Н. А. Назарбаева народу Казахстана
жүктеу/скачать 35,33 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Байланыс жолдарындағы ақаулар орнын анықтау Түйіндеме.
- Түйін сөздер.
- Determination of the site of damage in the lines Summary
- Маркосян М.В. 1 , Саядян А.С. 1 , Куралбаев З.К. 2 , Таурбекова А.А.
- ОРГАНИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА ЗЕМНОЙ КОРЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ СЕЙСМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕТЕЙ ДАТЧИКОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Аннотация
Рисунок 3 – Примеры рефлектограммы линии
445 При распространении вдоль линии импульсный сигнал затухает, то есть уменьшается по амплитуде. Затухание линии определяется ее геометрической конструкцией и выбором материалов для проводников и изоляции и является частотно-зависимым [1]. Следствием частотной зависимости является изменение зондирующих импульсов при их распространении по линии: изменяется не только амплитуда, но и форма импульса - длительности фронта и среза импульса увеличиваются («расплывание» импульса). Чем длиннее линия, тем больше «расплывание» и меньше амплитуда импульса. Это затрудняет точное определение расстояния до повреждения. Примеры рефлектограмм линий без затухания (идеальная линия) и с затуханием показаны на рисунке 4.
Для более точного измерения необходимо правильно, в соответствии с длиной и частотной характеристикой затухания линии, выбирать параметры зондирующего импульса в рефлектометре. Критерием правильного выбора является минимальное «расплывание» и максимальная амплитуда отраженного сигнала. Если при подключенной линии на рефлектограмме наблюдается только зондирующий импульс, а отраженные сигналы отсутствуют, то это свидетельствует о точном согласовании выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением линии, отсутствии повреждений и наличии на конце линии нагрузки равной волновому сопротивлению линии рисунок 5.
Рисунок 5
Вид отраженного сигнала зависит от характера повреждения или неоднородности. Например, при обрыве отраженный импульс имеет ту же полярность, что и зондирующий, а при коротком замыкании отраженный импульс меняет полярность рисунок 6.
Рисунок 6 – Изменение полярности
В идеальном случае, когда отражение от повреждения полное и затухание отсутствует, амплитуда отраженного сигнала равна амплитуде зондирующего импульса. Рассмотрим два случая эквивалентных схем повреждений, которые наиболее часто встречаются на практике: шунтирующая утечка и продольное сопротивление. Пусть место повреждения линии представляет собой шунтирующую утечку R ш рисунок 7:
446 Рисунок 7 – Место повреждения линии с шунтирующей утечкой
С изменением сопротивления утечки от нуля (соответствует короткому замыканию) до бесконечности (соответствует исправной линии), при положительном зондирующем импульсе отраженный импульс имеет отрицательную полярность и изменяется по амплитуде от максимального значения до нулевого, в соответствии с выражением:
К отр = (W
1 - W) / (W 1 + W) = - W / (W+2*R ш ) (4)
где R
ш - сопротивление шунтирующей утечки; W 1
W 1 = (W*R ш ) / (W + R ш ) (5) Так, например, при коротком замыкании (R ш = 0) получаем: К отр = -1. В этом случае сигнал отражается полностью с изменением полярности. При отсутствии шунтирующей нагрузки (R ш = бесконечности) имеем: К отр = 0. Сигнал не отражается вообще. При изменении R ш от 0 до бесконечности амплитуда отраженного сигнала уменьшается от максимального значения до нулевого, сохраняя отрицательную полярность (рисунок 8).
Рисунок 8 – Отрицательную полярность
Если эквивалентная схема места повреждения линии имеет вид включения продольного сопротивления (например, нарушение спайки или скрутки жилы) рисунок 9, то с изменением величины продольного сопротивления отраженный импульс изменяется по амплитуде, оставаясь той же полярности что и зондирующий импульс.
Рисунок 9 – Нарушение спайки или скрутки жилы
Выражение для коэффициента отражения при наличии включения продольного сопротивления будет иметь вид:
К отр = (W
1 - W) / (W 1 + W) = 1 / (1 + 2 * W / R п ) (6)
где R
п - продольное сопротивление; W 1
определяемое выражением:
W 1 = R
п + W (7)
В случае обрыва жилы (R п = бесконечности) получаем коэффициент отражения: К отр =1.
Это означает, что сигнал отражается полностью без изменения полярности.
447 При нулевом значении продольного сопротивления (R п = 0) имеем: К отр = 0. Сигнал не отражается вообще. При изменении R п от бесконечности до 0 отраженный сигнал уменьшается по амплитуде от максимального значения до нулевого, без изменения полярности (рисунок 10).
Рисунок 10 – Без изменение полярности
Виды зондирующих сигналов. В рефлектометрах для определения мест повреждения линий применяются в основном два вида зондирующих импульсов: короткий видеоимпульс и перепад напряжения. Иногда используется суперпозиция видеоимпульса и перепада напряжения, например в приборе Р5-13. Короткий видеоимпульс. Короткий видеоимпульс представляет импульс напряжения малой длительности, которая выбирается много меньше (в 10...100 раз) времени распространения импульса по линии [2]. Выбор длительности может производиться вручную или автоматически, в зависимости от диапазона измеряемых расстояний. При зондировании линии короткими видеоимпульсами наблюдаются отражения от начала и конца распределенных неоднородностей (рисунок 11), поэтому такое зондирование используется для поиска локальных повреждений и крупных сосредоточенных неоднородностей волнового сопротивления.
Рисунок 11 – Распределенных неоднородностей
Короткий зондирующий импульс обеспечивает высокую разрешающую способность, которая определяется его длительностью. Разрешающая способность - это минимальное расстояние между двумя неоднородностями волнового сопротивления при котором отраженные от них сигналы еще наблюдаются как отдельные сигналы (рисунок 12).
Рисунок 12 – Неоднородностями волнового сопротивления
448 На рисунке отраженные от двух неоднородностей импульсы еще наблюдаются раздельно. Длительность зондирующего видеоимпульса влияет на
разрешающую способность рефлектометра - чем она меньше, тем выше разрешающая способность рефлектометра. В тоже время, при уменьшении длительности зондирующих сигналов возрастает их затухание. Следует иметь в виду, что для линий с одинаковой длиной более высокая разрешающая способность может быть получена на более высокочастотной линии (рисунок 13).
Рисунок 13 – Для линий с одинаковой длиной
Перапад напряжения. Перепад напряжения - это зондирующий импульс такой длительности, которая больше чем время распространения импульса по линии. При зондировании линии таким широким импульсом («перепадом») наблюдается профиль изменения волнового сопротивления вдоль линии. Поэтому такое зондирование может использоваться не только для измерения расстояния и величины неоднородности, но и при наличии в линии следующих друг за другом нескольких протяженных неоднородностей волнового сопротивления или его плавного изменения вдоль линии. При прочих равных условиях, в частности при одинаковых длительностях фронтов зондирующих импульсов, разрешающая способность при измерении перепадом напряжения вдвое лучше, чем при измерении видеоимпульсом. Эта разрешающая способность определяется длительностью фронта «перепада». Пример рефлектограммы линии с утечкой при зондировании «перепадам» напряжения показан на рисунке 14.
Рисунок 14 – Рефлектограммы линии с утечкой при зондировании «перепадам» напряжения
Коэффициент укорочения электромагнитных волн. Зондирующие импульсы распространяются в кабельных линиях по определенным волновым каналам, определяемым режимом включения «жила – жила», «жила – оболочка» и другие варианты [2]. Импульсный сигнал распространяется в линии с определенной скоростью, которая зависит от типа диэлектрика и определяется выражением:
V=(c / g) = (c / √ε) (8) где с - скорость света; g - коэффициент укорочения электромагнитной волны в линии; ε - диэлектрическая проницаемость материала изоляции кабеля. Коэффициент укорочения показывает во сколько раз скорость распространения импульса в линии меньше скорости распространения в воздухе. В любом рефлектометре перед измерением расстояния нужно установить коэффициент укорочения. Точность измерения расстояния до места повреждения зависит от правильной установки коэффициента укорочения. Величина g является справочной только для радиочастотных кабелей, для других типов кабелей
449 не нормируется. Коэффициент укорочения можно определить импульсным рефлектометром по кабелю известной длины. Для многожильных и многопарных кабелей коэффициент укорочения, волновое сопротивление и затухание различны для каждого варианта включения, поэтому рекомендуются включения рефлектометра независимо от типа повреждения по схеме «жила - жила». При повреждении одной из жил можно использовать схему включения «поврежденная жила - неповрежденная жила». Включение рефлектометра по схеме «жила – оболочка» позволяет выявить поврежденную жилу методом сравнения. При измерениях на воздушных линиях электропередачи с горизонтальным расположением проводов рефлектометр следует подключать по схеме «средний провод - крайний провод» или «средний провод – земля». Помехи импульсной рефлектометрии и борьба с ними. По соотношению величин отражения от повреждения и напряжения помех все отражения можно разделить на простые и сложные [2]. Простое повреждение - это такое повреждение кабельной линии, при котором амплитуда отражения от места повреждения больше амплитуды помех. Сложное повреждение - это такое повреждение, для которого амплитуда отражения от места повреждения меньше или равна амплитуде помех. По источникам возникновения помехи бывают асинхронные (аддитивные) и синхронные. Асинхронные помехи не связаны с зондирующим сигналом и неоднородностями кабельной линии и вызваны наводками от соседних кабельных линий, от оборудования, транспорта и различной аппаратуры. Пример рефлектограммы кабельной линии с асинхронными помехами показан на рисунке 15.
Рисунок 15 – Рефлектограммы кабельной линии с асинхронными помехами
На рефлектограмме асинхронные помехи полностью закрывают отражение от повреждения. Это отражение практически невозможно рассмотреть на фоне помех. Эффективными методами отстройки от асинхронных помех являются аналоговая фильтрацияи цифровое накопление сигнала. Аналоговая фильтрация применялась в основном в аналоговых рефлектометрах, таких как Р5- 10 и Р5-13. Сущность цифрового накопления заключается в том, что одну и туже рефлектограмму считывают несколько раз и вычисляют среднее значение. В связи с тем, что асинхронные помехи носят случайный характер, после цифрового накопления их уровень значительно снижается. Пример предыдущей рефлектограммы линии, «очищенной» в результате цифрового накопления рефлектометром РЕЙС-105Р (РЕЙС-105М, РЕЙС-105М1), приведен на рисунке 16.
Рисунок 16 – Цифровая накопления рефлектометром РЕЙС-105Р
450 На этой рефлектограмме можно легко выделить сигнал, отраженный от места утечки. Синхронные помехи связаны с зондирующим сигналом и являются отражениями зондирующего сигнала от неоднородностей волнового сопротивления линии (отражения от кабельных муфт, ответвлений, кабельных вставок, неоднородностей кабельных линий технологического характера и др.) [2]. Основная масса кабельных линий (кроме кабелей связи) не предназначены для передачи коротких импульсных сигналов, используемых при методе импульсной рефлектометрии. Поэтому этим кабельным линиям присуще большое количество синхронных помех.Пример рефлектограммы кабельной линии с синхронными помехами показан на рисунке 17.
Рисунок 17 – Рефлектограммы кабельной линии с синхронными помехами
Синхронные помехи можно существенно уменьшить посредством сравнения или дифференциального анализа. При сравнении накладывают рефлектограммы двух линий (неповрежденной и поврежденной), проложенных по одной трассе.
Рисунок 18 – Рефлектограммы двух линий
Наложение двух рефлектограмм позволяет быстро обнаружить начальную точку их различия, по которой и определяют расстояние L до повреждения. При дифференциальном анализе рефлектограммы поврежденной и неповрежденной линий вычитают, как показано на рисунке 19.
Рисунок 19 – Дифференциальный анализ рефлектограммы поврежденной и неповрежденной линий
451 Из рисунка видно, что при вычитании все синхронные помехи компенсируются. По разностной рефлектограмме легко обнаружить отражение от места повреждения и определить расстояние L до него. Наилучшие результатов от сравнения и вычитания удается получить при использовании в качестве исправной линии жилы или кабельной пары того же кабеля. При измерении кабельной линии методом импульсной рефлектометрии асинхронные и синхронные помехи присутствуют на рефлектограмме одновременно. Асинхронные помехи (кроме помех импульсного характера), как правило, имеют одинаковые величины, независимо от того, с какого конца кабельной линии ведется измерение рефлектометром. Синхронные помехи при измерении с разных концов кабеля имеют различную величину, в зависимости от многих факторов: длины кабельной линии, затухания импульсных сигналов, удаленности места повреждения и мест неоднородностей волнового сопротивления кабельной линии, точности согласования выходного сопротивления импульсного рефлектометра с волновым сопротивлением линии и других факторов. Поэтому отраженный сигнал от одной и той же неоднородности может иметь различные величины при измерении с разных концов линии. Если хотя бы предположительно известно, к какому концу кабельной линии ближе может быть расположено место повреждения, то для измерений нужно выбирать именно этот конец кабельной линии.
В других случаях желательно проводить измерения последовательно с двух концов кабельной линии.
Следует учитывать, что даже такие повреждения как «короткое замыкание» и «обрыв», дающие максимальные отражения зондирующего сигнала, не всегда можно легко обнаружить на фоне помех. Например при большом затухании и больших неоднородностях волнового сопротивления линии амплитуда отражения от удаленного повреждений типа «короткое замыкание2 или «обрыв» зачастую бывает меньше, чем отражения от близко расположенных неоднородностей волнового сопротивления. Поэтому такие повреждения являются сложным для обнаружения. Рефлектограмма кабельной линии со сложным повреждением показана на рисунке 20.
Рисунок 20 – Рефлектограмма кабельной линии со сложным повреждением
ЛИТЕРАТУРА 1. Аксенов Ю.П., Ляпин А.Г., Певчев Б.Г. Применение рефлектометрии для диагностики кабелей // Электрические станции. – 1997. – № 4. 2. Аксенов Ю.П., Ляпин А.Г., Певчев Б.Г. и др. Определение характеристик неоднородностей в кабельных линиях методом рефлектометрии //. Электрические станции. – 1997. – № 7.
REFERENCES 1. Akcenov U.P., Liapin A.G., Pevsev B.G. Primenenie reflektometrii dlia diagnostiki kabelei // Elektriseckie ctansii. – 1997. – № 4. 2. Akcenov U.P., Liapin A.G., Pevsev B.G. I dr. Opredelenie xarakteristik neodnorodnoctei v kabelnix liniax metodom reflektometrii // Elektriseckie ctansii. – 1997. – № 7.
Куттыбаева А Байланыс жолдарындағы ақаулар орнын анықтау Түйіндеме. Трассалық әдіспен жүргізілетін байланыс жолдары мен электротарату жолдарындағы ақауларды дәл анықтау үшін алдын-ала оны импульстік рефлектометрия әдісімен тексеріп алу керек. Импульсты рефлектометрия әдісі ақау болған аймақтарды (өлшеу қателіктері шектерінде) табуға және аздаған трасса учаскелерінде жеке трассалық әдістерді қолдануға мүмкіндік береді. Ол ақау орнын дәл анықтау уақытын қысқартады.
452 Электротарату және байланыс кабельдік жолдарындағы негізгі ақаулар мыналар: қысқа тұйықталу және үзілулер, сымдар мен сым мен экран (бронь) арасындағы ағымдардың пайда болуы, ұзартылған кедергі өсіру. Түйін сөздер. Импульсты рефлектометр, зондирлеу, импульс, шағылысу, бөгеуіл, сигнал, қысқа тұйықталу, полярлылық, муфта, қайта шағылысу, асинхронды, синхронды
Kuttybaeva A.E. Determination of the site of damage in the lines Summary. The exact breakdown in communication and transmission lines, which is trás-financial methods should be preceded by a preliminary localization using pulsed reflectometry. Method pulse reflectometry allows to determine the damage zone (within measurement error), and use separate route discovery methods only on small sections of the route, which can significantly reduce the time to determine the exact location of the defect. The main types of faults in the cable or transmission line are: short co-Chania and cliffs, the occurrence of leakage between conductors or between a housing and a screen (armour), an increase of prodol-resistivity.
couplings, reflections, asynchronous, synchronous
Маркосян М.В. 1 , Саядян А.С. 1 , Куралбаев З.К. 2 , Таурбекова А.А. 2 1 Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева, г.Алматы, Республика Казахстан, 2 Ереванский Научно Исследовательский Институт Средств Связи, г.Ереван, Республика Армения ainura_071@mail.ru
наблюдения за сейсмическими явлениями использованием сетей датчиков. Приводится предложенный механизм опросного способа организации сбора данных.
данных, сейсмическое состояние
В настоящее время широкое применение получают сети датчиков (Sensornetworks), для организации мониторинга различных событий [1], в частности, в крупных распределенных системах, территорий и т.п. Здесь, наряду с традиционными задачами свойственных компьютерным сетям, возникают задачи связанные с рациональной организацией маршрутизации, позволяющей минимизировать энергозатраты на узлах, при необходимости динамически изменять структуру сети - этим повышая ее жизнеспособность. Как правило, датчики совмещаются с радиопередающими устройствами – радиомодемами имеющими свое питание (аккумуляторные батареи). Таким образом, данное питание используется и для радиомодема и для датчика. В зависимости от применения аккумуляторные батареи могут быть одноразовыми или заряжаемыми. Выбираемая и/или требуемая их мощность зависит от потребляемой радиомодемом и датчиком энергии. Как правило радиомодемы используют стандартные решения опираясь на стандартные протоколы WiFi или ZigBee [ 1,2]. Если в местах установки датчиков с устройствами передачи данных имеется возможность получения питания от сети или от установленной системы восстанавливаемой энергии (солнечные батареи и т.п.), то вопросы связанные с рациональной организацией маршрутизации решается относительно легко [2,3]. Рассмотрим некоторые возможные типы используемых датчиков, принципы их использования и в этой связи построение сетей передачи полученных от них данных. Используемые типы датчиков зависят от выбранной методики оценки сейсмического состояния региона. Проведем один вариант классификации датчиков. Это датчики: - радонаизмеряющие; - гидродинамические (измерение уровня жидкости в скважинах на большой глубине);
453 - магнитные (ГПМ); - электроизмерительные (ННТ-ВП); - сейсмологические – дальномерные; - и другие. Так, например, с помощью оценки изменения уровня жидкости в глубинных скважинах оценивается сейсмическая активность региона[3]. Для этих целей используются датчики уровня жидкости, которые устанавливаются на специальных поплавках, на больших глубинах. В этом случае радиомодемы устанавливаются вне скважин или отверстий и соединяются с датчиками проводными линиями. Датчики в свою очередь получают энергию по тем же проводам. Радонаизмеряющие датчики могут быть в составе аппаратуры передачи данных. Их питание, в зависимости от местности, может быть аккумуляторное или стационарное. Задачи, возникающие при организации мониторинга, в основном, зависят от количества этих датчиков, их распределенности и частоты регистрации данных. Таким образом, по различным направлениям передачи данных могут создаваться трудности по многоканальному параллельному приему, тогда как по другим направлениям каналы будут простаивать. Исходя из вышесказанного, ставится задача организации динамической маршрутизации, целевой функцией которого является равномерное распределение каналов передачи данных. Другой важной задачей является выбор каналов связи и методов организации передачи данных. На выбор каналов связи влияет место расположения датчиков. Если они расположены вблизи населенных пунктов, где доступны различные средства связи, где относительно легко решается проблема «последней мили» (оптоволоконные и/или проводные центры распределения каналов, доступ к WiFi сетям, 3Gи т.п.), то рекомендуется использовать известные модемы, обеспечивающие доступ к интернету. При отсутствии сетей WiFi рекомендуется использовать GPRSили 3G модемы, сети которых относительно хорошо развиты и покрывают большие территории. Сейсмические скважины, как правила, располагаются вне населенных пунктов и зачастую находятся вне зоны действия тех или иных сетей связи. В этих случаях соответствующие службы пользуются радиомодемами на выделенных частотах и построенными на их базе радиолиний. Возможны также использование спутниковых каналов связи. Данный вид связи рекомендуется использовать, если датчики находятся вне зоны действия тех или иных сетей, или же трафик обмена данными настолько низок, что экономически обосновывает его использование. Организация передачи данных усложняется тем, что центр мониторинга должен получать также информацию о состоянии датчиков. Данную работу предлагается организовать опросным способом исходя из следующих соображений: 1. Передача информации, о состоянии пункта совместно с полезными данными без синхронизации с информацией от других пунктов проблематична; 2. Согласно определенным временным интервалам. В этом случае аппаратура данной точки будет загружать каналы связи, потреблять дополнительную энергию; Как правило, сейсмическая информация инерционно, и опросный способ дает возможность без больших загрузок каналов связи получать интересующие данные от соответствующих датчиков. Здесь относительно легко решаются вопросы, связанные с организацией маршрутизацией потоков данных, т.к. центральный узел задает возможный маршрут. Аппаратура всех датчиков находятся в приемном режиме, что является экономной и только при получении запроса передают накопленную информацию. Таким образом, мы имеем иерархическую структуру. Так как сейсмическая служба, как правило, подчиняется соответствующему республиканскому министерству или управлению по чрезвычайным событиям, а последние имеют структуру в соответствии с территориальным разделением, то и данные мониторинга собираются в соответствии с управленческой структуры. В этом случае иерархия имеет два уровня. На практике, в зависимости от распределенности первичных датчиков, предлагается построить узловые центры обработки данных, которые будут объединять определенное количество датчиков. В зависимости от преследуемых целей возможно сосредоточение нескольких разных датчиков в одном узле. В этом случае в данном узле должен присутствовать соответствующий контроллер организующий сбор информации и передачу данных в центр обработки. Предложенное решение, представлена на рисунке 1.
|