Тема: Расчёт мешающих напряжений

Мешающие влияния возникают в результате несимметричных составляющих токов источников электромагнитного влияния.

Спектральный состав токов источников влияния очень широк: он простирается до частоты несколько сотен килогерц.

Величина и частотный диапазон токов влияния зависят от источников электромагнитного поля.

Рассмотрим тягу постоянного тока.

Постоянный ток: в контактную сеть поступает выпрямленное напряжение. Оно содержит постоянную составляющую с пульсирующие составляющие. При расчёте мешающего влияния учитывают только пульсирующие составляющие.

Спектральный состав пульсирующей составляющей определяет мешающее влияние. В общем виде необходимо учитывать все гармоники пульсирующей составляющей, то есть расчёт выполняется, используя закон сложения квадратичных составляющих.

Количество гармонических составляющих может достигать несколько десятков штук. На практике определить такое большое количество составляющих затруднительно, поэтому вводятся специальные понятия, по которым и ведут расчёт.

· псофометрическое напряжение

Мешающее напряжение непосредственно воздействует на телефонный аппарат, который используется человеком; в результате многочисленных исследования определили чувствительность человеческого уха к помехам и построили псофометрическую кривую.

Решили, что все другие гармоники (отличающиеся от частоты 800 Гц) необходимо приводить к этой частоте с помощью коэффициента акустического воздействия: отношение напряжения на k-ой гармонике к акустическому воздействию на частоте 800 Гц.

Разработаны специальные таблицы для P.

Если умножить гармоническую составляющую напряжения или тока на P мы получим псофометрическую величину. По напряжению:

· формфактор

Для оценки качества питающего напряжения вводят понятие формфактора.

Формфактор по напряжению это отношение псофометрической величины напряжения к действующему напряжению.

Формфактор вводят также и на ток:

Формфактор по напряжению и по току нормируют. Эти нормы зависят от вида нагрузки.

Расчёт результирующих мешающих напряжений с учётом гармонических составляющих м формактора выполняются при необходимости для более детального исследования мешающих напряжений.

В инженерной практике часто используют приближённый метод расчёта.

Мешающее напряжение возникает в двухпроводной цепи (паре проводов). Для перехода от напряжений, которые действуют в однопроводной цепи в двухпроводной цепи необходимо ввести специальные коэффициенты.

h – коэффициент чувствительности двухпроводной цепи к помехам.

,

где U_Ж-Ж – напряжение жила-жила;

U_Ж-О – напряжение жила-оболочка.

Значения h зависят от частоты. В правилах имеются таблицы для h в зависимости от частоты. Для вычисления напряжения помехи в двухпроводной цепи необходимо величину опасного напряжения, возникшего на длине усилительного участка при магнитном влиянии умножить на коэффициенты акустического воздействия и чувствительности.

Приближённая формула учитывает одну гармонику.

Так как максимальное акустическое воздействие наблюдается на частоте 800 Гц, то чаще всего коэффициент взаимной индуктивности M определяют на частоте 800 Гц по специальным номограммам и заданные гармоники приводят к частоте 800 Гц с помощью коэффициентов P и h. Поскольку мешающее влияние действует в двухпроводной цепи и усиливается совместно с сигналом то необходимо определить мешающее влияние не на длине усилительного участка, а на всей магистрали.

где n – количество усилительных участков на магистрали;

Напряжение U_меш^маг – сравнивают с нормой.

Нормы приводятся в правилах в зависимости от типа связи и составляет:

· магистральные каналы 0,1 мВ;

· служебная связь 1,5 мВ.

Если величина мешающего напряжения по результатам расчёта получилась больше, чем установлено в нормах, тогда необходимо проведение мероприятий по защите.

Мероприятия по защите от мешающих напряжений

Эти мероприятия выполняются как со стороны влияющих линий, так и со стороны цепей, подверженных влиянию – мероприятия комплексные.

Кардинальная мера защиты от электромагнитных влияний – экранирования линейных сооружений. В состав кабеля входят экраны, такие как оболочка и броня.

Кабельная оболочка и броня выполняют защитное действие и снижают мешающее напряжение в зависимости от материала оболочки, наличие или отсутствие заземления металлических покровов. Защитное действие оценивается путём введения коэффициента защитного действия.

где E_жэ - жила с экраном,

E_ж - жила без экрана.

Величина коэффициента защитного действия всегда меньше единицы.

Схема, позволяющая оценить экранирование

при наличии третьих цепей (экранов)

1 цепь – контактные цепи, ЛЭП различного класса напряжений – любой источник магнитного влияния;

2 цепь – любая жила в сердечнике кабеля;

3 цепь – металлопокровы кабеля или рельсовые цепи, трубопроводы или другие протяжённые металлические сооружения.

Под действием тока первой цепи во второй и третьей цепи возникает противоЭДС. Под действием возникающих ЭДС возникают токи I₃, I₂. Токи начинают взаимодействовать друг с другом, но нам нужно в первую очередь определить какой ток будет возникать в информационной цепи.

Рассмотрим влияние I₃ на цепь 2 (обратное действие – не важно).

...

Под действием E₂ возникает ток I₂. Ток I₂^/ компенсирует мешающий ток I₂. Но величина этого тока всегда меньше чем ток I₂.

Но всегда стремятся с помощью защитных мероприятий увеличить компенсирующий ток I₂^/. Для оценки компенсирующего действия тока I₂^/ вводят специальное понятие – идеальный коэффициент защитного действия.

Идеальный коэффициент защитного действия определяется через первичные параметры третьей цепи без учёта заземлителей по формуле:

Как улучшить экранирующее действие третьей цепи?

Чем меньше продольное сопротивление третьей цепи и больше индуктивность, тем эффективнее работает экран. На практике нужно использовать кабель, у которого металлопокровы (оболочка) имеют лучшую проводимость (меньшее сопротивление). Или заменить кабель со свинцовой оболочкой на кабель с алюминиевой оболочкой. Эти замены позволяют увеличить этот ток (I₃) и, как следствие, увеличивается ЭДС и ток компенсации в жилах. При такой замене необходимо обязательно заземлять оболочку (R_з1 и R_з2). При отсутствии R_з1 и R_з2 будет отсутствовать ток. При наличии заземлителей мы приходим к реальному коэффициенту защитного действия, величина которого зависит от сопротивлений R_з1 и R_з2.

Если выбор кабеля с лучшими защитными свойствами и устройства заземления недостаточно снижают наведённые напряжения, тогда применяются специальные защитные устройства:

· отсасывающие трансформаторы (ОТ)– на стороне питающих линий,

· редукционные трансформаторы (РТ)– на стороне цепи, подверженной влиянию.

ОТ - обслуживают энергетики, РТ - используют и обслуживают связисты.

Принцип действия редукционного трансформатора

РТ представляет собой двухобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого выполнена проводами с сечением, равным сечению металлических покровов кабеля, а вторичная обмотка - сам сердечник кабеля. РТ увеличивает магнитную связь M₂₃ между металлопокровами кабеля и сердечником и вызывает появление дополнительной E₂^рт и компенсирующего тока I₂.

РТ не оказывает заметного увеличения собственного затухания сигнала, так как используется сам кабель. РТ используется для защиты ВЧ каналов. РТ включается на длине усилительного участка в количестве до трёх штук.

Марка РТ - ОСГРГ – однофазный, сухой, герметизированный, редукционный.

РТ повышает экранирующее действие металлических покровов кабеля. При наличии других (третьих) цепей, например, рельсовой цепи, экранирующее действие которой повышается за счёт применения ОТ.

Схема включения ОТ.

ОТ включается между влияющим проводом и рельсовой цепью.

Принцип действия ОТ – он улучшает экранирующее действие рельсовой цепи за счёт увеличения магнитной связи между контактным проводом и рельсовой цепью.

Лекция № 11