Меры защиты от внешних влияний

Мероприятия, проводимые на влияющих линиях.Меры защиты от опасных и мешающих влияний высоковольтных линий электропередачи и контакт­ных сетей определяют на основании расчетов значений индуциро­ванных напряжений и токов.

При проектировании ВЛ и линий автоматики, телемеханики и связи необходимо размещать их трассы так, чтобы избежать влия­ний, превышающих допустимые нормы. Если это невозможно по местным условиям или экономическим соображениям, то применя­ют специальные меры защиты.

На высоковольтных линиях и контактных сетях электрифици­рованных железных дорог переменного тока мерами защиты от опасного влияния являются: уменьшение времени короткого замы­кания; снижение токов короткого замыкания, переход на тяговые сети напряжением 2х25 кВ с автотрансформаторами, подвеска защитных тросов; включение в контактную сеть отсасывающих трансформаторов.

Для защиты от мешающего влияния на влияющих линиях предусматривают: транспозицию проводов высоковольтных ли­ний; подвеску защитных тросов; включение отсасывающих транс­форматоров в контактную сеть; включение сглаживающих фильт­ров на трансформаторных подстанциях.

Уменьшение времени короткого замыкания применением быст­родействующих приборов защиты, отключающих линии от питаю­щих устройств, в случае заземления одной из фаз, снижает опасность поражения человека током и пробоя изоляции кабелей и уст­ройств.

Транспозиция проводов высоковольтных цепей уменьшает их продольную асимметрию и, следовательно, напряжения и токи нулевой последовательности.

Отсасывающие трансформаторы (ОТ) (рис. 3.8) уменьшают маг­нитное влияние контактных сетей переменного тока. Они имеют коэффициент трансформации от 0,8 до 1, мощность 800 кВ • А и бо­лее. Первичную обмотку включают последовательно в контактную сеть 2, а вторичную — в провод обратного тока 1, подвешиваемый на опорах контактной сети (рис. 3.8 , а), или в рельсы 3 (рис. 3.8, б). При протекании тягового тока по первичным обмоткам трансформа­торов во вторичных обмотках и обратном проводе будет протекать ток почти противоположного направления, что снижает напряжен­ность влияющего магнитного поля. При включении вторичных обмо­ток в рельсы ток в них значительно увеличивается, что улучшает экранирующие действия рельсов.

Рис. 3.8

Число устанавливае­мых отсасывающих трансформаторов определяют расчетами. Защитное действие отсасывающих трансформаторов зависит от рас­стояний между ними, взаимного расположения линий, подвержен­ных влиянию, и тяговой сети, сопротивления рельсов относительно земли, удельного сопротивления земли и т. д. Коэффициент их за­щитного действия при включении в провод обратного тока может иметь значения 0,25…0,5, а при включении в рельсы 0,25…0,7.

Использование отсасывающих трансформаторов в качестве меры защиты от опасных и мешающих влияний удорожает строительство тяговой сети, усложняет эксплуатацию и увеличивает потери элект­роэнергии, но при необходимости защиты дорогостоящих действую­щих сооружений (магистральных кабелей, кабельных сетей мест­ной связи и т. д.) их применение может быть оправдано.

Сглаживающие фильтры применяют для уменьшения мешающих влияний тяговых сетей постоянного тока и устанавливают на всех тяговых подстанциях. Сглаживающие фильтры снижают амплитуду гармонических составляющих напряжения и тока, действующих в тяговой сети, для чего в схемах фильтров имеются резо­нансные контуры, настроенные на частоты гармоник с наибольши­ми амплитудами.

Меры защиты от опасных и мешающих влияний, применяемые на линиях автоматики, телемеханики и связи.Для линий автоматики, телемеханики и связи основными мерами защиты от опасного влияния являются применение разрядников, разделительных и редукционных трансформаторов, а также замена воз­душной линии кабельной; мерами защиты от мешающего влияния — использование дренажных катушек, отказ от работы по однопро­водным цепям; применение траверсного профиля вместо крюкового на воздушных линиях; замена воздушной линии кабельной.

Уменьшение влияния с помощью заземленных тросов и каблирования воздушных линий объясняется эффектом экранирования. В области низких частот процесс экранирования можно представить так. Допустим, что имеются влияющий провод 1, подверженный влиянию провод 2 и ме­таллический экран 3 (рис. 3.9, а). Когда по проводу 1 будет про­текать ток I₁, то в экране и проводе 2 появятся индуцированные э. д. с., векторы которых E₃ и E₂ (рис. 3.9, б) будут отставать от вектора тока I₁ на угол 90°. Индуцированная в экране э. д. с. вызовет в нем ток I₃, который будет отставать от вектора E₃ на угол j. Ток I₃ в свою очередь возбуждает в проводе 2 э. д. с. E₂₃, которая будет отставать от него на угол 90°. Результирующая э. д. с. Е_2p в прово­де 2 равна геометрической сумме Е₂ и Е₂₃, которая будет тем мень­ше, чем ближе угол j к 90^о. Значение угла (j зависит от соотноше­ния индуктивного и активного сопротивлений экрана, так как tgj = wL_э/R_э.

Рис. 3.9

Таким образом, защитное действие экрана будет тем больше, чем меньше сопротивление экрана и больше его индуктивность. Следо­вательно, защитное действие медного троса будет больше, чем сталеалюминиевого, а сталеалюминиевого — больше, чем стального. За­щитное действие оболочки кабеля из алюминия больше, чем обо­лочки из свинца. Броня кабеля из стальных лент с повышенной маг­нитной проницаемостью дает больший экранирующий эффект, чем обычная броня из стальных лент.

Практически экранами являются рельсы, металлические трубопро­воды и т. д. В общем случае результирующий коэффициент экра­нирующего (защитного) действия вычисляется как произведение

S = S_к S_р S_т…

гдеS_к-коэффициент защитного действия металлических оболочек и брони кабеля;

S_р - коэффициент защитного действия рельсов;

S_т - коэффициент защитного действия заземленного троса.

Большое влияние на защитное действие экранов оказывает со­противление их заземления. Чем меньше сопротивления заземлений, тем больше протекающий по ним ток и выше их защитное дейст­вие. Ко­эффициенты экранирования, вычисленные при нулевых сопротивлениях заземлений, называют идеальными.

В практических условиях сопротивление заземлений не может быть равно нулю, и действительные коэффициенты экранирования всегда больше идеальных. Их называют реальными коэффициентами экранирования. Методика определения реальных коэффициентов экранирования кабелей приводится в правилах [21].

Идеальный коэффициент экранирования оболочек кабеля

S_и =R^’_об/( R_об + jwL_об) , (3.1)

где R^’_об - сопротивление оболочки постоянному току:

R_об - полное сопротивление оболочки при переменном токе.

Из формулы (3.1) видно, что коэффициент экранирования зависит не только от сопротивления оболочки R_об, но и от ее индуктивности L_об.

Как известно, магнитная проницаемость стали является вели­чиной переменной, зависящей от значения протекающего по ней тока. С увеличением тока магнитная проницаемость сначала возрас­тает и достигает максимального значения на прямолинейном участ­ке кривой намагничивания. При дальнейшем увеличении тока маг­нитная проницаемость снижается. Следовательно, с изменением величины про­текающего по стальным оболочкам и броне тока будет изменять­ся и их индуктивность. Поэтому коэффициент экранирования сталь­ных оболочек или свинцовых и алюминиевых со стальной броней изменяется с изменением индуцированной продольной э. д. с. и соответствующего тока.

Коэффициент экранирующего (защитного) действия кабелей без шланговых внешних покровов, проложенных в земле, близок к идеальному. При наличии внешнего шлангового покрова рассчитывается реальный коэффициент экранирующего действия :

S_об = S_и + (1- S_и) [1 – exp(-g_об l_э)] /(g_об l_э),

где l_э – длина кабеля;

g_об – коэффициент распространения цепи «металлические покровы – земля», который находится по значениям первичных параметров этой цепи.

Экранирующее действие защитных оболочек кабеля можно уве­личить применением многообмоточного (рис. 3.10, а) и редукционно­го трансформаторов (рис. 3. 10, б).

Рис. 3.10

В разрыв металлического покрова кабеля 1 (металлическая оболочка, экран, броня) включается одна обмотка трансформатора. В каждую жилу 2 кабеля также включена обмотка многообмоточного трансформатора. В редукционном транс­форматоре 3 — ферромагнитный сердечник; 4— сердечник кабеля без металлических покровов, намотанный в качестве обмотки транс­форматора. Применяются редукционные трансформаторы марок ОСГР-1х4/8, ОСГР-4х4/8 и ОСГР-1/8, рассчитанные соответственно на включение в одно- и четырехчетверочные симметричные кабели, а также однокоаксиальные кабели.

Разделительные трансформаторы включают в подверженные опасным влияниям цепи. Они разделяют их на гальванически не соединенные участки. Это уменьшает продольную э. д. с. на про­водах цепей. Для защиты от опасных магнитных влияний и мешаю­щего электрического влияния применяют дренажные катушки, кото­рые состоят из двух одинаковых полуобмоток, наложенных на об­щий кольцевой сердечник из ферромагнитного материала. Вклю­чают их на концах цепей между проводами, а среднюю точку за­земляют.

Кроме перечисленных мер применяют и другие — относ трассы линии от источника влияния, установка предохранителей, устройство защитных заземлений, отказ от использования однопроводных цепей.

Однопроводные цепи, использующие землю в качестве второго рабочего провода, подвержены не только влиянию внешних неурав­новешенных электромагнитных полей, но и гальваническому влия­нию токов в земле, получивших название блуждающих. Блуждаю­щие токи возникают вследствие магнитных бурь, использования зем­ли в качестве одного из рабочих проводов несимметричных ВЛ, утеч­ки тягового тока в землю с рельсов электрических железных дорог и других причин.

Протекая в земле, имеющей различную структуру и, следова­тельно, неодинаковое сопротивление, они создают разность потен­циалов между точками земли. Эта разность потенциалов, действуя на заземлители однопроводных цепей, вызывает в цепях посторон­ние напряжения и токи.

Наиболее радикальной мерой защиты от гальванического влия­ния является переход с однопроводных цепей на двухпроводные. Однако такой способ экономически не всегда целесообразен, так как требует дополнительных проводов (жил). Поэтому применяют раз­личного рода схемы, снижающие влияние, а также выносят заземле­ния однопроводных цепей из зоны действия блуждающих токов. При медленном изменении блуждающих токов по значению и зна­ку (токи, вызываемые магнитными бурями и электрическими желез­ными дорогами постоянного тока) чаще всего применяют трансфор­маторные схемы. Для защиты от блуждающих токов промышленной частоты, вызываемых ВЛ и электрическими железными дорогами переменного тока, применяют фильтры, резонансные контуры и компенсирующие устройства, включаемые в однопроводные цепи.

Особенности защиты линий от влияния радиостанций.Радиостанции длинноволнового диапазона могут оказывать влияние на кабельные линии связи, как правило, в районе расположения мощных передающих антенн. При этом помехами поражаются группы каналов связи частотных систем. Это вызывается наличием продольной асимметрии цепей, наводками на вертикальные элементы конструкций кабельной линии.

Мерами борьбы с влиянием радиостанций являются: специальное симметрирование цепей, включение компенсирующих элементов и дополнительное экранирование элементов кабельной линии (вертикальных участков кабеля, боксов, соединительных шнуров), улучшение заземления элементов кабельной линии.

Устройства защиты аппаратуры автоматики, телемеханики и связи от электромагнитных влияний.Наряду с перечисленными выше методами и устройствами для снижения опасных влияний на линии автоматики и связи, используют и устройства специального назначения.

Защиту от опасных напряжений аппаратуры, включенной в про­вода воздушных и кабельных линий, людей, использующих и обслуживающих эту аппаратуру, а также кабельных вставок выполняют с помощью разрядников. Для защиты рельсовых цепей применяют вентильные выравниватели и разрядники. Разрядники и вентильные выравнива­тели, включаемые перед защищаемыми объектами, снижают волну перенапряжения, распространяющуюся по проводам воздушных линий и рельсовым цепям, до безопасного значения.

Применяют угольные, газонаполненные, вентильные и искровые разрядники. Угольные разрядники УР-500 используют в цепях мест­ной телефонной связи. Они состоят из двух угольных колодок, яв­ляющихся электродами, между которыми проложена изолирующая прокладка из слюды или другого диэлектрика, с вырезом, образую­щим воздушный промежуток. Разрядное напряжение этих разрядни­ков (500 ±100) В (амплитудное).

Газонаполненные двухэлектродные и трехэлектродные разрядники типов

Р-350, Р-35 применяют в цепях многоканальной и отделенческой связи, а также в цепях ав­томатики и телемеханики. Они имеют стеклянный баллон, наполнен­ный аргоном, в котором размещены два металлических электрода. На концы баллона надеты латунные колпачки с ножевыми кон­тактами, соединенными с электродами. С помощью ножевых кон­тактов разрядник устанавливают на специальной фарфоровой ко­лодке, имеющей контакты для подключения земли и провода. Раз­рядное напряжение разрядника (350±40) В.

Газонаполненные трехэлектродные разрядники Р-35 сходны по конструкции с разрядниками Р-350 и имеют такое же разрядное на­пряжение. В стеклянном баллоне этих разрядников размещены три электрода: два для подключения проводов двухпроводной цепи, а третий для подключения заземления. Разрядники Р-35 имеют боль­шую пропускную способность по току, чем Р-350, и при одинаковых условиях работы больший срок службы.

Газонаполненные двухэлектродные и трехэлектродные разрядники Р-4 , Р-65 с разряд­ным напряжением 70—80 В имеют стеклянный газонаполненный бал­лон с впаянными электродами и применяются для защиты по­лупроводниковых приборов.То же назначение имеют и другие типы разрядников, в том числе в керамических корпусах.

Газонаполненные разрядники можно применять в тех случаях, когда напряжение проводов относительно земли, рабочее или возникшее в результате индуктивного или гальванического влияния, не бо­лее 40 В. При большем напряжении не обеспечивается гашение дуги между электродами разрядников, и провод оказывается за­земленным. Поддержание горения дуги каким-либо напряжением, меньшим, чем разрядное напряжение разрядника, называют явлением сопровождающего тока. Очевидно, что это явление будет наблюдаться и в силовых цепях. Поскольку линейное напряжение поддерживает горение дуги разрядников, цепь окажется замкнутой накоротко через разрядники. В таких цепях применяют вентильные и керамические разрядники: РВН -250, РКВН-250, РВНШ-250, РВНН-250 в низковольтных цепях напряжением 110/220 В; РВН-500, РКН-600, РКН-900 в цепях напряжением 220/380 В; РВО-6 или РВО-10— в высоковольтных цепях напряжением соответственно 6 и 10 кВ. В вентильных разрядниках последовательно с искровым промежутком включено нелинейное сопротивление, изменяющееся в зависимости от величины приложенного напряжения. При уменьшении приложенного напряжения до линейного (при горении дуги в разряднике) сопротивление возрастает, что приводит к гашению дуги между электродами разрядника.

Искровые разрядники ИР-0,2; ИР-0,3; ИР-7; ИР-10; ИР-15; ИР-20 представляют собой воздушный промежуток между двумя электродами. Цифры показывают расстояние между электродами разрядника в миллиметрах. Эти разрядники включают каскадно (друг за другом) на линии для повыше­ния надежности защиты и сохранения газонаполненных и вентиль­ных разрядников от разрушения.

Керамические и селеновые нелинейные выравниватели ВК-220, ВК-10 и ВС-90 (цифры ука­зывают на номинальное рабочее напряжение цепи) представляют собой нелинейные сопротивления, влючаемые без искрового промежутка. Их применяют для защиты рель­совых цепей от опасного влияния, возникающего в результате кос­венного воздействия грозовых разрядов, асимметрии рельсовых цепей, прямых ударов молнии в рельсы на неэлектрифицированных участках; через них часто заземляют устройства на рельсы. То же назначение имеют оксидно-цинковые выравниватели типа ВОЦН (ВОЦН-24, ВОЦН-36, ВОЦН-110, ВОЦН-220, ВОЦН-380).