17.10.2008
Продолжающаяся который день на сайте релейщиков дискуссия, и высказываемые не последними людьми в энергетике мысли:
- все хуже, чем было раньше, но будет еще хуже...
- не ждите помощи ни от кого: спасение утопающих - дело рук самих утопающих...
- связи между различными структурами энергетики нарушены - каждый сам за себя...
- центральные структуры, которые еще остались, существуют не для того, что бы определять, направлять и помогать...
- научно-техническую базу отрасли никто восстанавливать не собирается...
- и так далее с различными вариациями...
натолкнули меня на мысль о том, что идущее нарастающими темпами строительство КЛ и КЛ-ВЛ, и активное навязывание производителям и строителям различных способов повышения их устойчивости к КЗ и аналогичным возмущениям (можно подумать производители кабелей первый день этим занимаются, и возможные пути решения проблемы не описаны в их документации), и немногие научные изыскания в этой области ведутся без учета их последствий для ВЧ связи.
Поэтому я воспользовавшись "любимыми" своими страничками на эту тему (вернее, размещенными в них картинками) на замечательном портале RusCable.ru 1) и в журнале "Новости Электротехники" 2), решил посмотреть: а что же будет в самом деле...
В статье используется следующая система обозначения файлов:
Z-заземлен, H-изолирован, TR-транспозиция, SH-шунтирование, R-ОПН
(таким образом Z-TR-R-Z обозначает:
КЛ заземленную с обеих сторон, со стандартным циклом транспозиции экранов, и ОПН, защищающими транспозиционные узлы).
Вторые индексы обозначают режим работы КЛ: без индекса - режим КЗ, Н-Н - холостой ход
И так в качестве "референса" возьмем простую КЛ 10 км с горизонтальным расположением проводов и заземленными с обеих сторон экранами
Файл конфигурации такой КЛ в Тракте достаточно прост, однако и к нему необходимы пояснения:
- поскольку вопросы выбора и расчета параметров КЛ и ВЧ обработки обсуждались ранее (да и не интересуют они меня в этой теме), в качестве заградителя используется его эквивалент в виде сопротивления 100 Ом (для большинства КЛ этого достаточно), а фильтр и не фильтр вовсе, а широкополосное устройство согласования. Да и кабель я взял первый попавшийся (даже не очень согласованный с фильтром, но в данном случае это не важно)
- все приведенные файлы конфигурации не служат для практического использования, а являются иллюстрацией некоторых не очевидных приемов конфигурации в программе Тракт
- используемые схемы присоединения (элементы 1-4 или 1-6) являются оптимальными с точки зрения возможности задания ВСЕХ возможных режимов работы ВЛ/КЛ (с тросами и без, с заземленными или любыми другими экранами), хотя безусловно в частных случаях они могут быть значительно проще
Получившееся в результате расчета затухание такой КЛ
иллюстрирует три отрадных факта:
- затухание 10 км КЛ достаточно мало во всем диапазоне частот
- на кривой затухания отсутствуют неравномерности
- сделанные много раньше предположения (расчеты) о том, что: все присоединения к КЛ являются оптимальными (на правом графике слились кривые затуханий всех присоединений), переходные затухания КЛ в диапазоне частот ВЧ связи очень малы (на левом графике приведены кривые всех присоединений. Видно, что все косые схемы имеют огромные затухания); затухание тракта слабо зависит от режима работы КЛ (рисунок ниже) и полностью контролируется выбором заградителя (на рисунке для выбора заградителя, приведенном ранее, 100 Ом активного сопротивления дают вносимое затухание всего присоединения 1.2 дБ, два конца - 2,4 дБ. На графике ниже получается 3 дБ, так как я уже сказал, что все компоненты выбраны наугад без расчета)
Отсюда следует вывод:
КЛ с заземленными с обеих сторон экранами без транспозиций и других "чудачеств" хорошо подходят для ВЧ связи. В том числе в составе КЛ-ВЛ
Теперь рассмотрим другую крайность: все экраны КЛ изолированы
Обратите внимание: здесь в Тракте используется совсем другая схема конфигурации - 6 мод !!!. Внимательно следите за нумерацией проводов, и, соответственно, схем присоединений. В самих схемах присоединения присутствует возможность независимого задания режимов работы проводов и экранов.
Получившиеся затухания приведены ниже
Левый график (все присоединения) показывает, что из-за сильной электро-магнитной связи через изолированные экраны, переходные затухания чрезвычайно малы. Правый график (лучшие присоединения в режимах работы КЛ: заземлено и холостой ход) подтверждает слабую зависимость затухания от режима работы.
На обоих графиках бросаются в глаза ужасающая неравномерность затухания и его общее увеличение.
Отсюда следует вывод:
КЛ с изолированными экранами нельзя использовать для ВЧ связи. Вернее можно, но для присоединений фаза-фаза.
Следующей рассмотрим схему с экраном, заземленным с одной (например, слева) стороны КЛ
Получающее затухание (слева-направо) выглядит следующим образом
Отчетливо видны: увеличеное по сравнению с референсной схемой затухание, сильная электро-магнитная связь между каналами (малые переходные затухания), достаточно выраженная неравномерность кривой затухания, и прогнозируемая зависимость затухания каналов от режима работы КЛ.
Обратный канал (справа-налево) выглядит не лучше
Отсюда следует вывод:
КЛ с изолированным с одной стороны экраном не рекомендуется использовать для ВЧ связи. Оптимальная схема присоединения: фаза-фаза.
Следующая по порядку рассмотрения в указаных статьях схема: заземленные с обеих сторон экраны с полным циклом их транспозиции
Расчетное затухание ВЧ каналов в этом случае составит
Сразу бросаются в глаза два факта:
- переходное затухание уменьшилось просто до неприличных величин (сходных с ВЛ)
- затухание лучших присоединений увеличилось по-сравнению с исходным (примерно 2 дБ на каждую транспозицию)
то есть для КЛ с транспозициями экрана действуют те же законы физики, что и для ВЛ с транспозицией фаз...
Схема с защищаемыми транспозициями (установленными в месте транспозиции ОПН)
не лучше...
Отсюда следует вывод:
КЛ с заземленными с обеих сторон экранами и их транспозициями не рекомендуется (нельзя) использовать для ВЧ связи. Использование присоединения фаза-фаза никакого выигрыша не дает.
Получающееся при этом затухание ВЧ каналов показано на рисунке ниже
Здесь, если говорить о лучших присоединениях, затухание мало отличается от исходной/референсной схемы. Единственное отличие - уменьшенное по сравнению с исходной схемой дальнее переходное затухание. Однако его величина и в этом случае позволяет говорить об "изолированности" каждого из оптимальных ВЧ присоединений.
Обнадеживающий результат.
Поэтому, хоть такие схемы и не рассматриваются в указанных в начале топика статьях, разовьем хорошую идею...
Следующая схема: с двухкратным взаимным шунтированием заземленных по краям КЛ экранами (конфигурацию составите сами по аналогии с предыдущей, длины 3-х участков КЛ 3,333 км)
Получающееся затухание показано ниже - тоже не плохо...
В этой и предыдущей схемах места шунтирования экранов можно дополнительно защитить ОПН.
Логическим развитием схемы является схема с полным взаимным шунтированием заземленных по краям КЛ экранами - то есть в каждом месте соединения строительных длин кабелей их экраны взаимно шунтируются.
В тракте это выглядит так
Расчетное затухание
имеет характерные особенности:
- дальние переходные затухания еще больше уменьшились, но все еще остаются достаточно большими (позже надо будет определить их зависимость от длины КЛ)
- затухание основных схем присоединения даже меньше референсных
В этом нет ничего удивительного: здесь, что хорошо для токов КЗ, хорошо и для ВЧ - сечение "земляного" провода по сравнению с референсной схемой увеличилось - затухание уменьшилось.
Здесь ОПН уже могут навредить. По-крайней мере их надо устанавливать не более 1-2 на 5 км длины КЛ (точное их число, конечно, определяется токами и перенапряжениями КЗ)
Поскольку, как было показано выше, в таких КЛ все схемы присоединения являются оптимальными и не зависимыми друг от друга, переход с обработки всех трех фаз к обработке только одной фазы ровным счетом ничего не меняет
Отсюда следует вывод:
КЛ с заземленными с обеих сторон экранами и их взаимным шунтированием хорошо подходят для ВЧ связи.
Увеличение числа мест шунтирования улучшает параметры ВЧ каналов...
Среди не рассмотренных авторами приведенных в начале топика статей схем обработки экранов КЛ можно выделить:
- прокладку дополнительного провода "утечки" токов КЗ
- установку ОПН в местах соединения строительных длин КЛ
причем вторая при большом числе ОПН будет самой затратной, и будет иметь заведомо худшие ВЧ характеристики, чем референсная схема.
Таким образом:
- при малых длинах КЛ с точки зрения ВЧ связи оптимальной является двухсторонняя схема заземления экранов КЛ
- при больших длинах КЛ - двухсторонняя схема заземления экранов КЛ с их взаимным шунтированием в местах соединения строительных длин участков КЛ
...По-крайней мере теперь понятно, при каких схемах обработки экранов КЛ не стоит ни себя мучить расчетами каналов, ни обращаться к кому-либо еще - при отсутствии ошибок конфигурации результат расчетов будет одинаков и отрицательный.
Может быть на первичников это как-нибудь подействует ???
PS.
В тракте это выглядит так
Сравнительное затухание КЛ длиной 10 и 30 км показано ниже
видны:
- линейное увеличение затухания пропорциональное увеличению длины КЛ
- такое же пропорциональное увеличение дальнего переходного затухания с увеличением длины КЛ
PS1.
Кстати, упоминаемое здесь присоединение фаза-фаза должно быть именно таким - симметричным, а не выдаваемым за него обычно присоединением фаза-фаза-земля.
PS2.
Собственно, как и ожидалось, здесь так же нет ничего хорощего
комментарии излишни...
PS3.
В ПРОГРАММЕ WINTRAKT до второй версии СТАНДАРТНО ТОЛЬКО ТАКИЕ КЛ, С ЗАЗЕМЛЕННЫМИ С ОБЕИХ СТОРОН ЭКРАНАМИ, БЕЗ ТРАНСПОЗИЦИЙ И ДРУГИХ ТОНКОСТЕЙ В ОБРАБОТКЕ ЭКРАНОВ, МОГУТ БЫТЬ РАССЧИТАНЫ СОВМЕСТНО С ВЛ, ТО ЕСТЬ В КОНФИГУРАЦИИ ЛИНИИ КЛ-ВЛ !!!
Благодаря помощи Ю.П. Шкарина недавно было найдено решение этой проблемы (по-крайней мере для заземленных по концам экранов кабелей) - теперь КЛ можно вставлять в любом месте ВЛ и делать с ней все, что угодно.
В Тракте это выглядит так
Самыми важными элементами схемы являются 6-8 и 14-16, которые:
- изменяют модовый состав задачи с 3-х до рассматриваемых выше 6 мод, и обратно. Собственно между элементами 8 и 14 могут располагаться все выше рассмотренные примеры
- приводят в соответствие измененный модовый состав тому, который передается по КЛ (элементы 9-13)
Ниже приведены графики затухания для заземленных с обоих концов экранов КЛ с их полным циклом транспозиции
Если "отмотать" страничку назад к примеру KL 110 Z-TR-Z можно увидеть их практически полное совпадение (рисунок ниже)
и в большем масштабе
Мне, обалдевшему от радости, недосуг проверять совпадение расчетов на более длинных ВЛ, но уверен - оно будет значительным...
Кстати концы экранов кабелей легко можно "разземлить"...
И, в принципе, задачу с КЛ постоянного тока тоже можно решить - все зависит "от накладных расходов" в конфигурации, и сможете ли Вы это вспомнить через пару месяцев...
... а фокус в Тракте , когда один и тот же кабель в элементе КЛ5 3-х модовый, а в элементе КЛ9 6-ти модовый (сравните сами) - далеко не единственный...
вот как их все упомнить...
я чтобы не забыть делаю их библиотеку... чего и вам советую...
PS4.
На днях натолкнулся еще на одну схему заземления экранов КЛ :
заземленные с одной стороны экраны с их транспозицией по длине КЛ (под это подведен научный базис на 6 страницах).
Не хочу обсуждать здесь проблемы термической стойкости КЛ. Но с точки зрения построения на такой КЛ ВЧ каналов хорошего ждать не приходится (обещаю при случае рассчитать эту схему в Тракте)
Сообщения
0 коммент.:
Отправить комментарий