Защита сооружений связи от внешних воздействий

 

Электромагнитная совместимость

 

Источники сторонних полей условно делят на две группы: внешние – энергетически и конструктивно не связанные с линией связи, и внутренние – соседние физически и искусственные цепи данной линии связи.

Внешние источники помех делятся следующим образом:

естественные – грозовые разряды, солнечная радиация, космическое из­лучение, магнитные бури;

созданные человеком – высоковольтные линии передач, радиостанции различного назначения, линии электрифицированных железных дорог, метро и трамвая, электрические сети промышленных предприятий и отдельных энергоемких устройств.

Мероприятия, проводимые по устранению внешних влияний, приведе­ны в таблице 2.4.

 

Таблица 2.4

Мероприятия, проводимые по устранению внешних влияний

Источ­ник внеш­них влияний	Характер влияния	Мероприятия, проводимые на линиях
влияющих	связи
ЛЭП	Опасные и мешаю­щие поля Е и Н	1. Автоматика 2. Сглаживающие фильтры 3. Экранирующие тросы	1.Относ трассы 2. Калибрование 3.Скрещивание и сим­метрирование 4. Экранирование 5. Разрядники и предо­хранители 6. Заземление 7.Нейтрализующие и редукционные транс­ форматоры
Электрифициро-ванная желез­ная до­рога.	Опасное и мешаю­щее поле Н	1. Сглаживающие фильтры 2. Отсасывающие трансформаторы 3. Увеличение проводимости и изоляции рель­сов	1. Относ трассы 2. Калибрование 3. Скрещивание и симметрирование 4. Экранирование 5.Разрядники и предо­хранители 6. Заземление
Гроза	Опасные поле Е	........................	1. Калибрование 2. Молниеотводы на воздушных ЛС 3. Тросы на кабельных ЛС 4. Каскадная защита 5.Разрядники и предо­ хранители 6. Заземление

Продолжение таблицы 2.4

Радио­станции

Мешающие поля Е и Н

1. Выбор несущей частоты 2.Относ радио станции

1.Относ трассы 2. Калибрование 3.Скрещивание и сим­метрирование 4. Фильтры и запи­рающие катушки

 

Принцип экранирования

 

Для уменьшения электрического и магнитного влияния на внешнее про­странство активно применяются экраны. В технике связи и радиотехнике эк­раны оцениваются через экранное затухание А_Э, характеризующее величину затухания, вносимого экраном. Для магнитного поля затухание экранирова­ния определяется по формуле (2.25) (при n=1):

 

. (2.25)

 

Для электрического поля (2.26) (при n=1):

 

, (2.26)

 

где k_M = - коэффициент распространения в металле (коэффици­ент вихревых токов); k_Д=ω - коэффициент распространения в диэлек­трике; Δ- толщина экрана; r_Э - радиус экрана; J₁ и H₁ - цилиндрические функции первого (Бесселя) и третьего (Хенкеля) родов; J₁' и H₁' - производ­ные этих функций; Z ₀ = - волновое сопротивление диэлектрика пло­ской волны; Z_M = - волновое сопротивление металла.

Экраны работают в трех режимах:

низкочастотная область - электромагнитостатический режим;

высокочастотная область - электромагнитный режим;

сверхвысокочастотная область - волновой режим.

Электростатическое и магнитостатическое экранирование имеют прин­ципиальное различие. Электромагнитное экранирование состоит в замыка­нии электрического поля на поверхности металлической массы экрана и пе­редачи электрических зарядов на землю или корпус прибора. Магнитоста­тическое экранирование основано на замыкании магнитного поля в толще экрана, происходящее вследствие его повышенной магнитопроводности.

В таблице 2.5 приведены результаты экранирующего действия оболочек из меди, стали, алюминия и свинца для различных типов волн.

 

Таблица 2.5

Экранирующее действие оболочек для различных типов волн

f, Гц	Медь
АП	АОН	АОЕ	АОЕН	АЭН	АЭЕ	АЭЕН
103 104 105	0,17	1,56 7,9 26,7	255,4 234,6 213,6	119,9 119,9 119,9	1,56 7,9 26,9	255,4 234,6 213,8	119,9 119,9 120,1

Продолжение таблицы 2.5

106 107 108 109	6,5 35,2	41,2 50,4 59,9 71,2	187,6 156,4 127,7	114,7 104,2 93,8 83,4	47,7 85,6 184,9 475,2	194,1 191,6 252,7	121,2 139,4 218,8 487,4
f, Гц	Сталь (µ=100)
АП	АОН	АОЕ	АОЕН	АЭН	АЭЕ	АЭЕН
103 104 105 106 107 108 109	0,26 8,6 40,5 141,6	6,7 13,2 31,7 42,6	236,4 215,4 189,4 128,6 98,1 68,6	111,8 111,8 95,6 85,1 74,7 65,1 54,7	0,26 15,3 53,7 163,6 500,7 1501,6	236,4 215,7 218,5 270,2 567,1 1527,5	111,8 112,1 104,2 125,6 216,3 534,1 1513,7
f, Гц	Алюминий
АП	АОН	АОЕ	АОЕН	АЭН	АЭЕ	АЭЕН
103 104 105 106 107 108 109	3,5 94,7	0,9 4,4 41,8 47,2 58,2 68,6	249,2 229,4 208,4 189,4 153,8 175,1 95,6	115,5 115,5 115,5 114,7 100,8 91,2 81,6	0,9 4,4 45,3 73,1 152,9 380,6	249,2 229,4 208,4 192,8 179,8 219,8 407,6	115,5 115,5 115,5 118,0 126,8 185,9 393,6
f, Гц	Свинец
АП	АОН	АОЕ	АОЕН	АЭН	АЭЕ	АЭЕН
103 104 105 106 107 108 109	5,0 30,9 109,8	1,7 6,1 40,5 50,4 59,9	232,8 147,7 116,4 86,5	98,1 98,1 98,1 93,8 83,4 73,0	1,7 6,1 45,5 147,3 169,7	232,8 152,7 114,3 196,3	98,1 98,1 98,1 98,8 114,3 182,8

 

Здесь А_П – экранное затухание поглощения; А_О – экранное затухание отраже­ния.

Значения волновых сопротивлений различных металлов приведены в таблице 2.5, а диэлектрика определяется по формулам (2.27) и (2.28).

Таблица 2.6

Волновые сопротивления металлов

f, Гц	Волновое сопротивление (по модулю), Ом
Медь	Сталь	Алюминий	Свинец
103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012	0,0118х10-3 0,0372х10-3 0,118х10-3 0,372х10-3 1,18х10-3 3,72х10-3 11,8х10-3 37,2х10-3 118х10-3 372х10-3	0,3303х10-3 1,044х10-3 3,303х10-3 10,44х10-3 33,03х10-3 104,43х10-3 330,3х10-3 1044,3х10-3 3303х10-3 10443х10-3	0,0153х10-3 0,0483х10-3 0,153х10-3 0,483х10-3 1,53х10-3 4,826х10-3 15,3х10-3 48,26х10-3 153х10-3 482,6х10-3	0,0418х10-3 0,1322х10-3 0,418х10-3 1,322х10-3 4,18х10-3 13,22х10-3 41,8х10-3 132,2х10-3 418х10-3 1322х10-3
Расчетная формула	0,372х10-6	10,44х10-6	0,483х10-6	1,32х10-6

, (2.27)

. (2.28)

 

Эффективность экранов, предусмотренных для защиты от внешних ис­точников помех и от взаимных влияний между цепями, расположенными в общем кабеле, имеет существенные различия. При защите от внешних помех большое значение играют цепи оболочка-земля. Здесь велика роль состав­ляющих продольных токов, и необходимо учитывать действие как вихревых (А_Э), так и продольных (А_ПР) токов. Для цепей, расположенных в общем ка­беле, преобладает эффект вихревых токов, и в первом приближении он оп­ределяет защитное действие экрана. Результирующее экранное затухание А_Э.РЕЗ определяется экранированием от вихревых(А_Э) и продольных (А_ПР) токов, протекающих в оболочке кабеля. Формулы для расчета А_Э (2.25) и (2.26). Величина А_ПР рассчитывается по формуле (2.29), дБ:

 

, (2.29)

 

где L_ВШ – внешняя индуктивность цепи оболочка-земля, равная 2х10^-6Гн/м; - сопротивление оболочки, Ом/м, где Z_M = ;r – радиус оболочки; k = ; Δ – толщина оболочки.

Для низких частот сопротивление оболочки равно сопротивлению по­стоянного тока Z_ОБ = R₀ = 1/2πrσΔ. Эта формула справедлива для немагнитных экранов до 10 кГц, для магнитных - до 1кГц.

В пояснительной записке по данному разделу студент производит анализ воз­можных внешних воздействий на разрабатываемую систему связи. Произво­дит их классификацию и перечень мер по их устранению. В пояснительной записке производит обоснование выбранных методов и средств защиты от внешних воздействий. Производит расчет опасного электрического и маг­нитного и мешающего влияний, по результатам расчета делает выводы. Де­лает выбор экранирующих устройств; выбирает вид экрана и обосновывает сделанный выбор с помощью расчета. Учитывает защиту кабельных соору­жений от грозовых разрядов и молний, оборудование заземлений.