автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Исследование особенностей влияния внешних полей высоковольтных линий на линии связи при сложных структурах Земли и повышение эффективности мероприятий по защите

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Московский ордена Трудового Красного Знамени технический университет связи и информатики

На правах рукописи

Портнов Эдуард Львович

УДК 621.316.974:621.315.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ПОЛЕЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНЯЙ НА ЛИНИИ СВЯЗИ ПРИ СЛОЕНЫХ СТРУКТУРАХ ЗЕМЛИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЗАЩИТЕ

Специальности г 05.12.14 - Сети, узлы связи и распределение

информации 05.14.12 - Техника высоких напряжений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени техническом университете связи и информатики на кафедре линий связи

Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор

С.М.ВЕРНИК

доктор технических наук,профессор Ю.Н.АСТАХОВ

доктор технических наук,профессор Ю.А.КРАВЦОВ

Ведущее предприятие - Ленинградский отраслевой НИИ связи.

Защита состоится " / 7" О Ч - 1992г. в _ч.

на заседании специализированного совета Д 118.06.01 по присуждению ученой степени доктора технических наук в Московском ордена' Трудового Красного Знамени техническом университете связи к информатики.

Адрес: 105855,ГСП,Москва,Авиамоторная 8а,МТУСИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ.

Автореферат разослан " s ^ " {.'. S 1992г.

Учений секретарь специализированного совета кандидат технических наук,доцент Ю.В.Лазарев

zu

Актуальность теми. Сеть связи представляет собой сложный комплекс технических сооружений, основой которого являются линейные сооружения связи, от надежности которых зависит "эгТйектиБностЁ ее работы. Таким образом, разработка и создание эффективно функционирующих линий связи, их защита от внешних электромагнитных влияний является крупной народнохозяйственной проблемой .

В настоящее время на сетях страны широко используются симметричные, коаксиальные и волоконно-оптические линии связи.

Учитывая высокую стоимость волоконно-оптических линий связи, особую важность приобретают вопросы их оптимальной защиты от воздействия внешних электромагнитных полей, особенно это касается волоконно-оптических линий связи, содержащих металлические элементы в виде армирующих элементов, оболочек, медных жил для передачи дистанционного питания.

За последние годы было выполнено много работ по повышению эффективности защиты на основе совершенствования методов расчета внешних электромагнитных влияний. Однако, • число повреждений на линиях связи очень высоко и составляет 18,2!? от всех повреждений с учетом грозовых разрядов при установленных и проведенных мероприятиях по защите. Протяженноеть ВЛ за 7-8 лег удваивается с одновременным увеличением передаваемых мощностей по существующим линиям электропередачи. Все более жесткие требования предъявляются к линиям связи, к выбору проектируемых трасс. Простой разнос ВЛ и линий связи становятся невозможным и поэтому требуются более точные методы расчета влияния, учитывающие всё возможные местные условия: неоднородность удельного сопротивления земли, изменяющийся рельеф местности, наличие хорошо проводящих слоев земли.

Многообразие моделей строения земли, рельефа, проводимости требует применения различных математических решений на. основе единой теории. Упрощенные методы расчета требуют определения их достоверности и границ применимости.

Из сказанного следует, что для решения вопросов оптимизации расчетов влияния на основе выбора достоверной модели требуется разработка специальных методов расчета, позволяющих решать многообразные задачи.

Таким образом, актуальность проблемы разработки методов расчета внешних электромагнитных влияний на линейны?, сооружения связи при сложных структурах земли обусловлена необходимостью:

- определения оптимальных значений внешних воздействий на лиши связи при различных структурах земли;

- разработки единой методики расчета внешнего воздействия на линии связи на основе теории поверхностного эффекта в сложной структуре земли;'

- разработки и оптимизации моделей расчетов и методов защиты от внешних электромагнитных воздействий, с целью оптимизации этих методов.

Целью исследований является:

1. Систематизация моделей структуры земли при определении электромагнитного влияния линий электропередачи на линии связи.

2. Разработка единого метода определения глубины проникновения поля в толщу земли, исходя из условий многообразия моделей и квазистационарного режима.

3. Определение коэффициента взаимо- и самоиндукции цепей на основании решений для многослойной среды в установившемся режиме работы ВЛ.

4. Определение гальванического влияния для различных моделей земли для установившегося режима.

5. Решение прикладных задач, связанных с расчетом влияния электромагнитных полей в условиях города, горных условиях, тоннелях и т.д.

6. Разработка новых и модернизация существующих методов защиты.

Целью настоящей работы является одновременный учет горизонтальных ц вертикальных неоднородностей слоев земли и их учет при расчете параметров взаимного влияния между цепами и собственных параметров цепей на основе единой теории,-

Точное интегральное решение такой задачи чрезвычайно сложно. Однако, принимая условия квазистационарного поля и определив глубину проникновения поля в голщу земли, можно определить единым методом наведенные поля в подземных сооружениях, гальваническое влияние и определить по глубине проникновения соотношения полей в установившемся режиме поля ВЛ.'

Кроме решения указанных задач в данную работу входит разработка дополнительных мероприятий по защите и их обоснование, поиск пути наиболее рационального применения результатов теоретических исследований для решения задач проектирования защиты линий связи о г внешних электромагнитных влияний.

• ; ,Н |а у ч н а я новизна работы состоит в следующем:

I.i Теоретически обобщены результаты расчета коэффициентов агниЙЗого и гальванического влияния для сложных структур земли.

-.j,B Ьтой части получены: —""'общее решение для коэффициента взаимной индукции, учитываю-,ее токи смещения в воздухе и в земле и одновременно параметры од-:ого из проводников,

- решения для многослойной структуры земли,

- решения для различных вертикальных разрезов,

- решения для одновременного учета этих составляющих,

- решедия коэффициентов учета для различных структур и моде-

ей.

2. Разработан метод расчета коэффициента взаимо-и самоиндук-ии на основании теории квазисгационарного режима с применением еркальных отображений.

3. Показано, что этот метод применим в широком диапазоне час-

ог.

4. Разработан обобщенный метод для многослойных структур на сновании единой теории поверхностного эффекта в сложных структу-эх земли.

5. Показано, что концепция метода применима для всех возмож-IX. моделей влияния, имеющих отношение к строении структуры земли.

6. На основе исследований показано, что этот метод и метод эчных интегральных решений имеют полную сходимость (ошибка не предает 1-6$).

7. Разработана и защищена авторскими свидетельствами методи-а определения параметров несимметричных цепей относительно зем-

Измеренные параметры включены в расчеты магнитного и гальва-1ческого влияния высоковольтной линии. v

8. Даны и обоснованы методы защиты кабельных линий связи, в ж числе и оптических, от влияния высоковольтных линий. Большая асгь устройств защищена авторскими свидетельствами.

3. Даны рекомендация по использованию новых защитных устройств.

Идеи и методы, предлагаемые в диссертации, были развиты или ¡пользованы в работах автора, Бутенкова В.В., Ьурдина В.А., Кар-1вцева A.C., Митрохина В.Е., Михайловой JLM., Тиховода С.М., Адя 1мади, Шестака И.В., выполнивших работы под руководством автора.

Методы.исследований. При решении посгавлен-IX задач использовались метода теории электромагнитного поля,

электродинамики и математический агшарат дифференциального и интегрального исчислений, методы решения интегро-дифференциальных уравнений с симметричным ядром, геофизических исследований структуры земли и т.д. Использовались методы и-средства вычислительно;! математики и вычисли тельной техники.

Личный вклад. Основные результаты, полученные в диссертации, получены автором лично.

Практическая ценность. Исследованы особен ности влияния внешних полей высоковольтных линий на кабели связи при сложных структурах земли, разработаны методы повышение эффективности защиты кабелей связи, в том числе и волоконно-оптических, от опасного влияния высоковольтных линий, разработаны новые устройства защиты. На основе материалов диссертации разработаны методы расчета гальванического влияния высоковольтных линий, что положено в основу " Временных правил по защите линий связи от гальванического влияния высоковольтных линий электропередачи с заземленное нейтралью1.' М.1974 г. Минсвязи СССР, разработаны и внедрены устройства защиты в виде редукционных трансформаторов для двух-кабельной системы.

Рассмотрены все возможные случаи неоднородности грунта для расчетов опасного ма'гнитного и гальванического влияния.

В диссертации рассмотрены все часто встречающиеся модели структуры зелии. Получены инженерные форлулы для расчета магнитного и гальванического влияния в условиях города, в горных ущельях, в тоннеле, вдоль реки.

На основании новых практических решений важное значение приобретает хорошее заземление оболочки. При хорошем заземлении оболочки значительно может снизиться продольная ЭДС по сравнению с кабелем, с изолирующими шлангами. Разработанные новые устройства защиты частично реализованы на кабельных линиях связи.

. Реализация в народном хозяйстве Временные правила по защите линий связи от гальванического влияния высоковольтных линий электропередачи с заземленной неигральы М.1974 г. Минсвязи СССР внедрены в проектных, эксплуатационных, строительных организациях, занимающихся защитой линий связи от опасного влияния высоковольтных линий.

На основании материалов диссертации разработана защита линий связи с помощью редукционных трансформаторов симметричных и коаксиальных кабелей связи.

Материалы диссертация широко опубликованы в трудах института "Гипросвязь", часть материалов диссертации частичнй реализована при разработке:

"Руководства по защите мездугородных подземных кабелей связи от ударов молнии" в частя "Методики определенш переходного сопротивления тросов по отношению к земле" стр. 60-62.' Приложение 6;

"Правил по защите устройств проводной связи и проводного вещания ог влияния тяговой сети электрофицированных железных дорог переменного тока. Транспорт 1989 г" в ча6ти"Указания по расчету защитного действия редукционных трансформаторов от опасного влияния". Приложение 5.

Статьи автора и методические пособия по теме диссертации учтены в программе курса высшей школы по линиям связи и внедрены в учебный процесс.

Научные положения, выносимые автором диссертации на защиту, могут быть кратко сформуллрозаны следующим образом:

-результаты исследований глубины проникновения поля в толщу земли :

а) с вертикальной многослойноегью,

б) с горизонтальной ¡.ШОГОСЛОЙНОСГКО,

в) со смешанной многосложностью,

г) с изменяемым рельефом,

д) с учетом рельефа я многослойноети;"

- результаты исследований коэффициента взаимной индукции между однопроводными цепями с учетом токов смещения в воздухе г земле и параметров одной из цепей;

- результаты исследований коэффициента взаимо-и самоиндукции мешзу цепями при сложных структурах земли;- результаты исследований! гальванического влияния при сложных

структурах земли;

- результаты исследований несимметричных цепьй относительно земли при сложных структурах земли;

- уточненные рекомендации по защите сооружений связи,в тем числе и волоконно-оптических.

Методы исследований, использованные дня решения поставленные задач, базируются на теории электромагнитного полк в квазпетацио-нарном ре:игле, геофизических исследованиях структуры земли.

Прзкхичос.-Пл ПОЛОЗНОСХЬ диссертации ОбуСЛОРЛО'Ш том, 41''

считать опасные и мешающие влияния для любых структур земли.

Предлагаемые методы расчета позволяют более точно определить магнитные и гальванические влияния и оценить воздействие на кабел ыые линии связи.

Методы алгорятмичны и удобны для программирования, что делает их эффективными при решении задач влияния и проектирования защиты кабельных линий связи.

Практическая ценность результатов исследований подтверждена их успешным применением при решении задач и при сравнении с точными решениями электродинамики, полученными для двухслойных струк тур земли.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и отдельные ее главы докладывались и обсуждались на ряде научно-технических конференций и совещаний, на научно-тех нических конференциях и Всесоюзных научных сессиях научно-техниче кого общества им. А.С.Попова, посвященных Дню радио; на научно-ге нических конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов МИС (I975-I99I гг.).

Публикаци и. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 190 статьях и 55 авторских свидетельствах, часть из которых выполнены в соавторстве. На основе материалов диссертации разработаны и опубликованы "Временные правила по защите линий связи от гальванического влияния высоковольтных линий электропередачи с заземленной нейтралью'.' M.I974 г.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 5 глав, 2 приложений. Работа содержит 311 страниц текста и1 77 рисунков и список литературы из 305 наименований.

Во введени и-дано обоснование актуальности разрабатываемых вопросов. Приведено краткое содержание работы, выделены ее научная новизна, практическая ценность и положения, выносимые на защиту. Обоснование актуальности основано на большом обзоре и анализе основных работ до 1992 г., выполненных в 'этой области исследований.

В первой главе рассмотрены вопросы,'связанные с глубиной проникновения поля в толщу земли со сложной структурой Рассматривается изотропная среда в пределах каждого слоя. Для fl-слойной структуры земли предложена модель определения эквивалентной глубины проникновения,определяемой выражением:

Ь

где ' - глубина проникновения- I -ого олоя; Л

- толщина. £ -ого слоя.

Доказана применимость этой модели для различных структур земли. Выполнено сравнение для трехслойной модели по предложенной методике и для классической модели проникновения поверхностной волны в толщу земля.

Согласно новой модели,глубина проникновения Н^ определяется из выражения:

Н9=с5/3,

где в =

Согласно классической модели,

Л П О* О/ 01

и = ошбка не превышает I - 6 % в диапазоне частот до 10 Гц.

По новой методике были получены глубины проникновения в многослойную среду, в среду с вертикальными разрезами, на стыке разрезов, с учетом рельефа местности, дая вертикальных и горизонтальных слоев.

На основании единой методики для любой структуры земли возможно аналитически определить удельное сопротивление земли. Полученные решения позволяют ^объединить большинство известных моделей структур земли , применяемых дая решения задач электромагнитной совместимости протяженных объектов. Путем приведения учитывается и рельеф горного ущелья, прокладка протяженных сооружений вдоль рек, условия городской среды, переход через реки.

В 'г о р а я глава посвящена разработке метода определения коэффициента взаимной индукции между однопроводными цепями при различных структурах земли.

Для решения задачи по определению электромагнитной связи между протяженными однопроводными цепями, расположенными над, на и под поверхностью многослойной среды используют уравнение Гельм-

Для области,свободной от сторонних источников , т.е. области квазистатического решения, где можно пренебречь токами смещения, функция поля может быть заменена уравнением Лапласа." Скалярный и векторный потенциалы Ыи /} можно представить через векторную функцию Герца П

7; и -~о//у П.

¿СО г~

В результате напряженность электрического поля £ также выражается через эту функцию:

£х-~у2П+$ ^ос/с/ЫП.

В результате решения задачи поля с условием на границе плоской поверхности земли, напряженность поля определится:

Отсюда . /л

' сс)

сС01

представляется интегральными выражениями, точное решение которых получаем в случае расположения двух проводников на границе .раздела 2-х сред, ьосуэ

где

о с ^

/?=4%":/07 Гн/м;

У - коэффициент распространения электромагнитного поля 0 земле, 1/м;

в

уо~ то же в воздухе, 1/м;

кратчайшее расстояние между проводниками, ,м ;

Ло^и^о2' У

При получении данного выражения принималось, что Упр — О^ сечение провода бесконечно мало. Эти условия принимаются в.большинстве работ и относятся к проводникам, находящимся в воздухе, либо к кабеля;.!, хорошо изолированным от' окружающей среды. При учете токов смещения в воздухе и в земле и параметров заземленного одного из проводников'впервые получаем выражение для коэффициента взаимной индукции в виде:

где Т - коэффициент распространения"заземленный проводник-земля. Пренебрегая токами смещения в воздухе,получаем:

'п

В случае поднятого над землей влияющего проводника получаем выра-

жение:

Дяя двухслойной структуры зешш без учета токов смещения в воздухе путем сравнения о точными выражениями на основании предложенной методики коэффициент взаимной индукция между двумя однопро-воднымд цепями определится по новым модифицированным' выражениям:

£/- расстояние между двумя однопроводными цепями.

2Л

II

Для условий города при двух хорошо проводящих верхних слоях коэффициент взаимной индукции определится из выражения:

7Г

2р/ ' , " ■Щ1Я изолированных проводников.

В случае заземления одного из проводников

Используя метод зеркальных отображений и пренебрегая токами смещения в воздухе, получим для проводов,лежащих на поверхности земли, с учетом вертикальной границы раздела сред, коэффициент взаим-

ной индукции:

Я.5

¿2

Учитывая методику первой главы, были получены коэффициенты взаимной индукция для слоистой структуры зешш в виде:

/4-- л

щ

+

J

где Мс(Рс/@12<- значения коэффициента взаимной индукции, взятые из номограммы для удельного сопротивления земли р1 .

Сравнение с точными интегральными выражениями и решениями, полученными по инженерным формулам,дает погрешность 1-5$ и отличается от значений,рассчитанных по эквивалентно^ значению удельного сопротивления земли, на 20-40$. Эта методика применима к условиям города, где имеется аномальный поверхностный'эффект для

двух хорошо проводящих верхних слоев:

где ££/ - расстояние от влияющей линия до вертикального разреза;

При этом получены корректирующие члены для всех рассмотренных в главе I моделей структур зешш. Численные и экспериментальные сравнения полученных результатов дают достаточно убедительное подтверждение возможности использования полученных точных л инженерных решений для расчета магнитного влияния при сложных структурах земли.

В третьей главе рассмотрен метод расчета гальванического влияния с учетом предложенных моделей строения земли путем решения точных интегральных выражений и с учетом эффекта глубины проникновения поля в толщу земли со сложной структурой.

Доказана необходимость учета магнитной и гальванической составляющих влияния на оболочке тодзейного кабеля связи

и (*)=и(х)+и (х) .

Решение хштегро-дифференциального уравнения Фредгольма П рода с сиглетритию,1 ядром приводит к решению:

гц

13

-г голье г

1 ,х>'А:.

ип7)=М>__А-о(Т2,)Р,

для потенциала,тока оболочки кабеля и потенциала, точек земли, где 2 - ток, протекающий через'заземление р - удельное сопротивление земли,

- переходное сопротивление металлических покровов кабеля, п - полное сопротивление цепи"металлические покровн-земля" и^ -.специальные Функции^

лолучены решения для двухслойной структуры земли, для горных условии, при прокладке кабеля параллельно вертикальной неоднородности и при прохождении кабеля через две вертикальных неоднородности. Точные рехзния приводят к сложным конечным выражениям, упрощение которых вэз:.:ояно при использовании метода главы I.

3 результате получены корректирующие члены для различных структур земли считая, что

Л'г -зависит от сложности грунта;так, доя двухслойной структу-' \ г~> ¡1 РГг J

^ ' " У£Р

эго чо"г;.к5лького разро

: одного кортикального разреза

Р -'!-{■'

'"ПР.- / Л'

г-/_ //- [¿Ж/у-/-

для рельефа местности

Результаты инженерных и интегральных репений дают возможность применить' полученные выражения для расчета гальванического влияния высоковольтных линий-для сложных структур земли и,используя единую методику, определить суммарное влияние за счет магнитной и гальванической составляющих на металлических-покровах кабелей связи.

Четвертая глава посвящена определению параметров несимметричной цепи " внешние металлические покровы- земля". От этого параметра зависит коэффициент взаимной индукции между изолированной высоковольтной линией и заземленным по всей длине кабелем связи, между заземленными цепями, величина гальванического влияния на заземленные элементы кабеля связи.

Получение параметра 7~ - цепи"металлические покровы-земля" довольно сложно даже для однородной структуры земли и значительно сложнее для многослойной структуры. Однако, используя методику определения глубины проникновения поля в многослойную среду, получим для трехслойной структуры земли:

Ь _■

При наличии вертикального разреза:

ТН~_ШК_

При наличия вертикальных разиезов с дзух сторон от кабеля 2д 15

где

Используя единую методику, можно легко определить для любой структуры земли отдельно.

напршлер, для двухслойной структуры земли и переходное сопротивле-

Р*

для двухслойной и любой другой структуры земли.

Численные расчеты по точным и полученным аналитическим выражениям дают расхождение результатов в пределах 1-5%. Разработанная новая методика измерений параметров заземленной цепи "металлические покровы - земля" позволила получить данные на действующих магистралях, сравнение которых по .первичным параметрам дает вполне достоверное совпадение с расчетными результатами (ошибка 10$).

Пятая глава посвящена вопросам защиты кабелей свя-, зи, в том числе и оптических ., от магнитного и гальванического влияния высоковольтных линий.

Известно, что надежность и эффективность защитных мероприятий закладывается в стадии проектирования кабельных линий связи, а тленно, в период выполнения следующих этапов работ :

1. выбор трассы кабеля связи,

2. выбор типа кабеля,

3. выбор дополнительных защитных мероприятий.

Учитывая сложные структуры земли,предложено на основании расчетов влияния прокладывать в условиях города кабель связи в искусственном втором слое.

Тем самым снижается коэффициент взаимной индукции между высоковольтной линией и кабелем связи на величину 5 - коэффициент экранирования верхнего хорошо проводящего слоя

и^ Щ гг ^ т/г м3 щ)-

Дчя условий горных ущелий снижение потенциала оболочки 'за счет гальванического влияния достигается прокладкой кабеля связи ближе к стене ущелья _'

где • / к)

РгФ > ¿Я" '

Разработанные и защищенные авторскими свидетельствами конструкции кабелей сачзи могут быть реализованы в качестве одной из мер защиты.

Новые схемы защиты с помощью редукционных трансформаторов, защищенные авторскими свидетельствами^реализуются на двухкабель-шгх линиях связи: ^

7-V

КГТПШШ.) '

где 5 ~ идеамШй коэффициент экранирования металлических покровов кабеля,

Ък~ -коэффициент экранирования за счет второго кабеля, — коэффициент экранирования РТ, ^РУ2 - коэффициент экранирования РТ за счет включения на 2 кабеля.

Защита с помощью различных схем с редукционными трансформаторами и тросами применительно к новой методике расчета влияния высоковольтной линии на кабели связи позволяет оптимально разместить защитные устройства и повысить эффективность мер защиты на традиционных конструкциях кабелей связи: симметричных и коаксиальных. Особое внимание было уделено защите оптических кабелей связи с металлически!,и элементами от опасного влияния высоковольтных линий.

Согласно разработанной методике, приведенной в приложении I, были предложены конструкции оптических кабелей с оптимальным размещением металлических элементов, часть которых била реализована

2 разработках оптических кабелей.

3 заключении сформулированы основные результаты работы.

Проблема уточненного расчета внешнего электромагнитного влияния на кабельные линии связи,в том числе,, и оптические,является Фундаментальной задачей теории влияния, с решением которой связаны задачи оптимизации проектирования трасс и методов защиты. Внедрение более чувствительного оборудования требует интенсивной защиты на линии от внешних электромагнитных влияний с целью повышения на— нежности функционирования кабельной сети. Отсутствие точных методов расчета при сложно неоднородных структурах земли уже сейчас отрицательно сказывается при решении задач проектирования защитных устройств , не способствуя принятию оптимальных инженерно-технических решений" (18,2$ поврендени;' от всех повреждений в год на защищенных проектными решениями магистралях связи вызваны влиянием внешних электромагнитных полей).

Данная диссертационная работа в значительной мере решает эту проблему. В ней на основе единого подхода разработаны методы расчета внешних электромагнитных влияний на кабели связи в сложно-неоднородных средах. Для определения их эффективной доступности в диссертации получены обобщающие выражения, позволяющие проводить исследования электромагнитных влияний на основе выбранной модели.

Разработанные в диссертации методы позволяют определить не только отдельно магнитное и гальваническое влияние в сложно-неоднородных структурах среды, но и оптимально оценить мероприятия по защите. Последнее обстоятельство важно для расчета мероприятий по защите с'учетом оптимального размещения защитных устройств.

Для.расчета внешнего'влияния разработан метод, основанный на теории проникновения поля в сложно-неоднородную среду, который позволяет определить глубину проникновения поля в среду с горизонтальными слоями, при наличии вертикальных разрезов, с горизонтальными и вертикальными слоями, с учетом рельефа местности и ряда других моделей, представляющих интерес в теории влияния внешних электромагнитных полей.

■ Доказано, что предложенная концепция расчета проникновения поля в тоже,' земли, может быть полностью применила для расчета влияния внешнего электромагнитного поля на кабельные линии связи, в том числе и оптические, содержащие металлические элементы.

Во всех рассмотренных моделях этот метод позволяет производить расчет в квазистационарном режиме магнитного влияния высоко-

вольткых линий на кабели связи, гальванического влияния ВЛ, параметров несимметричных кабельных цепей, имеющих землю в качестяе второго провода.

В первой главе диссертации дана новая более общая трактовка глубины проникновения поля в толщу сложно-неоднородной земли. Сравнение с точными результатами, полученными классически».«! методами для слоистой структуры земли в диапазоне частот до Ю6 Гц,дает расхождение до 1-6%.

Этот новый метод по определению глубины проникновения поля для решения задач электромагнитного влияния высоковольтных лини": на кабели связи может быть легко распространен на .любые возможнее структурные модели среды ( горизонтальная неоднородность, вертикальная неоднородность, сочетание неоднородностей, рельеф горних ущелий, городские условия, тоннели). Приведение различных существующих условий к принятым моделям позволяет единим методом рознить задачи влияния между« высоковольтными линиями и линиями связи. Решения позволяют избежать ошибок, связанных с приведением слоев к однородной эквивалентной модели.

Во второй главе на основании классических решений впервые получено общее конечное решение для определения коэффициента взаимной индукции между изолированной от земли высоковольтной линией и заземленным по всей длине кабелем связи с учетом токов смещения в воздухе и в земле. Из полученного решения вытекают на основании исходных данных решения для двух изолированных проводников с учетом токов смещения в воздухе и в земле, без учета токов смещения в воздухе (решение Фостера), для заземленного одного из проводников (решение Зунде), а также решения с полученной аппроксимацией Карсона, Оллендорфа и Рюденберга для однородного изотропного пространства. На основании точных решений для двухслойной структуры земли и новых реиений с учетом главы I предложены корректирующие члены, учитывающие различные модели,предложенные о главе I.

Корректирующий член, полученный на основании новой трактовки поверхностного эффекта в многослойной среде я па оеноьакип классической теории даёт ,макси.\ильное различие но более 5" .

Учитывая новые решения,впервне получены вкра.-*еяяя .«уя чета коэффициента взаимной индукции икзду изолирование": т:сс-.--вольтной линией и1 изолированным или заземленным кабеле.-' с;г"п: с учетом вертикальных разрезов. 3 результате получч::: кг-.р •

ные результаты дм предложенных в главе I моделей (горизонтальные слой, -фтикальные слои, городская модель, горные условия, тоннели) .

Впервые получены инженерные решения, позволяющие применять для различных сложных моделей известные номограммы с ошибкой,не превышающей 6-10$.

Экспериментальные результаты, полученные рядом авторов,при сравнении с классическими решениями подтверждают правильность новых аналитических выражений (ошибка составляет 2-8$).

В третьей главе диссертации, используя те же модели главы I и точные решения,полученные ранее для двухслойной модели,доказана полная сходимость результатов при расчете распределения потенциалов на металлических покровах кабелей связи.

•Расчет по впервые полученным формулам и по формулам для однородной структуры земли показывает, что расхождения могут достигать 150$. Учет вертикальных границ раздела сред как вдоль трасс высоковольтной линии и линии связи, так и перпендикулярно этим трассам дает дополнительный результат по сравнению с однородной моделью.

Полученные в главе I и 2 результаты с учетом тех же моделей' для главы 3 позволяет оценить общее влияние на кабели связи, вызванное магнитной и гальванической составляющими влияния высоковольтной линии.Учет гальванического влияния так же,как и магнитного, требует знания и определения коэффициента распространения заземленной цепи кабеля, в частности цели "металлические покровы-земляГ

Впервые для различных моделей получены корректирующие коэффициенты при расчете гальванического влияния по слою, в котором находится кабель связи.

В главе 1У рассмотрены параметры несимметричных цепей относительно земли при многослойной структуре для моделей главы I.

Показано, что определяющее значение на влияние в кабеле имеет цепь "металлические покровы-земияяи состояние этой цепи.

Показана возможность простого определения параметра;постоянная распространения Т , и переходное сопротивление Лл^о цепи "металлические покровы-земяя".

Измерение величины Т и методика измерений доказывают необходимость учета ее при расчетах внешнего влияния высоковольтной линии на заземленный кабель связи, так как Т соизмерима с коэффициентом распространения земляной волны У .

На основании решений глав 1-4 могут быть получены более достоверные результаты, позволяющие оптимально рассчитать защиту лиши связи, используя методику расчета глав 1-3 и новые защитные мероприятия главы 5.

На основании новых решений предложены методы прокладки кабеля в городски условиях л в условиях горных ущелий г новые устройства по защите, защищенные авторскими свидетельствами и методами расчета их установки.

Предложены новые схемы защиты .с помощью тросов, их расчеты и экспериментальная проверка эффективности тросов.

На основании предложенной методики расчета оптического кабеля связи с металлическими элементами разработано десять конструкций кабеля, защищенных авторскими свидетельствами.

Внедрение только, редукционных трансформаторов позволяет уменьшить влияние на кабельных линиях в 5-10 раз дополнительно к эффекту экранирования металлических оболочек,кабелей связи.

Все теоретические предпосылки основаны на точных интегральных выражениях, учитывающих все параметры среды и параметры несимметричных цепей.

Концепция расчета влияния оказывается полностью применимой для любых сложных структур, что показало сравнение с классическими методами расчета.

На основании предложенного метода были., разработаны новые устройства защиты, позволяющие оптимально защитить кабельные линия связи, новые конструкции кабелей, в том число, и оптические, запущенные авторскими свидетельствами.

Важнейшими особенностями метода являются:

- возможность расчета электромагнитного влияния при любой сложно-неоднородной структуре зешш,

- регулярность приемов, используемых при расчетах влияния, сводящаяся к выполнению однотипных вычислительных приемов,

- сведение новой решаемой задачи к случаям, ранее изученным.

Решение прикладных задач, связанных с расчетом влияния электромагнитных полей ВЛ на кабели связи в условиях города, горных условиях,тоннелях дает возможность получить достоверные результаты, что позволяет'оптимально защитить линии связи .

Разработанный метод позволяет учесть вторичное поле кабеля как при расчете магнитного, так и гальванического влияний, при расчете проникновения поля в многослойную среду.

Предложенные в диссертации метода разрабатывались в связи с потребностями практики.. Результаты'исследований передавались по мере их завершения заинтересованным организациям. Акты о внедрении результатов этих исследований представлены в приложении 2.

Результаты проведенных в диссертации исследований получили внедрение на ряде предприятий Минсвязи.

- в ТПО-22, ТПО-23 Минсвязи РСФСР,

- в институте Гипросвязь Минсвязи РСФСР,

- во ВНИИКП Минэлектротехпрома,

- в Совтелеком,

- в правилах по расчету гальванического влияния , утвержденных Минсвязи СССР в 1975 г,

в правилах по расчету влияния эл. ж.д. переменного тока на сооружения связи, утвержденных Мин. железнодорожного - транспорта в 1989 г.

Форма и объем результатов внедрения подтверждается соответствующими актами, приведенными в приложении 2.

Материалы диссертации опубликованы в следуювдх основных работах:

1. Михайлов М.И.,Поргнов Э.Л. Защита линий связи от гальванического влияния линий электропередачи. Вестник связи.-й 1г1973 .

2. Михайлов М.И.,Портнов Э.Л. Применение редукционных трансформаторов для защиты линий связи,' Электросвязь.-^ 7.-1975.

.3. Портнов Э.Л. Измерение переходного сопротивленияоболочек кабелей и грозозащитных тросов .Электросвязь. - 1976. - & 7.

4. Портнов Э.Л. Коэффициент взаимной индукции между ВЛ и ЛС для земли с двухслойной структурой. Электросвязь. - 1986.- £11.

■ -с.56-57.

5. Портнов Э.Л. Коэффициент распространения токов и напряжений цепи "оболочка кабеля- земля". Электросвязь. - 1974. 7.-е. 49-52.

6. Портнов Э.Л. Коэффициент снижения хорошо проводящего слоя зешш или водоема при гальваническом влиянии ВЛ на ЛС. -Экспресс-информация. Телефония, телеграфия, передача данных, радиофикация.-М: ДНТИ Информсвязь-. - 1976. - Вып.З.

7. Портнов Э.Л. Номограммы для определения гальванического влияния заземляющих устройств ВЛ на кабельные сооружения связи. Экспресс-информация. Междугородняя телефонная связь. Обмен опы-

том. - М.:ЩШ Информсвязь, - 1975..- Вып.Л.

8. Портнов Э.Л. Токи и напряжения в оболочке подземного кабеля связи, проложенного вблизи заземляющего устройства линии электропередачи и потенциалы земли .ТУИС.- Л.:-1968.-Вып,39. - с. 149-158.

9. Портнов Э.Л. К определению гальванического влияния линии электропередачи на линии связи. Сб. науч. трудов ЦНИИС. -1,1.: ЦНИИС, - 1971. - й I. -с.128-136.

10. Портнов Э.Л. Гальваническое влияние на кабель, проложенный вдоль границы вертикального разреза слоев земли. Сб. науч. трудов ЦНИИС.- М.: ЩИИС, - 1975, - 1.-е. 145-150.

11. Портнов Э.Л. Опасное влияние линий электропередачи на линии связи вблизи заземляющих устройств ЛЭП. Дисс.... канд. тэхн. наук.- М.: - 1969^ - 263 с.

12. Портнов Э.Л. Определение переходного сопротивления заземленных проводников в<многослойной структуре земли. Сб. материалов по проектированию. Серия :Проводные средства связи. Проводное вещание. - М.: Радио и связь, -1985. - Вып. 6. -с. 12-15. '

13. Портнов Э.Л. Параметры оболочки кабеля связи проложенного вдоль граница вертикального разреза слоев земли. Межвуз. тематический сб. науч. трудов Омского ин-та инж. ж.-д. транспорта. Влияние внепших электромагнитных полей на линии железнодорожной связи. - Омск.: - 1980. - с. 51-55.

14. Портнов Э.Л., Бутенков В.В. Коэффициент экранирования троса. Сети, узлы связи и распределение информации с использованием ЭВМ. Сб. ТУИС. - Л.: ЛЭИС. - 1986.-е. 32-34.

15. Портнов Э.Л. ДопЪлнительные номограммы для расчета влияния высоковольтных линий на линйи связи. Экспресс информация "Проектирование сооружений связи. Проводная связь и радиофикация".

)Ъ 4, 1977.

16. Портнов Э.Л. О коэффициенте защитного действия редукционного трансформатора, включенного по различным схемам.

Мас Л¿^с/щ/к, ЕееЫюпсС 30,Н2,/980

17. Портнов Э.Л. Защита линий связи от грозы с помощью РТ. Сборник трудов ОМИИТа. 1979. Омск.

18.Портнов Э.Л. Гальваническое влияние ВЛ на ЛС, проложенные вдоль водоема. Сборник ТУИС К 4, 1981. с.811-815.

19. Портнов Э.Л. Методика определения числа редукционных трансформаторов. Сборник ТУИС. Радиотехнические системы и устройства. ЛЭИС, 1.: 1983., с. 150-155.

20. Поргнов Э.Л. Новый способ определения переходного сопротивления внешних покровов подземного металлического сооружения относительно земли. Экспресс-информация "Эксплуатация средств связи. Междугородная телефонная связь. Обмен опытом? № 3, 1974. ЦНТИ.

21.Портнов Э.Л. О новом методе определения переходного сопротивления грозозащитного троса.Вестник связи № 5, 1976.

22. Портнов Э.Л. Измерение модуля коэффициента распространения цепи ° протяженное металлическое сооружение- земля". Экспресс-информация "Эксплуатация средств связи. Междугородная связь"№ 13, 1977.

23. Портнов Э.Л. Защита двухкабельной системы связи от влияния высоковольтных линий. Сборник ТУИС № 88, 1978.

24.Поргнов Э.Л. Эффект рельефа местности на величину коэффициента взаимной индуктивности между цепями. Доклад на Всесоюзной сессии посвященной дню Радио. НТ0РЭСД986.

25. Портнов -Э.Л. К оценке магнитного влияния ЛЭП переменного тока на ЛС при неоднородной структуре земли.Сборник ТУИС. Сети, узлы связи и распределение информация с использованием ЭВМ. Л.: ЛЭИС, 1978, & 88. с.12^18.

26. Портнов Э.Л-. Расчет коэффициента взаимной индукции между цепями с учетом рельефа местности. Сб.: -материалов по проектированию. Сер.: Проводные средства связи, проводное вещание. М.:Радио

и связь. Вып. I. 1986. с.7-12.

27. Портнов Э.Л. Гальваническое влияние и неоднородность по Длине кабеля. Цринята к печати в журнал Электросвязь,1992.

28. Поргнов Э.Л. Методика расчета продольной ЭДС с учетом параметров заземленного кабеля. Сбрник по проектированию. Проводные средства связи. Проводное вещание. Почтовая связь. ч.З, ГЛ.: 1991. с.1-6.

29. Разумов Л.Д.,Портнов Э.Л. Причины повреждения кабельной магистрали при опасном влиянии. Электросвязь, 5,1971.

30. Разумов Л.Д..Портнов Э.Л. Защита устройств связи от влияния линий высокого напряжения. Экспресс-информация "Зарубежная техника связи. Телефония, телеграфия, передача данных". 'I 2,1975. ШТИ.М.с.23-29. .

31. Разумов Л.Д.,Портнов Э.Л. Редукционные трансформаторы и необслуживаемые защитные пункты и перспективы их защиты от влияния линий электропередач. Экспресс-информация "Проектирование сооружений-'связи. Проводная связь и радиофикация". 5,1575.

32. Разумов Л.Д., Портнов Э.Л. Ампереекундная характеристика' элементов оборудования аппаратуры кабельных систём связи. Экспресс-информация "Проектирование сооружений связи. Проводная связь и радиофикация". № 4, 1975.

33. Разумов Л.Д. .Портнов Э.Л. Релейные схемы защиты воздушных линяй связи на железобетонных опорах от опасного влияния линий электропередачи. Вестник связи, №. 3, 1980.

34. Шестак И.В..Портноз Э.Л. Состояние и перспективы защиты кабелей связи и оптических кабелей от влияния высоковольтных линий. Обзорная информация. Телефония, телеграфия, передача данных.-М.: ЦНТИ лнформсвязь, -1988. - Вып. I. - 41 с.

35. Шестак И.В.,'Портнов Э.Л. Гальваническое влияние высоковольтных линяй на кабельные линия связи в горных условиях. Меж-вузоЕСКий тематический сб. науч. трудов.Проблемы защиты устройств связи от внешних электромагнитных влияния на железнодорожном .транспорте. - Омск.:ОИИЗТ, - 1988. - с.94-98.

36. Шестак И.В., Портнов Э.Л. К расчету гальванического влияния на кабели связи в горных условиях. Волоконно-оптические и СВЧ системы и устройства связи. МИС. - "Л.: Рукопись деп. в ЦКТИ Информ связь.1537 - св - от 12.07.89, - 1989.

37. Портнов Э.Л. Устройство.защиты цепей симметричного кабеля связи. Авторское свидетельство 1225018 Н04ВЗ/28 от 15.12. 1985 .

38. Портнов Э.Л. Устройство защиты линий связи от влияния высоковольтных линий. Авторское свидетельство й 924873 от 04.01. 1982. Н04ВЗ/28.ЕИ Уя 16 от 30.04.82.

39. Портнов Э.Л., Разумов Л.Д. Устройство для защиты линий связи от опасного индуктируемого влияния линий сильного тока. Авторское свидетельство Л 528661 от 21.06.±976. К02Н7/26.Б.И.

.'5 34 от 28.09.76.

40 Портнов Э.Л..Разумов Л.Д. Устройство защиты пучка линий связи. Ааторское свидетельство У? 495775 от 22.09.1975. ГО4ВЗ/30. Б.И. И 46 от 3.03.76.

41. Портнов Э.Л. Устройство защиты двухпроводных цепей воздушных линий связи. Авторское свидетельство 832736 Н04ВЗ/28 от 21.01.81. Б.И, № 19 от 25.05.81.

42. Портнов ЭД.,Тиховод С.М., Бурдян В.А. Устройство для защиты линий связи от влияния линий электропередач.Авторское

сэдегэльсгво & 760459 НС4ВЗ/28 от 7.05.1980. Б.И. 5 32 от 3.09.80.

43. Поргнов Э.Л., Саксонов С.А. .Зубилевич АЛ. Устройство зашиты усилителей от кратковременных перенапряжений. Авторское свидетельство № 1053296 Н04ВЗ/28 от 8.07.1983. Ь.И. tf 41 от 7.II. 83.

44. Портнов Э.Л..Саксонов С.А., Бутенков В.В.Устройство защиты двухкабельной линии связи. Авторское свидетельство № 1099393 Н04ВЗ/28 от 22.02.1984. Б.И. № 23 от 23.06.84.

45. Портнов Э.Л..Бутенков В.В.,Попов С.А..Саксонов С.А. Устройство защити для двухкабельной линии связи. Авторское свидетельство Я II49420 Н04ВЗ/28 от 8.12.84. Б.И. № 13 от 07.04.85.

46. Поргнов Э.Л.; Бутенков В.В..Гладкий В.Г. Устройство защиты двухкабельной линии связи. Авторское свидетельство № 1244799 К0433/28 от 15.03.1986. Ь.И. Гп 26. от 15.07.86.

47. Портнов Э.Л.Устройство защиты двухкабельной-линии связи. Авторское свидетельство & 1297235 Н04ВЗ/28 от 15.11.1986т. Б.И. й 10 от 15.03.87.

48. Портнов Э.Л. Устройство защиты двухкабельной линии связи. Авторское свидетельство Jf I36349I Н04ВЗ/28 от 1.09.1987г. Б.И.'г 48 от 30.12.87.

49. Портнов Э.Л. Устройство защиты двухкабельной линии связи. Авторское свидетельство I2562I4 Н04ВЗ/28 от 8.05.1986. Б.И. № 33 от 7.09.86.

50. Портнов Э.Л. Устройство защиты двухкабельной линии-связи. Авторское свидетельство № 1264349'Н04В3/28 от 15.06.1986. Б.И. й 38 от 15.10.86.

51. Портнов Э.Л..Тиховод С.М. Устройство защиты двухкабельной лишш связи. Авторское свидетельство 1356236 Н04ВЗ/28 от 1.08.87. Б.И. № 44 от 30.11.87.

52. Портнов Э.Л. Устройство защиты двухкабельной линии связи, Авторское свидетельство № II66320 Н04ВЗ/28 от I.03.I9S5. Б.И.

¡Ь 25 от 7.07.85.

53. Портнов Э.Л..Разумов Л.Д., Саксонов С.А. Устройство защиты двухкабельной лишш связи. Авторское свидетельство .'." 886263 Н0433/28 от 3.08.1981. Б.И. Ji 44 от 30.II.81.

54. Портнов Э.Л..Разумов Л.Д..Тихозод С.М. Устройство защити коаксиальной линии связи. Авторское свидетельство 1059676 Н04ВЗ/28 от 8.08.1983. Б.И.. № 45 от 7.12.83.

55. Портнов Э.Л.,Бурдин В.А. Устройство для пащптк однояоэк-сиальчс:: кабельно:! лшш: связи. Авторское 'свидего "ьство И 1С0У~~-КС433/С8 от 23.11.1902. Г.П. ih II с: 03.83.

56. Портнов ЭЛ. Кабельная линия связи. Авторское свидетельство Я 68I46I H0I В 7/28 от 22.04.1979.Б.Ю 31 от 30.08.79.

57. Портнов Э.Л., Разумов Л.Д. Кабельная линия связи. Авторское свидетельство К 807390 H0I В 11/06 от 20.10.1980. Б.И. 11 7 от 23.02.81.

58. Портнов ЭЛ., Митрохин В.Е. Помехозащищешшй кабель связи. Авторское свидетельство Ji I30057I H0I В II/I0 от 01.12.1986 Б.И.Л 12 от 30.03.87.

59. Портнов ЭЛ., Кириченко В.П. Устройство защити кобелей связи. Авторское свидетельство К I26II24 Н04 В 3/28 от 01.06.1986 Б.И.Й 36 от 30.09.86 г.

'60. Портнов ЭЛ., Зубиле вич А Л. Кабель связи. Авторское свидетельство % 1406642 от 01.03.1988. Б.И.Л 24 от 30.06.88.

61. Портнов Э.л., Бутонков'Н.Н., Митрохин В.Е., Зубпдерич А.Л. Устройство для измерения переходного сопротивления внешних металлических оболочек кабеля связи. Авторское свидетельство .4 1067607 НО4 В 3/46 от 15.09.1983. Б.И.Л 2 от 15.01.84.

62. Портнов ЭЛ., Кириченко В.П., Нефедов В.Н. Устройство для измерения модуля коэффициента распространения цени "металлические покрош табеля -земля ". Авторское свидетельство

if 873426 Н04 В 3/46 от 15.06.1981 .Б.И..',' 38 от 15.10.81.

63. Портнов ЭЛ., Кириченко В.П., Штрохан В.Е. Устройство для измерения модуля коэффициента распространения цепи " глзтал-лпчеекце покрош кабеля - земля ". Авторское свидетельство

.'? 95S283 Н04 В 3/46 от 14.05.1982.БЛ.Л 34 от 15.09.82.

64. Портнов ЭЛ., Ада Хамэди. Устройство защиты кабельной лиши связи от влияния высоковольтной линии. Авторское свидетельство И T56I205 К04 В 3/28 от 03.0I.IS90 г. Б.Ю 16 от 30.04.80 г.

65. Портнов ЭЛ., Шестак И.В. Система проводной связи и передача электроэнергии. Авторское свидетельство J{ I58S404 ¡104 В 3/28 от 01.05.1990 г. EJUS 32 от 30.08.IS90 г.

66. Портков ЭЛ. Устройство защита подземных линий связи от перенапряжений. Авторское свидетельство it 1522434 1105 Р 3/02 от 03.03.1987. EJUS 42 ОТ 15.II.89.

67. Портнов Э.Л.Кабельная линия связи. Авторское свидетельство Л I56II03 от 03.01.90. H0I В 11/06 . Б.И.Л 16 от 30.04.90 г.

68.'Портнов ,Э.Л. Устройство защиты кабельной линии связи. Авторское свидетельство № 1577077 Н04 В 3/28 от 08.03.90 г. Б.И.Й 25 от 07.07.90.

69. Портнов.Э.Л. Способ измерения коэффициента экранирования внешних металлических покровов кабелей. Авторское свидетельство Л 1706044.. Н04 В 3/28 от 22.09.91. Б.И.Й 2 ОТ I5.0I.S2.

70. Портнов Э.Л. Способ измерения переходного сопротивления подземных сооружений'в установках связи. Решение о выдаче а/с

по з-ке Л 4866753/09 ОТ 27.06.91.

Подписано в печать 7.05.92 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Объем 1,6 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ 231. Бесплатно.

ООП МП "¡шфорюсвязьиздат". Москва, ул. Авиамоторная, 8.