Определение коэффициента защитного действия металлических покровов кабелей

Металлические покровы (оболочки и броневые покровы) являются экранами по отношению к внешним электромагнитным полям. Эффективность экранирования кабельных цепей металлическими покровами от воздействия внешнего магнитного ( ) и электрического полей (S_E) в тональном диапазоне частот оценивают через отношение величины напряженностей соответствующего поля внутри и вне кабеля ( ):

где и - соответственно напряженности магнитного поля в кабеле при наличии экрана и без него;

и - аналогичные напряженности электрического поля.

Экранирующий эффект в широком диапазоне частот обусловлен микропроцессами – вихревыми токами в металлических покровах кабеля с эффектами затухания поглощения и затухания отражения (здесь несущественны условия заземления покровов) и макропроцессами – наведением продольных токов в цепи металлические покровы – земля. В последнем случае весьма существенны параметры цепей и условия заземления.

В тональном диапазоне частот экранирующее действие за счет продольных токов значительно превышает экранирование за счет поглощения и отражения, поэтому последними можно пренебречь.

Поскольку кабели связи с любыми металлическими покровами практически не испытывают электрического влияния, далее рассматривается их защищенность от магнитных влияний.

Защитное действие металлических покровов принято оценивать двумя коэффициентами защитного действия (КЗД): идеальным и реальным .

Идеальный коэффициент защитного действия , предполагающий идеальное заземление защитных покровов ( , можно рассчитать по формуле:

,

где – активная составляющая сопротивления оболочки кабеля и подключенной параллельной оболочке брони, Ом/км;

– индуктивность параллельно соединенных оболочки и брони кабеля цепи металлические покровы - земля, Гн/км;

– угловая чистота влияющего тока, рад/с.

Активное сопротивление металлических покровов при частоте = 50 Гц в тональном диапазоне частот с достаточной для практики точностью можно принять равным сопротивлению при постоянном токе .

Если металлические покровы состоят только из одной свинцовой или алюминиевой оболочки с наружным диаметром , мм, и внутренним , мм, то сопротивление оболочки постоянному току, Ом/км,

,

где – удельное сопротивление материала оболочки, , для свинца и алюминия равное 0,221 и 0,027.

Индуктивность цепи металлические покровы - земля определяется, Гн/км,

,

где и - внешняя и внутренняя индуктивности.

Для кабелей с диаметром по броне 20 ÷ 60 мм можно принять . Внутренней индуктивностью немагнитных цилиндрических оболочек пренебрегают.

Экранирующие свойства немагнитных материалов не зависит от значения, наведенного в оболочке напряжения.

Расчет КЗД металлических покровов, содержащих стальную броню, сложен вследствие нелинейного характера зависимости магнитной проницаемости брони от величины напряженности магнитного поля в броне. Точно подсчитать величину КЗД металлических покровов кабелей, содержащих броню из стальных лент, невозможно. Поэтому КЗД в этих случаях определяют экспериментально в зависимости от индуктируемого в оболочке и броне продольного напряжения.

Величина продольного напряжения, наведенного на металлические покровы кабеля (U_об), В/км,

где рассчитанное значение наводимого напряжения при отсутствии экранирующего действия при (по формуле 13.1);

длина сближения.

Экранирующие свойства металлических покровов кабелей в реальных условиях прокладки оценивают через понятие реального КЗД . Значение реального КЗД зависит от идеального (чем меньше , тем лучше реальное экранирующее действие), постоянной распространения тока в металлических покровах ( ), условий их заземления, а так же от длины кабеля, подверженного влиянию.

При учебном проектировании значение идеального и реального КЗД оболочек магистрального железнодорожного кабеля связи с броневыми покровами ориентировочно можно определить по кривым рис. 13.3. Номер используемой кривой зависит от условий и величины заземления металлических покровов кабеля, которые указаны в техническом задании.

Рис. 13.3. Зависимость КЗД металлических покровов кабеля от величины наведенного напряжения и сопротивления заземлителей:

1 – сопротивление оконечных заземлителей R_к = 2 Ом, сопротивление промежуточных заземлителей R_пр.= 5 Ом; 2 – R_к = 2 Ом, без промежуточных заземлителей; 3 – R_к = 5 Ом, без промежуточных заземлителей

По результатам расчета ожидаемой величины индуктированных влияний на цепи связи от контактной сети переменного тока (в вынужденном режиме работы) сделать вывод о допустимой ширине сближения трассы кабельной линии с тяговой сетью с точки зрения эдектробезопасности при принятом в проекте способе эксплуатации кабельной линии.