2.2.4. Электрические каналы
Наибольшее распространение в технике информационного обмена получили электрические каналы с применением проводных линий связи. Для передачи информации могут служить как специально выделенные линии, так и линии, сооруженные для других целей. Для передачи телемеханических сигналов, например, широко применяется линия электроснабжения, высоковольтные электропередачи, телефонные и телеграфные линии и т.д.
Шкала частот, занимаемая сигналами в электрическом канале связи, условно делится на четыре диапазона:
1) 0…200 Гц – подтональные частоты;
2) 300…3400 Гц – тональные частоты;
3) 4000…8500 Гц – надтональные частоты;
4) свыше 10 кГц - ультравысокие частоты;
В случае использования «индивидуальных» линий связи для передачи могут служить любые поддиапазоны. При одновременном использовании линий связи и для передачи телемеханической информации указанные диапазоны частот распределяются следующим образом:
- тональные частоты для телефонии и телеграфии
- высокие частоты - для высокочастотной телефонии
- подтональные и надтональные частоты - для передачи телемеханической информации.
С физической и технической точек зрения, электрические линии связи представляют собой разновидность телеграфных линий с распределенными параметрами, которые можно представить в виде цепи последовательно соединенных четырехполюсников (см. рис. 2.8).
Рис. 2.9
Значение R0характеризует активное сопротивление линии, приходящееся на 1 км длины («погонное» сопротивление). Это сопротивление зависит от материала, сечения проводов, температуры окружающей среды и частоты передаваемых сигналов (при увеличении частотыR0 растет из-за наличия поверхностного (скин-) эффекта.Lо- индуктивность на единицу длины - зависит от материала, радиуса проводов, расстояния между проводами, частоты сигналов и температуры среды. Проводимость изоляции обозначенаGо. Она зависит от вида изоляции, влажности окружающей среды и частоты сигналов. Емкость утечкиСозависит от материала изоляции, радиуса проводов и расстояния между ними.
Эти параметры линии связи определяют ее важнейшую характеристику - волновое сопротивление:
Zлинии=
,
(2.1)
где - частота сигнала. Для того, чтобы вся
проходящая по линии энергия поступала
в нагрузку, сопротивление нагрузки
должно быть равно волновому сопротивлению
линии. В противном случае возникает
эффект «отражения», при котором часть
энергии, отражаясь от конца линии,
возвращается к источнику сигнала. Для
исключения этого между линией и приемником
помещают согласующие цепи, обеспечивающие
выравнивание сопротивлений нагрузки
и волнового сопротивления. Погонный
коэффициент затуханияи коэффициент сдвига фазыопределяется величиной постоянной от
распространения:=+j=
.
Проводные линии связи делятся на кабельныеивоздушные. Кабельные линии обладают большей надежностью и меньшей зависимостью от уровней внешней среды. Проводимость изоляции их очень мала (Go10- 10См/км), но активное сопротивлениеR0 и емкостьСокабельных линий больше, чем соответствующие параметры воздушных линий, что обусловлено малым диаметром жил кабелей и малым расстоянием между ними.
Проводимость изоляции воздушных линий сильно зависит от метеорологических условий. В сырую и влажную погоду допустимая проводимость Gосоставляет 10- 6См/км.
Весьма широко для передачи информации используются уже построенные, «готовые» к эксплуатации линии энергетического обмена. Это относится, прежде всего, к высоковольтным линиям с рабочим напряжением порядка 35…500 кВ. Использование для телемеханики линий электропередачи имеет ряд преимуществ перед применением специальных телемеханических линий. К ним относятся: высокая прочность и надежность, низкая вероятность случайных повреждений под влиянием «сторонних факторов», большая протяженность, малое затухание. Недостатки: значительный уровень помех на промышленных частотах из-за «коронных» разрядов, атмосферных помех и т.д. Это приводит к усложнениям аппаратных средств поддержки информационного обмена.
Структурная схема телемеханического канала связи, организованного на основе линии электропередачи, приведена на рис.2.9.
Рис. 2.10
На схеме, представленной на рис. 2.10 выделены следующие элементы: ЛЭП - высоковольтная линия электропередачи; ВП - высоковольтная подстанция; Ф – фильтр; ПТ - пост телемеханики; Р – «защитный» разрядник; ЗН - «заземляющий нож»; К - слаботочный кабель.
Передача ведется в диапазоне высоких частот в пределах 30…300 кГц (в отдельных случаях до 1,0 МГц). Для предохранения поста телеканала (телемеханики) ПТ и ее персонала от высокого напряжения линии применяется высоковольтный разделительный конденсатор С и разрядник Р. При аварийном пробое конденсатора высокое напряжение попадает на разрядник, который пробиваясь спекается и шунтирует аппаратуру на землю. «Заземляющий нож» ЗН используется для шунтированияаппаратуры при ремонте и профилактике. Полосовой фильтр Ф задерживает низкочастотную составляющую высоковольтного сигнала, а также помехи, возникающие в линии, и пропускает полезный сигнал. Высокочастотный фильтр - индуктивностьL - предотвращает прохождение телемеханических сигналов на подстанцию линии ВП.