2.3 Характеристика високочастотних методів омп

Як видно з схеми класифікації, приведеної на мал. 2.2, до високочастотних методів відноситься тільки частина дистанційних методів ОМП. Передусім розглянемо імпульсні методи, принцип дії яких грунтований на вимірі інтервалів часу поширення електромагнітних хвиль(імпульсів) по ділянках ліній.

Рис.2.3. Схема класифікації імпульсних методів ОМП : 1 - імпульсні методи; 2 - локаційні методи; 3 - хвилеві методи; 4 і 5 - хвилеві односторонні і двосторонні виміри; 6 і 7 - попередня і подальша посилки хронувальних сигналів

За ознакою використання для відліку часу спеціально генерованих імпульсів або ж що виникають в місці ушкодження лінії електромагнітних хвиль виділяють локаційні і хвилеві методи. У свою чергу хвилеві методи підрозділяють на двосторонні і односторонні по фіксації моментів приходу фронтів хвиль на обох кінцях лінії або на одному кінці. При двосторонніх вимірах потрібна посилка так званих хронувальних сигналів, що забезпечують «прив'язку» до загального початку відліку часу вимірювальних елементів на обох кінцях лінії. По періоду посилки хронувальних сигналів розрізняють методи з попереднім і з подальшим хронувальними сигналами. Описана класифікація схематично показана на мал. 2.3.

Класифікація повністю охоплює усі істотні відмінності між відомими нині методами.

Локаційний метод грунтований на вимірі часу між моментами посилки в лінію зондуючого електричного імпульсу і приходу до початку лінії імпульсу, відбитого від місця ушкодження. Траса поширення імпульсів в пошкодженій лінії і тимчасові співвідношення показані на мал. 2.4.

Рис.2.4. Траса поширення імпульсів і тимчасові співвідношення при локаційному методі ОМП : 1 -линия; 2 - місце ушкодження; 3 - траса поширення імпульсів; 4-5 - що зондує і відбитий імпульси

Пославши в лінію імпульс, вимірюють час подвійного пробігу цього імпульсу до місця ушкодження tл. Відстань до місця ушкодження визначають по формулі

, (2.1)

де U - швидкість поширення імпульсу в лінії.

Локаційні виміри підрозділяються на автоматичні і неавтоматичні. Перші використовуються для ВЛ, включених в електричну мережу, що знаходиться під робочою напругою. При спрацьовуванні релейного захисту запускається автоматичний локаційний шукач, який фіксує шукану відстань за час, менший однієї десятої частки секунди. Якщо в результаті успішного АПВ лінія залишається в роботі, то на основі отриманого виміру можна виконати профілактичний ремонт.

Виміри в період горіння дуги КЗ - важлива умова ОМП на ВЛ. Після згасання дуги на пошкодженій ВЛ отримати необхідний відбитий імпульс при неавтоматичній локації у більшості випадків не вдається. На КЛ неавтоматична локація дуже ефективна.

Хвилевий метод грунтований на вимірі часу між моментами досягнення кінців лінії фронтами електромагнітних хвиль, що виникають в місці ушкодження.

На мал. 2.5, а показаний один дріт ліній електропередачі завдовжки L, який у момент ушкодження t = 0 заряджений до напруги U, наприклад позитивній полярності. При виникненні пробою ізоляції цього дроту на землю в деякій точці, віддаленій від кінця лінії на відстань l', напруга в цій точці стає рівною нулю. Внаслідок цього в місці ушкодження виникають електромагнітні хвилі, що поширюються в обидві сторони, напругою - U, прагнучі із швидкістю v розповсюдити нульовий потенціал по усій лінії(рис, 2.5, б).

Після закінчення часу t1= (L — l') /v фронт однієї з хвиль досягає ближнього(лівого на мал. 2.5, в) кінця лінії, а через інтервал t2 = l'/v фронт другої хвилі досягає далекого кінця. Тимчасові співвідношення показані на мал. 2.5, р. Часовий інтервал розраховується по формулі

. (2.2)

Мал. 2.5. Діаграма поширення хвиль і тимчасові співвідношення при хвилевому методі ОМП :

а - напруга на лінії перед ушкодженням; би - поширення хвиль безпосередньо після пробою; у - розташування фронтів хвиль у момент досягнення одним з них кінця лінії; г - тимчасові співвідношення

Якщо ушкодження сталося в середині лінії(l' = L/2), то фронти хвиль досягають обох кінців одночасно: t2 = t1 і Dt = = 0. При l'> L/2, t2 > t1 і Dt>0(позитивна величина). При l'< L/2, t2 <t1 і Dt<0 можна виміряти величину - Dt = t1 - t2 >0. Враховуючи, що довжина лінії L відома, можна з попереднього рівняння визначити відстань до місця ушкодження :

. (2.3)

Оскільки точність виміру інтервалу Dt складає одиниці мікросекунд, то з такою ж точністю необхідно вести синхронний відлік часу на обох кінцях лінії. При сучасному рівні техніки можлива посилка з одного(ведучого) кінця лінії на інший(ведений) хронувальних сигналів, що забезпечують прив'язку моментів відліку.

Хвилевий метод двосторонніх вимірів з попередніми хронувальними сигналами пояснюється на мал. 2.6. На обох кінцях лінії безперервно ведуть відлік часу однакові лічильники. З боку провідного кінця(ліва частина малюнка) періодично поступають хронувальні імпульси, що забезпечують синхронність ходу лічильників.

Мал. 2.6. Тимчасові співвідношення при хвилевому методі двосторонніх вимірів з попередніми хронувальними сигналами:

а - момент виникнення ушкодження; б - момент досягнення фронтом хвилі ближнього від місця ушкодження кінця лінії; у - момент досягнення фронтом хвилі далекого кінця лінії; 1 - лінія; 2 - місце ушкодження; 3 - траса хронувальних сигналів; 4 і 5 - що веде і ведений лічильники

Лічильники можуть синхронізуватися і безперервними синусоїдальними сигналами, це не вносить істотних відмінностей. Оскільки час поширення хронувальних сигналів цілком визначений, то початок відліку на веденому кінці у будь-який момент часу зрушено по відношенню до початку роботи провідного лічильника на відомий час to(мал. 2.6, а). Якщо хронувальні сигнали передаються по самій обслуговуваній лінії, то to « L/v. Хронувальні сигнали можуть передаватися по якому-небудь каналу зв'язку, наприклад радіорелейній лінії. При цьому інтервал часу tо також відомий.

Що виникають у момент КЗ електромагнітні хвилі поширюються до обох кінців лінії. У моменти досягнення фронтами хвиль кінців лінії відповідні лічильники зупиняються.

Відповідно до мал. 2.6 різниця свідчень лічильників

. (2.4)

Звідки

. (2.5)

Метод стоячих хвиль називають ще «високочастотним». Він грунтований на вимірі повного вхідного опору пошкодженої лінії в широкому діапазоні частот.

На початок лінії, що має обрив або КЗ, приєднують генератор змінної частоти(ГПЧ) і вольтметр V(мал. 2.7, а) і знімають залежність свідчень вольтметра від частоти. Характер цієї залежності показаний на мал. 2.7, ст. Зміни напруги уздовж лінії при КЗ і резонансі показані на мал. 2.7, би. У міру зміни частоти вхідний опір періодично міняється, внаслідок чого міняються свідчення вольтметра. Для будь-якого хвилевого каналу(певного підключення до дротів лінії) характер зміни вхідного опору аналогічний.

Якщо узяти для спрощення хвилевий канал лінії без втрат, замкнутий на активний опір R, то повне вхідне зіставлення z визначатиметься наступним вираженням:

Рис 2.7. Виміри методом стоячих хвиль : а - принципова схема з'єднань; би - зміна напруги уздовж лінії при резонансі; у - зміна напруги на початку лінії залежно від частоти; 1 - кабель; 2 - місце КЗ

, (2.6)

де Zв - хвилевий опір цього каналу лінії; l - довжина лінії; v - фазова швидкість поширення по цьому каналу.

Нехай R = 0, т. е. на відстані l має місце КЗ, тоді

при w /v = (2k + 1) (p/2) значення z® ¥,

при w /v = kp значення z = 0

де k = 0, 1, 2 ... - кратність відповідної резонансної частоти. Останньому випадку відповідає резонансна частота генератора

. (2.7)

Аналогічно для лінії на х. х. (розімкненою) резонансна частота:

. (2.8)

Інтервал між сусідніми резонансними частотами, що відповідають мінімальним або максимальним свідченням вольтметра, в обох випадках(обрив або КЗ) складає

, (2.9)

звідки шукана відстань до місця ушкодження

. (2.10)