Курсовая работа: Расчет влияния внешних импульсных воздействий на устройства связи и меры защиты

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

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

3.1 Влияние КЗ в ЛЭП 110 кВ

Временная зависимость тока однофазного короткого замыкания ЛЭП определяется по формуле (3.1):

, (3.1)

где - ток короткого замыкания ЛЭП, равный по заданию 50 кА;

- постоянная времени сети, принимающая значение 0,06 с;

щ - круговая частота, равная

,

где f=50 Гц.

На рисунке 3.1 показана временная зависимость тока однофазного короткого замыкания ЛЭП.

Рисунок 3.1 - Изменение во времени тока однофазного КЗ в ЛЭП

3.2 Влияние КЗ постоянной контактной сети

В данном курсовом проекте рассматривается контактная сеть переменного тока.

Временная зависимость тока КС переменного тока в режиме КЗ определяется по формуле (3.2):

, (3.2)

где - ток короткого замыкания КС, равный по заданию 6 кА;

Т - постоянная времени КС, принимающая значение 0,07 с;

На рисунке 3.2 показана временная зависимость тока КС переменного тока в режиме КЗ.

Рисунок 3.2 - Временная зависимость тока контактной сети переменного тока в режиме короткого замыкания

3.3 Влияние грозового разряда

Временная зависимость тока молнии определяется по формуле (3.3):

, (3.3)

где - это импульс с быстрым нарастанием тока от 0 до максимума, равный 9 мкс;

- это время от условного начала до момента, когда ток молнии на кривой спада становится равных половине своей амплитуды, равное 330 мкс;

t - время;

- ток молнии, подбирается так, чтобы на графике амплитуда импульса совпадала со значением в задании, поэтому=80кА.

На рисунке 3.3 показана амплитудно-временная характеристика импульса тока молнии.

Рисунок 3.3 - Амплитудно-временная характеристика импульса тока молнии

4. Расчет спектра воздействующих импульсов

Спектральная плотность - это характеристика сигнала в частотной области, определяемая прямым преобразованием Фурье, формула (4.1):

, (4.1)

где S(t) - временная функция сигнала;

- круговая частота (=2f).

Самое важное достоинство введенного интегрального преобразования Фурье заключается в том, что решение любой практической задачи может быть перенесено с помощью спектральной плотности из временной области в частотную, и лишь на заключительном этапе расчетов результат вновь переводится во временную область с помощью обратного интегрального преобразования, формула (4.2):

, (4.2)

На рисунке 4.1 представлен спектр однофазного короткого замыкания ЛЭП.

Рисунок 4.1 - Спектр однофазного короткого замыкания ЛЭП

На рисунке 4.2 показан спектр тока КС переменного тока в режиме КЗ.

Рисунок 4.2 - Спектр тока КС переменного тока в режиме КЗ

На рисунке 4.3 представлен спектр амплитудно-временной характеристики импульса тока молнии.

Рисунок 4.3 - Спектр амплитудно-временной характеристики импульса тока молнии

5. Расчёт контура заземления здания ДСП

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):

, (5.1)

где - коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления земли в течение года в зависимости от климатической зоны, типа, длины и глубины заложения заземлителей, равный 1,65 (выбирается в таблице [14] в методическом указании);

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

.

2. Выбираем форму и размеры искусственных вертикальных электродов-заземлителей

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя рассчитывается по формуле (5.2):

, (5.2)

где - расчётное значение удельного сопротивления грунта;

- длина вертикального электрода-заземлителя, равная 3 м;

- диаметр заземлителя, м.

t- глубина заложения заземлителя, равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя, формула (5.3):

, (5.3)

где - глубина заложения полосы, равная 0,7 м.

Так как мы используем в качестве электродов угловую сталь, то её эквивалентный диаметр будет рассчитываться по формуле (5.4):

, (5.4)

где b - ширина полки уголка, равная 0,05 м.

3. Определяем число вертикальных заземлителей

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

(5.5)

Затем определяем количество заземлителей с учётом коэффициента использования по формуле (5.6):

, (5.6)

где - коэффициент использования вертикальных заземлителей(без учёта влияния соединительной полосы), равный 0,7 (выбирается в таблице [14] в методическом указании).

4. Определяем длину соединительной полосы (горизонтальный проводник)

Для определения длины горизонтального проводника при расположении заземлителей в ряд воспользуемся следующей формулой (5.7):

, (5.7)

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

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):

, (5.8)

где d`_экв - эквивалентный диаметр горизонтального проводника.

, (5.9)

где b_{п -} ширина соединительной полосы, равная 40 мм.

Определяем сопротивление растеканию полосы с учётом коэффициента использования по формуле (5.10):

, (5.10)

где - коэффициент использования соединительной полосы, учитывающий экранирование между полосой и заземлителем, равный 0,75 (выбирается в таблице [14] в методическом указании).

6. Определяем результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя

Результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя рассчитывается по следующей формуле (5.11):

, (5.11)

где , Ом

Полученное значение R_ЗУсравниваем с наибольшим допустимым значением R_ЗУMAX= 4 Ом. R_ЗУ <R_ЗУMAX, следовательно, заземляющее устройство для здания ДСП, состоящее из 7 угловых вертикальных элементов, расположенных в ряд и соединенных горизонтальным элементом, выбрано правильно.

6. Расчет влияния ЛЭП и контактной сети на аппаратуру 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, 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

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.

6.2.1 Расчет влияния КЗ в ЛЭП

Рассматриваемые объекты:

-МкПАБ;

-ТПП;

-СБПБ;

-волновод.

а) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на МкПАБ.

Модуль взаимной индуктивности:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на ТПП:

Модуль взаимной индуктивности:

в) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на СБПБ:

Модуль взаимной индуктивности:

г) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на волновод:

Модуль взаимной индуктивности:

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

Таблица 6.2- Результат расчета

Далее рассчитываем значения влияния прямого удара молнии в ЛЭП:

Таблица 6.3- Результат расчета

Расчет значений удара молнии в КС:

Таблица 6.4- Результат расчета

6.3 Расчет гальванического влияния ЛЭП и КС

Расчет гальванического влияния производится по следующей формуле (6.3.1):

(6.3.1)

где I - ток ЛЭП или контактной сети;

- удельное сопротивление грунта, Омкм.

Гальваническое влияние ЛЭП и КС на заземляющие устройство ДСП и КТП представлены в таблице 6.5 ниже: