Введение к работе
Актуальность работы. Настоящая работа посвящена исследованию влияния некоторых свойств защитных покровов подземного кабеля (оболочки, брони, изолирующего шланга) и свойств окружающей среды (поперечной неоднородности проводимости земли) на стойкость линий связи по отношению к воздействию грозовых разрядов и других источников внешних.электромагнитных полей.
Кабель связи является в силу своих конструктивных характеристик' основным элементом, определяющим степень подверженности подземных линейно-кабельных сооружений связи внешним электромагнитным влияниям. Соответственно, стойкость линейно-кабель-ных сооружений к грозовым разрядам в большой юре зависит от стойкости непосредственно кабелей связи.
Анализ данных о грозовых повреждениях эксплуатируемых кабелей дальней связи свидетельствует о том, что в грозоопасных районах характеристики повреждаемости линий выше показателей, установленных требованиями единой автоматизированной сети связи (ЕАСС).
Как показывают результаты наблюдений, 24$ грозовых поврежде ' ний подземных кабелей связи вызываются электрическими пробоями в защитных покровах. Однако; по существующей методике в качестве грозовых повреждений учитываются только пробои поясной и междужильной изоляции кабелей, а при расчетах кабели представляются в виде простейшей конструкции, состоящей из сердечника и оболочки. В соответствии с этими представлениями используется показатель грозостойкости - "добротность" защитных покровов, которая зависит от электрической прочности поясной ИЗОЛЯЦИИ и проводимости металлопокровов. До настоящего времени не уделялось должного, внимания изучению конструкции защитных покровов, в частности, влиянию наружных шлангов и стальной брони на грозостой-кость кабелей связи.
Поэтому актуальной является задача учета конструктивных особенностей кабелей при оценке их грозостойкости, в частности, наличия изолирующего шланга, поверх оболочки. Учет процессов, проходящих в шланге, изучение условий, при которых происходит его пробой, позволяет произвести правильную оценку вероятности повреждений, повысить качество кабельных изделий по их грозостойкости, а при проектировании линий связи - проводить обоснованный выбор типов кабелей для прокладки в грозоопасных районах.
При расчетах грозостойкости кабелей по существующей методике стальная броня учитывается только в качестве ее вклада в
/меньаение общего сопротивления внешних покровов. Между тем стальная броня насыщается чемгновенно, и период времени до полного насыщения вносит существенны/! вклад в защитные сво.іства оболочки. Влияние насыщения стальной брони на величину напряжения, возникающего между жилой и оболочкой, было замечено в экспериментах, проведенных в Иркутске Качкуркиным СИ. Постепенное насыще-ние стали приводит к значительно меньшим амплитудам'напряжения между-жилой и оболочкой, а учет насыщения позволяет значительно точнее определить вероятность повреждения линии.
В настоящее время получили развитие новые нетрадиционные типы оболочек в виде магнитодиэлектриков. Их защитные свойства исследованы до сих пор недостаточно, поэтому задача определения затухания электромагнитных нолей в магнитодиэлектрическол оболочке очень актуальна.
Грозовые повреждения составляют до сих пор от 15 до 25% всех повреждение кабеле3 связи. При расчетах вероятного числа повреждений грунт обычно принимается однородным по своему удельному сопротивлению, а измерения удельного сопротивления проводятся на трассеччерез 500-1000 м друг от друга. Между тем часто наблюдаются поперечные изменения проводимости грунта, а во время ремонтных работ делаются вставки кабелей, выпущенных другими заводами, в результате резко изменяются параметры цепи оболочка-кабель, что -приводит к изменению тока молнии в оболочке кабеля.
Исследование причин несоответствия наблюдаемого и предполагаемого числа грозовых повреждений кабеля представляется весьма акт$альным.
Настоящая диссертационная работа является частью работы, проводимой кафедрол линии связи МТУСИ по защите лине.іно-кабе-льных сооружений связи от грозовых разрядов.
- Цель работы. Развитие методов оценки грозосто^кости подземных кабельных линий.связи, включающих оценку влияния конструкции и электрических параметров защитных покровов кабеля на стоёкость линии к воздействию грозовых разрядов.
Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались с использованием методов статистического и функционального анализа, теории вероятности и теории Функции комплексного переменного, теории длинных линия, интегральных преобразование . н системного подхода. Расчеты проводились на ЗЗМ серии ЕС, а также на персональных компьютерах. Эксперименты проводились
ґ ЮТ-МТУСИ.
Личный вклад. Все результаты диссертации получены автором лячно .
Научная новизна.
-
Развит метод расчета грозостойкости кабельных линий связи в части учета насыщения стально.і брони при протекании тока молнии. Дана оценка влияния насыщения стальной брони на эффективность защитных свойств внешних покровов.
-
Исследовано поведение изолирующего шланга поверх металлической оболочки,при протекании тока молнии и предложена процедура оценки эффективности изолирующих шланговых покрызий поверх металлических покровов.
-
Разработан ;метод оценки затухания внешних электрического и магнитного полей в оболочке из магнитодиэлектрика. Получена формула для определения эквивалентно! величины магнитной проницаемости магнит'одиэлектрика.
І. Развит метод определения затухания амплитуды импульса тока молнии и изменение его формы в оболочке кабеля при наличии поперечной неоднородности проводимости грунта и других изменений параметров распространения цепи оболочка-земля.
Практическая ценность и использование результатов работы. Полученные в работе результаты гредставлены в виде: формул и таблиц для расчета количества пробоев изолирующего шланга и расстояний между точками пробоя при различных значениях параметров земли, кабеля и тока молнии;
графиков, позволяющих определить влияние стально.і брони на повышение эффективности защитных сволотв металлопокровов кабеля при воздействии импульсов тока молнии;
инженерных формул расчета затухания электромагнитного'поля в кабельной оболочке, изготовленной из магнитодиэлектрика, а также инженерных формул для расчета эквлвалентноЧ величины магнитной проницаемости магнитодиэлектрика;
методики определения и ^программы расчета гоков и потенциалов з оболочке подземного кабеля по всел его длине при наличии скачкообразных изменений постоянной распространения на некоторых участках, в частности,, при наличии поперечной неоднородности проводимости грунта.
Последняя методика использована в. процессе проектирования внутризоновой кабельной магистрали на участке Ош-Узген-Гульча,
21(,
Э
что позволило скорректировать технические требования с учетом сближения с влияющими линиями.
Инженерные формулы для расчета затухания поля в магнитоди-электрике использованы для определения экранирующих свойств изготовленных промышленностью образцов кабелей с оболочкой из маг-н ито диэ лектрика.
Основные положения, выносимые на защит?:
-
Развит метод оценки стойкости подземных кабельных линий связи к воздействию грозовых разрядов с-учетом свойств стальной брони и наличия электрических пробоев внешнего изолирующего шланга. Учет действия стальной брони позволил повысить точность определения напряжения в цепи жила-оболочка более чем на 30$ при токах молнии до 10 кА и на 12$ при токах до ТО кА. Учет пробоев внешнего изолирующего шланга позволил повысить'точность расчетов величины наводимого в кабеле напряжения при ударах'молнии в 5-6 раз по сравнению с существующим методом.
-
Предложены расчетные формулы для определения затухания поля в экранах из шгнитодиэлектрика и эквивалентной магнитной непроницаемости. Сравнение результатов расчетов затухания электрического и магнитного полей в экране из магнитодиэлектрика по предложенным в работе инженерным формулам с результатами эксперимента в спектре до I МГц для двух типов изготовленных промышленностью кабелей йоказало, что расхождение не превышает 16$ для наивысшей частоты.
-
Методика расчета тока и потенциала з любых точках оболочки подземного кабеля при наличии на линии поперечной неоднородности проводимости грунта и других факторов, приводящих к внезапному (скачкообразному) изменению постоянной распространения линии позволила повысить точность в определении тока, протекающего в оболочке кабеля. Так, ошибка при неучете даже, отдаленной неоднородности, проводимости земли может достигать 5-7$ и более.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Московской конференции по электромагнитной совместимости (1991), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательско-'го состава. МТУСИ (1989-1992), на сессии научно-технического общества им. А.С.Попова (1990).
Публикации. Материалы диссертации" опубликованы в 6 статьях, а также изложены в научно-техническом отчете.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения,изложенных на 119 стр.печатного текста, содержит 26 рис., 29 табл.,- список литературы - 117 наименований.
