Способ определения параметров нелинейных несимметричных заземленных цепей

 

Использование: техника связи. Сущность изобретения: поставленная цель - повышение точности определения параметров нелинейных несимметричных целей, достигается за счет учета нелинейности параметров подземного сооружения и изменения удельного сопротивления земли. Для этого измеряют ток и потенциал в точке подключения генератора сигналов к измеряемой цепи кабеля на разных расстояниях и на основании полученных данных определяют переходное сопротивление, удельное сопротивление земли, отношение /зависимость/ одного от другого, коэффициент распространения электромагнитной ванны в земле, коэффициент связи, коэффициент распространения нелинейной несимметричной заземленной цепи и значение волнового сопротивления этой же цели. Все эти полученные данные характеризуют параметры нелинейных несимметричных заземленных цепей. 3 ил.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для измерения параметров несимметричных цепей металлических оболочек кабелей, грозозащитных тросов.

Обычно параметры грозозащитных тросов, проложенных в земле, оболочек кабелей связи, заземленных по длине, определяют косвенными методами (см. М. И. Михайлов, Л. Д. Разумов, С. А. Соколов. Электромагнитные влияния на сооружения связи. М. : Связь, 1979, с. 247-254).

Возможно также применение метода холостого хода и короткого замыкания (см. Н. Н. Соловьев. Измерительная техника в проводной связи 4. IV. Измерения параметров линий, каналов и трактов. М. : Связь, 1974).

Однако эти способы имеют малую точность; никак не связаны с изменением удельного сопротивления земли, не учитывают нелинейность цепей.

В авт. св. N 959283, кл. H 04 B 3/46, 1981, известен способ измерения модуля коэффициента распространения цепи металлические покровы кабеля-земля, по которому при бесконтактном способе измерений за счет перемещения по трассе кабеля получают затухание сигнала на расстоянии l от начала измерений (см. фиг. 1). Отмеченное расстояние от точки подключения генератора 2 через трансформаторный блок 1 и между первым индикатором сигналов 3 и вторым индикатором сигналов 4 и разность А уровней сигналов дает значение модуля коэффициента распространения цепи металлические покровы кабеля связи-земля, который определяется выражением = A/l , где A = A₁ - A₂ A₁ - уровень сигнала первого индикатора сигналов 3; A₂ - уровень сигнала второго индикатора сигналов 4; l - расстояние между точками приема сигналов индикатора 3 и 4 по трассе кабеля.

В устройстве для реализации данного способа содержится два усилителя преобразователя 11 и 12, блок вычисления разности фаз 13, вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока совпадения 9 и входом решающего блока 10, дополнительные входы которого соединены с выходами первого 3 и второго 4 индикаторов сигналов, к входам которых подключены выходы соответствующих усилителей-преобразователей 11 и 12, входы которых соединены соответственно с выходами первого 5 и второго 6 перестраиваемых фильтров, входы которых соединены соответственно с первым 8 и вторым 7 выходами блоков регулирования.

Над точкой подключения к кабелю генератора сигналов 2 через трансформаторный блок 1 включается чувствительный индикатор сигналов 4, соединенный с перестраиваемым фильтром 5 через усилитель - преобразователь 12 и с блоком 13; перемещая устройство по трассе кабеля, получают затухание сигнала на расстоянии l. Расстояние l от точки подключения сигнала между индикатором 4 к индикатору 3 и разность уровней сигналов A дает значение модуля коэффициента распространения цепи металлические покровы кабеля-земля, который определяется выражением (γ)= A/l , а фазовый угол определяется разностью фаз на блоке 13, полученной с выхода индикатора 4 сигналов и индикатора 3 сигналов через блок совпадения 9 ϕ= (ϕ₁-ϕ₂) l , где ϕ₁ - угол индикатора сигналов 4 на блоке 13; ϕ ₂- угол индикатора сигналов 3 на блоке 13.

На решающем блоке 10 в результате имеем e^jϕ , однако этот способ не позволяет учитывать нелинейность параметров подземного сооружения и изменение удельного сопротивления земли.

Целью предлагаемого способа является повышение точности определения параметров нелинейных несимметричных заземленных цепей с учетом нелинейности и изменений удельного сопротивления земли.

Поставленная цель достигается тем, что при способе определения параметров нелинейных несимметричных заземленных цепей, заключающемся в бесконтактном определении входных сопротивлений при слабых полях протяженных кабельных цепей и определении коэффициентов экранирования образцов кабелей при различных напряженностях воздействующего поля, одновременно измеряет удельное сопротивление земли и переходное сопротивление заземленной цепи, по результатам которых определяют отношение Р₁ = R_пер./ρ , где R_пер - переходное сопротивление заземленной цепи, а ρ - удельное сопротивление земли. По измеренному коэффициенту экранирования заземленных цепей определяют зависимость полного сопротивления заземленной нелинейной цепи от напряженности поля и частоты и коэффициент связи К_з на требуемой частоте по выражению К_з = , где Z_мп - модуль полного сопротивления заземленной цепи; ω= 2π f - угловая частота μ_o = 4π˙ 10^-7 Гн/м.

Затем определяют модуль коэффициента распространения заземленной нелинейной цепи из результатов измерения переходного сопротивления, удельного сопротивления земли и коэффициента связи по выражению = К_з/Р₁, где - модуль коэффициента распространения заземленной цепи; γ₃= - коэффициент распространения земляной волны, а модуль волнового сопротивления заземленной цепи определяют из полученного значения модуля коэффициента распространения заземленной цепи и переходного сопротивления ˙R_пер= Z , при этом фазовый угол коэффициента распространения заземленной цепи определяют по результатам измерений коэффициента экранирования заземленной цепи ϕ_Z и фазового угла предварительно измеренного переходного сопротивления ϕ_R:
ϕ_γ= ϕ_Z-ϕ_R/Z , а фазовый угол волнового сопротивления определяют как разность фазовых углов коэффициента распространения заземленной цепи и переходного сопротивления заземленной цепи.

Проведенный анализ существенных отличий по научно-технической и патентной литературе показал, что совокупность всех признаков формулы изобретения, а именно - определение параметров нелинейных несимметричных заземленных цепей, которая обеспечивает достижение поставленной цепи, автором не обнаружена, что позволяет сделать вывод, что данное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 2 и 3 представлены принципиальные схемы для реализации предложенного способа.

Схема содержит (см. фиг. 2, а) измеряемый кабель связи 1, подсоединенный в одной точке 7 к кабелю через генератор 2, электрод 4 на расстоянии 2а и через индикатор 3 электрод 5 на расстоянии а.

На фиг. 2б (не меняя положение схемы генератора 2 и электрода 4, а также местоположение электрода 5) индикатор 3 включен между электродами 5 и 6, расположенными на одной линии с двух сторон от кабеля связи на одинаковом расстоянии от кабеля а во всех схемах, во всех схемах все электроды расположены на линии, перпендикулярной кабелю 1 и присоединены к кабелю в одной точке 7.

Схема на фиг. 3 содержит металлические покровы измеряемого кабеля 1, пучок жил этого кабеля 2, переключатель 3, измерительный провод 4, токовый провод 5, питающий трансформатор 6.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Сначала измеряют переходное сопротивление R_пер = R_из1 и удельное сопротивление земли
ρ = 3 π аR_из1, где R_из1 = U₃/I₂ ;
U₃ - показания индикатора между точками 5 и 7;
I₂ - показания генератора между точками 4 и 7;
R_из2 = U₃/I₂ , где U₃ - показание индикатора между точками 5 и 6;
I₂ - показание генератора между точками 4 и 7.

На основании этих измерений определяют R₁= R_пер/ρ= R_из1/3ΠaR_из2 , измеряют Z_мпв зависимости от I_об и частоты
U_об = I_об (R_об + jω L_внутр + jω M) , где R - активное сопротивление металлических покровов;
L_внутр - внутренняя индуктивность цепи оболочка-земля.

На основании измерений по схеме 3 определяют зависимость полного сопротивления металлических покровов от напряженности поля и частоты, определяя на требуемой частоте коэффициент связи К_з = .

В результате измерений по схемам 2, 2а и 3 определяем коэффициент распространения цепи металлический покров-земля по модулю
= K.

На основании определения модуля коэффициента распространения и модуля переходного сопротивления находим модуль волнового сопротивления
Z_в = ˙ R.

Фазовый угол коэффициента распространения определяют на основании измерений образцов кабелей связи ϕ_Z и фазового угла переходного сопротивления ϕ_R
ϕ_γ= (ϕ_Z-ϕ_R)/2 .

Фазовый угол волнового сопротивления определяется в виде разницы фазовых углов коэффициента распространения и переходного сопротивления.

Результаты измерений для кабеля МКСБ 7 х 4 х 1,2 приведены в таблице.

R_об = 1,65 Ом/км - сопротивление металлических покровов постоянному току кабеля МКСБ 7 х 4 х 1,2.

Полученные в таблице значения первичных параметров R и L металлических покровов кабеля МКСБ 7 х 4 х 1,2 полностью соответствуют расчетными значениями.

Техническое преимущество предложенного способа по сравнению с известным заключается в одновременном измерении удельного сопротивления земли и переходного сопротивления заземленной цепи.

Предложенный способ по сравнению с известными позволяет повысить точность измерений параметров нелинейных несимметричных заземленных цепей на действующих линиях связи в требуемом диапазоне частоты. (56) Авторское свидетельство СССР N 959283, кл. H 04 B 3/46, 1981.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕЛИНЕЙНЫХ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ЗАЗЕМЛЕННЫХ ЦЕПЕЙ, заключающийся в том, что измеряют ток и потенциал в точке подключения генератора сигналов к измеряемой цепи кабеля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения параметров нелинейных несимметричных цепей, ток измеряют между точкой подключения генератора сигналов к измеряемой цепи кабеля и первым электродом, расположенным на одной линии с точкой подключения генератора сигналов к измеряемой цепи кабеля на расстоянии 2a от нее перпендикулярно кабелю, а потенциал измеряют между точкой подключения генератора сигналов к измеряемой цепи кабеля и вторым электродом, расположенным на одной линии с первым электродом на расстоянии a от точки подключения генератора сигналов к измеряемой цепи кабеля, затем определяют переходное сопротивление по формуле
R_пер = U / I,
где U - разность потенциалов между точкой подключения генератора сигналов к измеряемой цепи кабеля и вторым электродом;
I - ток в цепи первый электрод - точка подключения генератора сигналов к измеряемой цепи кабеля,
измеряют разность потенциалов между вторым и третьим электродами, расположенными на одной линии с первым электродом, причем третий электрод расположен на расстоянии a от точки подключения генератора сигналов к измеряемой цепи кабеля, но с противоположной стороны от нее относительно первого и второго электродов, определяют удельное сопротивление земли по формуле
ρ = 3Πa
где U₁ - разность потенциалов между вторым и третьим электродами,
коэффициент P₁ по формуле
P₁=
и коэффициент распространения электромагнитной волны в земле по формуле
γ₃=
где ω = 2πf ;
f - частота генератора сигналов;
μ_o = 4π10^-7Гн / м ,
на образце данного кабеля как на элементе нелинейной несимметричной заземленной цепи измеряют n значений тока и соответствующих им n значений разности потенциалов между концами образца кабеля и n значений разности потенциалов между нелинейной несимметричной заземленной цепью и изолированными жилами на первом конце кабеля при соединении изолированных жил с нелинейной несимметричной заземленной цепью на втором конце кабеля, в зависимости от полученных значений определяют коэффициент K_з по формуле
K₃=
где Z_мп - полное сопротивление нелинейной несимметричной заземленной цепи,
далее вычисляют n значений коэффициента распространения нелинейной несимметричной заземленной цепи по формуле
γ_мп = γ₃˙K₃ / P₁
и n значений волнового сопротивления этой же цепи по формуле
Z_B = γ_мп˙R_пеp.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4