1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên ứu ảnh hưởng ủa đường dây điện lự sang đường dây thông tin

104 1 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Đường Dây Điện Lực Sang Đường Dây Thông Tin
Tác giả Nguyễn Thanh Hải
Người hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung
Trường học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành Kỹ Thuật Điện Tử - Tin Học
Thể loại Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
Năm xuất bản 2011
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 104
Dung lượng 5,06 MB

Nội dung

Đặc biệt, khi có sự cố ngắn mạch giữa dây pha với đất trên đường dây điện lực thì đường dây thông tin đi song song với đường dây điện lực có nguy cơ phải chịu một điện áp cảm ứng có trị

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN THANH HẢI

ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

-NGUYỄN THANH HẢI

ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG

Trang 3

MỞ ĐẦU

Ảnh hưởng của các đường dây điện lực sang đường dây thông tin là một vấn đề hết sức quan trọng trong việc bảo vệ an toàn cho người, công trình thông tin, cũng như chất lượng dịch vụ thông tin cần cung cấp Đây cũng là vấn đề mà Liên minh viễn thông quốc tế ( International Telecommunication Union ITU ) rất quan tâm nghiên – cứu, nhiều khuyết nghị trong lĩnh vực này đã được xây dựng và ban hành Tại Việt Nam, cũng đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của đường dây điện lực sang đường dây thông tin và thu hút sự quan tâm của nhiều ngành liên quan như điện lực, bưu điện, quân đội, đường sắt…và cũng đã có một số quy định, quy phạm, tiêu chuẩn được ban hành

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, ngay cả trong điều kiện hoạt động bình thường, hiện tượng cảm ứng của đường dây điện lực cũng gây ra nhiễu tín hiệu trong

hệ thống thông tin Đặc biệt, khi có sự cố ngắn mạch giữa dây pha với đất trên đường dây điện lực thì đường dây thông tin đi song song với đường dây điện lực có nguy cơ phải chịu một điện áp cảm ứng có trị số lớn có thể gây nguy hiểm cho con người và làm hỏng các thiết bị thông tin Ngoài ra, trường hợp đường dây điện lực và đường dây thông tin sử dụng chung đường cột hoặc tại các vị trí giao chéo giữa đường dây điện lực và đường dây thông tin, có nhiều nguy cơ xảy ra tiếp xúc trực tiếp giữa hai đường dây Mặc dù trong thực tế các công trình đều được cố gắng thiết kế để giảm thiểu tình huống này, nhưng tiếp xúc trực tiếp vẫn được coi là yếu tố nguy hiểm vì chúng có thể tạo ra dòng điện và điện áp cao trong các công trình thông tin

Như đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu ảnh hưởng của đường dây điện lực sang đường dây thông tin là một việc làm hết sức cần thiết trong việc bảo vệ công trình thông tin nói chung và đường dây thông tin nói riêng Với mục tiêu nhằm đưa ra một cái nhìn tổng thể về vấn đề ảnh hưởng của đường dây điện lực sang đường dây thông tin, đặc biệt là đưa ra phương pháp tính toán dòng điện, điện áp cảm ứng trên đường

Trang 4

xuất các giải pháp phòng chống ảnh hưởng trong trường hợp ảnh hưởng vượt quá giới

hạn cho phép, tôi quyết định lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của đường dây điện lực sang đường dây thông tin ”

Luận văn này được nghiên cứu và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo

PGS.TS Nguyễn Quốc Trung, Khoa Điện tử Viễn thông – Trường Đại Học Bách

Khoa Hà Nội Tuy nhiên, do thời gian có hạn nên khó tránh khỏi những khiểm khuyết,

em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy giáo, Cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để luận văn đạt kết quả tốt hơn

Trang 5

- Các đường dây điện lực khi vận hành bình thường cũng như khi xảy ra các sự

cố ( ví dụ, ngắn mạch một pha ) sẽ tạo ra trường tĩnh điện và trường điện từ Các trường này sẽ tạo ra sức điện động và dòng điện cảm ứng trên các đường dây thông tin

đi gần, gây ảnh hưởng nguy hiểm đến những người làm việc với cáp thông tin ( khi lắp đặt, bảo dưỡng, sửa chữa…), đồng thời có thể làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của mạng thông tin

- Tại các khu vực như các trạm biến áp hoặc cột điện của đường dây cao áp thường xảy ra hiện tượng tăng thế đất Khi hệ thống điện lực có sự cố, sẽ xuất hiện một dòng điện chảy vào đất thông qua hệ thống tiếp đất của điện lực ( ví dụ, hệ thống tiếp đất của trạm biến áp hoặc của cột điện cao áp ) Dòng điện này sẽ làm tăng điện thế của

hệ thống tiếp đất so với đất ở xa trong thời gian xảy ra sự cố trên đường dây điện lực

- Các ảnh hưởng nói trên được sinh ra thông qua các cơ chế ghép điện, ghép từ

và ghép dẫn Chương này để trình bày tổng quan về ảnh hưởng của đường dây điện lực sang đường thông tin và phương pháp chung để hạn chế ảnh hưởng của đường dây điện lực sang đường dây thông tin

1.1 CÁC CƠ CHẾ GHÉP ĐIỆN

Hiện tượng ghép điện giữa hệ thống điện lực và hệ thống thông tin hiếm khi xuất hiện dưới một dạng ghép Thông thường đó là sự kết hợp của 3 loại ghép: ghép điện dẫn, ghép điện dung, ghép điện cảm Nhưng trong đó luôn có một dạng ghép chiểm ưu thế, do đó có thể dễ dàng phân tích các ảnh hưởng trên cơ sở kết hợp các

Trang 6

1.1.1 Ghép điện dung

Hiện tượng ghép điện dung xảy ra khi đường dây điện lực và đường dây thông tin đi song song có chiều dài tương đối lớn so với khoảng cách giữa hai đường dây, đường kính của dây Do hiện tượng ghép điện dung, điện trường sinh ra do điện áp trên đường dây điện lực có thể tạo ra điện áp trên đường dây thông tin

Hiện tượng ghép điện dung được biểu diễn một cách đơn giản như hình vẽ 1.1

Hình 1.1 Ghép điện dung giữa đường dây điện lực và đường dây thông tin Theo cơ chế ghép này, điện dung CR PT R xuất hiện giữa hai đường dây sẽ có trị số thay đổi theo khoảng cách giữa hai mạch ( điện lực mạch 1 và thông tin – – mạch 2 ) – giá trị càng lớn nếu khoảng cách này ngắn và ngược lại Mức điện áp xuất hiện trên đường dây thông tin phụ thuộc vào độ lớn của trị số điện dung này và phụ thuộc vào trở kháng giữa đường dây thông tin và đường dây điện lực ( ZR PT R), trở kháng giữa đường dây thông tin và đất ( ZR 0 R ) Để hạn chế điện áp nhiễu do ghép điện dung, phải giảm nhỏ giá trị điện dung CR PT R và tăng các giá trị trở kháng ZR PT R, ZR 0 R Để giảm giá trị điện dung CR PT R, có thể áp dụng các biện pháp che chắn cho cáp

Ngoài ra, các yếu tố như điện dung giữa đường dây điện lực và đất ( CR PT RP P), điện dung giữa đường dây thông tin và đất ( CR TG R ) và trở kháng giữa đường dây điện lực và

tín

Trang 7

đường dây thông tin ( ZR PT R ) ( xem hình 1.1 ) cũng góp phần làm tăng điện áp cảm ứng

do ghép điện dung giữa hai đường dây

1.1.2 Ghép điện dẫn ( ghép Galvanic )

Hiện tượng ghép điện dẫn xảy ra khi hai mạch có một nhánh chung và được biểu diễn một cách đơn giản như hình 1.2

Hình 1.2 Ghép điện dẫn giữa đường dây điện lực và đường dây thông tin

Ghép điện dẫn có thể chia làm 2 loại:

- Tiếp xúc điện

Đây là trường hợp các trang thiết bị thông tin tiếp xúc với các dây dẫn điện lực Hiện tượng này thường xảy ra khi cáp, đường dây thông tin treo chung cột điện lực và tại các vị trí hai đường dây giao chéo nhau

Trang 8

Giá trị của điện thế này phụ thuộc vào phương pháp vận hành mạng, loại sự cố,

và giá trị của dòng điện ngắn mạch, vị trí của hệ thống thông tin đối với công trình điện

và trị số điện trở suất của đất Để xác định phạm vi vùng nguy hiểm có thể xảy ra, cần xen xét xác suất xảy ra sự cố và khoảng thời gian sự cố

1.1.3 Ghép điện cảm

Hiện tượng ghép điện cảm xảy ra do hỗ cảm giữa hai mạch như biểu diễn một cách đơn giản trong hình 1.3 Khi dòng điện chạy trong mạch có tải kết cuối, sẽ tạo ra một từ trường xung quanh dây dẫn Độ lớn của từ trường thay đổi tỉ lệ thuận với dòng điện và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai mạch Từ trường này sẽ làm xuất hiện điện áp nhiễu cảm ứng trên các mạch lân cận, và điện áp này sẽ tạo ra dòng điện trong mạch bị ảnh hưởng Giá trị hỗ cảm phụ thuộc vào cấu hình của các dây dẫn, cũng như

vị trí tương đối giữa 2 đường dây Ngoài ra, hiện tượng ghép điện cảm còn phu thuộc vào một yếu tố quan trọng khác, đó là môi trường xung quanh hai đường dây Khi cáp thông tin đặt trong ống kim loại hoặc giá cáp, tác dụng che chắn của ống và giá cáp sẽ làm suy giảm hoặc phân tám nguồn nhiễu

Hình 1.3 Ghép điện cảm giữa đường dây điện lực và đường dây thông tin Trong 3 loại ghép nêu trên, ghép điện cảm có xác suất xảy ra nhiều nhất và có thể gây nhiễu ở cả điều kiện hoạt động bình thường cũng như ở điều kiện sự cố của hệ thống điện lực Nhiễu liên tục thường xuất hiện do sự mất cân bằng về điện hoặc mất

Trang 9

cân bằng về cấu hình của hệ thống điện lực, còn nhiễu đột biến sinh ra do có sự cố hoặc các xung đột biến do đóng ngắt trong hệ thống điện lực

- Ghép điện cảm do mất cân bằng trong hệ thống điện lực

Ngay cả khi đường dây điện lực đạt cân bằng về điện và cấu hình, sự khác nhau

và khoảng cách giữa từng dây pha của đường dây điện lực với đường dây thông tin cũng gây ra hiện tượng ghép ở các mức độ khác nhau Nếu dây điện lực và đường dây thông tin được đặt cách nhau một khoảng cách đủ lớn so với khoảng cách giữa các dây pha, có thể bỏ qua ảnh hưởng ghép điện cảm do mất cân bằng cấu hình

Sự cân bằng tải là một yếu tố rất quan trọng trong hoạt động của hệ thống điện lực Trong các mạch truyền tải, sự cân bằng tải có thể đạt được tương đối dễ dàng, nhưng lại khó đạt được sự cân bằng cấu hình, ngay cả khi đã thực hiện đảo các vị trí các dây pha Trong các mạch phân phối thì ngược lại Mặc dù tất cả các thiết bị phụ, các đường dây nhánh được bố trí sao cho các tải là cân bằng tại nguồn ( ví dụ tại máy biến áp phân phối ), nhưng do có sự rẽ nhánh nên tải ở điểm xa so với nguồn thường mất cân bằng ở mức độ cao

- Ghép điện cảm do sự cố trên hệ thống điện lực

Sự cố nghiêm trọng và thường xuyên xảy ra nhất, gây ra điện áp cảm ứng là sự

cố ngắn mạch pha – đất

Đối với các mạng điện có điểm trung tính cách ly với đất hoặc không có điểm trung tính ( các mạch tam giác ), sự cố ngắn mạch pha đất chỉ tạo ra dòng rò rất nhỏ ( – dòng về qua đất ), vì đường trở về nguồn duy nhất là qua điện dung phân phối so với đất của các pha không bị rò Do trị số dòng rò nhỏ nên không gây ra những nguy hiểm

và tác động đáng kể đến thành phần cách điện của các pha không bị sự cố và trong thực

tế khó có thể phát hiện và khắc phục sự cố Trường hợp sự cố ngắn mạch hai pha ở các

vị trí riêng biệt với đất ( rò đất kép ), thì dòng rò đáng kể và có khả năng gây ra ghép điện cảm đủ để ảnh hưởng đến đường dây thông tin

Trang 10

Các mạng điện lực trung tính nối đất có thể có một điểm nối đất hoặc nhiều điểm nối đất Dòng rò pha đất trong các mạng có trung tính nối đất tại một điểm sẽ – nhỏ hơn so với dòng rò ở mạng trung tính nối đất nhiều điểm Do vậy, đường dây điện lực trung tính nối đất tại một điểm khi bị rò sẽ được ngắt chậm hơn mạng dây trung tính nối đất tại nhiều điểm Các mạng điện nhiều điểm nối đất có dòng rò pha – đất lớn nhất vì có trở kháng tiếp đất nhỏ Nếu công trình thông tin được tiếp đất tốt bằng cách nối với trung tính của điện lực, sẽ làm giảm ảnh hưởng nguy hiểm

1.2 VÙNG GIỚI HẠN XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC

Trong thực tế, các ảnh hưởng do ghép điện từ đường dây điện lực sang đường dây thông tin đi gần chỉ đáng kể trong một phạm vi nhất định Phạm vi này được quy ước xác định tuỳ theo từng cơ chế ghép và phụ thuộc vào độ lớn của điện áp mang trên đường dây điện lực, chiều dài đường dây bị ảnh hưởng và điện trở suất của đất

1.2.1 Vùng giới hạn đối với ảnh hưởng do ghép điện cảm

Trong hầu hết các trường hợp ghép điện cảm, vùng ảnh hưởng được giới hạn bởi một dải có độ rộng aR i R = 3 km về mỗi phía của đường dây điện lực ( xem hình 1.4 ) Trong một số trường hợp đặc biệt, ví dụ điện trở suất của đất lớn và/ hoặc chiều dài bị ảnh hưởng lớn, vùng ảnh hưởng có thể xác định cho từng trường hợp cụ thể Với các trường hợp này, vùng ảnh hưởng được xác định theo hướng dẫn trong hình 1.5

Hình 1.4 Vùng giới hạn ảnh hưởng do ghép điện cảm

Trang 11

Các đường 1 V/km.kA đến 60 V/ km.kA trên hình 1.5 tương ứng với điện áp cho phép xuất hiện trên đường dây thông tin với dòng điện ảnh hưởng bằng 1kA và chiều dài đi gần bằng 1 km Trong tính toán ảnh hưởng thường chọn tiêu chuẩn 10 V/ km.kA Ta nhận thấy rằng, điện trở suất của đất càng lớn thì khoảng cách tới hạn ( vùng xen xét ảnh hưởng ) càng tăng.

Hình 1.5 Khoảng cách aR i R tối thiểu giữa các đường dây điện lực và thông tin

1.2.2 Giới hạn đối với ảnh hưởng do ghép điện dung

Trong trường hợp ghép điện dung giữa đường dây điện lực ba pha và đường dây thông tin, vùng ảnh hưởng được giới hạn bởi hai đường song song, cách đường dây điện lực một khoảng cách aR c R Khoảng cách này phụ thuộc vào giá trị điện áp trên đường dây điện lực và chiều dài bị ảnh hưởng Giá trị của aR c R được xác định qua đồ thị trong hình 1.6

Trang 12

( f = 50 Hz)

UR n R: điện áp danh định (V)

l : chiều dài ảnh hưởng (km) Hình 1.6 Xác định vùng giới hạn ảnh hưởng do ghép điện dung

giữa đường dây ba pha và đường dây thông tin

1.2.3 Vùng giới hạn ảnh hưởng do ghép điện dẫn

a) Đối với cột cao áp

Với hệ thống điện lực có trung tính nối đất trực tiếp hoặc qua trở kháng thấp, ảnh hưởng do ghép điện dẫn giữa hệ thống tiếp đất của cột cao áp và đường dây điện lực được xem xét khi khoảng cách giữa chân cột cao áp và đường dây thông tin nhỏ hơn 20 m Trong trường hợp điện trở suất của đất lớn ( vài nghìn Ωm ), vùng ảnh hưởng sẽ được xác định riêng trong từng tình huống cụ thể

b) Đối với trạm phát điện hoặc trạm biến thế

Với trạm phát điện hoặc trạm biến thế trong đó trung tính của máy biến áp nốiđất trực tiếp hoặc qua trở kháng thấp, vùng ảnh hưởng có thể lên tới 200 m kể từ mép của hệ thống tiếp đất Trong trường hợp có sự cố tăng điện thế đất cực kỳ lớn ( khoảng vài chục kV ), vùng ảnh hưởng sẽ được xác định vào sự phân bố điện thế trên thực tế

Trang 13

1.3 LƯU ĐỒ XỬ LÝ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN

Trong thực tế, để sử lý ảnh hưởng nguy hiểm và nhiễu của đường dây điện lực sang đường dây thông tin, cần phải thực hiện các bước theo lưu đồ sau ( xem hình 1.7):

Hình 1.7 Lưu đồ xử lý các vấn đề phòng chống nhiễu và ảnh hưởng nguy hiểm trong

hệ thống thông tin do đường dây điện lực gây ra

Các biện pháp bảo vệ

Bắt đầu

Xác định đường dây đi

Xác định các tham số điện và hình học cần

thiết để ước tính ảnh hưởng

Tính toán dòng điện và điện áp cảm ứng

Có vượt quá mức cho phép không?

Kết thúc

Không

Trang 14

hỗ cảm giữa hai đường dây

- Ghép điện dung: Hiện tượng ghép điện dung xảy ra do có điện dung xuất hiện giữa hai đường dây điện lực và đường dây thông tin đi song song với chiều dài tương đối lớn so với các kích thước trực giao

- Ghép điện dẫn: Hiện tượng ghép điện dẫn xảy ra khi hai mạch có một nhánh chung Hiện tượng này thường xảy ra khi đường dây thông tin tiếp xúc với đường dây điện lực hoặc do hiện tượng tăng thế đất tại hệ thống điện lực

Khi tính toán ảnh hưởng do đường dây điện lực sang đường dây thông tin đi gần, cần quan tâm đến vùng giới hạn ảnh hưởng Ngoài vùng giới hạn này, ảnh hưởng là không đáng kể Vùng giới hạn ảnh hưởng này được quy ước tuỳ theo các

cơ chế ghép và đặc điểm của hai đường dây

Trang 15

Điện áp và dòng điện xuất hiện trên các mạch cáp thông tin do đường dây điện lực gây ra thông qua các cơ chế ghép đã trình bày trong chương 1

Tuỳ thuộc vào độ lớn của điện áp và dòng điện xuất hiện không mong muốn trên các mạch cáp thông tin do đường dây điện lực gây ra và mực độ tác động đến con người cũng như chất lượng truyền dẫn thông tin, ta có thể phân ra làm 2 loại ảnh hưởng như sau:

- Ảnh hưởng nguy hiểm: Là ảnh hưởng xuất hiện khi điện áp và dòng điện cảm ứng trên đường dây thông tin đạt tới giá trị có thể gây nguy hiểm cho con người, gây nguy cơ cháy, làm hư hại công trình thông tin hoặc gây gián đoạn dịch vụ, cần phải có

sự can thiệp để khối phục dịch vụ

- Ảnh hưởng nhiễu: Là ảnh hưởng xuất hiện khi điện áp và dòng điện cảm ứng

trên đường dây thông tin đạt tới giá trị có thể gây ra sự suy giảm chất lượng truyền dẫn thông tin hoặc các chức năng mạch ở mức không chấp nhận được Sự suy giảm này được xét ở các yếu tố: tạp âm, lỗi tín hiệu, lỗi truyền dẫn tín hiệu và các sự cố mạch khác

2.1 ẢNH HƯỞNG NGUY HIỂM

2.1.1 Các hiện tượng gây nguy hiểm

Trang 16

Điện giật là hiện tượng xảy ra phổ biến nhất khi có người tiếp xúc trực tiếp với các dây dẫn điện Tuy nhiên, không phải chỉ có tiếp xúc trực tiếp mới gây ra hiện tượng này, điện giật có thể xảy ra trong một số trường hợp sau:

- Khi có dòng rò chạy qua lớp cách điện;

- Khi có hiện tượng đáng thủng lớp cách điện dọc theo bề mặt;

- Khi có hiện tượng phóng điện qua không khí do ở gần một dây dẫn điện có điện

áp cao

b) Cháy thiết bị và cáp thông tin

Thiết bị và cáp thông tin có thể bị cháy do hiện tượng quá dòng trong hệ thống Các dòng điện này xuất hiện khi có sự cố xảy ra trong các hệ thống điện lực ở gần và tạo ra các hư hỏng do nhiệt

Hư hỏng do nhiệt thường bắt đầu từ các yếu tố bên ngoài, ví dụ lửa có thể lan ra

và gây ra các hư hại khác nếu khả năng chống cháy của vật liệu cách điện không tốt

c) Đánh thủng chất cách điện

Lớp điện môi dùng để cách điện thường bị hư hỏng khi có điện áp vượt quá độ bền điện môi của thiết bị và hệ thống dây dẫn Hầu hết các điện áp này xuất hiện trong trường hợp có sự cố đối với đất của hệ thống điện lực hoặc có sét đánh trực tiếp hoặc ở gần các hệ thống thông tin

Các ảnh hưởng nguy hiểm xuát hiện không chỉ khi đường dây điện lực xảy ra sự

cố mà ngay cả khi đường dây điện lực vận hành bình thường Ảnh hưởng nguy hiểm trong 2 trạng thái làm việc của đường dây điện lực sẽ được phân tích trong các phần dưới đây

2.1.2 Ảnh hưởng trong điều kiện có sự cố điện lực

Trong điều kiện có sự cố điện lực, cáp thông tin có vỏ che chắn đặt trong ở trong vùng ảnh hưởng của hệ thống tiếp đất điện lực có thể chịu tác động của hiện tượng tăng thế đất Điện áp sẽ xuất hiện giữa hai bộ phận bất kỳ, tạo ra dòng trong dây dẫn hoặc trong vỏ cáp

Trang 17

Các dây dẫn không có vỏ che chắn thường không bị ảnh hưởng của sự tăng thế đất do có lớp điện môi ngăn cách giữa dây và đất Tuy nhiên, khi đường dây đi vào trạm biến thế hoặc nhà máy điện, lớp điện môi này có thể bị đánh thủng Nếu xảy ra hiện tượng đánh thủng lớp cách điện có thể có dòng điện lớn chạy qua dây dẫn

Ngoài sự ảnh hưởng của hiện tượng tăng thế đất, các dây dẫn còn có thể bị ghép cảm ứng với dòng trên đường dây điện lực khi có sự cố trên hệ thống điện lực Dòng điện do mất cân bằng có thể lên tới vài nghìn anpe tuỳ theo các tham số của mạch điện Điện thế cảm ứng trên đường dây thông tin không được bảo vệ có thể lên tới vài trăm

V, chủ yếu phụ thuộc vào độ dài của đoạn cáp bị ảnh hưởng và sự cách ly giữa hai hệ thống Vỏ che chắn cáp cũng chịu ảnh hưởng tương tự dây dẫn bên trong cáp, nếu được tiếp đất, vỏ cáp sẽ tạo ra sự bảo vệ cho dây dẫn, do tạo ra dòng chạy xuống đất Với các dây dẫn không có vỏ che chắn, độ lớn của điện áp cảm ứng lớn hơn rất nhiều so với trường hợp dây dẫn có vỏ che chắn, do không có lớp vỏ bảo vệ

a) Mức điện áp

Ở điều kiện có sự cố, điện áp ghép vào đường dây thông tin là do hiện tượng ghép điện dẫn ( galvanic ) và ghép điện cảm ( hỗ cảm ) Ghép điện dẫn xảy ra qua tiếp xúc trực tiếp với đường dây điện lực và do tăng thế đất Thời gian xuất hiện điện áp này phụ thuộc vào các dụng cụ bảo vệ của hệ thống điện lực

- Mức điện áp xuất hiện do ghép điện dẫn

+ Do tiếp xúc với đường dây điện lực

Khi xảy ra tiếp xúc với đường dây điện lực, cáp thông tin được kết nối và tiếp đất hợp lý sẽ tạo ra đường dẫn dòng rò trở kháng thấp Trở kháng càng thấp thì dòng rò càng lớn, dẫn đến thời gian kết thúc sự cố càng ngắn Điện áp do tiếp xúc phụ thuộc vào dòng rò càng lớn, dẫn đến thời gian kết thúc sự cố càng ngắn Điện áp do tiếp xúc phụ thuộc vào dòng rò của hệ thống điện lực, trở kháng của vỏ cáp hoặc dây co ( ZR c R )

và điện trở tiếp đất ( RR g R )

Trang 18

Tại các trạm điện lực: đường dây thông tin phục vụ các trạm điện có thể chịu tác động của hiện tượng tăng thế đất khi có sự cố điện lực ở gần hoặc ở xa Trong một số trường hợp, GPR có thể lên tới 25 kV Do vậy, đường dây thông tin dẫn đến các trạm điện cần phải được bảo vệ bằng các biện pháp đặc biệt

Tại các điểm cách xa trạm điện: GPR tại các điểm cách xa trạm điện có thể gây tác động lên đường dây thông tin ở gần Điện áp có thể xuất hiện trên lớp vỏ che chắn

đã được tiếp đất của cáp và trên các dây dẫn, do hoạt động của thiết bị bảo vệ hoặc sự đánh thủng lớp cách điện Độ lớn của điện áp này phụ thuộc vào các tham số của hệ thống điện lực và thông tin trong tường khu vực

- Mức điện áp do ghép điện cảm

Trong trường hợp có sự cố đường dây điện lực, điện áp từ đường dây điện lực

có thể cảm ứng sang đường dây thông tin Độ lớn của điện áp cảm ứng do ghép điện cảm phụ thuộc vào các yếu tố sau độ dài đoạn bị ảnh hưởng, dòng về qua đất, giá trị trở kháng tương hỗ và khả năng che chắn của hệ thống

b) Mức độ dòng điện

Cường độ dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào độ lớn của điện áp cũng như trở kháng của mạch Trở kháng của mạch lại phụ thuộc vào trở kháng của thiết bị nối tại hai đầu của đường dây thông tin đối với đất, điện dung của đường dây thông tin so với đất và trở kháng nối tiếp của đường dây thông tin

Điện áp sinh ra trong các hệ thống thông tin trong trường hợp có sự cố thường cao hơn rất nhiều so với điện áp sinh ra trong điều kiện hoạt động bình thường và kích hoạt cho các bộ bảo vệ hoạt động Khi hoạt động, các bộ bảo vệ thường tạo ra một đường dẫn tới đất có trở kháng thấp, song song với tụ “dây đất”.-

Trường hợp sự cố có thể xảy ra đối với cả hệ thống truyền tải và hệ thống phân phối điện, dù được mắc hình sao hay tam giác, dù được nối đất hay không Trong mạch mắc hình tam giác, khi có sự cố giữa đường dây với đất, dòng điện về đất có giá trị nhỏ vì chỉ có một đường duy nhất trở về nguồn thông qua điện dung phân bố so với

Trang 19

đất của các dây pha không bị lỗi Sự cố này nói chung không gây ảnh hưởng đến hoạt động của đường dây điện lực nhưng rất khó triệt tiêu vì giá trị của dòng lỗi rất nhỏ Nhiễu sinh ra do dòng điện ghép cảm ứng từ hệ thống loại này tuy rất nhỏ nhưng lại tồn tại trong một khoảng thời gian khá dài

Với một hệ thống điện được nối đất tốt, ví dụ hệ thống mắc hình sao có một dây trung tính nối đất tại các khoảng đều nhau, khi có sự cố tại một dây pha đối với đất hoặc với dây trung tính, dòng quay trở về đất có giá trị khá lớn Mặc dù sự cố này có thể khắc phục một cách nhanh chóng, nhưng các hệ thống loại này vẫn gây nhiễu cho các hệ thống thông tin

Việc khái quát hoá sự ảnh hưởng của các hệ thống truyền tải điện lực đối với các công trình thông tin là vô cùng khó khăn ( vì có rất nhiều yếu tố phụ thuộc: mức độ

đi gần, sự cách ly, trở kháng tương hỗ… ) Các hệ thống truyền tải luôn có độ tin cậy cao, do đó tần suất và thời gian xảy ra sự cố thường ít hơn so với các hệ thống phân phối điện Vì vậy các hệ thống phân phối điện được nối đất là nguồn gây nhiễu chính đối với các mạch thông tin

- Ghép điện dẫn ( Các hệ thống điện lực không có đường về đất )

Đối với các hệ thống điện không có đường trở về đất, các dòng điện lỗi thường

có giá trị nhỏ Chúng phụ thuộc vào độ lớn giá trị điện dung đối với đất của các biến thế hệ thống điện

- Ghép điện dẫn ( các hệ thống điện có đường trở về đất )

Cáp thông tin được liên kết và nối đất tốt sẽ tạo ra một đường dẫn trở kháng thấp cho dòng của hệ thống điện trong trường hợp có tiếp xúc trực tiếp Dòng điện lỗi khi chạy trong các thành phần được nối đất có thể gây hư hại cho lớp cách điện cáp và

do đó gây ra tiếp xúc trực tiếp với các dây dẫn Trong trường hợp này, điện áp có thể lên đến hàng nghìn vôn và kích hoạt các bộ bảo vệ hoạt động ( nếu có )

Do nguồn điện áp và dòng điện sinh ra khá lớn nên dòng điện có thể phân bố

Trang 20

hệ thống điện và trở kháng đối với đất của các hệ thống thông tin, có thể lên đến hàng trăm ampe và có thể kích hoạt các thiết bị bảo vệ quá dòng của hệ thống thông tin hoạt động

- Ghép điện dẫn do tăng thế đất

Hiện tượng tăng thế đất tại các điểm ở xa các trạm phân phối điện có thể gây ảnh hưởng cho các đường dây thông tin ở gần và các đường dây thông tin dẫn đến các trạm phân phối điện Các dòng sinh ra trên các dây dẫn thông tin có giá trị đủ lớn làm kích hoạt các bộ bảo vệ hoạt động Độ lớn của các dòng này phụ thuộc vào các thông

số của hệ thống thông tin và tăng thế đất tại các vị trí đó

- Ghép điện cảm

Dòng lỗi chạy trong hệ thống điện lực sinh ra một điện áp cảm ứng và điện áp này sinh ra dòng điện chạy trong dây dẫn của hệ thống thông tin Nếu dòng lỗi của hệ thống điện lực đủ lớn sẽ kích hoạt thiết bị bảo vệ của hệ thống điện lực hoạt động Khoảng thời gian hoạt động của dòng lỗi thường nhỏ hơn 5 s Nếu các thiết bị bảo vệ không hoạt động ( do trở kháng lỗi cao ) thì dòng lỗi có thể kéo dài từ vài phút đến hàng giờ

Với các sự cố xảy ra trong thời gian ngắn, các bộ bảo vệ quá áp đặt tại các trạm

có khả năng hoạt động, dòng điện thường có độ lớn từ 1 đến 10 A Đối với các sự cố xảy ra trong khoảng thời gian dài, và các bộ bảo vệ điện áp có khả năng hoạt động, dòng điện thường có độ lớn từ 0,5 đến 5 A

2.1.3 Ảnh hưởng trong điều kiện vận hành bình thường

Điện áp ghép trên đường dây thông tin do sự mất cân bằng điện hoặc do cấu hình của hệ thống điện lực thường gây ra nguy hiểm cho thiết bị Tuy nhiên, các điện

áp này có thể gây ra nhiễu và làm sai lệch hoạt động của thiết bị thông tin Ảnh hưởng

do ghép điện dung từ đường dây điện lực sang cáp thông tin có vỏ che chắn nối đất thường không đáng kể, có thể bỏ qua

Trang 21

Ảnh hưởng do ghép cảm ứng lên các dây dẫn không có vỏ che chắn là lớn hơn

so với các dây dẫn có che chắn Đối với dây dẫn treo nổi không có che chắn, điện áp do ghép điện dung có thể rất lớn, nhưng đối với cáp chôn ngầm, điện áp này lại không đáng kể Điện áp này có thể gây điện giật, nhưng không đủ để gây nguy hiểm, chỉ gây cảm giác khó chịu Tuy nhiên, điện áp có thể gây nguy hiểm cho thiết bị, tạo ra mức

nhiễu đáng kể và kích hoạt các bộ bảo vệ, do vậy gây ra sự suy giảm chất lượng dịch

vụ Vì những lý do trên, hiện nay người ta không dùng cáp không có che chắn và dây trần

a) Mức điện áp

- Điện áp xuất hiện do hiện tượng ghép điện cảm

Hệ thống điện lực 3 pha cân bằng: Trong các hệ thống 3 pha cân bằng, toàn bộ dòng điện được phân bố trên các dây pha, do vậy dòng cảm ứng trên đường dây thông tin hoàn toàn phụ thuộc vào sự bố trí của các dây pha và khoảng cách giữa các dây pha

và đường dây thông tin Điện áp cảm ứng từ các hệ thống này thường nhỏ Ví dụ, tuyến cáp chạy song song dài 3200 m, khoảng cách cách ly khoảng 30 m và dòng tải cân bằng là 50 A, sẽ gây ra điện áp cảm ứng dọc khoảng xấp xỉ 3,2 V

Hệ thống điện ba pha không cân bằng: Với hệ thống điện lực không cân bằng, không có đường về qua đất, điện áp cảm ứng từ các hệ thống này tương tự như đối với

hệ thống 3 pha cân bằng có đường về qua đất

Hệ thống điện lực ba pha trung tính nối đất nhiều điển và nối đất một điểm ở điều kiện không cân bằng hoặc hệ thống 1 pha, 2 pha trung tính nối đất ( nghĩa là các

hệ thống tạo ra dòng về qua đất ) sẽ tạo ra điện áp cảm ứng lớn gấp 10 lần so với các hệ thống 3 pha cân bằng Như vậy, có thể xuất hiện điện áp cảm ứng dọc từ hàng chục V đến hàng trăm V trên đường dây thông tin ở điều kiện hệ thống điện lực hoạt động ổn định

- Điện áp xuất hiện do hiện tượng ghép điện dung

Trang 22

Ảnh hưởng do đường dây điện lực gây ra đối với các đường dây thông tin phụ thuộc vào điện dung giữa dây và đất và cả giữa các dây với nhau Độ lớn của điện áp này phụ thuộc vào cấu hình đường dây và điện áp trên đường dây điện lực Nếu vỏ kim loại của cáp thông tin được nối đất, điện áp do ghép điện dung sẽ giảm đến mức không đáng kể

Hệ thống cấp điện không cân bằng ( có đường về đất ): Như đã trình bày trong 2.1.3.2, điện áp cảm ứng do hiện tượng ghép điện cảm trong các hệ thống cung cấp điện không cân bằng có đường trở về đất có thể lên đến hàng trục vôn Tại mức điên áp này, các thiết bị bảo vệ lắp đặt phía cuối đường dây sẽ không hoạt động Do đó trở kháng mạch sẽ phụ thuộc vào điện dung của cáp Dòng chạy dọc theo các đôi cáp trong trường hợp này thường có giá trị nằm trong khoảng 1 đến 20 mA

- Do ghép điện dung

Đối với cáp có vỏ che chắn bằng kim loại đã nối đất, hiện tượng ghép điện dung thường không tạo ra các dòng điện và điện áp đáng kể trên dây dẫn Dòng điện chạy trong các đường dây treo trên không không được che chắn bảo vệ cũng rất nhỏ, thường

Trang 23

nhỏ hơn vào chục mA nhưng có thể lớn hơn khi các đường dây này nằm gần đường dây điện cao thế

- Do ghép điện dẫn

Trong trường hợp này cáp thông tin nằm chung rãnh hoặc chung cột với hệ thống điện lực, các bộ phận che chắn cáp thông tin và các bộ bảo vệ thường được nối với trung tính của hệ thống điện lực Nếu dây trung tính của hệ thống điện hở mạch, dòng trung tính có thể quay trở về qua hệ thống thông tin mà không qua hệ thống điện lực Dòng điện trong trường hợp này có thể lên đến hàng trăm ampe và có thể gây nguy hiểm đến cáp thông tin

2.2 ẢNH HƯỞNG NHIỄU

Trong hầu hết các trường hợp, điện áp và dòng điện cảm ứng liên tục dọc theo đường dây thông tin không gây ra các ảnh hưởng nguy hiểm Tuy nhiên, chúng có thể gây ra nhiễu ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng của hệ thống thông tin Sau đây

là một số ảnh hưởng chủ yếu:

- Làm ngắn mạch báo hiệu, phải thiết lập lại kênh thông tin;

- Làm tăng thêm nhiễu trong các hệ thống truyền dẫn tương tự, đặc biệt là ở dải

âm tần;

- Gây lỗi trong các hệ thống truyền dẫn số

Nguyên nhân gây ra các ảnh hưởng nhiễu trên là do các sóng hài của tần số cơ bản trong hệ thống điện lực khi vận hành ở điều kiện bình thường Các hài này có thể cảm ứng vào cáp thông tin đi gần và gây nhiễu cho hệ thống thông tin Mức độ gây nhiễu phụ thuộc vào tần số và biên độ của sóng hài Các yếu tố này lại phụ thuộc vào cấu hình hệ thống, nguồn và tải của hệ thống điện lực

Sau đây ta sẽ phân tích quá trình phát sinh các sóng hài trong các điều kiên hoạt động ổn định và sự cân bằng của hệ thống thông tin – là các yếu tố quyết định mức độ gây nhiễu cho các mạch thông tin

Trang 24

2.2.1 Sự cân bằng của mạch

Sự cân bằng của mạch thông tin thể hiện khả năng biến đổi sức điện động dọc sang dòng hoặc điện áp ngang của mạch Một đôi dây cân bằng đối với một dây dẫn thứ 3 chạy song song khi giá trị điện trở, độ tự cảm, điện dung và dòng rò trên một đơn

vị độ dài so với sợi thứ 3 đó của hai dây dẫn là bằng nhau tại mọi mặt phẳng vuông góc với dây dẫn

Trong một mạch cân bằng tuyệt đối, điện áp cảm ứng dọc sẽ tạo ra các dòng bằng nhau từ mỗi dây dẫn chạy xuống đất, do đó tổng điện áp ngang tạo thành sẽ bằng

0 nhưng trong thực tế không có mạch cân bằng tuyết đối Sự mất cân bằng của hệ thống, cùng với sự xuất hiện của các hài tần số nguồn, đã gây ra nhiễu trong các mạch thông tin Sự mất cân bằng này cũng phụ thuộc vào tần số và cấu hình hệ thống

Sự cân bằng được đo bằng sự chênh lệch của trở kháng dọc tại mỗi đầu đường dây Đối với các mạch thông tin có trở kháng dọc thấp tại đầu trung tâm chuyển mạch

và trở kháng dọc cao ở phía nhà thuê bao, sự cân bằng được biểu diễn bằng công thức sau:

20 logR 10 R [ điện áp dọc gây nhiễu ( V ) ] [ ảnh hưởng ( dB ) ] = (2.1)

[ điện áp ngang ( V ) ]

Trong đó, điện áp dọc gây nhiễu là giá trị trung bình của điện áp cảm ứng theo chiều dọc ở mỗi phía của đường dây, được đo ngắn mạch từ mỗi dây dẫn tại phía đầu cuối thuê bao với đất tại đó, và điện áp đo qua trở kháng kết cuối ( trở kháng đầu vào của máy đo tạp âm ), nối qua hai sợi của một đôi dây tại đầu cuối thuê bao

Sự cân bằng của hệ thống phụ thuộc vào tần số và các thành phần của hệ thống ( cáp, thiết bị chuyển mạch và thiết bị đầu cuối ) Độ cân bằng của hệ thống thường lớn

Trang 25

hơn 40 dB Lưu ý rằng, sự mất cân bằng của các thành phần trong hệ thống cũng ảnh hưởng lẫn nhau và ảnh hưởng đến sự cân bằng của toàn bộ hệ thống

2.2.2 Các nguồn sóng hài

Nhiễu gây ra do hệ thống điện lực đối với các dịch vụ điện thoại chủ yếu là do các hài dòng điện và điện áp nằm trong giải âm tần, phát sinh từ các máy móc thiết bị Các hài này phát sinh tự nhiên trong quá trình vận hành của một số thiết bị điện lực

a) Hài phát sinh do các cấu hình đường dây điện lực

Các cấu hình phân phối điện có ảnh hưởng rất lớn đến việc gây nhiễu cho các mạch thông tin Ta xét các loại cấu hình sau:

- Mạng ba pha tam giác;

- Mạng ba pha hình sao nối đất một điểm;

- Mạng ba pha trung tính nối đất nhiều điểm;

- Mạng một pha trung tính nối đất nhiều điểm;

Các điện áp pha của các hệ thống ba pha lệch nhau một góc 2π /3 Trong hệ thống ba pha tam giác không có dây nối đất hoặc dây trung tính, dòng trở về nguồn qua dây pha, trong đó tổng dòng về xấp xỉ bằng 0 Các ảnh hưởng do cảm ứng được xem xét phụ thuộc vào sự cân bằng của dòng giữa ba pha và sự cách ly giữa các dây dẫn điện lực và đường dây thông tin Nếu hai hệ thống đặt cách xa nhau thì ảnh hưởng là không đáng kể Nếu một dây dẫn mang dòng tổng tương đối lớn và đường dây thông tin đặt gần với nó, thì nhiễu có thể xảy ra Tuy nhiên, ở điều kiện hoạt động bình thường, nhiễu cảm ứng do hệ thống ba pha tam giác gây ra thường không đáng lo ngại

Tại tần số cơ bản, hệ thống hình sao có một điểm nối đất cũng tương tự như hệ thống ba pha tam giác Khi dòng tại các dây pha được cân bằng tốt và đường dây được

bố trí sao cho cấu hình của hệ thống là cân bằng tốt và đường dây được bố trí sao cho cấu hình của hệ thống là cân bằng, tổng vector của các dòng trên dây trung tính sẽ bằng

0, dòng chạy trên các dây pha sẽ lệch pha nhau là 2 π /3 Do vậy, hài bậc ba sẽ đạt giá

Trang 26

Trong hệ thống ba pha hình sao nhiều điển nối đất, các hài lẻ chia hết cho 3 cũng đồng pha tương tự như trong hệ thống một điểm nối đất Tuy nhiên, trong hệ thống này, dòng lại trở về qua đất và qua dây trung tính Dòng về qua dây trung tính sẽ tạo ra một trường điện từ khử một phần trường điện từ do các dòng trên dây pha tạo ra

Do vậy mức độ nhiễu do các hệ thống ba pha hình sao nhiều điểm nối đất phụ thuộc rất nhiều vào tỉ số giữa dòng về qua trung tính và dòng về qua đất

Sự cân bằng của các tải là một yếu tố quan trọng đối với hoạt động của hệ thống điện lực Mắc dù các dây nhánh được bố trí sao cho tải được cân bằng tại nguồn ( ví

dụ, tại các biến áp phân phối ), mạch tại các điểm xa so với nguồn cũng khó giữ được cân bằng Sự mất cân bằng trong mạch hoặc tải xẽ tạo ra dòng trở về qua đất và sẽ tạo

ra dòng cảm ứng vào cáp thông tin ở gần

Với các hệ thống một pha, nối đất nhiều điểm, dòng ở tần số cơ bản và ở tất cả các hài đều phân chia cho các mạch trung tính và đường về qua đất Do vậy, hệ thống điện loại này có thể gây ra mức độ nhiễu lớn trong cả điều kiện hoạt động bình thường

và điều kiện có sự cố

b) Hài phát sinh do máy móc, thiết bị

Các máy đồng bộ ( ví dụ máy phát hoặc mô tơ ) là nguyên nhân quan trọng gây

ra hài trong hệ thống điện lực Tần số hài tạo ra phụ thuộc vào số khe từ trong cuộn dây của máy Các mô tơ một chiều ít khi tạo ra hài đủ lớn để gây nhiễu

Các bộ phận như máy biến áp hoặc chỉnh lưu là nguồn chủ yếu tạo ra các hài tại các đường dây phân phối điện Chỉnh lưu nhiều pha lắp đặt trong các hệ thống yêu cầu dòng một chiều lớn, ví dụ trong các hệ thống đường sắt điện khí hoá, lò nung điện, các quá trình điện phân hoặc luyện kim thường tạo ra hài ở cả hai phía một chiều và xoay chiều của mạch Ở phía xoay chiều, chỉ có các hài bậc lẻ, tần số và biên độ của các hài phụ thuộc vào số pha và điện kháng của hệ thống cấp nguồn Ở phía một chiều, chỉ có các hài chẵn, tần số hài phụ thuộc vào số pha, giá trị dòng và điện áp trên tải và điện kháng của mạch

Trang 27

Ngoài ra, hài còn phát sinh từ các hệ thống một chiều cao áp ( HVDC ) Nhiễu cảm ứng vào đường dây thông tin từ các đường dây thông tin từ các đường dây HVDC

có thể lớn hơn nhiều so với chỉnh lưu công nghiệp, vì hệ thống HVDC có điện dung lớn hơn và do vậy tạo ra các dòng hài lớn hơn

a) Mức hài do các cấu hình đường dây điện lực

Hài trên đường dây điện lực phụ thuộc vào cấu hình của đường dây Tổng của dòng pha và các hài trong hệ thống ba pha tam giác là bằng 0 do không có đường dòng

về Do vậy, hệ thống ba pha tam giác là hệ thống ít gây nhiễu nhất cho đường dây thông tin

Hệ thống ba pha hình sao nối đất một điểm hoặc nhiều điểm tạo ra dòng trở về chạy qua dây trung tính hoặc đường về qua đất Ở điều kiện hệ thống cân bằng tuyệt đối, dòng trở về này chỉ tạo ra các hài lẻ chia hết cho 3 Trên thực tế, dòng này tạo ra tất cả các hài, tuy nhiên, các hài lẻ chia hết cho 3 vẫn là thành phần chủ yếu

Hệ thống một pha tạo ra tất cả các hài bậc lẻ Hệ thống này gây nhiễu nhiều nhất đến đường dây thông tin đi gần

b) Mức hài do máy móc và thiết bị

Các hài trong hệ thống điện lực chủ yếu phát sinh do các phần tử phi tuyến của

hệ thống điện lực hoặc do các tải phi tuyến của phía tiêu thụ

- Máy đồng bộ: Các máy đồng bộ tạo ra các hài lẻ với bậc tương đối lớn

( bậc 5 và bậc 7 ) do việc ngắt và nối liên tiếp của các bộ phận có cuộn dây với mạch đầu ra

Trang 28

- Mô tơ cảm ứng: Các mô tơ cảm ứng phát sinh hài do sự thay đổi từ trở do các khe của stato và roto Do đó tần số của sóng hài phụ thuộc vào tốc độ quay của mô tơ Các hài này thường xuất hiện từng đôi một cách nhau hai lần tần số cơ bản và thường gây nhiễu không đáng kể

- Máy móc một chiều: Tần số hài phát sinh từ các máy móc một chiều chỉ phụ thuộc vào tốc độ mô tơ và không phụ thuộc vào tần số cơ bản

- Bộ chỉnh lưu: Hài tạo ra bởi các bộ chỉnh lưu là một trong những nguồn gây nhiễu đáng kể Các hài này bao gồm tất cả các hài lẻ, trừ các hài chia hết cho 3 Biên

độ của hài tỷ lệ nghịch với bậc hài

- Các tụ điện mắc song song: Các tụ mắc song song không tạo ra hài nhưng chúng có thể thay đổi trở kháng của mạch Nếu trở kháng của mạch đạt giá trị sao cho

tụ và cảm của hệ thống điện cộng hưởng tại tần số hài, thì giá trị dòng tại tần số này sẽ tăng lên rất nhiều Nếu tụ nối giữa dây và đất, dòng này sẽ công thêm vào dòng trở về,

do vậy sẽ làm tăng nhiễu cảm ứng

2.2.4 Ảnh hưởng của sóng hài lên đường dây thông tin

Hiện tượng cảm ứng tại các tần số sóng hài, cụ thể là từ 180 Hz đến 3000 Hz thường xảy ra nhất trong điều kiện hoạt động bình thường và có thể gây ra nhiễu âm thanh tương đối lớn, gây ảnh hưởng chất lượng dịch vụ thoại

a) Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào tần số sóng hài

Mức độ ghép điện cảm giữa hệ thống điện lực và thông tin tỉ lệ nghịch với trở kháng tương hỗ giữa hai hệ thống Trở kháng tương hỗ lại tỉ lệ nghịch với căn bậc hai của tần số tại giá trị điện trở suất của đất Do vậy, mức độ ghép điện cảm giữa hai hệ thống thay đổi phụ thuộc vào căn bậc hai của tần số

b) Hệ số che chắn cáp phụ thuộc vào tần số sóng hài

Hệ số che chắn của cáp phụ thuộc vào điện trở một chiều của màn chắn của cáp, điện trở tiếp đất và tần số Các màn chắn mỏng không có sắt từ thường không có hiệu quả ở tần số 60 Hz nhưng lại có tác dụng rất tốt ở các tần số cao trong giải âm tần Thí

Trang 29

dụ, cáp có màn chắn bằng nhôm dày 8 mm được tiếp đất tốt có thể có hệ số che chắn khoảng 0,8 tại tần số 60 Hz Cũng với loại cáp này, tại tần số 1980 Hz, hệ số che chắn

là 0,04

Do có khả năng thâm từ, tại các tần số thấp, cáp có màn chắn bằng sắt từ thường

có hệ số che chắn tốt hơn so với cáp có màn chắn không có sắt từ Hệ số che chắn của cáp có màn hình che chắn sắt từ sẽ thay đổi theo dòng chạy trên vỏ cáp, dòng này lại phụ thuộc vào điện áp cảm ứng trên một đơn vị độ dài, độ dày của màn chắn và điện trở tiếp đất của màn chắn

2.3 GIỚI HẠN ẢNH HƯỞNG CHO PHÉP

2.3.1 Giới hạn ảnh hưởng nguy hiểm cho phép

a) Mức điện áp cảm ứng cho phép trong điều kiện hoạt động bình thường

Để tránh gây nguy hiểm, nên hạn chế điện áp cảm ứng liên tục ở giá trị 60 V rms Giá trị này áp dụng cho cả cáp có vỏ che chắn và không có vỏ che chắn mà nhân viên khai thác phải tiếp cận trong khi làm việc

Trong những điều kiện đặc biệt khó khăn, giá trị điện áp cho phép có thể lên tới

150 v rms, với điều kiện phải áp dụng các biện pháp bảo vệ đặc biệt

b) Mức điện áp cảm ứng cho phép trong trường hợp có sự cố:

+ 430 V r.m.s đối với đường dây điện lực nói chung;

+ 650 V r m.s đối với đường dây điện lực nói chung;

Giá trị điện áp cho phép có thể cao hơn đối với các dây dẫn trong cáp có vỏ hoặc màn chắn kim loại tiếp đất và có thiết bị bảo vệ ở hai đầu, hoặc có thiết bị bảo vệ

ở một đầu, còn đầu kia nối đất với điện trở tiếp đất thấp Trong trường hợp đó, các giá trị điện áp cho phép là:

- Với cáp đã được thử độ bền cách điện giữa dây dẫn và vỏ sau khi lắp đặt: mức điện áp r.m.s bằng 60% giá trị điện áp thử một chiều; hoặc 85% giá trị điện áp thử xoay chiều;

Trang 30

- Với cáp chỉ được thử độ bền cách điện tại nơi sản xuất: tương tự như trên, với điều kiện công tác lắp đặt và nối cáp không làm ảnh hưởng đến độ bền của lớp cách điện

2.3.2 Giới hạn ảnh hưởng nhiễu cho phép

a) Các yếu tố quyết định mức nhiễu cho phép

- Thiết bị

Trong thực tế, ta không thể đưa ra chính xác các giá trị điện áp và dòng điện cảm ứng cho phép, không gây nhiễu đến hoạt động bình thường của các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn, do có nhiều loại thiết bị được sử dụng; trong các thiết bị

đó, các mạch điện lại khác nhau, dãn đến mức độ nhạy cảm của thiết bị là khác nhau Ngoài ra, mức độ nhạy cảm của hệ thống đối với nhiễu còn phụ thuộc vào từng điều kiện sử dụng

Các mạch báo hiệu sử dụng dây đất, vỏ cáp hoặc các đôi dây không cân bằng với đất làm thành phần trong mạch chịu ảnh hưởng rất lớn của điện áp cảm ứng điện từ

do hệ thống điện lực đi gần Thí dụ, trong các máy thu nhạy cảm có các mạch điện trở thấp, chỉ càn điện áp cảm ứng dọc tại tần số nguồn với giá trị thấp ( khoảng 5 V, thậm chí thấp hơn ) đã có thể gây nhiễu cho tín hiệu báo hiệu

- Truyền dẫn thoại

Chất lượng dịch vụ truyền dẫn là sự đánh giá chủ quan chất lượng thoại của kết nối điện thoại đối với một tấp hợp các chỉ tiêu tham số truyền tải Việc đánh giá chất lượng dựa vào tỉ lệ phần trăm của số người sử dụng điện thoại đánh giá chất lượng kết nối, theo thang đánh giá: rất tốt, tốt, được, tồi, rất tồi

Các đánh giá về chất lượng dịch vụ truyền tải có thể thay đổi theo các mẫu tập hợp người lấy ý kiến khác nhau hoặc tại các thời điểm khác nhau Để tránh sự chênh lệch này, có thể dùng một mô hình phân loại chất lượng truyền tải để đánh giá chất lượng truyền dẫn dựa vào một tập hợp các tham số truyền tải như: suy hao, nhiễu hoặc tiếng vọng ( trễ )

Trang 31

- Truyền dẫn số

Trong thực tế, ta không thể đưa ra chính xác các giá trị điện áp và dòng điện cảm ứng cho phép, không gây nhiễu đến hoạt động bình thường của các hệ thống truyền tải số, vì mức gây nhiễu còn phụ thuộc vào loại hệ thống truyền tải được sử dụng

b) Mức nhiễu cho phép

- Mức nhiễu cho phép đối với truyền dẫn thoại

Chỉ tiêu về nhiễu ở trạnh thái ổn định được thiết lập ở mức sao cho đạt được chất lượng dịch vụ thỏa đáng đối với người sử dụng Nếu chỉ tiêu quá thấp, sẽ không đạt được sự hài lòng của khách hàng Ngược lại, nếu chỉ tiêu quá cao, nhà cung cấp dịch vụ thông tin sẽ phải tốn kinh phí không cần thiết để củng cố thiết kế thiết bị, bảo dưỡng và vận hành hệ thống Với truyền dẫn tín hiệu thoại, ta có thể dùng chỉ tiêu nhiễu tạp âm kế Nhiễu tạp âm kế là sức điện động nhiễu tạp âm kế gây ra do hiện tượng cảm ứng từ và/hoặc cảm ứng tĩnh điện gây ra bởi các đường dẫn điện lực trên các mạch thông tin và các trung kế giữa trạm vệ tinh và tổng đài phải không được vượt quá 1 mV Giá trị này được đo tại đầu dây nối với máy thuê bao

- Mức độ nhiễu cho phép đối với hệ thống truyền tải số

Mức độ nhiễu cho phép trong hệ thống truyền tải số thay đổi tùy theo loại hệ thống truyền tải và loại dịch vụ thông tin đang xét

Chất lượng của truyền tải số thường được đánh giá bằng cách đo các lỗi xung được truyền

Có hai cách đo để đánh giá chất lượng truyền tải số như sau:

- Tỉ lệ phần trăm số giây không có lỗi trong một khoảng thời gian nhất định ( thường là vài giờ )

- Tỉ lệ lỗi bít trong một đơn vị thời gian ( thường là giây hoặc phút )

Trang 32

Kết luận

Từ các phân tích trên, có thể rút ra các kết luận sau:

- Ở điều kiện hoạt động bình thường và đặc biệt khi có sự cố, đường dây điện lực khi đi gần đường dây thông tin không những có thể gây nhiễu đối với hoạt động của hệ thống thông tin mà còn có thể gây ảnh hưởng nguy hiểm cho con người và công trình thông tin

- Ảnh hưởng nguy hiểm chủ yếu xảy ra do các cơ chế ghép điện dẫn ( do tiếp xúc trực tiếp hoặc tăng thế đất ) và ghép điện cảm Mức độ ảnh hưởng được thể hiện qua mức điện áp và dòng điện xuất hiện trên đường dây thông tin do các hiện tượng ghép trên Mức điện áp và dòng điện này lại phụ thuộc vào các tham số và cấu hình của

hệ thống điện lực cũng như các tham số của đường dây thông tin

- Ảnh hưởng nhiễu xảy ra do các sóng hài của tần số cơ bản trong hệ thống điện lực khi vận hành ở điều kiện bình thường Mức độ gây nhiễu phụ thuộc vào tần số và biên độ của sóng hài Các yếu tố này lại phụ thuộc vào cấu hình, nguồn và tải của hệ thống điện lực

- Để tránh gây nguy hiểm và hạn chế nhiễu ở mức cho phép, cần phải hạn chế các ảnh hưởng nói trên ở mức độ nhất định Các giới hạn ảnh hưởng cho phép được quy định tùy theo từng trường hợp và điều kiện hoạt động của đường dây điện lực Với ảnh hưởng nhiễu, giới hạn này còn phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng dịch vụ của truyền dẫn

Trang 33

CHƯƠNG 3:

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC

SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN

Việc tính toán ảnh hưởng của đường dây điện lực sang đường dây thông tin, một cách toàn diện nhất phải thực hiện các bước sau:

- Tính toán dòng điện và điện áp trên đường dây điện lực ( đường dây gây cảm ứng )

- Tính sức điện động dọc cảm ứng do ghép điện cảm và dòng phóng qua người do ghép điện dung;

- Tính toán điện áp và dòng điện cảm ứng trên đường dây thông tin

Một số các phương pháp tính toán sẽ được đề cập đến trong các phần dưới đây

3.1 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG

Nếu đường dây bị ảnh hưởng cảm ứng có độ dài đáng kể, ta phải xem xét đến các hiệu ứng lan truyền Xét một cách tổng quát, đường dây điện lực gây cảm ứng và đường dây thông tin bị cảm ứng cũng tạo thành một hệ thống đường dây truyền dẫn Hiện tượng ghép giữa các dây dẫn được thể hiện bằng các phần tử mạch nối tiếp và song song với nhau Các phần tử mạch này là nguyên nhân của các ảnh hưởng cảm ứng Để đánh giá các phần tử này, về mặt nguyên tắc, cần phải biết cách tính toán điện

áp và dòng cho toàn bộ hệ thống nhiều dây dẫn nhờ vào các yếu tố sau:

- Mô hình mạch ( các mạch tương đương );

- Công thức toán học ( các biểu thức mạch );

- Các kỹ thuật tính toán ( thuật toán );

- Tính toán định lượng các số liệu ( các nguồn và tham số mạch )

Các phương pháp tính toán, về nguyên tắc có thể phân ra làm hai loại chính:

Tính toán đơn giản và tính toán chính xác ( xem hình 3.1 )

Trang 34

- Tính toán đơn giản ( 1 hình 3.1 ): xét với hệ thống đường dây có hai dây dẫn – Giả thiết đường dây là đồng nhất, được đặc trưng bởi các tham số phân bố theo đơn vị

độ dài Hệ thống này sẽ được tính toán bằng kỹ thuật giải tích

- Tính toán chính xác ( 2,3 hình 3.1 ): có thể tính toán với các hệ thống nhiều – dây dẫn với các tham số đường dây không đồng nhất Các tham số đường dây có giá trị khác nhau ở các đoạn khác nhau và có các phần tử rời rạc ( tải hoặc các nguồn ở một thời điểm bất kỳ trên đường dây )

- Trung gian giữa hai phương pháp trên là phương pháp giải tích, áp dụng cho các hệ thống nhiều dây dẫn ( ½ - hình 3.1) Phương pháp này cũng cho kết quả

chính xác như phương pháp tính toán chính xác, nhưng có một số giới hạn khi xét đến tính không đồng nhất của đường dây

Phương pháp tính toán đơn giản ( cách giải quyết với đường dây có hai dây dẫn ) được trình bày ở mục 3.2

Trang 35

Hình 3.1 Nguyên tắc phân loại các phương pháp tính toán

Hỗn hợp

Mô hình hai dây dẫn Mô hình nhiều dây dẫn

Mô hình nhiều dây dẫn Tập hợp

Xấp xỉ chính xác giá trị

Xét cả đường dây không đồng nhất và các phần tử trung gian

Số Giải thích

3

2 1/2

Trang 36

3.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG

3.2.1 Các số liệu về đường dây điện lực và đường dây thông tin

3.2.1.1 Các số liệu về đường dây điện lực

Các số liệu về đường dây điện lực gồm có:

- Điện áp dây của đường dây điện lực

- Dòng ngắn mạch tính toán

- Sơ đồ dòng ngắn mạch một pha

- Thời gian cắt ngắn mạch

- Chiều cao trung bình của đường dây điện lực

- Chiều cao trung bình của dây chống sét

- Khoảng cách trung bình giữa các dây điện lực

- Tính chất phụ tải

- Dòng điện thứ tự không tạp âm kế của đường dây điện lực

- Dòng pha tạp âm kế của đường dây điện lực

- Hệ số hình sóng điện thoại ( FR u R) của điện áp trên đường dây điện lực

3.2.1.2 Các số liệu về đường dây thông tin

Các số liệu về đường dây thông tin gồm có:

- Hệ số nhạy đối với nhiễu của mạch điện thoai hai dây (ηR 800 R) tính với tần số 800

Hz

- Hệ số che chắn tổng hợp đối với ảnh hưởng điện ( SR tdk R) của các vật che chắn trong đoạn đi gần thứ k

- Trở kháng của máy điện thoại ( ZR T R),Ω

- Chiều cao trung bình mắc dây thông tin ( c),m

- Số dây có nối đất trên đường dây thông tin ( m )

- Hệ số hiệu chỉnh đối với ảnh hưởng nhiễu từ của dòng thứ tự không

- Hệ số hiệu chỉnh đối với ảnh hưởng nhiễu từ của dòng pha

Trang 37

3.2.1.3 Phương pháp tính toán điện trở suất của đất dọc tuyến đường dây điện lực

1) Tính toán điện trở suất của đất dọc tuyến đường dây điện lực ở các tần số 50 Hz và

800 Hz

Từ kết quả đo điện trở suất của đất ở các độ sâu khác nhau, ta có thể quy đổi tương đương về đất có 2 lớp, với lớp trên tính từ mặt đất đến độ sâu 10 m có điện trở suất là ρR 1 R, lớp dưới có điện trở suất ρR 2 R tính từ độ sâu 10 m trở xuống

Từ đây ta có thể tính toán, xác định được các giá trị điện trở suất của đất tại các khu vực ở các tần số 50 Hz và 800 Hz theo hướng dẫn của ITU bằng toán đồ trong hình 1

Trong đó:

- ρR 1 R, ρR 2 Rvà h như đã nói ở trên;

- ρR 0 R là điện trở suất ở một tần số tính toán nào đó

2) Phương pháp tính toán điện trở suất trung bình trên tuyến

Trong tính toán ảnh hưởng điện từ của đường dây điện lực đối với đường dây thông tin, thường thì đường dây điện lực rất dài đi qua nhiều vùng có điện trở suất khác nhau, người ta phải dùng trị số điện trở suất biểu kiến trung bình toàn tuyến và giá trị của nó được xác định bằng công thức sau:

l

l l

i i N

i i

lg(

{ )

lg(

ρ ρ

Trong đó:

ρ là điện trở suất biểu kiến trung bình toàn tuyến điện lực, Ωm;

ρR i R là điện trở suất biểu kiến trong vùng đường dây điện lực có chiều dài lR i R đi qua, Ωm;

Trang 38

Xem minh họa trên hình vẽ sau:

3) Tính điện trở suất biểu kiến trung bình trên toàn tuyến đường dây điện lực

a) Điện trở suất của đất dọc tuyến

Điện trở suất của đất thay đổi theo mùa trong năm Trị số điện trở suất của đất khi đưa vào tính toán phải được nhân với hệ số mùa Theo quy định hệ số mùa lấy giá trị trong khoảng từ 1,6 đến 1,8

b) Sự biến đổi điện trở suất của đất dọc theo chiều dài đường dây

Phải xác định được trị số điện trở suất của đất đo được và điện trở suất tính toán ứng với từng đoạn trên tuyến đường dây điện lực, tổng chiều dài của đường dây điện lực

c) Tính toán điện trở suất biểu kiến trung bình toàn tuyến

Áp dụng công thức ở mục 3.2.1.3 ta tính được điện trở suất biểu kiến trung bình trên toàn tuyến ở tần số 50 Hz (ρR 50 R ) và tần số 800 Hz (ρR 800 R )

l

Trang 39

Hình 3.2 Toán sơ đồ tính điện trở suất tương đương

Trang 40

3.2.2 Phương pháp tính toán ảnh hưởng nguy hiểm và ảnh hưởng nhiễu

3.2.2.1 Tính toán ảnh hưởng nguy hiểm

Sức điện động cảm ứng trên cáp thông tin do đường dây điện lực 3 pha trung tính nối đất lúc có 1 pha chạm đất gây ra được tính theo công thức sau:

V S l M wI

ω = 2πf : tần số góc của dòng điện công nghiệp ( f = 50 Hz ), rad/s

MR ( 1 – A )k R : môdun của hệ số hỗ cảm giữa dây điện lực và dây thông tin trong đoạn đi gần thứ k, ở tần số 50 Hz và được xác định bằng toán đồ H/km

SR ttk R : hệ số che chắn tổng hợp đối với ảnh hưởng cảm ứng từ của vật che chắn trong đoạn đi gần thứ k, SR ttk Rđược tính theo công thức:

SR ttk R = SR c R.SR r R.SR t R (3.3) Với:

SR c R – hệ số che chắn của vỏ cáp;

SR r R – hệ số che chắn của đường ray;

SR t R – hệ số che chắn của dây chống sét;

LR k R : chiều dài đoạn đi gần tính toán thứ k, km;

n : số đoạn đi gần tính toán

3.2.2.2 Tính toán ảnh hưởng nhiễu thoại âm tần

Điện áp nhiễu trên mạch điện thoại 2 dây do đường dây điện lực 3 pha đối xứng trung tính nối đất vận hành bình thường gây ra được tính theo công thức:

Ngày đăng: 26/01/2024, 15:44

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN