Скрещивание цепей воздушных линий

Скрещивание цепей, т. е. перемена их проводов местами через определенные расстояния, уменьшает взаимные и внешние влия­ния, обусловленные поперечной асимметрией, а при подвеске про­водов на различном расстоянии от земли (крюковой профиль) и вли­яние из-за продольной асимметрии.

Уменьшение влияний за счет скрещивания для электрически ко­ротких линий показано на рис. 3.14. Если провод a цепи 2 (рис. 3.14 ,а) расположен ближе к влияющей цепи 1, чем провод б, то ток влияния > . Через нагрузки на концах цепи 2 прой­дет результирующий ток влияния. В случае, показанном на рис. 3.14 а, в цепи 2 создается результирующий ток помех

Iрез =I^а_б - I^б_м ≠0 (3.28)

( б – большая величина тока, м – меньшая величина тока) так как в проводе а, находящемся ближе к влия­ющей цепи, будет индуцироваться большая помеха, чем в проводе б (I^а_б > I^б_м ). При скрещивании цепи, показанном на рис. 3.14, б, меняется положение проводов а и б относитель­но влияющей цепи и результирующий ток будет приближать­ся к нулю:

Iрез =(I^а_б + I^а_м ) – (I^б_б + I^б_м ) » 0. (3.29)

Практически равен­ства нулю не будет, так как из-за затухания токов по длине линии I^а_б ¹ I^б_б , I^а_м ¹ I^б_м . Из рис. 3.14, в видно, что если обе цепи (1 и 2I) скрещены в одной точке, то эффект скрещивания пропадает и защищенность между ними аналогична защищенности между нескрещенными цепями. Поэтому необходимо скрещивать цепи по различным схемам.

Рис. 3. 14

Те же процессы будут происходить, если скрестить одну из цепей в нескольких точках, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. При этом число участков, на которые будут поделены цепи, должно быть четным. В случае нечетного числа участков всегда остается не скомпенсированный уча­сток, называемый неуравновешенной длиной.

Практически при скрещивании токи влияния одного участка полностью не компенсируются токами влияния другого участка, по­скольку токи с различных участков проходят неодинаковый путь и отличаются по амплитуде и фазе.

При подвеске на линии нескольких цепей каждая цепь должна скрещиваться по своей схеме [1-4].

Скрутка кабельных жил. Для уменьшения взаимных и внешних влияний две и более изолированные жилы симметричных кабелей скручиваются в группы парной или четверочной (звездной) скруткой. При рассмотрении влияний между цепями симметричных кабелей различают внутригрупповые (между цепями одной и той же группы) и межгрупповые (между цепями различных групп) электромагнитные связи.

При парной скрутке необходимо учитывать только межгруппо­вые связи. При четверочной скрутке необходимо рассматривать оба вида связей.

Допустимых значений внутригрупповых связей (влия­ний) достигают за счет симметричного расположения одной цепи в группе относительно другой (по углам квадрата) и высоких требований к однородности материалов, используемых при изготовлении кабеля. В случае межгрупповых влияний допустимые значения последних, обеспечи­ваются за счет различных шагов скрутки четверок (в четверке все жилы имеют одинаковый шаг скрутки). Жилы пар, взятых из одной и той же четверки, на всей строительной длине параллельны друг другу. Действие скрутки аналогично скрещиванию проводов на воздушных линиях, и основные положения об электрических процессах, возникающих при скрещивании, спра­ведливы и для скрутки. В настоящее время кроме классической (равномерной однонаправленной) скрутки жил используется скрутка с переменным случайным шагом и разнонаправленная скрутка (SZ-скрутка). Разнонаправленная скрутка допускает совмещение операций, например, скрутку жил в пары и пар в элементарный пучок. Разнонаправленная скрутка бывает волновой, когда направление скрутки изменяется через 1/2 … 3/4, или циклической, когда направление скрутки изменяется после цикла из нескольких витков.

Отличие скрутки от скрещивания заключа­ется в том, что скрещивание устраивают в точках, и расстояния между соседними скрещиваниями могут быть различными (при схе­ме скрещивания по нескольким индексам), а классическая скрутка представля­ет собой равномерное, непрерывное вращение жил относительно оси с неизменным шагом по всей длине кабеля. Шагом скрутки на­зывают длину участка, на котором жилы группы совершают пол­ный оборот вокруг оси скручивания. Шаг скрутки соответствует двум шагам скрещивания по схеме с одиночным индексом.

Шаг скрутки желательно выбирать как можно меньше, так как эффективность скрутки будет больше, но с уменьшением шага увеличиваются объем кабеля и длины жил, что невыгодно. Поэто­му с учетом требований к гибкости и устойчивости конструкций ка­беля длину шагов скрутки в группы принимают равной 100—300 мм.; при выборе шагов повивной скрутки в сердечнике исходят из рекомендуемой кратности шага m=H/D, где Н-шаг скрутки, D-диаметр скручиваемого повива. Кратность шага для высокочастотных симметричных кабелей равна 18-20, для низкочастотных кабелей дальней связи – от 20 (для внешних повивов) до 25 (для внутренних повивов), для пар коаксиальных магистральных кабелей 22-25. Шаги скрутки различных групп должны быть согласованы. Подбор и со­гласование шагов выполняют по участкам, называемым секциями симметрии или секциями за­щиты. Длина секции не дол­жна быть более 1/8 длины волны высшей передаваемой частоты.

Если кабель низкочастот­ный, то при четном числе групп в повиве достаточно взять два согласованных шага I и II и чередовать их. При нечетном числе групп в повиве потребуется три различных шага во избежание появления соседних групп, скрученных с одинаковым шагом. В высокочастотных кабелях шаги скрутки всех групп должны быть неодинаковы и согласованы между собой. Это объясняется тем, что в низкочастотных кабелях влияние между цепями обусловлено только одной емкостной связью, для которой промежуточные группы действуют как экран. В высокочас­тотных кабелях необходимо считаться со всеми видами связи.

Для уменьшения влияния между группами, находящимися в со­седних повивах, последние скручивают в разные стороны, и шаги их скрутки согласовывают с шагами скрутки групп. При пучковой скрутке (городские кабели) повивы в пучках скручивают в одну сто­рону, что позволяет уменьшить сечение сердечника кабеля. Для обе­спечения механической устойчивости при такой скрутке направление скрутки всего сердечника противоположно направлению скрутки его пучков.

Принятых мер по уменьшению влияний при изготовлении кабе­лей оказывается недостаточно для обеспечения требуемого качества каналов связи, поэтому во время монтажных работ выполняют сим­метрирование кабельной магистрали.

Симметрирование кабелей.Кабельные цепи в строительных длинах одного и того же типа кабеля всегда имеют различные электрические характеристики (в допустимых пределах по техническим условиям), и от того, как они будут соединены, зависит защищенность их от взаимных влияний и влияний внешних источников. Поэтому при выполнении монтажных работ с симметричными кабелями проводят симметрирование - комплекс мероприятий, направленных на уменьшение влияний.

Способы симметрирования. Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями электромагнитных связей. При этом в низкочастотных (до 4 кГц) кабелях преобладают электрические связи, а в высокочастотных - электромагнитные комплексные связи. Исходя из этого в НЧ кабелях достаточно проводить симметрирование емкостных связей; в ВЧ кабелях необходимо симметрировать все составляющие (активные и реактивные) электрических и магнитных связей. Для симметрирования НЧ кабелей применяют метод скрещивания жил и конденсаторный метод. Симметрирование ВЧ кабелей производят методами скрещивания жил и концентрированного симметрирования контурами противосвязи.

Сущность симметрирования скрещиванием жил заключается в компенсации электромагнитных связей между цепями на одном участке кабельной линии связями другого участка. Компенсация объясняется тем, что при скрещивании связи изменяют свой знак.

При симметрировании конденсаторным методом последние устанавливают в промежуточной муфте (рис. 2.28), соединяющей два участка кабельной линии, и включают между жилами цепей (жилы 1,2 – первая цепь, 3,4 - вторая цепь). Емкость их выбирают такой, чтобы сумма частичных емкостей С₁₃+С₂₄ (рис.3.15) была близка к сумме С₁₄+С₂₃ . В случае равенства сумм достигается равновесие электрического моста, и емкостная связь равна нулю.

Рис.3.15

Концентрированное симметрирование контурами противосвязи заключается в том, что токи помех, вызываемые электромагнитными связями между цепями, компенсируются токами влияния противоположной фазы, создаваемыми с помощью контуров, включаемых между жилами взаимовлияющих цепей.

Методика симметрирования высокочастотных и низкочастотных цепей различна. Высокочастотные цепи имеют большое затухание на высоких частотах, а токи влияния на ближний конец участков, расположенных на расстоянии, соответствующем затуханию 10-11 дБ (на верхних частотах передаваемого спектра), незначительны. Это позволяет производить симметрирование на всем усилительном участке. Низкочастотные цепи имеют значительно меньшее затухание, и , снижая влияние на дальний конец, можно увеличить влияние на ближний конец и наоборот. Низкочастотные кабели симметрируют небольшими участками, называемыми шагами симметрирования: участки кабельной линии, состоящие из нескольких строительных длин общей протяженностью до 4 км. Обычно длину шага симметрирования низкочастотных кабелей принимают равной 2 км.

В железнодорожных кабелях дальней связи имеются высоко- и низкочастотные четверки. При симметрировании таких кабелей приходится применять оба метода.

3.4Меры защиты подземных кабелей от коррозии

Виды коррозии

Коррозия - процесс разрушения металлических оболочек кабелей (свинцовых, стальных, алюминиевых), а также защитных и экраниру­ющих покровов (стальной брони, медных и алюминиевых экранов) вследствие химического, механического и электрического воздействия окружающей среды. Различают следующие виды коррозии: почвенную (электрохимическую), межкристаллитную (механическую) и электрокоррозию (коррозию блуждающими токами).

Коррозия оболочек приводит к потере герметичности кабелей свя­зи, ухудшению их электрических свойств и в ряде случаев выводит кабель из строя. Разрушающее действие коррозии характеризуется сле­дующими данными: ток силой в 1А блуждающий в земле приводит к потере в течение года 12 кг стали, 36 кг свинца, 100 кг алюминия.

В зависимости от характера взаимодействия оболочки кабеля и по­чвы, в которой он находится, а также от прохождения блуждающего тока, вдоль кабеля образуются анодные, катодные или знакоперемен­ные зоны.

Анодной зоной называется участок кабеля, на котором он имеет по­ложительный электрический потенциал по отношению к окружающей среде. В этой зоне токи стекают с оболочки, унося частицы металла и разрушая ее.

Катодной зоной называется участок, на котором кабель имеет отрицательный элек­трический потенциал по отношению к ок­ружающей среде. В этой зоне ток втекает в оболочку, не создавая опасности ее разру­шения.

Знакопеременной зоной называется участок, на котором имеет место чередование положительных и отрицательных потенциалов по отно­шению к земле.

Кабельные оболочки подвержены действию почвенной, межкристаллитной и электрической коррозии. Почвенной коррозией называется процесс разрушения металличес­кой оболочки кабеля, вызванный электрохимическим взаимодействи­ем металла с окружающей его почвой. Основными причинами, вызы­вающими почвенную коррозию, являются: содержание в почве влаги, органических веществ, солей, кислот, щелочей, неоднородность обо­лочки кабеля, неоднородность химического состава грунта, соприкаса­ющегося с оболочкой кабеля, неравномерное проникновение кислоро­да воздуха к оболочке кабеля. В результате на поверхности металла образуются гальванические пары, что сопровождается цир­куляцией тока между металлом и окружающей средой. В местах выхо­да токов из оболочки кабеля в грунт образуются анодные зоны, в кото­рых и происходит разрушение оболочки.

Интенсивность коррозии зависит от степени агрессивности среды, которая характеризуется двумя параметрами: удельным сопротивлением грунта и химической характеристикой грунта по кислотному содержа­нию рН (рН — это кислотное число, характеризующее число ионов во­дорода в единице объема грунта).

По удельному сопротивлению грунты подразделяются на три кате­горий [1]:

- низкоагрессивные (песчаные, глинистые, каменистые);

- среднеагрессивные (суглинистые, лесные, слабый чернозем);

- высокоаг­рессивные (торф, известь, чернозем, перегной, мусор)

Следует иметь в виду, что различные металлы по-разному ведут себя в различных грунтах. Свинец разрушается главным образом в щелоч­ных средах, а также в кислотных средах при потенциале выше -1,5 В. Алюминий подвержен весьма интенсивной коррозии в обеих средах. На сталь агрессивно действует кислотная среда и меньше влияет ще­лочная.

Межкристаллитная коррозия возникает вследствие вибрации кабе­ля при его транспортировке на значительные расстояния, прокладке кабеля вблизи железных дорог с большим грузовым движением, на мо­стах автомобильных и железных дорог, а также при подвеске на опорах воздушных линий.

Электрическая коррозия - это процесс разрушения металлической оболочки кабеля блуждающими токами в земле. Источниками блужда­ющих токов могут быть рельсовые пути электрифицированных желез­ных дорог, метрополитена, трамвая и установок дистанционного пита­ния, использующих в качестве обратного провода землю.

На электрифицированных железных дорогах и трамвайных сетях пи­тающий ток, возвращаясь по рельсам к питающей подстанции, частично ответвляется в землю. Проходя по земле и встречая на своем пути металлическую оболочку кабе­ля, ток распространяется по этой оболочке (рис. 3.16), а затем схо­дит с оболочки в землю и к рельсу, чтобы возвра­титься к другому полюсу генератора.

Рис. 3.16

Те участки кабеля, на которых блуж­дающие токи входят из земли в кабель, образуют катодную зону: участки кабеля, на которых блуж­дающие токи выходят из кабеля в землю, образуют анодную зону, где и происходит разрушение оболочки кабеля.

Интенсивность электрокоррозии металлической оболочки зависит от тока и напряжения в ней. По действующим нормам напряжение и плотность тока не должны превышать: U_K < -0,9 В; I_К < 0,15 мА/дм². При больших значениях I_К и U_K требуется защита кабеля от коррозии.

На электрифицированных железных дорогах возможны два вариан­та заземления источников питания: заземление отрицательного элект­рода, при электрификации на переменном токе, и заземление положи­тельного электрода (пригородная железная дорога).

В первом случае точно известна анодная зона (зона разрушения ка­беля), и можно осуществлять его защиту. Во втором случае анодная зона перемещается вдоль кабеля вместе с движением электропоезда. Кабель подвержен опасности разрушения на всем пути, и трудно реализовать защитные меры. Поэтому необходимо иметь заземление отрицательно­го электрода источников питания.