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

NGUYỄN THANH HẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THANH HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TIN HỌC KHOÁ 2009 Hà Nội – Năm 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131364351000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THANH HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TIN HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TIN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG Hà Nội – Năm 2011 MỞ ĐẦU Ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin vấn đề quan trọng việc bảo vệ an toàn cho người, cơng trình thơng tin, chất lượng dịch vụ thông tin cần cung cấp Đây vấn đề mà Liên minh viễn thông quốc tế ( International Telecommunication Union – ITU ) quan tâm nghiên cứu, nhiều khuyết nghị lĩnh vực xây dựng ban hành Tại Việt Nam, có số nghiên cứu ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin thu hút quan tâm nhiều ngành liên quan điện lực, bưu điện, quân đội, đường sắt…và có số quy định, quy phạm, tiêu chuẩn ban hành Các kết nghiên cứu cho thấy, điều kiện hoạt động bình thường, tượng cảm ứng đường dây điện lực gây nhiễu tín hiệu hệ thống thơng tin Đặc biệt, có cố ngắn mạch dây pha với đất đường dây điện lực đường dây thơng tin song song với đường dây điện lực có nguy phải chịu điện áp cảm ứng có trị số lớn gây nguy hiểm cho người làm hỏng thiết bị thơng tin Ngồi ra, trường hợp đường dây điện lực đường dây thông tin sử dụng chung đường cột vị trí giao chéo đường dây điện lực đường dây thơng tin, có nhiều nguy xảy tiếp xúc trực tiếp hai đường dây Mặc dù thực tế cơng trình cố gắng thiết kế để giảm thiểu tình này, tiếp xúc trực tiếp coi yếu tố nguy hiểm chúng tạo dịng điện điện áp cao cơng trình thơng tin Như trình bày trên, việc nghiên cứu ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin việc làm cần thiết việc bảo vệ cơng trình thơng tin nói chung đường dây thơng tin nói riêng Với mục tiêu nhằm đưa nhìn tổng thể vấn đề ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin, đặc biệt đưa phương pháp tính tốn dịng điện, điện áp cảm ứng đường dây thông tin, áp dụng tính tốn ảnh hưởng đường dây điện lực cụ thể, đề xuất giải pháp phòng chống ảnh hưởng trường hợp ảnh hưởng vượt giới hạn cho phép, định lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin ” Luận văn nghiên cứu hoàn thành hướng dẫn Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quốc Trung, Khoa Điện tử Viễn thông – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tuy nhiên, thời gian có hạn nên khó tránh khỏi khiểm khuyết, em mong nhận ý kiến đóng góp Thầy giáo, Cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đạt kết tốt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN Ảnh hưởng đường dây điện lực đường dây thông tin thường biết đến trường hợp sau: - Các đường dây điện lực vận hành bình thường xảy cố ( ví dụ, ngắn mạch pha ) tạo trường tĩnh điện trường điện từ Các trường tạo sức điện động dịng điện cảm ứng đường dây thơng tin gần, gây ảnh hưởng nguy hiểm đến người làm việc với cáp thông tin ( lắp đặt, bảo dưỡng, sửa chữa…), đồng thời làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường mạng thơng tin - Tại khu vực trạm biến áp cột điện đường dây cao áp thường xảy tượng tăng đất Khi hệ thống điện lực có cố, xuất dịng điện chảy vào đất thông qua hệ thống tiếp đất điện lực ( ví dụ, hệ thống tiếp đất trạm biến áp cột điện cao áp ) Dòng điện làm tăng điện hệ thống tiếp đất so với đất xa thời gian xảy cố đường dây điện lực - Các ảnh hưởng nói sinh thông qua chế ghép điện, ghép từ ghép dẫn Chương để trình bày tổng quan ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường thông tin phương pháp chung để hạn chế ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin 1.1 CÁC CƠ CHẾ GHÉP ĐIỆN Hiện tượng ghép điện hệ thống điện lực hệ thống thông tin xuất dạng ghép Thông thường kết hợp loại ghép: ghép điện dẫn, ghép điện dung, ghép điện cảm Nhưng ln có dạng ghép chiểm ưu thế, dễ dàng phân tích ảnh hưởng sở kết hợp dạng ghép điện khác 1.1.1 Ghép điện dung Hiện tượng ghép điện dung xảy đường dây điện lực đường dây thơng tin song song có chiều dài tương đối lớn so với khoảng cách hai đường dây, đường kính dây Do tượng ghép điện dung, điện trường sinh điện áp đường dây điện lực tạo điện áp đường dây thông tin Hiện tượng ghép điện dung biểu diễn cách đơn giản hình vẽ 1.1 Mạch Đường dây điện lực CPT ∼ Ztải ZPT Mạch Nguồn tín CTG Z0 Hình 1.1 Ghép điện dung đường dây điện lực đường dây thông tin Theo chế ghép này, điện dung CPT xuất hai đường dây có trị số R R thay đổi theo khoảng cách hai mạch ( điện lực – mạch thông tin – mạch ) – giá trị lớn khoảng cách ngắn ngược lại Mức điện áp xuất đường dây thông tin phụ thuộc vào độ lớn trị số điện dung phụ thuộc vào trở kháng đường dây thông tin đường dây điện lực ( ZPT ), trở kháng R R đường dây thông tin đất ( Z0 ) Để hạn chế điện áp nhiễu ghép điện dung, phải R R giảm nhỏ giá trị điện dung CPT tăng giá trị trở kháng Z PT , Z0 Để giảm giá trị R R R R R R điện dung CPT , áp dụng biện pháp che chắn cho cáp R R Ngoài ra, yếu tố điện dung đường dây điện lực đất ( CPT ), điện R RP P dung đường dây thông tin đất ( CTG ) trở kháng đường dây điện lực R R đường dây thông tin ( ZPT ) ( xem hình 1.1 ) góp phần làm tăng điện áp cảm ứng R R ghép điện dung hai đường dây 1.1.2 Ghép điện dẫn ( ghép Galvanic ) Hiện tượng ghép điện dẫn xảy hai mạch có nhánh chung biểu diễn cách đơn giản hình 1.2 Nhánh chung Z1 Z2 V1 Z12 Mạch V2 Mạch Hình 1.2 Ghép điện dẫn đường dây điện lực đường dây thông tin Ghép điện dẫn chia làm loại: - Tiếp xúc điện Đây trường hợp trang thiết bị thông tin tiếp xúc với dây dẫn điện lực Hiện tượng thường xảy cáp, đường dây thông tin treo chung cột điện lực vị trí hai đường dây giao chéo - Tăng đất Đối với hệ thống điện có cố ngắn mạch xuống đất dịng chạy đất làm tăng đất, so với đất xa ( đất chuẩn ), vị trí dịng điện vào khỏi đất ví dụ, mạch có trung tính nối đất trực tiếp xuất dịng ngắn mạch hàng ngàn ampe, dịng tạo chênh lệch điện hàng ngàn vôn so với đất xa Trong trường hợp này, phận hệ thống thông tin nằm gần hệ thống đất có điện cao Do vậy, điện trở thành phần thông tin nhỏ xuất chênh lệch điện gây nguy hiểm Giá trị điện phụ thuộc vào phương pháp vận hành mạng, loại cố, giá trị dòng điện ngắn mạch, vị trí hệ thống thơng tin cơng trình điện trị số điện trở suất đất Để xác định phạm vi vùng nguy hiểm xảy ra, cần xen xét xác suất xảy cố khoảng thời gian cố 1.1.3 Ghép điện cảm Hiện tượng ghép điện cảm xảy hỗ cảm hai mạch biểu diễn cách đơn giản hình 1.3 Khi dịng điện chạy mạch có tải kết cuối, tạo từ trường xung quanh dây dẫn Độ lớn từ trường thay đổi tỉ lệ thuận với dòng điện tỉ lệ nghịch với khoảng cách hai mạch Từ trường làm xuất điện áp nhiễu cảm ứng mạch lân cận, điện áp tạo dòng điện mạch bị ảnh hưởng Giá trị hỗ cảm phụ thuộc vào cấu hình dây dẫn, vị trí tương đối đường dây Ngồi ra, tượng ghép điện cảm cịn phu thuộc vào yếu tố quan trọng khác, môi trường xung quanh hai đường dây Khi cáp thông tin đặt ống kim loại giá cáp, tác dụng che chắn ống giá cáp làm suy giảm phân tám nguồn nhiễu Đường dây điện lực Mạch Nguồn tín hiệu Lhỗ cảm Mạch M Ztải Lhỗ cảm ∼ VM Z0 Hình 1.3 Ghép điện cảm đường dây điện lực đường dây thông tin Trong loại ghép nêu trên, ghép điện cảm có xác suất xảy nhiều gây nhiễu điều kiện hoạt động bình thường điều kiện cố hệ thống điện lực Nhiễu liên tục thường xuất cân điện cân cấu hình hệ thống điện lực, cịn nhiễu đột biến sinh có cố xung đột biến đóng ngắt hệ thống điện lực - Ghép điện cảm cân hệ thống điện lực Ngay đường dây điện lực đạt cân điện cấu hình, khác khoảng cách dây pha đường dây điện lực với đường dây thông tin gây tượng ghép mức độ khác Nếu dây điện lực đường dây thông tin đặt cách khoảng cách đủ lớn so với khoảng cách dây pha, bỏ qua ảnh hưởng ghép điện cảm cân cấu hình Sự cân tải yếu tố quan trọng hoạt động hệ thống điện lực Trong mạch truyền tải, cân tải đạt tương đối dễ dàng, lại khó đạt cân cấu hình, thực đảo vị trí dây pha Trong mạch phân phối ngược lại Mặc dù tất thiết bị phụ, đường dây nhánh bố trí cho tải cân nguồn ( ví dụ máy biến áp phân phối ), có rẽ nhánh nên tải điểm xa so với nguồn thường cân mức độ cao - Ghép điện cảm cố hệ thống điện lực Sự cố nghiêm trọng thường xuyên xảy nhất, gây điện áp cảm ứng cố ngắn mạch pha – đất Đối với mạng điện có điểm trung tính cách ly với đất khơng có điểm trung tính ( mạch tam giác ), cố ngắn mạch pha – đất tạo dòng rò nhỏ ( dịng qua đất ), đường trở nguồn qua điện dung phân phối so với đất pha khơng bị rị Do trị số dịng rị nhỏ nên khơng gây nguy hiểm tác động đáng kể đến thành phần cách điện pha không bị cố thực tế khó phát khắc phục cố Trường hợp cố ngắn mạch hai pha vị trí riêng biệt với đất ( rị đất kép ), dịng rị đáng kể có khả gây ghép điện cảm đủ để ảnh hưởng đến đường dây thông tin Các mạng điện lực trung tính nối đất có điểm nối đất nhiều điểm nối đất Dòng rị pha – đất mạng có trung tính nối đất điểm nhỏ so với dịng rị mạng trung tính nối đất nhiều điểm Do vậy, đường dây điện lực trung tính nối đất điểm bị rò ngắt chậm mạng dây trung tính nối đất nhiều điểm Các mạng điện nhiều điểm nối đất có dịng rị pha – đất lớn có trở kháng tiếp đất nhỏ Nếu cơng trình thơng tin tiếp đất tốt cách nối với trung tính điện lực, làm giảm ảnh hưởng nguy hiểm 1.2 VÙNG GIỚI HẠN XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC Trong thực tế, ảnh hưởng ghép điện từ đường dây điện lực sang đường dây thông tin gần đáng kể phạm vi định Phạm vi quy ước xác định tuỳ theo chế ghép phụ thuộc vào độ lớn điện áp mang đường dây điện lực, chiều dài đường dây bị ảnh hưởng điện trở suất đất 1.2.1 Vùng giới hạn ảnh hưởng ghép điện cảm Trong hầu hết trường hợp ghép điện cảm, vùng ảnh hưởng giới hạn dải có độ rộng a i = km phía đường dây điện lực ( xem hình 1.4 ) R R Trong số trường hợp đặc biệt, ví dụ điện trở suất đất lớn và/ chiều dài bị ảnh hưởng lớn, vùng ảnh hưởng xác định cho trường hợp cụ thể Với trường hợp này, vùng ảnh hưởng xác định theo hướng dẫn hình 1.5 Hình 1.4 Vùng giới hạn ảnh hưởng ghép điện cảm