ВОЛНОВОЙ МЕТОД ДВУСТОРОННИХ ИЗМЕРЕНИЯ
Этот метод [Л. 32—35, 43] основан на измерении времени между моментами достижения концов линии фронтами электромагнитных волн, возникающих в месте повреждения.
На рис. 3-3,а показан один провод линии электропередачи длиной L, который в момент повреждения t=0 заряжен до напряжения и той или иной полярности. Возникновение пробоя изоляции этого провода на землю в некоторой точке, удаленной от конца линии на расстояние I, приводит напряжение этой точки к нулю. Вследствие этого в месте повреждения возникают распространяющиеся в обе стороны электромагнитные волны напряжением [—и], стремящиеся со скоростью ν распространить нулевой потенциал по всей линии (рис. 3-3,6).
Рис. 3-3. Диаграмма распространения волн и временные соотношения при волновом методе измерений. а — напряжение на линии до повреждения; б— распространение волн непосредственно после возникновения пробоя; в — расположение фронтов волн в момент достижения одним из них ближайшего конца линии; г — трасса движения волн; д — временные соотношения.
В этой формуле величина Δt может иметь разные знаки.
Поскольку точность измерения величины Δt имеет порядок микросекунд, то необходим с такой же точностью синхронный счет времени на обоих концах линии. Это при современном уровне техники требует посылки с одного (ведущего) конца линии на другой (ведомый) хронирующих сигналов, обеспечивающих привязку моментов отсчета.
ВОЛНОВОЙ МЕТОД ДВУСТОРОННИХ ИЗМЕРЕНИИ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМИ ХРОНИРУЮЩИМИ СИГНАЛАМИ
Сущность этого метода ясна из рис. 3-4. На обоих концах линии непрерывно ведут счет времени одинаковые счетчики. Со стороны ведущего конца (левого на рис. 3-4) поступают периодически хронирующие импульсы, обеспечивающие синхронность хода счетчиков. Счетчики могут синхронизироваться и непрерывными синусоидальными сигналами, это не дает существенных различий. Поскольку хронирующие сигналы имеют вполне определенное время распространения, то начало отсчета на ведомом конце в любой момент времени сдвинуто по отношению к ведущему счетчику на известное время t0 (рис. 3-4,а). Если хронирующие сигналы передаются по самой обслуживаемой линии, то t0= L/v.
Хронирующие сигналы могут передаваться по какому-либо каналу связи (например, радиорелейной линии). При этом интервал времени to также известен.
Возникающие в момент короткого замыкания электромагнитные волны распространяются к обоим концам линии. В моменты достижения фронтами волн концов линии соответствующие счетчики останавливаются.
В соответствии с рис. 3-4 разность показаний счетчиков равна:
Рис. 3-4. Временные соотношения при волновом методе двусторонних измерений с предварительными хронирующими сигналами.
а — положение счетчиков в произвольный момент возникновения повреждения; б — положение счетчиков в момент достижения фронтом волны ближнего от места повреждения конца линии; в — положение счетчиков после достижения фронтом волны дальнего от места повреждения конца линии (положение отсчета); 1 — линия; 2 — место повреждения; 3 — трасса хронирующих сигналов; 4 — ведущий счетчик; 5 — ведомый счетчик.
В этом случае Δt всегда положительна ввиду постоянного запаздывания ведомого счетчика на время пробега волной всей линии.
ВОЛНОВОЙ МЕТОД ДВУСТОРОННИХ ИЗМЕРЕНИЙ С ПОСЛЕДУЮЩИМИ ХРОНИРУЮЩИМИ СИГНАЛАМИ
При этом методе измерений счетные устройства находятся в «ждущем» режиме. В нормальных условиях хронирующие сигналы не передаются.
Возникновение короткого замыкания (момент 0 на рис. 3-5) вызывает появление электромагнитных волн, распространяющихся к концам линии. При достижении фронтом волны ведущего конца линии (момент 1 на рис. 3-5) там начинается счет времени. Приход фронта волны к ведомому концу (момент 2 на рис. 3-5) вызывает мгновенную или задержанную на заданное время t3 посылку хронирующего импульса (момент 3). Этот импульс, достигнув противоположного конца линии через интервал времени t0 (момент 4), останавливает там счет времени.
В соответствии с рис. 3-5 отсчитанный интервал времени равен:
Для исключения в ряде случаев относительно большого
по величине времени задержки t3 из результатов отсчета запускают счет времени на ведущей стороне не в момент прихода фронта волны (момент 7 рис. 3-5,а), а в момент 1' (рис. 3-5,6) с задержкой на ту же величину t3, что и на ведомом конце. Тогда
откуда
При передаче хронирующего сигнала по самой обслуживаемой линии
ВОЛНОВОЙ МЕТОД ОДНОСТОРОННИХ ИЗМЕРЕНИЙ
Этот метод [Л. 41, 44, 45] основан на измерении времени между моментом отражения от конца линии фронта электромагнитной волны, возникшей в месте повреждения, и моментом вторичного прихода фронта этой же волны после отражения от места повреждения. Сущность этих измерений целесообразно рассмотреть с применением ряда допущений, сохраняя при этом главные черты метода.
На рис. 3-6,a показана однопроводная линия длиной L, заряженная относительно земли до напряжения и. Примем, что входные сопротивления подстанций с обеих сторон линии
, где
— волновое сопротивление линии. Будем также считать, что в линии не происходит потерь энергии.
Возникновение короткого замыкания в некоторой точке, удаленной на расстояние l от одного из концов линии, приводит к появлению распространяющихся к обоим концам со скоростью и волн напряжения величиной (—и), приводящих к нулю потенциал провода. Через интервал времени, равный
, фронт одной из волн достигнет ближайшего конца линии, и волна отразится с сохранением полярности. Начнется процесс заряда левой части линии отрицательным напряжением (—u).
Отрицательная волна в левой части линии, достигнув места повреждения, отразится с изменением полярности, вновь стремясь привести потенциал линии к нулю (рис. 3-6,в). Возникшая положительная волна через интервал времени l/v приходит к концу линии, отражается с сохранением полярности и начинает заряжать левую часть линии напряжением +и (рис. 3-6,г).
Следующее отражение от места повреждения волны, распространяющейся в левой части линии, вызывает появление отрицательной волны, приводящей потенциал к нулю (рис. 3-6,д).
Наконец, еще через промежуток времени l/v вследствие отражения волны с сохранением полярности на конце линии начнется процесс заряда этой части линии отрицательным напряжением (рис. 3-6,е).
Для левой части линии распределение напряжений в моменты, соответствующие рис. 3-6,б и е, — одинаковое. Поскольку потери энергии в линии не учитывались, процессы далее циклически повторяются.
Форма изменения напряжения во времени на левом конце линии показана на рис. 3-6,з. С момента прихода и одновременного отражения фронта волны от места повреждения имеют место колебания напряжения. Первый полупериод этих колебаний, т. е. интервал времени до вторичного прихода волны, отраженной от места повреждения, равен:
, откуда искомое расстояние
В правой части линии происходят аналогичные колебания, но более медленные. На рис. 3-6 для определенности принято, что длина правой части линии (считая от места повреждения) в полтора раза больше левой.
Форма изменения напряжения во времени на правом конце линии показана на рис. 3-6, и. Первый полупериод
Для линии без потерь все периоды колебаний одинаковы:
В реальных линиях эта закономерность нарушается, и измерять следует первый полупериод, т. е. интервал двукратного пробега электромагнитной волны, фронт
которой претерпел минимальную деформацию. Для трехпроводной линии, включенной в электрическую сеть, возникают существенные усложнения картины отражения волн. Этому вопросу будет уделено внимание при рассмотрении практического применения волновых методов.