ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КАНАЛАХ ПО ПРОВОДАМ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
- 1. ПРИНЦИП ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ПО ЛИНИЯМ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Линии электропередачи можно рассматривать как своеобразный тракт для передачи сигналов связи, поскольку конструкция линии электропередачи, всецело определяемая се главным назначением — передачей электрической энергии, одновременно оказывается обладающей достаточно удовлетворительными «связными» характеристиками.
В самом деле, для линий электропередачи применяются провода из цветных металлов, имеющие большое сечение и очень хорошую изоляцию. Эти особенности предопределяют потенциальную возможность передачи информации на значительные расстояния. При этом высокий уровень эксплуатации и значительная механическая прочность линий высокого напряжения обеспечивают надежность каналов связи, недостижимую не только для обычных воздушных, но и кабельных линий связи. Особенно благоприятным условием для организации такой связи в энергосистемах является совпадение направлений линий электропередачи с целесообразными направлениями передачи информации (т. е. возможность передачи информации по кратчайшему направлению) и заход линий именно в те пункты, с которыми необходимо организовать связь.
При всех этих достоинствах линии электропередачи обладают рядом свойств, затрудняющих их использование для передачи информации. К их числу относятся сложность присоединения аппаратуры связи к проводам, необходимость защиты обслуживающего персонала от высокого напряжения, наличие на энергообъектах коммутационного и распределительного оборудования, высокий уровень линейных помех, многопроводность тракта передачи и т. д. При проектировании каналов связи по проводам линий высокого напряжения необходимо поэтому умело использовать их возможности и находить приемлемые технические решения, обеспечивающие достаточно высокое качество каналов связи при сохранении надежности и конструкции самой линии электропередачи или ее отдельных элементов.
Так как передачу информации по проводам, находящимся под напряжением в несколько десятков или сотен тысяч вольт, нельзя выполнить непосредственным подключением соответствующей аппаратуры связи, то такое присоединение осуществляется с помощью специальных устройств — так называемой аппаратуры обработки линии, состоящей из конденсатора связи, заградителя и элементов защиты. Следовательно, в линии электропередачи неизбежно появляются дополнительные элементы, не имеющие отношения к передаче электроэнергии и могущие ослабить в какой-то степени электрическую прочность линии. Это ослабление можно сделать пренебрежимо малым, применив аппаратуру обработки, электрически равнопрочную с остальными элементами линии, тщательно выполнив ее монтаж и расположив эту аппаратуру в местах, где за ней легко наблюдать. Как показывает опыт, соблюдение этих условий практически не снижает надежности работы линии электропередачи.
Токи высокой частоты, несущие информацию, должны распространяться между передатчиком и приемником по кратчайшему пути, не ответвляясь в нежелательных для связи направлениях. Отсюда следует, что принцип передачи сигналов по линии электропередачи заключается в создании между нужными пунктами такого тракта распространения сигналов по высоковольтным проводам, в котором при сохранении надежности линии были бы полностью использованы ее полезные для связи свойства, а влияние элементов и параметров линии, ухудшающих характеристики тракта связи, сведено к минимуму.
Тракт распространения сигналов состоит из проводов линий электропередачи, аппаратуры обработки, высокочастотных кабелей, разделительных фильтров и других элементов, необходимых для устройства канала связи. Совокупность всех элементов, включенных между выходом передатчика и входом приемника для образования непрерывного пути токам высокой частоты между двумя или несколькими пунктами, в дальнейшем будем называть высокочастотным трактом.
К этому остается добавить некоторые замечания о рабочих частотах каналов связи. Как известно, телеграфирование и телефонирование ведется на низких частотах, занимающих спектр от 0 до 4 000 Гц. Однако в этом диапазоне частот передача информации по линиям высокого напряжения невозможна из-за чрезвычайно высокого уровня помех переменного тока промышленной частоты 50 Гц и его гармоник, лежащих в полосе передаваемых частот. Кроме того, невозможно создать практически приемлемую конструкцию заградителя для столь низких частот, поэтому передача сигналов должна вестись на гораздо более высоких частотах, порядка десятков и сотен килогерц. Заградители на этих частотах обладают достаточно хорошими запирающими свойствами, а их размеры и стоимость не превышают разумных пределов. Из этих компромиссных соображений и была выбрана нижняя граница диапазона частот для связи по линиям электропередачи, которая вначале составляла 30 кГц, а в настоящее время повышена до 50 кГц. Верхняя граница диапазона определяется другими условиями (главным образом величиной затухания сигналов и помехами от радиовещательных станций) и в настоящее время составляет 500 кГц.
Таким образом, связь по линиям высокого напряжения является в принципе высокочастотной (в. ч.) связью, характерная особенность которой заключается в предварительном преобразовании на передающей стороне исходных тональных частот в более высокие, передаче этих последних по линии связи и обратном преобразовании в пункте приема.
Из теории в. ч. связи известно, что при помощи одной высокой частоты можно одновременно передавать несколько независимых сообщений. Иными словами, организация нескольких тональных каналов между двумя пунктами может быть выполнена при помощи одного в. ч. капала. Поэтому понятия «канал связи» и «высокочастотный канал связи» не равноценны и во избежание путаницы полезно с самого начала условиться, что понимать под этими терминами.
Каналом связи называется совокупность устройств, необходимых для одностороннего или двустороннего обмена информацией между двумя абонентами независимо от используемой для этой цели системы связи. Если канал связи образован аппаратурой, использующей способ передачи информации с помощью вспомогательных (несущих) частот, то он называется высокочастотным (в. ч.).
Рис. 1-1. Схема образования в. ч. канала.
Между пунктами А и Б имеются два самостоятельных канала связи 1—1 и 2—2, работающих по одному в. ч. каналу 3—3. Стрелки указывают направление передачи.
1 — телефонные аппараты и полосы частот (кГц) абонентов первого канала; 2 — то же второго канала; 3 — аппаратура преобразования тональных частот в высокие и обратно; 4 — суммарная полоса высоких частот (кГц), получившаяся после преобразования тональных частот первого и второго каналов.
Поскольку все каналы по линиям высокого напряжения являются высокочастотными, то часто, говоря о них, слово «высокочастотный» опускают. В некоторых случаях это приводит к недоразумениям, так как при этом количество каналов связи между данными пунктами отождествляется с количеством высокочастотных каналов, что в общем случае неверно и справедливо только при использовании одноканальной в. ч. аппаратуры (рис. 1-1).
