Технические аспекты определения норм

5.3. Технические аспекты определения норм

5.3.1. Основной подход

Основное требование - получить требуемое отношение сигнал/помеха на входе приемника для удовлетворительного приема радиовещательных сигналов. При введении регламентирующих норм к компетенции соответствующих органов относится определение минимальной напряженности поля сигнала, который необходимо защищать, и отношения сигнал/помеха, которые обеспечат удовлетворительный прием радиовещательных сигналов. В этом подразделе представлена информация по допустимым отношениям сигнал/помеха, приведена информация по минимальным уровням сигнала, которые должны быть защищены, показано, как можно сопоставить уровень защищаемого сигнала и требуемое отношение сигнал/помеха с уровнем помех на базисном расстоянии (20 м) от ближайшего провода ЛЭП с тем, чтобы определить защитное расстояние. Защитное расстояние - минимальное расстояние от ЛЭП, необходимое для того, чтобы защитить минимальный радиовещательный сигнал в течение определенного времени. Например, если выбран 80 %-ный уровень в качестве основы для оценки радиопомех, тогда защитным расстоянием должно быть минимальное расстояние от ЛЭП, на котором минимальный защищаемый сигнал может приниматься 80 % времени с приемлемым отношением сигнал/помеха. Если средний уровень помех при хорошей погоде является основным для установления норм, то защитное расстояние должно быть минимальным расстоянием от ЛЭП, на котором минимальный уровень защищаемого сигнала может приниматься в течение 50 % времени при хорошей погоде с приемлемым отношением сигнал/помеха. Подобные выводы применимы и для других вероятностей, которые берутся по кривой распределения помех для всех погодных условий и для каких-либо одних погодных условий.

Следует учитывать тот факт, что в большинстве мест уровень сигнала будет выше минимального и иногда можно использовать преимущества направленности некоторых типов приемных антенн для улучшения отношения сигнал/помеха. Могут быть случаи, когда расстояние между ЛЭП или высоковольтным оборудованием и местом приема будет меньше, чем защитное расстояние. Статистически эти факторы часто имеют тенденцию уравновешивать друг друга и таким образом позволяют обеспечить удовлетворительный прием сигналов даже в зонах, расположенных внутри защитного расстояния. Приемные устройства, находящиеся в этих зонах и подвергающиеся воздействию помех, могут, например, подключаться к удаленным антеннам или к кабельным системам.

5.3.2. Сфера действия

5.3.2.1. Нормы на радиопомехи применимы к энергетическим системам в целом, а не к отдельным элементам (трансформаторы, изоляторы и т.д.).

Нормы устанавливают на все линии переменного тока и подстанции с рабочим напряжением от 1 до 800 кВ^*. В настоящее время недостаточно информации для того, чтобы привести примеры установления норм для линии постоянного тока, хотя основные принципы могут быть теми же. Этот вопрос находится в стадии рассмотрения.

^* В отечественной нормативно-технической документации нормы устанавливают для ЛЭП напряжением до 1150 кВ.

Нормы на помехи основываются на законах поперечного затухания применимых к типичным ЛЭП, и на соответствующих измерительных методах СИСПР и приборах описанных в разд. 1. В настоящее время нет достаточно данных по затуханию помех от подстанций. Однако для простоты можно пользоваться теми же законами затухания, что и для ЛЭП; базисное расстояние (20 м) отсчитывается от внешней границы предохранительного ограждения подстанции^*. Во внимание принимаются только постоянные помехи от подстанций. Кратковременная помеха переходного процесса, вызванная нарушением (разрывом) схемы энергоснабжения, не учитывается.

^* В отечественной нормативно-технической документации расстояние зависит от напряжения подстанции.

5.3.2.2. Для того, чтобы обеспечить защиту «приемлемых» уровней сигналов систем вещания, рассматривают частотный диапазон 0,15 - 300 МГц, особое внимание уделяется диапазонам AM радиовещания (0,15 - 1,7 МГц), а также диапазонам телевещания и ЧМ радиовещания в метровом диапазоне волн (47 - 230 МГц). ЛЭП обычно создают незначительные помехи радиовещательному приему на частотах выше 300 МГц и имеется лишь ограниченная информация по уровням помех на этих частотах, поэтому диапазоны выше 300 МГц в настоящее время не рассматриваются.

Понятие «приемлемые уровни сигналов» может меняться в зависимости от типа системы вещания и части земного шара. Международный союз электросвязи (МСЭ) делит земной шар на три региона (1, 2 и 3). Регионы 1 и 3 подразделяются на три зоны (А, В и С) по климатическим условиям^**. В каждом регионе и каждой зоне установлены определенные уровни мощности передатчиков, минимальные уровни защищаемого сигнала и требуемые защитные отношения для каналов одинаковой частоты и для соседних каналов и т.д.

^** Территория Российской Федерации отнесена к региону 1, зона А.

Уровни защищаемых радиосигналов в низкочастотном (0,15 МГц - 0,28 МГц) и среднечастотном (0,5 МГц - 1,7 МГц) радиовещательных диапазонах регламентирует МСЭ. Применяемые на практике минимальные уровни защищаемых сигналов, а также защитные отношения часто отличаются от рекомендаций МСЭ. В Северной Америке, например, диапазон от 0,5 до 1,7 МГц регламентируется Северо-Американским Региональным Соглашением по Радиовещанию (САРСР). Некоторые отличия в параметрах являются результатом различий в идеологии радиовещания, например, в Европе принято использовать небольшое число всенаправленных радиопередатчиков высокой мощности, чтобы покрыть всю страну. В Северной Америке имеется множество частных станций, часто с остронаправленными антеннами, направляющими сигнал в определенный город или регион страны. Мощность радиопередатчика обычно ограничена 50 кВт и защищаемые уровни принимаемого сигнала ниже, чем в Европе.

Примечание. Значения верхних и нижних границ различных частотных диапазонов, используемых для радиовещания, являются ориентировочными. Точные величины меняются в зависимости от региона и подвергаются периодическому пересмотру.

5.3.3. Минимальные уровни защищаемого радиовещательного сигнала

Отдельные национальные организации должны определять минимальные уровни защищаемого сигнала от воздействия помех от ЛЭП применительно к соответствующим погодным условиям. Для низкочастотного и среднечастотного диапазонов МСЭ рекомендует минимальные значения напряженности поля, необходимые для превышения естественных помех (атмосферные помехи, космические помехи и т.д.). Для планирования радиовещания МСЭ рекомендовал в качестве информационных данных номинальные уровни полезного сигнала. В приложении 3 приведены рекомендуемые значения для минимальной и номинальной реализуемой напряженности поля полезного сигнала.

Уровни естественных помех меняются в зависимости от времени и географического положения, поэтому полезный сигнал с уровнем ниже рекомендуемого значения в одно время принимают как удовлетворительный, в другое - как неудовлетворительный, независимо от помех, создаваемых ЛЭП или другими индустриальными источниками.

В диапазонах очень высоких частот (30 - 300 МГц) Международный Консультативный Комитет по радиосвязи (МККР) рекомендует минимальные уровни сигнала (для региона 1), приведенные в табл. 2.

Таблица 2

Источник: РД 50-725-93: Методические указания. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от воздушных линий электропередачи и высоковольтного оборудования. Методы измерения и процедура установления норм

Смотри также родственные термины:

5.7. Технические аспекты определения норм для оборудования линий и подстанций

Принцип установления норм на напряжение радиопомех для линейных изоляторов и защитной арматуры, а также для силового оборудования и защитной арматуры подстанций в диапазоне низких и средних частот должен состоять в том, чтобы их значения в суммарном уровне помех от ЛЭП были незначительными. Принцип применим к ЛЭП переменного тока, у которых провода работают при поверхностном градиенте 17 - 20 кВ/см и более, предполагает координацию между помехой, создаваемой изоляторами и защитной арматурой, и помехой, создаваемой коронным разрядом на проводах линии. Для линий переменного тока с более низким поверхностным градиентом напряжение помехи, создаваемой линейным оборудованием, должно быть таким же низким, как и напряжение помехи, создаваемой оборудованием, используемым на линиях с поверхностным градиентом около 17 кВ/см.

Принцип применим к линиям постоянного тока, но никаких цифр, характеризующих градиент, не приводится, так как не установлено соотношение между помехами, создаваемыми коронным разрядом на проводах, и помехами, создаваемыми изоляторами и защитной арматурой.

Корреляционные соотношения между напряжением радиопомех и соответствующей напряженностью поля радиопомех не применимы к частотам выше нескольких мегагерц. Это означает, что в настоящее время не может быть предложен принцип установки норм для частот, лежащих выше диапазона средних волн.

Поле радиопомех вблизи подстанции, создаваемое источниками помех, расположенными внутри подстанции, может представлять собой совокупность поля непосредственного излучения и поля помех распространения по проводам, которое создается токами проникновения в провода ЛЭП, отходящих от подстанции. В настоящее время нет достаточного объема данных по излучаемой составляющей помехи, поэтому будут рассматриваться только помехи токов проникновения. В этом случае определяется координация между токами помех проникновения и токами, создаваемыми коронными разрядами на проводах линии.

5.7.1. Токи помех, создаваемые элементами линии и линейной арматурой

Для оценки влияния изоляторов и проводов на поле помех достаточно сравнить ток, создаваемый гирляндой изоляторов, с током I_L, создаваемым пролетом провода одной фазы линии. Если ток, создаваемый гирляндой изоляторов, меньше I_L, то его значение в суммарном поле помехи от линии мало; если он равен I_L, то уровень помехи из-за влияния изоляторов повысится примерно на 3 дБ; если он больше I_L, то поле помехи от линии будет, в основном, определяться помехами, создаваемыми изоляторами.

Если норма на ток изоляторов установлена равной I_L/3, т.е. на 10 дБ меньше значения тока I_L, то суммарное поле помехи увеличивается примерно на 0,5 дБ. Это увеличение настолько мало, что на практике оно не заметно.

Кроме гирлянд изоляторов следует рассмотреть другие элементы и линейную арматуру (распорки, гасители вибраций и предупредительные сигнальные устройства для самолетов). Если на пролет приходится N единиц любого элемента линейной арматуры, то уровень радиопомех на один элемент должен быть не более  от уровня помех, создаваемых гирляндой изоляторов.

Суммарный ток радиопомех (на один пролет) от всех элементов линейной арматуры определяется суммой квадратов значений токов от каждого элемента.

5.7.2. Ток помех, создаваемых оборудованием подстанции

Оборудование подстанций рассматривается как генератор тока радиопомех. Проблема состоит в изучении распространения тока помех по линии, т.е. затухания и искажения электромагнитного поля, связанного с этим током. Для этого используется модальный анализ.

Обычно с подстанцией связаны более одной ЛЭП. Для определения тока помех, вносимого в одну из ЛЭП, необходимо знать не только импеданс всех отходящих линий, но и импеданс оборудования подстанции, состоящего из шин, выключателей, разъединителей, трансформаторов, конденсаторов, других элементов, являющихся источниками тока помех. В этом случае можно рассчитать ток помех, вносимый в ЛЭП.

В худшем случае можно предположить, что импеданс оборудования подстанции равен бесконечно большой величине. Тогда при N единиц оборудования, каждая из которых создает ток помехи I₀ при n отходящих ЛЭП, ток помех, проникающих в линию, вычисляют по формуле

                                                                           (12)

Отсюда ясно, что самой неблагоприятной является подстанция, имеющая одну ЛЭП. Если ток, рассчитанный таким методом, равен значению тока, создаваемого коронным разрядом на проводах линии, то увеличение поля радиопомех в первом пролете от подстанции составит приблизительно 3 дБ; но уже на расстоянии 1 или 2 км дополнительный ток помех, а, следовательно, и увеличение поля, становятся незначительными.

5.7.3. Практический метод установления норм в низкочастотном и среднечастотном диапазонах

5.7.3.1. Элементы линии и линейная аппаратура

Начиная с функции возбуждения и матрицы линейных емкостей вычисляют ток помех, проникающий на единицу длины фазного провода. Суммарный ток I, создаваемый пролетом длиной L, вычисляют по формуле

                                                                            (13)

где I - ток, создаваемый гирляндой изоляторов, А.

При сравнении тока, создаваемого гирляндой изоляторов, с суммарным, током h, рекомендуется добавлять запас в 10 дБ, чтобы гарантировать незначительность увеличения суммарного уровня поля помехи. Значение тока помехи, создаваемой изоляторами, должно быть максимальным при обычных погодных условиях вдоль трассы ЛЭП.

Ток (I) в дБ (мкА) от одной гирлянды изоляторов не должен превышать значения, вычисляемого по формуле

I = Е - 27 - K₁,                                                                      (14)

где Е - допустимая напряженность поля радиопомех при заданных погодных условиях (на расстоянии 20 м от ближайшего провода линии), дБ (мкВ/м);

K₁ - разность между уровнем помехи, создаваемой коронным разрядом на проводах при заданных погодных условиях и уровнем этой помехи при погодных условиях с максимальным уровнем помех, создаваемых изоляторами, дБ.

В формуле учтен запас в 10 дБ.

5.7.3.2. Силовое оборудование и линейная арматура подстанций

Общий ток помех I' в дБ (мкА), проникающий в линию от подстанции, не должен превышать значения, вычисленного по формуле

I' = E - 12 - K₂,                                                                     (15)

где Е - допустимая напряженность поля радиопомех при заданных погодных условиях (на расстоянии 20 м от ближайшего провода линии), дБ (мкВ/м);

K₂ - разность между уровнем помехи, создаваемой коронным разрядом на проводах при заданных погодных условиях, и уровнем этой помехи при погодных условиях с максимальным уровнем помех, создаваемых подстанцией, дБ.

Формула получена для высоты провода, равной 15 м и глубины проникновения в землю P_g = 7 м. В этой формуле запас в 10 дБ не предусмотрен.

В месте соединения ЛЭП и шин подстанции обычно имеет место рассогласование импедансов, что может привести к появлению стоячих волн радиопомех на первых километрах линии, результатом чего является изменение уровня помех на ±6 дБ вблизи подстанции. Это обстоятельство не учтено в формулах.

Примечания:

1. Нормы выведены на основании допустимой напряженности поля радиопомех.

2. Основная трудность в практическом применении этого принципа состоит в имитации условий эксплуатации испытываемого объекта в лабораторных условиях. В настоящее время отсутствует согласованная процедура имитации в лабораторных условиях общих условий эксплуатации, но этот вопрос находится в стадии рассмотрения. Предполагается, что измерения должны выполняться на оборудовании, работающем в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации.

3. Нормы для отдельных видов оборудования подстанции, например, выключателей-разъединителей, автоматических выключателей и других элементов не могут быть указаны в этом документе, так как оборудование относится к сфере деятельности других технических комитетов. Однако при проведении измерений около подстанции влияние этого оборудования должно быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение норм.

Определения термина из разных документов: Технические аспекты определения норм для оборудования линий и подстанций

Источник: РД 50-725-93: Методические указания. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от воздушных линий электропередачи и высоковольтного оборудования. Методы измерения и процедура установления норм