Каналы связи по линиям электроснабжения

Линии электроснабжения, применяемые для передачи телемеханических сигналов, подразделяют на высоковольтные линии электропередачи (ВЛ) и промышленные или распределительные силовые сети (РСС) с напряжением 380 В.

Каналы связи по высоковольтным линиям. По этим каналам происходит управление объектами в энергосистемах. В последние годы ВЛ начали использовать и в сельском хозяйстве для телемеханического управления местными электростанциями. В связи с большим уровнем помех в ВЛ передача осуществляется на частотах 35—500 кГц с достаточно большой мощностью сигналов (до 10 Вт). Повышенный уровень помех в ВЛ объясняется тем, что кроме помех, свойственных обычным воздушным линиям связи, здесь добавляются специфические электрические помехи во всем спектре высоких частот.

Эти помехи обусловливаются коронированием проводов (электрические разряды в воздухе вблизи поверхности проводов из-за высокого напряжения), разрядами на поверхности изоляторов, включением и отключением линии и высоковольтного оборудования и т. п. Иней и гололед увеличивают коэффициент затухания. Например, при толщине слоя льда 1 см на частоте 100 кГц затухание увеличивается примерно вдвое для линий напряжением ПО и 220 кВ (с 10 до 20 мНп/км).

С повышением частоты, на которой передаются сообщения, увеличивается затухание от неблагоприятных метеорологических условий. Имеется ряд схем присоединения высокочастотной аппаратуры связи к проводам ВЛ: фаза — земля, фаза — фаза, две фазы —земля и др.

Наиболее распространенной является схема фаза — земля, в которой передача сообщений телемеханики происходит по одному проводу и земле (рис. 6.5). Пост телемеханики (связи) ПТ соединяется с BЛ высоковольтным кабелем ВК, Чтобы исключить влияние высокого напряжения, ПТ отделяется от BЛ конденсаторами связи КС (для BЛ напряжением 110 кВ емкость КС равна 2200 пкФ), которые представляют большое сопротивление для переменного тока частотой 50 Гц, передаваемого по BЛ, и малое сопротивление для высокочастотных сигналов телемеханики. Фильтр присоединения ФП и конденсатор связи КС составляют полосовой фильтр, настроенный на передающую частоту сигналов телемеханики. Высокочастотный заградитель ВЧЗ предотвращает растекание токов высокой частоты (сигналы телемеханики) в сторону подстанций / и 2. Для частоты переменного тока 50 Гц его сопротивление незначительно. Дня увеличения помехоустойчивости применяют обработку BЛ по схеме фаза — фаза, т. е. между двумя проводами, хотя при этом количество аппаратуры удваивается. На рис. 6.6 показано, как организуется ВЧ - канал связи между подстанциями 1 и 3 минуя подстанцию 2. Для того чтобы токи связи не шунтировались высоковольтной аппаратурой подстанции 2, для них образуют обходной путь. Обозначения на рис. 6.6 те же, что и на рис. 6.5.Каналы телемеханики по распределительным силовым сетям. Распределительные силовые сети (PCС) представляют значительный интерес в отношении использования их для передачи телемеханических сигналов вследствие широкой распространенности этих сетей. Их начинают использовать в первую очередь там, где дополнительная прокладка проводных линий связи затруднительна и дорогостояща (например, на шахтах, нефтепромыслах). С каждым годом применение РСС для телемеханики расширяется. Так, в ряде стран Европы уже осуществляются переключение счетчиков электроэнергии с дневного тарифа на ночной, передача сигналов пожарной тревоги, включение уличного освещения и т. п., причем передаются только команды без известительной сигнализации.

Каналы по РСС характеризуются трудностью их обработки и сравнительно высоким уровнем помех. Дело в том, что к РСС присоединяется большое количество нагрузок, места подключения которых меняются. Эти нагрузки могут шунтировать сигналы телемеханики, а обработка каждой нагрузки соответствующими фильтрами и высокочастотными заградителями, как на BЛ (так называемая обработка линии), весьма дорогостояща и трудоемка. Если же РСС не обрабатывать, то для передачи телефонных сигналов потребуется мощность порядка 1 кВт. Однако оказалось возможным, использовав узкую полосу частот для передачи телемеханических сигналов (порядка 10 Гц), снизить мощность входного сигнала до нескольких ватт, применяя при этом лишь ограниченную обработку РСС или даже обходясь без нее. Это объясняется тем, что, сужая полосу с 2700 Гц (в телефонии) до 10 Гц (в телемеханике), можно одновременно при той же помехоустойчивости снизить и мощность сигнала. Правда, быстродействие передачи при этом соответственно падает и передача команд осуществляется в течение десятых долей секунды, а не миллисекунды.

Передача телемеханических сигналов происходит и на высоких частотах. С увеличением частоты уровень помех уменьшается, причем в сети напряжением 380 В он выше, чем в более высоковольтных сетях. Кроме того, с повышением частоты телемеханического сигнала увеличивается его затухание. Однако уменьшение уровня помех и рост затухания с повышением частоты происходят неравномерно, вследствие чего оптимальный диапазон частот для передачи может также изменяться. График рис. 6.7 подтверждает сказанное; из кривых можно также определить, насколько снижается мощность сигнала при сужении полосы частот. Однако конфигурации РСС, их длина, количество и характер нагрузок могут изменить оптимальный диапазон частот, в котором следует производить передачу телемеханических сигналов. Для его определения необходимо конкретное измерение параметров данной РСС.В то же время наметилось и другое направление в использовании частот для передачи сигналов. Так, для передачи сигналов команд без обратной сигнализации применяют частоты от 175 до 3000 Гц. В этом диапазоне затухание не превышает нескольких неперов для частот, близких к 3 кГц, снижаясь с уменьшением частоты сигнала.Для передачи телемеханической информации используют также контактные сети на электрическом транспорте (трамваи, шахтные электровозы и т. п.). Здесь передача сообщений производится на высоких частотах, порядка 30—120 кГц.

Каналы связи

Линия связи – физическая среда, по которой передаются сигналы.

Канал связи – совокупность технических средств, обеспечивающих независимую передачу сообщений по линиям связи. Каждый канал характеризуется определенной полосой частот, необходимый для неискаженной передачи данного типа сообщений. Если передаются непрерывные сообщения, то канал связи называется непрерывным, если дискретные сообщения – дискретным.

Для передачи информации с помощью электрических сигналов применяют линии проводной связи, линии электроснабжения и радио тракт, под которым понимают как радиорелейные линии связи, так и отдельные радиопередатчик и радиоприемник. Начала использоваться передача по стеклянным световодам (оптическая связь).

Проводные линии связи подразделяют на воздушные и кабельные.

Воздушные линии связи состоят из металлических проводов, подвешенных с помощью изоляторов и специальной арматуры на столбах. В зависимости от условий, в которых находятся подвешенные провода (гололед, ветер и т.п.), различают воздушные линии связи четырех типов: облегченного, нормального, усиленного и особо усиленного. Недостатки воздушных линий связи – подверженность внешним помехам, малая надежность, большая утечка при ухудшении атмосферных условий, большие затраты материалов при сооружении и необходимость постоянного профилактического обслуживания.

Кабельные линии связи состоят из изолированных параллельных проводников, заключенных в общую влагозащитную оболочку и иногда броневые покровы. Различают подземные, подводные и воздушные кабели. Кабели бывают высокочастотные (от 0 до 10 кГц и выше) и низкочастотные (до 10 кГц). К кабельным линиям связи относятся:

- Витая пара (twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку.

- Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.

Оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.

Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.

Основное преимущество– чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Основные недостатки– это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи) каналы передачи данных. Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии беспроводной передачи данных.

Спутниковые каналы передачи данных. В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков Мбит/c.