22. Передача информации. Электрические каналы.

Для передачи информации могут служить как специально выделенные линии, гак и линии, сооруженные для других целей.

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. 2.9).

Значение R₀ характеризует 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 частоты R₀ растет из-за наличия поверхностного (скин-) эффекта. L_о - индуктивность на единицу длины - зависит от материала, радиуса проводов, расстояния между проводами, частоты сигналов и температуры среды. Проводимость изоляции обозначена G_о. Она зависит от вида изоляции, влажности ок­ружающей среды и частоты сигналов. Емкость утечки С_о зависит от материала изоляции, радиуса проводов и расстояния между ними.

Эти параметры линии связи определяют ее важнейшую характеристику - волновое сопротивление:

Z_линии = , (2.1), где R₀ - сопротивление линии, Со - емкость утечки, Gо — проводимость изо­ляции, h₀ - длина линии, ω - частота сигнала. Для того чтобы вся проходя­щая по линии энергия поступала в нагрузку, ее сопротивление 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 сопротивления нагрузки и волнового сопротивления. Погонный коэффици­ент затухания β и коэффициент сдвига фазы α определяются значением постоянной распространения .

Проводные линии связи делятся на кабельные и воздушные. Кабельные линии обладают большей надежностью и меньшей зависимостью от уровней состояния внешней среды. Проводимость изоляции их очень мала (G₀ ≈ 10^-10 См/км), но активное сопротивление R₀ и емкость С₀ кабельных 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 G₀ составляет 10^-6 См/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 (рис. 2.10).

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 (рис. 2.10), содержит следующие элемен­ты: ЛЭП - высоковольтная линия электропередачи; ВП - высоковольтная подстанция; Ф - фильтр; ПТ - пост телемеханики; Р - защитный разрядник; ЗН - шунт защитный («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 его 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. ЗН использу­ется для шунтирования аппаратуры при ремонте и профилактике.

Полосовой фильтр Ф задерживает низкочастотную составляющую вы­соковольтного сигнала, а также помехи, возникающие в линии, и пропускает полезный сигнал. Высокочастотный фильтр (индуктивность L) предотвращает прохождение телемеханических сигналов на подстанцию линии ВП.