3-4. ПОМЕХИ ОТ КОРОНЫ НА ПРОВОДАХ ВЛ
Уровень и вид помех в полосе частот, используемой для передачи: информации, является одним из параметров, характеризующих надежность и достоверность передаваемой информации по ВЛ. Линия электропередачи является интенсивным источником помех главным образом от коронирования проводов, что существенно отличает ВЧ тракт по ВЛ от трактов по проводным линиям связи, где с таким видом помех не приходится сталкиваться. Правильное определение уровня помех от короны также важно как точное определение затухания ВЧ тракта по ВЛ, поскольку эти параметры предопределяют соотношение сигнал/помеха для системы передачи информации.
Действующая ВЛ создает электрическое поле в пространстве между проводами. Чем выше напряжение ВЛ, тем больше напряженность электрического поля. Наибольшее значение его у поверхности провода, которая на проводах ВЛ 330—750 кВ достигает 25—30 кВ/см. При достижении напряженности поля определенного значения у поверхности провода возникает электрический пробой воздуха. Явление электрического пробоя носит название коронного разряда или короны.
Явление короны объясняется тем, что находящиеся в окружающей провод среде свободные электроны под воздействием электрического поля разгоняются до очень большой скорости и, сталкиваясь с молекулами воздуха, ионизируют их. При ионизации высвобождаются новые электроны, которые также разгоняются полем и ионизируют новые молекулы и так до тех пор, пока не образуется электронная лавина. Удаляясь от провода, электронная лавина затухает, так как уменьшается напряженность поля. Корону можно наблюдать, когда возникает большой поток электронных лавин. Ионизация воздуха вызывает свечение и характерный треск.
Если явление короны происходит по всей поверхности проводов, передача электрической энергии по ВЛ будет происходить со значительными потерями. Это явление, называемое общей короной, может быть при напряженности поля на проводах более определенного критического значения. Чтобы избежать явления общей короны на ВЛ, расстояния между проводами и диаметр проводов выбираются такими, чтобы максимальная напряженность поля на проводах Емакс была меньше напряженности поля при которой возникает общая корона. Снижение напряженности поля на проводах ВЛ сверхвысоких напряжений достигается также расщеплением фаз (составлением фаз из нескольких проводов с определенным расстоянием между ними).
Рис. 3-7.Импульс тока короны при положительной полуволне напряжения.
При передаче информации по исправной ВЛ на сигнал воздействуют в основном помехи, генерируемые местной короной. Этот вид короны возникает в местах повреждения поверхности проводов (царапин, заусениц и т. п.) или загрязнений проводов. Явление местной короны объясняется появлением в среде вокруг проводов разрядов в виде коротких во времени импульсов тока (рис. 3-7). Импульсы тока короны при положительных полуволнах напряжения на проводе называются стримерами, а корона стримерной. Отрицательные полуволны напряжения практически не создают электрических помех, так как. импульсы этой короны значительно меньше стримеров.
Рис. 3-8. Влияние тока стримера на соседние провода и землю.
Возникая случайно в разных точках ВЛ на расстоянии до 10 м один от другого при положительном максимуме напряжения на данном проводе, каждый стримерный разряд наводит импульсы тока, распространяющиеся по проводу в обе стороны от места коронирования. Обратный ток стримера наводится в земле и соседних проводах, как показано на рис. 3-8. Затем наведенные стримерами токи распространяются по ВЛ по всем волновым каналам, достигая приемника и воздействуя иа него как высокочастотная помеха. Распространяясь по волновым каналам, токи стримера затухают, при этом высокочастотные составляющие затухают больше, чем низкочастотные. Поэтому с увеличением частоты полезного сигнала воздействие на него помех, возникающих из-за стримерной короны, сказывается меньше. Уровень помех на приемном конце ВЧ тракта зависит от нагрузки проводов ВЛ и условий отражения волн помех от конца линии и может быть рассчитан по методике [34].
В практике проектирования ВЧ каналов по ВЛ уровень помех принято определять по данным обработки результатов многочисленных измерений. На основании этих измерений построена зависимость среднего уровня помех в полосе 1 кГц от относительного значения напряженности поля на проводах ВЛ (рис. 3-9) [42]. Относительная плотность воздуха δ определяется по формуле
Рис. 3-9. Помехи, создаваемые ВЛ.
а — зависимость уровня ВЧ помех на проводах от относительной напряженности поля; б — напряженность поля радиопомех; в — поперечный профиль радиопомех; 1 — допускаемые значення поля радиопомех; 2 — провода; 3 — грозозащитные тросы; 4 — приближенная кривая ослабления поля радиопомех в поперечном направлении к ВЛ с горизонтальным расположением проводов.
Таблица 3-3
Значения E0 и r для различных марок проводов приведены в табл 3-3.
Значения r и E0 для различных марок проводов
Средние значения уровня помех в полосе 1 кГц для ВЛ различных напряжений, расположенных на высоте менее 1 км над уровнем моря, приведены в табл. 3-4 [42].
Таблица 3-4
Средние значения уровней помех от короны
Если заданная полоса частот для передачи информации отличается от полосы 1 кГц, пересчет уровня помех другой полосы производится по формуле
(3-33)
Уровень помех от короны на линиях электропередачи зависит от метеорологических условий и загрязненности воздуха. При дожде и снегопадах, особенно обильных, помехи могут возрасти на 9 дБ и более по сравнению со средними значениями. Зимой уровень помех в среднем несколько ниже, чем летом, из-за более высокого атмосферного давления и низкой температуры воздуха. При сильном загрязнении воздуха (например, вблизи предприятий химической промышленности) уровень помех возрастает, потому что на загрязненной поверхности проводов интенсивнее возникают очаги стримерной короны.
Чтобы учесть в первом приближении возможные случаи увеличения помех, при проектировании ВЧ каналов по ВЛ к расчетному затуханию ВЧ тракта добавляется величина Азап, которая должна обеспечить запас по перекрываемому затуханию, необходимый для надежной работы системы связи.
Однако наиболее достоверные данные по нестабильности уровня помех во времени могут быть получены на основании статистических наблюдений, которые и принимаются во внимание при оценке ожидаемого уровня помех от короны на ВЛ.
Наряду с помехами от короны на передачу информации по ВЛ оказывают влияние и другие виды электрических помех: импульсные, возникающие при коммутациях в электрической сети, коротких замыканиях, пробоях элементов защиты оборудования высокого напряжения и при атмосферных разрядах; сосредоточенные, источником которых являются радиостанции, а также другие системы связи по ВЛ.
Импульсные помехи имеют кратковременный характер, время их действия не превышает десятые доли секунды. Влияние этого вида помех на передачу информации нужно учитывать для достижения необходимой достоверности передачи сигналов телеуправления и передачи данных (см. § 3-7).
Линии электропередачи и подстанции являются также источником индустриальных радиопомех, которые оказывают мешающее действие на радиоприемные устройства. Общесоюзными нормами индустриальных радиопомех (ГОСТ 22012-76) установлены допускаемые уровни напряженности электромагнитных полей радиопомех от линий электропередачи и подстанций в диапазоне от 0,15 до 1000 МГц.
Таблица 3-5
Напряженность поля радиопомех, создаваемых линиями электропередачи и подстанциями, не должна превышать значений, приведенных на рис. 3-9,б (кривые 1). Значению напряженности поля радиопомех Ен=0 дБ соответствует напряженность поля 1 мкВ/м. Измерения напряженности поля радиопомех производятся методами, указанными в ГОСТ 22012-76, на расстояниях, приведенных в табл. 3-5. Результаты измерений записываются в децибелах по отношению к 1 мкВ/м и изображаются в виде поперечного профиля (рис. 3-9,в).
Оценка напряженности поля радиопомех от ВЛ производится по результатам статистической обработки данных при числе измерений не менее 6 на каждой частоте на разных участках ВЛ при различных погодных условиях в разное время года. Единовременные (разовые) измерения, осуществляемые при одном выезде на линию в течение короткого промежутка времени, когда число измеренных значений менее 6, должны производиться в сухую погоду. В этом случае напряженность поля радиопомех в полосе частот от 150 кГц до 30 МГц от ВЛ напряжением выше 220 кГц не должна превышать значений на рис. 3-9,б, уменьшенных на 3 дБ. Контроль за соответствием уровня радиопомех установленным нормам осуществляет Государственная инспекция электросвязи Министерства связи СССР (ГИЭ). При необходимости ГИЭ производит одноразовые измерения и дает заключение о необходимости выполнения мероприятий по устранению мешающего действия радиопомех.
