Расчёт и защита кабелей связи от ударов молнии

Плотность повреждений молнией кабеля связи с металлическими покровами без изолирующего шланга, проложенных по открытой местности (на 100 км длины кабеля в год), в зависимости от удельного сопротивления грунта ρ_гр и сопротивления защитных металлических покровов постоянному току R находится по графикам рис. 6.3. Графики построены исходя из расчетной электрической прочности изоляции кабеля U_пр=3000 В при средней продолжительности гроз Т=36 ч в год.

При других значениях электрической прочности изоляции U_пр и продолжительности грозового сезона Т величину плотности можно определить из соотношения

(6.7)

где Т - продолжительность гроз в году в часах;

U_пр - электрическая прочность изоляции жил кабелей, В (табл. 6.8);

n - плотность повреждений кабеля при Т=36 час и U_пр =3000 В.

Плотность повреждений, получаемая из графиков (рис. 6.3) и формулы (6.7), относится к отрезку магистрали длиной 100 км. Для произвольной длины плотность повреждений

.

Сопротивление внешних защитных металлических покровов (оболочки) постоянному току

(6.8)

где ρ - удельное электрическое сопротивление металлической оболочки, Ом·мм²/м;

d₁ и t - внутренний диаметр, мм и толщина оболочки кабеля, мм.

Рисунок 6.3 – Плотность повреждений при U_пр=3000 В и Т=36 часов в год

Сопротивление ленточной брони из двух стальных лент, Ом/км определяется по формуле

(6.9)

где D_бр - средний диаметр кабеля по броне, мм;

а и b - ширина и толщина одной ленты, мм.

Общее сопротивление внешних защитных покровов постоянному току R находится как сопротивление параллельно соединенных металлической оболочки и стальной брони кабеля, Ом/км

(6.10)

Для кабелей со стальной гофрированной оболочкой сопротивление металлических покровов постоянному току, Ом/км определяется по формуле

(6.11)

где R_л - сопротивление постоянному току экрана, расположенного под гофрированной стальной оболочкой, Ом/км;

R_гоф - сопротивление гофрированной оболочки постоянному току, Ом/км. При этом R_гоф, Ом/км определяется по формуле

где k_г - коэффициент гофрирования;

D_cр- средний диаметр гофрированной оболочки, мм;

где D_вт - внутренний диаметр гофрированной оболочки, мм;

h - высота гофра, мм;

t_об - толщина гофрированной оболочки (0,4. ..0,5), мм.

где Q - расстояние между ближайшими выступами или впадинами гофрированной оболочки (шаг синусоидального гофра), мм;

где D_г - наружный диаметр гофрированной оболочки, мм.

При прокладке в одной траншее нескольких кабелей учитывается общее сопротивление их покровов, определяемое по закону параллельного соединения сопротивлений. При одинаковых кабелях

,

где R_к - сопротивление металлических покровов одного кабеля, Ом/км;

m - число кабелей.

В табл. 6.8 приведены значения сопротивления металлических покровов и электрическая прочность изоляции основных типов междугородных кабелей.

Таблица 6.8 - Электрические характеристики кабелей связи

Марка кабеля	Rк, Ом/км	Uпр, В	Марка кабеля	Rк, Ом/км	Uпр, В
МКСБ-4х4	1,65		МКТП-4	1,47
МКСАШп-7х4	0,28		МКТСБ-4	1,38
МКСК-7х4	1,5		КМБ-4	1,25
МКСБ-4х4	2,1		КМК-4	1,0
МКСАШп-4х4	0,476		КМБ-6/4	0,885
МКСАБп-4х4	0,36		КМБ-8/6	0,578
МКССШп-4х4	2,6		КМКБ-4	0,74
МКСК-4х4	1,9		ВКПАП	1,8
МКСАШп-1х4	0,806

Для выбора мер защиты рассчитанная плотность повреждений кабеля сравнивается с нормой. На вновь проектируемых кабельных линиях защитные мероприятия следует предусматривать на тех участках, где плотность повреждений превышает допустимую, указанную в табл. 6.9.

Таблица 6.9 - Допустимые значения вероятной плотности повреждения

кабелей молнией

Тип кабеля	Допустимое расчетное число опасных ударов молнии на 100 км трассы в год
в горных районах и районах со скальным грунтом при удельном сопротивлении свыше 500 Ом·м и в районах вечной мерзлоты	в остальных районах
Симметричные одночетвёрочные, однокоаксиальные	0,2	0,3
Симметричные четырёх- и семичетвёрочные	0,1	0,2
Многопарные коаксиальные	0,1	0,2

Один из способов защиты кабелей от ударов молнии - использование тросов, проложенных в земле над кабелями. Эффективность защиты кабелей за счёт применения подземных тросов, характеризуется коэффициентом тока η, который определяется:

при одном тросе (6.12)

где r_кт - расстояние между кабелем и защитными тросами, мм;

d_к - внешний диаметр оболочки кабеля, мм;

d_т - диаметр защитного троса, мм.

По графику (рис. 6.3) определяется плотность повреждений кабеля n после прокладки защитного троса, при этом вместо сопротивления покровов кабеля R берётся величина , Ом/км.

Если найденная величина плотности повреждений меньше допустимой, то для защиты достаточно одного защитного провода. Если больше допустимой, то следует взять два защитных троса и снова найти плотности повреждений кабеля с двумя защитными тросами и т.д.

При двух тросах , (6.13)

r_тт - расстояние между защитными тросами, мм.