Глава четвертая
СПОСОБЫ И ПОГРЕШНОСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ СИГНАЛОВ ПРИ ИМПУЛЬСНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ НА ЛИНИЯХ
НЕОДНОРОДНОСТЬ КАБЕЛЬНЫХ И ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Распространяющиеся вдоль линий электропередачи электрические импульсы отражаются и преломляются не только в местах повреждений, но и там, где нарушается однородность строения линии. Относительная величина отраженных импульсов зависит от степени изменения волновых сопротивлений. Последние в свою очередь определяются геометрическими размерами линий, а также характеристиками материалов, из которых они изготовлены (определенную роль также играют характеристики грунта). Места нарушения однородности линий будем ниже называть «неравномерностями волнового сопротивления» или просто «неравномерностями».
Характерные неравномерности для кабельных линий — это соединительные муфты и (имеющие существенно меньшее значение) вставки кабеля, отличающегося по параметрам от основной части линии. В муфтах расстояния между жилами кабеля существенно возрастают, что приводит к изменению волнового сопротивления на небольшом участке (порядка метра). Эти изменения для всех трех жил примерно одинаковы. Одинаковы изменения волновых сопротивлений и для случая кабельной вставки в линии.
Характерные неравномерности для воздушных линий: места транспозиции проводов, переходы через водные преграды, части трассы возле обрывов, тросовые подходы к подстанции у линий, не защищенных по всей длине тросами, и т. п.
В подавляющем большинстве случаев изменения волновых сопротивлений в местах неравномерностей происходят на всех трех проводах [Л. 46].
Отражения импульсов от неравномерностей волнового сопротивления не превышают 10—15% от величины, имеющей место при глухом к. з. или обрыве проводов в той же точке.
Несмотря на это, главной трудностью импульсных измерений является различение отражений от места повреждения и от неравномерностей.
ДВЕ ОПЕРАЦИИ ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ
Если полезный импульсный сигнал выявлен, то необходимо точно зафиксировать его временное положение относительно начального момента (например, момента посылки зондирующего импульса). При неавтоматических измерениях операции выявления полезного сигнала и точной его привязки к началу отсчета можно осуществлять последовательно. Автоматические измерения связаны с необходимостью одновременности этих операций. Само же выполнение обеих операций предъявляет разные и, в частности, противоречивые требования к методике измерений. Как будет показано ниже, эти противоречия относятся к способам усиления принимаемых сигналов.
Поэтому целесообразно способы выделения полезных сигналов и погрешности измерений рассматривать в значительной части совместно.
Оба вопроса связаны в основном с характером затухания и искажения импульсов при пробеге по линии.
ИЗМЕНЕНИЕ АМПЛИТУДЫ И КРУТИЗНЫ ФРОНТА ПРЯМОУГОЛЬНОГО ИМПУЛЬСА ПРИ ПРОБЕГЕ ПО ЛИНИИ
Для ориентировочной оценки деформации импульса воспользуемся полученным ранее выражением (1-23) для напряжения и на расстоянии х=1 от начала линии в момент t при подключении единичной ступени напряжения:
(4-1)
где δ и υ — соответственно коэффициент затухания и скорость распространения для междупроводного канала.
Это длительность прямоугольного импульса, при которой после пробега по линии расстояния I максимум смещается до заднего фронта исходного импульса.
ВЛИЯНИЕ ЗАТУХАНИЯ НА ВЫДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОГО СИГНАЛА
При посылке в линию прямоугольного импульса напряжением Е и заданной длительностью τ максимальное значение междупроводной составляющей пришедшего к началу линии отраженного импульса [в соответствии с изложенным в гл. 2 и формулой (4-10)] составит:
kв — коэффициент, зависящий от схемы включения импульсного генератора к проводам линии;
СПОСОБ ПЕРЕМЕННОГО УСИЛЕНИЯ
Для рассмотрения отраженных сигналов их подвергают усилению. Возможны три режима усиления отраженных импульсов:
а) линейное, не зависящее от времени;
б) усиление с ограничением, не зависящее от времени;
в) усиление, изменяющееся во времени по заданному закону.
При первом режиме усиления амплитудные соотношения между различными отраженными импульсами на выходе усилителя такие же, как и на его входе.
На рис. 4-4,а схематически показаны три импульса : I — зондирующий, II — отраженный от места удаленного металлического к. з., III — отраженный от места транспозиции недалеко от начала линии. В соответствии с рассмотренным примером третий импульс больше второго. При линейном усилении это соотношение сохраняется.
На рис. 4-4,б показаны эти же импульсы после максимального усиления до ограничения. Все импульсы I, II и III становятся одинаковыми по величине.
Пусть теперь все импульсы подвергаются усилению по закону
Таким образом, величина полученного отраженного импульса перестает зависеть от расстояния до места повреждения.
При неизменной схеме включения (kв = пост.) величина полученного отраженного импульса зависит только от коэффициента отражения. Поскольку последний в месте повреждения всегда больше, чем в месте неравномерности волнового сопротивления, оказывается возможным выделять импульс, относящийся к месту повреждения, как наибольший по величине. На рис. 4-4,в показаны соотношения между импульсами после усиления по указанному закону.
Импульс повреждения II больше импульса III, относящегося к месту транспозиции. На рис. 4-4 для упрощения не показано увеличение длительности импульсов по мере пробега по линии.
Таким образом, подвергая отраженные импульсы усилению, изменяющемуся во времени по закону, обратному закону затухания импульсов в линии, можно обеспечить выделение полезного отраженного сигнала по амплитуде. Кроме того, резко улучшается использование экрана ЭЛТ, особенно у автоматических искателей повреждений, так как на размер изображения не влияет затухание сигналов в линии.
остается по амплитуде не зависящим от дальности пробега по линии с приемлемым для практических целей приближением. Усилитель с изменением коэффициента усиления по заданному закону целесообразно называть функциональным.
РАССМОТРЕНИЕ ЛИНИИ ПО УЧАСТКАМ
При отсутствии функционального усилителя для выделения полезного сигнала можно использовать способ рассмотрения измеряемой линии по участкам.
Предварительным условием для применения такого способа при повреждении изоляции кабеля или воздушной линии являетcя
т. е. полезный сигнал не менее чем вдвое больше помехи, откуда
В табл. 4-1 приведены ориентировочные размеры участков для двух разных значений длительности зондирующих импульсов. Если при постепенном увеличении коэффициента усиления линейного усилителя отраженных сигналов (не доходя до ограничения) один из отраженных импульсов в пределах участка больше остальных, включая отдаленный от него на длину участка в сторону начала отсчета, то этот импульс следует условно принять за отражение от места повреждения. Подтверждением принятого решения может явиться увеличение этого импульса при дополнительном прожигании. На рис. 4-3 импульсы, отраженные от мест транспозиции и повреждения, не лежат в пределах участка, пригодного для сравнения их по абсолютной величине. Согласно табл. 4-1 этот участок не превышает 40 км. В пределах 40 км других сколько-нибудь значительных (в сравнении с точкой в) отражений нет.
Если бы повреждение было в точке б, то импульс в точке в должен был оказаться существенно меньше предыдущего. Поэтому по рис. 4-3 можно сделать заключение о рас положении места повреждения в точке в.
