Контроль параметров ошибок в трактах цифровых систем передачи

1. Контроль параметров ошибок в трактах цифровых систем передачи

2. Определение мест повреждения кабеля

2.1 Виды повреждений кабельных линий, краткая характеристика методов их обнаружения

2.2 Дистанционные методы Список использованной литературы

Основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми:

1) Высокая помехоустойчивость.

Представление информации в цифровой форме позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации.

2) Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи.

В пределах каждого регенерационного участка искажения передаваемых сигналов оказываются ничтожными. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые расстояния. Так, при увеличении длины линии в 100 раз для сохранения неизменным качества передачи информации достаточно уменьшить длину регенерационного участка лишь на несколько процентов.

3) Стабильность параметров каналов цифровой системы передачи (ЦСП).

Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и др.) определяются, в основном, устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть оборудования ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых. Этому также способствует отсутствие в ЦСП влияния загрузки системы на параметры отдельных каналов.

4) Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов.

При вводе дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт ЦСП скорость их передачи может приближаться к скорости передачи группового сигнала. Если, например, при этом будут использоваться временные позиции, соответствующие только одному каналу ТЧ, то скорость передачи будет близка к 64 кбит/с, в то время как в аналоговых системах она обычно не превышает 33,6 кбит/с.

5) Возможность построения цифровой сети связи.

Цифровые системы передачи в сочетании с цифровыми системами коммутации являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети, обладающей высокими показателями надежности и качества.

1. Контроль параметров ошибок в трактах цифровых систем передачи

В настоящее время существует множество методик контроля, включающих методики измерений, анализа и тестирования с целью установления соответствия контролируемого параметра норме. В данной работе рассмотрим лишь небольшую часть существующих методик.

Рассмотрим методики контроля коэффициента ошибок.

Так как появление ошибок является следствием совокупности всех текущих условий передачи цифровых сигналов, имеющих случайный характер, при отсутствии данных о законе распределения ошибок его отдельные элементы могут быть определены с определенной степенью достоверности только по результатам продолжительных измерений. В то же время на практике необходимо, чтобы значения параметров ошибок для ввода в эксплуатацию и технического обслуживания систем передачи основывались на достаточно коротких интервалах времени измерения. Исходя из этого, определены следующие параметры ошибок для одиночного цифрового канала (ОЦК):

* секунда с ошибками (errored second, ES) — односекундный интервал, содержащий хотя бы один ошибочный бит;

* секунда, пораженная ошибками (severely errored second, SES) — односекундный интервал с BER?10−3, и коэффициенты ошибок:

* коэффициент ошибок по секундам с ошибками (ESR) — отношение числа ES к общему числу секунд в период готовности в течение фиксированного интервала контроля;

* коэффициент ошибок по секундам, пораженным ошибками (SESR) — отношение числа SES к общему числу секунд в период готовности в течение фиксированного интервала контроля.

Для сетевых трактов показатели ошибок определены такими параметрами, как:

* блок — последовательность бит, ограниченная по числу бит, относящихся к данному тракту; при этом каждый бит принадлежит только одному блоку. Количество бит в блоке зависит от скорости передачи и определяется по отдельной методике;

* блок с ошибками (Errored Block, EBr) — блок, в котором один или несколько битов, входящих в блок, являются ошибочными;

* секунда с ошибками (Errored Second, ESr) — период в 1 секунду с одним или несколькими ошибочными блоками;

* период с серьезными нарушениями (Severely Disturbed Period, SDP) — период длительностью, равной 4 смежным блокам, в каждом из которых коэффициент ошибок ?10−2 или в среднем за 4 блока коэффициент ошибок ?10−2, или же наблюдалась потеря сигнальной информации;

* секунда, пораженная ошибками (Severely Errored Second, SESr)

— период в 1 секунду, содержащий >30% блоков с ошибками (ЕВ) или, по крайней мере, один период с серьезными нарушениями (SDP);

* коэффициент ошибок по секундам с ошибками (ESR) — отношение числа ESr к общему числу секунд в период готовности в течение фиксированного интервала измерений;

* коэффициент ошибок по секундам, пораженным ошибками SESR — отношение числа SESr к общему числу секунд в период готовности в течение фиксированного интервала измерений;

* блок с фоновой ошибкой (Background Block Error, BBE) — блок с ошибками, не являющийся частью SES;

* коэффициент ошибок по блокам с фоновыми ошибками BBER — отношение числа блоков с фоновыми ошибками ко всему количеству блоков в течение готовности за фиксированный интервал измерений, за исключением всех блоков в течение SESr;

* период неготовности для одного направления тракта — это период, начинающийся с 10 последовательных секунд SES (эти 10 секунд считаются частью периода неготовности) и заканчивающийся до 10 последовательных секунд без SES (эти 10 секунд считаются частью периода готовности).

Здесь под периодом неготовности для тракта понимается период, когда хотя бы одно из направлений его находятся в состоянии неготовности.

Данные параметры ошибок должны оцениваться в течение времени готовности (available time), отсчет которого начинается с первой секунды из десяти следующих друг за другом секунд, в каждой из которых BER<10−3.

Покажем одну из возможностей определения норм, например, определяемых рекомендациями ITU-T M.2100 регламентирующими нормы качества (performance objectives, РО) на выраженные максимальным процентом времени параметры ошибок. Считается, что последние зависят только от скорости передачи и приводятся для условного эталонного соединения определенной протяженности и распределяются по участкам соединения соответствующей категории качества.

В качестве эталонной модели такого распределения принимается участок высокой категории качества протяженностью 25 000 км, которому присваивается 40% от общей нормы качества на параметры ошибок передачи точка-точка, что в пересчете на 1 км, дает 0.0016%/км. Поэтому распределение, пропорциональное протяженности L км тракта высокой категории качества, будет определяться как

AL =0.0016*1%/км.

Эксплуатационная норма качества на цифровые тракты и каналы обычно представляется в виде эталонной нормы качества (reference performance objective, RPO)

RPO = A*T*PO,

где PO — норма качества оцениваемого параметра, a f = 86 400 с (1 сутки) — продолжительность контроля (количество односекундных интервалов).

Для анализа результатов, полученных в процессе контроля, используются также предельные значения 51 и 52 норм, которые соответствуют числу событий (ES, SES) и определяются, как:

S1 = RPO/2 — D и S2 = RPO/2 + D,

где D = 2vBIS0 — дисперсия оцениваемого параметра. При этом значения RPO, D, S1 и S2 выражаются в виде числа событий за установленный интервал времени, а не в виде процентов времени.

Контроль коэффициента ошибок может осуществляться двумя методами:

* тестированием каналов и трактов ЦСП с использованием на передающей стороне генератора псевдослучайных и детерминированных последовательностей передаваемых кодированных символов, а на приемной — собственно измерителя коэффициента ошибок. В случае посимвольного сравнения кодов данное измерение может быть выполнено с использованием шлейфа, т. е. путем измерения ошибок с одной оконечной станции при установке на противоположном конце шлейфа;

* выделением ошибок благодаря избыточности используемых кодов при измерениях от передающей до приемной сторон тракта или участка линии, т. е. когда выделение и фиксация ошибок производятся на ее приемном конце.

Очевидно, что в первом случае требуется использование одного комплекта, а во втором — двух комплектов средств контроля (рис. 1), при этом измеренное значение коэффициента ошибок отражает качество передачи при прохождении сигнала в обоих направлениях и в каждом направлении, соответственно.

Рисунок 1 — Контроль показателей качества цифрового тракта В соответствии с данными схемами, на вход цифрового тракта (передающая сторона) подаётся (желательно сформированный в стандартный цикл) цифровой сигнал псевдослучайной последовательности (ПСП), скорость и период которого задаются в соответствии с иерархическим уровнем измеряемого тракта, согласно таблице 1 рекомендации ITU-T 0.151. На приёмной стороне к выходу цифрового тракта подключается вход измерителя ошибок.

Таблица 1

В период технической эксплуатации контроль параметров ошибок проводится при локализации неисправности или при исследованиях с целью поиска путей повышения качественных показателей и надёжности цифровых каналов и трактов. В первом случае контроль осуществляется с целью нахождения неисправного участка канала или тракта. При этом процесс локализации повреждения должен начинаться либо с момента времени индикации аварийного состояния, либо при поступлении жалоб пользователей. При наличии аппаратного контроля в оборудовании, анализ и оценка показателей ошибок проводится в процессе работы с учётом выявленных аномалий и дефектов путем сравнения их с пороговыми (предельными) значениями, а также установлением наличия сигналов превышения порогов, поэтому использование измерительных приборов в этом случае не обязательно.

Информация о показателях ошибок основана на контроле их в соответствии с требованиями ITU-T M.2100, причем эта информация должна быть связана со временем и сохраняться для проведения долговременного анализа.

В рассматриваемом случае информация об уровне качества основана на сравнении показателей ошибок с установленными порогами и является инициирующей для включения аварийной сигнализации.

К дефектам, характеризующим изменения состояния цифрового сигнала от его нормального состояния, при этом относятся:

* пропадание сигнала (LOS); (d1)

* сигнал индикации аварийного состояния (AIS);(d2)

* пропадание циклового сигнала. (d3)

К аномалиям в принимаемом сигнале относят:

* цикловой синхросигнал с ошибками;(a1)

* блок с ошибками (ЕВ), обнаруженный с помощью EDC.(а2)

Полученная информация об аномалиях и дефектах сводится к конкретным значениям показателей ошибок в соответствии с критериями перевода, приведенными в таблице 2 для того или иного типа тракта, к которым относятся:

* тип 1 — тракты с цикловой и блоковой структурой;

* тип 2 — тракты с цикловой структурой;

* тип 3 — тракты без циклов.

Таблица 2

* - если в течение интервала одного блока возникает более чем одна аномалия a1 или а2, должна отсчитываться одна аномалия.

** - значения «х» для трактов разного порядка указаны в нормах на цифровые тракты.

*** - оценки ESR и SESR должны быть идентичны, так как события SES являются частью совокупности событий ES.

При отсутствии контроля в рабочем режиме, единственная возможность локализации неисправности заключается в поэтапном контроле показателей ошибок на цифровых участках с использованием соответствующих средств измерений.

Для оценки показателей ошибок могут быть использованы 15-минутные и 24-часовые пороги уровня качества для показателей ошибок:

* уровень неприемлемого качества (UP) — 15-минутный порог;

* уровень ухудшенного качества (DP) — 24-часовой порог. Пороги могут быть рассчитаны по формулам:

UP = 0.75 RPO © и DP>= 10 RPO ©,

где RPO — норма на показатели ошибок.

Также существуют помимо вышеописанной методики следующие методики контроля:

Методика контроля энергетического потенциала линии связи и чувствительности приемного устройства;

Методы контроля характеристик фазового дрожания дрейфа фазы:

1) Контроль выходного фазового дрожания;

2) Контроль фазового дрожания, вызванного корректировкой указателя;

3) Контроль максимальной величины выходного фазового дрожания;

4) Контроль устойчивости работы цифрового канала или тракта при подаче на вход сигналов с предельным значением фазового дрожания или дрейфа;

5) Контроль передаточной функции фазового дрожания.

Контроль проскальзывания цифрового сигнала в цифровом тракте;

Контроль времени задержки в цифровом тракте;

Контроль каналов и трактов по потоку E1;

Контроль по параметрам стыка аппаратуры систем передач.

2. Определение мест повреждения кабеля

2.1 Виды повреждений кабельных линий, краткая характеристика методов их обнаружения

Все повреждения по характеру делятся на устойчивые и неустойчивые, простые и сложные.

К устойчивым повреждениям относятся короткие замыкания (КЗ), низкоомные утечки и обрывы. Характерной особенностью устойчивых повреждений является неизменность сопротивления в месте повреждения с течением времени и под воздействием различных дестабилизирующих факторов.

К неустойчивым повреждениям относятся утечки и продольные сопротивления с большими величинами сопротивлений, «заплывающие пробои» в силовых кабельных линиях, увлажнения места нарушения изоляции и другие. Неустойчивые повреждения могут самоустраняться, оставаться неустойчивыми или переходить при определенных условиях в устойчивые. Сопротивление в месте неустойчивого повреждения может изменяться как с течением времени, так и под воздействием различных дестабилизирующих факторов (напряжения, тока, температуры и др.)

Устойчивость повреждения может быть определена посредством измерения сопротивления изоляции и прозвонки поврежденного кабеля при отсутствии или наличии дестабилизирующих факторов. Это первая операция является обязательной для определения места повреждения как силовой кабельной линии.

Рассмотрим дистанционные и трассовые методы определения повреждений в кабельных линиях.

Важная роль из всех операций принадлежит операции «Обнаружение зоны нахождения места повреждения» дистанционными методами.

Успешное решение операции дистанционного определения расстояния до зоны нахождения места повреждения измерением с одного конца кабеля позволяет значительно сократить трудоемкость и время точного определения места повреждения, так как зона обследования кабельной линии трассовыми методами существенно сужается. Это наиболее актуально для протяженных кабельных линий.

Наибольшей эффективности обнаружения мест повреждения кабельных линий можно добиться совместным использованием приборов дистанционного определения мест повреждения и приборов трассового поиска мест повреждения. Для этого сначала прибором дистанционного типа определяют зону нахождения места повреждения, а затем трассовым прибором в зоне нахождения места повреждения определяют трассу залегания кабельной линии и определяют точное местонахождение повреждения.

При этом возникает вопрос о возможности обнаружения и точного определения места повреждения только прибором дистанционного типа или только прибором трассового типа, например в случае отсутствия или выхода из строя одного из приборов.

Удобства применения приборов дистанционного типа, в частности основанных на методе импульсной рефлектометрии, обусловлены прежде всего возможностью проведения измерений с одного конца кабельной линии и достаточно точным определением расстояния до места повреждения, имея в виду расстояние, проходимое электрическим импульсом по линии.

Точно указать место повреждения на трассе по результатам замеров локационным прибором возможно при укладке кабеля в коробах или в метро — при наличии точной разметки трассы и по дополнительным признакам (наличию видимого обрыва, пережатию, нарушению защитного покрова или брони, следам от пробоя или выгорания участка кабеля, увлажнению и т. п.).

Приборы трассового поиска позволяют определить трассу, глубину залегания и точное местонахождение повреждения кабельной линии.

Основной недостаток трассовых методов заключается в том, что при неизвестной зоне нахождения места повреждения для точного его определения трассовым методом потребуется пройти с трассоискателем вдоль всей трассы. Это приводит к большим затратам, особенно для протяженных кабельных линий или в трудно доступных местах.

Дистанционные методы измерения мест могут быть использованы для решения различных задач:

— измерения длины кабельных или воздушных линий связи, электропередачи, контроля, управления и т. д.,

— измерения расстояния до места повреждения или неоднородности линии,

— определения типа повреждения линии (обрыв, короткое замыкание, утечка в изоляции кабельной линии, появление в жилах дополнительного продольного сопротивления, и другие),

— измерения параметров кабельной линии, таких как сопротивление изоляции, сопротивление шлейфа, емкость кабеля.

При решении задачи определения места повреждения открытой кабельной линии для точного поиска места повреждения может быть достаточно только дистанционного метода.

Наиболее распространенными дистанционными методами измерения являются импульсные методы и мостовые методы.

Импульсные методы измерения базируются на теории распространении импульсных сигналов вдоль линий.

Длительность этих импульсов значительно меньше времени прохождения их вдоль всей линии, поэтому в каждый момент времени импульс присутствует только на коротком участке линии.

Импульсные методы позволяют: измерить расстояние (электрическую длину линии) до места повреждения или неоднородности (муфты, кабельной вставки), определить вид повреждения (короткое замыкание, обрыв, утечки, перепутывание жил, и т. д.)

Мостовые методы, применяемые для измерения кабельных линий, используют постоянный ток или переменный ток частотой от нескольких герц до нескольких сотен герц.

Мостовые методы позволяют измерить сопротивление изоляции кабельной линии, сопротивление шлейфа (двух жил, закороченных на конце), емкость кабеля, расстояние до места обрыва, расстояние до места высокоомной утечки в изоляции линии.

Импульсные сигналы распространяются в линии с очень большой скоростью, которая зависит от изоляции между проводниками. Так, например, в воздушных линиях, где изолятор — воздух, скорость распространения импульсных сигналов близка к скорости света. В кабелях с резиновой изоляцией скорость распространения импульсных сигналов ориентировочно в 3 раза меньше, чем скорость света.

Если линия однородная и не содержит повреждений, то импульсный сигнал беспрепятственно распространяется от начала до конца линии. Если же на его пути встречаются неоднородности (барьеры), например нарушение изоляции между проводниками, то часть энергии этого импульса проходит через эту неоднородность, а часть отражается и начинает распространятся в обратном направлении — к началу линии.

Если же линия короткозамкнута или оборвана, то вся энергия импульса отражается и возвращается к началу линии. Измерив время задержки посланного в линию импульса и принятого из линии, можно определить расстояние до места повреждения.

В зависимости от источника формирования посланного (зондирующего) импульса импульсные методы можно разделить на следующие: локационные (методы импульсной рефлектометрии), импульсно-дуговые (методы кратковременной дуги), методы колебательного разряда и методы частичных разрядов.

Рассмотрим лишь некоторые из используемых методов в данной работе.

2.2 Дистанционные методы

Метод импульсной рефлектометрии Позволяет определить зону повреждения (в пределах погрешности измерения) и применить отдельные трассовые методы обнаружения только на небольших участках трассы, что позволяет существенно сократить время точного определения места дефекта.

Основными видами повреждений в кабельных линиях электропередачи и связи являются: короткие замыкания и обрывы, появление утечки между жилами или между жилой и экраном (броней), увеличение продольного сопротивления.

Перед проведением измерений методом импульсной рефлектометрии необходимо проверить участок кабельной линии омметром или мегоометром. Однако такая проверка может быть недостаточной. Например, после воздействия мегоометром на кабель, имеющий растрескавшуюся изоляцию с попавшей влагой, может произойти подсушивание места дефекта. При этом показания мегоометра соответствуют как бы исправному кабелю (сотни и тысячи МОм).

После выявления дефектных линий (жил, фаз) мегоомметром переходят к предварительному определению места повреждения методом импульсной рефлектометрии.

Метод импульсной рефлектометрии, называемый также методом отраженных импульсов или локационным методом, базируется на распространении импульсных сигналов в двухи многопроводных системах (линиях и кабелях) связи.

Приборы, реализующие указанный метод, называются импульсными рефлектометрами.

Сущность метода импульсной рефлектометрии заключается в выполнении следующих операций:

1. Зондировании кабеля (двухпроводной линии) импульсами напряжения.

2. Приеме импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления.

3. Выделении отражений от места повреждений на фоне помех (случайных и отражений от неоднородностей линий).

4. Определении расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего.

Рисунок 2 — Упрощенная структурная схема импульсного рефлектометра С генератора импульсов зондирующие импульсы подаются в линию.

Отраженные импульсы поступают с линии в приемник, в котором производятся необходимые преобразования над ними. С выхода приемника преобразованные сигналы поступают на графический индикатор.

Все блоки импульсного рефлектометра функционируют по сигналам блока управления.

На графическом индикаторе рефлектометра воспроизводится рефлектограмма линии — реакция линии на зондирующий импульс.

Основную сложность и трудоемкость при методе отраженных импульсов представляет выделение отражения от места повреждения на фоне помех.

Метод импульсной рефлектометрии базируется на физическом свойстве бесконечно длинной однородной линии, согласно которому отношение между напряжением и током введенной в линию электромагнитной волны одинаково в любой точке линии. Это соотношение:

W = U/I

имеет размерность сопротивления и называется волновым сопротивлением линии.

При использовании метода импульсной рефлектометрии в линию посылают зондирующий импульс и измеряют интервал tх — время двойного пробега этого импульса до места повреждения (неоднородности волнового сопротивления). Расстояние до места повреждения рассчитывают по выражению:

Lx = tx•V/2

где V — скорость распространения импульса в линии.

Отношение амплитуды отраженного импульса Uо к амплитуде зондирующего импульса Uз обозначают коэффициентом отражения Котр:

Котр = Uo/Uз = (W1 — W) / (W1 + W)

где: W — волновое сопротивление линии до места повреждения (неоднородности),

W1 — волновое сопротивление линии в месте повреждения (неоднородности).

Отраженный сигнал появляется в тех местах линии, где волновое сопротивление отклоняется от своего среднего значения: у муфт, у мест изменения сечения жилы, у мест сжатия кабеля, у места обрыва, короткого замыкания и т. д.

Если выходное сопротивление импульсного рефлектометра отличается от волнового сопротивления измеряемой линии, то в месте подключения рефлектометра к линии возникают переотражения.

Переотражения — это отражения от входного сопротивления рефлектометра отраженных сигналов, которые пришли к месту подключения рефлектометра из линии. Выходное и входное сопротивления рефлектометра, как правило, равны между собой.

В зависимости от соотношения входного сопротивления рефлектометра и волнового сопротивления линии изменяется полярность и амплитуда переотражений, которая может оказаться соизмеримой с амплитудой отражений. Поэтому перед измерением рефлектометром обязательно нужно выполнить операцию согласования выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением линии.

Метод импульсной рефлектометрии удобен для практического использования, так как для измерения импульсным рефлектометром достаточно доступа к линии с одного конца.

Импульсные рефлектометры позволяют определить расстояние до места повреждения линии при любом характере повреждения (обрыв, короткое замыкание, утечка, продольное сопротивление и т. д.).

Результаты, достигаемые при измерениях импульсным рефлектометром, зависят от его возможностей по отстройке от помех.

Метод импульсной рефлектометрии позволяет достигнуть более высокой точности измерений расстояния до места повреждения по сравнению с другими методами (например, по сравнению с мостовым): 1% - для аналоговых импульсных рефлекторов и 0,2% - для цифровых.

2) Метод кратковременной дуги (импульсно-дуговой метод) Метод кратковременной дуги может быть использован для определения расстояния до места сложного (высокоомного) или неустойчивого повреждения. Сущность метода кратковременной дуги заключается в одновременном воздействии на кабельную линию высоковольтным импульсом и выполнении измерений методом импульсной рефлектометрии.

Рисунок 3 — Структурная схема подключения к кабельной линии устройств Высоковольтный импульсный генератор, представляющий собой источник высокого напряжения, у которого на выходе включен высоковольтный конденсатор и специальный разрядник, подключается к кабельной линии через устройство поддержания дуги (его основной компонент — индуктивность).

При подаче импульса от источника высокого напряжения в месте высокоомного дефекта возникает пробой, через устройство поддержания дуги начинает протекать ток и пробой «затягивается» — образуется дуговой разряд. За счет индуктивности, имеющейся в устройстве поддержания дуги, ток дуги поддерживается в течении определенного времени (менее секунды). Электрическое сопротивление дуги близко к нулю, что эквивалентно короткому замыканию.

Импульсный рефлектометр подключается через специальное присоединительное устройство (фильтр). Зондирующие импульсы от рефлектометра через присоединительное устройство поступают в кабельную линию, а отраженные импульсы — возвращаются в рефлектометр.

Последовательность проведения измерений при методе кратковременной дуги следующая.

Через присоединительное устройство считывают рефлектограмму кабельной линии и сохраняют ее в памяти импульсного рефлектометра. Так как импульсы с генератора высоковольтных импульсов отсутствуют или имеют недостаточную для пробоя установленную амплитуду, то пробой и дуга в месте сложного или неустойчивого повреждения отсутствуют. На рефлектограмме отраженный сигнал от высокоомного повреждения практически неразличим на фоне помех. Наблюдаются отражения от неоднородностей линии (муфт, кабельных вставок и т. д.) и от разомкнутого конца кабельной линии.

Затем выходное напряжение высоковольтного источника в генераторе высоковольтных импульсы постепенно увеличивают до тех пор, пока в кабельной линии не появятся пробои. В такт с высоковольтными импульсами в месте дефекта будет зажигаться кратковременная электрическая дуга. Период повторения кратковременной дуги нестабильный. Зондирующие импульсы подаются в кабельную линию с частотой, которая во много раз больше частоты зажигания дуги. При совпадении зондирующего импульса с моментом зажигания дуги, он отражается от дуги как от короткого замыкания, и возвращаются к началу кабеля, где записывается в память рефлектометра.

Достоинства метода кратковременной дуги:

1. Высокая точность измерений. (Точность измерения такая же как у метода импульсной рефлектометрии. Есть возможность воспользоваться растяжкой рефлектограммы выбранного участка линии).

2. Простота представления результатов измерения. (По рефлектограмме кабельной линии до возникновения кратковременной дуги легко определить длину всей кабельной линии и ее неоднородности. На рефлектограмме в момент кратковременной дуги легко присутствует отражение от места повреждения, как отражение короткого замыкания при методе импульсной рефлектометрии. Для устранения влияния неоднородностей достаточно воспользоваться сравнением двух рефлектограмм.).

3. В месте повреждения выделяется небольшое, по сравнению с прожигом, количество энергии, поэтому вредное влияние на кабель минимальное. Нет вредного воздействия и на соседние кабели.

4. Возможность реализовать этот метод на различных типах кабельных линий.

3) Волновой метод (метод колебательного разряда) Возникновение пробоя в месте повреждения вызывает появление в кабельной линии волновых процессов.

Существует 2 варианта осуществления волнового метода для определения расстояния до места повреждения: метод бегущей волны напряжения и метод импульсного тока.

Метод бегущей волны напряжения При методе бегущей волны напряжения в кабельную линию от источника высокого испытательного напряжения через сопротивление, величина которого значительно больше волнового сопротивления линии, подают напряжение, которое медленно повышают.

цифровой тракт кабельный линия Рисунок 4 — Структурная схема реализации волнового метода бегущей волны напряжения

Под влиянием отрицательного испытательного напряжения в момент времени to на расстоянии L происходит пробой (короткое замыкание) и разряд. В месте повреждения формируются электромагнитные волне положительной полярности, так как испытательное напряжение имело отрицательную полярность, а коэффициент отражения в месте пробоя (короткого замыкания) также отрицателен К= -1.

Одна из волн распространяется от места пробоя к началу кабеля, а другая — к концу кабеля. Достигнув начала кабеля, первая волна отражается от большого сопротивления источника и, не изменяя полярности, распространяется к месту повреждения. В месте повреждения вновь возникает пробой и отражение с обратным знаком, и так далее. Затухая, волновой процесс продолжается до тех пор, пока энергии волны достаточно для пробоя в месте повреждения.

Волновой метод импульсного тока (бегущей волны тока) Метод импульсного тока используют в том случае, если высокоомные повреждения (снижение сопротивления изоляции или высокоомное замыкание жилы на землю, или малое расстояние между проводниками в муфтах) не удается преобразовать с помощью прожига в низкоомное повреждение. Причиной тому могут быть просачивание в кабель воды или заплывающие повреждения.

В отличие от метода бегущей волны напряжения выходное сопротивление высоковольтного импульсного генератора должно быть значительно меньше волнового сопротивления кабельной линии и коэффициент отражения напряжения от начала линии и места повреждения в момент пробоя равен Кu = -1, а коэффициент отражения тока К i= 1.

Рисунок 5 — Структурная схема реализации волнового метода бегущей волны тока Высоковольтный импульсный генератор представляет собой источник высокого напряжения, у которого на выходе включен высоковольтный конденсатор и специальный разрядник, с которого высоковольтные импульсы поступают в кабель.

Связь измерителя волновых процессов с кабельной линией производится с помощью специального присоединительного устройства по току (импульсного токопреобразователя). Импульсный токопреобразователь дифференцирует импульсный ток на входе линии и преобразует его в однополярные импульсы, поступающие на вход измерителя волновых процессов.

При волновом методе измерений выходное сопротивление высоковольтного источника не равно волновому сопротивлению линии, поэтому кроме отраженных волн от участка повреждения появляются отраженные от неоднородностей кабеля (муфт, ответвлений) и переотраженные от начала кабеля импульсные сигналы — синхронные помехи, значительно затрудняющие оценку импульсной характеристики кабеля.

При волновом методе расстояние до места повреждения определяется по временной задержке между приходом к началу кабеля импульсов напряжения или импульсов тока, отраженных от места повреждения. Импульсы напряжения по длительности занимают половину расстояния до места повреждения, а ударные импульсы тока также имеют достаточно большие длительности. Это приводит к следующим недостаткам по сравнению с методом импульсной рефлектометрии:

1. Сложность анализа полученных импульсных характеристик при измерениях волновым методом. (Вид этих характеристик зависит не только от характера повреждения и длины линии, но и от величины поданных импульсов, наличия или отсутствия пробоя в месте повреждения и т. д.)

2. Низкая разрешающая способность, то есть невозможность обнаруживать близко расположенные неоднородности. (Отражения от неоднородностей вообще трудно различимы на импульсной характеристике кабельной линии, а отражения от соседних неоднородностей вообще сливаются друг с другом)

3. По импульсной характеристике невозможно получить ориентировки, расстояние до которых известно (в виде отражений от муфт, кабельных вставок и т. д.).

4. Большая погрешность измерения. (Это обусловлено относительно большими длительностями фронтов и срезов волновых процессов, которые формируются самой линией и процессом пробоя)

5. Невозможность стабильного повторения волновых процессов, что может привести к появлению ошибок.

Процесс пробоя является очень нестабильным, он в любой момент может прерваться и не повториться в том же виде. Это накладывает очень серьезные требования к быстродействию измерителя волновых процессов.

Таким образом, волновой метод по сравнению с методом импульсной рефлектометрии, с одной стороны, позволяет определять сложные (с большим сопротивлением) и неустойчивые (заплывающие) места повреждений кабельных линий, а с другой стороны, имеет существенные недостатки. В значительной степени совместить достоинства метода импульсной рефлектометрии и волнового метода позволяет метод кратковременной дуги.

4) Метод измерения частичных разрядов В последние годы все более широкое распространение в нашей стране и за рубежом находит мнение о необходимости замены испытаний кабельных линий повышенным напряжением постоянного тока, превышающем рабочее напряжение в 3…6 раз рабочее напряжение (Uраб) на диагностику изоляции с помощью измерения частичных разрядов (ЧР), токов утечки, абсорбционных токов и других методов с приложением напряжения (1…1,5) Uраб.

Дело в том, что проведение испытаний кабеля, находящегося в эксплуатации продолжительное время, повышенным напряжением отрицательно влияет на изоляцию и снижает срок эксплуатации.

В отличие от испытаний диагностика изоляции кабельной линии относится к неразрушающим методам контроля. Одним из прогрессивных методов диагностики является метод измерения ЧР, позволяющий не только определить уровень частичных разрядов в кабельной линии, но и определить их местонахождение по длине.

Частичный разряд — это электрический разряд, длительность которого составляет единицы-десятки наносекунд. Частичный разряд частично шунтирует изоляцию кабельной линии. Частичные разряды появляются в слабом месте кабельной линии под воздействием переменного напряжения и приводят к постепенному развитию дефекта и разрушению изоляции.

Амплитудно-фазовые диаграммы (АФД) сегодня являются одним из основных методов представления информации о характеристиках частичных разрядов (ЧР) в изоляции оборудования. АФД обеспечивают необходимую информацию как для идентификации типов дефектов изоляции так и для выделения сигналов ЧР из помех. Кроме того, использование метода АФД при хранении информации обеспечивает минимизацию объема запоминаемых данных, что важно при создании экспертных систем. Высокая эффективность метода АФД обусловлена учетом стохастических свойств ЧР и использованием усредненных характеристик сигналов ЧР в амплитудно-фазовом пространстве.

Существующая на сегодняшний день аппаратура для измерения сигналов ЧР, как правило, регистрирует параметры каждого импульса ЧР, что обуславливает ее избыточную сложность и стоимость. Применение метода АФД не только при анализе данных, но и при измерении сигналов ЧР позволяет снизить стоимость аппаратуры регистрации ЧР. При этом резко сокращается избыточность регистрируемых данных и достигается оптимальное соответствие требуемой точности измерений, стоимости аппаратуры, объема накапливаемой информации и времени измерения.

Список использованной литературы

1. Евсеенко Г. Н. Цифровые системы передачи: Учебное пособие. — Ростов-на-Дону: РКСИ, 2005. — 100 с.

2. Иванов А. Б. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи. Измерение, анализ, тестирование, мониторинг. — Часть 1. Москва, 2001.