Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра "Инфокоммуникационные системы и информационная безопасность"

РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА УСТРОЙСТВА СВЯЗИ И МЕРЫ ЗАЩИТЫ

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: "Электромагнитная совместимость и среда защиты"

Студент гр. 22Б Д.Ю. Нуждин

Руководитель доцент кафедры ИСИБ

Л.Р. Доросинский

Омск 2015



Реферат

УДК 621.391

Курсовой проект содержит 33 страницы печатного текста, 18 рисунков, 17 таблиц, 5 источников.

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

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 Word 2010, Microsoft Visio 2010 и Mathcad 15.



Содержание

• Введение
• 1. Описание плана и характеристика основных источников влияния
• 2. Расчет контура заземления
• 3. Амплитудно-временные формы воздействующих импульсов, характеристика разрядов молнии
• 4. Расчет влияния ЛЭП и контактной сети на аппаратуру связи
• 4.1 Общие сведения
• 4.2 Расчет магнитного влияния ЛЭП и контактной сети на цепи связи
• 4.3 Расчет гальванического влияния ЛЭП и контактной сети на цепи связи
• 5. Расчет перенапряжений при заносе напряжений молнии.
• 5.1 Итоговые рассчитанные значения магнитного, гальванического, емкостного влияний и заноса потенциала
• 6. Элементы защиты
• 6.1 Описание и использование элементов
• 7. План размещения аппаратуры и средств защиты
• Заключение
• Библиографический список


Введение

В курсовой работе необходимо произвести расчеты контура заземления здания ДСП, совместных влияний аварийных режимов КС, ЛЭП и воздействия молнии, магнитных влияний КС и ЛЭП, гальванических влияний ЛЭП и КС на кабель связи, перенапряжений при заносе высокого потенциала. На основе получившихся данных спроектировать многокаскадные устройства защиты устройств связи и питания, а так же выбрать элементы защиты. Создать план размещения аппаратуры и средств защиты.

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. 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, комплек. 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 из джута, 8 - стальные ленты)

СБПБ - 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 СБПБ (1 - токонесущая жила; 2 - изоляция; 3 - поясная изоляция; 4 - оболочка; 5 - броня)

Кабель ТПП используется в местных сетях телефонной связи. Токопроводящие жилы кабеля изготавливаются из меди и имеют диаметр от 0,32 до 0,7 мм. Жилы покрывают сплошным полиэтиленовым изоляционным слоем. Отдельная пара проводов в кабеле имеет слабую скрутку. Кабель марки ТПП эксплуатируется при температуре окружающей среды не ниже -50єС и не выше +60°С.

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

Источниками влияния на узел связи являются:

- контактная сеть (электромагнитное воздействие)

- ЛЭП (электромагнитное воздействие)

- разряды 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.

Импульс тока, создаваемый разрядом молнии, имеет форму, представленную на рисунке 1.6. Наибольшую опасность представляет собой быстро нарастающий фронт импульса, который приводит к повреждению незащищенной аппаратуры.

Характеристики разрядов молнии

Рисунок 1.6 - Изменение тока молнии (одиночного разряда) во времени

Рисунок 1.7 - Модель волны импульса тока молнии



Рисунок 1.8 - Кривая вероятности токов молнии



2. Расчет контура заземления

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 4х 40мм, 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:

(2.1)

где - удельное сопротивление грунта, равное 40 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:

(2.1)

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

- общее расстояние между штырями, равное 39 м.

Проведя расчет получим:

.

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



(2.2)

где - сезонный коэффициент, равный 1,4;

- коэффициент использования, равный 0,35;

- коэффициент использования, равный 0,53;

- количество штырей, равное 10 шт.

Проведя расчет получим:

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



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

Амплитудно-временная форма главной стадии тока молнии на входах ВЗУ по заданию - 8/500 мкс. Временная характеристика импульса молнии определяется выражением (3.1) и имеет вид, представленный на рисунке 3.1:

, А (3.1)

Рисунок 3.1 - Временная характеристика импульса молнии

Спектральная характеристика определяется выражением (3.2) и изображена на рисунке 3.2:



. (3.2)

Рисунок 3.2 - Спектральная характеристика импульса молнии

По спектральной характеристике определим значение граничной частоты, используемое в расчетах, по уровню 0,7 от . Значение fгр=325 Гц.

По второму варианту расчета эквивалентной частоты в интервале 0 - выбирается:



4. Расчет влияния ЛЭП и контактной сети на аппаратуру связи

4.1 Общие сведения

На работу кабельных и воздушных линий связи (ЛС) могут оказывать неблаговременные воздействия посторонние источники влияния, к которым относятся: атмосферное электричество, линии электропередачи, контактные сети электрифицированных железных дорог (эл. ж. д) передающие радиостанции.

Указанные внешние источники помех могут создавать в цепях ЛС опасные и мешающие влияния.

Опасным влиянием называется такое 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.

Мешающим влиянием называется такое 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 линии электропередачи, контактные сети эл. ж. д., радиостанции. Источниками опасных влияний служат, главным образом, атмосферное электричество и высоковольтные линии (ВЛ), особенно при аварийном режиме.

При рассмотрении влияний на цепи связи различают три режима работы:

1. Нормальный режим работы - режим, при котором линия работает постоянно;

2. Вынужденный режим - режим, при котором линия вынуждена работать определенный промежуток времени в режиме, отличающемся от нормального;

3. 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 возникает неуравновешенное напряжение, равное 1,73 линейного напряжения.

Высоковольтные линии и электрифицированные железные дороги 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.

Кроме норм опасных напряжений, обусловленных магнитным влиянием, 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:

,В (4.2.1)

где щ - частота питающей сети, рад/сек;

I_К.З - ток короткого замыкания, А;

l - длина кабеля, км;

S_p - коэффициент экранирования рельсов;

S_к - коэффициент экранирования кабеля;

М - модуль взаимной индуктивности, Гн/км.

Расчет магнитного влияния ЛЭП и КС на МКПАБ.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети на МКПАБ:

Модуль взаимной индуктивности:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на МКПАБ:

При расчете магнитного влияния ЛЭП не учитываем .

Модуль взаимной индуктивности:

Расчет магнитного влияния ЛЭП и КС на ТПП.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети на ТПП:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на ТПП:

При расчете магнитного влияния ЛЭП не учитываем .

Расчет магнитного влияния ЛЭП и КС на СБПБ.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети на СБПБ:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на СБПБ:

При расчете магнитного влияния ЛЭП не учитываем .

Расчет магнитных влияний ЛЭП и КС на волновод.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети на волновод:

Модуль взаимной индуктивности:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на волновод:

При расчете магнитного влияния ЛЭП не учитываем .

На кабели МКПАБ, ТПП, СБПБ ЛЭП оказывает большее магнитное влияние, чем КС, однако на волновод большее влияние оказывает именно контактная сеть, т.к. они ближе расположены. Также величина магнитного влияния зависит от длины сближения кабеля, так МКПАБ подвержен большему влиянию, чем ТПП и СБПБ.

Расчет магнитного влияния ЛЭП и КС при ударе молнии на МКПАБ.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети при ударе молнии на МКПАБ:

Модуль взаимной индуктивности:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП при ударе молнии на МКПАБ:

Модуль взаимной индуктивности:

Расчет магнитного влияния ЛЭП и КС при ударе молнии на ТПП.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети при ударе молнии на ТПП:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП при ударе молнии на ТПП:

Расчет магнитного влияния ЛЭП и КС при ударе молнии на СБПБ.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети при ударе молнии на СБПБ:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП при ударе молнии на СБПБ:

4.3 Расчет гальванического влияния ЛЭП и контактной сети на цепи связи

Схематичное представление станционных объектов приведено на рисунке 4.3.1.

Рисунок 4.3.1 - Схематичное расположение станционных объектов

Расчет гальванического влияния производится по следующей формуле:

(4.3.1)

где - ток кз контактной сети или ЛЭП,А;

- удельное сопротивление грунта, равное 23 Ом*м.

а) гальваническое влияние на кабель ТПП, на которого влияет контактная сеть:

б) гальваническое влияние на кабель ТПП, на которого влияет ЛЭП:



5. Расчет перенапряжений при заносе напряжений молнии

Ток молнии обычно составляет десятки и даже сотни килоампер, то есть часто превосходит ток КЗ.

Важной особенностью грозовых разрядов является то, что их воздействию подвергаются отнюдь не только электростанции, подстанции и промышленные предприятия. Обычный узел связи и управления в городской черте может оказаться не менее уязвимым. В первую очередь это касается объектов, оснащенных мачтами радиосвязи (на крыше или рядом со зданием). Обследование ряда таких объектов показало, что растекание тока молнии часто происходит по элементам систем заземления и питания информационной техники либо вблизи от нее.

Часто значительная часть тока молнии (в отдельных случаях до 80-100%) стекает по экранам коаксиальных кабелей непосредственно на узел связи.

Грозовой разряд является наиболее мощным источником импульсных перенапряжений. Во время разряда молнии в ее стволе возникают огромные токи, при протекании которых возникают опасные потенциалы напряжений.

Системы молниезащиты, включающие в свой состав молниеотводы и заземления, предназначены для защиты зданий и людей от поражения электрическим током, но не для защиты электронной аппаратуры. О реальной защите от разряда молнии можно говорить в случае, если расстояние до него составляет хотя бы сотни метров.



Рисунок 5.1 - Схема заноса высокого потенциала молнии

Расчет производится по следующим формулам:

(5.1-5.3)

где ;

L=2мкГн/км;

R=10 Ом/км;

C=10 нФ/км;

Rтп=0,55 Ом.

Подставим значения в формулы 5.1-5.3 и получим:

Рассчитанные зависимости U(t) и I(t) приведены на рисунке 5.2

Рисунок 5.2 - График напряжения и тока в результате заноса потенциала с ТП



Для расчета заноса потенциала с КТП заменим R_ТП на R_КТП и пересчитаем значения напряжения и тока. Рассчитанные значения приведены на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - График напряжения и тока в результате заноса потенциала с КТП

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

Таблица 5.2.1 - Рассчитанные значения влияний

Вид влияния	Магнитное, В	Гальваническое, В	Занос высокого потенциала, В
	КС	ЛЭП	Гроза (КС)	Гроза (ЛЭП)	КС	ЛЭП	ТП	КТП
МКПАБ	665	2109	52162	11580	10	58	729	4639
ТПП	318	957	24947	5538	-	-	-	-
СБПБ	173	550	13607	3021	-	-	-	-
Волновод	13225	15460	-	-	-	-	-	-

6. Элементы защиты

6.1 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.

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.



Рисунок 6.1.1 - Условное обозначение варистора

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.

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.

Рисунок 6.1.2 - Условное обозначение позистора

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).

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.

Рисунок 6.1.3 - Условное обозначение разрядника (газонаполненного) двух- и трехэлектродного

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.

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.

Рисунок 6.1.4 - Условное обозначение супрессора

Таблица 6.1 - Элементы защиты

Элемент на схеме	Название элемента	Элемент на схеме	Название элемента
Защита по питанию
F1-F3	ПКН-001	FV3	РKH-600
F4-F6	ППН-39	RU1, RU2	УЗП 500
ВА 1	ВА 51-37	PTC1	MZ23-25 R
ВА 2, ВА 3, ВА 4	ВА 47-29	VS1	6KE440A
FV1	РВП-10	C1	470мкФ 500В
FV2	Р-138
Защита связи
F1, F2	ВП 1-1	RK1, RK2, RK3, RK4	B59950-C80-A70
FV1	Р-63	VS1	1.5KE15CA
RU1, RU2	CH2-2A	VS2	1.5KE15СA

Таблица 6.2 - Параметры предохранителя ПКН 001

Параметр	Значение
Номинальное напряжение. кВ	10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	12
Время плавления при токе 1,2 5 А, с, более	10
Время плавления при токе 2,5 А, с, менее	10
Электрическое сопротивление заменяемого элемента при температуре 20?С, 0м	47,3 - 57,8

Таблица 6.3 - Параметры предохранителя ППН 39

Параметр	Значение
Номинальное напряжение. кВ	0,5
Номинальная отключающая способность, кА	100
Номинальный ток, А	315

Таблица 6.4 - Параметры автоматического выключателя ВА 51-37

Параметр	Значение
Номинальный ток, А	400
Рабочее напряжение, В, до	660
Номинальный ток тепловых расцепителей, А, до	400



Таблица 6.5 - Параметры автоматического выключателя ВА 47-29

Параметр	Значение
Номинальный ток, А, до	63
Номинальная отключающая способность, кА	4,5
Рабочее напряжение, кВ, до	0,4

Таблица 6.6 - Параметры автоматического выключателя РВП-10

Параметр	Значение
Номинальное напряжение, кВ	10
Наибольшее допустимое напряжение на разряднике, кВ	12,8
Импульсное пробивное напряжение при вре­мени разряда более 1 мкс, кВ	50
Пробивное напряжение частотой 50 Гц не ме­нее, кВ	25
Остающееся напряжение при импульсном то­ке 3000 А не более, кВ	50
Количество искровых промежутков	10-11

Таблица 6.7 - Параметры защитного неуправляемого разрядника Р-138

Параметр	Значение
Напряжения пробоя, статическое, В	225-345
Напряжения пробоя, динамическое, В	900
Емкость статическая междуэлектродная, пФ, не более	2
Сопротивление изоляции, кОм	10
Напряжение погасания, В	90

Таблица 6.8- Параметры предохранителя ВП 1-1

Параметр	Значение
Номинальное напряжение, В	250
Номинальный ток, А	1

Таблица 6.9 - Параметры УЗП-500

Параметр	Значение
Классификационное напряжение при I=1mA постоянного тока, кВ	?0,15
Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение, кВ	?0,13
Остаточное напряжение на ограничителе при импульсе тока Tи = 30/60мкс с амплитудой 500А, кВ	?0,4
Остаточное напряжение на ограничителе при импульсе тока Tи = 8/20мкс с амплитудой 1000А, кВ	?0,5

Таблица 6.10- Параметры позистора MZ23-25R

Параметр	Значение
Номинальное сопротивление, Ом	25
Допуск сопротивления	20%
Номинальное напряжение, В	60
Максимальное рабочее напряжение, В	230

Таблица 6.11- Параметры разрядника РКН-600

Параметр	Значение
Статическое напряжение пробоя, В	500-800
Динамическое напряжение пробоя, В	<2000
Сопротивление электрической цепи,Ом	0.01
Напряжение погасания	120 +/-5

Таблица 6.12- Параметры варистора СН 2-2А

Параметр	Значение параметра
Классифицированный ток, мА	2
Рабочее напряжение, В	330
Амплитуда одиночного импульса, кА	2

Таблица 6.13- Параметры супрессора 1.5KE15СA

Параметр	Значение параметра
Максимальное постоянное рабочее напряжение, при котором диод закрыт.	12.8 В
Максимальный допустимый импульсный ток в рабочем режиме	71 А
Напряжение открытия	14.3-15.8 В
Время срабатывания	Единицы пикосекунд

Таблица 6.14 - Параметры термистора B59950-C80-A70

Параметр	Значение
Максимальное допустимое напряжение, В	80
Номинальный ток, мА	150
Ток переключения, мА	330
Максимальный допустимый ток, А	5,5
Номинальное сопротивление, Ом	3,7



Таблица 6.15 - Параметры супрессора 6KE440СA

Параметр	Значение
Напряжение срабатывания, В	440
Пиковый ток, А	3.5
Рассеиваемая мощность, кВт	1.5

Схемы защиты аппаратуры:

Рисунок 6.1 - Схема защиты волновода

Рисунок 6.2 - Схема защиты оборудования связи

Рисунок 6.3 - Схема защиты цепи питания

7. План размещения аппаратуры и средств защиты

На посту дежурного по станции ДСП существует комната, отведенная для размещения оборудования средств защиты и связи. Здесь находятся кабельная шахта (Ш), кроссы (К), вводно-защитные устройства (ВЗУ), вводной щит (ВШ), а так же аппаратура связи и рабочие места. Комната средств защиты и аппаратуры связи занимает 1/5 всего помещения поста ДСП. Так же в комнате связи располагается главная заземляющая шина (ГЗШ), которая соединяется с внешним заземляющим контуром и "землей" всех эксплуатируемых электрических устройств. К ГЗШ присоединены 2 измерительных провода по напряжению и току для круглогодичного определения сопротивления заземляющего контура. План размещения аппаратуры и средств защиты представлен на рисунке 7.1.

Кабельная шахта - специальное вертикальное сооружение в здании с закладными деталями в стенах, к которым закрепляются металлические конструкции, предназначенные для крепления к ним вертикально проложенного кабеля.

Кросс (контрольно-распределительное оборудование средств связи), кроссовый узел - пространство, отведенное под коммутацию телекоммуникационных проводов. Так же на кроссе располагается первый каскад защиты.

Вводно-защитное устройство - устройство, обеспечивающее ввод кабелей электросвязи, защиту обслуживающего персонала и аппаратуры аналоговой и цифровой электросвязи от опасных напряжений и токов, возникающих в цепях электросвязи. ВЗУ содержит 2 и 3 каскады защиты.



Рисунок 7.1 - План размещения аппаратуры и средств защиты ДСП



Заключение

перенапряжение заземление гальванический связь

В ходе выполнения курсовой работы был выполнен расчет различных влияний ЛЭП, КС и разряда молнии на кабели связи, электрического питания и волновод. На основе этих данных были спроектированы схемы электрической защиты узла связи местной станции, а так же на базе рассчитанных значений выбраны элементы этих схем. Заключительным этапом стало проектирование комнаты связи на посту ДСП с расположением в ней устройств защиты и рабочей аппаратуры.

Выполнение курсовой работы позволило оценить важность учета взаимного влияния различных электрических сетей и природных явлений на инфраструктуру связи. Стала очевидной необходимость внимательного проектирования защитных устройств, удовлетворяющих требованиям всех служб железной дороги.

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



Библиографический список

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

2. Бадер М.П. Электромагнитная совместимость /Учебник для вузов железнодорожного транспорта. - М.: УМКМПС, 2002. - 638 с.

3. "Основы электромагнитной совместимости". Ред. Р.Н. Карякина, г. Барнаул, 2007.

4. Гроднев И.И., Курбатов Н.Д. "Линейные сооружения связи". Москва-1982г.

5. 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.

Размещено на Allbest.ru

...