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

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

Магнитное влияние на кабель СБПБ.

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

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

Магнитное влияние на кабель МКПАБп.

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

Магнитное влияние на волновод.

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

Магнитное влияние на кабель ТПП.

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

Магнитное влияние на кабель СБПБ.

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

6.2 Расчет гальванического влияния ЛЭП и контактной сети

Расчет гальванического влияния производится по следующей формуле:

где I - ток короткого замыкания ЛЭП или КС, равный соответственно 46 и 4 кА;

- удельное сопротивление грунта, равное 50 Омм;

- расстояние от ТП до КТП или ДСП.

для ДСП определяется по формуле:

для КТП определяется по формуле:

Гальваническое влияние на контур КТП.

Гальваническое влияние на контур ДСП.

,

Произвели расчет магнитных влияний КЗ в ЛЭП и КС и прямого удара молнии в ЛЭП и КС, а также расчет гальванического влияния на ЛЭП и КС. Исходя из расчетных значений сравнили магнитные влияния КЗ в ЛЭП и КС и выяснили, что наибольшее влияние имеет магнитное влияние в ЛЭП волновод 54 кВ. При магнитном влиянии удара молнии наибольшее влияние имеет КС волновод Сравнивая два эти значения, получим что наибольшее магнитное влияние имеет КС волновод. При гальваническом влиянии большее влияние имеет ЛЭП ДСП 174,31 В. А теперь сравним гальваническое и магнитное влияния и получим, что наибольшее влияние имеет магнитное при ударе молнии КС волновод

7. Схемы защиты устройств проводной железнодорожной электросвязи от перенапряжений

7.1 Защита от перенапряжений

Для защиты от импульсных перенапряжений используются различные приборы. Одними из таких являются разрядники, варисторы, супрессоры, ограничители.

Разрядник - электрический прибор открытого (воздушного) или закрытого (наполненного инертными газами) типа, содержащий в простейшем случае два электрода. При превышении напряжения на электродах разрядника определённого значения, он “пробивается”, тем самым ограничивая напряжение на электродах на определённом уровне. При пробое разрядника по нему протекает значительный ток (от сотен А до десятков кА) за короткое время (до сотен микросекунд). После снятия импульса перенапряжения, если не была превышена мощность, которую способен рассеять разрядник - он переходит в исходное закрытое состояние до следующего импульса.

Варистор - полупроводниковый прибор с “крутой” симметричной вольт-амперной характеристикой. В исходном состоянии варистор имеет высокое внутреннее сопротивление (от сотен кОм до десятков и сотен МОм). При достижении напряжения на контактах варистора определенного уровня, он резко снижает свое сопротивление и начинает проводить значительный ток, при этом напряжение на контактах варистора изменяется незначительно. Как и разрядник, варистор способен поглотить энергию импульса перенапряжения длительностью до сотен микросекунд. Но, при длительном повышенном напряжении, варистор выходит из строя с выделением большого количества тепла (взрывается).

Супрессор - полупроводниковый диод с сильной зависимостью полного электрического сопротивления от приложенного напряжения, то есть у супрессоров ярко выраженная нелинейная вольт-амперная характеристика. Если амплитуда электрического импульса превысит паспортное напряжение для конкретного типа диода, то он перейдёт в режим лавинного пробоя. То есть TVS-диод ограничит импульс напряжения до нормальной величины, а “излишки” уходят на корпус (землю) через диод.

Ограничители - схемы из полупроводниковых элементов, ограничивающие проходящие через них напряжение, например, быстродействие ограничителя в виде диодного моста со стабилитроном будет определяться скоростью переключения диодов моста, которая намного выше, чем у стабилитрона[1].

7.2 Защита от больших токов

Для защиты от импульсных токов используются различные приборы. Одними из таких являются предохранители, позисторы, автоматические выключатели ( автоматы).

Автоматический выключатель (“автомат”) - это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, таких, как токи короткого замыкания.

Электрический предохранитель - компонент электрических и радиоэлектронных устройств, предназначенный для защиты оборудования и приборов от повреждений при их неисправностях или для защиты питающей сети от аварийных электрических токов, возникающих при авариях и отказах, неправильного включения, ошибок монтажа. Предохранитель включается последовательно с потребителем электрического тока и разрывает цепь тока при превышении им номинального тока, - тока, на который рассчитан предохранитель.

Позисторы - терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления, в отличие от предохранителей они используются многократно[1].

7.3 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 1000В, стойкость аппаратуры со стороны линейных вводов 24 В, ток короткого замыкания в цепи 220 В равен 118 А.

7.4 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 7.1, включающая разрядник и варисторы, обеспечивает одновременную защиту как по току, так и по напряжению. Элементы защиты представлены в таблице 7.1[6].

Рисунок 7.1 - Схема защиты КТП

Таблица 7.1 - Элементы защиты

На рисунке 7.3 представлена схема защиты радиосвязи.

Рисунок 7.3 - Схема защиты радиосвязи

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

Рисунок 7.4 - Схема защиты аппаратуры связи

В таблице 7.2 представлены элементы защиты аппаратуры связи.

Таблица 7.2 - Элементы защиты

Для гарантии защиты аппаратуры от сверхвысоких токов в начале схемы установим предохранители серии ПВ-40 с рабочим напряжением до 30 В и разрывным током до 40 А.

8. Расчёт параметров электромагнитного экрана аппаратуры

8.1 Применение экранов

Наиболее радикальным средством защиты коаксиальных и симметричных кабельных цепей от помех является их экранирование. По конструкции и принципу действия различают экраны, защищающие от внешних и от внутренних (взаимных) помех. Для защиты от внешних помех кабель поверх сердечника покрывается металлическими оболочками. Они, как правило, имеют сплошную цилиндрическую конструкцию и выполняются из свинца, алюминия или стали. Известны также конструкции двуслойных экранирующих оболочек типа алюминий-свинец, алюминий-сталь и др. Применяются также экраны ленточного типа преимущественно из алюминиевых, медных, стальных лент, накладываемых спирально или продольно вдоль кабеля, и оплеточные экраны преимущественно из плоских и круглых проволок.

Экраны, защищающие от взаимных помех, являются составным элементом самого кабельного сердечника. В этом случае цепи с высоким уровнем передачи размещаются внутри экрана и обеспечивается возможность организации высокочастотной связи по однокабельной системе (прокладывается один кабель). При однокабельной связи экраны электрически делят цепи прямого и обратного направлений и исключают взаимные помехи. В коаксиальных кабелях для обеспечения требуемых норм помехозащищенности при однокабельной связи внешний проводник выполняется биметаллическим (медь, сталь).

В радиочастотных кабелях антенно-фидерного назначения применяются экраны гибкой конструкции типа оплетки из медных или стальных проволок.

8.2 Скин-эффект

Скин-эффект - затухание электромагнитных волн по мере их проникновения в проводящую среду. Переменное во времени электрическое поле E и связанное с ним магнитное поле H не проникают в глубь проводника, а сосредоточенны в основном в относительно тонком приповерхностном слое толщиной д, называемой глубиной скин-слоя. Происхождение скин-слоя объясняется тем, что под действием внешнего переменного поля в проводнике свободные электроны создают токи, поле которых компенсируют внешнее поле в объёме проводника.

Глубина скин-слоя существенно зависит от проводимости , частоты электромагнитного поля, от состояния поверхности. На малых частотах д велика, убывает с ростом частоты. Рассчитаем глубину скин-слоя по следующей формуле:

где f - частота, Гц;

- магнитная проницаемость металла, равная Гн/м;

- магнитная проводимость металла, равная 14, 3 См/м.

На основании расчёта на частотах от 1 Гц до 10⁷ Гц построим график зависимости глубины скин-слоя для латуни от частоты, график приведён на рисунке 8.1

Рисунок 8.1 - Зависимость глубины скин-слоя от частоты

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

где - общий коэффициент экранного затухания, Нп;

- затухание поглощения, Нп;

- затухание отражения, Нп;

- волновое сопротивление воздуха(диэлектрика), Ом;

- волновое сопротивление металла, Ом;

- толщина экрана, м;

- коэффициент распространения в металле.

Волновое сопротивление металла рассчитывается по формуле 8.5:

где - угловая частота, Рад/с;

- магнитная проницаемость, Гн/м;

- проводимость, См/м.

Сопротивление магнитного поля диэлектрика выражается по формуле 8.4:

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

- коэффициент распространения в металле.

;

- функция Ханкеля;

- функция Бесселя.

Сопротивление электрического поля, формула 8.5: