Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(ОмГУПС (ОмИИТ))

Расчетно - пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Электромагнитная совместимость и средства защиты»

ИНМВ. 3000022. 000 ПЗ

Расчет влияния внешних импульсных воздействий на устройства связи и меры защиты

Выполнил

студент группы 23 А

А.В. Тришкин

Руководитель

доцент кафедры «ТРСиС»

К. В. Авдеева

Омск 2016



Реферат

Курсовой проект содержит 34 страницы, 28 рисунков, 8 таблиц, 4 источника.

Экран, затухание, поперечное сечение, схема защиты, компоненты защиты, сопротивление контура.

В курсовом проекте «Расчёт влияния внешних импульсных воздействий на устройства связи и меры защиты» мы рассчитывали влияние высоких напряжений и токов на аппаратуру связи, и способы защиты от них. Разрабатывали схемы защиты, представленные в курсовом проекте, так же были представлены поперечные сечения кабелей связи, схема малой станции. В заключение были произведены расчёты действия экрана, характеристики экранирования. ток напряжение связь экран

Курсовой проект выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007, также для построения графиков использовалась программа Mathcad 15, а для построения электрических схем - Microsoft Visio 2007.



Введение

Одним из показателей современного общества является насыщенность электрическим, электронным и радиоэлектронным оборудованием. Многочисленные электротехнические и электронные приборы (микроволновые печи, холодильники, устройства для обогрева, пылесосы и так далее) стали принадлежностью повседневного быта. Без этого оборудования практически невозможно представить жизнь современного человека. Для комфортного существования ему просто необходимы радиоприемник, телевизор, телефон и другие средства общения. Радиоэлектронные технологии вошли в структуры управления, навигацию, аэрокосмический комплекс. Мы не можем отказаться от радиосвязи, навигации, систем наведения самолетов, охранных систем и т. д. Однако, с одной стороны, работа технических средств создает в большей или меньшей степени различные электромагнитные помехи. Происходит загрязнение окружающей среды этими помехами. С другой стороны, само радиоэлектронное оборудование чувствительно к различного рода электромагнитным воздействиям. В результате действия таких помех возникают различные нарушения в работе оборудования, приводящие к выходу его из строя, авариям и сбоям. Последствия их могут быть катастрофическими для населения и окружающей среды. Это и породило такую проблему, как электромагнитная совместимость (ЭМС).

Наиболее характерными примерами проявлений проблемы ЭМС могут быть такие явления, как:

а) отказы систем контроля и управления АЭС;

б) отказы систем контроля и управления на производстве, в том числе и химическом;

в) отказы бортовых систем самолетов и аэродромных систем наведения;

г) сбои медицинской аппаратуры диагностики и жизнеобеспечения;

д) непосредственное влияние на здоровье человека электромагнитных излучений от различного рода радио-электронного оборудования, особенно высокочастотного (сотовых телефонов, компьютеров, радиостанций, СВЧ-печей, ВЧ-установок, линий высоковольтной передачи и т. д.).

Кроме непосредственного влияния на безопасность человека существует также масса явлений, причиняющих значительный материальный ущерб в результате невыполнения требований электромагнитной совместимости (ЭМС):

а) сбои линий связи;

б) потери информации в компьютерах (особенно ощутимы потери в электронных системах платежей).

Поэтому обеспечение качества продукции по параметрам электромагнитной совместимости непосредственно связано с безопасностью продукции для жизни, здоровья, имущества потребителей и охраной окружающей природной среды[1].



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

1.1 Общие теоретические сведения

Высоковольтные линии и электрифицированные железные дороги могут оказывать влияния на цепи ЛС за счет электромагнитной индукции, гальванической связи и при случайном соприкосновении проводов. На работу кабельных ЛС оказывает влияние ряд посторонних источников: линии электропередачи (ЛЭП), контактные сети электрифицированных железных дорог, атмосферное электричество (удары молний), передающие радиостанции, системы сотовой и спутниковой связей. План расположения железнодорожного участка, тяговой подстанции, ЛЭП, комплектной трансформаторной подстанции (КТП), волновода кабеля и узла связи приведен в приложении.

1.1 Описание основных станционных и линейных объектов

Станциями называются раздельные пункты, на которых помимо обгона и скрещения поездов производятся операции по их приему и отправлению, погрузка и выгрузка грузов, прием и выдача их клиентуре, обслуживание пассажиров, а при соответствующем путевом развитии - расформирование и формирование поездов, техническое обслуживание и ремонт локомотивов и вагонов.

Промежуточные станции предназначены в основном для выполнения технических операций по приёму, отправлению, обгону, скрещению и пропуску грузовых и пассажирских поездов, посадки и высадки пассажиров, погрузки и выгрузки грузов и багажа, маневровых операций по прицепке/отцепке вагонов к сборным поездам. Это самый распространенный вид станции, их устраивают на всех линиях железных дорог, располагаются обычно между участковыми станциями на расстоянии 15--20 км друг от друга.

Рассмотрим представленную нам по заданию промежуточную малую станцию и взаимное влияние её объектов, изображенной на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - План станции

На данной схеме представлены приемоотправочные пути, здания дежурного по станции (здание ДСП), тяговой подстанции (здание ТП) и комплектной трансформаторной подстанции (здание КТП), а так же место расположения линейных объектов, таких как магистрального кабеля МКПАБ, волновода и силовых кабелей ЛЭП.

Исходя из названия курсового проекта можно сделать вывод, что первостепенной задачей будет являться защита устройств связи от электромагнитных помех. На данном плане большая часть интересующей нас аппаратуры сосредоточена в здании ДСП, так как именно дежурный контролирует все перевозочные процессы на станции со своего рабочего места. Руководствуясь именно данным приоритетом, здание ДСП расположено посередине станции, что бы ко всему прочему был доступен и зрительный обзор станции.

Для точного изучения и решения проблем электромагнитной совместимости необходимо тщательно изучить каждый элемент, участвующий в анализируемом процессе. Начнём такое изучение с линейных объектов станции, конкретно 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. Поперечное сечение кабеля МКПАБ изображено на рисунке 1.2.

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. Поперечное сечение кабеля СБПБ изображено на рисунке 1.3.

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. Поперечное сечение кабеля ТПП изображено на рисунке 1.4.



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

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. Поперечное сечение волновода изображено на рисунке 1.5.

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



Линия электропередачи (ЛЭП) -- один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования или электрическая линия, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока.

Как мы видим на вышележащей схеме плана станции, ЛЭП со значением напряжения 110 кВ расположена на более удаленном расстоянии от зданий ДСП, ТП и КТП, чем ЛЭП со значением напряжения 10 кВ. Такое конструктивное решение необходимо для того, что максимально минимизировать влияние данной линии на работу оборудования связи. Именно по этой же причине магистральный кабель расположен ближе всего к зданию ДСП, так как в нем рабочие токи и напряжения на порядки ниже, чем в ЛЭП. Расстояния между станционными и линейными объектами отображены в таблице 1.

Таблица 1 - Расстояния между станционными и линейными объектами

Обозначение на схеме плана станции	Величина, м
а1	10
а2	30
а3	20
а4	490
а5	470
а6	480
а	500
авв	1



2. Характеристика основных источников влияния на узел связи

Линии электропередачи (ВЛ) оказывают на линии проводной связи влияния, которые обусловлены различными механизмами взаимодействия и при определенном взаимном расположении между линиями электропередачи и связи могут достигать значения, представляющие опасность для обслуживающего персонала и превышающие электрическую прочность кабеля связи и вводных устройств аппаратуры уплотнения.

Влияние за счет индуктивной связи обусловлено прохождением части или всего переменного тока ВЛ по цепи провод-земля. Это может иметь место, например, при несимметричной нагрузке трехфазных ВЛ, при работе ВЛ по системе два провода-земля, при однофазных или двухфазных замыканиях ВЛ на землю. Магнитному влиянию подвержены все линии проводной связи, как воздушные, так и кабельные.

Влияние за счет емкостной связи обусловлено наличием вокруг проводной ВЛ электрического поля. Провода линий связи (ЛС), находящиеся в зоне действия поля, оказываются под воздействием потенциала этого поля. Электрическому влиянию подвержены провода воздушных линий связи, а также кабельные линии связи, выполненные кабелем без металлических оболочек, подвешенным на опорах или стойках.

Влияние через гальваническую связь (полное сопротивление связи) обусловлено протеканием в земле силовых токов. Гальваническому влиянию подвержены заземленные металлические оболочки кабелей и цепи воздушных и кабельных ЛС, использующих землю в качестве обратного провода.

Расчет продольных ЭДС в проводах связи при аварийном режиме ВЛ с заземленной нейтралью производят для наиболее неблагоприятного случая положения точек короткого замыкания, изменяя места их расположения по длине сближения.

При расчете продольной ЭДС рассматривают короткое замыкание ВЛ из графика в самой неблагоприятной точке, т.е. случай, когда влияние будет наибольшим. Обычно это соответствует короткому замыканию в начале или конце сближения.

Экранирование. При расчетах уровней влияния ВЛ и ЛС необходимо учитывать экранирующее действие различных металлических коммуникаций, расположенных в зоне влияния и соединенных с землей. К таким коммуникациям могут быть отнесены железнодорожные рельсы, трубопроводы, оболочки силовых кабелей и кабелей связи, тоннели и коллекторы, грозозащитные тросы ВЛ и т.д.

Экранирующее действие зависит от собственного сопротивления экрана, расположения его относительно ВЛ и ЛС, условий заземления, удельного сопротивления земли, а для экранов с магнитными материалами - также от продольной ЭДС, наводимой в экране влияющим током.

Мероприятия по защите от опасного влияния. Если по техническим и экономическим или эксплуатационным соображениям оказывается невозможным или нецелесообразным выбрать трассу проектируемой ВЛ или ЛС таким образом, чтобы индуктируемые в проводах ЛС напряжения не превышали допустимых значений, применяют специальные меры защиты.

К мерам защиты на ВЛ относятся:

а) применение хорошо проводящих заземленных грозозащитных тросов, а также специальных проводников, проложенных в земле;

б) частичное разземление нейтралей трансформаторов высоковольтной сети, обеспечивающее снижение токов короткого замыкания ВЛ;

в) применение на ВЛ с изолированной нейтралью аппаратуры для контроля состояния изоляции фазовых проводов по отношению к земле или перекоса фазных напряжений, обеспечивающей скорейшее обнаружение и устранение электрического влияния ВЛ на ЛС;

г) частичное или полное каблирование ВЛ на городских участках;

д) использование быстродействующей защиты, ускоряющей отключение поврежденной ВЛ с заземленной нейтралью.

К специальным мерам защиты на ЛС относятся:

а) включение специальных разрядников между каждым проводом и землей. Для воздушных ЛС, как правило, общее количество разрядников на 100 км ЛС не должно превышать дли уплотненной цепи 15 шт., для неуплотненной цепи - 25 шт. Допустимое количество разрядников ограничивается эксплуатационными собраниями и поэтому по соглашению между заинтересованными сторонами допускается в исключительных случаях установка большего количества разрядников. Защита разрядниками цепей полуавтоматической блокировки и цепей фидерных линий проводного вещания не допускается;

б) включение разделительных трансформаторов в телефонные цепи без дистанционного питания и разделительных трансформаторов с защитными контурами при наличии дистанционного питания;

в) включение дренажных катушек или дросселей с заземленной средней точкой в телефонные цепи без дистанционного питания и дренажных катушек с резонансными заземляющими контурами в телефонные цепи с дистанционным питанием;

г) частичное или полное каблирование ЛС;

д) замена железобетонных или металлических опор ЛС на деревянные (в том числе с железобетонными приставками) в пределах усилительного участка ЛС, на котором имеются опасные сближения с ВЛ;

е) по соглашению заинтересованных сторон введение высоковольтного режима обслуживания ЛС;

ж) включение редукционных трансформаторов;

з) замена кабеля связи на кабель с повышенным защитным действием и др.

Защита цепей ЛС с помощью редукционных трансформаторов.

Одной из мер защиты линий связи от опасного и мешающего влияния линий высокого напряжения являются применение редукционных трансформаторов (РТ).

Применение редукционных трансформаторов в ряде случаев дает значительный экономический эффект по сравнению с другими мерами защиты.

Редукционный трансформатор представляет собой два О-образных магнитопровода из электротехнической стали Э-320 (толщина пластин 0,35 мм), на которых размещена обмотка.

Роль первичной обмотки трансформатора выполняет оболочка (внешний проводник) кабеля, роль вторичной обмотки -- жилы (внутренний проводник) кабеля. На магнитопроводе трансформатора размещены одновременно две одинаковые обмотки, выполненные кабелем в целях защиты с помощью одного трансформатора сразу двух кабелей при двухкабельной системе связи. При однокабельной системе связи обмотки этого трансформатора включаются последовательно.

Трансформатор размещен в стальном герметичном корпусе, покрытом антикоррозийной краской. Для ввода защищаемого кабеля в корпусе предусмотрены специальные отверстия.

Принцип действия РТ заключается в следующем.

Первичная обмотка включается в разрез металлических покровов кабеля, которые заземляются по концам защищаемого участка, вторичная обмотка -- в разрез жил кабеля. При протекании тока в цепи металлические покровы -- земля и, следовательно, в первичной обмотке во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, направление которой противоположно ЭДС, индуцированной в жилах кабеля от влияния линий высокого напряжения. Таким образом, суммарная ЭДС в жилах кабеля уменьшается[2].



3. Описание амплитудно-временных форм, импульсов перенапряжений и токов, воздействующих на аппаратуру связи и её узел питания

3.1 Влияние короткого замыкания в ЛЭП 110кВ

где Т_с - постоянная времени, 0,06 с;

щ - циклическая частота питающей сети, 314,16 рад/с,

I_кз - ток короткого замыкания в ЛЭП, 12 кА.

Временная форма тока короткого замыкания в ЛЭП изображена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Временная форма сигнала i₁(t)

3.2 Влияние короткого замыкания постоянной контактной сети



где Т - постоянная времени, 0,07 мс;

щ - циклическая частота питающей сети, 314,16 рад/с,

I_кз - ток короткого замыкания в ЛЭП, 3,7 кА.

Временная форма тока короткого замыкания в КС изображена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Временная форма сигнала i₂(t)

3.3 Влияние грозового разряда

Где I_max - ток молнии, 49 кА;

ф₁ - фронт импульса молнии, 7 мкс;

ф₂ - спад импульса молнии, 700 мкс.

Временная форма тока молнии в логарифмическом масштабе изображена на рисунке 3.3.



Рисунок 3.3 - Временная форма сигнала i₃(t)



4. Расчет спектров воздействующих импульсов

Спектры токов короткого замыкания в КС, ЛЭП и тока молнии изображены на рисунках 4.1 - 4.3.

Рисунок 4.1 - Спектр тока короткого замыкания в ЛЭП

Рисунок 4.2 - Спектр тока короткого замыкания в КС



Рисунок 4.3 - Спектр тока молнии

По выше приведенным рисункам можно сделать вывод, что спектры токов короткого замыкания в КС и ЛЭП имеют резкий скачок на частоте 50 Гц. Это частота промышленной сети. Также было доказано, что спектр тока молнии очень широк.



5. Расчёт контура заземления здания ДСП

5.1 Определяем расчётное значение удельного сопротивления грунта

Для расчёта значения удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления с учётом повышающего коэффициента К воспользуемся формулой (5.1):

,

где - коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления земли в течение года в зависимости от климатической зоны, типа, длины и глубины заложения заземлителей, равный 1,7 (выбирается в таблице [14] в методическом указании);

- удельное сопротивление грунта, полученное непосредственным изменением. В нашем случае оно равно .

5.2 Выбираем форму и размеры искусственных вертикальных электродов-заземлителей

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя рассчитывается по формуле:

где - расчётное значение удельного сопротивления грунта;

- длина вертикального электрода-заземлителя, 3 м;

- диаметр заземлителя, м; t - глубина заложения заземлителя, равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя:

где - глубина заложения полосы, 0,8 м.

Так как мы используем в качестве электродов угловую сталь, то её эквивалентный диаметр будет рассчитываться так:

где b - ширина полки уголка, равная 0,04 м.

5.3 Определяем число вертикальных заземлителей

Полученное значение R₀ сравниваем с наибольшим допустимым значением заземляющей конструкции R_ЗУMAX, равное 4 Ом. Так как R₀>R_ЗУMAX, то определяем число вертикальных заземлителей. Сначала находим приближенное число заземлителей по формуле:

Затем определяем количество заземлителей с учётом коэффициента использования по формуле:



	(5.6)

где - коэффициент использования вертикальных заземлителей (без учёта влияния соединительной полосы), 0,65 (выбирается в таблице в методическом указании).

5.4 Определяем длину соединительной полосы (горизонтальный проводник)

Для определения длины горизонтального проводника при расположении заземлителей в ряд воспользуемся следующей формулой:

	(5.7)

где а - расстояние между вертикальными электродами-заземлителями, 3 м.

5.5 Определяем сопротивление растеканию тока горизонтальной полосы

Для расчёта сопротивления растеканию тока горизонтальной полосы (без учёта экранирования между полосой и заземлителями) будем использовать формулу (5.8):



где d`_экв - эквивалентный диаметр горизонтального проводника.

	(5.9)

где b_п - ширина соединительной полосы, равная 60 мм.

Определяем сопротивление растеканию полосы с учётом коэффициента использования по формуле:

	(5.10)

где - коэффициент использования соединительной полосы, учитывающий экранирова-ние между полосой и заземлителем, равный 0,72 (выбирается в таблице [14] в методическом указании).

5.6 Определяем результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя

Результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя рассчитывается по следующей формуле:



где , Ом.

Полученное значение R_ЗУ сравниваем с наибольшим допустимым значением R_ЗУMAX= 4 Ом. R_ЗУ<R_ЗУMAX, следовательно, заземляющее устройство для здания ДСП, состоящее из 8 угловых вертикальных элементов, расположенных в ряд и соединенных горизонтальным элементом, выбрано правильно.



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

6.1 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 :

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 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.



6.2 Расчет магнитного влияния ЛЭП и контактной сети на цепи связи

Расчет магнитных влияний производится по следующей формуле:

(6.1)

где щ - циклическая частота питающей сети, 314.16 рад/с;

- ток короткого замыкания, кА;

- длина совместного пробега кабеля, км;

- коэффициент экранирования рельсов;

- коэффициент экранирования оболочки кабеля;

- коэффициент экранирования оболочки провода;

- модуль взаимной индуктивности, Гн/км.

Значения коэффициентов экранирования для различных кабелей представлены в таблице 6.1

Таблица 6.1 - Коэффициенты экранирования кабелей

Тип кабеля	МКПАБ	СБПБ	ТПП	Волновод
	0,5	0,5	0,5	1
	0,5	1	1	1
	1	1	1	0,8

Коэффициент взаимной индукции влияющей цепи М рассчитывается по следующей формуле:

, Гн/км,	(6.2)



где а - сближение влияющей цепи от кабеля связи или питания, м;

- проводимость, См/м;

f - частота тока влияющей цепи, 50 Гц.

Расчет влияния на волновод:

Расчет влияния для МКПАБ:

Расчет влияния для ТПП:

Расчет влияния для СБПБ:

Рассчитаем так же значения коэффициентов взаимной индукции для случая КЗ в ЛЭП:

Таблица 6.2 - Результат расчета

Параметры	Волновод	МКПАБ	ТПП	СБПБ
M, Гн/км	1.036*10-4	1,064*10-4	1,12*10-4	1,092*10-4
U, В	4,529*103	4,213*103	253,3	164,6



Далее рассчитываем значения магнитного влияния удара молнии в КС:

Таблица 6.3 - Результат расчета

Параметры	Волновод	МКПАБ	ТПП	СБПБ
M, Гн/км	6,461*10-4	1,999*10-4	5,361*10-5	9,54*10-5
U, В	8,24*107	1,154*107	3,537*105	4,196*105

Расчет значений удара молнии в ЛЭП:

Таблица 6.4 - Результат расчета

Параметры	Волновод	МКПАБ	ТПП	СБПБ
M, Гн/км	2,54*10-7	2,655*10-7	2,886*10-7	2,767*10-7
U, В	3,24*104	1,533*104	1,904*103	1,217*103

6.3 Расчет гальванического влияния ЛЭП и контактной сети

Примерная схема для определения расстояний от цепей влияния на цепи подверженных влиянию представлена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Схема определения расстояния

Расчет гальванического влияния определяется по формуле (Н):



,

Расчет нужно произвести для ДСП и КТП при токе короткого замыкания в ЛЭП и КС. Длина кабеля связи, заходящего на тяговую подстанцию равна расстоянию и равна 1200 метров (ДСП). Для определения между КТП и ТП примем в расчет, что КТП ближе к ТП, чем ДСП, из этого следует что:

,

где - длина кабеля связи, заходящего на ТП, м;

- длина кабеля электропитания от КТП до ДСП, 800 м.

м.

Результаты расчетов гальванических влияний представлены в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Результаты расчетов гальванических влияний

Параметр	ДUДСП	ДUКТП
Контактная сеть	18,6 В	11,1 В
Линия электропередачи	60,4 В	36,2 В

Вывод: выполнив данный пункт можно сделать вывод, что наибольшее магнитное влияние на волновод оказывает удар молнии в контактную сеть, а наименьшее - на кабель СБПБ короткое замыкание в ЛЭП. В случае с гальваническим влиянием, наибольшее влияние оказывает ЛЭП на заземлители ДСП, а наименьшее - контактная сеть на заземлители КТП.

7. Расчёт и выбор элементов каскадной защиты от перенапряжений

7.1 Теоретические сведения

Импульсные помехи в сети довольно распространены, они могут возникать во время грозы, при включении/выключении мощных нагрузок (поскольку сеть это RLC цепь, то в ней при этом возникают колебания, вызывающие выбросы напряжения) и многие другие факторы.

Импульсы перенапряжений в сети характеризуются формой волны и амплитудой тока. Форма импульса тока характеризуется временем его нарастания и спада -- для стандартов это импульсы 10/350 мкс и 8/20 мкс. Числа в обозначении формы импульса означают следующее:

а) первая - время (в микросекундах) нарастания импульса тока с 10% до 90% от максимального значения тока;

б) вторая - время (в микросекундах) спада импульса тока до 50% от максимального значения тока;

Защитные устройства делятся на классы в зависимости от мощности импульса, который они могут рассеять:

а) класс 0 (А) - внешняя грозозащита;

б) класс I (B) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 25 до 100 кА формой волны 10/350 мкс;

в) класс II (C) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 10 до 40 кА формой волны 8/20 мкс;

г) класс III (D) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой до 10 кА формой волны 8/20 мкс (в большинстве случаев защита встроена в оборудование).



7.2 Параметры для элементов каскадной защиты

При выполнении курсового проекта необходимо обеспечить защиту аппаратуры от перенапряжений и аварийных повышений токов в цепи. Стойкость аппаратуры по заданию со стороны электропитания 450В, стойкость аппаратуры со стороны линейных вводов 9 В, ток короткого замыкания в цепи 220В равен 340А.

7.3 Схемы защиты

Схемы защиты включают схемы защиты как информационной, так и питающей сети, то есть мы должны исключить возможность повреждения аппаратуры и со стороны питания и со стороны передающих (принимающих) выходов.

Схема комплексной защиты представленная на рисунке 7.2, включающая газоразрядник и варистор, обеспечивает одновременную защиту как по току так и по напряжению. Элементы защиты представлены в таблице 7.1

Рисунок 7.2 - Схема защиты электропитания

Таблица 7.1 - Элементы защиты

Наименование	Обозначение	Маркировка	Напряжение срабатывания	Ток срабатывания
Предохранитель	F1,F2	ПН 2-400-200	-	200 А
Разрядник	P1	HGS 100	275-450 В	25 A
Варистор	RU1	СН2-2А	450 В	2000 A

На рисунке 7.3 представлена схема защиты волновода.

Рисунок 7.3 - Схема защиты волновода

Схема защиты со стороны линейных входов характеризуется низким выходным напряжением, которое не должно превышаться, схема защиты представлена на рисунке 7.4[3].

Рисунок 7.4 - Схема защиты передачи данных

В таблице 7.2 представлены элементы защиты аппаратуры связи



Таблица 7.2 - Элементы защиты

Наименование	Обозначение	Маркировка	Напряжение срабатывания	Ток срабатывания
Разрядник	P1	B88069-X 720	90 В	5 A
Варистор	RU1	СN1206M6G	10 В	1000 А
Предохранитель	F1,F2	ВП1-1В	-	30 А
Супрессор	TVS1	SA9.0	9 В	29,5 А

7.4 Описание элементов защиты

7.4.1 Разрядник

Разделительный разрядник HGS 100, предназначен для уравнивания потенциалов между металлическими составными частями и элементами объекта, которые не могут быть по условиям эксплуатации напрямую электрически соединены друг с другом. К ним могут относиться, например, заземленные металлоконструкции объекта с одной стороны, и газовые трубы, находящиеся под напряжением катодной защиты, или независимые (функциональные) заземляющие устройства, необходимые для обеспечения работоспособности оборудования обработки информации, с другой стороны.

В случае возникновения высокой разности потенциалов между этими элементами, разрядник срабатывает и кратковременно соединяет их между собой. Внутреннее сопротивление разрядника в открытом состоянии составляет от 0,001 до 0,002 Ом.

Рисунок 7.5 - Разрядник HGS 100



Разделительный разрядник HGS может применяться как для внутренней, так и для наружной установки. Изображение разрядника показано на рисунке 7.5[5].

7.4.2 Варистор

Варисторы СН2-2А оксидноцинковые негерметизированные, неизолированные.

Предназначены для защиты элементов и узлов аппаратуры от превышений напряжений в цепях постоянного, переменного и импульсного токов.

Допустимый импульсный ток - 2000 А.

Защитный коэффициент - 1,6

Технические условия: ОЖО.468.205 ТУ

Основные технические характеристики варисторов СН2-2А:

- классификационное напряжение: 330... 1300 В;

- допуск по напряжению: ±5; ±10; ±20 %;

- классификационный ток: 1 мА;

- диапазон температур: -40... +85 °С.

Изображение варистора показано на рисунке 7.6[6].

Рисунок 7.6 - Варистор CH2-2A

7.4.3 Супрессор

Технические параметры защитного диода SA9.0

- пиковая мощность, 500 Вт;

- минимальное напряжение открывания, 10В;

- максимальное напряжение открывания, 12,2 В;

- при тестовом токе, 1 мА;

- напряжение закрывания обратное, 9 В;

- максимальный ток утечки при напряжении закрывания I ут., 5 мкА;

- максимально допустимый импульсный ток, 29,5 А;

- максимальное напряжение защелки Uзащ, 16,9 В;

- рабочая температура, -65…175 °C;

- способ монтажа в отверстие;

- корпус do15.

Изображение варистора показано на рисунке 7.7[7].

Рисунок 7.7 - Супрессор SA9.0



8. Расчёт параметров электромагнитного экрана аппаратуры

Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. При удалении от поверхности она убывает и на глубине становится меньше в е раз. Весь ток сосредоточен в слое толщиной , она называется толщиной скин-слоя, расчётная формула 8.1.

	(8.1)

где f - частота, Гц;

- магнитная проницаемость, Гн/м;

- магнитная проводимость, См/м.

На основании расчёта на частотах от 1 Гц до 10 МГц построим график зависимости толщины скин-слоя для алюминия от частоты, график приведён на рисунке 8.1

Рисунок 8.1 - Толщина скин-слоя



Общий коэффициент экранного затухания состоит из двух компонент: затухание поглощения и затухание отражения. Для расчёта этих коэффициентов будут использоваться формула 8.2:

где - волновое сопротивление воздуха (диэлектрика), Ом;

- волновое сопротивление металла, Ом;

Д - толщина экрана, 0,002 м;

- коэффициент распространения в металле.

Так как коэффициенты затухания вычисляются в Неперах, их необходимо перевести в децибелы, умножив на 20lg(e), то есть на 8,68 дБ.

Волновое сопротивление металла рассчитывается по формуле 8.3:

где - угловая частота, Рад/с;

- магнитная проницаемость, Гн/м;

- проводимость, См/м.

Коэффициент распространения металла рассчитывается по формуле 8.4:

где - угловая частота, Рад/с;

- магнитная проницаемость, Гн/м;

- проводимость, См/м.

Сопротивление магнитному полю, диэлектрика равна, с учётом формулы 8.5:

где - радиус экрана, равный половине пространственной диагонали экрана, 0,3 м;

- коэффициент распространения в металле.

;

- функция Ганкеля;

- функция Бесселя.

Сопротивление электрическому полю, формула 8.6:

где - производная от функции Ганкеля;

- производная от функции Бесселя.

Расчёты и построения графиков будут проводиться для частот от 1 до Гц, с См/м (алюминий) и м=1

График зависимости волнового сопротивления диэлектрика магнитному полю приведён на рисунке 8.2, остальные графики воздействия на экран приведены на рисунках 8.3-8.12



Рисунок 8.2 - Сопротивление магнитному полю

График зависимости волнового сопротивления диэлектрика электрическому полю приведён на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3 - Сопротивление магнитному полю

Волновое сопротивление алюминия представлено на рисунке 8.4.



Рисунок 8.4 - Волновое сопротивление алюминия

Рисунок 8.5 - Затухание поглощения

Рисунок 8.6 - Магнитная составляющая затухания отражения



Рисунок 8.7 -Электрическая составляющая затухания отражения

Рисунок 8.8 - Магнитная составляющая полного затухания

Рисунок 8.9 - Электрическая составляющая полного затухания

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта был произведен расчет влияния внешних импульсных воздействий на устройства связи. Были изучены влияния аварийных режимов контактной сети, ЛЭП и воздействия молнии на цепи узла связи.

Чтобы изучить основные источники влияния на цепи узла связи, были произведены амплитудно-временные формы токов короткого замыкания ЛЭП и КЗ, а также тока молнии. Построены их спектры: спектры токов короткого замыкания имеют резкий скачок на частоте 50 Гц, а спектр тока молнии долго не уменьшался.

Далее были рассчитаны контуры заземления, в результате необходимо заземление, состоящее из 8 угловых вертикальных элементов, расположенных в ряд и соединенных горизонтальным элементом.

После были рассчитаны магнитные влияния из-за короткого замыкания в КС и ЛЭП, а также при ударе молнии. Рассчитано также гальваническое влияние между заземлителями КТП и ДСП.

Была выбрана каскадная защита от перенапряжений. В соответствии с вариантом и описанием элементов.

В заключении был произведен расчёт параметров электромагнитного экрана аппаратуры. Построены необходимые графики. На графике с электрической составляющей полного затухания зафиксирован резкий спад затухания на частоте 20 Гц.



Библиографический список

1 Цицикян, Г.Н. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике: учебное пособие / Г.Н. Цицикян. М.: Радио и связь, 2006. 127 с.

2 Харлов, Н.Н. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике / Н.Н. Харлов. М.: Энергоатомиздат, 2007. 240 с.

3 ГОСТ 33398-2015. Правила защиты проводной связи от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог постоянного и переменного тока.

4 Стандарт предприятия ОмГУПС-1.2-05

5 Разрядник - http://www.hakel.ru/production0.phtml?cat=1&scat=10&subcat=10&id=187.

6 Варистор - http://www.chipdip.ru/product/sn2-2a-820v/.

7 Супрессор - http://www.elec.ru/market/sa90-14953093247.html.

Размещено на Allbest.ru

...