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学术研究 | 通信线路在电缆隧道内受何影响?

北极星输配电网  来源:高电压技术    2016/9/28 11:06:18  我要投稿  

北极星输配电网讯:近年来,随着我国电力事业的飞速发展,城市地下电缆隧道日益增加。机器人巡检自动化的发展为电缆隧道安全巡检提供了有效途径。然而,电缆隧道的特殊环境严重制约了传统天线系统的通信距离和质量,因此需在电缆隧道内沿线敷设漏泄电缆线路作为移动巡检机器人的通信线路。相对于架空线路,由于电缆隧道空间狭小,机器人通信线路与电力电缆线路共用公共走廊,2者不可避免要平行并且非常接近,电力电缆周围的电磁场会对通信线路造成影响。

本文从电磁场基本理论出发,推导出适用于电缆隧道内的电力线路对通信线路电磁影响的计算公式,供电缆隧道巡检机器人通信线路设计者参考。

主要内容

1 电力电缆线路与通信线路间的容性耦合计算

1.1 电缆隧道巡检机器人通信线路

与自由空间不同,电缆隧道空间狭长,存在拐角和岔口,加上隧道内铺设有大量的电力电缆与挂架,形成了一种闭域空间环境。这种特殊环境造成了传统天线系统无线通信距离短、信号衰减快、场强分布不稳定等问题。为了实现电缆隧道内巡检机器人的无线移动通信功能,可以采用漏泄电缆进行沿线敷设,并配合光纤干线实现长距离通信。此时将面临一个新问题,即电力线路的高电压在其周围空间形成电场,会对其邻近的机器人通信线路产生影响。因该影响通过两线路之间的互电容耦合,故称为容性耦合影响,或称电影响。

1.2 基于镜像法的容性耦合分析

用解析法直接求解电缆隧道内电位微分方程的定解问题比较困难,因此本文采用镜像法进行求解。

以圆形地下电缆隧道为例进行分析,如图1所示。设有一无限长细直导线1放置在电缆隧道内,且与圆柱隧道轴线平行,相距为b,隧道半径为

R>b,导线工作电压为U1,实导线1的线电荷密度为q1,镜像导线1′的线电荷密度为′q1,场点a到实导线1的距离为D1a,场点a到镜像导线1′的距离为D′1a,ε0、ε1分别为两介质的介电系数。

由于沿圆柱轴向的电荷分布具有均匀性,则实导线1在圆形隧道外的镜像是与轴平行的镜像导线1′,且应与实导线1和圆柱轴共面,设镜像导线1′的线密度为q′1 ,到圆柱轴心的距离为d。则如何求解满足边界条件的未知数q′1 和d是问题所在。

图1 实导线1在隧道内任一点a处产生的电势示意图

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