Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(ОмГУПС (ОмИИТ))

Кафедра: «Телекоммуникационные и радиотехнические системы и сети»

расчет влияния внешних импульсных воздействий на устройства связи и меры защиты

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Электромагнитная совместимость и средства защиты»

ИНМВ. 400006. 000 ПЗ

Студент группы 23 В

________М. О. Студенин

Руководитель -

доцент кафедры «ТРСиС»

__________К. В. Авдеева

Омск 2016



Реферат

УДК 621.391

Курсовая работа содержит 40 страниц печатного текста, 29 рисунков, 6 таблиц, 9 источников.

Импульсное перенапряжение, устройства связи, контактная сеть, линия электропередачи, устройства защиты, контур заземления, спектр воздействующих импульсов, каскадная защита, электромагнитный экран аппаратуры, волновод, кабель, варистор, супрессор, разрядник.

Объектом исследования являются основные источники влияний на узел связи.

Цель курсовой работы - рассчитать влияния внешних импульсных воздействий на устройства связи и меры защиты.

В процессе выполнения проекта были использованы программные пакеты: MSOfficeWord, MathType, MSOfficeVisio, Mathcad.



Содержание

Введение

1. Описание плана расположения основных станционных и линейных объектов района промежуточной малой станции согласно заданию.

2. Характеристика основных источников влияния на узел связи

3. Описание амплитудно-временных форм воздействующих на аппаратуру связи и ее узел электропитания импульсов перенапряжений и токов

4. Расчет спектра воздействующих импульсов

5. Расчет защитного заземления

6. Расчет совместных влияний аварийных режимов контактной сети, ЛЭП и воздействия молнии на узел связи

7. Расчет и выбор элементов каскадной защиты

8. Расчет параметров электромагнитного экрана аппаратуры

Заключение

Библиографический список



Введение

Наше время без оборудования представить нельзя. Можно сказать, что сразу же, после изобретения и внедрения различного рода оборудования и всех его периферийных устройств, люди начали сталкиваться с проблемой влияния аппаратуры и на аппаратуру. Негативные воздействия были как от внешних факторов так и от рядом находящихся устройств.

Так как для эффективной работы устройствсвязи нужно обеспечить их бесперебойную работу, необходимо помнить про факторы, влияющие на непрерывную работу аппаратуры, такие как, защищенность от внешних импульсных воздействий, удары молнии, скачки напряжения и тока, всё это может привести к сбою устройств и нарушения эффективности использования устройства.

Перенапряжение - это скачкообразное увеличение уровня напряженности в любой точке ЛЭП или электроустановки. Это явление опасно для состояния изоляции электрооборудования и, следовательно, представляет угрозу для оборудования и здоровья людей. Перенапряжение обычно возникает в результате атмосферных разрядов. Атмосферное перенапряжение характеризуется достаточно большой энергией и возникает при прямых ударах молнии в электроустановку или индуцируется в линиях при ударах молний вблизи от них. Частота возникновения перенапряжения вследствие атмосферных разрядов обусловлена прежде всего среднегодовым количеством грозовых дней, которых на территории России в среднем -- 25.

Коммутационные процессы в распределительных электрических сетях создают импульсы перенапряжения, которые через емкостную связь трансформаторов часто попадают из высоковольтных сетей в низковольтные. Такие процессы случаются гораздо чаще, чем атмосферные перенапряжения.

Для решения этих проблем ведется проектировка схем заземления, создают отводы импульсных токов, используют экранирование и т.д.

Цель курсовой работы - расчет влияния внешних импульсных воздействий на устройства связи и меры защиты.



1. Описание плана расположения основных станционных и линейных объектов района промежуточной малой станции согласно заданию

связь импульс заземление защитный

ДСП - (Д) - Движение, (С) - Станция, (П) - Помощник, дежурный по станции единолично распоряжается движением поездов на станции и прилегающих к ней перегонах.

КТП - Комплектная трансформаторная подстанция. Электроустановка, предназначенная для приема, преобразования напряжения в сети переменного тока и распределения электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сельских, поселковых, городских, промышленных объектов.

Контактная сеть - техническое сооружение электрифицированных железных дорог, служащее для передачи электроэнергии с тяговых подстанций на электроподвижной состав. Кроме того, с помощью контактной сети обеспечивается снабжение нетяговых железнодорожных потребителей (освещение станций, переездов, питание путевого инструмента).

Антенно-фидерное устройство (АФУ) - совокупность антенны и фидерного тракта, входящая в качестве составной части в радиоэлектронное изделие, образец, комплект. АФУ используются для передачи сигналов в системах радиосвязи, радиовещания, телевидения, а также других радиотехнических системах, использующих для передачи сигналов радиоволны. Функция антенны заключается в излучении или приеме электромагнитных волн. Электрическое подключение антенны к источнику (потребителю) может быть непосредственным, а может осуществляться с помощью линии передачи, оснащенной радиочастотными соединителями, т.е. с помощью фидера. Функция фидера - в передаче электромагнитного колебания от радиопередатчика ко входу антенны и передаче электромагнитного колебания от антенны к радиоприемнику.

Линия электропередачи (ЛЭП) - один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Также электрическая линия в составе такой системы, выходящая за пределы электростанции или подстанции.

Тяговая подстанция - в общем случае, электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии. Тяговые подстанции предназначены для понижения электрического напряжения и последующего преобразования (выпрямления) тока (для подстанций постоянного тока) с целью передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов.Тяговые подстанции бывают постоянного и переменного тока.

Кабель МКПАБ - магистральный, с кордельно-трубчатой полиэтиленовой изоляцией, с броней из стальных лент и защитным покровом из кабельной пряжи, пропитанной битумом.

Рисунок 1.2 - Кабель МКПАБ (1 - контрольная жила, 2 - центрирующий кордель, 3 - изолированная жила четверки, 4 - сигнальная пара, 5 - поясная изоляция, 6 - алюминиевая оболочка, 7- подушка из джута, 8 - стальные ленты)

СПБП - для электрических установок железнодорожной сигнализации, централизации и блокировки, пожарной сигнализации и автоматики с номинальным напряжением 380 В переменного тока частотой 50 Гц или 700 В постоянного тока.



Рисунок 1.3 - Кабель СПБП (1 - токонесущая жила; 2 - изоляция; 3 - поясная изоляция; 4 - оболочка; 5 - броня.)

Кабели ТПП применяются для эксплуатации в местных телефонных городских сетях. Отдельная пара проводов в кабеле имеет слабую скрутку. Частотный диапазон проводимости кабеля соответствует категории 2. Кабель ТПП выпускается комплектацией в 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 400, 600 пар.

Рисунок 1.4 - Кабель ТПП (1 - защитный покров, 2 - подушка, 3 - оболочка, 4 - экран, 5 - поясная изоляция, 6 - гидрофобный заполнитель, 7 - изоляция, 8 - тонконесущая жила)

Волновод - искусственный или естественный направляющий канал, в котором может распространяться волна. При этом поток мощности, переносимый волной, сосредоточен внутри этого канала или в области пространства, непосредственно примыкающей к каналу. В качестве направляющей линии на ЖД используется биметаллический провод.



Рисунок 1.5 - Волновод (1 - несущая сердцевина, 2 - проводящий слой)

Во время эксплуатации линии связи подвержены электромагнитным воздействиям, создаваемым контактной сеть, ЛЭП и разрядами молнии. Молния представляет собой гигантский электрический искровой разряд между облаками и земной поверхностью, или между облаками, или между разными частями облака. Помехи, создаваемые ЛЭП, КС и разрядами молнии оказывают значительное влияние на качество связи и требуют применения защитных средств.

2. Характеристика основных источников влияния на узел связи

Источниками внешних электромагнитных влияний на цепи связи являются линии электропередачи(ЛЭП), электрифицированные железные дороги, мощные радиостанции, атмосферное электричество, индустриальные помехи, электрифицированный городской транспорт и т.д.

Для внешних электромагнитных влияний высоковольтных о

Линии на линии связи характерны следующие особенности:

а) разные длины влияющих, подверженных влиянию и третьих цепей;

б) пренебрежимо малое затухание высоковольтных линий по сравнению с линиями связи, подверженными влиянию;

в) необходимость учета искажения электромагнитного поля за счет других электропроводящих предметов, таких как грозозащитные тросы, железнодорожные рельсы, рядом расположенные провода и кабели, деревья и др.

Различают следующие виды внешних влияний:

а) электрические, обусловленные действием электрического поля;

б) магнитные, возникающие за счет действия магнитного поля;

в) гальванические, появляющиеся вследствие наличия земле блуждающих токов.

Также существуют еще несколько типов влияний, рассмотрим их.

Помехи при коротких замыканиях на землю.

Наиболее распространенной аварийной ситуацией в сетях электроснабжения, при которой могут создаваться опасные помехи, являются короткие замыкания (КЗ). Большие (до нескольких десятков килоампер) токи, протекающие по проводам линий электропередачи, шинопроводам и элементам заземляющего устройства (ЗУ) при КЗ способны генерировать кратковременные, но мощные (до нескольких десятков ампер на метр) магнитные поля. Такие поля способны приводить к сбоям в работе и повреждениям аппаратуры. Опасные наводки возникают в проводных цепях (в частности цепях связи) и любых металлоконструкциях, имеющих участки сближения с влияющей высоковольтной линией.

Кроме того при протекании через заземляющее устройство тока КЗ в сетях с номинальным напряжением выше 1 кВ возможно появление на нем потенциала порядка нескольких киловольт (в отдельных случаях - до нескольких десятков киловольт). При этом потенциал обычно распределяется неравномерно, что приводит к появлению опасных перепадов потенциалов как между различными точками на территории подстанции, так и между точками на подстанции и за ее пределами. Особую опасность такие перепады потенциалов представляют для цифровой аппаратуры, размещаемой непосредственно на высоковольтной подстанции (например аппаратуры РЗА).

Протекание по ЗУ значительных токов короткого замыкания в сетях высокого напряжения приводит к возникновению перепадов потенциалов в пределах ЗУ. Средний потенциал ЗУ относительно удаленной земли также повышается. Таким образом, значительные разности потенциалов оказываются приложенными к вторичным кабелям (как проходящим в пределах ЗУ объекта, так и выходящим за его пределы) и соответствующим входам аппаратуры. Кроме того, протекание токов КЗ в силовых ошиновках и по элементам ЗУ создает магнитное поле, амплитуда которого часто составляет сотни ампер на метр. Это поле создает наводки на вторичные кабели в случае их сближения с трассой протекания тока КЗ.

Оба фактора часто действуют одновременно, вызывая значительные перенапряжения, опасные для аппаратуры и даже изоляции кабелей. Магнитное поле при КЗ опасно и для самой аппаратуры, если последняя размещается вблизи ошиновок или пути растекания тока КЗ по элементам ЗУ.

3. Описание амплитудно-временных форм воздействующих на аппаратуру связи и ее узел электропитания импульсов перенапряжений и токов

Грозовые разряды - распространенное явление природы. Протяженные воздушные и кабельные линии разного назначения часто поражаются молнией и являются тем путем, по которому высокие напряжения, создаваемые на проводах молнией, проникают в жилые дома и производственные объекты. Возникающие в результате этого разряды с проводки на землю могут поразить находящихся поблизости людей и воспламенить конструкции здания. Электромагнитное поле, обусловленное током молнии, оказывает на человека различные вредные воздействия. Помимо этого, электромагнитные излучения ухудшают работу радиоэлектронных средств, создавая помехи, нарушают бесперебойность и надежность систем электроснабжения и качество электроэнергии. Изменение тока молнии (одиночного разряда) во времени и модель волны импульса тока молнии представлены на рисунках 3.1 и 3.2 соответственно

Рисунок 3.1 - Изменение тока молнии (одиночного разряда) во времени



Рисунок 3.2 - Модель волны импульса тока молнии

Токи, создаваемые ЛЭП и воздействующие на аппаратуру связи, можно описать с помощью формулы:

, (3.1)

где - ток короткого замыкания для ЛЭП 110 кВ, равный 20 кА;

Т_С - постоянная времени, равная 0,06 с;

f - промышленная частота, равная 50 Гц.

Построим амплитудно-временную форму для данного воздействия (рисунок 3.3).

Форма тока короткого замыкания в ЛЭП 110 кВ приведена на рисунке 3.1.



Рисунок 3.1 - Зависимость i(t)

По графику можно сделать вывод, что период восстановления сигнала после КЗ в ЛЭП 110 кВ составляет 0,15 с при амплитуде тока 20000 А.

Форма тока короткого замыкания в контактной сети приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2- Зависимость i(t)

По графику можно сделать вывод, что период восстановления сигнала после КЗ контактной сети составляет 0,15с при амплитуде тока 2700 А.

Форма тока молнии приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Зависимость i(t)

По графику можно сделать вывод, что амплитуда тока молнии 47000 А.

4. Расчет спектра воздействующих импульсов

Спектр тока КЗ в ЛЭП приведен на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1 - Спектр тока КЗ в ЛЭП

Спектр тока КЗ в КС приведен на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Спектр тока КЗ в КС

Спектр тока молнии приведен на рисунке 4.3.



Рисунок 4.3 - Спектр тока молнии

Проанализировав рисунки, можно сделать следующий вывод: на переменном токе (рисунок 4.1, рисунок 4.2) ярко выражена гармоника 50 Гц. При ударе молнией ширина спектра максимальная.Это значит, что подтверждается факт наибольшей опасности грозового разряда, нежели КЗ.

5. Расчет защитного заземления

Определяем расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления с учетом повышающего коэффициента К по формуле:

, (5.1)

где - удельное сопротивление грунта, полученное непосредственным измерением,

К - коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления земли в течение года в зависимости от климатической зоны, типа, длины и глубины заложения заземлителей.

Для первой климатической зоны и вертикальных заземлителей длиной
l=3м, К=1,65, тогда:

Ом.

Выбираем форму и размеры искусственных вертикальных электродов-заземлителей.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя рассчитывается по формуле:

,(5.2)

где l - длина вертикального электрода-заземлителя, м;

d - диаметр заземлителя, d=40 мм.

t=t_п+t/2,(5.3)

где t -глубина заложения заземлителя, равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя;

t_п- глубина заложения полосы, t_п=0,7.

Рассчитаем глубину заложения заземлителя:

T=0,7+3/2=2,2.

Подставив значение в выражение сопротивления одиночного вертикального заземлителя, получим:

Ом.

Полученное значение R_верт сравниваем с наибольшим допустимым значением R_н=4 Ом. Т.кR_верт>R_н, определяем число вертикальных заземлителей. Сначала находим число приближенных заземлителей по формуле:

,(5.4)

Подставив значение в выражение числа приближенных заземлителей, получим:

.

округляем до 12.

Затем определяем количество заземлителей с учетом коэффициента использования по формуле:

,(5.5)

где - коэффициент использования вертикальных заземлителей (без учета влияния соединительной полосы), при помощи которого учитывается явление взаимного экранирования электрических полей отдельных электродов.

Подставив значение в выражение количества заземлителей, получим:

.

Выбираем равное 21 (наибольшее значение).

Определяем длину соединительной полосы при расположении заземлителей в ряд по формуле:

,(5.6)

где а - расстояние между электродами, а = 3 м.

м.

Определяем сопротивление растекания тока горизонтальной полосы по формуле:

, (5.7)

Подставив значения в выражение сопротивления растекания тока горизонтальной полосы, получим:

Ом.

Определяем сопротивление растеканию полосы с учетом коэффициента использования по формуле:

, (5.8)

где- коэффициент использования соединительной полосы, учитывающий экранирование между полосой и заземлителем, равный 0,52.

Подставив значения в выражение сопротивления растеканию полосы, получим:

Ом.

Определяем результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя:

. (5.9)



Сначала рассчитаем R'_верт:

(5.10)

Подставив значения в выражение в R'_верт, получим:

Подставив значения в выражение результирующего сопротивления растеканию группового заземлителя, получим:

Ом.

Полученное значение сравниваем с наибольшим допустимым значением = 4 Ом.<, следовательно,заземляющее устройство выбрано правильно (2,99<4).

6. Расчет совместных влияний аварийных режимов контактной сети, ЛЭП и воздействия молнии на узел связи

На работу кабельных и воздушных линий связи (ЛС) могут оказывать воздействия ЛЭП, атмосферное электричество, контактные сети электрифицированных ЖД, передающие радиостанции. Они могут создавать в цепях ЛС опасные и мешающие влияния.

Опасное влияние - 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.

Мешающее влияние - 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 ЛЭП, контактные сети ЖД, радиостанции. Источниками опасных влияний служат атмосферное электричество и высоковольтные линии (ВЛ), особенно при аварийном режиме.

При рассмотрении влияний на цепи связи нужно рассмотреть 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.

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

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.

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



Таблица 6.1 - Меры защиты

Меры защиты от влияний
Опасного	Мешающего
Уменьшение времени КЗ, снижение тока КЗ, подвеска защитных тросов, включение в контактную сеть отсасывающих трансформаторов.	Транспозиция проводов, подвеска защитных тросов, отсасывающих трансформаторов, включение в контактную сеть фильтров.

Расчет магнитного влияния ЛЭП и КС на цепи связи

Расчет магнитных влияний производится по следующей формуле:

, (6.1)

где щ - угловая частота, рад/с,;

М - модуль взаимной индуктивности, Гн/км;

I_К.З - ток короткого замыкания, A;

S_p - коэффициент экранирования рельсов;

S_к - коэффициент экранирования обмотки кабеля;

S_п - коэффициент экранирования провода;

l - длинакабеля,км.

Модуль взаимной индуктивности рассчитывается по формуле:

, (6.2)

где f - частота, f=50 Гц;

- проводимость земли, =1/с, Cм/м;

а - расстояние междуЛЭП и кабелем, м.

Величины коэффициентов экранирования представлены в таблице 6.1.



Таблица 6.2- Величины коэффициентов экранирования

	Sр	Sк	Sп
МКПАБ	0,5	0,5	1
ТПП	1	0,5	1
СБПБ	1	0,5	1
Волновод	1	1	0,8

Расчет магнитного влияние ЛЭП на МКПАБ, ТПП, СБПБ.

Исходные данные:

I_К.З=20 кА;

длина кабеля связи, заходящего на тяговую подстанцию 1км;

длина магистрального кабеля связи 21 км;

длина кабеля электропитания от КТП до узла связи 0,75 км;

Расстояние отЛЭП до МКПАБ 280 м;

Расстояние отЛЭП до ТПП 260 м;

Расстояние отЛЭП до СБПБ 240 м;

Расстояние отЛЭП до волновода 301 м.

Для примера выполним расчет магнитного влияния ЛЭП на МКПАБ

Рассчитаем модуль взаимной индукции для кабеля МКПАБ по формуле:

Гн/км.

Подставим данные в формулу (6.2.1) и получим результат:

.

По аналогии выполним расчет для ТПП, СБПБ, волновода и занесем в таблицу.



Таблица 6.3- Магнитное влияние ЛЭП на разные типы кабеля

	Значение модуля взаимной индукции, M, Гн/км	Значение Um, В
МКПАБ	2,728·10-4	9000
ТПП	2,876·10-4	903
СБПБ	3,037·10-4	715
Волновод	6,29·10-4	40000

Расчет магнитного влияния КС на МКПАБ, ТПП, СБПБ и волновод

Исходные данные:

I_К.З=2,7 кА;

длина кабеля связи, заходящего на тяговую подстанцию 1 км;

длина магистрального кабеля связи 21 км;

длина кабеля электропитания от КТП до узла связи 0,75 км;

Расстояние от КС до МКПАБ 20 м;

Расстояние от КС до ТПП 40 м;

Расстояние от КС до СБПБ 60 м;

Расстояние от КС до волновода 1 м.

Расчет выполним аналогично расчету магнитного влияния ЛЭП на цепи связи и занесем значения в таблицу.

Таблица 6.4 - Магнитное влияние КС на разные типы кабеля

	Значение модуля взаимной индукции, M, Гн/км	Значение Um, В
МКПАБ	2,728·10-4	1215
ТПП	2,876·10-4	121
СБПБ	3,037·10-4	96
Волновод	2,584·10-4	3156

Самое большое магнитное влияние КС на волновод.

Рассчитаем влияние прямого удара молнии в ЛЭП на МКПАБ, ТПП, СБПБ. Выполним расчет по аналогии с расчетом магнитного влияния КЗ в ЛЭП. Для этого изменим в формуле 6.1 ток КЗ на ток молнии I_м= 47 кА, частоту найдем по формуле:

, (6.3)

где - длительность фронта, = 7 мкс.

Таблица 6.5 - Влияние прямого удара в ЛЭП на разные типы кабеля

	Значение модуля взаимной индукции, M, Гн/км	Значение Um, В
МКПАБ	6,146·10-4	1,448·108
ТПП	5,997·10-4	1,346·107
СБПБ	5,837·10-4	9,824·106
Волновод	6,291·10-4	4,065·108

Самое большое влияние прямого удара в ЛЭП на волновод.

Рассчитаем влияние прямого удара молнии в КС на МКПАБ, ТПП, СБПБ. Выполним расчет по аналогии с расчетом магнитного влияния КЗ в ЛЭП. Для этого изменим в формуле 6.1 ток КЗ на ток молнии I_м= 47 кА, частоту найдем по формуле (6.3).

Таблица 6.6 - Влияние прямого удара в КС на разные типы кабеля

	Значение модуля взаимной индукции, M, Гн/км	Значение Um, В
МКПАБ	6,146·10-4	1,955·107
ТПП	5,997·10-4	1,817·106
СБПБ	5,837·10-4	1,326·106
Волновод	6,29·10-4	5,488·107

Самое большое влияние прямого удара в КС на МКПАБ.

Расчет гальванического влияния ЛЭП и КС

Гальваническое влияние при КЗ в КС

Рассчитаем гальваническое влияние по формуле:



(6.4)

где I_К.З - ток короткого замыкания, I_К.З=2,7 кА;

- удельное сопротивление грунта, =100 Ом·м;

r- расстояние между заземлителями, м

Влияние короткого замыкания на ТПП на ЗУ ДСП

Определим влияние КЗ ЛЭП на кабель ТПП и заземляющее устройство ДСП по формуле (6.4), приняв расстояние r равным длине кабеля ТПП, т. е. :

.

Аналогично определим влияние КЗ контактной сети на кабель ТПП и заземляющее устройство ДСП:

Влияние короткого замыкания на ТПП на ЗУ КТП

Определим влияние КЗ ЛЭП на кабель ТПП и заземляющее устройство КТП по формуле (6.4), приняв расстояние r равным сумме длин кабеля ТПП и кабеля СБПБ, т. е. :

.

Аналогично определим влияние КЗ контактной сети на кабель ТПП и заземляющее устройство КТП:

.

По итогам расчета гальванического влияния ЛЭП и КС можно сделать вывод, что минимальным является влияние в случае короткого замыкания КС на кабель ТПП и ЗУ КТП.

7. Расчет и выбор элементов каскадной защиты

Варистор - это пассивное двух выводное, твердотельное полупроводниковое устройство, которое используется для обеспечения защиты электрических и электронных схем. В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, которые обеспечивают защиту по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения с помощью стабилизации напряжения подобно стабилитрону. Обладает свойством резко уменьшать свое сопротивление с единиц ГОм до десятков Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины. При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление уменьшается ещё сильнее. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении приложенного напряжения, варисторы являются основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

В случае возникновения импульса напряжения, способного вывести из строя электронное устройство, варистор практически мгновенно уменьшает свое сопротивление, то есть закорачивает цепь питания, поэтому перед варистором всегда ставится плавкий предохранитель.

Варистор подключается параллельно цепи питания. При отсутствии опасных импульсов напряжения ток, протекающий через варистор, имеет небольшую величину, и варистор представляет собой диэлектрик и абсолютно не влияет на работу схемы. Варистор не обладает инерцией, поэтому после «срезания» импульса он мгновенно снова приобретает очень большое сопротивление.



Рисунок 7.1.1 - Условное обозначение варистора

Варисторы широко применяются в промышленном оборудовании и приборах бытового назначения:

а) для защиты полупроводниковых приборов: тиристоров, транзисторов, диодов, стабилитронов;

б) для электростатической защиты входов радиоаппаратуры;

в) для защиты от электромагнитных всплесков в мощных индуктивных элементах;

г) как элемент искрогашения в электромоторах и переключателях.

Основные параметры варисторов:

а) максимально допустимое переменное напряжение. Для варисторов указывается среднеквадратичное значение переменного напряжения, при котором варистор «срабатывает» и начинает пропускать через себя ток, выполняя свои защитные функции;

б) максимально допустимое постоянное напряжение. Тоже, что и максимально допустимое переменное напряжение, но для постоянного тока. Как правило, величина этого параметра больше, чем для переменного тока. Указывается также в вольтах;

в) максимальная поглощаемая энергия. Это величина максимальной энергии импульса, которую может рассеять варистор в виде тепла без угрозы разрушения самого варистора(пиковое поглощение энергии);

г) максимальное значение тока (пиковый ток) на которое должен быть рассчитан варистор;

д) типовая емкость.

Используемые варисторы:

а) защита со стороны электропитания:

Кеkо Variconсерия CV

1) рабочее напряжение - 895 В;

2) максимальная мощность - 1 Вт;

3) максимальный ток - 6500 А (для 8/20 мкс);

4) максимальная энергия - 620 Дж (для 10/1000 мкс);

5) типовая емкость - 5000 Пф (на f = 1 кГц).

б) защита со стороны электрических выводов:

Кеkо Variconсерия PV

1) рабочее напряжение 14 В (при токе 1 мА);

2)максимальная мощность- 0,01 В;

3) максимальный ток - 100 А (для 8/20 мкс);

4) максимальная энергия - 0,6 Дж (для 10/1000 мкс);

5) типовая емкость - 70 Пф.

Разрядник - это электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях.

В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям. Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надежею изоляцию, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических цепях целесообразно применять разрядники.

Один из электродов крепится на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику - гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы).

Рисунок 7.1.3 - Условное обозначение разрядника

Основные параметры:

а) номинальное напряжение сети, для работы в которой предназначен разрядник;

б) номинальное напряжение - это действующее максимальное напряжение промышленной частоты, при котором гарантируется надежное гашение дуги разрядника.

в) импульсное пробивное напряжение при предельном разрядном времени до 2 до 20 мкс. Эта характеристика определяет величину напряжения, которое будет действовать на изоляцию электроустановки до срабатывания разрядника;

г) токовая пропускная способность - показывает, сколько импульсов заданной формы пропустит разрядник без ухудшения своих характеристик;

д) длина пути утечки внешней изоляции - характеризует длину пути утечки тока по внешнему изолятору [7].

Используемые разрядники:

а) защита со стороны электропитания:

CitelDS 250VGTT (3 полюсный +1)[3]

1)максимальное возможное перенапряжение - 330 В;

2) максимальный ток молнии (10/350) - 25 кА/100 кА;

3) остаточное напряжение - 800 В.

б) защита со стороны электрических выводов:

РВО - 3

1)наибольшее допустимое напряжение - 3,8кВ;

2)ток утечки - 6 мкА (не более);

3) пробивное импульсное напряжение - 20кВ (не более);

Один из классов полупроводниковых диодов в нашей литературе называется ПОН (полупроводниковый ограничитель напряжения) или супрессор. В зарубежной технической литературе используется название TVS-диод (TransientVoltageSuppressor).

В технической литературе супрессор могут называть по-разному: TVS-диод, ограничитель напряжения, ограничительный диод. Супрессоры можно встретить в импульсных блоках питания - там они служат защитой от перенапряжения питаемой схемы при неисправностях импульсного блока питания.

Супрессоры были созданы для защиты промышленной аппаратуры от разрядов атмосферного электричества. В условиях эксплуатации электронных приборов как промышленного, так и бытового назначения большое значение придается именно защите этих приборов именно от природных электрических импульсов.

Большим минусом диодов можно считать большую зависимость максимальной импульсной мощности от длительности импульса. Обычно рассматривается работа TVS-диода при подаче на него импульса с минимальным временем нарастания порядка 10 микросекунд и малой длительностью.

Рисунок 5.1.4 - Условное обозначение супрессора

Основные параметры:

а) пиковый ток, данное значение показывает, какое максимальное значение импульса тока способен выдержать супрессор без разрушения;

б) температурный коэффициент;

в) типовая емкость;

г) максимальное рабочее напряжение;

д) напряжение срабатывания.

Используемые супрессоры:

а) защита со стороны электропитания

Тип 1.5KE400СА.

1) максимальное рабочее напряжение - 342 В;

2) напряжение срабатывания - 528 В;

3)напряжение, при котором резко возрастает протекающий ток - 400 В;

4) температурный коэффициент - 11•10?;

5) время срабатывания - 10/1000 мкс;

6) пиковый ток в режиме срабатывания - 4А;

7) типовая емкость - 390 пФ.

б) защита со стороны электрических выводов:

1.5KE6V8CA

1) максимальное рабочее напряжение - 5,8 В;

2) напряжение срабатывания - 10,5 В;

3)напряжение при котором резко возрастает протекающий ток - 6,8 В;

4) температурный коэффициент - 5,7•10?;

5) время срабатывания - 10/1000 мкс;

6) пиковый ток в режиме срабатывания - 143А;

7. типовая емкость - 390 пФ.

Другие использованные элементы

Предохранители при защите устройств со стороны электропитания:

а) Citel 250gG (устанавливаются в тандеме с CitelDS 250VGTT);

б) ПНО - 37

Предохранитель при защите устройствсо стороны электрических выводов -ПНО -37.

Схема защиты со стороны электрических выводов представлена на рисунке (7.5), которая состоит из предохранителей (F1, F2), разрядника (PT1), варистора(RU1), супрессора(VD1) и катушки индуктивности(L1).

Рисунок 7.5 - Схема защиты аппаратуры со стороны линейных выводов

Схема защиты электропитания представлена на рисунке (7.6), которая состоит из предохранителей (F2, F3), разрядника (PT2), варистора (RU2), супрессоров (VD2, VD3) и катушек индуктивности(L3, L4).

Рисунок 7.6 - Схема защиты электропитания



Рисунок 7.7 - Схема защиты волновода

8. Расчет параметров электромагнитного экрана аппаратуры

Электромагнитный экран - это металлическая оболочка, которая используется для исключения влияния экранированного оборудования на другие приборы и людей. Путем окружения такой оболочкой источника переменного электромагнитного поля можно исключить влияние этого источника на устройства, расположенные вне оболочки.

Чем выше частота и толщина стенок экрана, тем экранирующее действие выше.

Эффективное экранирующее действие достигается при толщине стенок, которая равна длине волны в веществе экрана. Объясняется это тем, что на таком расстоянии происходит фактически полное затухание волны. На практике считается, что затухание происходит уже на расстоянии, в два-три раза меньшем по сравнению с длиной.

Что касается частоты, то при ее увеличении уменьшается глубина проникновения (длина волны) электромагнитного поля в проводнике.

Под электромагнитным экранированием понимается комплекс мер, ограничивающих область распространения электромагнитных волн (сигналов). Это необходимо для:

а) обеспечения защиты людей от недопустимого для человеческого организма уровня электромагнитного воздействия;

б) исключения негативного взаимовлияния (создания индустриальных радиопомех) различных передающих и приемных радиоэлектронных устройств;

в) защиты информации в помещениях и технических каналах от несанкционированного съема;

г) обеспечения благоприятной электромагнитной обстановки вокруг работающих электроустановок и сверхвысокочастотных устройств.

Поверхностный эффект, скин-эффект - эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.

Глубину проникновения рассчитаем по формуле:

, (8.1)

где f - частота, Гц,

µ_m - магнитная проницаемость металла, Гн/м,

_m - проводимость металла, _m=7,7•10⁶ См/м.

µ_m=µ•µ₀, (8.2)

где µ - магнитная проницаемость алюминия, равная 200 Гн/м,

µ₀ - магнитная постоянная, равная 4•р?10^-7 Гн/м.

Рассчитаем магнитную проницаемость по формуле (8.2):

µ_m=200•4?р?10^-7=800•р?10^-7 Гн/м.

Воспользуемся формулой (8.1) и построим график зависимости глубины проникновения от частоты:

Рисунок 8.1 - Зависимость глубины проникновения от частоты

Общий коэффициент экранного затухания рассчитаем по формуле:

А_э=А_р+А₀, (8.3)

где А_р - затухание поглощения, Нп,

А₀- затухание отображение, Нп.

Затухание поглощения найдем по формуле:

, (8.4)

где г_m - постоянная распространения в металле, 1/м,

? -толщина экрана, равная 1,8 мм.

Затухание отображения найдемдля магнитного и электрического полей отдельно, изменяя Z_g, по формуле:

, (8.5)

где Z_g -волновое сопротивление диэлектрика (воздуха), Ом,

Z_m - волновое сопротивление металла, Ом.

Постоянную распространения в металле найдем по формуле:

. (8.6)

Волновое сопротивление металла найдем по формуле:

. (8.7)

Волновое сопротивление диэлектрика зависит от магнитного и электрического, поэтому посчитаем его для разных случаев.

Для магнитного поля рассчитаем волновое сопротивление по формуле:

, (8.8)

где г_g - постоянная распространения в диэлектрике, 1/м,

r_э- радиус экрана, равный 0,3 м.

Постоянную распространения рассчитаем по формуле:

, (8.9)

где -электрическая постоянная вакуума, равная 8,85•10^-12 Ф/м.

Для электрического поля рассчитаем волновое сопротивление по формуле:

, (8.10)

где Z₀ - волновое сопротивление.

Волновое сопротивление найдем по формуле:

. (8.11)

Ом.

Воспользуемся формулой (8.8) и построим график зависимости волнового сопротивления диэлектрика магнитного поля от частоты.

Рисунок 8.2 - Зависимость волнового сопротивления диэлектрика магнитного поля от частоты

Воспользуемся формулой (8.10) и построим график зависимости волнового сопротивления диэлектрика электрического поля от частоты.



Рисунок 8.3 - Зависимость волнового сопротивления диэлектрика электрического поля от частоты

Воспользуемся формулой (8.7) и построим график зависимости волнового сопротивления металла от частоты.

Рисунок 8.4 - Зависимость волнового сопротивления металла от частоты

Воспользуемся формулой (8.4) и построим график зависимости затухания поглощения от частоты.



Рисунок 8.5 - Зависимость затухания поглощения от частоты

Воспользуемся формулой (8.5) и построим графики зависимости затухания отображения от частоты для магнитного и электрического полей.

Рисунок 8.6 - Зависимость затухания отображения от частоты для магнитного поля



Рисунок 8.7 - Зависимость затухания отображения от частоты для электрического поля

Воспользуемся формулой (8.3) и построим графики зависимости общего коэффициента экранного затухания от частоты для магнитного и электрического полей.

Рисунок 8.8 - Зависимость общего коэффициента экранного затухания от частоты для магнитного поля



Рисунок 8.9 - Зависимость общего коэффициента экранного затухания от частоты для электрического поля



Заключение

Курсовая работа включает в себя описание плана расположения станционных и линейных объектов района промежуточной малой станции. Были рассмотрены основные определения используемых элементов и понятий, амплитудно-временные формы, узел электропитания аппаратуры связи, спектр воздействующих импульсов, характеристики тока молнии. В ходе выполнения курсовой работы был произведен расчет контура заземления.

Был произведен расчет различных видов влияния от линий электропитания и контактной сети на оборудование связи - магнитное, гальваническое, емкостное и занос потенциала. Рассмотрены общие сведения, меры защиты от влияний и основные методики расчета, полученные результаты занесены в таблицы и сделаны соответствующие выводы по ним.

Были ознакомлены с основными сведениями о элементах защиты, в дальнейшем выбраны те элементы, которые удовлетворяли наши потребности при проектировании схем защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов. Соответственно были приведены схемы для обеспечения защиты магистральной связи, волновода и устройств связи.

Полученные в ходе выполнения курсовой работы знания, будут являться фундаментом для дальнейшего изучения специальных дисциплин, а так же могут быть применены в дальнейшем при разработке и проектировании схем защиты.



Библиографический список

1 СТП ОмГУПС-1.5-02

2 Информационный сайт «Путеводитель по энергетике»: http://pue8.ru/elektrotekhnika/464-chto-takoe-perenapryazhenie-vidy-perenapryazhenij-i-ikh-opasnost.html

3 Каталог товаров производителя«CITEL»:http://www.intherm.ru/images/catalogue/citel/catalogue_citel.pdf

4 Справочный сайт «Все для радиолюбителя»:http://www.joyta.ru/7117-varistor-princip-raboty-i-primenenie/

5 Компоненты производителя «KekoVaricon»: http://www.icquest.ru/upload/cd5385e223e66488368bbee8ac181dec.pdf

6 Сайт компании «Quest»:http://shemu.ru/lessons/293-varistoru

7 Информационный сайт «Электронщик»: http://elektronchic.ru/elektrotexnika/varistor-varistornaya-zashhita.html

8 Портал «FB.ru»: http://fb.ru/article/229991/varistor-printsip-rabotyi-harakteristiki-naznachenie-kak-rabotaet-varistor

9 Компьютерный журнал «КомпьютерПресс»: http://compress.ru/article.aspx?id=9553

Размещено на Allbest.ru