Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Быховский Я.Л. Высокочастотная связь в энергосистемах

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

5.59 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1611 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

Поэтому для обеспечения расчетных величин P(t) необходимо заменять элементы до истечения срока их долговечности Гд .

При определении интенсивности отказов аппаратуры Яа , состоящей пз многих элементов, находящихся в «по следовательном соединении» (в данном случае термин «последовательное соединение» означает, что отказ лю

бого элемента приводит к отказу	аппаратуры в целом),
пользуются формулой
X^YNili,	(9-4)

где jV,-— число элементов с интенсивностью отказов ?>.;•

Рассмотрим следующий пример.

Аппаратура содержит		12 транзисторов	с Л = 10 - 10—е; 30 сопро
тивлении с Х = 2-10~6 ;	10	конденсаторов с	Х = 2 - 1 0 - " ;
? . „ = ( 1 2 - 1 0	+ 2 0	- 2 + 1 0 - 2 ) • 1 0 - е = 2 0 0 - 1 0 - ° 1/ч;

Т„ — -г— = 5 ООО ч.

Если известны также величины Г л для входящих в аппаратуру элементов и будет производиться их замена до истечения 7*д, то

указанная величина Т0, соответствующая

Р(1) =0,9995,

может быть

обеспечена.

При большой протяженности каналов связи трудно

получить высокую

надежность, так как частота повреж

дений линий и аппаратуры

(промежуточных

усилителей)

пропорциональна длине каналов.

Из опыта эксплуатации кабелей дальней связи уста

новлено, что они повреждаются в среднем 2 раза

в год

при длине

100

км.

Следовательно,

при

такой

длине

7"о = 4 380 ч. В случае организации

связи по междугород

ному

кабелю длиной 2 000 км наработка

на отказ

будет

равна

4 380/20 = 219

ч. Примерно

такую

же степень на

дежности

можно

получить

при

организации

связи по

тросам ВЛ длиной

2 000 км. В этом

случае

основным

фактором,

определяющим

надежность

каналов,

будут

промежуточные

усилители.

Ввиду того что промежуточные усилители содержат большое число элементов, трудно обеспечить для одного усилителя величину То больше 4 000 ч.

В канале связи по тросам длина усилительного уча стка составляет 150—160 км. При длине 2 000 км потре буется 12 усилителей, а всего с учетом оконечной аппа-

102

ратуры—14 пунктов. Наработка на отказ канала в це лом равна 4 000/14 = 280 ч.

Вместе с тем как раз для ответственных электропере дач большой протяженности требуется весьма высокая надежность передачи информации, измеряемая време нами наработки на отказ 10 000—20 000 ч, т. е. на два порядка больше, чем получилось в рассмотренных при мерах.

Повышение надежности может быть обеспечено пу тем резервирования [Л. 52].

Различают два основных способа резервирования — без восстановления и с восстановлением. Первый способ применяется для резервирования отдельных наименее надежных деталей аппаратуры; второй — для резерви рования всей аппаратуры или даже систем связи в це лом.

При резервировании без восстановления часто при

меняют так	называемый «горячий резерв»,	когда два
или большее	число элементов (электронных	ламп, тран

зисторов) находятся в работе все время, но для нор мальной работы устройства необходимо, чтобы оставал

ся в исправном	состоянии	хотя бы один элемент. Время
наработки на отказ при		этом	увеличивается		незначи
тельно
					(9-5)
где Го — время	наработки	на	отказ	одного	элемента;
Тщ2) — время	наработки	на	отказ	двух параллельно
включенных элементов; Г0 (Ю) — время				наработки на отказ
10 элементов.
Лучший результат в смысле увеличения времени на
работки дает	применение	«холодного резерва», когда

включен только один элемент, а следующий включается только после выхода из строя первого.

В этом случае

^ о ( 2 ) = 2 Г 0 ; \|		6
Т0{п) =	пТ0.\

Как видно из выражений (9-5) и (9-6), резервирова ние без восстановления, приводя к значительному ус ложнению аппаратуры (особенно при «холодном резер ве»), не дает существенного увеличения надежности.

103

Время наработки на отказ при однократном резервиро вании возрастает всего в 1,5 или 2 раза.

Совершенно другие возможности открывает резерви рование с восстановлением. Как будет показано ниже, при этом практически возможно увеличение Го на не сколько порядков величин.

В качестве примера резервирования с восстановле нием можно рассмотреть систему связи между двумя пунктами по линиям, идущим по разным трассам или по


В Л	и по кабелю связи			или радиорелейной линии						и т. п.
При	этом для осуществления					связи	достаточно,			чтобы
в исправном состоянии				находилась хотя				бы одна		линия.
В случае		повреждения		линия восстанавливается					(ремон
тируется)		достаточно быстро.
Если		линии	не могут		повреждаться			от одних		и тех
же	причин, то		случаи		совпадения		повреждений			будут
весьма редко и связь				будет характеризоваться					высокой
степенью		надежности.
Если		обозначить Т0		— время		наработки на отказ од
ной линии и т—среднее					время	восстановления, то мож

но показать, что наработка на отказ системы связи из

двух или трех	таких	линий выражается		формулами
	ТоМ	= Т0^+\,БТ0;		(9-7)
		ГоМ	= Т 0 1 ± .	(9-8)
Выше указывалось,		что	для кабеля связи	протяженностью
2 000 км Г0 =219	ч. Если	будет	проложен второй такой же кабель и

эксплуатация будет организована таким образом, чтобы время вос

становления повреждений т составляло		в среднем 1,5 ч, то по фор-
219
муле ( 9 - 7 ) ^ 2 ) = 2 1 9 2 Т Г 5	+1,5-2-19= 18 000+328= 18 328 ч=2,1 года.
В данном примере	Го увеличилось	почти в 100 раз и это увели

чение может быть сколь угодно большим, стремясь к бесконечности при т-»-0.

При достаточно большом отношении Го к т вторым членом фор мулы (9-7) можно пренебречь и пользоваться приближенной фор мулой

	Т»^Т,^-.	(9-9)
При	двойном резервировании для Г 0 =219 ч и т=1,5 по форму-
	2192
ле (9-8)	Го=219 ~^уЩГ =1 560 000 ч=177 лет.
Аналогичные расчеты могут использоваться		также
при расчете надежности энергоснабжения.

104

Если, например, подстанция получает энергию от двух электро

станции

по

разным

линиям,

повреждающимся

в среднем

по

раза

в год (Го = 4 380

ч)

восстанавливаемым

за

время

т=10

ч,

то

на

дежность электропитания

подстанции

характеризуется

временем

на-

380

работки

на

отказ Т,0(2)=4 380 "^TJo7

960 ООО ч=110

лет.

Вероятность

бесперебойного

электропитания

течение

года

Р(1) = е

=0,99.

Если

для

резервирования

восстановлением исполь

зуются

две неравноценные

системы,

одна

из

которых

характеризуется наработкой на отказ Tit

средним вре

менем

восстановления

тл,

интенсивностью

отказов

Xi =

l/Ti

и коэффициентом au=Ti/Tu

вторая

соответст

венно

7*2, Тг,

ta, ci22, то

общая

интенсивность

отказов

ре

зервированной системы определяется по формуле

[Л. 66]

_ ,

Л, (1 -j-ttiQgaa +

M 1

+ a 2 a ) » i i

(9-10)

1 2

1 +

(1 + « l l )

(«12 +

«22)+(1 + « 2 2 )

(«21

«u) +

П 11а 22

где a i 2 = T 2 / 7 i ;

azi=Xi/T2,

справедливой при ai2 и a2i<0,l.

Если сиг и a2 i меньше

0,05,

то

можно

пользоваться

упрощенной формулой

^1^2

N + тг)

(Q 1 11

1 +

(,,

+ ,,)

)

или

1 2

—

т, +

т 2

"Г"

2 '

например

Г, = 200

ч;

т, =

2 «г, 7\ =

300

ч;

t 2

ч;

7-1Я

- f 200 + 300 =

8 570 +

500 = 9 070

'Т„_м=,200~

10000

Г 2 (

а ) =

3 0 0 ^

9 000

ч.

Резервирование с восстановлением может использо ваться также для повышения надежности аппаратуры пли отдельных блоков.

105

В качестве	примера рассмотрим	схему капала, показанную на
рис. 9-3. Между	двумя пунктами организована в. ч. связь по ВЛ на
аппаратуре АСК с' дополнительными		мощными усилителями	УА\.
Время наработки на отказ АСК —5 000 ч (Л,1 = 200 • 10"6);			УМ —

Рис. 9-3. Структурная схема канала с резервными мощными усилителями УМ.

1 — а. ч. аппаратура;	2 — усилитель мощности; 3 — фильтр присоедине
ния: 4 — конденсатор;	5 — в. ч. заградитель.

500

(Х,=2 000 - Ю - 6 );

линии—10 000

(Х3 = 100 • Ю - 6 ) ;

ВЧЗ —

20 000

(Л4 = 5 0 - Ю - 6 ) ;

КС=100000

(\5

= 10 • 10-°);

ФП —

500 000 н ( Х 6 = 2 - Ю-6 ).

Для

всего канала в целом Хк по формуле

(9-4)

Х к = (2-200 +

+2-2 000+100+2-50+2-10+2,2) • 10-° = 4 624-10-°

1/ч. Время

на

работки канала иа отказ Г к = 106/4 624 = 216 ч.

Если

поставить

резервные усилители УМ (показаны пунктиром)

и обеспечить

время

восстановления их т не более 2,5 ч, то для каж

дого

пункта

время

наработки усилителен в соответствие

форму-

500

лой

(9-8)

возрастет

до 5009

9 g = 50000 ч, т. е. в 100 раз и соответ

ственно А.2 уменьшится до 20- Ю - 0 .

Для

всего канала с

резервированными

усилителями

УМ Х'к =

= 664-

Ю-6 и 7"„=1 500 ч.

Таким образом, путем резервирования с восстановлением

наименее

надежной

части

аппаратуры — мощных

усилителей

УМ

удалось

увеличить

время

наработки

на

отказ

канала связи

почти

в 7 раз.

аналогичном резервировании

(т=2,5

ч),

кроме

УМ, так

При

же

аппаратуры АСК, hi снизится до 0,2-10_ в ,

тогда

Х," к =(2 - 0,2+

+ 2 • 20+1100+2 • 50+2 • 40+2 • 2) • 10-6=264,4 • 10-8

соответственно

7"'к=106/264,4 =3 800 ч .

Для дальнейшего повышения надежности необходимо резерви

ровать также в. ч. заградители, конденсаторы

связи

и, наконец, ли

нии.

106

При наличии двух каналов связи по разным линиям, если 7'о

каждого .из них равно 216 ч и т=2,5, можно получить Тч-^=

216

= 216 27Гб =		9	3 5 0 ''•
Если	же	в каждом		канале зарезеовирована аппаратура и Т"й =
				' 3	800
= 3 800 ч	при		т=2,5 ч,	то 7""0(2) = 3 800	979-5" = 2 890 000 ч=330 лет.

Эти примеры показывают, что резервирование с вос становлением открывает почти неограниченные возмож ности повышения надежности систем связи.

ГЛ А В А Д Е С Я Т А Я

АП П А Р А Т У Р А О Б Р А Б О Т К И И П Р И С О Е Д И Н Е Н И Я

Аппаратура обработки и присоединения служит для создания достаточно стабильного в. ч. тракта по прово дам ВЛ и для подключения к ним в. ч. аппаратуры. Основными элементами аппаратуры являются в. ч. за градители, конденсаторы связи и фильтры присоедине ния [Л. 53, 54]. Кроме того, сюда относятся заградитель ные петли, переносные заземляющие заградители, антен ны и устройства в. ч. обработки грозозащитных тросов и изолированных проводов расщепленной фазы.

В ы с о к о ч а с т о т н ы е	з а г р а д и т е л и	(ВЗ) вреза
ются в фазные провода	ВЛ со стороны	подстанций.

Высокочастотные заградители долх<ны иметь достаточно

большое сопротивление в полосе частот				канала связи
для	того,	чтобы коммутация	линий или	их	заземление
по	концам	возможно меньше	сказывалось	на	затухании

и других параметрах в. ч. канала. С другой стороны, ВЗ должен выдерживать протекающие по нему токи про мышленной частоты и не влиять на параметры электро передачи (не вносить, например, асимметрию), т. е. его сопротивление на промышленной частоте должно быть возможно меньшим.

Высокочастотные заградители состоят из силовой ка

тушки, элемента настройки и разрядников		для	защиты
от перенапряжений.
На рис. 10-1 показаны схемы настройки ВЗ. Схему
рис. 10-1,в называют также схемой полузвена			фильтра
высокой	частоты; 10-1 ,г — схемой полузвена	полосового
фильтра	или схемой А. Р. Лившица, а схему рис. 10-1,5—

схемой звена полосового фильтра.

107

На рис. 10-2 показаны примерные характеристики

полных сопротивлений заградителей Za = " j /

R2-\-X2.

Затухание, вносимое утечкой токов высокой частоты через заградитель, характеризуется величиной Z3 лишь в случае заземления линии через заградитель. При нормальном состоянии линии последовательно с загра дителем находится подстанция. Входное сопротивление подстанции имеет реактивный характер и может ча стично пли полностью компенсировать реактивную со-


Рис. 10-1. Схемы		в. ч. заградителей.
а — одкочастотный;		б — двухчастотный; в — широкопо
лосный	одноконтурный; г		— широкополосный двухконтур-
ный; д — широкополосный			трсхконтурный.
ставляющую	сопротивления заградителя на тех или

иных частотах. Поэтому наибольшую ценность представ

ляет	активная	составляющая	сопротивления	загради
теля	R3- Для	широкополосных	заградителей	обычно

нормируется величина 7?3 ^500 ом.

При входном сопротивлении линии i?.4 ~300 ом зату

хание а, вносимое утечкой через такой	заградитель,
будет не больше
i n ( 1 + 4t)=--[n ([ + шв)=0'26	н ш - (10-')

Свойства заградителя определяются в первую оче редь индуктивностью силовой катушки и токами — ра-

108

бочими и короткого замыкания, на которые она рас считана.

Из (Ю-1) видно, что затухание, вносимое загради телем, тем меньше, чем меньше отношение входного сопротивления линии к сопротивлению заградителя.

Рис. 10-2. Характеристики полного сопротивления в. ч. заградителей.

а — по	схеме 10-1,о; б — по схеме 10-1,6; в — по схеме 10-1,в; г — по схемам
Ю-1,г н	О.

В более общем виде при активном входном сопротивле

нии линии У?л и комплексном						сопротивлении	загра
дителя
	а	1	+	К		4 ( К з + Х \	(10-2)
				К		4 ( К з + Х \
При чисто активном сопротивлении заградителя вно
симое	затухание	определяется			выражением (10-1), при
чисто	реактивном
		а3	Т 1 п 1		+	R2,	(10-3)
		а3	Т 1 п 1		+	4Л'2	(10-3)

Если известно входное сопротивление линии Ял и задана величина а3, можно из приведенных выше фор

мул	определить		минимально	допустимые значения				Ra
и А'з	и полосу	заграждения. Для			одноконтурной		схемы
(рис.	10-1) полоса заграждения				определяется		обычно
по реактивному			сопротивлению
							(10-4)
где Afp=fz—fi		— ширина полосы;			fi и	U — крайние		ча
стоты	полосы		заграждения;	fm=Vfifz;		L — индуктив

ность силовой катушки; Х3 — реактивное сопротивление контура на границе полосы.

109

	Afa	(10-5)
	Для схемы рис. 10-1 ,е	(10-6)
	Для схемы рис. 10-1 ,е
для схемы рис. 10-1,г
для	схемы рис. 10-1,(3
где	&fa — полоса заграждения	по активной составляю
щей сопротивления заградителя.
	Из формул (Ю-4) — (Ю-7)	видно, .что полоса загра

ждения пропорциональна индуктивности силовой катуш ки и квадрату средней частоты полосы настройки и


обратно пропорциональна заданной величине R3.											что
	Кроме		того, из формул (10-1)					и	(10-3)	следует,
R3	должно		быть тем больше, чем больше R,i- При дан-"
ной		величине		L	и	R3	ширина	полосы		заграждения
в	верхней		части		диапазона значительно					больше,	чем
в нижней.
	Так, например, для заградителя ВЗ-2000-1,2 полосы
заграждения при величине R3 = 600om									равны 44—68 кгц;
55—115 кгц и 110—600 кгц.
	Для заградителя ВЗ-1000-0,6, у которого индуктив
ность силовой				катушки			в 2 раза меньше, полосы заграж
дения		получаются				значительно		уже,		несмотря	на
меньшую величину R3						(500 ом): 42—53 кгц; 50—70 кгц;

60—90 кгц; 70—110 кгц; 90—185 кгц; 110—300 кгц и 220—600 кгц.

Втабл. 10-1 приведены данные силовых катушек серии Вв. Эти заградители выпускаются трех типов: ВЗ-600-0,25; ВЗ-1000-0,6 и ВЗ-2000-1,2. Первая цифра указывает номинальный ток в амперах, вторая — индук тивность в миллигенри.

Вэксплуатации на линиях 500 кв находятся также заградители РЗ-400, рассчитанные на ток 2 000 а с ин дуктивностью 2 мгн. Для распределительных сетей

выпускаются ВЧЗС-100 и ВЧЗС-300 на токи 100			и 300 а
и с индуктивностью около	1,3 или 0,23 мгн	в	зависи
мости от того, применяются	они со стальным	сердечни
ком или без него.

ПО

Т а б л и ц а 10-1 Данные силовых катушек (реакторов) в. ч. заградителей

						Тип	заградителя
	Измеряемые		величины			РЗ-600-0,25	РЗ-1030-0,6	РЗ-2000-1,2

Индуктивность,			мгн		. . . .	0,25	0,6		1.2
Номинальный ток,				а	. .- . .	600	1 000	2 000
Ток	термической			устойчп-		30	42		70

Число		параллельных			прово-	А-300	А-240	А-300
						1	2		4
Число		витков
						22	33		39
Высота с элементом					наст-	900	1 ПО	1 620
						I 350	1 890	2 800
Вес	с	элементом настройки,
						106	312	1	120

Элементы настройки для заградителей, указанных в табл. 10-1, выпускаются отдельно. Они именуются соответственно ЭН-0,25; ЭН-0,6 и ЭН-1,2.

На рис. 10-3 показана схема заградителя ВЗ-1000-0,6, полностью собранного. Помимо элементов, показанных на принципиальной схеме трехконтурной настройки

Рис. 10-3. Схема заградителя			ВЗ-1000-0,6.
L , — силовая катушка		Р3-1000-0,6;	Я,;	Р2 — вилитовые	разряд
ники; Z-3	— защитная	катушка 0,02	мгн;	С,; С»; С3\ L 2 ;	L 3 ; R —
элемент	настройки.

рис. 10-1,5, в схеме ВЗ-1000-0,6 имеются также два

вилитовых разрядника	и защитная	катушка L z	с	не
большой индуктивностью — около 20		мкгн.
Разрядники и катушка L 3 служат		для защиты	сило
вой катушки и элемента	настройки от повреждений			при

воздействии волн перенапряжения, возникающих в ли ниях электропередачи. Пробивное напряжение разряд ников должно быть минимальным, но они должны вы-

111

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 1611 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ