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

В природе различают три основных типа грозовых разрядов:

?) линейная молния - имеет вид узкой полосы между облаком и землей, между облаками или между отдельными скоплениями объёмных зарядов внутри облака;

?) шаровая молния - ярко светящийся, подвижный, выпуклый, относительно устойчивый сгусток плазмы, возникающий и исчезающий по мало изученным в настоящее время причинам;

?) тихие разряды - корона, возникающая в местах резкой неоднородности напряженности электрического поля на выступающих заземленных предметах в предгрозовой период и во время грозы[5].

Как показывают измерения, разрядный ток молнии представляет собой импульс с быстрым нарастанием тока от нуля до максимума (фронт волны) и сравнительно медленным спадом (хвост волны).

Временная зависимость тока молнии определяется по формуле 3.3.

где - это импульс с быстрым нарастанием тока от нуля до максимума, равный 7 мкс;

- это время от условного начала до момента, когда ток молнии на кривой спада становится равных половине своей амплитуды, равное 700 мкс;

t - время;

- ток молнии, равный по заданию 140 кА.

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

Сигналы, хотя и случайно появляются во времени, имеют постоянные параметры. Длительность, их вид за время существования как правило известен. Переносчиком информации является сигнал S(t).

Спектр сигнала (его частотный состав) является важнейшей характеристикой сигнала. Он определяет требования к узлам аппаратуры связи помехозащищенность, возможность уплотнения. Далее мы воспользуемся математическим аппаратом непрерывного спектрального анализа.

Спектральная плотность - это характеристика сигнала в частотной области, определяемая прямым преобразованием Фурье:

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:

При решении задач теории связи не будем в курсовом проекте пользоваться обратным преобразованием, а ограничимся только поиском и анализом спектров сигналов.

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

Как видно из представленных графиков спектр КС и ЛЭП сосредоточен в низкочастотной области. Спектр же молнии имеет высокочастотную характеристику. И наиболее широкий спектр у тока молнии.

5. Расчёт контура заземления здания ДСП

Назначением заземляющего устройства здания (сооружения) является:

?) обеспечение электромагнитной совместимости среды обитания человека и атмосферного электричества во всех его проявлениях, в том числе и в виде грозы;

?) обеспечение электромагнитной совместимости среды обитания человека и электроустановок здания (сооружения);

?) обеспечение электромагнитной совместимости информационно-технологического оборудования и электроустановок здания (сооружения).

Обеспечение электромагнитной совместимости в электроустановках зданий (сооружений) включает:

?) защиту зданий (сооружений) от каких бы то ни было повреждений (механических, термических, электрических);

?) исключение искрообразования, пожаров и взрывов во всех помещениях зданий (сооружений), включая взрывоопасные и пожароопасные зоны;

?) обеспечение электробезопасности как внутри зданий (сооружений), так и снаружи;

?) исключение выноса опасного потенциала;

?) защиту электроустановок и информационно-технологического оборудования от электромагнитного влияния молнии;

?) защиту информационно-технологического оборудования от электромагнитного влияния электроустановок.

Основным параметром, характеризующим защитное заземляющее устройство, является сопротивление растеканию тока, которое в основном зависит от сопротивления земли. При расчете заземляющего устройства сопротивление земли условно относят к заземлителю.

Расчет производится для случая размещения заземлителя в однородной земле. Для расчета используем способ коэффициентов использования. Он основан на применении коэффициентов использования заземлителей (вертикальных _з и горизонтальных _п).

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

где _изм - удельное сопротивление грунта, полученное непосредственным измерением. В нашем случае оно определено в задании равным 50 Омм;

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

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

_расч=1,65 50 = 82,5 Омм.

Выбираем форму и размеры искусственных вертикальных электродов-заземлителей.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя рассчитывается по формуле:

где l - длина вертикального электрода-заземлителя, м;

d - диаметр заземлителя, м. Т.к. мы используем в качестве электродов угловую сталь, то ее эквивалентный диаметр d=0,95b, где b - ширина полки уголка, м;

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

t = t_п + l/2,

t_п - глубина заложения полосы, 0,7 м.

Таким образом, для l = 3 м, d = 0,950,05 = 0,0475 м, t = 0,7+1,5 = 2,2 м получим:

Полученное значение R_верт сравниваем с наибольшим допустимым значением R_зуmax=4 Ом.

Т. к. R₀>R_н, то определяем число вертикальных заземлителей. Сначала находим приближенное число заземлителей по формуле:

Затем определяем количество заземлителей с учетом коэффициента использования по формуле:

где - коэффициент использования вертикальных заземлителей (без учета влияния соединительной полосы), при помощи которого учитывается явление взаимного экранирования электрических полей отдельных электродов. = 0,65. Тогда:

.

Определяем длину соединительной полосы (горизонтального проводника) при расположении заземлителей в ряд по формуле:

Определяем сопротивления растеканию тока горизонтальной полосы (без учета экранирования между полосой и заземлителями) по формуле:

где - расчетное удельное сопротивление грунта с учетом коэффициента сезонности К_п, Омм,

b_п - ширина соединительной полосы, м. По заданию b_п = 40 м;

t_п - глубина заложения полосы в грунт, принимаем равной 0,7 м.

Ом.

Определяем сопротивление растеканию полосы с учетом коэффициента использования по формуле:

где _п - коэффициент использования соединительной полосы, учитывающий экранирование между полосой и заземлителем. _п = 0,72 , тогда

Ом

Определяем результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя:

Ом

Тогда

Ом

Полученное значение сравниваем с наибольшим допустимым значением = 4 Ом.<, следовательно заземляющее устройство здания ДСП, состоящее из трех угловых вертикальных элементов, расположенных в ряд и соединенных горизонтальным элементом, выбрано правильно[2].

6. Расчет магнитного влияния

6.1 Влияние КЗ в ЛЭП и КС

Расчет магнитных влияний при коротком замыкании в ЛЭП и КС производится по следующей формуле:

где , рад/с;

Гц; - ток короткого замыкания, кА;

- продольная длина кабеля, попавшего под влияние, м;

- коэффициент экранирования оболочки кабеля;

- коэффициент экранирования рельсов;

- коэффициент экранирования провода;

М - взаимная индукция, Гн/км.

Расчёт взаимной индуктивности рассчитывается по формуле:

где a - длина междуЛЭП и кабелем, м;

у - проводимость грунта, См?м. Определяется по формуле:

где - удельное сопротивление грунта, Ом/м.

Расчет магнитного влияния ЛЭП на СБПБ, ТПП, МКПАБп и волновод

Магнитное влияние на кабель МКПАБп.

Исходные данные: А;Гц; км;;;Омм;.

Магнитное влияние на волновод КВ-радиостанции.

Исходные данные:

А;Гц;км;;;Омм;

Магнитное влияние на кабель ТПП.

Исходные данные: А;Гц;км;;;Омм;.

Магнитное влияние на кабель СБПБ.

Исходные данные: А;Гц;км;;;Омм;.

Магнитное влияние КС на СБПБ, ТПП, МКПАБп и волновод

Магнитное влияние на кабель МКПАБп.

Исходные данные: А;Гц;км;;;Омм;.

Магнитное влияние на волновод.

Исходные данные: А;Гц;км;;Омм;.

Магнитное влияние на кабель ТПП.

Исходные данные: А;Гц;км;;;Омм;.

Магнитное влияние на кабель СБПБ.

Исходные данные: А;Гц;км;;;Омм;.

Расчет магнитных влияний при ударе молнии в ЛЭП и КС

Производится по следующей формуле:

где, рад/с;

Частота рассчитывается по формуле:

где - амплитуда тока молнии, кА;

- это импульс с быстрым нарастанием тока от нуля до максимума, мкс;

- продольная длина кабеля, попавшего под влияние, м;

- коэффициент экранирования оболочки кабеля;

- коэффициент экранирования рельсов;

- коэффициент экранирования провода;

М - взаимная индуктивность, Гн/км.

Магнитного влияния при ударе молнии в ЛЭП на СБПБ, ТПП, МКПАБп и волновод

Магнитное влияние на МКПАБп.

Магнитное влияние на волновод.

Исходные данные: А;Гц;км;;;Омм;;=8мкс.

Магнитное влияние на кабель ТПП.