Расчет влияния внешних импульсных перенапряжений на устройства связи и меры защиты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Инфокоммуникационные системы и информационная безопасность»

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Электромагнитная совместимость и средства защиты»

РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА УСТРОЙСТВА СВЯЗИ И МЕРЫ ЗАЩИТЫ

Студент группы 22 Б

В.Е. Соколов

Руководитель

Л.Р. Доросинский

Омск 2015



Реферат

Курсовой проект содержит 29 страниц, 19 рисунков, 2 таблиц, 18 формул, 4 источника.

Контактная сеть, импульсное перенапряжение, устройства связи, контур заземления, спектр воздействующих импульсов, каскадная защита, волновод, кабель.

Курсовая работа содержит расчёт описание основных источников влияния на цепи узла связи, расчет спектра воздействующих импульсов, а также расчет влияний аварийных режимов контактной сети. Подбор элементов каскадной защиты аппаратуры.

В процессе выполнения проекта были использованы программы: Microsoft Office Word, Visio и Mathcad.



Содержание

Введение

1. Описание плана и характеристика основных источников влияния

2. Амплитудно-временные формы воздействующих импульсов, характеристики разрядов молнии

3. Расчет контура заземления здания ДСП

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

4.1 Общие сведения

4.2 Расчет магнитного влияния ЛЭП и КС на цепи связи

4.3 Расчет гальванического влияния ЛЭП и КС на цепи связи

4.4. Расчет перенапряжения при заносе высокого потенциала молнии

4.5 Расчет емкостного влияния КС на волновод

4.6 Итоговые рассчитанные значения магнитного, гальванического, емкостного влияний и заноса потенциала

5. Расчет и выбор элементов каскадной защиты

5.1 Описание и использование элементов

5.2 Схемы защиты

6. План размещения аппаратуры

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Масштабное использование электронного оборудования во всех сферах человеческой деятельности обострило потребность в защите от электрических сбоев.

Раньше причины сбоев искали только в самом оборудовании, теперь стало понятно, что внимания заслуживают также внешние факторы, а именно электрическое перенапряжение. Ущерб, вызванный импульсными перенапряжениями, возрос в разы по сравнению с прошлым. Например, согласно мировой статистике выплаты по страховым случаям, связанным с перенапряжением, составляют десятки процентов от общего количества страховых выплат.

Перенапряжение, как правило, возникает в результате атмосферных разрядов, коммутационных процессов в распределительных электрических сетях и коммутационных процессов силовых элементов и устройств в технологических цепях. Атмосферное перенапряжение характеризуется достаточно большой энергией и возникает при прямых ударах молнии в электроустановку или наводится (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 нашей страны в среднем - 25.

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

Технологические перенапряжения, как правило, возникают при замыкании и размыкании индуктивных и емкостных нагрузок. Они происходят в несколько раз чаще, чем два предыдущих типа. Волны перенапряжения могут распространяться из источника несколькими способами.

Перенапряжение в распределительных электрических сетях может быть вызвано резким возрастанием потенциала основного заземления в результате прямого попадания молнии. Устойчивость к перенапряжениям является составной частью электромагнитной совместимости, т.е. способности электрооборудования нормально работать при наличии электромагнитных помех. Вот почему защита от перенапряжения становится все более актуальной.



1. Описание плана и характеристика основных источников влияния

Рисунок 1.1 - План станции

Трансформаторная подстанция -- электроустановка, предназначенная для приема, преобразования (повышения или понижения) напряжения в сети переменного тока и распределения электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сельских, поселковых, городских, промышленных объектов. Состоит из силовых трансформаторов, распределительного устройства, устройства автоматического управления и защиты, а также вспомогательных сооружений.

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.

Дом связи - здание, в котором находятся рабочее место ДСП и аппаратура связи.

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, комплекс. 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.

Рассмотрим типы кабелей для магистральной, местной связи и волноводов.

МКПАБ - магистральный кабель, 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, 8- стальные бронепокровы)

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 - наружный покров, 2 - броня, 3 - подушка, 4 - оболочка, 5 - поясная изоляция, 6 - изоляция, 7 - тонконесущая жила)

Кабели ТПП применяются для эксплуатации в местных телефонных городских сетях с переменным напряжением до 225 и 145 В частотой 50 Гц или напряжением постоянного тока до 315 и 200 В соответственно. Отдельная пара проводов в кабеле имеет слабую скрутку и волновое сопротивление 120--150 ом. 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

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 - стальная сердцевина, 2 - проводящий слой)

Источниками влияния на узел связи являются:

- контактная сеть (электромагнитное воздействие)

- ЛЭП (электромагнитное воздействие)

- разряды молнии. (Мгновенные разряды скопившегося атмосферного электричества в воздухе. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 10-500 тысяч ампер, напряжение -- от десятков миллионов до миллиарда вольт)



2. Амплитудно-временные формы воздействующих импульсов, характеристика разрядов молнии

Амплитудно-временная форма главной стадии тока молнии на входах ВЗУ по заданию - 6/400 мкс.

Запишем интегральную формулу преобразования Фурье:

(2.1)

Построим график по формуле:

(2.2)

Где Imax =85 кА - Амплитуда тока молнии

Рисунок 2.1 - Зависимость тока молнии от времени



Построим график спектральной характеристике по формуле:

(2.3)

Рисунок 2.2 - Спектральная характеристика

, поэтому значение граничной частоты для дальнейших расчетов примем равным 410 Гц.



3. Расчет контура заземления здания ДСП

Заземление - это ЗУ (заземляющее устройство), предназначенное для электрического соединения с «землей» различных заземляемых частей электрооборудования.

Для каждой системы заземления (TN-C, TN-S, TN-C-S, TT и IT) существуют свои требования к сопротивлению заземляющего устройства.

Сопротивление ЗУ очень сильно зависит от:

а) Типа грунта;

б) Структуры грунта;

в) Состояния грунта;

г) Глубины залегания электродов;

д) Количества электродов;

е) Свойств электродов.

Контур заземления - это и есть, соединенные между собой, горизонтальные и вертикальные электроды, которые заложены на определенной глубине в грунте.

Все свойства грунта определяются его сопротивлением растекания тока. И чем это сопротивление меньше, тем лучше для монтажа контура заземления.

Контур заземления классически представляет собой группу соединенных горизонтальным проводником вертикальных электродов небольшой глубины, смонтированных около объекта на относительно небольшом взаимном расстоянии друг от друга.

В качестве заземляющих электродов в таком заземляющем устройстве традиционно использовали стальной уголок либо арматуру длинами 2,5-3 метра, которые забивали в грунт с помощью кувалды.

В качестве соединительного проводника использовали стальную полосу 4х40мм, которая укладывалась в заранее подготовленную канаву глубиной 0,5-0,7 метра. Проводник присоединялся к смонтированным заземлителям электро- или газосваркой.

В данном курсовом проекте контур заземления состоит из двадцати штырей, расположенных на расстоянии четырех метров друг от друга. Сопротивление такого контура не должно превышать 4 Ом. Начнем расчет с определения вертикальной составляющей Rв:

(3.1)

Где - удельное сопротивление грунта, равное 65 Ом_*м; - длина штыря из арматуры, равная 2,5 м; - диаметр штыря, равный 0,02 м;

- глубина, на которую углублено начало штыря, равная 0,7 м.

Таким образом, проведя расчет, получаем:

Далее необходимо рассчитать горизонтальную составляющую:

(3.2)

где - ширина горизонтальной шины, равная 0,04 м;

- общее расстояние между штырями, равное 45 м.

Проведя расчет получим:

Зная эти составляющие, рассчитаем сопротивление контура заземления по следующей формуле:



(3.3)

Где - сезонный коэффициент, равный 1,4; - коэффициент использования, равный 0,5; - количество штырей, равное 10 шт.

Проведя расчет получим:

По полученному значению, можно сделать вывод, что количество штырей подобрано верно, так как выполняется условие .



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

4.1 Общие сведения

На работу кабельных и воздушных линий связи (ЛС) могут оказывать неблаговременные воздействия посторонние источники влияния, к которым относятся: 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 определении электромагнитных влияний учитывается раздельно электрическое и магнитное влияние. Такой метод является целесообразным по той причине, что обычно одна из составляющих значительно больше другой, поэтому малой составляющей можно пренебречь.

Также установлены нормы опасных напряжений и токов цепях воздушных автоматики и связи при электрическом влиянии.

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

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

При проектировании линий сильного тока или линии автоматики, телемеханики и связи 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 4.1 - 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.

4.2 Расчет магнитного влияния ЛЭП и контактной сети на цепи связи

Расчет магнитных влияний производится по следующей формуле:

(4.1)

где щ= 314 рад/с;

I_К.З - ток короткого замыкания;

l - длина совместного пробега кабеля;

S_p - коэффициент экранирования рельсов равен 0,5;

S_к - коэффициент экранирования кабеля;

М - модуль взаимной индуктивности.

Перед началом расчета необходимо составить план станции и указать расстояния отЛЭП и контактной сети до объектов и кабелей, подверженных влиянию.

Расчет начнем с магнитного влияния ЛЭП на КТП (СБПБ), ТП (ТПП), магистральный кабель (МКПАБ) и волновод (ВВ).

а) магнитное влияние на СБПБ.

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

б) магнитное влияние на ТП:

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

в) Магнитное влияние на магистральный кабель.

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

г) магнитное влияние на волновод

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

Далее рассчитаем магнитное влияние контактной сети.

а) магнитное влияние на СБПБ.

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

б) магнитное влияние на ТП:

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

в) Магнитное влияние на магистральный кабель.

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

г) магнитное влияние на волновод

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

Расчет магнитного влияния ЛЭП при ударе молнии на КТП (СБПБ), ТП (ТПП) и магистральный кабель (МКПАБ).

а) магнитное влияние на СБПБ.

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

б) магнитное влияние на ТП:

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

в) Магнитное влияние на магистральный кабель.

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

Рассчитаем магнитное влияние при ударе молнии контактной сети.

а) магнитное влияние на СБПБ.

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

б) магнитное влияние на ТП:

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

в) Магнитное влияние на магистральный кабель.

Исходные данные:

Подставив данные в расчетную формулу (2.1) получим:

4.3 Расчет гальванического влияния ЛЭП и контактной сети на цепи связи

Схематичное представление станционных объектов приведено на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Схематичное расположение станционных объектов

Значение r1 принимаем равным 100 м, r3 - 1400 м. Расстояния r2 и r4 намного больше расстояния r1, поэтому их значения принимаем равными бесконечности.



(4.3.1)

Значения и равны нулю, поэтому соответственно для ЛЭП и КС можно записать:

4.4 Расчет перенапряжений при заносе высокого потенциала молнии

Рисунок 4.4 - Схема заноса высокого потенциала молнии

Расчет производится для заноса потенциала со стороны контура ТП

(4.4.1 - 4.4.3)

Где

L= 2 мГн/км;

R=10 Ом/км;

С=10 нФ/км;

Rтп=0,2 Ом

(4.4.4)

(4.4.5)

(4.4.6)

(4.4.7)

(4.4.8)

Рисунок 4.4.1 - Эпюра напряжения при заносе потенциала



4.5 Расчет емкостного влияния КС на волновод

Приведем схему емкостного влияния (см. рис. 4.5).

Рисунок 4.5 - Схема емкостного влияния

Влияние контактной сети на волновод описывается следующей формулой:

(4.4.9)

где С0=10 нФ/км;

С1=5 нФ/км;

С2=14 нФ/км;

a=1 м;

b=5 м;

c=4.5 м;

Sn=0.8.

Подставим данные в формулу 4.4.1 и получим:



4.6 Итоговые рассчитанные значения магнитного, гальванического, емкостного влияний и заноса потенциала

Таблица 4.6.1 - Рассчитанные значения влияний

Вид влияния	Магнитное, В	Гальваническое, В	Занос высокого потенциала, В	Емкостное, В
	КС	ЛЭП	Гроза (КС)	Гроза (ЛЭП)	КС	ЛЭП	Со стороны ТП
МКПАБ	633	1441	72220	7476	403	1862	201	-
ТППэ	246	560	28090	1444	-	-	-	-
СБПБ	123	300	15050	765	-	-	-	-
Волновод	6730	-	-	-	-	-	-	1168



5. Расчет и выбор элементов каскадной защиты

5.1 Описание и использование элементов

Варистор -- полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода. 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).

Варисторы обладают крайне полезным для электрических цепей качеством. Они способны резко менять свое сопротивление при превышении напряжения определенного порога срабатывания.

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 5.1.1 - Условное обозначение варистора

Варисторы широко применяются в промышленном оборудовании и приборах бытового назначения:

- для защиты полупроводниковых приборов: тиристоров, симисторов, транзисторов, диодов, стабилитронов;

- для электростатической защиты входов радиоаппаратуры;

- для защиты от электромагнитных всплесков в мощных индуктивных элементах;

- 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) Максимальное напряжение ограничения. Это максимальное напряжение, которое способен выдержать варистор без повреждения. При превышении напряжения ограничения варистор выходит из строя.

г) Максимальная поглощаемая энергия. Это величина максимальной энергии импульса, которую может рассеять варистор в виде тепла без угрозы разрушения самого варистора;

д) Время срабатывания - время, за которое варистор переходит из высосокоомного состояния в низкоомное при превышении максимально допустимого напряжения. Для широко распространенных варисторов это значение составляет несколько десятков нс.

е) Допустимое отклонение - допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора.

Используемые варисторы:

а) защита устройств связи

Тип Epcos B7220-S

- рабочее напряжение 47 В (при токе 1 мА);

- напряжение срабатывания - 30 В;

- поглощаемая энергия - 26 Дж.

б) защита устройств питания

Тип Joyin JVR-10N221K

- рабочее напряжение 220 В (при токе 1 мА);

- напряжение срабатывания среднеквадратичное - 140 В;

- поглощаемая энергия - 31 Дж.

Позисторы - термосопротивления, которые имеют положительный температурный коэффициент. Предназначены для защиты цепей от перегрузок по току.

Керамические позисторы являются практически вечными предохранителями, работают очень надежно, но имеют несколько более низкое быстродействие, чем полисвич, который изготовлен на основе полимера.

Рисунок 5.1.2 - Условное обозначение позистора



Области применения:

- предохранители в схемах защиты от перегрузок по току и напряжению с температурой переключения 60…120°С и рабочим напряжением до 300 В;

- переключатели в схемах пусковых устройств, в схемах размагничивания, в схемах задержки;

- элементы встроенной температурной защиты с интервалом рабочих температур 90…160°С;

- термодатчики в схемах измерения и контроля температуры.

Основные параметры:

а) номинальное сопротивление терморезисторов при определенной температуре окружающей среды;

б) температура переключения, соответствующая началу области положительного ТКС;

в) максимальное напряжение - напряжение, которое может быть приложено к позистору длительное время;

г) ток опрокидывания позисторов - минимальный ток через терморезистор, при котором электрическая мощность достаточна для разогрева терморезистора до температуры переключения;

д) ток срабатывания, Iсраб>Iопр и обычно Iсраб~1,4-Iопр;

е) максимальный пусковой ток - максимально допустимый пусковой ток, при превышении которого может произойти разрушение позистора;

ж) номинальный ток - максимальный ток через терморезистор, при котором температура разогрева терморезистора не превышает температуру переключения.

Используемые варисторы в защите устройств связи:

Тип MZ23-25

- номинальное сопротивление - 25 Ом;

- температура переключения - 80 C;

- номинальный ток - 100мА;

- ток переключения - 130мА;

- рабочий ток - 10 мА;

- рабочее напряжение - 48 В.

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 5.1.3 - Условное обозначение разрядника (газонаполненного) двух- и трехэлектродного



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 2-20 мкс. Эта характеристика определяет величину напряжения, которое будет действовать на изоляцию электроустановки до срабатывания разрядника;

г) остаточное напряжение на разряднике -- напряжение, остающееся на разряднике после его срабатывания при протекании по нему импульса тока заданной формы и длительности;

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

е) длина пути утечки внешней изоляции -- характеризует длину пути утечки тока по внешнему изолятору.

Используемые газоразрядники:

а) защита устройств связи

Тип Citel BB75

- напряжение пробоя для постоянного тока - 60-80 В;

- сопротивление изоляции - 10 ГОм;

- емкость - 0.8 пФ;

- номинальный импульсный ток - 25 кА;

б) защита питания

Тип РВП 10

- номинальное напряжение - 10 кВ;

- пробивное напряжение (при 50 Гц) - 25 кВ;

- пробивное импульсное напряжение - 50 кВ;

Тип Legrand 15kA 220В

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

В технической литературе и в среде общения радиолюбителей супрессор могут называть по-разному: защитный диод, ограничительный стабилитрон, TVS-диод, трансил, 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.

У TVS-диодов ярко выраженная нелинейная ВАХ. Если амплитуда электрического импульса превысит паспортное напряжение для конкретного типа диода, то он перейдет в режим лавинного пробоя. То есть TVS-диод ограничит импульсные напряжения до нормальной величины, и «излишки» уходят на корпус (землю) через диод. До тех пор, пока не возникает угроза выхода из строя электронного прибора, TVS-диод не оказывает никакого влияния на работу техники. У этого полупроводникового прибор более высокое быстродействие по сравнению с ограничителями, которые использовались раньше.

Большим минусом этих 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) значение постоянного обратного тока. Это значение максимального обратного тока утечки, который есть у всех диодов;

б) постоянное обратное напряжение;

в) максимальное импульсное напряжение ограничения;

г) максимальный пиковый импульсный ток. Данное значение показывает, какое максимальное значение импульса тока способен выдержать супрессор без разрушения;

д) максимальная допустимая импульсная мощность. Этот параметр показывает, какую мощность может подавить супрессор.

Используемые супрессоры:

а) защита устройств связи

Тип 1.5KE68СА.

- максимальная рассеиваемая мощность - 1.5кВт;

- максимальное рабочее напряжение - 58.1 В;

- напряжение срабатывания - 92 В;

- напряжение, при котором происходит резкое увеличение протекающего тока - 68В;

- время срабатывания - 10/1000 мкс;

- пиковый ток в режиме срабатывания - 16.3 А;

- типовая емкость - 1550 пФ.

Тип 1.5KE15CA.

- максимальная рассеиваемая мощность - 1.5кВт;

- максимальное рабочее напряжение - 12.8 В;

- напряжение срабатывания - 21.2 В;

- напряжение, при котором происходит резкое увеличение протекающего тока - 15В;

- время срабатывания - 10/1000 мкс;

- пиковый ток в режиме срабатывания - 71 А;

- типовая емкость - 5000 пФ.

б) защита питания

Тип P6KE350CA.

- рассеиваемая мощность - 600 Вт;

- максимальное рабочее напряжение - 350 В;

- время срабатывания - 1 мс;

- максимальный ток через варистор - 100 А.

Предохранители в защите устройств связи: ПНО 37.

Предохранители в защите устройств питания: ПКН001-10.

Автоматы в защите устройств питания: ВА5137Ф, ВА4729.

5.2 Схемы защиты

Рисунок 5.2.1 - Защита волновода



Рисунок 5.2.2 - Защита устройств связи

Рисунок 5.2.3 - Защита питания



6. План размещения аппаратуры

В комнате ДСП находятся: бла - бла

- кабельная шахта (Ш);

- кроссы (КР);

- вводно-защитные устройства (ВЗУ);

- вводной щит (ВЩ1, ВЩ2);

- главная заземляющая шина (ГЗШ);

- аппаратура связи и рабочие места.

Рисунок 6.1 - План размещения аппаратуры

молния заземление перенапряжение амплитудный



Заключение

Курсовой проект включает в себя описание плана малой промежуточной станции и различных типов кабелей, используемых на этой станции. Были рассмотрены основные определения, амплитудно-временные форма и спектр воздействующих импульсов, характеристики тока молнии. В ходе выполнения проекта был произведен расчет контура заземления, который имеет значение менее чем 4 Ома.

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.

Так же приведены основные сведения о элементах защиты, были выбраны те элементы, которые в последующем были применены для построения схем защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов. Приведены схемы для защиты магистральной связи, волновода и устройств связи.

Наконец, в курсовом проекте описан план размещения аппаратуры.

Полученные в ходе выполнения проекта знания являются базой для дальнейшего изучения специальных дисциплин и могут быть применены в дальнейшем при разработке различных схем защиты.



Список использованной литературы

1. Стандарт предприятия. СТП ОмГУПС-3.1-05.

2. Виноградов В.В., Кустышев С.Е., Прокофьев В.А. Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебник для вузов ж.-д. транспорта- М.: Издательство «Маршрут», 2002. - 416 с.

3. Володина Н.А., Карякин Р.Н., Куликова Н.В. Основы электромагнитной совместимости: Учебник для вузов- М.: Издательство «Алтайский полиграфический комбинат», 2007. - 480 с.

4. Выходцев В.В., Марков М.В. Правила защиты устройств проводной связи от влияния тяговой сети электрических железных дорог постоянного тока. Издательство «Транспорт», Москва, 1969. -44 с.

Размещено на Allbest.ru

...