Приемник цифровой системы передачи информации ВЧ-каналом связи по ВЛ (стр. 4 из 13)

4) Предусмотрена возможность снижения уровня передачи на 15 дБ ступенями по 3 дБ.

5) Номинальное значение выходного сопротивления приёмника 600 Ом.

6) Затухание несогласованности в номинальной полосе частот канала должно быть не менее 14 дБ.

7) Цепи выхода уравновешены относительно земли.

8) Задержка установления частоты в канале не более 0,3 мс.

1.5 Уровни помех и линейных затуханий

1.5.1 Электрические помехи в каналах ВЧ связи по ВЛ

Электрические помехи имеются в любом канале связи. Они являются основным фактором, ограничивающим дальность передачи информации из-за того, что сигналы, принимаемые приемником, искажаются помехами. Для того чтобы искажения не выходили за пределы, допустимые для данного вида информации, должно быть обеспечено определенное превышение напряжения принимаемого сигнала над напряжением помехи на выходе приемника.[1]

В каналах ВЧ связи по ВЛ сама линия является источником сильных помех. Поэтому уровень помех на выходе приемников этих каналов обусловлен в основном помехами, поступающими на вход приемника с линейного тракта. Эти помехи можно разделить на две основные категории – помехи нормального эксплуатационного режима и помехи, возникающие при авариях и коммутационных операциях энергетического оборудования.

При нормальном эксплуатационном режиме ВЛ помехи обусловлены в основном явлением коронирования проводов, а также распорок на расщепленных фазах и арматуры аппаратов высокого напряжения. Помехи возникают также в результате электрических разрядов в гирляндах изоляторов. На ВЛ напряжением 220 кВ и выше основным источником помех нормального режима является коронирование проводов.

При аварийных режимах и коммутационных операциях возникают следующие виды помех: от электрической дуги между ножами выключателей, от искровых разрядов при работе разъединителей и от электрической дуги в местах коротких замыканий. Эти помехи оказывают влияние на работу каналов ВЧ связи для релейной защиты и противоаварийнй автоматики. [1]

Физическая природа помех от коронирования проводов. При наличии напряжения на проводах линии в пространстве между проводами существует электрическое поле. Интенсивность его определяется напряженностью электрического поля. Напряженность поля максимальна у поверхности провода и уменьшается обратно пропорционально расстоянию до оси провода для одиночных проводов и по несколько более сложному закону для расщепленных проводов. На линиях напряжением 220 – 750 кВ и выше напряженность поля на проводах при нормальном режиме работы линии составляет 22 – 29 кВ/см.

При достаточно, большой напряженность поля у поверхности проводов происходят электрические разряды с провода в окружающее пространство. Каждый такой разряд называется коронным разрядом, а явление в целом – коронированием проводов или просто короной.

Возникновение коронного разряда объясняется тем, что при большой напряженности поля, имеющиеся в воздухе свободные электроны разгоняются под действием сил электрического поля до большой скорости и при столкновении с молекулами воздуха ионизируют их. При ионизации высвобождаются новые электроны, которые тоже разгоняются полем и ионизируют другие молекулы, и т.д. Этот процесс приводит к образованию электронной лавины. С удалением от провода напряженность поля уменьшается и лавина затухает. Видимая корона связана с большим количеством таких лавин. Ионизация воздуха вызывает свечение и треск, а движение заряда в поле - электрический ток.

По мере увеличения напряженности поля число точек коронирования возрастает. Когда напряженность поля достигает определенного для линии данной конструкции значения, отдельные импульсы сливаются в общий разряд, называемый общей короной. Общая корона на линии вызывает очень большие потери электроэнергии. Поэтому при проектировании ВЛ расстояния между проводами и тип проводов выбирают так, чтобы максимальная напряженность поля на проводах Еmax была меньше напряженности поля Ео , при которой возникает общая корона.

Отдельные импульсы местной короны называются стримерами, и потому такая корона часто называется стримерной. Стримерные импульсы являются генераторами ВЧ и радиопомех, создаваемых линией электропередачи. Источники стримерных разрядов обычно находятся на расстоянии нескольких метров один от другого ( до десяти ). Каждый источник создает один – три стримерных импульса за период промышленной частоты, т.е. 50 – 150 импульсов в секунду. Каждый стримерный разряд наводит в проводах импульсы тока, распространяющиеся в обе стороны от точки коронирования. Попадая на вход на вход приеиника ВЧ канала, они создают высокочастотные помехи. На вход приемника поступают импульсы помех от всех источников короны вдоль линии. По мере распространения импульсы претерпевают затухание, которое для высокочастотных составляющих тока больше, чем для низкочастотных. Поэтому в области низких частот помехи на входе приемника собираются с большей длины, чем в области высоких частот. Вследствие этого уровень помех несколько уменьшается с увеличением рабочей частоты.

Общее количество импульсов короны, поступающих на вход приемника канала связи, весьма велико. Для линии длиной 10 км оно превышает 3*10^5 импульсов в секунду. При такой частоте импульсов на выходе приемного фильтра помехи от короны являются флуктуационными практически в любой полосе частот, используемой отдельными каналами в системах ВЧ связи по ВЛ.[1]

Влияние атмосферных условий. Уровень помех в силиной мере зависит от атмосфеоного давления, влажности воздуха и его загрязнённости, наличия осадков, температуры и других факторов. Наиболее сильно уровень помех увеличивается при интенсивности дождя до 1 – 2 мм/ч. Дальнейший рост интенсивности дождя не приводит к увеличению уровня помех. При гололёде и изморози увеличивается генерация помех, но их уровень на входе ВЧ приёмника растет незначительно, а для трактов по тросам может даже уменьшиться из-за увеличения затухания модальных каналов. Поэтому при проектировании каналов ВЧ связи по ВЛ возможность увеличения уровня помех при гололёде или изморози не учитывается.

Помехи при коротких замыканиях на ВЛ. Большинство коротких замыканий на ВЛ сопровождается горением дуги в месте КЗ. Эта дуга горит до тех пор, пока поврежденная линия не будет отключена с обеих сторон устройствами релейной защиты. Процесс КЗ можно разбить на три периода, каждый из которых характеризуется своим видом генерируемых помех : период установления КЗ , стационарная фаза КЗ, когда горит устойчивая электрическая дуга, и период отключения линии.

В период установления дуги в месте КЗ возникают импульсы тока, вызывающие импульсы напряжения во всех проводах линии. Амплитуда этих импульсов ограничивается разрядником в фильтре присоединения. На выходе фильтра присоединения помехи имеют вид коротких импульсов с интервалами 0,05 – 0,1 мс с амплитудой более 100 В. На выходе приёмного фильтра с шириной полосы до 3,4 кГц эти помехи имеют характер гауссовых с уровнем действующего значения в полосе 1 кГц в пределах 0 – 15 дБ.

В стационарной фазе КЗ помехи резко уменьшаются. Они представляют собой последовательность отдельных импульсов, повторяющихся 1 – 2 раза в период промышленной частоты. Характер помех в установившейся фазе КЗ практически не зависит от длины дуги и значения тока КЗ.

В период отключения линии помехи обусловлены разрывом дуги в выключателе.Помехи на линии в этом случае представляют собой последовательность коротких импульсовсо средней частотой более 20 импульсов в 1 мс. На выходе фильтра с полосой до 4 кГц помехи по характеру близки к гауссовым и имеют в среднем уровень действующего значения около 12 дБ в полосе 1 кГц. Длительность одного КЗ равна длительности разрыва дуги в выключателях [1].

Помехи при коммутационных операциях. При работе выключателей с разрывом дуги рабочего тока линии помехи имеют такой же характер, как и при отключении тока КЗ.

Уровень этих помех при работе выключателей на данной подстанции на 3 – 4 дБ больше, чем при его работе на дальнем конце линии. В начале операции отключения или в конце операции включения, когда расстояние между ножами разъединителя мало, возникают частые импульсы помех со сравнительно небольшой амплитудой – несколько десятков вольт на входе ВЧ приемника.

В конце операции отключения или в начале операции включения, когда расстояние между ножами разъединителя велико, помехи имеют вид больших импульсов, появляющиеся 2 раза за период промышленной частоты. Эти помехи обычно имеют характер импульсных. Амплитуда импульсных помех на выходе фильтра присоединения тем больше, чем выше пробивное напряжение разрядника в фильтре присоединения, шире его полоса пропускания и больше ёмкость конденсатора связи [1].

1.5.2 Линейные затухания в ВЧ тракте

Для ВЧ связи при длине линии более 20 км наиболеьшее практическое значение имеют волны междупроводных мод. Эти волны, распространяясь вдоль ВЛ, налагаются одна на другую с соответствующими изменениями амплитуды и смещениями по фазе, преломляются и отражаются ( в том числе и переходят одна в другую ) в местах нарушения однородности линии и определяют значение затухания линейного тракта и неравномерность его изменения при изменении частоты [2].

Так, если длина нетранспонированной линии с горизонтальным расположением проводов L и рабочая частота f таковы, что сдвиг фаз между напряжениями модальных составляющих 1 и 2 в конце линии, обусловленный разницей в их скоростях распространения V1 и V2, равен π, т.е. если

, (1.2)

то при присоединении к ВЛ по схеме крайняя фаза-земля наблюдается резкое увеличение затухания линейного тракта ( полюс затухания ) и неравномерности затухания, обусловленного многократными отражениями волн. При переходе на присоединение по схеме средняя фаза-земля мода 2 в передаче сигнала не участвует и затухание линейного тракта и неравномерность этого затухания существенно уменьшается.[2] Аналогичные явления в той или иной степени наблюдается и для ВЛ с другим расположением проводов и для транспонированных ВЛ.