Проектирование ВЧ каналов по ЛЭП - Порядок выбора частот высокочастотных каналов

Расчет наибольшей возможной частоты.

Выбор рабочих частот производится при разработке схемы каналов на основании исходных данных, перечисленных в § 6-1.
Частоты существующих, ранее запроектированных и перспективных в. ч. каналов удобно представить в виде графика частот, на котором должны быть также нанесены частоты радиовещательных станций. Выбор частот следует начинать с определения наибольшей возможной частоты для каждого запроектированного канала.
Для ВЛ 110—500 кВ, многократно транспонированных и нетранспортированных с треугольным расположением проводов, наибольшая возможная рабочая частота канала определяется по формуле

Для нетранспонированных ВЛ 110—500 кВ при организации каналов по средней фазе при горизонтальном расположении проводов и по средней и верхней фазам двухцепных линий электропередачи при вертикальном
Таблица 6-2

Примечание.
Значения величин S u h ясны из рис. 6-2.
расположении проводов наибольшая возможная рабочая частота определяется по формуле

Значения величин, входящих в формулу (6-8), те же, что и в формуле (6-7).
Для ВЛ 6, 10 и 35 кВ наибольшая возможная рабочая частота определяется по формуле

(6-9)

Таблица 6-3

Таблица 6-4

С целью упрощения расчетов для определения наибольшей возможной рабочей частоты можно пользоваться графиками на рис. 7-1—7-17.
Для этого необходимо определить наибольшее возможное километрическое затухание аф.макс, которое допускается на данной

Значения величин, входящих в формулу (6-10), те же, что и в формуле (6-7).
По рассчитанному значению аф.макс на оси f графика, соответствующего данной конструкции опор линии электропередачи, марке провода и принятой фазе, определяется наибольшая возможная рабочая частота. Для ВЛ 6—10 кВ со стальными проводами, линий 330 и 500 кВ с одним циклом транспозиции и кабельных линий электропередачи 6, 10 и 35 кВ наибольшая возможная частота определяется по формуле (6-10) и рис. 7-1, 7-2, 7-10 и 7-11.

Расчет перекрываемого затухания в канале.

Затухание, перекрываемое в. ч. аппаратурой уплотнения, определяется по формуле
(6-11)
где рпер — уровень передачи сигнала, неп;
рпр.мин — минимальный уровень приема в канале, неп.
Уровень передачи сигнала определяется по формуле

где Рв — мощность сигнала на выходе передатчика, вт.
Для одноканальной аппаратуры телефонной связи, передающей в линию одну боковую полосу частот (система передачи ОБП) и работающей без АРУ в телефонном канале, уровень передачи рпер определяется как уровень максимальной мощности на выходе передатчика. К аппаратуре такого типа относятся приемопередатчики для монтерской связи типа МП.
Для комбинированной и многоканальной аппаратуры с системой передачи ОБП уровень передачи определяется как уровень мощности, приходящийся на каждый канал. При распределении общей мощности передатчика по каналам в многоканальной аппаратуре следует исходить из условия равенства мощностей всех сигналов на выходе передатчика, кроме сигналов вызова и контрольных частот. Уровни контрольных частот и сигналов вызова, если они передаются одновременно со всеми сигналами, устанавливаются из условия той же величины перекрываемого затухания, что и для основных каналов. На практике допускается некоторое повышение уровней контрольной и вызывной частот при наладке каналов.
В современной комбинированной аппаратуре, предназначенной для организации каналов телефонной связи по системе ОБП и каналов телемеханики по системе ЧМ—ОБП, распределение общей мощности передатчика по каналам выполняется с учетом величины максимально допустимых перекрестных помех между каналами, возникающих из-за нелинейности группового тракта аппаратуры, т. е. так, чтобы уровень передачи телефонного канала не превышал уровень передачи каждого канала телемеханики более чем на 1,0 неп, а уровни передачи всех каналов телемеханики были равны между собой, независимо от их полосы. При таком распределении мощностей в наихудших условиях по помехозащищенности от распределенных помех будет находиться канал телефонной связи, поэтому в формулу (6-11) подставляется уровень передачи сигнала телефонного канала.
Уровни передачи сигналов в каналах контрольной частоты и вызова, если они передаются одновременно с основными сигналами, устанавливаются из условия такой же, как для телефонного канала, величины перекрываемого затухания.
К аппаратуре такого типа относятся приемопередатчики типов ЭПО-3, ЭПУ-3, ВЧА-1ТФ, ВЧУ-1ТФ, ВЧА-3ТФ, ВЧУ-3ТФ, КП-59, МК-60М, КМК-64 и др.
Уровни передачи в каждом канале для перечисленной аппаратуры рассчитываются в предположении, что напряжения сигналов всех каналов на нагрузке складываются арифметически. Напряжение сигнала в телефонном канале можно определить по формуле

где Uмакс — максимальное напряжение на выходе передатчика, в;
а, b, с, d — количество каналов телефонной связи, телемеханики, контрольной частоты и вызова соответственно;
n, х—коэффициенты, принимаются по табл. 6-5 в зависимости от полосы телефонного канала и функций, выполняемых контрольной частотой.

Таблица 6-5

Уровень передачи канала телефонной связи и остальных каналов при нагрузке аппаратуры на в. ч. фидер с волновым сопротивлением 100 Ом определяется по формуле
(6-13) где Uu — напряжение сигнала определяемого канала на выходе передатчика, в.
Напряжение сигнала на выходе передатчика в каналах контрольной частоты и вызова определяется умножением величины Uтф на коэффициент из табл. 6-5, соответствующий определяемому каналу, а напряжение сигнала в канале телемеханики умножением Uтф на коэффициент 0,37.
При использовании перечисленной выше аппаратуры для организации только каналов телемеханики по системе ЧМ — ОБП напряжение сигнала в каждом канале телемеханики определяется по формуле
(6-14)
а уровень передачи каждого канала определяется по формуле (6-13). Обозначения в (6-14) такие же, как в (6-12).
Для аппаратуры телемеханики, релейной защиты, телеотключения и аварийно-предупредительной сигнализации, в которой передача сигнала осуществляется модуляцией (манипуляцией) несущей частоты, уровень передачи определяется как уровень максимальной мощности на выходе передатчика.
К аппаратуре такого типа относятся посты ПВЗД, ПВЗК, ВЧТО, ТС-2, СГ-62 и др.
Расчетные значения уровней передачи сигнала аппаратуры отечественного производства приведены в табл. 6-6.
Минимальный уровень приема рпр.мин в каналах телефонной связи, телемеханики, телеотключения и аварийно-предупредительной сигнализации определяется в зависимости от уровня распределенных помех на линии электропередачи в точке подключения устройства присоединения к линии

Уровень распределенных помех на линии электропередачи в полосе эффективно передаваемых частот канала рассчитывается по формуле
Таблица 6-6

Уровень распределенных помех на линии электропередачи рпом определяется в зависимости от напряжения, конструкции, района и высоты расположения над уровнем моря линии электропередачи.
Расчетный уровень рпом в полосе 1 кГц на воздушных линиях электропередачи, расположенных в районах с малой загрязненностью воздуха при отсутствии более точных данных, определяется в зависимости от градиента потенциала Е (кВ/см) на средней фазе при среднем эксплуатационном напряжении
(6-17)
Значения Е0 принимаются по табл. 6-7.
Величина градиента потенциала Е принимается в соответствии с проектом линий электропередачи или определяется расчетом. В районах с повышенной загрязненностью воздуха (например, в районах крупных химических, угольных и металлургических предприятий) уровень рпом, определенный по выражению (6-17), рекомендуется увеличить на 1,0 неп.
Для приближенных расчетов величина рпом на воздушных линиях электропередачи 35—500 кВ и кабельных линиях 6, 10 и 35 кВ может быть принята в соответствии с § 4-3. Расчетный уровень рпом в диапазоне частот 40—500 кГц принимается независимым от частоты. При осуществлении высокочастотных обходов между линиями с различными уровнями распределенных помех величина рпом в месте включения приемника определяется в соответствии с § 7-4.
При проектировании в. ч. каналов превышение уровнем сигнала уровня распределенных помех рс/п.р определяется на входе приемника с учетом выигрыша в помехозащищенности для данной системы аппаратуры. При этом собственные шумы аппаратуры во внимание не принимаются, так как их уровень значительно ниже уровня распределенных помех на линии электропередачи.

Исходя из этого, величина Δf канала, организованного на аппаратуре с системой передачи ОБП, принимается равной: для каналов телефонной связи — полосе эффективно передаваемых частот; для каналов телемеханики — полосе фильтров приемника тональной аппаратуры (например, ТМТП); для каналов вызова и контрольной частоты — полосе фильтров приемника вызова и АРУ.
Величина f для каналов телеотключения на аппаратуре ВЧТО и аварийно-предупредительной сигнализации на аппаратуре СГ-62 принимается равной полосе входного в. ч. фильтра, а на аппаратуре ТС-2 — полосе фильтра промежуточной частоты, т. е. 3 кГц. Полосы эффективно передаваемых частот каналов телефонной связи и полосы частот фильтров приемников телемеханики, релейной защиты и телеотключения аппаратуры отечественного производства приведены в гл. 2. Расчетные величины f для каналов телефонной связи и телемеханики на аппаратуре ВЧА, ЭПО-3, КП-59М и др. приведены в табл. 6-6.
Минимальная величина рс/п.р принимается в соответствии с § 4-3.
Если контрольная частота используется для преобразования в демодуляторе или для синхронизации генераторов преобразователей приемника, величина рс/п.р канала контрольной частоты должна быть принята на 0,35 неп выше, чем в канале телефонной связи, или равной 2,5 неп, если аппаратура используется для организации пучка каналов телемеханики по системе ЧМ— ОБП без телефонного канала.
Суммирование помех в каналах с усилителями и переприемами учитывается поправкой
(6-18)
где п — число промежуточных усилителей и переприемов.

Усилительные и переприемные участки, для которых отношение сигнала и распределенной помехи на входе приемника выше других на 1,0 неп и более, поправкой ∆рпром можно не учитывать.
Поправкой ∆рпром можно не учитывать также переприемы на радиорелейные линии и уплотненные каналы воздушных и кабельных линий связи.
Минимальный уровень приема для в. ч. канала с промежуточными усилителями и переприемами, организованного по линиям электропередачи с различными уровнями распределенных помех, определяется для каждого усилительного и переприемного участка по формуле (6-15).
На в. ч. каналы релейной защиты распределенные помехи не оказывают влияния из-за низкой чувствительности приемников. Поэтому минимальный уровень приема для этих каналов принимается независимым от напряжения на линии электропередачи. Расчетные величины рпр.мин для каналов релейной защиты приведены в § 4-3.
На линиях электропередачи с низкими уровнями распределенных помех (например, воздушных линиях 35 и 110 кВ и кабельных линиях 6, 10 и 35 кВ) могут иметь место случаи, когда чувствительность приемников аппаратуры будет хуже расчетной величины рпр.мин (например, в аппаратуре ВЧТО, АРС-64). Для такой аппаратуры за расчетную величину рпр.мин принимается величина чувствительности приемников.

Определение затухания элементов высокочастотного тракта.

Затухание элементов в. ч. тракта аобщ для определения величины складывается из затуханий в аппаратуре обработки и в. ч. фидерах затуханий, вносимых параллельно включенной в. ч. аппаратурой уплотнения, затуханий в разделительных фильтрах или контурах, концевых затуханий, вносимых в. ч. обходами, затуханий, вносимых аппаратурой на в. ч. обходах, затуханий, вносимых ответвлениями от линии электропередачи.
Величины указанных затуханий, принимаемых при расчете наибольшей возможной рабочей частоты, приведены ниже. Если в в. ч. тракте имеются дополнительные элементы, вносящие затухание, они также должны учитываться при определении аобщ.
Затухание в аппаратуре обработки складывается из затуханий в фильтрах присоединения (или антенных устройствах присоединения) и затуханий, вносимых заградителями. Для используемого диапазона частот затухание в аппаратуре обработки в среднем равно 0,35 неп для каждого конца (при наличии фильтров присоединения). Для каналов телефонной связи, телемеханики, аварийно-предупредительной сигнализации и телеотключения на приемном конце учитывается затухание, вносимое только заградителем. Средняя величина затухания, вносимого заградителем, равна 0,25 неп. Таким образом, затухание в аппаратуре обработки для каналов релейной защиты составит 0,7 неп, а в каналах другого назначения 0,6 неп.
При подключении аппаратуры на трассе линии электропередачи через антенное устройство присоединения длиной 1|4 длины волны (fl= 68 кГц. км), в качестве которого используется участок грозозащитного троса линии электропередачи, затухание его принимается равным 2,5 неп. При этом затухание в аппаратуре обработки составит 2,75 неп.
Затухание в в. ч. кабельных фидерах каналов релейной защиты учитывается на передающем и приемном концах, а у каналов другого назначения — только на передающем конце. Рекомендуется в расчетах fмакс принимать величину затухания в кабельном высокочастотном фидере равной 0,1 неп на один конец, независимо от рабочей частоты.
Затухание, вносимое параллельно подключенной аппаратурой для всех каналов, кроме релейной защиты, учитывается только на передающем конце. При определении fмакс это затухание рекомендуется принимать равным 0,1 неп на каждый параллельный приемопередатчик. Шунтирующее действие параллельно включенной аппаратуры, а также затухание в фильтрах присоединения и в. ч. фидерах на приемном конце можно не учитывать, поскольку они будут одинаковы как для полезного  сигнала, так и для помехи и не изменят соотношения между ними.
Шунтирующее действие аппаратуры каналов телефонной связи и телемеханики на аппаратуру каналов релейной защиты или телеотключения при наличии между ними разделительных контуров или разделительных фильтров можно не учитывать.

Рис. 6-3. Типовая схема подстанции на ответвлении.
РЛНЗ — линейный разъединитель; ОД — отделитель; РВС — разрядник; КЗ — короткозамыкатель; ТФНД —  трансформатор тока; ТДГ, ТДНГ, ТДТГ, ТДТНГ —  силовые трансформаторы.
Затухание, вносимое в канал последовательно включенным с аппаратурой разделительным контуром или разделительным фильтром, в полосе пропускания можно принимать равным 0,1 неп.
Концевые затухания принимаются независимыми от частоты и учитываются только при подключении аппаратуры к воздушной линии электропередачи по схеме «фаза — земля». Для расчета fмакс величину концевых затуханий можно принимать равной 0,15 неп на один конец линии.

Рис. 6-4. Область частот каналов связи, для которой ответвление может не обрабатываться заградителем.

Затухание, вносимое в. ч. обходами, складывается из затуханий в аппаратуре обработки, устанавливаемой на обоих концах линии электропередачи в месте обхода, концевых затуханий и затухания в в. ч. кабеле и может приниматься равным 0,9 неп.
Ответвления от линии вносят в в. ч. каналы затухание, зависящее от длины ответвления, его линейного затухания и нагрузки на конце ответвления. Затухание, вносимое ответвлениями от линии электропередачи, определяется для следующих случаев:
а) электрически длинное ответвление (затухание междуфазной волны более 1,0 неп). Затухание, вносимое таким ответвлением, принимается равным 0,4 неп на всех частотах;
б) электрически короткое ответвление (затухание междуфазной волны менее 1,0 неп), по которому не организуется связь. Такие ответвления, как правило, обрабатываются заградителями для всех каналов, проходящих по линии электропередачи. Затухание, вносимое в канал в этом случае, ориентировочно принимается равным 0,30 неп.
Короткие, не используемые для связи ответвления от ВЛ 110 кВ, на конце которых расположена типовая тупиковая подстанция по упрощенной схеме (рис. 6-3), могут не обрабатываться заградителями для каналов телефонной
связи и телемеханики, если частоты каналов лежат внутри диапазона, приведенного на рис. 6-4, а длина ответвления не превышает 2 км. Для в. ч. каналов, которые могут не работать при заземлении ответвления на тупиковой подстанции, области частот показаны на рис. 6-5. В этих случаях затухание, вносимое в канал ответвлением от ВЛ 110 кВ, принимается равным 0,4 неп.
Короткие ответвления от ВЛ 6 и 10 кВ, не используемые для связи, могут не обрабатываться заградителями для каналов на аппаратуре АРС-64 и другого типа, если частоты каналов лежат внутри областей, приведенных на рис. 6-6. Диапазоны рабочих частот аппаратуры АРС-64 на графике заштрихованы. В этих случаях затухание, вносимое ответвлением, принимается равным 0,4 неп при длине ответвления более 1,7 км и определяется по графику рис. 6-7 при lOТВ < 1,7 км.

Рис. 6-5. Области частот высокочастотных каналов, для которых ответвление может не обрабатываться заградителем (показаны штриховкой).
Затухания, вносимые ответвлениями с длинами, попадающими в области 1, 2, 3 и 4 рис. 6-7, принимаются равными соответственно 0,4, 0,2, 0,1 и 0 неп. Сказанное выше справедливо для линий 6—10 кВ, находящихся под напряжением, отключенных от нагрузки без заземления фаз или нагруженных на типовую однотрансформаторную подстанцию 35 кВ с емкостью шин не более 1 200 пф. При этом следует учитывать, что при замыкании необработанного ответвления на землю возможно увеличение вносимого им затухания либо нарушение связи. Поэтому заземление линии при ремонтных работах должно осуществляться через переносные заградители.

Рис. 6-6. Области частот каналов связи, для которых ответвление может не обрабатываться заградителем.
I—V — диапазоны частот аппаратуры АРС-64.

Электрически короткие ответвления от воздушных линий электропередачи (длина ответвления lотв<2 900/f км), по которым осуществляется связь, могут вносить значительное затухание в канал. Для определения fмакс затухание, вносимое таким ответвлением, ориентировочно принимается равным 0,8 неп. Если при этом ответвление расположено от конца линии на расстоянии
Затухание, вносимое уплотнения, настроенной ся равным 0,4 неп. При необходимости это затухание может быть уменьшено включением между входом в. ч. аппаратуры уплотнения и в. ч. кабельным фидером Г-образного удлинителя или сопротивления. Затухание, вносимое в этом случае, ориентировочно принимается равным 0,2 неп.

Запас по перекрываемому затуханию в канале.

Запас по перекрываемому затуханию в канале должен обеспечивать нормальную работу в. ч. канала при увеличении уровня распределенных помех на линии электропередачи, вызванного повышением рабочего напряжения или неблагоприятными атмосферными условиями, а также при увеличении линейного затухания от гололеда и изморози. Для расчета fмакс величина Aзап принимается равной 1 неп для каналов телефонной связи и телемеханики независимо от района гололедности. Для каналов релейной защиты и телеотключения по линиям, проходящим в I районе гололедности, Aзап принимается равной 1,0 неп, а во II—IV районах 1,5 неп.
Указанные значения Aзап для II—IV районов по гололеду принимаются в тех случаях, когда нормальная работа канала при максимальной величине гололеда для данного района не обязательна. Если по технологическим соображениям должна быть обеспечена работа канала при максимальной величине гололеда (это касается, например, каналов телеотключения и каналов управления необслуживаемыми объектами), то после
Для определения fмакс соответствие принятой ранее величины Aзап с необходимой должно быть проверено но рис. 6-8 и 6-9. В случае их несоответствия величина Aзап должна быть скорректирована, а значение fмакс определено заново.

Рис. 6-8. Запас по перекрываемому затуханию для в. ч. каналов по ВЛ НО кВ.
II, III, IV — районы по гололеду.

Максимальная величина Азап для в. ч. каналов релейной защиты принята равной 1,5 неп по тем соображениям, что канал используется для в. ч. блокировки и может быть выключен из-за недопустимого роста затухания при максимальной величине гололеда.
При прохождении линии электропередачи в двух районах по гололеду исходят из большей величины Азап. Район по гололеду определяется по [Л. 43] или из проекта линии электропередачи.

Выбор рабочих частот.

После расчета наибольших возможных рабочих частот по исходному графику частот определяют свободные участки диапазона или отдельные частоты, которые могут быть заняты для проектируемых каналов. Выбор частот производится с учетом назначения канала, затухания в канале, возможных взаимных влияний между каналами, возможных помех радиоприему и в. ч. связи по проводным линиям, участка частотного диапазона, который наиболее удобно использовать для применяемого оборудования.
Размещение каналов различного назначения в том или ином участке диапазона частот осуществляется по следующим основным соображениям:

а)       Для межсистемных и магистральных каналов диспетчерской связи, которые обычно являются наиболее сложными и имеют большую протяженность, рекомендуется выбирать частоты от 80 до 252 кГц.
Выбор частот ниже 80 для таких каналов нежелателен, так как аппаратура обработки линии электропередачи на этих частотах имеет неудовлетворительные частотные характеристики, что особенно сказывается на работе каналов с промежуточными усилителями.

Рис. 6-9. Запас по перекрываемому затуханию для в. ч. каналов по ВЛ 220—500 кВ.
II, III, IV — районы по гололеду.
б)      В диапазоне 40—80 кГц рекомендуется выбирать частоты для каналов телеотключения, релейной защиты и системной автоматики. В исключительных случаях в этом диапазоне можно выбирать частоты для каналов телефонной связи и телемеханики.
в)       Для внутрисистемных каналов телефонной связи и телемеханики небольшой протяженности рекомендуется выбирать частоты в диапазоне 252—500 кГц, причем для слабогололедных районов следует стремиться к использованию более высоких частот.
г)       Для каналов линейно-эксплуатационной связи с передвижными объектами рекомендуется выбирать полосы частот 131,5—133,5 кГц (несущая 133,5 кГц). Для тех случаев, когда использование указанной полосы затруднительно, можно применять полосы частот 119,5—121,5 кГц (несущая 121,5 кГц).
д)      Для каналов релейной защиты можно выбирать
частоты во всем диапазоне 40—500 кГц. При этом для каналов на линиях с ответвлениями во избежание биений между сигналами частоты передатчиков на каждом  пункте должны отличаться друг от друга не менее чем на 300—500 Гц.
Для лучшего использования диапазона частот в. ч. каналов, а также для уменьшения взаимного влияния между каналами рекомендуется группировать частоты приемников и передатчиков. При этом между полосами частот каналов внутри групп и между группами должен быть обеспечен необходимый разнос по частоте.
При параллельной работе на общей фазе в. ч. аппаратуры нескольких каналов рекомендуется чередовать полосы частот передатчиков и приемников различных каналов (что позволит уменьшить разнос частот между каналами).
Для того чтобы диапазон частот был использован достаточно экономично и при этом в будущем имелась возможность выбора частот для новых каналов, целесообразно диапазон 40—80 кГц разбить на частотные полосы по 2,5 кГц, а диапазон 80—500 кГц — на частотные полосы по 4 кГц. При этом рабочие частоты каналов должны выбираться внутри образованных полос.
Для предотвращения помех радиоприему, а также помех в проектируемых каналах со стороны радиостанций центрального и местного вещания при выборе частот следует руководствоваться рекомендациями § 6-2.
Во избежание возможных влияний в. ч. каналов по линии электропередачи на в. ч. каналы по воздушным линиям связи при выборе частот следует руководствоваться рекомендациями § 6-3.
Для того чтобы взаимные влияния между каналами не превосходили допустимых пределов при выборе частот, следует руководствоваться рекомендациями § 6-4 и 6-8.
В случае большой загрузки диапазона частот существующими в. ч. каналами, приводящей к невозможности выбора частот для вновь проектируемых каналов, следует рассмотреть целесообразность перестройки либо реконструкции части существующих каналов с целью более рационального использования диапазона частот.
После выбора частот необходимо провести поверочный расчет канала на выбранных частотах, поскольку затухания многих элементов в. ч. тракта на конкретных частотах могут отличаться от принятых при определении наибольших возможных рабочих частот. Методика расчета в. ч. каналов рассмотрена в гл. 7.