8(499)343-27-33
8(964)647-88-49
m-pereezd@mail.ru
Главная Схема проезда
Звоните!
8(499)343-27-33
8(964)647-88-49

Защита от грозовых разрядов

Магистральные кабельные линии связи подвержены резного рода повреждениям: механическим, коррозионным, вибрационным и др. Защищенность кабелей от повреждений в значительной степени определяет бесперебойность действия магистралей связи. Особенностью повреждения кабелей грозовыми разрядами является то, что кабель пробивается одновременно в нескольких местах. Отыскание мест повреждения в этом случае требует значительных затрат времени, что приводит к длительным перерывам связи. В данной статье рассматриваются повреждения (прожоги) кабелей магистральной связи и меры их защиты от перенапряжений, вызываемых грозовыми разрядами и коротким замыканием в тяговой сети.

Из статистических данных известно, что грозо-повреждаемость кабеля МКСАБ (основной магистральный кабель на линиях Минсвязи СССР), проложенного в европейской части страны, составляет в среднем 11 % общего числа повреждений, что не превышает нормы. В районах Севера, Алтайском крае. Восточной Сибири и на юге Якутии, где грунты отличаются высоким удельным сопротивлением, грозо-повреждаемость кабеля достигает 66 %. При этом на этих линиях для повышения грозо-стойкости в траншеях над кабелем проложены медные грозозащитные тросы.



На магистралях связи МПС в основном проложены кабели общего типа МКСАБ и железнодорожного типов МКПАБ и МКБАБ, причем грозо-повреждаемость кабелей МКПАБ и МКБАБ в 2,4 раза меньше, чем МКСАБ. Из статистических данных известно, что грозо-повреждаемость кабелей железнодорожного типа в европейской части страны составляет в среднем только 3 % общего числа повреждений.

Высокая грозо-стойкость магистральных железнодорожных кабелей предопределяется их техническими характеристиками, малым коэффициентом защитного действия (к.з д.) металлических оболочек и повышенным пробивным напряжением изоляции для схемы пробоя «жила — оболочке» и «жила — жила». В таблице приведены технические характеристики кабелей обычного типа МКСАБ и железнодорожных типов МКПАБ и МКБАБ. Учитывая данные таблицы, можно отметить, что в районах, где заземлители оболочки кабеля находятся ниже глубины сезонного промерзания грунта, кабели будут иметь в течение всего года реальный к.з д., близкий по значению к идеальному. В азиатской части СССР, в районах с высоким удельным сопротивлением грунта, вечномерзлыми грунтами грозо-стойкость кабелей будет ниже. Здесь грозовой период начинается раньше оттаивания грунтов, а заканчивается позже их замерзания. У заземлителей в этот период значительно возрастает сопротивление растеканию тока: вместо 5...10 Ом становится 50. 300 Ом. Оболочки кабелей имеют резко увеличенный к. з. д (0,3. .0,4) Это обусловливает повышенную гроза-повреждаемость кабелей. Так, из статистических данных, сбор которых ведется и в настоящее время, известно, что на одном из участков Восточно-Сибирской дороги гроза-повреждаемость кабеля МКПАБ превышает норму в среднем в 20 раз.

Известно, что для кабеля магистральной линии связи коэффициент готовности (вероятность того, что линия в произвольно выбранный момент времени будет исправна) должен быть очень высоким, не ниже 0,95. Этот коэффициент определен с учетом допустимой нормы гроза-повреждаемости (0,1 повреждения а год на трассе протяженностью 100 км). Однако при большой гроза-повреждаемости коэффициент готовности, а следовательно, и надежность кабельных линий связи резко снижаются. При этом от токов молнии и токов короткого замыкания в тяговой сети чаще всего повреждаются отпаи от магистрального кабеля, выполняемые обычно кабелем ТЗБ, имеющим свинцовую оболочку. Так, на одной из дорог с тяжелым профилем и суровыми климатическими условиями за 3 года произошло более 60 прожогов изоляции кабеля в отпаях.

Причина этих повреждений заключается в основном в том, что кабель ТЗБ имеет параметры, предопределяющие его низкую гроза стойкость (большой к.з д. — 0,7 и малое значение испытательного напряжения — 700 В при частоте 50 Гц в течение 2 мин).



Магистральные кабели, имеющие сигнальные пары, повреждаются чаще по схеме «жила четверки — жила сигнальной парьщ, чем по схеме «мила четверки (пары) — оболочка». В то же время в кабелях без сигнальных пар пробой чаще происходит по схеме «жила — оболочка».

Рассмотрим с теоретической точки зрения возможные причины пробоя кабеля, происходящего по схеме «жига четверки — жила сигнальной пары». Ток молнии имеет импульсный характер с фронтом и спадом волны. Определение его воздействия на кабель производится по эквивалентной частоте тока молнии (это частота синусоидального тока, действующего в оболочке кабеля вместо волны импульсной формы, которая вызывает появление напряжения между жилой и оболочкой с амплитудой, равной амплитуде при естественном токе молнии). Эта частота в среднем равна 25 кГц.

Следует отметить, что ток молнии неодинаково воздействует на жилы кабеля разного диаметра, поскольку коэффициенты распространения энергии по цепям у таких жил не одинаковы.

Например, для кабеля МКПАБ 7X4X1,05+5X2X0,7 рабочая емкость цепи с жилами диаметром 1,05 мм равна 24 нФ/км, диаметром 0,7 мм — 46 нФ/км. При этом емкость цепи «жила — оболочка», составляющая 1,78 рабочей емкости, будет соответственно в 1,78 раза больше рабочей емкости. Индуктивность цепи при удельной проводи-мости земли 25-10~а См/м для жил диаметром 1,05 и 0,7 мм примерно одинакова и равна 0,99.10_3 Гн/км. Коэффициент фазы для жил диаметром 1,05 мм составляет 0,98 рад/км, для 0,7 мм — 1,37 рад/км. При этом длина волны распространения тока молнии в первом случае равна 6,5 км, во втором — 4,6 км, коэффициент затухания — соответственно 1,04 и 1,82 дБ/км. Импульсное напряжение, возникающее между жилой и оболочкой кабеля от главной составляющей тока молнии (для высокоомных грунтов ток молнии выбран 20 кА), равно 8 кВ. Таким образом, в кабеле жилы разного диаметра из-за различия характеристик находятся под разным воздействием тока молнии. Поэтому при наличии сигнальных жил магистральные кабели чаще повреждаются по схеме «жила четверки — жила сигнальной пары».

На рисунке показан график зависимости наведенного напряжения в жилах высокочастотных четверок и сигнальных жилах кабеля МКПАБ от длины линии для указанных исходных данных. Из графика видно, что между основной и сигнальной жилами на усилительном участке 20 км пробой изоляции произойдет в нескольких местах, там, где разность напряжений превышает пробивную импульсную прочность изоляции между этими жилами (2100 В). Например, при ударе молнии в самом начале линии напряжение между основной и сигнальной жилами на расстоянии 5,7 км от места разряда (точка А) будет равно 6,4 кВ. на расстоянии В,2 км (точка В) — 4,4 кВ и т. д.

Полученные результаты позволяют сделать некоторые выводы и соответствующие рекомендации. Поскольку наличие в железнодорожных кабелях цепей с разными диаметрами жил приводит к их повреждениям от грозовых напряжений и коротких замыканий тяговой сети, желательно в конструкции кабеля предусматривать цепи с жилами одинакового диаметра. При организации железнодорожной связи целесообразно высокочастотные цепи магистральной связи и цепи оперативно-технологической связи размещать в отдельных кабелях.



Для повышения гроза стойкости кабелей МКПАБ и МКБАБ, проложенных в азиатской части СССР, необходимо включить в жилы сигнальных пар (в муфтах) малогабаритные разрядники Р-4 с шагом 3.. 3,5 км. Эти разрядники в случае возникновения волны перенапряжения прервут ее распространение по цепи «жила сигнальной пары — оболочка» и поэтому пробой изоляции по схеме «жила четверки — жила сигнальной пары» не произойдет. В дальнейшем в азиатской части страны целесообразно прокладывать кабель МКПм, как наиболее грозостойкий. Для этого следует ускорить организацию серийного производства этого кабеля.



Звоните!
8(499)343-27-33
8(964)647-88-49