проводов используется земля. К таким линиям относятся:

- ЛЭП напряжением более 35 кВ, работающие в неполнофаз­ном режиме по схеме «два провода - земля»;

- электрифицированные железные дороги (эл. ж. д.), работаю­щие на переменном токе промышленной частоты 50 Гц;

- контактные сети эл. ж. д. и городского электротранспорта (трамвай, метро), питающиеся от постоянного тока.

На контактных сетях городского электротранспорта питаю­щее напряжение достигает 600... 800 В, на эл. ж. д. постоянного тока - 3,3...3,7 кВ, на эл.ж.д. переменного тока - 25 кВ.

При рассмотрении влияния на линии связи различают сле­дующие режимы работы ЛВН: нормальный, вынужденный, ава­рийный.

Нормальный режим работы характеризуется условиями, при которых ЛВН работает постоянно.

Вынужденныд режим - это режим, при котором ЛВН работа­ет ограниченное время (как правило, не более 2 ч) в несиммет­ричном режиме (например, неполнофазный режим трехфазной ЛЭП или одностороннее питание контактной сети эл. ж. д. при временном отключении одной из смежных тяговых подстанций).

Аварийный режим имеет место при обрыве фазового провода трехфазной ЛЭП или контактного провада эл. ж. д. При этом в ЛЭП возникают либо высокое напряжение относительно земли (ЛЭП с изолированной нейтралью), вызывающее большое элек­трическое влияние, либо токи короткого замыкания (ЛЭП с за­земленной нейтралью), вызывающие магнитное влияние. Наибольшее влияние на линии связи оказывают несимметрич­ные ЛВН, так как напряженность электромагнитного поля около несимметричной линии существенно больше, чем у симметрич­ной. В нормальном режиме работы несимметричные ЛВН могут оказывать как мешающие, так и опасные влияния; при этом опас­ные напряжения незначительны. В случае вынужденного и осо­бенно аварийного режимов работы влияние на линии связи резко возрастает.

Если на линии связи в качестве обратного провода использу­ется земля, то тяговые сети эл. ж. д. и трамвая (у которых прямым проводом является контактный провод, а обратным - рельсы, плохо изолированные от земли) наряду с электрическим и маг­нитным влияниями создают гальваническое влияние. Гальваниче­ское влияние обусловлено разностью потенциапов между точками земли, в которых размещены рабочие заземления линии связи. На линиях ГТС однопроводные цепи практически не ислользуются, поэтому гальванические влияния можно не учитывать.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что кабельные линии ГТС могут быть подвержены опасному и мешающему маг­нитным влияниям, которые и следует учитывать при проведении расчетов.

7.2. Расчет опасных магнитных влиянин


Одним из основных факторов, определяющих степень влияния ЛВН на линии связи, является характер сближения. Под сближе­нием понимается взаимное расположение линии связи и ЛВН, при котором в линии связи могут возникать опасные и мешающие напряжения и токи.

Сближение может быть параллельным, косым и сложным (рис. 7.1). Участок сближения считается параллельным, если кратчайшее расстояние между линиями (ширина сближения) а изменяется по длине сближения не более чем на 10% от среднего значения. Если это условие не выполняется, то участок сближе­ния называется косым. При расчете косое сближение заменяется ступенчатым па­раллельным, вы6ирая длину параллельных эквивалентных участ­ков так, чтобы отношение максимального значения ширины сближения к минимaльному на концах участка было а₃/а₂ ≤ 3; а₄ /а₃ ≤З (см. рис. 7.1). При этом условии эквива­лентная ширина сближения а_экв определяется соотношением

а_экв =√а_i а_i+1 .

Опасное магнитное влияние может возникнуть при обрыве и заземлении фазового провода ЛЭП или контактного провода эл.ж.д. Большая величина тока короткого замыкания создает ин­тенсивное магнитное поле. В результате в жилах кабеля индуци­руется ЭДС, которая может превышать допустимые значения. Эта ЭДС называется продольной, так как индуцированное электриче­ское поле направлено вдоль провода связи.

Продольная ЭДС - это разность потенциалов между началом и концом провода связи на длине гальванически неразделенного участка. Гальванически неразделенным участком считается уча­сток линии связи, не содержащий усилителей, трансформаторов, фильтров. В ГТС низкочастотные абонентские и соединитель­ные линии являются гальванически неразделенными. Для протя­женных межстанционных соединительных линий, на которых используются системы передачи, за длину гальванически неразделенного участка принимается длина усилительного (регенера­ционного) участка.

Абсолютное значение продольной ЭДС (В), наведенной в про­воде связи от магнитного влияния ЛВН, на сложном участке сближения (см. рис. 7.1) рассчитывается на чаrготе 50 Гц по фор­муле



За величину влияющего тока I₁ при коротком замыкании фа­зового провода ЛЭП принимается ток короткого замыкания, ко­торый определяется орrанизацией, проектирующей ЛЭП. Обычно величина тока короткого замыкания задается в виде графиков, по которым можно определить величину тока при коротком замыка­нии в любой точке линии электропередачи. При работе ЛЭП в неполнофазном режиме влияющий ток равен фазовому току. Аналогично определяется влияющий ток и при влиянии эл. ж. д. переменного тока в аварийном режиме.

При вынужденном режиме работы эл. ж. д., когда питание электровозов осуществляется от одной тяговай подстанции, за величину влияющего тока принимается эквивалентный влияю­щий ток I_экв. Эквивалентный влияющий ток - это ток частотой 50 Гц, одинаковый по величине на всем участке сближения и ока­зывающий на цепи связи такое же магнитное влияние, как при реальном распределении тока.

Коэффициент взаимной индукции точно определить теорети­чески достаточно сложно, так как он зависит от проводимости земли на участке сближения, а проводимость земли из-за неодно­родности структуры строения меняется в широких пределах. На практике коэффициент взаимной индукции в зависимости от ши­рины сближения и проводимости земли определяется по номо­граммам. Коэффициент взаимной индукции (Гн/км) можно определить и по приближенной формуле, которая справедлива в диапазоне тональных частот:

Результирующий коэффициент экранирования (на низких частотах его называют коэффициентом защитного действия - КЗД) учитывает уменьшение наведенной ЭДС за счет защитного действия металлических экранов, размещенных между ЛВН и линией связи. В общем виде коэффициент защитного действия

где S_об S_ТР, S_р , S_м - коэффициенты защитного действия соответст­венно оболочки кабеля связи, заземленных тросов, подвешенных на опорах ЛЭП, рельсов железнодорожных путей, проложенных рядом с кабелем связи, металлических сооружений (соседних ка­белей связи, трубопроводов, газопроводов и т. д.).


В городах и крупных населенных пунктах надземные и под­земные металлические сооружения снижают влияние ЛВН на ли­нии ГТС. При расчете влияния ЛВН на линии связи необходимо учитывать уменьшение влияния путем введения так называемого «уличного» коэффициента защитного действия, величина которо­го в зависимости от населения городов изменяется от 0,08 до 0,4 (чем больше население города, тем меньше КЗД, т. е. тем лучше экранирующее действие).

Отметим, что при эксплуатации линейных сооружений связи необходимо знать не величину продольной ЭДС, а величину на­пряжения провода связи относительно земли, зависящего от этой ЭДС, так как обслуживающий персонал, работая на линии связи, может попасть именно под это напряжение. Величина напряже­ния провода относительно земли зависит от состояния линии. На рис. 7.2. показан характер продольного изменения напряжения проводов линии связи относительно земли при изолированных и заземленных концах проводов.




Наибольшее напряжение провода относительно земли возни­кает на изолированном конце линии связи при заземлении проти­воположного конца. Поэтому расчет опасного магнитного влия­ния проводится именно для этого случая, так как при этом дейст­вует полная индуцированная ЭДС.

7.3. Расчет мешающих влиянии


Мешающие влияния ЛЭП и эл. ж. д. на линии связи обуслов­лены наличием в кривых напряжений и токов гармонических со­ставляющих, что свидетельствует о несинусоидальности этих кривых.. Особенно велико содержание гармоник напряжений и токов в контактных сетях эл. ж. д.

Если линии ГТС попадают в зону влияния ЛЭП или эл. ж. д., то гармонииеские составляющие напряжений и токов линий вы­сокого напряжения будут индуцировать в линиях связи мешаю­щие напряжения и токи. Наибольшее мешающее влияние линии электропередачи и железные дороги переменного тока оказывают на каналы тональной частоты, так как гармоники влияющих токов и напряжений на тональных частотах имеют наибольшие ампли­туды.

Известно, что ухо человека токи одинаковой амплитуды, но разной частоты воспринимает с разной чувствительностью. Наибольшую чувствительность система ухо человека - телефон имеет к токам частотой 800...1200 Гц. Величина акустического воздействия тока частотой 800 Гц принята за единицу. Для харак­теристики акустического воздействия на других частотах введен коэффициент акустического воздействия Р, равный отношению акустического воздействия тока в телефоне с частотой f к акусти­ческому воздействию тока такой же величины частотой 800 Гц. На частотах ниже 800 Гц и выше 1200 Гц, коэффициент Р меньше единицы. Расчет мешающего влияния ЛВН на линии связи при­нято выполнять на частоте 800 Гц.

Для учета мешающего воздействия отдельных гармоник на­пряжений и токов в канале тональной частоты пользуются псо­фометрическим напряжением (током).

Псофометрическое напряжение (от греческого слова «псо­фос» - шум), или просто напряжение шума, - это такое напряже­ние с частотой 800 Гц, которое оказывает на телефонную переда­чу такое же мешающее воздействие, как и индуцированные на­пряжения с различными частотами. Результирующие псофомет­рические значения напряжения и тока определяют, используя за­кон квадратичного суммирования

Метод расчета шумов по гармоническим составляющим тре­бует знания индуцированных напряжений и токов каждой гармо­ники для конкретных ЛВН, что на практике вызывает затрудне­ние. Поэтому для количественной оценки мешающего влияния ЛВН можно определить эквивалентные значения напряжения или тока во влияющей линии частотой 800 Гц:



'

F_U, F_l, - телефонный формфактор напряжения и тока соответ­ственно;

k_П - поправочный коэффициент, учитываюш;ий состав гармо­ник и условия сближения линии связи и ЛВН.

Телефонный формфактор - это отношение псофометриче­ского значения напряжения (тока) к его действующему значению:



Псофометрические значения токов и напряжений в ЛВН мож­но определить путем измерения с помощью измерительноrо при­бора (псофометра), включенного во влияющую линию по соот­ветствующей схеме.

Интенсивность мешающих влияний зависит от величины асимметрии проводов цепи связи. При влиянии ЛВН различают поперечную и продольную асимметрии. Поперечная асимметрия обусловлена различием расстояний от проводов цепи связи до ЛВН. Продольная асимметрия обусловлена неравенством пара­метров проводов цепи связи относительно земли, вызываемым неизбежными конструктивными неоднородностями.

Результирующее напряжение шума в двухпроводной телефон­ной цепи, индуцируемое линией высокого напряжения, равно



При влиянии ЛВН на кабельные линии ГТС электрическим влиянием можно пренебречь. Составляющей влияния U_2М также можно пренебречь, так как расстояние между жилами рабочей пары кабеля много меньше ширины сближения. Таким образом, при влиянии на кабельные линии ГТС определяющим является магнитное влияние, обусловленное продольной асимметрией це­пей связи.

Мешающее напряжеяие в двухпроводной цепи зависит от ве­личины асимметрии проводов относительно земли. Симметрию проводов двухпроводной цепи относительно земли принято оценивать коэффициентом чувствительности телефонной цепи к по­мехам η= U_дв /U_одн , где U_дв - индуцированнсе напряжение помех на зажимах нагрузки двухпроводной цепи; U_одн - индуци­рованное напряжение в однопроводной цепи. Коэффициент чув­ствительности расчетным путем определить весьма сложно, по­этому на практике его чаще всего определяют путем измерения. Для кабельных цепей η=(1,4 - 2)•10 ^-3.

В конце изолированного от земли провода U_одн=Е/2. Поэтому напряжение шума в двухпроводной цепи кабеля ГТС от влияния ЛВН можно определить на частоте 800 Гц по формуле




7.4. Меры защиты на линиях связи


Основные меры защиты на линиях связи от опасных и ме­шающих влияний: применение кабелей связи с оболочками, имеющими повышенный экранирующий эффект; включение раз­рядников и предохранителей; включение редукционных транс­форматоров; прокладка вдоль кабеля металлических тросов.

Экранирование кабелей связи. Экранирование является одной из основных мер защиты от опасных и мешающих влияний. Металлические оболочки (экраны) полностью защищают кабель­ные цепи связи от внешних электрических полей и частично сни­жают влияние магнитных полей. Физическая сущность экраниро­вания металлической оболочки кабеля основана на создании ин­дуцированными линиями высокого напряжения токов в оболочке встречного магнитного поля, которое частично компенсирует ос­новное влияющее поле. Эффективность экранирования кабель­ных экранов оценивается коэффициентом экранирования, кото­рый в диапазоне низких частот называют коэффициентом защит­ного действия (КЗД). Применительно к влиянию ЛВН на кабели связи в диапазоне низких частот КЗД определяется как отноше­ние ЭДС, наводимой в жилах кабеля при наличии экрана, к наво­Димой ЭДС при отсутствии экрана. Различают идеальный и ре­альный КЗД. Идеальный КЗД соответствует идеальному заземле­нию, а реальный - конечному значению сопротивления заземле­ния. Для тонального диапазона частот идеальный КЗД. Из формулы (7.9) видно, что для уменьшения КЗД (улучшения экранирования) необходимо уменьшать активное сопротивление и повышать индуктивность экранирующих покровов. Для обеспечения надежного экранирования необходимо строго выполнять нормы на величину сопротивления заземления экранов, так как чем меньше сопротивление заземления, тем тучше экранирование.

Следует отметить, что такую же физическую основу имеет и экранирование рельсов железных дорог, грозозащитного троса ЛЭП, различного рода трубопроводов, которые на участках сближения ЛВН и линий связи проходят параллельно.

Существующие конструкции кабелей ГТС со свинцовыми оболочками (кабели ТГ, ТБ) и полиэтиленовыми оболочками с ленточными алюминиевыми экранами (кабели ТПП, ТПЛБ) имеют сравнительно большие КЗД на частоте 50 Гц: для небронированных кабелей S=0,99...0,6, а для бронированных S=0,96...0,3. Следовательно, эти кабели не всегда обеспечивают высокую защищенность от опасных напряжений и токов в зоне повышенного электромагнитного влияния. Существенно снизить (улучшить КЗД кабелей связи можно заменой свинцовых оболочек алюминиевыми (КЗД уменьшается в 7...8 раз). Поэтому для зон повышенного электромагнитного влияния ЛВН рекомендуется использовать кабели связи с алюминиевыми оболочками. В настоящее время на ГТС для организации протяженных межстанционных соединительных линий широко используют высокочастотный кабель МКСАШп-4х4-1,2. Для каблирования телефонных узлов в местах скопления большого количества ЛВН (например, на территории мощных электростанций) и для организации низкочастотных межстанционных соединительных линий в зоне повышенного влияния целесообразно использовать специально выпус­каемые для таких целей кабели, имеющие алюминиевую оболочку и броню, защищенные полиэтиленовым шлангом.

Защита с помощью разрядников и предохранителей. На телефонных сетях для защиты от опасных напряжений и токов аппаратуры АТС, телефонных аппаратов абонентов и кабелей связи широкое применение находят разрядники и предохраните­ли. На городских телефонных сетях разрядники и предохранители устанавливают на кроссах, которые являются на телефонных станциях местом соединения линейных и станционных кабелей. На кроссе обеспечивается возможность подключения к абонент­ским и соединительным линиям с целью проведения измерений и проверок в сторону линии и в сторону станции при определении места повреждения.

Для защиты от высоких напряжений, возникающих на линии связи, между проводом и землей включают разрядник. Защитная функция разрядника заключается в полном или частичном преобразовании энергии электрического поля наведенной волны, опас­ной своим высоким потенциалом, в энергию магнитного поля снизким напряжением относительно земли. Основными рабочими элементами разрядника являются электроды, отделенные друг от друга искровым промежутком.



При возникновении на разряднике высокого напряжения час­тотой 50 Гц или импульсного напряжения при грозовых разрядах с амплитудой, превышающей напряжение его зажигания, проис­ходит пробой искрового промежутка (рис. 7.3). Тогда через раз­рядник потечет разрядный ток



При отекании разрядного тока наведенное напряжение уменьшается до величины падения напряжения на разряднике и заземлителе:



Отсюда следует, что защитное действие разрядника возрастает с уменьшением сопротивлекия заземления. Поэтому очень важ­ным условием надежной работы разрядников является строгое соблюдение норм на сопротивление заземления. На сетях ГТС используют в основном угольные двухэлектродные разрядники типа УР-500 с номинальным напряжением зажигания 500 В и га­зонаполненные трехэлектродные разрядники типа Р-27 с номи­нальным напряжением зажигания 350 В.

Для защиты оборудования и обслуживающего персонала АТС от опасных токов на абонентских линиях в разрыв проводов свя­зи включают предохранители. Предохранители бывают линейные и станционные. Линейные предохранители типа СН-1 (спираль­ные с ножевыми контактами) и СК (спиральные с коническими контактами) рассчитаны на величину тока 1 А. Станционными предохранителями являются термические катушки, устанавли­ваемые на кроссе. Термические катушки рассчитаны на ток 0,25 А (ТК-0,25) и 0,3 А(ТК-0,3). Они отключают оборудование стан­ции от проводов линии связи в случае сообщения последних с проводами электросети с напряжением ниже напряжения зажигания установленных разрядников. Термокатушки являются предо­хранителями многократного действия.

Электрическая защита в кроссе и абанентских пунктах необ­ходима при подземной прокладке кабеля на открытой местности, при подвеске кабеля, в случае использования смешанных линий, состоящих из кабеля и воздушной линии. Следует отметить, что в связи с использованием на ГТС кроссового оборудования им­портных поставок и внедрением квазиэлектронных и электронных АТС электрическая защита на основе угольных разрядников и термокатушек подлежит замене на более совершенные устрой­ства защиты. Вместо угольных разрядников и предохранителей применение двухэлектродных миниатюрных газонаполненных разрядников с напряжением зажигания 90, 240 и 350 В. Эти разрядники имеют замыкатели в виде плав­ких шайб, колец или пружинных контактов, которые обеспечива­ют в аварийных ситуациях замыкание проводов связи на землю.

По сравнению с электромеханическими, квазиэлектронные и электронные АТС более чувствительны к внешним перенапряже­ниям. IIоэтому для этих АТС может предусматриваться дополни­тельная, так называемая вторичная ступень защиты, которая реа­лизуется непосредетвенно в оборудовании АТС.

Защита от магнитного влияния ЛВН с помощью редукци­онных (компенсирующих) трансформаторов (PT). Включение PT позволяет снизить (улучшить) величину коэффициента защит­ного действия металлической оболочки кабеля связи. На ГТС наиболее целесообразно использовать РТ в местах сближения с ЛВН высокочастотных межстанционных соединительных линий. Снижение КЗД достигается за счет повышения индуктивной свя­зи между металлической оболочкой и жилами кабеля путем включения в линию PT с коэффициентом трансформации, равным единице. Первичная обмотка трансформатора из медного провода включается в разрыв оболочки, а вторичная обмотка выполняется из сердечника того же кабеля, что и защищаемый, но со снятой оболочкой. Сечение провода первичной обмотки выбирается не меньше эквивалентного сечения металлической оболочки.


7.5. Защита ВОЛС от внешних электромагнитных влияний


Общие положения. Полностью неметаллические ОК практи­чески не подвержены внешним электромагнитным воздействиям полей линий высокого напряжения (ЛВН), грозовых разрядов. Повреждение таких кабелей возможно только при прямых ударах молнии в кабель, в результате которых могут произойти термиче­ские и механические разрушения. Вероятность такого удара очень мала. Однако положение кардинальна меняется, если ОК содер­жит металлические элементы (медные жилы дистанционного пи­тания, стабильные армирующие элементы, оболочку и т.д.). При внешних электромагнитных воздействиях в металлических эле­ментах могут индуцироваться токи, наводиться ЭДС, представ­ляющие опасность как для самого кабеля, так и для подключен­ной аппаратуры.

Учитывая критичность ОК к воздействию влаги, следует отме­тить, что к опасным можно относить токи и напряжения, наводи­мые в металлических элементах ОК, приводящие к повреждению его изоляции (элементов конструкции относительно земли, междуэлементами), даже если они и не приводят к перерывам связи вследствие повреждения оптических волокон при воздействии.

Это справедливо, поскольку при повреждении изоляции ОК сни­жается уровень защиты волокон от влаги, что в дальнейшем при­водит к повреждению линии связи вследствие коррозии оптиче­ских волокон, их усталостного разрушения.


Определение вероятного числа повреждений ударами мол­нии оптического кабеля с металлическими элементами. Веро­ятное число повреждений ОК с металлическими элементами и внешним изолирующим шлангом, проложенным по открытой местности, можно определить по графикам ожидаемого числа повреждений кабеля на 100 км в год (рис. 7.4).

При ориентировочных подсчетах электрическую прочность изоляции металлических элементов относительно земли можно принять U_пр ≈ 150 кВ. Интенсивность грозовой деятельности в районе проектируемого участка определяется по сведениям ме­теостанций (средняя продолжительность гроз 20 ч/год). Исходя из графиков, определяют вероятное число повреждений n. Вероят­ное число повреждений, полученное из графиков, относится к отрезку линии длиной 100 км.

^r

Для определения абсолютного значения вероятного числа по­вреждений участка длиной L число повреждений нужно умно­жить на отношение длин:



Полученные данные (7.11) сравнивать непосредственно с нор­мой нельзя, т.к. последние относятся к участку линии длиной 100 км. Для их сравнения допустимое число опасных ударов молнии приводят к зтой же длине (допустимое число опасных ударов молнии для зоновых линий связи равно 0,5):



Исходя из полученных данных, делают вывод, нужно ли при­менять дополнительные меры защиты кабеля от ударов молнии.

7.6. Коррозия подземных кабелей связи


Коррозия - это разрушение металла кабельных оболочек вследствие их химического или электрохимического взаимодей­ствия с окружающей средой. Главным признаком коррозии под­земных кабелей связи является появление на их оболочках раз­рушенных участков в виде пятен, язв, трещин, воронок, сквозных повреждений и т. д.

В зависимости от условий протекания коррозионного процес­са различают следующие основные виды коррозии: межкристал­литная, почвенная (электрохимическая) и коррозия блуждающими токами.

Межкристаллитная коррозия возникает по причине ослабле­ния молекулярных связей между отдельными кристаллитами (зер­нами) металла, в результате чего на металлической оболочке кабеля появляются мелкие трещины. Чаще всего межкристаллит­ной коррозии подвергаются кабели в местах возможной вибрации (при прокладке кабеля вблизи рельсовых путей железных дорог и трамвая, вблизи шоссейных дорог с интенсивным движением транспорта, по мостам), а также при длительной транспортировке кабеля на барабанах.

Кабели ГТС наиболее интенсивно подвергаются почвенной коррозии и коррозии блуждающими токами. Рассмотрим более подробно эти виды коррозии.

Лочвенная коррозия - это электрохимическое разрушение ме­талла оболочки кабеля, вызываемое действием окружающей сре­ды (почвы, грунтов, грунтовых и других вод). Скорость протекания почвенной коррозии зависит от содержания в почве солей, кислот, щелочей, органических веществ, от влажности и структу­ры грунта, соприкасающегося с кабельной оболочкой, от нерав­номерности доступа кислорода к оболочке.

Все процессы коррозии металлов в земле обусловлены пере­мещением ионов в электролите, которым являются в данном слу­чае водные растворы кислот, щелочей, солей в земле, и соответ­ственным перемещением электронов в самом металле. Каждый металл характеризуется своим электрохимическим потенциалом, который зависит от свойств металла. Величина электрохимического патенциала является показателем степени перехода ионов металла в электролит. Чем больше абсолютная величина отрица­тельного электрохимического потенциала, тем менее прочно он удерживает свои ионы и тем больше подвергается коррозии.

Почвенная коррозия проявляется в основном в виде.макро­гальванических пap и контактных гальванических пар.

Макрогальванические пары образуются на проложенном в грунте или телефонной канализации кабеле вследствие различия удельного сопротивления, химического и структурного состава грунта и неравномерности доступа кислорода в разных точках кабеля по длине. В результате этого потенциалы кабельной обо­лочки относительно окружающей среды становятся разными и возникают гальванические пары, вызывающие протекание токов от точек оболочки с большими потенциалами к точкам с меньши­ми потенциалами (рис. 7.5).

В местах протекания тока оболочка имеет положительный по­тенциал. В этих местах образуется так называемая анодная зона. Здесь происходит переход от электродной проводимости в метал­е к ионной в электролите. Именно в анодных зонах и коррозиру­ет кабельная оболочка. В местах, где токи входят в оболочку, об­разуется катодная зона, имеющая отрицательный потенциал от­носительно окружающей среды. Здесь кабель не подвергается коррозии. Макрогальванические пары характеризуются тем, чтоанодные и катодные зоны находятся на сравнительно большом расстоянии друг от друга. Это позволяет проводить измерения потенциалов в различных точках оболочки. Различные металлы в разной степени подвергаются коррозии в грунтах. Свинцовые оболочки в большей степени коррозируют в щелочных средах (зола, известняки), алюминиевые оболочки сильно подвергаются коррозии и в щелочных, и в кислотных сре­дах. Для стальных оболочек наиболее опасными являются ки­слотные среды (чернозем, торфяники, солончаки). Наиболее ак­тивно коррозия протекает в грунтах, удельное сопротивление ко­торых невелико. Это объясняется тем, что при малом сопротивле­нии грунта токи с оболочки стекают более интенсивно. Контактные гальванические пары в кабелях могут возникать в местах монтажа соединительных муфт. При этом анодные и катодные зоны располагаются в непосредственной близости друг к друry, т. е. контактируют. Металлы с более отрицательными электрохимическими потенциалами становятся здесь анодом и начинают разрушаться со значительно большей скоростью. Ме­таллы с менее отрицательными или положительными потенциа­лами разрушаются с меньшей скоростью, так как играют роль катодов. Наиболее опасными являются контактные пары свинец-­алюминий и сталь-свинец.

Коррозия блуждающими токами - это электрохимическая коррозия металла под воздействием блуждающих токов, основ­ным источником которых является электрифицированный транс­порт: электрифицированные железные дороги, трамвай, метропо­литен, питающиеся от постоянного тока. Схема, показывающая распределение блуждающих токов, показана на рис. 7.6.

От тяговой подстанции тяговый ток I_T по контактному проводу через токоприемник подводится к тяговым двигателям электро­привода. Пройдя тяговые двигатели, ток I_р через колеса электро­воза и рельсы возвратится к минусовой шине питающей подстан­ции. Так как рельсовые пути плохо изолированы от земли, то зна­чительная часть тока ответвляется в землю. Это и есть блуждаю­щие токи. Растекаясь по земле и встречая на своем пути кабели связи, удельное сопротивление оболочек которых много меньше удельного сопротивления земли, блуждающие токи I_Б попадают на оболочку, распространяются по ней и в зоне, близкой к пи­тающей подстанции, стекают с кабельной оболочки в землю и попадают на минусовую шину подстанции. Блуждающие токи могут достигать нескольких сотен и даже тысяч ампер. Из рис. 7.6 видно, что анодная зона находится вблизи тяговой подстанции, а катодная зона перемешается вместе с перемещением электровоза, т. е. она распределена по всей трассе сближения кабеля с рельсовыми путями. В реaльных условиях на линии бывает несколько электролитов. Кроме того, в городских условиях возможно одно­временное воздействие нескольких независимых источниковблуждающих токов. Поэтому на трассе сближения кроме анодной и катодной зон может иметь место знакопеременная зона, в кото­рой знак потенциала кабеля по отношению к окружающей среде меняется во времени. Переменный характер токов, стекающих с рельсов, обуслов­ливает переменный характер блуждающих токов, а соответствен­но токов и потенциалов на оболочке кабеля. Если определить средний потенциал в каждой точке за определенный период вре­мени, то можно получить усредненную потенциальную диаграм­му, пример которой приведен на рис. 7.6. Коррозия блуждающими токами происходит в анодной зоне и является следствием процесса электролиза, т. е. процесса перехода с анодного участка кабеля ионов металла в почвенный элек­тролит. Коррозия блуждающими токами, как правило, более ин­тенсивна, чем почвенная коррозия. Характерным признаком кор­розии этого вида является язвенный характер повреждений ка­бельных оболочек вплоть до сквозных отверстий. Следует отметить, что в реальных условиях эксплуатации ка­бельных линий связи могут существовать одновременно все рас­смотренные выше виды коррозии. . 7.7. Меры защиты от коррозии . Защитные мероприятия от коррозии проводят как на электри­фицированном транспорте, так и на сооружениях связи. На электрифицированном транспорте для уменьшения блуждающих то­ков увеличивают переходное сопротивлении между рельсами и землей. На сооружениях связи защитные мероприятия делятся на две группы - пассивные и активные. Пассивные меры предусматри­вают защиту от коррозии без использования внешних ЭДС. Ак­тивные :меры защиты предусматривают использование внешних ЭДС, обеспечивающих необходимые токи зашиты. К пассивным мерам защиты относятся защитные покровы, накладываемые на металлические оболочки в виде полиэтиленовых или поливинил­хлоридных шлангов (предусматриваются конструкцией кабелей связи), изолирующие муфты, электрический дренаж. К активным мерам защиты относятся катодные станции и протекторы. Защитные покровы в виде полиэтиленовых шлангов в конст­рукции кабелей с aлюминиевыми или стальными гофрированны­ми оболочками, используемых на межстанционных соединитель­ных линиях ГТС могут существенно ослабить или полностью исключить коррозию, так как они препятствуют проникновению в оболочку влаги и оказывают большое сопротивление электриче­скому току. Защитные покровы должны быть по длине сплошны­ми и плотно прилегать оболочке, иначе даже при небольших трещинах в шланга коррозия в месте повреждения резко усилит­ся. Поэтому при монтаже соединительных муфт кабеля необхо­димо тщательно восстанавливать защитные покровы шлангового типа и контролировать их сопротивление изоляции. Изолирующие муфты, позволяющие увеличить продольное сопротивление оболочки, используют для защиты от коррозии стыков кабелей с разными металлическими оболочками, чтобы устранить возникновение гальванических пар, вводов кабелей связи со шланговыми покровами в телефонной станции для контроля сопротивления изоляции шланга, а также кабелей, вы­ходящих за пределы сооружений метрополитена, для уменьшения блуждающих токов. Конструктивно муфты состоят из двух свин­цовых цилиндров, разнесенных на 10 мм и соединенных между собой эпоксидным компаундом.Электрический дренаж применяют в основном для защиты от коррозии блуждающими токами. С помощью установок электро­дренажной защиты блуждающие токи с кабельной оболочки от­водятся к их источнику. Электрические дренажи бывают nрямые и поляризованные. Прямые дренажи имеют одностороннюю про­водимость и включаются только в устойчивых анодных зонах, где отсутствует возможность протекания тока с рельсовых путей на кабель. В знакопеременных зонах используют поляризоаанные дренажи, которые пропускают ток только с кабеля на рельсовые пути. Схема подключения поляризованного электродренажа пред­ставлена на рис. 7.7. Включение электродренажа меняет распре­деление потенциалов в системе «рельсы - земля – кабель», вследствие чего анодная зона, в которой оболочка кабеля разру­шается, заменяется катодной и коррозия замедляется или совсем прекращается. Здесь обеспечивается замена ионной проводимо­сти (переход ионов металла в почвенный электролит) электрон­ной (отвод блуждающих токов с кабеля в рельсовые пути). В работе электрического дренажа большое значение имеет ве­личина дренируемого тока. Чрезмерно большой ток может влиять на соседние подземные сооружения связи. Поэтому для регулиро­вания и контроля тока в схеме дренажа предусмотрены реостат R и амперметр А. При перегорании предокранителя Пр сигнальное реле СР срабатывает и замыканием своих контактов сигнализиру­ет о нарушении нормальной работы дренажной установки. Катодная защита осуществляется с помощью внешнего ис­точника постоянного тока. Схема катодной защиты представлена на рис. 7.8. Катодная защита может использоваться для защиты от поч­венной коррозии и коррозии блуждающими токами. Принцип катодной защиты заключается в том, что в анодной зоне к обо­лочке кабеля подключают отрицательный полюс источника, а положительный полюс источника заземляют. При этом защищае­мый кабель поддерживается под отрицательным потенциалом по отношению к окружающей среде, вследствие чего он является катодом, а заземлитель - анодом. Ток, текущий от заземлителя к оболочке кабеля, должен создать в земле электрическое поле, значительно большее электрического поля блуждающих токов, стекающих с оболочки в землю. Только в этом случае обеспечи­вается отрицательный потенциал относительно окружающей сре­ды

Источник постоянного тока подбирают таким, чтобы он обес­печивал компенсацию анодной зоны на защищаемом участке ка­беля. В качестве источника постоянного тока используют катод­ные станции, которые представляют собой выпрямительные уст­ройства.

Протекторная защита по принципу работы отличается от ка­тодной только тем, что для создания отрицательного потенциала на оболочке кабеля в анодной зоне защищаемую оболочку соеди­няют не с источником постоянного тока, а с металлическим элек­тродом (протектором). Протектор имеет собственный электрохи­мический потенциал, более отрицательный, чем потенциал ме­талла оболочки. Схема протекторной защиты показана на рис. 7.9.

При протекторной защите потери металла вследствие корро­зии не прекращаются, только коррозионный процесс с защищае­мого кабеля перемещается на протектор. Таким образом, анодная зона с защищаемого кабеля переносится на протектор, который, являясь анодом, разрушается.



Изготавливают протекторы из магниевых и алюминиевых сплавов. Для уменьшения сопротивления растекания токов про­тектор помещают в специальный активатор, состоящий из смеси гипса, сернокислого натрия и глины. Протекторы обычно имеют форму, цилиндра длиной 500...700 мм и диаметром 150...300 мм. Устанавливают их на расстоянии 2...6 м от кабеля на глубину 0,6... 1,8 м.