Phedotikov / 1 / FreeEnergy_27.01.08 / Схемотехнические / Energy Электрического разряда / Трубопроводный канал связи

Широкополосный трубопроводный канал связи

(предложения на выполнение НИР)

Широкополосный трубопроводный канал связи

(предложения на выполнение НИР)

Широкополосный трубопроводный канал связи

(предложения на выполнение НИР)

Нижний Новгород, 2002 г.

Цель настоящей работы – предложить заинтересованным организациям выполнить научно-исследовательскую работу по исследованию возможности организации широкополосных каналов связи с использованием магистральных трубопроводов.

Рассматривается предыдущий зарубежный и отечественный опыт использования магистральных трубопроводов в качестве среды для передачи информации по цепи «труба-

земля».

Произведен анализ публикаций в открытой печати о передаче энергии на высоких частотах по одиночному проводнику с малыми потерями.

Изложены предложения по использованию физических принципов передачи энергии по одному проводнику для организации широкополосных трубопроводных каналов связи и применения их в системах линейной телемеханики, телемеханики ГРС и диспетчерского управления.

© Громов Н.Н., 2002

2

Широкополосный трубопроводный канал связи

(предложения на выполнение НИР)

1. Зарубежный и отечественный опыт использования магистральных трубопроводов в качестве среды для передачи информации

Первые исследования трубопроводного канала, образованного из заглубленного и изолированного от земли трубопровода были проведены в Италии фирмой «Снам» в 19581959 г.г. В 1964 г. фирма «Нордвест Нэчурел ГЭС компани» (США) опубликовала материал об использовании трубопроводов для передачи телеметрической информации на 27 км.

Сообщалось, что сигналы передавались по газопроводу диаметром 7 дюймов на частоте

540 Гц. Мощность на передающем конце составляла 6 Вт. По этому же участку газопровода осуществлялась телефонная связь на расстояние 5,6 км [1].

В1966 г. компания «Пасифик Лайтинг Сервис Энд Сэпилай» сообщила о вводе в

эксплуатацию системы телеконтроля малой стоимости, работающей по трубопроводному каналу. Система контролировала положение 10 линейных задвижек на магистральном газопроводе диаметром 34 дюйма на расстоянии 160 км [1].

ВСССР работы по использованию трубопроводов для передачи сигналов по цепи

«труба-земля» проводились институтом ВНИИГАЗ начиная с 1961 г. [1].

В результате проведения этих работ выполнены теоретические и экспериментальные характеристики цепи «труба-земля» как линии связи, разработаны основы организации каналов связи по трубопроводам, определена область применимости трубопроводных каналов связи и разработаны рекомендации при использовании цепи «труба-земля» [2].

По геометрической структуре электрическая цепь «труба-земля» в некотором приближении подобна цепи коаксиального кабеля. От обычных проводных линий электросвязи изолированный от земли трубопровод отличается значительными размерами токопровода и значительной величиной проводимости изоляции между трубопроводом и землей. В силу этих особенностей затухание в цепи «труба-земля» имеет значительные величины и трубопроводный канал связи может применяться лишь в инфранизкочастотном диапазоне. Работа в этом диапазоне характеризуется очень узкой полосой рабочих частот

2-45 Гц. Реальная дальность приема сигналов составляет 5-20 км. Особенности трубопроводного канала связи с использованием цепи «труба-земля» не позволяют непосредственно использовать существующие устройства телемеханики и другие устройства передачи информации как по схеме их присоединения к каналу, так и по способам их построения [1,2].

3

Широкополосный трубопроводный канал связи

(предложения на выполнение НИР)

Указанные выше особенности не позволяют в полной мере использовать трубопроводные каналы связи по цепям «труба-земля» в системах линейной телемеханики для дистанционного управления элементами магистральных газопроводов в режиме реального времени. Вместе с тем, имеется положительный опыт применения трубопроводных каналов связи для телеконтроля средств катодной защиты. Институтом ВНИИГАЗ были разработаны и внедрены на магистральных газопроводах устройства телеконтроля УКЗ:

•ТКЗ-1 (внедрено на участке газопровода Ставрополь-Москва);

•ТКЗ-2 (прошло опытно-промышленную эксплуатацию на трассе газопровода Минск-

Барановичи);

•ТКЗ-2М (сдано в промышленную эксплуатацию на отводе от газопровода Бухара-Урал);

•ТКЗ-4 для многониточных газопроводов [2].

Имеются положительные результаты применения трубопроводных каналов для телеизмерений на ГРС г. Минска на базе промышленной телеизмерительной системы ТНЧ-2,

работающей в диапазоне частот 27-44 Гц.

При этом, несмотря на большой положительный опыт, накопленный при внедрении и эксплуатации трубопроводных каналов связи, они не нашли широкого применения в газовой отрасли по причине узкополосности и малой дальности передачи информации, хотя экономические характеристики трубопроводных каналов значительно лучше, чем у кабельных и радиорелейных линий связи.

2.Предпосылки использования трубопроводов в качестве среды для организации широкополосных каналов связи для диспетчерского управления и применения

их в системах линейной телемеханики и телемеханики ГРС

Избавиться от недостатков, присущих трубопроводному каналу связи,

организованному по цепи «труба-земля», можно, если перейти к варианту однопроводной линии связи без обратного проводника. В силу различных исторических причин организация каналов связи по однопроводным линиям без обратного проводника не получила широкого распространения. Однако, различные исследователи с средины 19 века получали хорошие результаты при передаче электрических сигналов и электрической энергии по одиночным проводникам.

4

Широкополосный трубопроводный канал связи

(предложения на выполнение НИР)

В 70-х годах 19 века Дэвид Эдвард Юз при исследовании возможности обнаружения искровых разрядов при помощи различных устройств содержащих микрофон и телефон использовал экспериментальное устройство, схема которого приведена на рис.1 [3].

Рис. 1.

Вэтом устройстве Юз применил упрощенный искровой передатчик, выполненный из гальванического элемента Е, соединенного последовательно с прерывателем на основе часового механизма и индукционной катушкой L. В приемнике был использован ромбовидный угольный элемент, свободно удерживаемый в вертикальном положении между двумя угольными колодками - нелинейный элемент (детектор) на основе несовершенного контакта включенный последовательно с телефоном. Передатчик и приемник были соединены одиночным проводом. При работе передатчика в телефоне прослушивались щелчки. Это был один из первых опытов, который показывал принципиальную возможность передачи информации по одиночному проводнику.

В1899-1900 г.г. сербский изобретатель Никола Тесла провел в Колорадо-Спрингсе

(США) серию уникальных экспериментов по передаче электрической энергии, используя в качестве одиночного проводника Землю и вибратор. В экспериментальной установке он использовал в качестве вибратора высокочастотный трансформатор, в котором первичная и вторичная обмотки были настроены в резонанс. В дальнейшем такой трансформатор получил имя своего изобретателя – «Трансформатор Тесла». Вторичная обмотка трансформатора соединялась одним концом с землей, а ко второму концу подключалась уединенная емкость в виде полого шара-проводника. В первичной обмотке трансформатора при помощи индуктора и разрядника Тесла возбуждал колебания с частотой около 150 кГц.

С помощью этой установки, по утверждению Тесла, ему удавалось передавать по земле

5

Широкополосный трубопроводный канал связи

(предложения на выполнение НИР)

мощность около 10 кВт с к.п.д. до 95% на расстояние 42 км [4]. При таких показателях затухание электрических колебаний в земле составляет 0,005 дБ\км. На рис.2 приведена упрощенная принципиальная схема установки Тесла.

Рис. 2.

Главной целью Тесла было создание глобальной энергетической системы.

Соответственно этой цели и масштабы его экспериментов были гигантскими. Однако,

приведенные выше показатели для передачи с помощью широкополосных искровых передатчиков простейшей конструкции впечатляют и дают пищу для размышлений.

Идеи, которые в свое время обнародовал Тесла, не были забыты. Более того, они получили дальнейшее развитие с использованием современных технологий. В 1990 г.

инженер Станислав Авраменко в одной из лабораторий Московского энергетического института демонстрировал передачу мощности в 1,3 кВт по одиночному проводу диаметром

15 мкм из вольфрама с использованием идей высказанных в свое время Николой Тесла.

Авраменко для своих опытов использовал машинный генератор с частотой 8 кГц. Основной особенностью произведенных экспериментов являлось то, что одиночный проводник по которому передавалась эта энергия не нагревался, а значит, сопротивления для ее передачи не наблюдалось [5].

В то время вразумительных теоретических объяснений эффектам, полученным в результатах экспериментов Авраменко, не смогли дать ни начальники главков Минэнерго,

ни другие научно-административные работники.

6

Широкополосный трубопроводный канал связи

(предложения на выполнение НИР)

Через 10 лет после опубликования результатов экспериментов инженера Авраменко вновь появились публикации, подтверждающие возможность передачи больших мощностей электрической энергии по одиночному проводнику. В отраслевом журнале ОАО «Газпром»

[6] приведена следующая фраза: «Разработан новый метод передачи элекроэнергии по одному проводнику без потерь на сопротивление линии. В качестве материала проводника вместо алюминия и меди используют сталь или даже неметаллические проводящие среды.

Потери энергии в однопроводной ЛЭП снижаются в 2-2,5 раза, а расход цветных металлов в

50-100 раз» [6].

Приведенные выше факты говорят о том, что существует принципиальная возможность организации трубопроводных широкополосных каналов связи по цепи, в которой используется трубопровод в качестве одиночного проводника. Предварительные оценки показывают, что для такой цепи нет серьезных ограничений по дальности передачи сигналов по трубопроводу. Кроме того, по всей вероятности, имеется возможность организации дистанционного питания оборудования связи на промежуточных пунктах ввода-вывода каналов.

С целью определения технических характеристик и области возможного применения трубопроводных каналов связи по цепи, в которой используется трубопровод в качестве одиночного проводника, представляется целесообразным выполнение НИР по теме

«Разработка основных принципов и методов организации широкополосных трубопроводных каналов связи с использованием нетрадиционных технологий передачи информации».

Проблема, на решение которой направлена эта работа, соответствует «Перечню приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2002-2006 г.г.»,

утвержденным Председателем правления ОАО «Газпром» (АМ-2121 от 15.04.2002 г.) и

может выполняться в рамках п.15.7. «Развитие и модернизация отраслевой сети передачи информации, включая нормативно-методическое обеспечение, разработку новых технологий и оборудования связи, специализированных средств и программно-технических комплексов телемеханики». В качестве дополнительных оснований для выполнения этой работы следует отметить необходимость повышения качества управления и контроля трубопроводными системами транспорта углеводородов.

Основным результатом выполнения этой НИР ожидается снижение капитальных затрат на строительство каналов связи для линейной телемеханики и диспетчерского управления.

7

Широкополосный трубопроводный канал связи

(предложения на выполнение НИР)

Решение поставленной задачи предполагается выполнить в следующей

последовательности:

•исследование емкостной связи в связанных контурах через уединенные емкости и одиночный проводник;

•обоснование возможности использования трубопровода в качестве одиночного проводника при емкостной связи в связанных контурах через уединенные емкости;

•проведение экспериментов по организации емкостной связи в связанных контурах через уединенные емкости и одиночный проводник.

Работы по данному направлению исследований производятся впервые. Сведений об

аналогичных работах в России и за рубежом не имеется.

Предполагаемый масштаб внедрения разработки - магистральные газопроводы и газопроводы-отводы ЕСГ России, нефтепроводы, продуктопроводы, водоводы.

Список литературы

1.В.Т. Сергованцев, А.И. Гарляускас, Б.Л. Кучин, Е.Н. Тихомиров. Централизованный контроль и оптимальное управление на магистральных газопроводах. Л.: Недра, 1973.

2.Сергованцев В.Т., Артемов В.А., Конев К.А. и др. Газопровод как канал связи в системах телемеханики. М.: Недра, 1984.

3.Дж. П. Рыбак (США), Л.Н. Крыжановский. Дэвид Эдвард Юз и открытие радиоволн.

Электросвязь, № 9, 1994.

4.В. Петров. Я передать энергию хочу по беспроводному лучу. Юный техник, № 1, 1990.

5.Н. Заев. Сверхпроводник инженера Авраменко. Техника молодежи, № 1, 1991.

8