И прокладки кабелей

Правила выполнения заземления и прокладки кабелей. Во всех последую­щих разделах, посвященных выполнению заземления и прокладки кабелей, будут ис­пользоваться основные принципы, изло­женные в гл. 2, 4, 7. Приведем основные положения:

• цепи заземления должны иметь, по
возможности, больше взаимных связей. За
исключением некоторых ситуаций следует
без колебаний увеличивать число связей
оборудования с заземляющим устройством,
а не увеличивать их сечение;

• следует уменьшать площадь петли
электрических (и электронных) цепей. По
возможности для цепей, присоединенных к
одному оборудованию, следует использовать­ один путь прокладки кабелей. Всегда в
качестве прямого и обратных проводов
следует использовать жилы одного и того же
кабеля. Следует избегать соединения более
чем одной точки сигнальной цепи с землей
(за исключением некоторых ВЧ-связей ко­
аксиальными кабелями или в случае не­
больших цепей, построенных на качествен­
но выполненной эквипотенциальной плос­
кости нулевого потенциала);

• следует располагать все части (зазем-­
ленных) сигнальных цепей по возможности
ближе к заземляющим проводникам с
целью улучшения коэффициента ослабления­ и уменьшения передаточных сопротив­лений;

• не следует располагать в непосред­-
ственной близости цепи (заземления или
сигнальные цепи), по которым передаются
(или могут передаваться) токи или напряже­-
ния, сильно различающиеся по амплитуде.

Некоторые изложенные требования, мо­гут иногда оказаться противоречащими друг другу, особенно когда речь идет о сети заземления, по которой возможно протека­ние больших токов, например токов мол­нии.

С одной стороны, электрические цепи должны располагаться на определенном расстоянии от подобных заземляющих про­водников. С другой стороны, кабели сле­дует располагать максимально близко к за­земляющим проводникам.

Причиной обоих этих требований явля­ется общий принцип уменьшения общего для двух цепей магнитного потока (рис. 10.3).

Противоречивыми также являются тре­бования располагать сигнальные цепи по возможности ближе к заземленным провод­никам и удалять сигнальные цепи от цепей, по которым передаются или могут переда­ваться токи или напряжения большой амп­литуды (уменьшение связи через общее сопротивление).

Компромисс между требованиями мо­жет быть достигнут посредством проклад­ки множества заземляющих проводников в целях уменьшения тока, протекающего по каждому отдельному проводнику, и обеспе­чения пути с низким сопротивлением для протекания наибольших токов.

На рис. 10.4, а, 6 данные основные пра­вила проиллюстрированы более подробно; на них приведены схемы для сравнения шести различных способов связи провод­ника тока молнии (например, приемное устройство антенны), идущего к заземляю­щему устройству электрической цепи.

На рис. 10.4, а цепь представляет собой вертикальную квадратную петлю, имею­щую относительно большую площадь:

• 1 — часть петли располагается вблизи­ заземляющего проводника;

• 2 — 2/3 тока молнии отводится не­
посредственно в землю;

• 3 — ток молнии I протекает на рас-­
стоянии от сигнальной цепи.

При сравнении этих трех случаев вид­но, что уровень помех в системе, изобра­женной на рис. 10.4, а (1) наибольший, а на рис. 10.4, а (3) — наименьший. Подтверж­дение этого факта можно найти на рис. 4.6, где показаны форма и амплитуда токов

308 Глава 10. СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОМЕХ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ И ПОДСТАНЦИЯХ

Рис. 10.3. Индуктивная связь между заземленным проводником, по которому протекает большой ток i, и чувствительной цепью l, d или l. d₁— d₂:

измеренных импульсов и наведенных напряжений.

Однако выгода прокладки всей цепи вблизи заземленных проводников стано­вится более очевидной.

На рис. 10.4, а (4) протекающий в зазем­ляющее устройство цепи ток молнии не создает никаких помех в петле, поскольку ток, разделенный на две части, может соз­давать в квадратной (или любой прямо­угольной) петле магнитные потоки одина­ковой амплитуды, по разного направления. На этом рисунке условно показано, что ток, протекающий по правой стороне заземлен­ной цени в 2 раза больше тока, протекаю­щего по левой стороне, а длина его пути в полтора раза меньше. Следует отметить, что в данной ситуации, а также в боль­шинстве других практических ситуаций.

ток делится на части, обратно пропорцио­нальные длинам соответствующих провод­ников (при этом делается допущение о при­близительно одинаковом поперечном сече­нии проводников). При неравенстве токов, а также вследствие наличия на рис. 10.4, а (4) горизонтального участка а компенсация магнитного потока будет неполной, и в петле будет индуктироваться напряжение

и₄.

Схемы на рис. 10.4, а (5) и 10.4, а (6) ме­нее предпочтительны для данной конкрет­ной конфигурации, так как часть тока, попадающего непосредственно в заземли-тель, образует петлю, магнитный поток которой не может быть скомпенсирован.

Очевидно, что показанные на рис. 10.4. а расположения цепей редко встречаются в действительности.

10.2. Основные принципы выполнения заземления и прокладки кабелей

Рис. 10.4. Индуктивная связь между устройством молниезащиты:

а — чувствительной к помехам цепью; 6 — заземленной цепью через общее сопротивление с устройством мол-

ниезашнты

Наиболее общая ситуация расположе­ния приведена на рис. 10.4, б, где показано синфазное напряжение, появляющееся на одном конце цепи при заземлении другого ее конца.

Здесь важная часть цепи была наме­ренно установлена в непосредственном контакте с вертикальным заземляющим

310 Глава 10. СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОМЕХ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ И ПОДСТАНЦИЯХ

о) б)

Рис. 10.5. Осциллограммы токов и напряжений в цепях, изображенных на рис. 10.4, в. 6

быть близкими к значениям напряжений, показанным на рис. 10.4, а.

Примеры осциллограмм токов и напря­жений в схемах, показанных на рис. 10.4, а. б приведены на рис. 10.5 (масштаб времени — 0.5 мкс/дел.).

Из изложенного материала можно сде­лать следующий вывод. Если существует

возможность избежать протекания боль­ших токов в проводниках системы заземле­ния, то ей следует воспользоваться. Иногда это невозможно, например при ударе мол­нии в антенну. В этих случаях приемлемым решением является создание для тока наи­лучшего (обладающего наименьшим сопро­тивлением) пути в землю.

10.2. Основные принципы выполнения заземления и прокладки кабелей

С учетом этого всегда применяется принцип прокладки чувствительных цепей вблизи заземленных элементов. Если существуют сомнения по поводу отсутст­вия сильных токов в заземленных элемен­тах, рекомендуется прокладка цепей в индивидуальных экранах или трубах.

Применение параллельных заземлен­ных проводив. Большое значение имеет передаточное сопротивление между элект­рической цепью и заземленным проводом, включенным параллельно ей специально для снижения уровня помех.

Действие такого провода направлено на снижение уровня наведенного на кабель синфазного напряжения. Это снижение определяется передаточным сопротивле­нием провода Z_t по отношению к кабелю.

Высокочастотная составляющая сопротив­ления сильно зависит от формы провода, и мало от площади поперечного сечения или свойств материала. На обоих концах про­вод следует подсоединять к тем заземлен­ным элементам корпусов оборудования, которые имеют похожее передаточное сопротивление (примерно одинаковую с проводником форму).

На рис. 10.6 показаны примеры взаим­ного расположения параллельных зазем­ленных проводов 1 и основного заземляю­щего провода 2.

Пример применения металлических труб в качестве параллельных заземленных проводников приведен на рис. 10.7. Такие

решения могут быть реализованы на объек­тах энергетики, состояние заземляющего устройства которых вызывают сомнения

Заметный эффект экранирования, дос­тигаемый за счет прокладки проводов вблизи экранированного кабеля, зависит от относительного распределения токов поме­хи в обеих цепях. Для простого заземлен­ного провода это распределение практиче­ски обратно пропорционально сопротивле­ниям обеих цепей. Это означает, что для эффективного действия эквивалентное поперечное сечение провода всегда должно быть больше общего сечения экранов всех кабелей. При этом необходимо учитывать поверхностный эффект.

По этой же причине лучше использо­вать большое число относительно тонких проводников вместо одного с равной пло­щадью поперечного сечения.

Также очень важно отметить, что когда заземляющий провод оборудования (или экран кабеля) не располагается вблизи параллельного защитного провода, токи помехи разделятся между этим проводом и другими заземляющими проводами в соот­ветствии с их индуктивностями. Отсюда следует, что соответствующие им плошали поперечного сечения играют второстепен­ную роль, по крайней мере, на высоких частотах.

Другой важной особенностью парал­лельных заземляющих проводов является способность выполнять роль внешнего

Рис. 10.6. Различные виды расположения параллельног о заземленного провода 1 и основного заземляющего провода 2 в порядке увеличения эффективности действия:

а — рядом с проводом защитного заземления, 6 — многожильный заземленный проводник, проложенный в траншее или рядом с экраном другой цепи; в — в кабельном лотке; г — в металлической трубе

312 Г л а в а 10. СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОМЕХ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ И ПОДСТАНЦИЯХ

Рис. 10.7. Применение металлических труб в качестве параллельных заземленных проводников

экрана три аксиального кабеля, внутренний экран которого в силу различных причин не может быть заземлен с обеих сторон.