Файл: Логинов, И. Л. Инженерно-технические мероприятия, повышающие устойчивость электротехнического и радиоэлектронного оборудования к поражающим факторам ядерного взрыва учебное пособие.pdf

К числу инженерно-технических мероприятий, повышаю­ щих устойчивость электро- и радиооборудования к электро­

магнитному импульсу, относятся:

—-использование симметричных по емкости двух- и трех­

жильных кабелей (двух- и трехпроводных линий);

—применение экранированных кабелей;

—применение грозозащитных средств;

—применение электропроводящих экранов.

§16. Использование симметричных по емкости двух-

итрехжильных кабелей (двух- и трехпроводных линий)

Жилы кабеля или провода будем называть для простоты

электродами. Емкость каждого электрода по отношению к

земле и между собой, как правило, отличаются друг от дру­

га. Как известно, емкость каждого электрода определяется

формой, геометрическими размерами и свойствами изолирую­ щей среды. Эти качества электрода всегда отличаются друг от друга, хотя и незначительно, в силу технологических

отклонений, допускаемых при изготовлении изоляционных материалов и электродов. Поэтому (при воздействии элек­

трического поля электромагнитного импульса на кабель или провод) каждый из электродов приобретает свой заряд, со­

ответствующий емкости электрода, а в диэлектрике, разде­

ляющем электроды, возникает электрическое смещение, кото­ рое при постоянной диэлектрической проницаемости пропор­ ционально напряженности электрического поля. Различие за­

рядов на электродах ведет к возникновению механической силы натяжения и к пробою при достаточной величине этой силы. Последняя является следствием взаимодействия заря­

дов соседних электродов.

Сила взаимодействия стремится удалить друг от друга за­

ряды одинаковых знаков и сблизить заряды противополож­

ных знаков. Величину механической силы натяжения на еди­

ницу площади поверхности электродов рассчитывают [14] по

электрического поля, кВ/м.

Наибольшие напряженности электрического поля выдер­

живают стекло и слюда. Для них практически предельные величины приблизительно равны 5 ∙ IO5 кВ/м. Подставив в

формулу (39) эту величину и относительную диэлектрическую

проницаемость, равную 8, найдем, что наибольшее натяже-

53

ние, создаваемое электрическим полем, которое можно полу­

чить при использовании этих изоляционных материалов, рав­

но 90 кН/м2 (9 Н/см2). Таким образом стеклянный или слю­

дяной диэлектрик может быть сжат поверхностным давле­

нием 90 кН/м2, обусловленным указанным электрическим по­

лем. Однако чаще судят о возможности пробоя по величине

напряжения, возникающего между ними в результате емко­ стной асимметрии. Величина его для двухэлектродной линии

может быть определена [9] по следующей формуле:

т. е. между двумя электродами вследствие емкостной асим­

метрии возникает напряжение 17,8 кВ.

Величины этого напряжения даже при импульсном его действии достаточно для пробоя многих изоляционных ма­

териалов.

Если бы емкости электродов были равны, т. е. C20 = Cio, то получили бы ¿7 = 0.

Для уменьшения межэлектродной емкости многослойную

изоляцию выполняют так, чтобы слои меньшего радиуса име­

ли большую диэлектрическую проницаемость. Это позволяет

добиться приблизительно равномерного распределения по­

тенциала между электродами. Существуют и другие способы

уменьшения межэлектродной емкости. Здесь на них останав­ ливаться не будем. О них говорят при изучении специальных

дисциплин.

§ 17. Применение экранированных кабелей

Для защиты кабелей от действия электромагнитных волн широко применяется их экранирование. Этот способ защиты в равной степени эффективен и от действия электромагнит-

54

ного импульса. Сущность его сводится к применению метал­

лических экранов, которые ослабляют электромагнитное поле созданным ими же полем в толще экрана. Эффективность

экранирования зависит от толщины, удельного сопротивления и магнитной проницаемости материала, из которого выпол­ нен экран, а также от частоты электромагнитного поля. Это видно из выражения, при помощи которого определяется глу­

бина проникновения электромагнитного поля в толщу экра­

напряженности поля в защищенной экраном области:

4=⅝. («)

где Eo ■— напряженность первоначального электрического по­ ля; Eη — напряженность электрического поля в защищённой

экраном области.

Величина, обратная эффективности экранирования, носит

Таким образом, для определения коэффициента экраниро­

вания необходимо рассчитать электромагнитное поле во вну­ тренней полости экрана и во внешней его области. Расчет

этих полей дается в специальных курсах для однородно и си­

нусоидально изменяющегося во времени магнитного поля.

При этом необходимо указывать на особенности расчета им­

пульсных электромагнитных полей. Практическое экраниро­

вание может осуществляться как по жиле, так и по изоляции жилы. Поверх кабеля может накладываться броня, которая

служит не только защитным покровом, но и экраном.

Экранирование по жиле и по изоляции жилы чаще всего

выполняется из двух-трех полупроводящих бумаг и в виде Металлического экрана (рис. 18). Полупроводящая бумага

экранирует от электромагнитных колебаний [6] с частотами,

55

измеряемыми в мегагерцах. Металлический экран обеспечи­

вает защиту от электромагнитных колебаний с меньшими ча­ стотами. Он может изготавливаться из ферромагнитных ма­

териалов толщиной в десятые доли миллиметра. Полупро­

водящая бумага имеет нанесен­ ный тонкий слой медного или

серебряного покрытия. Что касается

бронепокровов, то последние могут

выполняться в виде двух стальных

лент при отсутствии значительных

растягивающих условий [6] и в виде

напряжения, возникающая в жилах кабеля приближенно

определяется из соотношения:

а между жилами двухэлектродного кабеля, вследствие емко­

стной асимметрии, будет ориентировочно равна:

(46)

§18. Применение грозозащитных средств

Ксредствам грозозащиты относятся:

—стержневые или тросовые молниеотводы;

—трубчатые и вентильные разрядники;

—защитная емкость; ,

—реакторы.

Эти средства могут быть использованы для защиты элек­ трических линий и электротехнического и радиоэлектронного

оборудования, подключенного к линиям, так как перенапря­

жения при воздействии электромагнитного импульса носят такой же характер, как и при грозовых разрядах и имеют форму кратковременных всплесков.

56

Стержневые и тросовые молниеотводы применяются для защиты распределительных устройств и линий передачи. Рас­

стояние молниеотводов от объекта зависит от импульсного

сопротивления заземления молниеотвода.

Разрядники являются основным средством защиты от пе­

ренапряжений. Они определяют максимально-допустимое для

изоляции импульсное напряжение. Разрядники делятся на

трубчатые и вентильные. Трубчатый разрядник состоит из га­ сительной трубки, изготовленной из фибры или винипласта,

внутри которой находятся электроды. Один из них стержне­ вой, второй — кольцевой. Между ними в момент перенапря­ жения происходит пробой разрядного промежутка и гашение дуги сопровождающего тока. Трубчатые разрядники приме­ няются для защиты отдельных точек линии с ослабленной изоляцией, в которых может возникать дуга короткого замы­

кания. Сущность этой защиты сводится к гашению дуги ко­

роткого замыкания и предупреждению отключения линии. Вентильные разрядники состоят из колонки искровых про­

межутков обычных или с магнитным гашением дуги. Магнит­ ное поле в искровом промежутке создается катушками маг­

нитного дутья, присоединенными последовательно с искровы­

ми промежутками [11]. Вентильные разрядники применяются

для защиты подстанций и электрических машин, работающих

непосредственно на воздушные линии (не через трансформа­ торы) .

поддержания напряжения на шинах распределительного уст­ ройства при коротком замыкании в сети. На рис. 19 показа­

ны основные схемы защиты электрических машин от перена­

пряжений. На рисунке показаны кабельные вставки. Их обо­

лочки имеют защитные свойства от электромагнитного им­

пульса.

На судах правилами регистра СССР предусматривается установка на каждой мачте молниеотводного устройства. Молниеотвод изготавливается из металлического стержня Диаметром 12 мм и длиной не менее 300 мм. Отводящий про­

вод от молниеотвода прокладывается по наружной стороне Мачты и надстроек к месту заземления. На судах с непрово­

57