f·"Т,­
~··-
._.. ~-
--
~
~
.~
~
.~
~
В,В,САРАПНИН
ПОМЕХИ
В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СЕТЯХ
ДЛЯ КАНАЛОВ
ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
~\
\о~\:Ъ
.
-
~ri
J\. ,
"\j
.
·_:_..,
\~
- =";r::;;::,z;c:D
~
-
1схиическаs бuбJIIlfi,eк~
\(_\\ ~\\l- ~~ i\
t.111\адRою1ь1i. эавоJJ. \
~
Q,13qf
с ~Ял)
Издатеnьство "Технiна"
Киев -1969
►u:o ИЮЛ1~i41
~μ2;\/
PfBIPE
~
-··

6Ф1 .2+6П2.15
С20
УД!( 621.391 .8
Помехи в распределительных электрических сетях
для каналов телефонной связи и телемеханики.
В. В. Сар а п к ин, «Технiка», 1969, 136 стр .
•Рассмотрены мешающие высокочастотные колебания
в распределительных электрических сетях 0,4-35 кв,
происходящие от линейных изоляторов, трансфор­
маторов, генераторов электрических станций и радио­
передатчиков.
Обнаружен характерный спектр частот, свойствен­
ный нормальному и поврежденному состоянию изо­
ляции в трехфазных установках. Доказана приро­
да происхождения комбинационных составляющих
в линиях высокого напряжения. Рассмотрены поме­
хи в виде модулированных колебаний на частотах
единиц и десятков килогерц. Предложена методика
отыскания мощного очага помех, препятствующего
работе каналов связи.
Предназначена для инженерно-технических работни­
ков, занимающихся разработкой аппаратуры, проек­
тированием и эксплуатацией высокочастотных кана­
лов.
Табл. 8, илл. 54, библ. 77. -
Рецензент Катков Ф. А., докт. техн. наук
Редакция литературы по энергетике,· электронике,
-кибернетике и связи
3-3 -13
49-69М
КИЕВСКАЯ КНИЖНАЯ ФАБРИКА No 1

ПРЕДИСЛОВИЕ
За последние годы техника высокочас­
тотной связи по линиям высокого напряжения
•развивается ускоренными темпами. Если в до­
военный период для этой цели использовались,
в основном, линии электропередачи 110 и 220 кв
крупных энергосистем, то в настоящее время
используются линии распределительных элек­
трических сетей. Возросμшй интерес к их ис­
пользованию вызван тем обстоятельством, что
распределительные . сети, как правило, соеди­
няют между собой . рассредоточенные объекты,
нуждающиеся в средствах контроля и управ ­
ления.
Пятнадцатилетний опыт эксплуатации кана­
лов связи по проводам сельских распределитель­
ных линий 6, 10, 22 и 35 кв утвердил их в каче­
стве основного средства диспетчерских сообще­
ний в системе сельского ЭJ1ектроснабжения, где
работает около 1000 таких каналов. Устройства
телефонной -связи и телемеханики по распреде­
лительным сетям в широких масштабах начина­
ют использоваться на нефтепромыслах, в горно­
добывающих карьерах, на объектах лесоразра­
боток и торфопредприятий, рудниках, городском
хозяйстве, системах орошения и других отраслях.
При внедрении устройств связи в различные
отрасли народного хозяйства главное внимание
специалистов уделяется вопросам разработки
соответствующей аппаратуры передачи инфор­
мации. Однако разработка и совершенствование
аппаратуры не могут осуществляться успеш­
но без детального изучения высокочастотных
характеристик электрических линий . В частности,
3

опыт показывает недостаточную надежность
высокочастотных каналов, обусловленную на­
личием в линии мешающих колебаний (помех).
Не зная параметров мешающих колебаний, ха­
рактерных для распределительных сетей, ока­
залось весьма трудно создать надежные помехо ­
устойчивые каналы телеуправления.
Настоящая работа имеет целью восполнить
в некоторой мере имеющийся пробел знаний о
мешающих колебаниях в распределительных
сетях. Основное внимание уделено помехам от
постояннодействующих источников.
Большая часть исследований выполнена под
руководством докт. техн. наук Б . В. Смирнова,
которому автор рад выразить искреннюю бла­
годарность.
Автор выражает глубокую признательность
докт. техн . наук Ф. А. К:аткову, ценные за­
мечания которого при рецензировании рукописи
способствовали улучшению книги .
Отзывы и пожелания просим направлять по
адресу: Киев, 4, Пушкинская, 28, издательство
«Технiка» .

-.
,,.
ПОМЕХИ
1. в линиях
ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
1. ОСОБЕННОСТИ ПОМЕХ
В линиях высокого напряжения сочетаются раз­
личные по своей природе источники помех: коронирование,
электрические газовые разряды в · изоляции, гармоники
промышленного · напряжения, колебания от коммутацион­
ных переключений, переходных процессов, неплотных кон­
тактов и т. д . Интенсивность действия источников помех
каждого вида неодин;акова и существенно меняется с тече­
нием времени, в зависимости от состояния погоды и других
причин. Генерируемые ими напряжения отличаются не
только величиной амплитуды, но и формой кривой напряже-·
ния, частотой следования импульсов , периодичностью пов­
торения групп различной полярности и т. д . Составляющие
от каждого источника помех имеют определенную струк ­
туру спектра и преобладают в определенном диапазоне
частот.
Одновременное существование источников _колебаний
различной природы и интенсивности с накладывающимися
спектрами созда ~т исключительную сложность в исследова­
нии помех на высоковольтных линиях . В результате ука­
занных особенностей обычные измерительные приборы не­
применимы для оценки величины напряжения помех. При­
меняемые для этой цели измерители помех различных фирм
не имеют одинаковой полосы пропускания, запаса на пере­
грузку и постоянных времени заряда и разряда детектор ­
ной цепи и индикаторного прибора, вследствие чего сни­
·жается ценность опубликованных результатов измерения
при их использовании другими исследователями.
Указанные выше трудности явились главным препят­
ствием при изучении помех в .~шниях высокого напряжения.
Несмотря на достаточно продолжительный период на­
копления материала в этой области до сих пор не сде­
лано попыток обобщить накопленные сведения . Такое по­
ложение усугублялось отсутствием однообразной методики
5

исследования, единого стандарта на параметры измерите­
лей помех различных стран , несогласованностью крите­
риев оценки помех, а также отсутствием координации
изучения .
Признавая важность проблемы изучения помех, Коми­
тет No 14 Международной Конференции по электрическим
системам (СИГРЭ) в 1953 г. предпринял организованное ис­
следование помех на силовых линиях [11, 43]. Однако ос-
новные вопросы этой проблемы до сих пор остались не-
•
разрешенными. Теоретические основы процесса образования
помех на силовых линиях не разработаны .
•
В значительно большей степени это относится к распре- ' .--
делительным сетям, где помехи изучены очень мало. Име­
ющиеся данньrе о мешающих колебаниях в линиях высших
напряжений нельзя формально распространить на сети
0,4-35 кв, которые свободны от наиболее мощного истоII-
ника помех - коронирования . Вследствие этого преем­
ственность достигнутых успехов для изучения помех в се-
тях 0,4-3 .5 кв определяется весьма малой степенью .
В конце двадцатых годов было замечено сильное меша­
ющее действие помех на радиоприем [73, 74 и др.]. Это
привлекло серьезное внимание как радиоспециалистов, так
и энергетиков . В лабораторных условиях доказали, что
каждый фарфоровый изолятор является источником высоко­
частотных колебаний [53, 66, 76 и др] . Одним из главных
очагов этих колебаний является место контакта линейного и
вязочного провода с фарфором изолятора. Для устранения
этого очага помех предложен способ нанесения на головку
изолятора глазури из окиси меди, которая затем химически
восстанавливалась и облуживалась. Неменьший эффект
получен от опыта с покрытием шейки изолятора асфальто­
вой краской. Указанные мероприятия в сочетании с не­
заземленной опорой привели к исчезающе малой величине
помех от изоляторов [53] .
С точки зрения специалистов каждый изолятор представ­
ляется высокочастотным генератором, нагруженным с обеих
сторон волновым сопротивлением линии Zл и имеющим внут­
реннее сопротивление r; приблизительно равным емкостно­
му сопротивлению собственной емкости изолятора [44-48,
72 и др ]. Волновые сопротивления линии, включенные по
обе стороны от рассматриваемого изолятора, составляют на.
z
грузку генератора, равную -}- Так как для одного под·
6

весного изолятора, обладающего собственной емкостью около
50 пф, при частоте 2 Мгц внутреннее сопротивление состав-
z
ляет 10 ООО ом, а внешняя нагрузка-f- = 250 ом, то по-
следней можно пренебречь . Поэтому высокочастотный ток
ограничивается внутренним сопротивлением генератора,
зависящим от величины собственной емкости изолятора .
Существование поля радиопомех около высоковольтной
линии объясняется волнообразным распределением тока и
напряжения в линии, которое наступает при разрядах в
воздушных прослойках на перехрдных местах между изо­
лятором и металлом .
С помощью переносного радиоприемника, снабженного
рамочной антенной, были обнаружены четко выраженные и
вполне ограниченные максимумы шумов около каждой опо­
ры линии [57, 58, 60, 61 ]. Однако под теми опорами, где
в изоляторах имелись волосяные трещины на внешней по­
верхности, внутренние трещины, пористость фарфора, ра­
ковины или загрязнение наружной поверхности, был за­
мечен значительно больший уровень помех [44] . Из 100 %
обследованных изоляторов, дававших повышенные помехи,
причиной оказались следующие дефекты [62, 63, 64 ]:
трещины
..
.
.
.
пористость глазури
пористость керамики
воздушные прослойки в керамике
сильное загрязнение поверхности
%
69,7
11,4
8,5 •
7,6
2,8
Помехи, являющиеся неизбежным спутником работы
высоковольтных линий, разделяют на «нормальные» и «ано­
мальнЬiе» [48]. «Нормальными» считаются такие величины
помех, которые свойственны вполне исправному состоянию
изоляции линии. «Аномальными» считаются помехи, зна­
чительно возросшие из-за неисправного состояния изоля ­
ции или других дефектов в силовом оборудовании.
•
По данным американских исследований [42], помехи в
линиях высокого напряжения, в основном, имеют импульс­
ный характер.Частота повторения импульсов на выходе при­
емника меняется от 60 до 180 1/сек*. На заземляющем дрос­
селе устройств присоединения наблюдается более И{IИ
* В США частота промышленного напряжения равна 60 гц в от­
личие от европейских стран, принявших частоту 50 гц .
7

менее регулярное появление всплесков помех за каждые
полпериода напряжения на каждой фазе линии . В диапазо­
не высоких частот основное значение имеют помехи, об­
условленные наличием ~з линии высокого напряжения, вы­
зывающего коронирование проводов и частичные разряды
на изоляторах (8, 9, 10] . Помехи, свойственные высоко­
вольтным линиям, имеют хаотический характер, относятся
-+
и~1
,
150 Се!<
1
шеек
Рис . 1. Характер напряжения по­
мех в коронирующих линиях высо­
кого напряжения .
к типу гладких, однако во
времени они распределены
неравномерно, пульсируя:
в такт с напряжением про­
мышленной частоты (8, 43,
69] . Наблюдаемые на экра­
не электронного осцилло­
графа всплески напряже­
ния помех через 1/150 сек
совпадают с положитель-
ными максимумами высо­
кого напряжения между проводами линии [18]. Всплески
с наибольшими амплитудами соответствуют той фазе, к кото­
рой подключен осциллограф, а с меньшими - обусловлены
соседними фазами (рис. 1). Длительность всплеска обычно
составляет около 15% периода напряжения промышленной
частоты .
Кроме коронирования и . частичных разрядов на изоля­
торах линии, помехи возникают также и в воздушных вклю­
чениях, находящихся в высоковольтной изоляции транс­
форматора (67]. Величина помех, генерируемых трансфор­
маторами , еще не установлена, поэтому ее значимость в
общем уровне неизвестна .
За последние годы установлено, что одновременно с
гладкими помехами от короны, показанными на рис . 1,
в линиях высокого напряжения регулярно возникают зна­
чительные по амплитуде импульсы от частичн·ых разрядов
на изоляторах с частотой повторения серий, приближа­
ющейся к 300 1/сек [75 ]. Существование помех значительной
величины обнаружено и при малых напряжениях, когда
коронирование отсутствует~ [43, 65]. Низковольтные сети и
распределительные линии со штыревыми изоляторами в не­
которых работах признаются потенциальными источника­
ми большего уровня помех, чем высоковольтные линии с
подвесными изоляторами [40]. При этом замечено, что раз ­
ряды на изоляторах являются источниками колебаний зна-
8
.,,._-

,-::,
чительно большей интенсивности, чем коронный разряд
(68] . Ниже будет показано, что в распределительных элект­
рических сетях, не имеющих коронирования, помехи опре­
деляются, главным образом, частичными разрядами в изо­
ляторах и имеют особую структуру спектра колебаний.
2. ФАКТОРЫ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ В !iЗОЛЯТОРАХ
Процесс образования помех от частичных разрядов
изучен значительно глубже остальных явлений, вызыва­
ющих электрические помехи в линиях высокого напря­
жения.
Возникновение частичного разряда на поверхности ди­
электрика в общих чертах показано К:. С. Архангельским и
А. Н . Власовым [3] . Эквивалент-
1
r.Iс, с
1FyтCz э
ная электрическая схема диэлект ­
рика, поясняющая возникновение
частичного разряда на его поверх­
ности, приведена на рис. 2. Объем
изоляции, где появляется частич­
ный разряд, изображается в виде
некоторой емкости С2 , шунтируемой
искровым промежутком F, а С1 -
емкость слоя, ограничивающего Рис.'11 2. Эквивалентная
дальнейшее распространение разря- электрическая схема ди-
электрика, поясняющая
да. Емкости С1 и С2 соединены возникновение частично­
параллельно с емкостью С3 осталь- го разряда на его по­
ной части изоляции и включены на
верхности.
напряжение источника питания И
через сопротивление· цепи Z. Частичный разряд, «закорачи­
вающий» емкость С2 , сопровождается некоторым спадом
напряжения на электродах системы . Вслед за разрядом ем­
кость системы будет дозаряжаться д9 напряжения, соответ­
ствующего стационарному режиму. Заряд происходит через
сопротивление цепи Z и может носить апериодический или
колебательный характер. Напряжение на изоляции при
частичном разряде слагается из напряжения стационарного
режима и наложенного на него напряжения нестационар­
ного режима -«волн частичного разряда», обусловленных
падением напряжения на изоляции в момент разряда и по­
следующим его восстановлением. При питании системы от
9

источника переменного тока частичные разряды будут по­
вторяться через каждые полпериода основной частоты . С по­
вышением напряжения число частичных разрядов за время
одного периода · может увеличиваться. Экспериментально
Высокое ffапряжение
f-le+=fi
~
а,1
:
Высокое напряжение 1
--
-- +,1
1
1 ~ L,---::--1
'
1СPmет1
•
~fJ
т
Рис. 3. Высоковольтный диэлект­
рик (а) и его эквивалентная элект ­
рическая схема (6).
проведены исследования пов ­
торяющихся разрядов в схе­
мах с последовательной и
параллельной емкостями и
дополнительными сопротив- .
лениями в зарядной и раз­
рядной цепи с искровым
промежутком [52].
Возможность возникно­
вения частичного разряда
доказана
теоретическим
путем [22]. Схема замеще­
ния диэлектрика в виде
цепочки
поверхностных
емкостей и поверхностных
и объемных сопротивлений
показана на рис. 3. Для
всех видов поверхностных
разрядов при переменном
токе величина напряжения, при которой появляются раз­
ряды, определяется выражением
И=Еоv· kema th('·v ev
z)'
Bv
kema
где Е0 - вполне определенное значение напряженности
поля, при которой начинаются частичные разряды; k -
некоторая постоянная, зависящая от свойств поверхности
диэлектрика; а, l - соответственно толщина и длина об­
разца изоляции; вт - диэлектрическая проницаемость сре­
ды, окружающей изоляцию; вv - диэлектрическая про­
ницаемость изоляции .
Это выражение показывает следующие необходимые
условия, при которых возникают разряды: 1) явление раз­
ряда на поверхности чистого сухого изолятора может воз­
никнуть в том случае, если на каком-нибудь участке изо­
лятора по тем или другим причинам напряже_нность поля
превосходит некоторую вполне определенную величину
Е0 ; 2) напряжение поверхностных разрядов понижается или
с возрастанием диэлектрической проницаемости изоляции
10

/
~,,
1,v, или с уменьшением толщины изоляции, или с понижени­
ем диэлектрической проницаемости среды 1,т, стремясь в
каждом отдельном случае к некоторой постоянной величи­
не; 3) поверхностные разряды могут возникнуть только при
достаточно больших значениях удельного поверхностного
и объемного сопротивления диэлектрика, когда Ps > 1012 и
Pv > 1013 , а также при высоком значении удельного объеме
ного сопротивления среды Рт > 1013 . При столь больших
величинах удельных сопротивлений матt~риала токи прово­
димости не влияют на распределение напряженности поля,
поэтому поверхностные разряды, главным образом, опре­
деляются емкостными процессами.
При рассмотрении причин образования частичного раз­
ряда на высоковольтных изоляторах особое внимание
уделяется вопросу неравномерного распределения напряже­
ния как на элементах гирлянд, так и на поверхности каж­
дого изолятора. Исследованиями установлено, что нерав-.
номерность распределения напряжения возникает от двух
факторов: во-первых, вследствие дополнительных емкостей
изоляторов в гирлянде относительно заземленной опоры и
относительно провода (изоляторы без дефектов и загрязнения);
во - вторых, вследствие загрязнения наружной поверхности
изоляторов [13, 15, 24 и др.]. В первом случае главной при­
чиной неравномерного падения напряжения как на эле­
ментах гирлянды, так и вдоль поверхности отдельного изо­
лятора является емкостный ток утечки. При этом вследствие
неравномерного емкостного падения напряжения на эле­
ментах гирлянды, вызванного наличием дополнительных
емкостей, наибольшее напряжение приходится на изоля­
торы, расположенные около провода, наименьшее - на
изоляторы, находящиеся в середине гирлянды, и несколько
повышенное - на изоляторы заземленного конца гирлян­
ды на опоре. Например, в семиэлементной гирлянде изоля­
торов, на ближайший к проводу изолятор приходится всег­
да максимальное напряжение, обычно составляющее 24 ~ь
от приложенного [32]. По данным фирмы Rosenthal [72],
.в
семиэлементной гирлянде на ближайший к проводу изо­
лятор приходится 22% приложенного напряжения И, на
третий изолятор от заземленного конца - 13 % (рис . 4, а) .
Причины, вызывающие неравномерное распределение на­
пряжения вдоль гирлянды, создают благоприятные усло­
вия для возникновения разрядных явлений на более нагру­
женных изоляторах. Поэтому нижний изолятор гирлянды,
11

находящийся под максимальным напряжением, может ге­
нерировать наибольшее напряжение высокочастотных по­
мех . Измеренная величина напряжения И высокочастотных
помех на каждом элементе гирлянды (рис. 4, 6) [49] доста­
точно точно воспроизводит характер распределения высо­
кого напряжения на тех же элементах гирлянды (рис. 4 , а).
Эти данные совпадают с результатами последующих ана­
логичных измерений в других странах .
~7
i6
~5
t,
~4
1~3
1') 2
&
/v
/
\
1\.
.........
r-- .
.........
r--..
:.; f
~101214161820l2U,o/o
а
/
\
'1
'
'
-r --
-
Рис . 4. Кривые распределения напряжения промышленной частоты
вдоль гирлянды чистых изоляторов в процентах к приложенному (а)
и величины высокочастотного напряжения на каждом элементе гирлян­
ды (6).
Распределение высокого напряжения вдоль поверхности
отдельно взятого изолятора, укрепленного вместе с прово­
дом обычным методом, имеет такой же характер, как и вдоль
гирлянды, составJ!енной из подвесных изоляторов. У от­
дельного изолятора также наблюдается повышенное напря­
жение на поверхности, прилегающей к проводу, и меньшее
напряжение в средней части его поверхности. Некото­
рое выравнивание распределения напряжения у стержне­
вого изолятора достигается с помощью арматуры и путем
сгущения ребер [32].
Экспериментально установлено, что напряжение вдоль
поверхности отдельного изолятора распределяется чрезвы­
чайно неравномерно . Так, у обычного подвесного изолятора
93% напряжения приходится на 1/4 длины поверхности
(рис. 5, а) и распределяется, главным образом, вокруг мест
соприкосновения диэлектрика с металлическими элемен­
тами [72] . Для сравнения на том же рисунке пунктирной
прямой показано идеальное распределение напряжения вдоль
поверхности изолятора. Следовательно, конструкция изоля­
торов столь несовершенна, что на основную часть их по-
12

-.~_/
верхности, составляющую 3 / 4 ее длины, приходится всего
лишь 7% приложенного напряжения.
Более равномерное распределение напряжения вдоль по­
верхности получено у двухъюбочного подвесного изолятора
с массивным фарфоровым сердечником типа Vollkernform
(рис. 5, 6). Такие изоляторы генерируют значительно мень­
шее напряжение помех по сравнению с обычными много­
юбочными, имеющими металлизированную головку и опор,
~
60~~--1-----,.1" 1 1/ 1
,,,.
В 9А(о \11 IZ
81216202428/_,снЕ4812162024lBJZ36L,CI'/
а
б
Рис. 5. Кривые распределения напряжения вдоль поверхности чисто­
го сухого изолятора (от основания заземленного колпака Е до метал-
лического стержня L).
ное отверстие [58]. Например, при замене обычных трехъ­
юбочных изоляторов на участке линии длиной 350 м изо­
ляторами с сердечником Vollkernform ,(соответствующего
напряжения) высокочастотное напряжение помех умень­
шилось в 20 раз по отношению к ранее измерявшейся вели­
чине [59].
Рассмотренная выше неравномерность распределения на­
пряжения вдоль гирлянды изоляторов, а также по поверх­
ности каждого отдельного изолятора является основным
фактором, способствующим возникновению частичных раз­
рядов. По кривым распределения напряжения на рис. 5
видно, что очаги разрядов возникают прежде всего в местах
соприкосновения фарфора с металлической арматурой.
Именно здесь существуют высокие градиенты напряжения,
играющие решающую -роль в ионизации воздуха и образо­
вании газовых разрядов.
-
Все вышеизложенное о неравномерном распределении
напряжения на изоляторах рассматривалось при условии
их чистой и неповрежденной поверхности, когда емкостный
ток утечки изолятора является преобладающим. У за­
грязненных изоляторов в сырую погоду распределение
напряжения вдоль гирлянды изменяется (рис. 6) [47].
13

Распределение напряжения при этом определяется актив­
ным током утечки, значительно превосходящим емкостный
ток . Загрязненная поверхность изоляторов при увлажнении
очень часто приводит к перекрытию [15, 32, 47, 50 ].
В сухом состоянии корка загрязнения почти не влияет на
распределение напряжения вдоль поверхности изолятора,
так как она является диэлектри-
ком. При увлажнении загрязнен- '?,"/•. -- - , - - ~- - ~
нога изолятора туманом, росой или эо r-----i - --t==l-== - -1
/
\
'
1f0 ll,%
а
10 20 U,%
б
Рис. 6. Кривые распределения на­
пряжения по элементам загрязнен­
ной гирлянды :
при· влажности атмосферы 42% (а) и
95% (б).
50L.---.l.--'-----1...--'
],на
а.
· 10г--т-~-~-~
45
б
6t,Ч
Рис. 7. Кривая изменения
во времени влажности
среды (а) и величины тока
утечки загрязнен ной г_ир­
лянды изоляторов (б).
мелким дождем, на его поверхности появляются участки
с неодинаковой проводимостью, обусловливающие распре­
деление напряжения вдоль поверхности изолятора. Вслед­
ствие неравномерной поверхностной проводимости и неоди­
наковой мощности рассеивания скорее подсушиваются участ­
ки с наибольшим поверхностным сопротивлением для тока
утечки. Если на коротком участке подсыхающей поверх­
ности изолятора возникает столь большое падение напряже­
ния (напряженность поля в данном месте достаточна
для ионизации прилегающего воздуха), то происходит
местный . газовый разряд. В результате образующихся
разрядов в цепи тока утечки появляются острые им­
пульсы тока помех (рис. 7). Величина их достигает
5 ма при нормальном состоянии изоляции и 80-100 ма
при увлажнении [48]. Эксперименты показывают, что
частичные разряды на изоляторах носят форму тлею-
14

/
~~'
.:::,_ ~- ·
~
щего газового разряда [48, 50 , 71 и др.]. Возникнове­
ние частичных разрядов внутри воздушных включений в
изоляции достаточно подробно изложено в работах [12, 33] .
На основании результатов исследований: Ю. М. Волокобин­
ского можно сделать СJ1едующие выводы о з акономерностях
.
генерируемой высокочастотной энергии при разрядах внут­
ри воздушных включений: 1) при разряде газа в полости
выделяющаяся энергия возрастает в третьей степени от
размера полости вдоль направления поля, следовательно,
легч~ всего· газ ионизируется в крупных порах; 2) энергия
разрядов в полости возрастает пропорционально квадрату
напряженности поля, при которой происходит ионизация
газа в поре; 3) выделяющаяся в поре энергия пропорцио­
нальна частоте переменного напряжения и числу разрядов
за каждый период напряжения .
3. ПРОЦЕССЫ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ЧАСТИЧНЫЙ РАЗРЯД
В ОТДЕЛЬНОМ ИЗОЛЯТОРЕ
Процесс возникновения частичного разряда связан
с емкостной конструкцией самого изолятора [71 ]. В эквива­
лентной электрической схеме изолятора, изображенной на
рис . 8, в, собственная емкость С включена между линейным
проводом и землей . Процесс. образования частичных разря­
дов рассматривается при различных дефектах , в частности,
при наличии трещины в корпусе или глазури , а также при
различных видах воздушного включения внутри изоля­
тора.
Место трещины в дефектном изоляторе (рис . 8, 6) услов­
но изображено посредством искроразрядного промежутка
F (очага возникновения газового разряда с определенным
напряжением зажигания Uz)- Сопротивление в цепи разряда
Re принимается пост~:>янным и настолько большим , что из­
меняющимся сопротивлением искрового промежутка можно
пренебречь. При подключении схемы к источнику постоян­
ного напряжения U0 яерез сопротивление R (индуктивность
в подводящих проводах не учитывается) емкость изолятора
С заряжается по закону (рис . 8, в) :
Ис·= И0 С-е- ~а),
где '"Са = RC ---:- постоянная времещr заряда.
15

Как только между электродами искроразрядного проме­
жутка достигнет определенное напряжение зажигания Uz,
произойдет разряд. У пораженного (дефектного) изолятора
емкость С будет шунтироваться значительно меньшим па
величине сопротивлением самого изолятора Rv, и величина
напряжения на конденсаторе устанавливается в зависи­
мости от соотношения сопротивлений R и Rv, которая во­
обще может не достигнуть величины Uz при данном И. После
6
7
а
б
в
Рис . 8. Подвесной изолятор:
а - внешний вид; 6
-
схематично изображенная трещина в головке
фарфорового корпуса; в - эквивалентная электрическая схема; 1 -
головка фарфорового корпуса; 2 - колпак; 3 - стержень; 4 - замазка
(полупроводник); 5 - электроды емкости С (арматура и замазка учи­
тывается как одно целое); 6 - фарфор; 7 - арматура.
зажигания искрового промежутка емкость С разряжается
с постоянной времени 1:0 = ReC по закону:
t
до тех пор, пока снижение напряжения достигнет величины
напряжения погасания газового разряда ИL·
После прекращения разряда емкость С дозаряжается и
процесс повторяется в виде автоколебаний, показанных на
рис. 9, в. Токи, протекающие при заряде и разряде емкости,
определяют уровень высокочастотных помех и могут рас­
крыть ' сущность явлений, происходящих при разрядах .
Следует различать две цепи тока:
1) зарядного
е
16

-~-
2) разрядного
t
.
Иz -~.
le=-e
Re
Изменение общего тока (зарядного и разрядного) можно
было бы проследить на экране электронного осциллографа
посредством подключения его параллел'ьно измерительному
сопротивлению R 2 (рис. 9, а). Процесс имел бы характер,
изображенный на рис. 9, г. Однако такое включение осуще­
ствить невозможно . Практически доступной для изучения
·R,
~ia
~~l
~1Rzl}J J
________ ,__J
ia
R,
.
а
~
к~
~~-----,
.1. Г'i~ 1
~
сг: IJ) 1rl
i( L..:le
(
__о: 1
1
ul R~
'---"~ii __ _J
ie
г
,v.i--:;:n--l
i__
и,_
е.~
~t
д
д
Рис . 9. Эквивалентные электрические схемы дефектного изо­
лятора (а, 6), изменение напряжения на емкости С (в), тока
в измерительных сопротивлениях R2 (г) и R~ (д) при автоко-
лебательных разрядах.
высокочастотных помех, генерируемых изоляторами, яв­
ляется схема, показанная на рис. 9, б, где путем подклю­
чения осциллографа к сопротивлению R; возможно про­
следить только лишь ток заряда конденсатора ia (рис . 9, д)
и невозможно проследить разрядный ток ie.
Процессы изменения напряжения и токов на рис. 9, в, г, д
[71] идеализированы. В действительности импульс разряд­
ного тока ie появля~ся ,!,,е в мо1менJ. ~ гда ток подзаряда
2 01425
,, ~1tпическ:111 б116диGrека
17
•
KиenL1,пi\ \
1~~ш~щ11онпыi. 3~90,щ ~
,__,._,..,.,=,.,· -·!'Тf",.-=:;;.1'..Jl('~I'$'

емкости ia равен нулю, а несколько раньше. Зарядный
ток ia также появляется раньше, чем это показано на
рис. 9, г. Повторяющиеся разряды в виде автоколебаний
могут появляться при следующих условиях:
1) напряжение источника U0 должно быть больше иди
равно напряжению зажигания Uz, т. е. И0 >-- Uz;
2) постоянная времени разряда те должна быть малой
по сравнению с постоянной времени зарядной цепи та, т. е.
'ta>те;RС>ReC;R>Re·
Рассмотренный выше дефектный изолятор, изображен- .
ный в виде воздушного канала с газоразрядным промежут­
ком, является простейшим для понимания примером. В дей ­
ствительности в изоляторах
имеются местные трещины,
воздушные включения и, кро­
ме собственной емкости изоля-
1_с, с,' , ..JY~j
,'\\:: ~ :: rрарф LСзт
"'"\ "".....' "'- ,-
_J
3
Рис. 1О. Изолятор с воздушным
включением и его эквивалентная
электрическая схема:
1- фарфор; 2- воэдушныi"~ пузырь;
3 - металлическая арм,атура .
а
j__ j
j и~ !Окб
\ ---1-- Z~ IOOщ
Ur, -; ;2606
JL 11 •• 1 и;:,.1-sкб
I!
! ! Zт_'200гц
Ц,, 3506
Jlli · 1111 U=20кб
lmf --imr- Z!п400гц
Uр7Об
Jl 1111 U=22.5кб
•
~ Z!';fбООгц
U,- -;9006
б
Рис. 11, Схема для исследования
процесса частичных разрядов в
изоляторе (а) и осциллограммы
зарядных импульсов, накладыва­
ющихся на 50-периодную кри­
вую (6).
тора, может участвовать более сложная система емкостей.
Например, у изолятора с воздушным включением (ракови­
ной) возможны безэлектродные разряды. Их возникновение в
газовом включении облегчено резким отличием диэлектриче­
ской постоянной газа (ввоэд = 1) от фарфора (Вфар:\J = 5). Слу­
чай разряда в воздушном включении изолятора изображен
на рис. 10 эквивалентной схемой замещения с частичными
емкостями и условно показан в виде искроразрядного про­
межутка, заключенного в прямоугольник. Дефектный изо­
лятор в составе гирлянды также представляет собой частич­
ную емкость с газоразрядным промежутком, распол!)жен­
ную внутри цепочки емкостей остальных изоляторов
гирлянды. Рассматривая разряд на частичной емкости в
18
--.....,

простейшем случае, когда емкость С3 отсутствует, можно
получить закономерность изменения импульса напряжения
помех:
И_ZC1
( __t)
имп---,- Ис 1- е zc•
-r
2
;'
е
если принять время изменения напряжения на емкости С2
~
как постоянную времени разряда. Это выражение показы­
вает, что амплитуда напряжения импульса пропорциональ­
на скачку напряжения на разряжающейся емкости С2 и
отношению постоянной в~емени заряда 1:а = ZC1 к посто­
янной времени разряда 1:е.
Частота автоколебательного процесса при атмосферных
условиях, зависящая от времени деионизации воздуха (по-
рядка 10-5 сек), ограничена приблизительно величиной
104 гц.
При переменном напряжении качественная сторона про­
исходящего процесса, в основном, та же. Но так как напря­
жение источника периодически · изменяется от нуля до мак­
симума, то разряды возможны только за некоторую часть
полуволны, когда значение переменного напряжения дости­
гает и превосходит напряжение зажигания Uz. Процесс
частичных разрядов на отдельном изоляторе при перемен­
ном напряжении имитировался схемой, по к азанной на
рис. 11, а. Частичная емкость С2 , разряжающаяся посред­
ством искрового промежутка F , определяется емкостью
среднего изолятора трехэлементной гирлянды. Осцилло­
граммы зарядных импульсов показывают следующие харак-
терные черты процесса частичных ра з рядов на отдельно
взятом изоляторе:
а) за каждую полуволну высокого напряжения в после­
довательной цепи тока питания возникают зарядные им­
пульсы тока помех той же полярности, что . и . полуволна
._.,. .напряжения;
б) каждый частичный разряд сопровождается одним
импульсом помех, обладающим микросекундной длитель­
ностью;
в) с возрастанием подводимого напряжения число раз­
рядов за каждую полуволну увеличивается ;
г) при значительном увеличении подводимого напряже­
ния процесс разряда становится менее регулярным (циклич-
2*
19

ным), при этом число разрядов за полуволны. различной
полярно.сти напряжения становится неодинаковым;
д) пр_й неизменном потенциале зажигания газоразряд­
ного элемента амплитудное напряжение зарядных импуль­
сов растет быстрее по сравнению с увеличением приложен­
ного напряжения .
В лабораторных условиях установлена значимость раз­
личных дефектов изолятора по величине генерируемого
u~.нкб
800
600
400
200
о
5
10
Рис. 12. Высокочастотное н апряжение помех, создаваемое подвес­
ными изоляторамц с различными дефектами в зависимости от ве­
личины приложенного напряжения.
напряжения помех [71 ]. Наибольшее напряжение помех
возникает у пористых изоляторов, несколько меньше -
у изоляторов с пробитым фарфором и шатающимся стерж­
нем, и еще меньшее - у изоляторов с раковинами и трещи ­
нами (рис. 12) . Любой высоковольтный изолятор с дефекта­
ми или без них является генератором автоколебательных
разрядов, а образующиеся при этом импульсы зарядного
тока и бегущие в линии волны напряжения порождают
синусоидальные колебания всех частот, т. е . сплошной
спектр.
Как уже указывалось выше, в литературных источниках
.н:е обнаружено теоретических работ по исследованию помех
от системы изоляторов трехфазной линии высокого напря­
жения. Сделаны лишь первые попытки объяснить механизм
образования частичных разрядов на отдельно взятом изо­
ляторе.
20
"
...
·-~

~·
....
11.
ПОМЕХИ ОТ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ
В ИЗОЛЯТОРАХ ТРЕХФАЗНОЙ ЛИНИИ
вы~окого НАПРЯЖЕНИЯ
4. СОВОКУПНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ,
СОПРОВОЖДАЮЩИХ ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ
В ИЗОЛЯТОРАХ ЛИНИИ
Условия образования частичных разрядов на изо­
ляторах трехфазной линии очень сильно отличаются от
лабораторных условий. В лабораторных опытах, имитиро­
вавших частичные разряды на отдельном изоляторе, имелся
единственный «газоразрядный элемент» с относительно ста­
бильной величиной потенциала зажигания и элементы с не­
изменными параметрами. Поэтому возникавшие в этой цепи
зарядные импульсы были относительно стабильны по ампли­
туде и частоте следования.
Трехфазная линия в отличие от лабораторной установки
представляет собой сложное сочетание различных «газораз­
рядных элементов» и всевозможных атмосферных условий.
Характерные черты рассматриваемого процесса в трехфаз­
ной линии определяются следующими факторами.
Линейные изоляторы, являющиеся, как известно, потен­
циальными очагами газовых разрядов, распределены вдоль
всей высоковольтной сети. Большое количество «газоразряд­
ных элементов» на изоляторах линии физически объедине­
но в TrJИ фазные группы . Элементы каждой такой группь1,
которые параллельно включаются между объединяющими
их проводом и землей, подвергаются действию соответству­
ющего фазного напряжения.
Полярность зарядных импульсов, возникающих от час­
тичных разрядов на элементах данной фазной группы, соо.r­
ветствует полярности высокого напряжения .
Возникновение частичных разрядов на изоляторах рас­
сматриваемой группы наиболее вероятно в отрезки времени,
соответствующие максимальным значениям фазного напря-
•жени я, так как при максимумах линейного напряжения на
изоляторы каждой из обеих фазных групп приходится все­
го лишь половина величины линейного напряжения .
К:аждый «газоразрядный элемент», обладая той или иной
величиной потенциала зажигания, может вступать в дейст­
вие только лишь при достижении определенной величины
напряжения между проводом и землей. Величина напряже­
ния зажигания «газоразрядных элементов» непрерывно
21

изменяется в зависимости от температуры, влажности и дав­
ления окружающего воздуха. Атмосферные условия, в ко­
нечном итоге, определяют количество действующих очагов
частичного разряда на изоляторах воздушной электриче­
ской сети .
Определим, исходя из указанных выше положений, ос­
новные черты совокупности зарядных импульсов в трех­
фазной сети при различных атмосферных условиях. Лите­
ратурные данные показывают, что сырая погода вызывает
на воздушных линиях, свободных от коронирования, рез- ·
кое увеличение уровня помех. На этом основании можно
полагать, что атмосферные условия выступают главным
фактором, определяющим величину потенциала зажигания
«газоразрядных элементов». Многочисленные наблюдения
исследователей [13, 32, 46 и др.] подтвердили принадлеж­
ность этих помех к частичным разрядам на изоляторах.
Не вдаваясь в подробности многостороннего влияния тем­
пературы, влажности и давления окружающей среды на
процессы образования частичных разрядов на изоляторах,
будем в дальнейшем оперировать напряжением зажигания
«газоразрядных элементов» Uz, величина которого определя­
ется атмосферными условиями.
Покажем с помощью векторной диаграммы влияние раз­
личной величины напряжения зажигания на характер со­
вокупности возникающих при этом зарядных импульсов в
линии . Минимальным напряжением зажигания принимает­
ся тот наименьший при данных условиях уровень напря­
жения между проводом и землей, при котором начинает
вступать в действие хотя бы один из очагов частичного раз ­
ряда на изоляторах фазной группы . Пусть векторы фазных
напряжений ИА, Ив и И с на рис. 13, а вращаются относитель-
0
"
2:п: Е
но точки с угловои скоростью ro = -т. ели проекции
50
на неподвижную ось MN векторов фазных напряжений до-
стигают значения
.
t
Uz мин= Иф.ма1<с COS (J) -f •
(1)
то в соответствующей группе изоляторов возникают час­
тичн·ые разряды, сопровождаемые зарядными импульса­
ми в линии. Приняв в начальный момент времени положение .
векторов фазных напряжений, показанное на рис. 13, а, и
услови·е Иzмин < ИФ.макс, нетрудно понять, что от действия
22

и,, )м
',,,
r '1--
,,~, lf•1
--
-= ---
\---\[ii~•A ,'
/ \ \i//"''' .,,:Х1\
••
\\ и"'
Рис. 13. К пояснению меха­
низма образования совокуп­
ности импульсов от частич­
ных разрядов на изоляторах
ol.ii:n;';;нe\V;~/·.11 . ~и"/ /_/.,,,,,-
нения и,,,., IJ.
1\
~
/
R
'
/
l ll,
1",',Ll1_,//
,
1
' -f- 1-- ,,.---:
!
LJi-
1!, ,
1''
трехфазной сети:
а - векторная диаграмма на­
пряжений ; 6 - система импуль~
сов от действия фазных напря­
жений; в - система импульсов
от действия фазных и линей-
ных напря>кений .
N
а
u,,,.,п
Иф_макс> Ипнuн> JИл.манс
/--r -,
1r --~--
.......
z
,,, ,.
.
А\\
С'
В
/А
\
/
\
I
~\~{" . i•111 /1•1•
о
wt
1Т
6
в
i"\z3h
11 4тт/iтт!!! jZn
\
/
1
'
А/
СI
',
/
1
•'-
_,,/
1
---
1
тs.-------~
6
lfннп
1
Uz.1 ми!f < 2 lfл. нахс
тr
3
wt
0
i 11~!
~

фазного напряжения ИА положительной полярности в обла­
сти времени, близкой к t = О, в «газоразрядных элементах»
фазы А происходят частичные разряды, сопровождаемые
серией положительных импульсов. Через 1/ 6 часть перио-
да (;) действие отрицательного напряжения фазы В вызы­
вает серию отрицательных импульсов. Через 1/ 3 периода
( 23:n: ) положительное напряжение фазы С вызывает серию
положительных импульсов и т . д. Для упрощения рассуж­
дений форму напряжения отдельного импульса помех при­
нимаем прямоугольной. На рис. 13, 6 показана образую­
щаяся в линии совокупность серий импульсов в идеальном
случае, которая впоследствии по этапам усложняется и
переходит к реальным условиям. Следовательно, за каж­
дый период напряжения промышленной частоты Т50 от
действия трехфазной системы напряжений в линии появ­
ляется шесть серий импульсов, соответствующих шести
максимумам фазных напряжений. Полярность групп им­
пульсов чередуется аналогично полярности максимумов
фазных напряжений в линии . Так как серии импульсов сле­
дуют синхронно с максимумами фазных напряжений, то
в симметричной трехфазной системе частота следования
групп импульсов соответствует 300 гц.
Длительность серии импульсов t2 зависит от уровня
напряжения зажигания И, мин и на основании выражения
(1) определяется соотношением
( Иzмин )
0t2 = 2 arccos ----
.
иф.макс
Призначениях( :,мин \ > 1tг =О.Этозначит,чтопри
ф.макс }
уровнях И, мин, превосходящих амплитудное значение фаз­
ного напряжения, возникновение частичных разрядов
невозможно и зарядные импульсы в линии отсутствуют
(нулевая область значений И,мин на рис . 13, а). В реальных
условиях эксплуатации высоковольтных сетей величина
напряжения зажигания «газоразрядных элементов» на изо­
ляторах, как правило, ниже амплитуды фазного напряже­
ния, поэтому всегда имеются частичные разряды.
Рассмотрим, какое действие оказывает изменение уров­
ня напряжения зажигания на характер помех . Пусть И, мин
24
...

••
изменяется в границах области/ (рис. 13, а), определяемой
отношением •
и
и
Ф-макс ), И z мин ), ~акс
2
(2)
Верхняя граница области /, определяемая соотношением
И z ~ин = Иф.макс, является пределом возможного существо­
вания частичных разрядов. Нижняя граница этой области,
определяемая равенством
1
Иzмин = 2 Ил.макс,
характеризуется возможностью появления_ частичньiх раз­
рядов от 1/ 2 амплитуды линейного напряжения. Особен­
ность рассматриваемой области значений Иz мин состоит в
том, что здесь проявляется действие только фазных напря­
жений. Изменение Иzмин в границах этой области определя­
ет характерную совокупность импульсов, состоящую из
шести (за каждый период 50 гц) равноудаленных по времени
серий импульсов чередующейся полярности (рис. 13, 6).
Длительность серий может принимать значения от О до
; при неизменном расстоянии между ними 0,003 (3) сек;
Вторая область значений Иz мин, обозначенная на диа­
грамме индексом //, определяется соотношением
1
Иz мин Е;;; 2 Ил.макс-
(3)
При напряжении зажигания, равном 1/ 2 амплитуды
линейного напряжения, частичные разряды возникают в
обеих фазных группах изоляторов. Следовательно, в грани­
цах области I ! , кроме шести (за период 50 гц) серий импуль­
сов помех, вызванных фазными напряжениями, появляются
дополнительные шесть серий импульсов от действия линей­
ных напряжений. Начиная с верхней границы области //,
.когда
иф.макс cos 30" =+ил.макс,
длительность каждой серии импульсов увеличивается со
значения ; . Это значит, что в области // значений Иz мин
серии импульсов, не имея интервалов, следуют непрерывно
(рис. 13, в) .
25

Если принять во внимание тот факт, что амплитуда
импульсов помех увеличивается в большей пропорции
по сравнению с ростом прикладываемого напряжения
(рис . 11, 6), то на границе/ и 11 областей можно предполо­
жить появление 12 серий импульсов помех в течение каждо­
го периода напряжения 50 гц.
При рассмотрении образования частичных разрядов на
изоляторах трехфазной линии было показано, что в зависи­
мости от состояния атмосферных условий могут существо­
вать различные совокупности импульсов. При атмосферных
условиях, определяющих уровень напряжения зажигания
«газоразрядных элементов» в границах области/, на линиях
имеет место периодическое следование серий импульсов че­
редующейся полярности с частотой 300 гц. При неблаго­
приятных атмосферных условиях, опреде{Iяющих низкий
уровень напряжения зажигания (область / /), в линии воз­
никают сплошные помехи, состоящие из множества хаоти­
ческих импульсов . На границе вышеуказанных областей
можно предполагать образование 12 серий импульсов с
частотой следования 600 серий в секунду при чередовании
их полярности через каждые две серии [27, 30, 35, 37]. Рас­
смотренный выше механизм образования частичных разря­
дов на изоляторах отражает только качественную сторону
вопроса, касающуюся характера возникающих помех . Во­
просы количественных соотношений, учитывающих такие
факторы, как число импульсов в серии, их амплитуду,
форму, момент возникновения, а также распространение
по линии, составляют предмет специального изучения и в
данной работе затронуты незначительно.
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСОВ
ОТ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ В ИЗОЛЯТОРАХ
Методика и 'техника измерений
Применявшаяся в данной работе методика и тех­
ника измерений . помех во многом заимствована из работ
[9, 42]. Главное внимание авторы уделяли изучению дей­
ствия помех на выходе приемника. Такая узкая постановка
вопроса, предусматривающая решение частной задачи,
не привела к обнаружению основных закономерностей по­
мех как на выходе приемного устройства, так и в линии.
26

Методика, разработанная Я. Л. Быховским, предусматри­
вает всестороннее изучение линейных помех и помех на
выходе приемника.
В данной работе принят метод всестороннего изучения
мешающих колебаний. При проведении массовых измерений
Тр
fi
1
п!._
5
/1.3
Высоffо0мьтнщ;
сеть
КС
_
2 Поilоженип
i переключитщ
Р1 1-ф{JJll-JeN/lf/
_ J 2·фl1311-ф11311
КП2
Рис. 14. Блок-схема приборов для исследования помех в сетях 0,4-
35 кв:
1 - фотоприставка; 2
-
электронный осциллограф типа ЭО-7; 3 - электрон­
ный коммутатор; 4 - фотоприставка; 5
-
анализатор спектра типа АСЧХ-1 ;
6 - генератор типа ЗГ-1 0;7
-
вольтметр типа МВИ-IМ;В - избирательный
приемник «Tekade»; 9 - избирательный указатель уровня типа УУ-150-11
или ИУУ-300; 10, 11 - германиевые диоды; 12 - шлейфовый осциллограф
типа МПО-2; КС - высоковольтны й конде нсатор свя з и; КП
-
коробка
присоединения.
в различных сетях основное внимание уделялось исследо­
ванию закономерностей линейных помех. Это осуществля ­
лось методом многостороннего контролирования напряже­
ния мешающих колебаний всеми доступными средствами,
каждое из которых, обладая заранее известными недостат-
• ками, предоставляло дополнительные сведения для более
полного понимания процесса .
Мешающие колебания на выходе приемника и з учались
в сравнительно широкой области частот, что дало возмож­
ность обнаружить различие частотной структуры помех на
низких и высоких частотах .
Применявшаяся при исследованиях блок - с хема при­
боров показана на рис . 14 . Измерительная аппаратура
27

подключалась к линии с помощью простейших устройств
присоединения, состоящих из высоковольтного конденса­
тора связи КС и коробки присоединения КП с заземляющим
ЮООО() /(!
1000
100
10
1~70,1
2
ЮООООК1
No000
70,1 2
.L
4 6В,,о
4 6810
2 .4 68100
а
/(ец
4 68f,O 2
.
468fO2
4 68100
.
j кгц
б
Рис. 15. Частотная характеристика затухания устройства присоедине­
ния для схемы «фаза-земля» (а); «фаза-фаза» (6):
1-линии35кв;2-6и10кв;З-0,4кв.
дросселем L = 50 мгн, разрядником Р на 300 в и плавким
предохранителем. Конденсаторы связи для линий 35 кв
имели емкость 4400 пф, для линий 6-10 кв - 5000 пф и
для линий 0,4 кв - 100 ООО пф.
28

"'
..1
Частотные характеристики затухания устройств присо­
единения при схемах «фаза - земля» и «фаза
-
фаза» при­
ведены на рис. 15. При всех измерениях применялось на­
грузочное сопротивление R = 600 ом.
=-~=~~-- "" ·"""···-'-"""·"····--- .
•.......:J
Рис. 16. Осциллограммы напряжения помех на выходе устрой­
ства присоединения 35 кв относительно кривой 50 щ при:
а, б - погоде «сухо» для схемы «фаза-земля»; в, г
--
погоде «сухо» для
схемы «фаза-фаза»; д - тумане, росе и появлении дождя; е
-
длитель­
ной погоде «сыро».
Линейное напряжение помех изучалось 'четырьмя спо­
собами*.
При первом способе наблюдали и регистрировали кривую
напряжения помех на заземляющем дросселе устройства
* Каждый способ более подробно рассматривается ниже.
29

присоединения (положение 1П1 и П2 , рис. 14). При этом
с экрана электронного осциллографа 2 с помощью пристав­
ки 1 фотографировалась форма напряжения помех относи­
тельно калиброванной по амплитуде 50-периодной кривой,
Рис. 17 . Осциллограммы напряжения помех на выходе устрой- ·
ства присоединения 6 кв при:
а, б - погоде «сухо» для схемы «фаза
-
земля»; в, г - погоде «сухо»
для схемы «фаза - фаза»; д
-
тумане, росе н появлении дождя; е -
• длительной
погоде «сыро».
служившей одновременно и системой отсчета амплитуд,
и системой отсчета времени (рис. 16, а) . Для этого исследу­
емое напряжение помех и калиброванное по амплитуде на­
пряжение 50 гц поочередно подавалось на вход осцилло­
графа с помощью электронного коммутатора 3. Указанным
способом изучалась форма кривой напряжения помех на
30
..

~
--
~
,,...,,. ·
выходе устройства присоединения, фронт нарастания и сщ1-
дания всплесков, закономерности их следования , продол­
жительность и амплитуда.
При втором способе записывали на фотопленку среднее
значение тока помех положительной полярности относи-
Рис. 18. Осциллограм м ы напряжения помех на выходе устройства
присоединения 0,4 кв при:
а - погоде «сухо» для схемы «фаза-земля»; б
-
по_годе «сухо» для схемы
«фаза - фаза»; в - тумане для схемы « фаза-фаза » ; г
-
дожде, длительной
погоде «сыро».
тельно положительных полуволн трехфазной системы на­
пряжений (рис. 16, 6). Для этого ток помех детектировался
полупроводниковым диодом 10 и записывался с помощью
шлейфового осциллографа 12 (рис. 14, положение 5 П1).
Несмотря на значительное искажение формы кривой тока
·помех, такая запись, развертывая процесс во времени, дала
возможность обнаружить закономерность изменения ампли­
туд всплесков относительно полуволн трехфазной системы
напряжений в течение большого числа периодов 50 гц.
Третий способ заключался в исследовании отдельного
всплеска напряжения помех (рис . 19, а, б , в) . Для этого к схе­
ме электронного осцил~ографа добавлен блок однократной
31

ждущей развертки с временем развертки, равным одному
периоду 50 гц, и автоматическим запуском от максималь­
ного импульса помех той или другой полярности.
Четвертый . способ дал возможность регистрировать
натуральные импульсы помех в линии, наложенные на
Рис. 19 . Осциллограммы напряжения всплесков на выходе
устройства присоединения, содержащего заземляющий дроссель
(а, б, в) и заземляющее активное сопротивление (г, д, е).
50-периодную кривую фазного или линейного напряжения,
в зависимости от схемы присоединения к проводам ли­
нии (рис . 19, г, д, е). Это осуществлялось при помощи уст­
ройств присоединения, в которых вместо заземляющего дрос­
селя устанавливалось активное сопротивление.
Мешающие колебания на выходе приемника исследова­
лись следующими тремя методами: ,
32

"
--_r
~~-
~
....
1. Осциллографированием формы кривой )апряжения с
выхода приемника 8 относительно принятой системы ориен­
тировки (рис . 14, положения 3 П1и 2П2). В качестве прием­
ника использовался избирательный указатель уровня фир­
мы «Tekade», выполненный по супергетеродинной схеме без
автоматической регулировки усиления с ненастроенным
входом и полосой пропускания Лf = 1500 гц. Посредством
электронного коммутатора 3 ко входу осциллографа 2 под­
водились поочередно напряжение помех и 50-периодное на­
пряжение, которое служиль системой отсчета времени и
амплитуды напряжения импульсов ,
2. Фотографированием на экране анализатора спектра
5 фотоприставкой 4 амплитуды гармонических составля­
ющих напряжения помех, подававшихся с выхода избира­
тельного приемника 8 (рис. 14, положения 3 П1 и 1П3).
Анализатор типа АСЧХ-1 раскладывал сложный сигнал на
отдельные составляющие, которые на экране трубки изоб­
ражались в виде спектральных линий соответствующей
высоты. Точное значение частоты и амплитуды составляющих
определялось с помощью калибровочных спектрограмм,
получаемых путем подачи на вход анализатора калибровоч­
ного напряжения от генератора 6, амплитуда которого за­
мерялась вольтметром 7 (рис. 14, положение 2 П3).
3. Третий метод состоял в измерении уровня помех на
всех частотах настройки приемника при различных усло­
виях погоды. Измерения производились селективным ука­
зателем уровня 9 с двойным преобразованием частоты типа
УУ-150-П, имеющим полосу пропускания Лf = 75 ± 25 гц,
или типа ИУУ-300 с полосой 1000 гц. Измеренный уровень
помех (среднее значение) приводился к общепринятой
полосе Лf = 5 кгц [81
р-Р'115
5-
0,075 , 2
n 0,075 , неп.
Влияние атмосферных условий
Большое количество проведенных измерений в раз 0
личных-сетях Запорожской и Днепропетровской областей;
а также Ставропольского края показало, что при сухой по­
годе воздушным электрическим сетям 35, 10, 6 и 0,4 кв
3 01425
33

свойственна одинаковая форма кривой напряжения линей­
ных помех . Типичная форма напряжения помех на выходе
устройства присоединения при схеме «фаза - земля » («фа­
за - фаза») показана на осциллограммах рисунков 16, а, в,
(в сети 35кв), 17,а,в,(всети 6кв)и18,а,6 (всети0,4кв).
Одновременная запись тока помех положительной полярнос­
ти относительно полуволн трехфазного напряжения, выпол­
нявшаяся с помощью шлейфовоrо осциллографа, приведена
на рисунках 16, 6, г и 17, 6, г. В нижней части осциллограмм
имеются отметки времени через 2 мсек.
•
Приведенные данные показывают, ЧТО в воздушных се­
тях 0,4-35 кв существует одинаковая форма напряжения
линейных помех, которая на выходе устройства присоеди­
нения имеет вид периодических всплесков. Они следуют
с частотой 300 гц. Всплески появляются как за положитель­
ную, так и за отрицательную полярность высокого напря­
жения в каждой фазе линии . Амплитуда их неодинакова.
При схеме «фаза - земля» обычно преобладает амплитуда
каждого первого из трех всплесков. Всплески с большой
амплитудой 1 и 4 (рис. 16, а) соответствуют тому проводу,
с которым осуществляется контактная связь посредством
устройства присоединения, остальные два всплеска с мень­
шей амплитудой 2, 3 и 5, 6 вызваны влиянием двух других
проводов линии. Осциллограммы показываюг, что при од­
ной полярности высокого напряжения амплитуда вспле­
сков несколько больше, чем от полуволн противоположной
полярности (рис. 16, а, 6; 17, а, 6 и 18, а) . Это относится
только к результатам измерения при схеме «фаза -
земля». Кроме того, установлено, что всплески несим­
метричны относительно нулевой линии АВ (рис . 16, а;
17, а и 18, а). У максимального всплеска 1 преоблада­
ет положительная полярность, а у всплеска 4 - отрица­
тельная .
При схеме измерения «фаза -фаза»~ максимальные ам-
плитуды имеют всплески 1, 2, 4, 5 1из каждых шести за пе­
· р и о д 50 гц (рис . 16,в и 17). Они соответствуют полувол­
нам высокого напряжения на фазах, к которым подключа­
лись устройства присоединения .
При обеих схемах измерения величина амплитуды всплес­
ков имеет один и тот же порядок. Так, при 600 - омном вход­
ном сопротивлении в сетях 35 кв ее величина составляет
8-11 в, всетях6- 10кв - 1-3вивсетях О,4кв- 0,3-1 в.
На входном сопротивлении 1,5 · мом величина амплитуды
34

~
--•
~i
/
_...,..
~,,.
всплесков соответственно равна 70-80 в в сетях 35 кв,
8-10ввсетях6-10кви3-5ввсетях0,4кв.
Амплитуда всплесков изменяется хаотически, однако
всегда остается вышеуказанное преобладание всплесков
1 и 4 при схеме подключения «фаза - земля» и 1 и 2,
4 и 5 при схеме «фаза - фаза». Отношение амплитуд
больших всплесков к меньшим обычно составляет (2,5-
1,5) : 1.
Длительность всплесков во времени также изменяется ,
увеличиваясь при появлении сырой погоды. Минимальная
их длительность соответствует 1/ 30 части периода 50 гц,
но обычно равна 1/ 9- 1/ 12 части периода. Каждый всплеск
имеет крутой фронт нарастания напряжения и значитель­
но меньшую скорость спадания.
Между всплесками всегда можно обнаружить помехи
иного характера. Они имеют относительно постоянную
амплитуду , независящую от атмосферных условий. Методом
изменения нагрузки трансформатора было установлено, что
эти весьма стабильные помехи, наблюдаемые на осцилло­
граммах между всплесками, являются низкочастотными ко­
лебаниями (гармоники напряжения 50 гц и комбинационные
составляющие, рассматриваемые в гл. III) .
Форма кривой напряжения с шестью всплесками за пе­
риод 50 гц является устойчивой при сухой погоде . При повы­
шенной влажности, тумане .или наступлении дождя числ о,
всплесков удваивается (рис. 16, д ; 17, д и 18 , в). Процесс
перехода от шести всплесков к двенадцати продолжается
несколько минут сначала в виде кратковременного их
появления, затем длительного состояния ·, которое перехо­
дит в устойчивую форму с 12-ю всплесками . Наибольшие
ам п литуды при этом имеют 1, 2 и 7, 8 всплески при схеме
измерения «фаза - земля» или 1- 4 и 7 -10 - при схеме
«фаза - фаза». Расстояние между всплесками при этом не­
одинаково, обычно наблюдаются группы из двух всплесков:
1и2,3и4,5и6,ит.д.,имеющиемеждусобой несколько
меньшее расстояние, чем между группами. Напряжение
помех с удвоенным числом всплесков при продолжитель­
ной сырой погоде и сильном дожде постепенно переходит
к форме сплошных импульсов, промодулированных дв'ой­
ной частотой сети (рис. 16, е; 17, е и 18, г).
3*
35

Вспл~ски и причины их образования
:'-~
Осциллограммы, сделанные электронным осцилло­
графом с большой разрешающей способностью при одно­
кратной развертке, дали возможность обнаружить содержа­
ние всплесков . Каждый всплеск представляет собой пери­
одические колебания с очень крутым фронтом нарастания
[30, 37] . Частота этих колебаний постоянная и соответству­
ет резонансной частоте элементов устройства присоединения
(11-18 кгц для 35 кв, 10-17 кгц для 6- 10 кв и 2-3 кгц для
0,4 кв) . Типичная форма кривой напряжения всплеёка, на- •
блюдаемая на выходе устройства присоединения показана
нарис.19,а,б,в.
Всплеск, состоящий из одного затухающего колебания
(колебательного импульса), возникает в результате удар­
ного возбуждения реактивных элементов устройства при­
соединения отдельным импульсом в линии . По числу групп
затухающих колебаний, содержащихся в каждом всплеске,
удалось определить число импульсов, возбуждающих эти
колебания, а также неодинаковые расстояния между им­
пульсами группы. Таких импульсов в сети напряжением
0,4 кв за каждую полуволну щ,rсокого напряжения наблю­
дается один-два, в сети 6- 10 кв- от одного до четырех и в
сети 35 кв - от пяти до девяти импульсов , На осциллограм-
• ме рис . 19, а (сеть 0,4 кв) развернутый всплеск состоит
из одного колебательного импульса, на осциллограмме
рис. 19, б (сеть 6 кв)-трех импульсов (1 , 2, 3) и на осцил ,
лограмме рис . 19, в (сеть 35 кв) - семи импульсов (1-7).
При исключении заземляющего дросселя из устройства
присоединения и установке вместо него активного сопро­
тивления удалось избежать резонансных явлений и зафик­
сировать непосредственно импульсы, сопровождающие час ,
тичные разряды в изоляторах линии (рис . 19, г, д, е). Так,
на осциллограмме (рис . 19, г) четко выражены каждые два
импульса·, третий имеет очень малую амплитуду. Рассто­
яние между импульсами равно 60° . Наибольший из них
соответствует той фазе, к которой подключено устрой­
ство присоединения (импульсы 3 и 6) . На осциллограмме
рис . 19, д (сеть 6 к,в) видно, что каждому импульсу (1 - 12)
предшествует небольшой и очень быстрый спад напряже­
ния 50 гц на изоляторе, затем следует импульс напряжения.
Частота следования их приблизительно равна 1500 uмп!сек.
На осциллограмме рис. 19, е при удвоенном числе импульсов
36

~
за период 50 гц наблюдается 3-4 следующих друг за дру­
гом импульса в каждой группе. Интересно также отметить,
что частота их следования составляет 3600 имп!сек, т. е ,
приближается к предельно возможной частоте следования
_
частичных разрядов на изоляторах, обусловленной вре-
менем деионизации газа в очагах разряда [71 ].
6. СПЕКТРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА
СОСТАВЛЯЮЩИХ СОВОКУПНОСТИ ИМПУЛЬСОВ
ОТ ИЗОЛЯТОРОВ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ
Обнаруженные закономерности появления импуль­
сов от частичных разрядов на изоляторах трехфазной сети
дают возможность проанализировать с п ектральную струк­
туру составляющих этих импульсов. Рассмотрение данного
вопроса целесообразно начать с простейшего случая, по­
следовательное усложнение которого позволит подойти к
пониманию сложных процессов, происходящих в действи­
тельной линии.
Случай при Uz ми н = lf Ф·макс
Пусть минимальное напряжение зажигания газо­
разрядных элементов на изоляторах сети Иz мин = ИФ.макс•
Считаем, что максимальное напряжение между проводом и
землей достигается одновременно во всех точках сети. При
этих условиях число действующих газоразрядных элементов
сравнительно невелико. Кроме того, от каждого действую­
щего очага частичного разряда за полуволну фазного напря­
жения может возникать только один импульс, момент появ­
ления которого совпадает с точкой максимума ИФ· Следова­
тельно, все импульсы от частичных разрядов на изоляторах
данной фазной группы возникают одновременно . Если при­
нять, что действующие «газоразрядные элементы» на изоля­
торах сети обладают одинаковыми параметрами и равной
•интенсивностью, то в равнозначных фазных группах изо­
ляторов возникают импульсы одинаковой амплитуды U и
длительности t11 • В рассматриваемом случае от действия
~
симметричной трехфазной системы напряжения в сети воз­
никает периодическая последовательность импульсов чере­
дующейся полярности .
При рассмотрении спектра составляющих • периодиче­
ской последовательности импульсов можно оперировать
37

наиболее простой формой напряжения импульса в виде
прямоугольника, так как частотная структура спектра за ­
висит не от формы импульса, а от характера следования
этих импульсов [39]. Для принятых выше идеальных усло­
вий такая последовательность импульсов описывается им­
пульсной функцией и (wt) с периодом Т, равным 1/ 3 пери­
ода напряжения промышленной частоты Т50 (рис . 20, а).
Так как за каждый период Т импульсная функция имеет
конечное число разрывов, обладает конечным числом мак- ,
симумов и ее интеграл за период является конеч ным [14),
она может быть разложена в ряд Фурье
00
00
и(wt)= ;0 +Iапcosnwt+~Ьпsinnwt.
n=l
n=I
Если выбрать начало отсчета времени в момент, соотв ет­
ствующий середине импульса, то все коэффиuиенты ряда
п
Ьп= -
1- \. и(wt)sin nwtdt
п.
-п
обращаются в нуль, так как при таком выборе координат­
ных осей функuия становится четной. Кроме того, функция
и (wt), имеющая период 2n:, такова, что u(wt + п) =
=
-
и (wt), поэтому ее разложение в ряд содержит только
нечетные гармоники а11 cos nwt без постоянной составляю­
щей а0 . Коэффициенты ряда при косинусах находим путем
интегрирования функции и (w t) в пределах одного пери­
ода Т:
п
Cln = +S и (wt) cos nwtdt.
-п
(4)
На · основании рис. 20, а рассматриваемая импульсная
функция принимает значение И при - wiи
-<:wt-<wiи;
.:_иПрИ-Л-< Wf-< (- Л+ Wiи),
(п- wtи <wt<п,
2
где · fи - длительность импульса.
При указанных значениях интеграл (4) имеет решение:
4U.
Wiи
ап= пл sшп-2-,
38
....

*
-"'
и
г--,--
--
,,,,--
-i-::7"--
f'/
•
--- ...... ~:т---
-'
).___
и
-v
1/'
/-n
о.
1\
1t\
'
'
'
'
------~!-···
Т-----1 \
1
.
'
Tso
1
'-
ir
лt-
-1 --
лt
1
1
1
-тт
.,
1
1
-тт
и
о
б
и
о
8
и
а
1
1
1
п
1
1
1
1t
1111111111
1111111111
jllll
1111111111· j
о
г
wt
wt
wt
wt
Рис . 20 . Идеальная система зарядных импульсов от частичных
разрядов на изоляторах трехфазной сети:
а-т=l;6-т=2;в-т=3;г-т=4.

или
4И . :rtlи
Gn =-~ --SlПП-- .
n:rt
Т
(5)
Тогда ряд Фурье для рассматриваемой последователь­
ности импульсов принимает вид
и(шt)=-- sш-1-1cos--t + - sш3- 1
-
1cos--t+
4И[. :rtl
2:rt
1.
:rtl
6:rt
:rt
Т
Т'3
Т
Т
1.
:rtt и
1O:rt
1.
:п tи
2:rtn
]•
+S S!П5-ТCOS-Т-t+ ·,· +n SlПn-у-COS-y-t+ ,,. .
В этом выражении коэффициенты ряда являются ампли­
тудными значениями составляющих . Рассмотрим их частот­
1ul1.1
ную, а затем · амплитудную
структуру .
На основании работ по
гармоническому анализу [ 14,
17, 39] известно, что периоди-
ш+- 7 9 11 ,з п ческая функция и (ffit), при-
О 150 450 750 1050 1зsо 1650 19501,гц веденная на рис. 20, а, обла­
Рис . 21 . Частотная структура
составляющих периодической по­
следовательности импульсов при
идеальных условиях.
дает дискретным или линейча­
тым спектром . Составляющие
этого спектра образуют после­
довательность частот, кратных
• нечетным
значениям основ-
ной частоты ряда F =-~--Так как периодр-яда Т состав­
ляет треть периода напряжения промышленной частоты Т50 ,
то основная частота
3
F=-Т=150гц.
50
Следовательно, рассматриваемая импульсная функция
обладает бесконечным рядом нечетных гармоник с часто­
тами 150,450,750 гц и т . д., представляя дискретную струк-
туру составляющих с интервалом 300 гц (рис . 21) .
~
На основании соотношений величин в выражении (5)
проанализируем закономерность изменения амплитуд со­
ставляющих (амплитудную структуру). Величина коэффи:
циента ап определяется значением амплитуды импульса И
и зависит от номера составляющей п, а также длительности
импульса tи· Проанализируем влияние величины п на ампли-
40

'
туду составляющих ап в каждом случае . Для этого правую
часть выражения (5) запишем с помощью двух сомножи­
телей
ап = апап,
,
4U -1
.
лfи
гдеап=~п ;ап=sшпт·
Величина а~ в функции от п убывает по гиперболическому
1
"
закону у = ьх- . Второй сомножитель ап в зависимости от
номера гармоники изменяется по синусоидальному закону ,
принимая нулевые значения при аргументе
пnfи
-т-= О; :n:; 2:rt и т. д.
Отсюда гармоники с нулевыми амплитудами n0 соответ­
ственно равны
no1=О; по•=1Т
.
. т.:;
При значениях аргумента
т
поз=2• -t-ит.д.
и
плfи
л 3:rt
5:rt
-т-= Т; -2-;
-2-ит.д.
а~ ~:тринимает значения соответственно -t- 1, -1, -t- 1 и т . д.
Гармоники п,т при которых а~ имеет максимальные зна­
чения, соответственно равны :
1Т
3Т
5Т
nml=2
•4;пт2=2
•7;;птз=т.т.:ит.д.
Зная величину длительности импульса t. ,, можно легко
определить номера гармоник, при которых функция а~ при­
нимает нулевые значения. Однако в литературе имеется
мало сведений о параметрах импульсов, сопровождающих
. чдстичные
разряды в изоляторах . Имеющиеся данные не-
1очны и отличаются на несколько порядков.
Чтобы ориентировочно представить амплитудную струк ­
туру составляющих от импульсов, сопровождающих частич­
ные разряды на изоляторах линий, воспользуемся некоторы­
ми данными из работ по исследованию разрядных явлений
в изоляторах и в схемах их замещения . Путем осцилло­
графирования зарядных импульсов ~тока при частичных
41

разрядах в отдельном изоляторе, определена длительность
импульса, равная 10мксек [71 ]. В гирлянде изоляторов дли ­
тельность импульса составила величину 15 . 10 - 9 сек [56],
а в работе [70] ~ порядка 10-8
- 10-6 сек . Исследования ,
проведенные автором на линиях 6, 10 и 35 кв, показали, что
14
12
10
8
6
Рис . 22. Кривые составляющих при одном и двух
импульсах в серии.
наиболее вероятной длительностью зарядного импульса
является величина порядка 3-11 мксек [30]. Эти значе­
ния весьма близки к результатам, полученным в работах
[70, 71 ].
На основании этих данных принято наиболее вероятное
значение длительности импульса t11 = 7 л1ксек, необходимое
для построения амплитудной зависимости составляющих
спектра согласно выражению [5]. Для упрощения графи-
ческой зависимости сомножителей а'п и а;; от п коэффициент
4
11 принят равным единице.
Закономерности изменения этих сомножителей и их
результирующего значения ап, ~оторое является огибающей
амплитуд составляющих спектра, изображены кривыми
на рис. 22.
В результате проведенного анализа структуры помех
от частичных разрядов на изоляторах трехфазной сети для
идеального случая, когда Иzмин = ИФ.макс, установлены сле­
дующие закономерности:
42

~
1) импульсы помех, появляющиеся синхронно с макси­
мумами фазного напряжения в линии, обладают дискрет­
ным спектром ;
2) составляющими спектра являются нечетные гармо­
ники с частотами 150, 450, 750 гц и т. д.;
3) величина напряжения гармонических составляющих
пропорциональна амплитуде импульсов и . с ростом частоты
уменьшается по косинусоидальной кривой, принимающей
1
2
3
нулевые значения на частотах, равных -t-,
- t-'
-t-ит.д.
и
и
и
.
Случай при Иzмин < UФ ·макс
Рассмотрим спектральную структуру составля­
ющих п при несколько меньшем уровне напряжения зажи­
гания «газоразрядных элементов», определяемом выраже­
нием [2]. При указанном условии в каждом «элементе»
может происходить не один, а несколько ра з рядов в течение
полуволны фазного напряжения . Следовательно , от каждого
очага частичных разрядов по линии может распространяться
не один, а серия импульсов. Для упрощения рассуждений
на данном этапе принимаем во внимание только лишь пре­
обладающие по амплитуде импульсы от ближайших очагов
частичного разряда и пренебрегаем влиянием меньших по
амплитуде импульсов от дальних очагов.
Определим закономерность изменения стр у ктуры со­
ставляющих п в зависимости от количества импульсов в
серии . При этом принимаем следующие исходные данные:
серии импульсов следуют периодически, синхронно с мак­
симумами фазного напряжения; импульсы, воз никающие
за положительную и отрицательную полярность фазного
напряжения, имеют оди_наковые амплитуды И; каждая
серия содержит одно и то же число импульсов т; им­
пульсы в каждой серии следуют через равные интер­
валы времени Лt. Соответственно принятым условиям на
рис. 20 показаны импульсные функции при различном коли­
честве импульсов в серии. Структура составляющих ана­
лизировалась методом разложения функции в ряд Фурье
аналогично предыдущему случаю при т = 1. Полученные
выражения п-й составляющей при различном числе импу.rrь­
сов в серии имеют вид
4И.лt
2л
пл SIПn+ [!]COSТt (,п= !);
(6)
43

ВИsinп~[cos2л(~)]cosп 2n t
пл
Т
Т
2
Т
(т=2);(7)
4U
лtи r
2л
]
2л
пл sinп-ТL1+2cosпТ(ЛТ) cosпТt
(т=3);(8)
-- sinп--cosп-- --+
ви
:ritи [
2Jt (Лt)
пл
Т
Т2.
2л(3Лt)]
2nt
+cosпТ -2- cosп-т-t
(т = 4); (9)'
-
sinп-- 1+2cosп--(Лt)+
4U
лtи[.
2:ri
•
пл
т
т
2Jt
]
2Jt
+2cosп --(2лt) cosп-- t
т
т
(т = 5). (10)
Следовательно, амплитуда п-й составляющей при числе
импульсов в серии, равном т , имеет выражение
i
4И. лtи~
Jt(m- !)лt
а11 = пл sш п ---у- ..,;;.. (rni - rni_2) cos п
Т
; (11)
tn= p
где под знаком суммы берутся члены или только с нечетны­
ми числами импульсов в серии, т. е. р = 1, 3, 5, ... , i, или
толькосчетнымичисламир= 2,4,6, ..., i.
Анализ спектральной структуры импульсных функций,
изображенных на рис. 20, показал, что составляющие этих
функций представляют собой бесконечный ряд нечетных
гармоник . Поскольку основной период функций определяе-
"
1Т
тся периодом повторения серии импульсов, равным 3- 50 ,
частоты основной и высших гармоник для всех функций,
приведенных на рис . 20, равны 150, 450, 750 гц и т . д . Следо­
вательно, частотная структура составляющих не зависит от
числа импульсов в серии. Она имеет такой же дискретный
характер , как и для рассмотренного ранее случая при т = }
(рис. 21) .
Амплитудная структура составляющих существенно ме-
,~
няется в зависимости от числа импульсов в серии . Как по­
казывают выражения (6)-(10), при увеличении числа им-
пульсов в серии составляющие приобретают дополнитель-
ные члены (в квадратных скобках).
44

-~
Аналогично выражению (5) запишем уравнение (11) в
следующем виде :
i
где а''=~
/!
~
m=p
Gn = апапап'
(т,-т,_
2)cosп:rt(т- 1)Лt
т
.
Сомножитель а:, содержащий параметр т, при значениях
т; > 2 изменяется по сложному колебательному закону по
мере возрастания п . При этом а~ чаще принимает нулевые
а-10 ·3
1
1
f41 \а~
1
12
fO
8
1
1
\
а"-10 2
-,1'---l---:.....
,,,
'
'
приm•З
',
Рис . 23. Амплитудная
структура составляющих
при трех импульсах в
серии.
6
,,
т
т,,
'
4 Н-Hr't-i-H-+;,+,:::/-.1.J.J
',,.
2
ПJ:"tt::1⁄4-M..1:::1:.,~ '·
1
о
-2
-4
a.пpum,f
значения чем ап, так как длительность импульса во много
раз меньше интервала времени между импульсами [71 ].
Известно, что параметр Лt, определяе.мый частотой повторе­
ния частичных разрядов на изоляторе, зависит от времени
деионизации среды в «газоразрядном элементе». При ат­
мосферных условиях время деионизации газа составляет ве-.
личину порядка 10-5 сек, поэтому частота повторения раз­
рядов (импульсов) ограничена 104-105 1/сек.
ПринявЛt= 10-4сек, 4- = 1иfи=7 •10-5сек, пофop­
:rt
мулам (7), (8) и (10) рассчитаны амплитудные значения со­
ставляющих для двух, трех и пяти импульсов в серии.
Амплитудная структура спектра составляющих при т =
= 1, 2, 3, 5 представлена на рис. 22- 24 в виде огибающей
амплитуд составляющих. Для количественного сравнения
45

их амплитуд в зависимости от числа импульсов в серии на
рис . 22-24 нанесена огибающая а11 при т = 1.
В результате проведенного анализа структуры состав­
ляющих в зависимости от количества импульсов в серии об­
наружены следующие закономерности: 1) при наличии двух
и более импульсов огибающая амплитудных значений со­
ставляющих имеет колебательный характер; 2) максимумы
а0 10-3
14
12
10
в
(]
4
2
о
-2
-4
1
1
\
\
\
,,
,,,.
Рис. 24. Ам плитудная
структура составляющи~
при пяти импульсах в
серии.
огибающей возрастают в т раз относительно огибаю­
щей при т = 1; 3) частота колебаний огибающей увеличи­
вается в т - 1 раз; 4) частотная структура составляющих
не зависит от количества импульсов в серии и представляет
дискретный характер с интервалом между составляющими
300гц.
Функции, изображенные на рис. 20, следует рассматри­
вать как идеальную совокупность импульсов, возникающую
от частичных разрядов на изоляторах трехфазной сети.
Спектр такой строго периодической . последовательноети
одинаковых по амплитуде и длительности импульсов за
сравнительно длительный отрезок времени представляется
в виде спектральных линий (рис. 21), которые с:имволизи-
2:rtп
руют концентрацию энергии на частотах~• кратных
2:rt
нечетным значениям частоты повторения импульсов т ·
Однако в действительной трехфазной сети строго перио­
дического следования импульсов не существует. Парамет-
46
\
-

-"!f
~
"" ---
~
ры _ «газоразрядных элементов», которые зависят от множест­
ва факторов атмосферного состояния, различного на тех
или иных участках сети, обусловливают неодинаковые мо­
менты возникновения разрядов. Поэтому моменты появле-.
ния импульсов следует считать случайными величинами,
колеблющимися около точек максимума ИФ ·
Принятая выше одинаковая интенсивность очагов частич­
ного разряда на изоляторах действительной сети не сущест­
вует . Амплитуду импульсов и их длительность также сле­
дует считать случайными величинами, колеблющимися око ­
ло некоторых своих средних значений.
Следовательно, трехфазная воздушная сеть в действи­
тельности обладает последовательностью импульсов, ампли­
туда, длительность и моменты возникновения I<оторых могут
рассматриваться случайными функциями времени . Для ана­
лиза структуры составляющих такого случайного процесса
аппарат гармонического анализа неприменим . Дальнейшее
решение поставленной задачи необходимо производить ме­
тодами теории вероятностей, в частности, методами теории
случайных процессов [21].
СЛУЧАЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
ИМПУЛЬСОВ, ИМЕЮЩИХ СЛУЧАЙНУЮ АМПЛИТ·УДУ
Рассмотрим спектральную структуру составляющих
последовательности равноотстоящих • импульсов прямо­
угольной формы, имеющих одинаковую длительность fн и
случайную амплитуду . Данная последовательность импуль­
сов рассматривается относительно той же системы отсчета
времени - 50 -п ериодной кривой напряжения . Обозначим.
через Т период повторения импульсов, а случайную ампли­
туду р - го импульса
-
через И~ . Определим амплитудную
и частотную структуру составляющих последовательности
импульсов, изображенных на рис. 25, когда величина их
амплитуды представляет случайную функцию времени И~ .
При анализе спектральной стр уктуры импульсного слу­
чайного процесса обычно пользуются понятием энергети­
ческого спектра F (ro). Любая ордината энергетического
спектра, представляя интенсивность составляющей, опреде­
ляет плотность энергии на данной частоте [17, 39 и др.].
Так как импульсный случайный процесс определяется
бесконечным множеством реализаций, ·каждая из которых
47

представляет собой последовательность импульсов, выделим,
например, k-ую последовательность, состоящую в данном
случае из р, i, q импульсов и т. д., и рассмотрим 2N + 1
импульсов, расположенных по обе стороны от нулевого
импульса (рис. 25).
Обозначим через Zkм (ш) спектральную плотность функ ,
ции, описывающей k-ую последовательность импульсов,
и
Рис. 25. Периодическая последова­
тельность импульсов, имеющих слу­
чайную амплитуду .
и запишем ее в виде сум­
мы спектральных плотно­
стей импульсов VP:
iv
ZkN (w) = ~ у~k)еiрют, (12)
p=- N
где vl') = p~k) ((!)) eiPOJT.
Определим среднюю мощ­
ность G (ш) последова­
тельности 2N + 1 импуль­
сов . Зная, что любая
ордината энергетического
спектра равна удвоенному
квадрату соответствующей ординаты амплитудного спек­
тра, находим среднюю мощность при N -+ =:
2
Gk (w) = lim ----[ZkN (w)J2,
N➔oo (2N+ 1) !___
2
(13)
Тогда энергетический спектр рассматриваемого случайного
процесса определяется путем перехода от k-ой последова­
тельности к множеству реализаций . Для этого необходимо
выполнить дополнительное усреднение величины G (ш) по
множеству ее возможных реализаций :
(14)
где т1 !Gк (ш) J - операция усреднения величины G (ш),
выполняемая по определенному правилу теории вероятно­
стей [21].
На основании уравнений (12) и (13) запишем выражение
(14), вынося постоянные величины за знак предела:
f(w)=; J~r: 2N~l m1{[p~Ny~k)eipюT]}2
(15)
48

~~·
Для определения F( (j)) необходимо сначала найти сред­
нее по множеству, т. е. по индексу k от [Z,,м ((J))J2. Так как
[ZkN (CL1)] 2 = z,,N (w) z,,N (w),
(16)
то
N
N
[Z кN (w)J2 = ~ ~ V~k)i,7\kJeiw (p-i) т_
(17)
P=-N i=-N
В уравнениях (16) и (17) черта над знаками Z ( (j)) и V обо­
значает комплексно-сопряженную величину. Группируя в
выражении (17) члены, соответствующие р и i импульсам, а
также учитывая, что среднее от суммы равно сумме средних
слагаемых, получим среднее по множеству:
N
m1 ([ZkN (oJ)j2j = ~ m1 ( [vi')]2) +
P= -N
N
N
+ ~ ~ •mi (V~k)i7\k)ei (p-i) wт) .
( 18)
P=-N i=-N
р=/=- i
Так как в рассматриваемом случае амплитуды импульсов
р, i взаимно независимы и для совокупности импульсов не
имеет значения, какой из них принимается за нулевой, вы­
ражение (18) значительно упрощается. Обозначим через
к ((j)) первое слагаемое, т. е.
m1 ( [v~k)j2) = k (со),
(19)
тогда
N
~ m1(lV~')]2)=(2N+i)k(w).
P=- N
(20)
Учитывая взаимную независимость амплитуд импуль­
сов р - i, второе слагаемое в выражении (18) можно запи­
сать в следующем виде:
m1 (V~k)t:YJJ = m1 (V~k)) m1 (V;k)) = [Н (w)]2,
(21)
где
H(w)=m1 (Vbk)).
(22)
При указанных обозначениях двойная сумма в выраже­
нии (18) после преобразований
4 01425
N
N
~ ~ mi (V~')y}k)) /(p-i) wT =
p=-N i=-N
2N
= 22:;(2N+1- р)Нр(w)cosрwТ..
(23)
p=l
49

Подставляя выражения (21) и (23) в (18) и учитывая
уравнение (15), находим
1
2N•
}
4
~
р
\
F(w)=-Т k(ш)+ lim2~(1- ---;'Нр(w)cospwT .
N-CQ ~
2N+1
p=l
•
•Если обозначить
2N
'Ф(w)=2limI(1-
р )[Нр(w) -1Н(w)12]cos pwT, (24)
N-+ oo p=l
2N+1
~
то при взаимной независимости амплитуд импульсов р, i, q,
НР (ro) = [Н (ш)] 2 выражение (24) обращается в нуль. Тог-
да энергетический спектр рассматриваемогр импульсного
..-
процесса описывается выражением
4{
2rc ~ ( 2rcn)}
F(w) =Тk(w)
-
[Н(w)]2 +[Н(w)J2 Т п~<5 w - ~
,
(25)
в котором н е прерывная часть спектра
Fн(w) = : (k(w) - [Н(w)]2},
а дискретна я его часть
Fд(w)=~~Н[(со)Р ~ <5(оо- 2;п)·
fl=
-
00
Последнее выражение представляет собой сумму членов, со-
~
2лп
держащих дельта-функции u ( ш - -;у-) на частотах гар-
моник п разложения периодической функции в ряд Фурье.
Каждая составляющая представляет собой импульсную
дельта-функцию, которая характерна следующим обще­
известным соотношением :
причем, интеграл этой функции в пределах от -
=
до=
·-._._ .
равен единице.
Изобразим в относительных единицах спектральную
структуру составляющих импульсного случайного процес-
50

.·
са И 5 (t), показанного на рис. 25. Считаем, что амплитуды
импульсов р - q взаимно независимы и обладают нормаль ­
ным законом распределения случайной величины . Напри­
мер, это соответствует модуляции амплитуд импульсов бе­
лым шумом. Если принять амплитуду нулевого импульса,
возникающего в момент времени t = О, за единицу, а его
спектральную плотность обозначить через
g(w)= ~
sin wt"
U)
2'
то спектральная плотность р-го импульса
Vp = U5g(w) .
На основании выражений (19), (22) и (27)
K(w) = m1 (Иl[g(w)]2 ) = [g(w)]2 m1 ( И5 j2;
Н(w) =т1 [И5[g(w)]2) = [g(w)]2т1 [И5)-
(26) .
(27)
(28)
(29)
Пусть W1 (х) есть одномерная функция распределения слу­
чайных амплитуд U5, одинаковая для всех импульсов, а
среднее значение их случайных амплитуд U0, т . е.
00
m1{И5)=f x\t-\(х)dx= И0•
(30)
-со
Разброс значений случайных амплитуд импульсов о'коло
их среднего значения U0, называемый в теории случайных
функций дисперсией а 2 случайной величины U5, равен раз­
ности суммарной числовой характеристики случай11:ь1х ам­
плитуд m2 (начальный момент распределения второго поряд­
ка) и квадрата их среднего значения U 0, т . е .
00
а2=М(И5)=т2{И5)-т~(И5)= J(И5- U0)2\\',\(х)dx, (31)
=
где m2 {И5) = f x2\V1 (х) dx.
-
=
На основании соотношений (30) и (31) выраже ния (28) и (29)
принимают вид
К(w) =[g(w)]2(а2+И~);
Н(w)=[g(w)]И0.
(32)
(3 3)
Следовательно, согласно выражению (25) энергетический
спектр периодической последовательности импульсов со
4*
51

случай~gй : амплитудой
Р(ш)=lо:2[g(w)]2+ ~~ И~[g(ш)]2~б(со- 2;п), (34)
n=-oo
или, принимая во внимание выражение (26),
р(ш)= !6cr2 sin2 шtи.+32И6:rr:sin2 шtи. ~ б(ш- 2лп).(35)
w2T
2
ш2т2
2 _.;,.
Т
n=- oo
Первое слагаемое в выражении (35) представляет собой
непрерывную часть энергетического спектра, аналогичного
спектру одиночног9 импульса . Оно показывает, что диспер- ~
сия а 2 случайной амплитуды импульсов является основным
параметром, характеризующим непрерывный спектр. Вто-
рое слагаемое в выражении (35) представляет дискретную
часть спектра, которая состоит из суммы составляющих с
частотами, кратными нечетным гармоникам частоты следа-
. вания
импульсов. По своей частотной структуре спектр
соответствует составляющим п ериодической посл едователь ­
Н()rти импульсов с одинаковыми амплитудами, равными
среднему значению случайных амплитуд (см. рис. 21) .
Рассмотрим соотношение суммарной энергии непрерыв­
Н()Й и дискретной части энергетического спектра. Из выра­
жения (34) энергия непрерывной части
4cr2 r
W11(ш) =-у- J [g(ш)]2duJ,
(36)
а энергия дискретной части спектра
4И~ 00 2л
"; .,
(.
2лп )
111/д(w)=-Т-jТ[g(w)]2~бw- ~dw=
-оо
n=-"°
4U~ ~ [ (2лп)]22л 4U~ s
"'
= --;у-
~ g --Т Т~-У- [g(w)]2dw.
n=- oo
-оо
(37)
Из выражений (36) и (37) следует, что отношение энер­
гии непрерывной и дискретной части спектра а зависит от
среднего квадратического отклонения случайной амплитуды ~•
импульса а от ее среднего значения U0 :
52

с... ,.;
'ЕслипринятьU0 = 1;CG = 0,5;tи=7 •10-6сек,то оги­
бающие непрерывной и дискретной части энергетического
спектра рассмотренной последовательности импульсов име­
ют вид, изображенный на рис. 26. Следует заметить, что в от­
личие от амплитудной структуры спектра на рис. 22-24
F(w)·10-г
:
28
1
24
20
16
12
8
4
-
1/,r?,
~V) ~
v,~
V/~
~~1/,V,
'
17:
~~
V,
/,
1⁄21/,
~,.,
1-....
~~~~
%~
:;; 11/, ~1/,
~~
~~ V,
~
--- ---
Mc,;J
,,,
131=0,5U02
1.'. ·
'
'
~
:~fн(w)
11/,
'%~
r,
~ /j ::>;>
"
~
,
v,;~~~V,
~~т
~~~~%
~-
т.,
·=-~
о fOO 200 300 400 500 600 700 800 900 11000 ·1100 12(1) п
JO
&О
90
120 ·tu f50
180 f,нzц
Рис. 26 . Амплитудная структура составляющих энергетического
спектра периодической последовательности импульсов со слу-
•
чайной амплитудой.
ординаты огибающих энергетического спек:rра на рис. 26
равны квадратам соответствующих ординат амплитудного
спектра, представленных в относительных единицах.
Проанализируем влияние параметра cr на структуру не­
прерывной части энергетического спектра в выражении (35).
Для этого применим известный в теории вероятностей
нормальный закон распределения случайной величины:
(х-а)'
117 (х)
1__ е-~
a-V 2:ri
где W (х) - плотность вероятности непрерывной случай­
ной величины; а - наивероятнейшее значение случайной
величины х; cr - среднее квадратическое отклонение слу­
чайной величины от ее среднего значения .
Нормальный закон распределения, изображаемый на
рис. 27 гауссовой кривой распределения вероятностей,
53

имеет максимум в точке х = а, соответствующей наибольшей
плотности вероятности
W(а)= WМЭl<С=
----
0' -V2л
и точки перегиба при х ,= а ± а, в которых кривая распре­
деления имеет максимальную
, ----- -,~~-
w~~~
,-_,_-
кривизну.
t\
Эти выражения показыва-
' J.Ii
б
1--~- -+ -+
, 1,о• О,4
ют, что чем ольше значени~
1:
параметра а, тем меньше мак-
1---1-----<-051 --\- J
симальная плотность вероят-
,1
\.1
1
ности и тем дальше точки пе-
' _.в,zs!--
регибба от максимума кривой,
/ ....- -
,
- .-. ,__,
т. е. ольше разнесены в есо-
- ~ 6~_~4С.-<С-_-'2°'-----'-0-'-",,.Lz___.с,.-4.LГ-_·--,-=-а мые значения функции W (х) .
И наоборот, чем меньше па­
раметр О', тем больше Wмакс и
тем более компактны весо­
мые значения функции W (х).
При предельных значениях
среднеквадратичного отклоне-
Рис . 27 . Кривые плотности веро­
ятности нормального распреде­
ления при различных з начениях
среднеквадратического отклоне­
ния случайной величины.
ния случайной величины, когда а ➔ =, кривая распреде­
ления сливается с осью _абсцисс, а при а --+ О
(х- а)'
1
1
-
2а2 -
im W(х) = lim
_·
_
е
=
а(х- а),
u->O
а-+0а-V2л
(38)
т . е. кривая распределения принимает закон изменения
дельта-функции.
Приведенные закономерности показывают, чtо в зависи­
мости от значения параметра а непрерывная часть энерге­
тического спектра в выражении (35) может изменять структу­
ру составляющих о_т сплошного характера до дискретного.
Если, например, случайная амплитуда периодической после­
довательности импульсов (рис . 25) изменяется в небольших
пределах, то среднее квадратическое отклонение случайных
амплитуд импульсов а « 1. В этом ,случае плотность веро­
ятности непрерывной случайной величины сосредотачива­
ется около предельного значения, которое кривая распреде­
ления принимает в соответствии с законом дельта -функции.
Это значит, что спектральная плотность, соответству­
ющая каждому импульсу периодической последователь-
. ности,
сосредотачивается около дискретных составляющих .
54

:,:
,..;
При уменьшении cr степень сосредоточения непрерывного
спектра возрастает, придавая ему сначала характер пери­
одически повторяющихся полос сплошного спектра, а в
пределе - характер дискретных линий . Если, например,
случайная амплитуда им-
пульсов периодической по- 1и
следовательности модули­
рована белым шумом, рав­
номерным в ограниченной
полосе Л, которая меньше
или равна 1⁄2 частотного
интервала между импульса­
ми (рис. 25), то около каждой
дискретной составляющей
сосредотачивается непре­
рывный спектр в полосе
частот шириной 2Л, как
показано на рис . 28.
Дuсхретный спехтр
/Lil_JJ
Сплошной спехтр
71ж
iliз ~s Ш1 f·/19 ,,,11 Ш!
150 450 750 1050 1350 1650 1950 !, гц
Рис. 28. Частотная структура спект ­
ра периодической последовательно­
а2
сти импульсов при - « !.
и2
При увеличении параметра cr ширина этих полос
:rt
увеличивается. При значении Л = т пробелы между полоса-
ми исчезают и спектр становится сплошным .
В результате проведенного анализа структуры состав ­
ляющих периодической последовательности импульсов , име­
ющих случайную амплитуду, установлены следующие за­
кономерности :
1) частотная структура составляющих рассмотренной
последовательности импульсов представляет сочетание
сплошного и дискретного спектра;
2) амплитудная структура составляющих сплошного
спектра аналогична структуре одиночного импульса ;
3) интенсивность составляющих сплошного спектра про ­
порциональна разбросу значений случайной амплитуды им ­
пульсов около их среднего значения И0 ;
4) дискретные составляющие спектра представляют бес­
. конечный
ряд гармоник пс частотами, кратными нечетным
Зп
значениям частоты повторения импульсов F = -т-- = 150 ;
50
450;750гцит.д.;
5) отношение энергии непрерывной части спектра к
энергии дискретной части пропорционально квадрату от­
ношения среднеквадратичного отклонения случайных . ам ­
плитуд импульсов к их среднему значению И0 •
55
.,,.

СЛУЧАЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
ОДИНАКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ,,
ВОЗНИКАЮЩИХ В СЛУЧАЙНЫЕ МОМЕНТЫ ВРЕМЕНИ
Рассмотрим спектральн ую структуру составляющих
посл едовательности импульсов прямоугольной формы, об­
ладающи х одинаковой амплитудой U0 и длительностью tи,
но возникающих в случайные моменты времени (рис . 29) .
Ука з анную последовательность импульсов рассматриваем
и
~~~__.
относительно принятой ранее.
тттт,,тт
системы отсчета времени -
-J--ГJТГГ:ГТ:Г1 ,,
"
f,---1---
--+- -
__ 1__, ..
кривои напряжения промыш-
/'i
1
1
1/
ленной частоты. Отклонение
/И, '}, 111 11
;{'
,\i
"1
v
v
м омента появления каждого
+.т1 ~:
1,
f-1'
-пO п~
импульса относительно такто-
-и v,
\v,
·\ \/
-v,
вого интервала Т I Т
о
\
/
_
2=660
_J_ ___
--~ - \,_~-/-- --
представляет случайную функ-
цию времени v (t). Моменты
Рис. 29. Последователь -
ность импульсов, имеющих
появления импульсов счита-
случайное время возникно-
ем взаимно независимыми, а
вения и одинаковые ампли-
величину отклонения v счи-
туду и длительность .
таем подчиняющейся нор-
мальному закону распределения случайных величин.
Если отклонение импульса, возникающего в начальный
момент времени принять равным нулю, а его спектральную
плотность обозначить согласно выражению (26), то спект-
ральная плотность р-го импульса
•
jwvp
Vр=g(ffi)е .
(39)
Применяя изложенный выще метод усреднения случай­
ных величин в соответствии с выражениями(12)-:-(14), (18)-
-
(20) и (39), получаем
.
.
.
.
К(ffi) = m1 ([g(ffi)]2} = [g (ffi)]2.
(40)
Считая моменты появления любой пары импульсов p-i
взаимно независи м ыми , на основании выражений (21) и (22)
получаем
[Н (w)]2 = т1 {[g {(u)]2 eiwv} = [g (ffi)]2 [0 (w)]2,
(41)
00
где е (w) = m1 (eiwv) = J W1 (x) eiwv dx является средним
-оо
значением случайной величины eiwv и называется характери­
стической функцией распределения вероятностей.
56

.,
Подставляя выражения (40) и (41) в уравнение (25), на­
ходим энергетический спектр для последовательности оди­
наковых импульсов, возникающих в случайные моменты
времени,
4
{
2it
~ ( 2nп')}
F(со) =Т[g(со)]2 1- [0(со)]2+Т[0(со)]2
11
~
00
б\со-Т
,
(42)
где непрерывная часть спектра
4
Fн (со) =Т [g(со)]2 {1- [0 (со)]2},
а дискретная часть
.
8it
~(
2itn )
Fд (w) = r2 [g (со)]2 [0 (w)]2 ,,(,,,J о w - --у-
.
n=- oo
Выражение (42) показывает, что амплитудная структура
составляющих энергетического спектра рассматриваемой
последовательности импульсов зависит от квадрата характе­
ристической функции распределения случайных отклоне­
ний момента появления импульсов относительно ритма вре-
т
мени2.
Интенсивность составляющих дискретной части энер­
гетического спектра пропорциональна квадрату среднего
значения случайной величины eiuJv, т. е. квадрату характе­
ристической функции [0 (ffi)J2, а интенсивность составля­
ющих непрерывной части пропорциональна значению
1- [0(ffi)J2.
Частотная структура дискретной части спектра опреде­
ляется законом дельта-функции и представляет собой бес­
конечный ряд гармоник, кратных нечетным значениям сред-
ней частоты повторения импульсов +(рис. 21).
Изобразим в относительных единицах амплитудную
структуру энергетического спектра рассматриваемой после­
довательности импульсов со случайным временем появления.
Если отклонение моментов появления импульсов относите-
т
u
льна тактового времени 2 считать нормальным случаиным
процессом, имеющим среднее отклонение, . равное нулю, то
рассматриваемый процесс можно представить как временную
57

модуляцию импульсов белым шумом. Кроме того, если -
рассматриваемая последовательность импульсов (рис. 29)
т
удовлетворяет условию <J < 2 , т . е . среднее квадратиче-
ское отклонение моментов появления импульсов относитель­
но тактового интервала меньше длительности самого интер­
вала, то характеристическая функция такого случайного
процесса имеет значение
е(w)=е--2
-
(43) .
При указанных условиях на основании выражения (42)
энергетический спектр рассматриваемого импульсного про­
цесса
F(w)= _
;, [g (w)]2 {i - е-0'<~' + 2; г0'00'п~оо б (w -
2;п )}.
(44)
Учитывая выражение (38) и принятые выше параметры
импульсов И и t11 , непрерывная и дискретная части энерге­
тического спектра на основании (44) принимают следующие
значения:
F()=16И02•2~
{! _ -a'w'}·
нw w2тsш2
е
'
F()•32U02Jt_0,00,
•
•
wt11 ~ "(
2:rtn)
дш=w2т2е
sш·.-2- ~ u w- -У-
.
n=-oo
(45)
(46)
При предельных значениях величины отклонения, ког­
да<J--+О
т
Fн=(w) --.
О,аFд(w) -+ rnax. При
-
fн (U1) -+ rnax, Fд (ш) -+ О.
2
На основании выражений (45) и (46) рассчитаны состав-
. л яющие
энергетического спектра при значениях ИO = 1•и
t 11 = 7 • 10-5 сек. На рис. 30 изображена амплитудная
структура составляющих энергетического спектра рас­
смотренной последовательности импульсов при трех зна­
чениях среднего квадратического отклонения моментов
появления импульсов: <J = 0,05 t11 ; 0,5 t11 ; 5 t11 . Кривые пока­
зывают, что незначительные отклонения момента появления
импульсов от тактового интервала времени вьrзывают пре­
обладание составляющих сплошного спектра.
В результате анализа структуры составляющих после -
довательности одинаковых-. импульсов, имеющих случай-
58

..
_,,,
ное время появления, установлены следующи е закономер­
ности:
1) спектр содержит составляющтте непрерывного и дис ­
кретного характера;
2) интенсивность составляющих непрерывной и дискрет­
ной части спектра зависит от квадрата характеристической
пы~)~f: 1
1
1
24}~ Fo (1!J)npui5= O, 5tu4--+----t--t-----т-~
•
\,
}
{ 5fu
1
\
::=t' ,, 1
1
f,05tц
201
1
f6 r.-i-~т-~::::t:=:::::=;'-:}
1{5tu
1 Fн(w)npu r, = 0,5tu
f2
IL 1 1 O,QStu
8
~
"
"
4
""~т
о
-~~J~
100 200 300 400 500 600 700 800 ЗOfJ _t1 1::: 1~
за
60
90
по
ц
Рнс. 30. Амплитудная структура составляющi1х энергетического спек­
тра последовательности одинаковых импульсов, имеющих случайное
время появления .
функции распредел·ения случайных отклонений момента по­
явления импульсов относительно среднего знач е ния часто­
ты следования импульсов;
3) структура дискретной части сп ек тра определяется
законом дельта-функции и представляет собой бесконечный
ряд гармоник п, кратных нечетным значениям средн ей час -
п
•
таты повторения импульсов, т. е. т = 150, 450; 750 гц и т. д .
СЛУЧАЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬ Н ОС ТИ
ИМПУЛЬСОВ, ОБЛАДАЮЩИХ
СЛУЧАЙНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ
Рассмотрим последовательность равноотстоящих им­
пульсов прямоугольной формы, имеющих одинаковую ам­
плитуду U0 и случайную длительность -.
(t), относительно
принятой системы отсчета време ни - кривой напряжения
59

промышленной частоты (рис . 31) . Пусть g (w , -с0 ) есть
спектральная плотность импульса, появляющегося в момент
времени t = О . Для р-го импульса, обладающего случайной
длительностью.:μ, энергетический спектр
Fр(w) =g(си,тр),
Так как оси симметрии импульсов расположены через
'
т
равные интервалы времени 2 и их отклонение v от тактового
ll
Рис . 31. Периодическая последовательность импульсов, обла­
дающих одинаковой амплитудой и случайной длительностью .
интервала р_авно нулю, то спектральная плотность р-го
импульса
Vр=Fр(w) eiwv = g(w, Тр),
(47)
Применяя метод усреднения случайных величин в со­
ответствии с выражениями (12) - (14), (18)-(20) и (47), по ­
лучаем
K(oJ) = m1 {[g(w, Тр)]2) .
Если принять одномерную функцию распределения слу­
чайных длительностей импульсов W1 (.:) одинаковой для
всех импульсов, то
=
К(О))= J[g(w, т)]2W1(т)dт.
(48)
60

.,,t
Считая длительность любой пары импульсов р - i вза­
имно независимыми , на основании выражений (21) и (22)
находим
Нp-i (w) =т1{g(w, Тр) g(w, тi)} =[J~g(uJ, т)W1(т)dтJ=[Н(w)]2,
'
(49)
00
гдеН(w) = Sg(w, т)W1(т)dт.
-оо
Поэтому энергетический спектр рассматриваемой последо­
вательности импульсов определяется выражением (25) . •
Изобразим в относительных единицах спектральную
структуру составляющих периодической последователь­
ности импульсов, имеющих, например, двухстороннюю мо­
дуляцию по длительности белым шумом . Считаем, что фрон­
ты и срезы импульсов, модулированных белым шумом,
сдвигаются в противоположные стороны от оси импульса
симметрично. Обозначим через т0 длительность немодули­
рованного импульса в начальный момент времени и через
W1 (x) - функцию распределения случайных оп<лонений
длительности импульсов относительно величины ~0
•Суче­
том принятых условий спектральная плотность любого им­
пульса
~х
.
•
2+
( jют:0 iют:о \
g (ш 1' ) = И s eiюfdt= ~о е-2-еiюх - е-2-е-iюх!. (50)
>
р
Q
J(J)
/
Т:о
---х
2
На основании уравнения (50) и (43) выражения (48) и (49)
принимают следующий вид :
и~
.
.
К(w) =
-
2 [2- 8 (2w)еfют:0- 8 (-2w)г1ют:0J;
(i)
~
.
.
.
[Н (ш)]2 =
- - {2 [0 (w)]2- 8 2 (W) еfШТ:о - Е)2 (-ш) е-1ют:0 ).
ш2
Так как при симметричной двухсторонней модуляции им­
пульсов по длительности характеристическая функция чет­
ная, то
2и2
К(w) = --
0 [! - 8 (2uJ) cos W1'0];
(J)2
.
2И~
•
[Н (w)]2 =
--
{[8 (w)]2-8 2 (w) cos(J)'t'0).
w2
61

Учитывая эти уравнения, на основании выражения (25)
энергетический спектр рассмотренной последовательности
импульсов, промодулированных по длительности «белым»
шумом,
4.2и2{
F(w)=
___
о _1 - 0(2w)cosWi'o - [0(w)]2+0(w)cos(й~'о+
Tw2
2n
,..,
( 2пп)}
+Т[!Е)(w) 12- 02((J))COSW'to] n~oo {j U) - -г ,
или
вuz f
F (w) = wз; t(1+ га'w' cosсо,:0) (1- e-a'(u') +
+ 4n -a'w' . 2 c,J,:0
~.., •
.<(
2пп )}
Те
SIП-2
-
2.u\(!)-~
,
n=-oo
где
(51)
32nU 2
00
F()_
о-a'w' •2 w,:0
~6( 2пп)
дW-
ш2Т2 е
SIП-2~ (J)- -г
.
.
n=- oo
(52)
В выражениях (51) и (52) параметр а означает среднее
квадратическое отклонение случайной длительности им­
пульсов относительно величины i-0 , имеющей нулевое сред­
нее значение.
Для построения амплитудной структуры энергетиче­
ского спектра рассмотренной последовательности импульсов
в относительных единицах приняты следующие данные:
И0 = 1; •о= tи ~ 7 • 10-6 сек:; среднеквадратическое зна­
чение случайных отклонений длительности импульсов от-
носительно величины ; 0 соответствует а1 = 0,05; а2 = 0,5 и
а3 = 5 . Результаты вычислений показаны в виде кривых
на рис. 32.
Анализ структуры составляющих периодической после­
дователыюсти импульсов; обладающих одинаковой ампли­
тудой и случайной длительностью показал, что спектр
состоит из непрерывной и дискретной части. Члены, содер-
62

,..,,
~
жащие дельта-функцию, образ.уют бесконечный ряд дискрет­
ных составляющих с частотами 150, 450, 750 гц й т . д . Та1,
как в выражении (52) параметр О' входит в качестве пока­
зателя степени, небольшие отклонения длительности им­
пульсов от ее средней величины выз.ывают значительное
преобладание составляющих сплошного спектра (рис. 32).
"{ 5tц
~(w)npu6= 0,5tu
.
0,05/ц --+ --
1-----<
1 •..,
,i
••i
i i}i i {Stul
11
n
'
<
==-- <'
F,,(w)npuб= 0,5tu--+- -- - ,I- - -,
1
1
• . 0,05fu
16
12
/j1'1
4~
О 100 200 300 400 500 600- 700 800 900 1000 1100 1200 п
30
60
.90
120
fSO
180 f, кец
Рис. 32 . Амплитудная структура составляющих энергетического
спектра периодической последовательности импульсов одинако­
вой амплитуды и случайной дщпельности при различной вею1-
чине среднеквадратического отклонения длительности импульсов.
В приложении к действительной трехфазной сети это зна­
чит, что незначительные колебания длительности импуль­
сов вызывают преСJбладание составляющих сплошного спект­
ра. Поскольку в настоящее время не имеется сведений о
степени изменения длительности зарядных импульсов, по­
этому о соотношении сплошного и дискретного спектров
можно сделать заключение лишь по экспериментальным
данным.
7. ПОМЕХИ Нд ВЫХОДЕ ПРИЕМНИКА
ОТ ИЗОЛЯТОРОВ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ
Осциллографирование помех на выходе детектора
избирательного приемника «Tekade» производилось на раз­
личных частотах настройки. Осциллограммы напряжения
помех на выходе приемника, подключенного к устройству
присоединения линий 35, 6-10 и 0,4 кв показаны на
63

~7
~
Ри с. 33. Осциллограм м ы напряж ения 11омех на вы х оде приемника от
1--'-- -24
-
сеть 35 кв, схема <фаза-земля» (п/ст Томаков1<а, Днепропетровской
0, 4 кв, схема «фаза-земJ1 я» (с. Беленькое, Запорожской обл асти). Частота f
рис . 33 . На каждой осциллограмме прив едена частота на-
стройки избирательного приемника в килогерцах .
---
Приведенные осциллограммы наглядно иллюстрируют
тот факт, что каждому периоду напряжения 50 гц соответ-
ствует шесть импульсов, регулярность появления которых
('
64

~J
:, ..::_
,,11!•
r
f·
;
~i'
i
~:
1'
~.
•
-
2Z
..,W·
1 .. ·11rJ1.:. ·.· .. · •
.
.·
•'
''
t.
'
.•'.
..
'
31,
~
',
i;.
34
носительно кривой 50 гц:
;
-
20
21
1'
·.1
.•
•
1i
области; 25-48 - сеть 6 кв, схема «фаза - фа за» (о. Хор тиц а); 49-72
-
сеть
дана в кгц.
•
обусловлена периодичностью максимумов 50-периодного
напряжения в ли нии. Поэтому частота следования импуль-
1.
сов на выходе приемника, составляя приблизительно 6 Т50,
незначительно колеблется около 300 гц [27].
5 01425
65

fr
i1
!
, 49/
~'.ш
[-:~--$.?=· =~~~"-'--'='··- · -'5.=З-'-"'-'-'--·
При схеме измерения «фаза - земля>> обычно наблюда­
ется чередование одного большого импульса и двух несколь­
ко меньших (осц. 4). При схеме «фаза
-
фаза» после двух
импульсов с большой . амплитудой следует один импульс
с малой амплитудой .
Амплитуда импульсов в течение времени изменяется
хаотически, однако указанное выше чередование амплитуд
является устойчивым. Наибольшая амплитуда, как прави-
66

...,
'-1
rrm
.
rr
··.
'
:
.
'
!
1,
~I
r111
i
i
!•
•
.'
72~. ,·
:тю, соответствует отрицательной полуволне напряжения в
линии и реже - положительной. Это соответствие не
является устойчивым для каких-либо определенных частот.
Замечено, что на одной и той же частоте настройки прием ­
ника максимальные импульсы могут соответствовать то
одной полярности высокого напряжения, то противополож­
ной. Для иллюстрации этого явления сделана запись им­
пульсов относительно трехфазной системы напряжения в
lf.i
5*
57 JJ

течение длительного времени (рис. 34). Приемник, настроен·
ный на частоту 16,5 кгц, подключался к устройству присое­
динения 6 кв по схеме «фаза - земля» . С выхода детектора
приемника ток помех- подавался на шлейфовый осцил­
лограф типа МПО-2 и записывался вибратором, потребляв­
шим ток около 2 ма (см: рис. 14). Такие осциллограммы поз­
волили обнаружить плавный характер изменения амплитуд
импульсов при переходе от одного состояния к другому,
Рис. 34. Осциллограмма изменения во времени · напряжения импуль­
сов на выходе приемника опюсительно полярности высокого на пряже- ·
ния в линии . Частота настройки приемника f= 16,5 кщ.
чего нельзя заметить с помощью осциллографа с периоди­
ческой разверткой. При изменении амплитуд импульсов от
одного соотношения к другому наблюдаются устойчивые
состояния, продолжительность которых составляет десятые
доли секунды при устойчивой сухой погоде и сотые доли
секунды при изменении погоды (утром при ветре). Осцил·
лограмма на рис. 34 показывает переход от одного состоя­
ния, когда максимальные импульсы появляются за поло­
жительную полярность напряжения в линии, к со~тоянию
их появления за отрицательную полярность.
По осциллограммам рис. 33 видно, что с увеличением
частоты составляющих их амплитуда уменьшается. Этой
закономерности соответствует спад кривой уровня помех
на рис. 37. В сетях 0,4 кв спад амплитуд импульсов с уве ­
личением частоты происходит более резко, чем в сетях
6,10и35кв.
В сетях 0,4 кв на частотах более 30 кгц помехи от изо­
ляторов определяются, в основном, импульсами, возника-
68

_,
,;
ющими в изоляторах той фазы, к которой подключено
устройство присоединения. Влияние частичных разрядов в
изоляторах других фаз линии незначительно, так как оно
несоизмеримо с собственными импульсами на данной фазе.
Вследствие этого вместо
шести импульсов за каж­
дый период 50 гц наблю­
дается или по два импуль­
са, возникающих от об е их
полуволн' (о~ц . 52-55, 62,
65, 67, 71), или по одному
импульсу за период (осц .
63, 64, 66, 68-70).
Приведенные экспери- . . .
ментальные данные пока- 1 З(J() 600 900 1200 t8i10f.,-г ц !
зывают что качественные
'
Рис . 35 . Спектрограмма помех на
признаки помех на выхо- выходе приемника при погоде «сухо» .
де приемника: их харак-
тер, форма кривой напряжения, частота следования им­
пульсов, соотношение их амплитуд и т . д.- одинаковы
для всех сетей, независимо. от уровня напряжения . Сле­
довательно, изучение колебаний на выходе приемника об­
наружило
однотипность
помех в воздушных сетях
0,4, 6, 10 и 35 кв, подтвер­
ждающую одинаковую при­
роду их происхождения .
Благодаря исследова­
нию спектрального состава
" импульсов на выходе при­
ёмника выявлены следую­
щие закономерности:
1. При нормальных ат­
мосферных условиях, ко­
Рис. 36. Спектрограмма помех на
выходе приемника при погоде «сыро» . гда на выходе приемника
наблюдается обычная си­
стема импульсов с частотой следования 300 1!сек. (рис. 33)
спектр помех состоит из составляющих с частотами 300,
600, 900 гц и т. д. Типичная спектрограмма составляю­
щих указанных импульсов показана на рис. 35 .
2. При значительных колебаниях амплитуды импульсов
на выходе приемника или нерегулярном их следовании спе­
ктральные линии на экране анализатора, соответствующие
69

частотам 300, 600, 900 гц и т . д., резко уменьшаются
по высоте , расширяясь вплоть до взаимного слияния . В этом
случае получается сплошной спектр помех, показанный на
рис. 36.
В заключение следует отметить, что наличие на выходе
приемника импульсов, следующих с частотой 300 гц, сви­
детельствует о существовании в ЛЭП своеобразного спектра
составляющих импульсного характера.Составляющие этого
спектра можно представить как гармонические колебания,
промодулированные частотой 300 1!сек. Поэтому импульсы •
на выходе приемника амплитудно - модулированных коле­
баний расположены через частотный интервал 300 гц.
Приведенные экспериментальные данные о помехах на
выходе приемника подтверждают рассмотренные выше пред­
ставления о существовании системы импульсов от частич­
ных разрядов на изоляторах трехфазной линии.
8. УРОВЕНЬ ПОМЕХ ОТ ИЗОЛЯТОРОВ
И ДРУГИХ ИСТОЧНИКОВ
В линиях 0,4-35 кв
Величина напряжения помех зависит от класса на­
пряжения сети и атмосферных условий . Указанная зависи­
мость в линиях 0,4, 6, 10, 35 кв изучалась методом массовых
замеров уровня Н<!- различных частотах. Чтобы отличить
помехи, обусловленные изоляторами линии, от мешающих
колебаний иного происхождения, на выход измерителя по­
мех подключался электронный осциллограф, с помощью
которого по форме кривой напряжения легко обнаружить
присутствие помех от других источников .
Типичные кривые уровня помех в зависимости от частоты
настройки избирательного приемника показаны на рис. 37.
Пунктирной кривой на графиках изображен наиболее
вероятный уровень помех от изоляторов, установленный на
о~нове большого числа измерений (табл. 1) . Представленные
здесь средние арифметические величины уровня помех
соответствуют общеизвестной закономерности уменьшения
напряжения помех с ростом частоты .
П0дъем кривых в области частот 8-15 кгц вызван реза-
-
нансными свойствами устройств присоединения [37), а на
частотах 16-19 кгц - резонансными свойствами самой
линии .
70

~·
..,
~2
~-1
~gO
~•1
-2
-з
... 4
-5
о
-f
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
'r11
•
\,_
Сеть J5хб
r
~~
~\)r--1~д
~1
/\,
V
~kl\ /1~ 11
~
""
V
_.,
~-1
"'
-
~
N1
Сеть 6кб
:~
r
1(
"
·,
·~
IJJ V\ 11
А"-,
1
·1
у
(';; t--
~1\~1/f\V '·,
1)1
~
~\,
u
1/\И'
"
1,
Сеть О,4к13
V
1J
I
..,
~
,
,
\\
1
'
/11\\
~\А •
v\J1\v
j
V,
/v\I/ Vl.
.., ,
L-V -
_'L
-"""'
1:1---
-
'-.
--
--
1020зо405060708090100110120130140f,кгц
Рис. 37. Кривые уровня помех на выходе приемника для
полосы Лf, = 5 кгц при погоде «сухо» для схемы «фаза - земля» .

-.
<::!
""::;
<,:
\О
<::!
е,...
~о
о
о
ф
11
~
"'
=
:::!'
,.
..;
LQ
;а
~
1,,>
"'о
.;
t,:
~
;f
~
-
~
><
"'::.1
Q
с:
,.Q
=
"'
"'
8.
>,
72
::!'
"'
"'
,;
...
о
...
<.)
"'
::r
о
~
о
:!
о
~
о
о
~
о
cr,
о
00
о
"-
о
"'
о
.,,
о
О)
о
С'1
t-,..tQtQOt-,.."<;f'ICV)..-Q
~C'5c<5C--:<6<6C--:r---· <D
111111111
C.OL.QtQC){'-..."<j'l,q-1 .. -Q
~С')·с,5с--:<6<6С--:С--:<.6
111111111
"<;f'ltQtQOt-CV)tQO-
~c<5c<5C--:<6"5r--:C--:<.6
111111111
CV)'<;j-ll .QQ[ " - C'\JC.00 .. ....
~ c<5 c<5r--:<6<6C--:r--:r---:
111111111
C' -1 MM Ot--C'-1t--. . O -
~ c<5c<5C--:"5<6r---:r -- -:r - --:
111111111
QCl':)C'\JOr-- .... .-000. .-
~ c,j" С'). r--: <.О <.О с--: r--: ф
111111111
coc--.:ioФr---mo-
c,j"c ,j"c ,5<6<6"5r--- "C- -:r.6
11111111
1
1
щoor---.i:---.oa>o-
c. -5c-r5'MCD<D<.Or--:r --:<D
1-";11111111
Nt--- -st<l.Ct---0000
С').N.csf Ф<.О<Dа5r-,: <D
111111111
ФNо,С')Фо,ООо,
~ c-i ~c ..6c:.6u5C.Or--:irS
111111111
OLC-st<O-sl<OOOOOt---
С'-!,..; ~<DФЮоо"Ф1.r:Г
111111111
C')t---< .DLCONLCO,N
..-"OOtrSФLOr---.:t.Qu-5'
111111111
" <;f'IO -OOCl ':>C'\JCV)li.)C'()
oc::ici~~-sF<6-sF~
+++111111
,.Q~
,.Q~
, .Q~
о"1:соо"1:соо"1:"'
~~~~~~~~~
>,О >,;>,О >,>,О>,
uqьuqьuqь
LC
<.D
- st<
С')
о
Резкие подъемы кривой
на отдельных частотах об­
условлены помехами от
местных радиопередатчи­
ков. В сетях Запорожской
и Днепропетровской об­
ластей они занимают час­
тоты 34, 45, 55, 58, 5,
67,74- 78, 80, 96- 98, 102,
111-112, 120-122, 128-
. 130, 138, 145-149 ·кгц и
т. д. На некоторых часто­
тах наблюдаются провалы
кривой уровня помех, обу­
словленные действием отра­
женных волн в коротких
ответвлениях линии [ 1,
34, 38 и др.]. Такое явле­
ние имеет место в области
частот 40 и 120 кгц (рис .
37) и особенно ярко вы­
ражено на коротких лини•
ях, имеющих затухание до
1,5 неп.
Осциллограммами (рис .
33) было показано, что рас­
сматриваемая область час­
тот заполнена импульсны­
ми помехами от изолято­
ров . Следовательно, пун­
ктирные кривые на рис.
37 обусловливаются интен­
сивнос 1ъю частичных раз­
р ядов на изоляторах ли­
нии.
Для импульсных помех
от изоляторов в сетях 35 кв
характерно плавное спада­
ние кривой уровня по ме­
ре увеличения частоты.
При погоде «сухо» величи­
на его убывает от - 3 неп
на частоте 40 кгц до

-4,7 н,еп на частоте 155 кгц (рис. 37) . При тумане и дож­
де уровень помех выше, приблизительно, на 1 неп.
В сетях 6- 10 кв уровень импульсных помех с ростом
частоты падает значительно быстрее (рис. 37) . Начиная с
40 кгц, заметную величину имеют модулированные колеба­
ния с программами местных радиопередатчиков. Вследствие
этого кривая уровня помех, не имея плавного спада с увели­
чением частоты, как в сетях 35 кв, приобретает характер
резких подъемов на отдельных частотах. Это явление на­
ходит свое отражение и на осциллограммах 25-48 (рис . 33),
где на частотах до 40 кгц помехи имеют обычную форму им­
пульсов, а на частотах более 40 кгц импульсы значительно
'- - усложняются за счет наложения колебаний, происходя­
щих от радиопередатчиков. На осциллограмме 44 (рис. 33)
зафиксирована типичная помеха от радиопередатчика ·на
частоте 120 кгц, обладающая · более высоким уровнем, чем
импульсные помехи от изоляторов. Смещение кривой сум­
марного напряжения помех относительно линии нулевых
значений напряжения, т. е . относительно оси кривой 50 гц,
указывает на то, что данная помеха содержит, кроме того, не­
модулированные колебания . Во время перерыва в работе
радиостанции на той же частоте наблюдается обычная кар­
тина импульсных помех невысокого уровня.
При сухой погоде уровень импульсных помех от изо ­
ляторов в сетях 6 кв составляет -6 неп на частоте 40 кгц и
снижается до - 7 н,еп на частоте 155 кгц. При дожде и тумаме
он повышается на 1,3- 1,7 н,еп . В сетях 10 кв уровень помех
выше указанных значений на величину 0,5-0,8 неп.
В ·сетях 0,4 кв наблюдается еще более быстрый спад уров ­
ня импульсных помех с увеличением частоты (рис . 37).
При сухой погоде он изменяется от -3 ,5 неп на частоте
10 кгц до -8 н,еп на частоте 35 кгц, а при дожде и тумане
возрастает на 1,5- 2 н,еп. Начиная с частоты 35 кгц над им­
пульсными помехами, как правило, преобладают модулиро­
ванные колебания радиовещания, вызывающие перепады
уровня от -3,5 до - 7,5 н,еп.
В процессе измерений накоплено большое количество
данных о величине помех в сельских распределительных
сетях 0,4-35 кв при различных условиях погоды. Сис_тема-
t-1 •
тизация и обработка этих данных дает возможность реко­
мендовать для расчета высокочастотных каналов по прово­
дам сельских сетей уровни помех, приведенные в табл . 1.
При этом необходимо также учитывать помехи от местных
73

радиопередатчиков,очембудетсказано в гл. IV.Дляпрак­
тического использования этих данных требуется знать не
только уровень, но и спектральную структуру помех на оп­
ределенных частотах, что особенно важно при конструиро­
вании аппаратуры телемеханики и телефонной связи. В свя­
зи с этим была поставлена задача определения границы
диапазона частот, в котором уровень импульсных помех от
частичных разрядов является преобладающим. · Верхняя
граница диапазона, где импульсные помехи от изоляторов
преобладают над модулированными колебаниями радио­
передатчиков , зависит от местных факторов: расстояния до
местных радиовещательных станций, мощности радиопере­
датчиков .
Таблица 2
Диапазоны преобладания помех с различной структурой колебаний в
сетях35,10,6и0,4кв
Напряжение
сети, кв
35
10
6
0,4
Гармоники напряже-1
ния 80 гц и комбина­
ционные составляю-
щие, не бол ее
10
5
4
3
Частота, кгц
Импульсные помехи
от частичных разря­
дов на изоляторах
12-90
7-50
5- 40
4-30
Модулированные
сигналы от мест­
ных радиопере­
датчиков, более
95
60
50
40
Приводимые в табл . 2 данные для сетей 0,4-35 кв уста­
новлены по результатам измерений в Запорожской и Днеп­
ропетровской областях. Аналогичные измерения, проведен­
ные в Ставропольском крае, не обнаружили существенного
изменения этих границ. Нижняя граница указанных диапа­
зонов частот , где импульсные помехи преобладают над немо­
дулированными колебаниями (комбинационными состав­
ляющими) установлена по осциллограммам помех на выходе
избирательного приемника (рис. 33). Так - на осциллограм­
мах 1-14, 25-35, 52-54, 56, 58, 60, 64, 65 можно заметить
вертикальное смещение нулевых значений кривой напряже­
ния помех относительно оси 50-периодной кривой. Сущность
такого смещения заключается в наличии постоянных по
амплитуде колебаний, попадающих в полосу пропускания
приемника . Экспериментальным путем установлено, что эти
немодулированные колебания представляют комбинацион-
74

~-
r
ные составляющие, о которых будет сказано в гл . III. По
величине смещения на осциллограмма х (рис . 33) можно
ориентировочно определить соотношение напряжения им­
пульсных помех и немодулированных колебаний . Учитывая
ничтожное затухание импульсных помех в устройстве при­
соединения, эквивалентное затуханию частот в сотни кило­
герц, и значительное затухание в нем низкочастотных гармо­
нических колебаний (см . рис. 15), можно ориентировочно
установить, что на частоте 5 кгц амплитуда напряжения не­
модулированных колебаний в линии в 15 раз больше, чем_
их величина, определяемая по смещению на осциллограм­
мах, на частоте 10 кгц - в 5,5 раза, на частоте 20 кгц - в
3раза,начастоте40кгц- в1,6разаиначастоте60кгц-
в 1,2 раза.
Таким образом установлено, что немодулированное на­
пряжение комбинационных составляющих в сетях 35 кв
обнаруживается в диапазоне частот до 60 кгц, однако их
преобладание над импульсными помехами наблюдается
только лишь до 8-10кгц . На частотах 9- 12кгц немодули­
рованные колебания соизмеримы с импульсными помехами.
В сетях 6-10 кв немодулированные составляющие об­
наруживаются в диапазоне частот до 45 кгц. Их преобла­
дающее значение наблюдается на частотах до 4- 5 кгц, а
граница области, где немодулированные колебания соиз­
меримы с импульсными поме·хами, находится на частотах
5-7 кгц .
В сетях 0,4 кв присутствие немодулированных колебаний
обнаруживается в диапазоне частот до 25 кгц. Их напряже­
ние соизмеримо с импульсными помехами на частотах
3,5-4 кгц и преобладает на частотах до 3 кгц .
Те же результаты в определении нижней границы об ­
ла ёти преобладания и_мпульсных помех получены с по­
мощью анализатора спектра типа АСЧХ-1. Спектрограммы
помех, сделанные в диапазонах 0,2 - 5 и 0,4-20 кгц, на­
глядно показьiвают различие спектральной структуры со- .
.ставляющих в области нижних и верхних частот (рис. 38).
Спектрограмма рис. 38, а представляет типичную структуру
комбинационных составляющих, расположенных группами
по две с интервалом 100 гц между ними и 200 гц между груп­
пами . Спектрограмма рис. 38, 6, сделанная в диапазоне
0,4-20 кгц, показывает, что на частотах более 10 кгц со­
ставляющие обладают иной частотной структурой, распо­
лагаясь через интервалы 300 гц (ранее было показано , что
75

такой интервал имеют составляющие, происходящие от
совокупности частичных разрядов на изоляторах трехфаз­
ной сети) . Граница между составляющими со структурой
Рис. 38. Спектрограммы, обнаруживающие преобладание помех со
структурой :
а - комбинационных составляющих на нижних частотах; 6 - составляю­
щих от частичных разрядов на изоляторах в области верхних частот. Сеть
35 кв, схема «фаза-земля»
первого и второго видов заметна на спектрограмме рис. 38,6
по нарушению интервала 300 гц между спектральными ли­
ниями на частотах менее 9 кгц.
9. ОСОБЕННОСТИ ПОМЕХ ОТ ИЗОЛЯТОРОВ
И МЕТОДЫ ИХ УЧЕТА •
В УСТРОЙСТВАХ С ВЯЗИ
На основании вышеизложенных материалов о при­
роде возникновения мешающих колебаний от изоляторов и
их спектральной структуре становится ясным отличие вы­
сокочастотных колебаний в сетях 0,4-35 кв от колебаний в
линиях более высоких классов напряжения.
По сравнению с помехами в линиях электропередачи бо- •
лее высокого класса напряжения поме хи в сетях 0,4-35 кв
отличаются не только меньшим уровнем напряжения, но и
иными качественными признаками. В частности, помехи в
сетях 0,4-35 кв имеют периодический характер следования
серий импульсов в то время как в сетях более высокого на­
пряжения имеют место непрерывные помехи. В рассмот­
ренных сетях каждому периоду напряжения 50 гц соответ­
ствует шесть отдельных серий импульсов, происходящих
от частичных разрядов на изоляторах линии, а в сетях более
76

..
,1
.У]
высокого напряжения каждому периоду 50 гц соответствует
три всплеска гладких помех, обусловленных коронными
разрядами. В сетях 0,4-35 кв серии импульсов следуют
синхронно с максимумами фазного напряжения обеих по­
лярностей, а в сетях более высокого напряжения всплески
помех соответствуют положительной полярности линейного
напряжения.
Форма помех в виде шести серий импульсов за период
50 гц является устойчивой при значительных изменениях
атмосферных условий. В зависимости от состояния окружа­
ющей среды число импульсов в I(аждой серии изменяется
от1до2всетях 0,4кв,от1до4всетях6-,10квиот5до9в
сетях 35 кв, увеличиваясь при ухудшении погоды . При по­
ЯВJ!ении тумана, росы или дождя импульсы помех возникают
при максимумах как фазного, так и линейного напряжения,
поэтому число серий за каждый период 50 гц увеличивает­
ся. Система помех в виде 12 серий импульсов за период яв­
ляется неустойчивой. При продолжительной сырой погоде
она сменяется устойчивой формой сплошных импульсов,
пульсирующих с удвоенной частотой сети.
Периодическая природа возникновения частичных раз­
рядов на изоляторах синхронно с максимумами фазного нап­
ряжения линии определяет дискретную структуру спектра
импульсных помех, состоящего из бесконечного ряда со­
ставляющих с частотами 150; 450, 750 гц и т. д. Амплитуд­
ную структуру спектра определяет длительность каждого
импульса и их количество в серии. Колебания амплит1ды
импульсов в серии около некоторого среднего значения и,
особенно, колебания длительности и момента появления
импульсов вызывают образование составляющих сплош­
ного спектра. В зависимости от величины среднеквадрати­
ческого отклонения указанных параметров от их средних
значений составляющие сплошного спектра в большей или
меньшей степени сосредоточиваются около составляющих
дискретного спектра.
Импульсные помехи от линейных изоляторов трех-
• фазной сети создают на выходе - приемника амплитудно­
модулированных сигналов периодические импульсы с час­
тотой следования 300 1/сек, проявляющиеся в виде помех
на частотах 300, 600, 900 гц и т . д.
77

Размещенне рабочнх частот
каналов телемеханнкн
в полосе частот
теnефонноrо канала
При проектировании каналов телемеханики, рабо­
тающих по высокочастотному телефонному каналу, орга­
низованному по проводам высоковольтной линии, необходи­
МQ учитывать структуру импульсных помех от изоляторов.
Мешающее действие указанных помех можно избежать
путем размещения рабочей полосы частот каналов телеме-·
ханики между частотами 300, 600, 900 гц и т. д., а полос
разделительных фильтров - на частотах этих гармоник.
Наиболее ответственные каналы телемеханики следует
размещать в верхней части передаваемой полосы частот те ­
лефонного канала, где амплитуда мешающих колебаний
минимальна.
Выбор вызывных частот
телефонноrо канала
с тональной снстемой вызова
При конструировании высокочастотной телефон­
ной аппаратуры, предназначенной для работы по проводам
высоковольтных линий, необходимо учитывать, что напря­
жение помех с наибольшей амплитудой находится в ниж­
ней части передаваемого спектра на частотах 300, 600, 900 щ
ит.д.
В связи с этим тональные вызывные частоты телефонного
канала необходимо размещать в верхней части передава­
емой полосы частот, где вероятность ложного вызова в ре­
зультате помех является минимальной.
Расчетный уровень
При проектировании высокочастотных телефонных
каналов по проводам электрических линий 0,4--, . - 35 кв ре­
комендуется для каждой частоты принимать в качестве
расчетного уровня помех величины, приведенные в табл. 1.
78

111.
ПОМЕХИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В СИЛОВЫХ
ТРАНСФОРМАТОРАХ
-
ОТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ
СОСТАВЛЯЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЯ
Существовавшее представлени е о гармоничес1шх со­
ставляющих напряжения справедливо только лишь для
генератора без нагрузки . При подключении генератора к
~
электрической сети через трансформатор амплитудная струк­
тура составляющих напряжения становится иной за счет
возникновения в трансформаторе колебаний комбинацион­
ных частот [29, 36].
Причина столь существенного отличия амплитудной
структуры спектра напряжения в ЛЭП от структуры спект­
ра напряжения генератора не выяснена, однако в работе
[6] высказано предположение о возможности сложного
преобразования спектра гармонических составляющих на­
пряжения генераторов в нелинейной магнитной системе транс-
форматора.
•
Вопрос трансформации спектра напряжения генератора
до сих пор не рассматривался, так как для энергоснабжения
он не имеет сколько-нибудь существенного значения . За
последние годы в некоторы х странах, особенно во Франции,
Англии, Швейцарии и ФРГ, в связи с массовым использова­
нием электрических линий для телеуправления элементами
электрической сети [54, 77], . весьма эффективно применя­
ются низкие частоты (область десятков и сотен герц). Поэ­
тому возникла потребность более детального изучения
спектральной структуры колебаний в ЛЭП, происходящих
от взаимодействия гармонических составляющих напря­
жения генератора в нелинейной магнитной системе транс­
форматора .
10. ВЫСШИЕ ГАРМОНИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
ГЕНЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРОСТ АНЦИй
Генераторы электрических станций никогда не вы­
рабатывают чисто синусоидальной формы напряжения. Со-
<,Г
гласно существующего ГОСТа форма напряжения промыш­
ленной частоты считается практически синусоидальной,
если разница между любой ее ординатой И1 и соответству­
ющей ординатой И'1 основной гармоники составляет не
79

более 5% амплитудного значения :основной синусоиды, т. е.
И1 -И~
---
-
.
100% < 5%.
имакс
Синусоидальную форму напряжения досп,rгнуть техни-
~II
Изнерение- Халибробка
Рис. 39. Схема присоединения из ­
>1ерительной аппаратуры к шинам
высокого напряжения:
J - группа однофазных трансформато­
ров 90 Мва, 154/13,8 кв; 2- синхрон­
ный генератор 72 Мва. 13,8 кв; З -
фотоприставка; 4 - анализатор спект­
ра типа АСЧХ-1; 5 - калибровочный
генератор типа ЗГ-10; б - ламповый
вольтметр типа В:КС-7Б,КС - конден­
сатор связи типа СМ-70 , Р - разряд­
ник; L - заземляющий дроссель с ин­
дуктивностыо 50 мгн; R - нагрузоч­
ное сопротивление 600 ом"
80
чески трудно. Получение
идеальной формы напря­
жения силового генератора
связано с неоправданными .
затратами, поэтому выра·­
батываемое электростанци­
ями напряжение всегда в
какой - то мере отличается
от синусоиды. Будучи пе­
риодической функцией f (t)
с периодом 2:п: и обладая
зеркальной симметрией
f(t+л)= - f(t),
такое напряжение содер­
жит гармонические состав­
ляющие нечетной кратнос­
ти. Амплитуда напряже ­
ния гармоник убывает по
мере увеличения порядка
составляющей согласно
разложению кривой в ряд
Фурье .
Энергетики, как прави ­
ло, обращают внимание на
величину напряжения пер~
вых гармонических, прене­
брегая сравнительно ма­
лой величиной остальных
составляющих. Однако со­
ставляющие более высоко­
го порядка представляют
основное препятствие для
организации по проводам
электрических линий кана­
лов телефонии и телемеха­
ники.

~
,
Для изучения возможностей использования тонального
диа па зона частот для телемеханических ка}lалов связи,
осуществляемых по проводам распределительных сетей 0,4-
35 кв, были проведены исследования низкочастотных помех
как на шинах генераторов электростанций, так и в высоко­
вольтных сетях, питающихся от этих генераторов. Изуче­
ние J;IИЗкочастотных помех проводилось преимущественно в
распределительных сетях =-
Запорожской и Днепропет- i
ровской областей, кото- j ~-
рые питаются от подстан- §
ций системы Днепроэнерго . ; 10g
В связи с этим спектр гар- ~ Б
моничных . составляющих 1 j
напряжения генератора ис-
2
следовался на одном из ге ­
нераторов Днепровской
гидроэлектростанции им .
В. И. Ленина [36] .
101
ijr
о\
ч2
1,0
в
~;
1
!
1:
J
Измерительная аппара­
тура подключалась к ши­
нам генератора посредст­
вом высокочастотных ус­
тройств присоединения по
схеме, показанной на рис. 39 .
Обмотки генератора соеди­
нены звездой. Повышающие
однофазные трансформато­
ры с уровнем напряжения
13,8/154 кв составляют
трехфазную группу, низко­
вольтные обмотки которой
;iI lllillilll
г~LL j_~~~-
J7ff15192327З135З943
Номер гармоники
б
Рис. 40. Спектр гармонических со­
ставляющих напряжения изолиро­
ванного генератора при режиме
х. х . для схемы «фаза - земля».
соединены треугольником, а высоковольтные - звездой.
Чтобы измерить спектр гармонических составляющих
напряжения ге нератора в неискаженном виде, последний
. отключался от трансформаторной группы и работал в ре­
жиме холостого хода (х.х.). В• этом случае исключалось
искажающее действие трансформаторной группы на форму
кривой напряжения генератора, а с другой стороны, устра­
нялось влияние внешних гармонических , вносимых на шины
генератора общей системой.
Результаты измерения величины напряжения гармоник
на шинах генератора при схеме измерения «фаза - земля»
6 01425
1)!

и «фаза - фаза» приведены в табл. 3 (режим х.х.). На рис. 40
представлена спектрограмма (а) и график (6) амплитудного
спектра гармонических составляющих напряжения изоли­
рованного генератора при режиме холостого хода для схе­
мы измерения «фаза - земля». Здесь иллюстрируется обще­
известный факт монотонного спада напряжения нечетных
гармонических составляющих по мере роста их частоты,
что соответствует теории разложения периодической
функции в ряд Фурье. Вышеуказанная закономерность
монотонного спада напряжения гармонических -составля - .
ющих используется для сравнения. Относительно нее рас­
сматривается амплитудная структура составляющих на­
пряжения при подключении к генератору силового транс­
форматора, а также сравнивается амплитудная структура
составляющих в линии высокого напряжения.
1
11. ОБРАЗОВАНИЕ КОМБИНАЦИОННЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ
В ПРОСТЕЙШЕМ ТРАНСФОРМАТОРЕ
Электромагнитная система трансформатора, содер­
жащая стальной сердечник, обладает нелинейной вольт­
амперной характеристикой . В связи с этим силовой транс­
форматор можно рассматривать как нелинейный элемент .
На основании теории колебаний в электрических цепях,
содержащих нелинейный элемент [4, 14, 32, 39 и др.], уста­
новлено, что наличие нелинейной вольт-амперной харак­
теристики элемента вызывает органическое изменение
исходного спектра составляющих, характеризуемое появле­
нием новых составляющих, не представленных: в спектре
приложенного напряжения . Для определения возникаю­
щего спектра составляющих тока, протекающего через не­
линейный эл~мент, основная трудность обычно состоит в
нахождении аналитического выражения, аппроксимирую­
щего вольт-амперную характеристику данного элемента.
Покажем, какое действие оказывает нелинейность вольт­
амперной характеристики силового трансформатора на
спектр гармонических составляющих напряжения про­
мышленной частоты и проанализируем структуру возни­
кающего при этом спектра. Известно, что аналитическое
выражение вольт-а~ушерной характеристики трансформато­
ра чрезвычайно сложно . Трудность состоит в аппроксими­
ровании основной кривой намагничивания стали [2, 6, 25].
Действительные процессы в магнитной цепи трансфор-
82

;
.=-
-•✓
Таблица 3
Напряжение в, гармонических и комбинационных составляющих на
шинах генератора No 4 (ДнепроfЭС)
''
'
Схема измерения
'""'
"'"'
:,: '
:,: ,-.
"'"'
Фаза - земли
1
Фаза - Фа.за
"'"
о"'
:,;о
:,; ,-.
о с.>
о. с.>
Режим рзботы генератора
"><
"'о
'""u~
~:а~ о."" <l )
1
1
1
"~ :==r
<l) о :==r
Нагрузка
Нагрузка
>-о О
:,; "о
Х. х.
Х. х.
о.,: "'
ос.>-
65 Мва
65 Мва
:r: <l) °"
"-<::f'S
.."
3
335,0
387,О
205,0
146,0
5
68,3
87,1
102,3
106,5
7
41,6
56,7
44,2
56,5
9
21,7
42,9
10,4
14,0
о
11
13,0
75,0
12,1
81,7
13
7,40
59,7
11,6
55,0
15
2,80
14,6
2,89
---
I17
1,6 0
11,5
1,48
10 ,9
19
1,30
9,30
0,715
9,20
21
1,02
8,07
0,719
---
---
II 23
0,75
37;9
0,700
-
44,0 .
25
0,51
31,8 .
0,490
30,0
27
0,35
ш29
0,27
18,5
0,32
15,5
31
0,22
7,68
0,30
6,9
---
33
0,18
---
---
IV 35
0,13
18,2
0,21
20,5
37
0,102
22,0
0,18
20,4
39
0,05
V
-41-
6,28
7,33
4,26
7,96
43
5,60
7,20
4,12
6,80
V! 47
15,1
19,1
14,8
18,1
49
14,2
17,4
13,9
16,5
VII 53
2,13
3,10
2,19
2,63
55
2,00
3,0
2,01
2,57
---
VIII
59
3,78
4,50
3,82
5,75
61
3,62
4,40
3,50
5,55
---
IX 65
1,56
1,90
1,70
2,12
67
1,47
1,85
1,50
2,06
х71
3,62
4,40
3,50
5,75
73
3,48
4,90
3,62
5,87
---
XI
77
1,28
1,30
1,[1
1,74
79
1,28
1,50
1,13
1,69
6*
83

Продолжение табл. 3
;,
,;,
Схема и з мерения
о:
о:
о:
Фаза - земля
1
Фаза - фаза
>О
о
::Е
::Е
о
о.
Режим работы генератора
"
"'
~~~ '-
,,:
"' о::f
~ >§~
1
Нагрузка
1
1
Нагрузка
;,,50
:Е "о
Х. Х,
х. х.
о<.) -
65 Мва
65 Мва
о. :s: "'
:r: .,о:
r- ::f"
:т"
XII 83
1,03
1,01
1,00
1,03
85
0,95
1,00
0,98
0,95
XIII 89
0,70
0,30
0,52
0,70
91
0,80
0,36
0,68
0,40
матора определяются печей гистерезиса, аппроксимирова ­
ние которой значительно сложнее.
При увеличении насыщения стали до принятых в практи­
ческих установках величин (12 000-15 ООО гс) обе ветви
кривой намагничивания трансформаторной стали настолько
сближаются, что вполне могут быть заменены начальной кри ­
вой намагничивания [7] . Для проведения качественного
(но не количественного) анализа структуры возникающего
спектра составляющих считаем возможным принять наибо­
лее удобную форму аппроксимирующего выражения в виде
степенного ряда. Рассмотрим простейший трансформатор
как четырехполюсник, имеющий нелинейную зависимость
между намагничивающим током i0 и магнитным потоком Ф.
Такая зависимость известна в форме экспериментальной
кривой намагничивания В = f (Н), которая аппроксими­
руется степенным рядом, состоящим из членов с нечетными
степенями, т. е.
В(Н)=ьн+dНЗ+fНБ+... '
гдеЬ,d,f ...
-
коэффициенты, определяющие зависимость
ВотН[7,25].
Вольт-амперная характеристика простейшего транс­
форматора без потерь может быть представлена аналогич­
ным степенным полиномом
i0 = a1U+а2И3+а3UБ+... ,
где а1, а2, а3...
-
коэффициенты, выражающие нелинейную
зависимость между намагничивающим током и подводимым
напряжением.
•
Если трансформатор питается напряжением, содержа.
щим, например, три гармонические с частотами w1 , w2 , w8 ,
84

'"
то, ограничившись двумя членами полинома, получаем
i0 = а1(И1sinш1t+И2sin(1)2 {
+Изsinш3t)-f--
+а2(И1sinш1t+И2sinш2t+Изsinш3t)3•
Развернув кубический член и собрав составляющие с
одинаковыми частотами, находим
.
(
3
3
3
2).
fo = аР1+4 а2Иf+2 а2И1И~+та2И1И3 SlПШ1t+
(
3
3
3
2
3
2)•
+ _аР2+4 а2И2+2 а2Ир2+2 а2И2И3 sшw2t +
(
3
3
2
3
2)•
+ ар3+4 а2и:+2 а2Ир3+2 ар3И2 sшш3t-
1
-
4 а2(Иfsin3uJ1t+И~sinЗш2t+и:sinЗшзf) -
3
-
4 а2И1И2[И1sin(2w1 ±Ш2)t+-И
2
sin(2ш2±ш1)t]-
3
-
4 а2ИРз[И1sin(2ш1±ш3)t+U3sin(2ш3±ш1)t]-
3
-.
4 а2И2И3[И2sin(2w2 ± w3
)
t+И3sin(2ш3±ш2)t]+.
3
+ 2 а2И1И2Из[sin (ш1+ш2 - (J)3
)
t+sin((1)2+ш3- ш1)t+
+sin(ш3+ш1- ш2)t- sin(ш1+ш2+ш3)t].
(53)
Выражение (53) показывает, что в намагничивающем
токе трансформатора, кроме составляющих с частотами ffi 1 ,
ffi 2 , ffi3 , содержатся составляющие с утроенными частотами
3ffi1 , 3ffi2 , 3ffi3 , а также колебания комбинационных частот
вида (2ffi1 ± ffi 2); (2ffi2 ± ffi1); (2ffi1 + ffi3); (2ffi3 ± ffi1); (2ffi2 ±
± ffiз); (2ffiз ± ffi2); (ffi1 + ffi2 + ffi3); (ffi2 + ffiз -- ffi1); (ffiз + ffi1 -
-
ffi2); (ffi1 + (!)2 - ffi3).
В действительности, кривая напряжения промышленной
частоты содержит не три, а значительно большее число
гармоник, поэтом у в намагничивающем токе трансформа­
тора образуется более сложный спектр частот. Составными
элементами этого спектра, как показывает выражение (53),
являются следующие компоненты:
а) колебания основных частот, складывающиеся из бес­
конечного количества членов,
00
ion = аРп+{ а2И~+~а2Ип~И~;
k° =n
85

б) утроенные гармоники
•
1из
1озп = 4а2 n;
комбинационные составляющие
3
3
i0k = 4 а2И~И;; i0m = 2 а2ИпИ;Иj,
гдеп,i,j,...
-
нечетные гармоники; k = (2n + 1); т =
= (п±i±j).
1
Следовательно, при питании трансформатора напряже-
нием , содержащим нечетные гармонические колебания, ·
в намагничивающем токе трансформатора происходит вза- ·
имодействие колебаний различных частот . Механизм взаи-
·,
модействия колебаний в нелинейном элементе еще не
объяснен , хотя само явление широко используется в ра­
Рис . 41. Схема для наблюдения
гармонических со<;тавляющих и
колебаний комбинационных частот :
/ и 7 - ге нератор звуковых частот
типа ЗГ-10; 2 - узкополосный фильтр
с частотой 150 гц ; З - фотоприставка ;
4·-
анализатор спектра типа АСЧХ - 1 ;
5 - вольтметр типа MB,JI -2M; б - уз ­
кополосный фильтр с частотой 300 гц;
R.
-
активное сопротивление 600 ом .
диотехнических устройствах.
Возникающие в на_маг­
ничивающем токе транс­
форматора колебания ком­
бинационных частот созда-
ют э. д. с. как в первичной,
так и во вторичной обмот-
ке, соответствующие не-
четным гармоникам пита-
ющего напряжения. При
этом амплитудная струк-
тура комбинационных С_?­
ставляющих отличается от
закономерности монотон-
ного спада амплитуд гар­
монических составляющих
напряжения
генератора.
В этом состоит первая отличительная особенность комбина­
ционных составляющих от гармонических, которая иллю­
стрируется приводимы1v1 ниже экспериментом . Вторая ха- ­
рактерная особенность комбинационных составляющих,
возникающих в трансформаторе, состоит в органическом
отличии их от частот исходного напряжения, что также
подтверждается экспериментально.
Схема для наблюдения гармонических составляющих и
колебаний комбинационных частот приведена на рис. 41.
Источниками исходных колебаний являются два генератора
звуковой частоты, имеющие выходное сопротивление рав-
86

ное 600 ом*. Для подавления в каждом исходном колебании
высших гармоник напряжения применяется фильтр, харак­
теристическое сопротивление которого также равно 600 ом.
В качестве согласованной нагрузки для генераторов, фильт­
ров и трансформатора используется активное сопротивле-
ниеR=600ом. •
Необходимо отметить, что характеристическое сопро­
тивление каждого фильтра, будучи активным в полосе его
пропускания и последовательно включенным в цепь тока
питания трансформатора, дает возможность наблюдать со­
ставляющие напряжения во вторичной обмотке трансформатора.
Для иссл·едования спектрального состава напряжения,
снимаемого с нагрузочного сопротивления R, применяется
анализатор спектра типа АСЧХ-1. С экрана электронно­
лучевой трубки аI-tализатора фотографировалась спектро­
грамма, спектральные линии которой соответствуют строго
определенным частотам, а их высота пропорциональна ампли­
туде напряжения составляющих. Для точного определения
частоты и амплитуды составляющих исследуемого напряже­
ния снималась калибровочная спектрограмма, путем подачи
на вход анализатора · напряжения известной частоты, заме­
ряемого ламповым вольтметром (см. параграф 12).
Для иллюстрации образования колебаний комбинацион­
ных частот в простейшем трансформаторе были выбраны две
исходные частоты f1 = 150 гц и f2 = 300 гц. Наиболее вы­
годное расположение частот соответствует соотношению
'2f 1 = f2. Такое соотношение выбрано с учетом наилучшего
использования разрешающей способности анализатора, что­
бы частотный интервал между спектральными линиями
был возможно большим .
Спектральный состав отфильтрованного исходного на­
пряжения можно наблюдать с помощью анализатора спект­
ра. В этом случае трансформатор отключается. Показателем
хорошей фильтрации исходного колебания является отсутст­
вие на экране анализатора высших гармонических напряжений .
При включенном трансформаторе в спектре первого
колебания (f 1 = 150 гц) появляется напряжение нечетных
гармонических с частотами 450, 750, 1050 гц и т. д., а в
спектре второго колебания (f 2 = 300 гц) - напряжение со-
* В технике связи 600-омное сопротивление принято стандарт­
ным для проводных устройств, фильтров и прочих четырехполюсни­
ков, а также для измерительной аппаратуры. •
87

ставляющих с частотами 900, 1500 гц и т. д. Амплитудные
значения напряжения гармонических составляющих на вы­
ходе трансформатора от каждого исходного колебания, по­
даваемого в отдельности, показаны на рис . 42. Составляющие
первого исходного колебания изображены в виде сплошных
спектральных линий, а второго - пунктирнь1ми линиями. Тон­
кими кривыми 1 и 2 на рис. 42 и 43 изображены огибающие амп­
литудных значений напряжения гармоник указанных колебаний.
Заметим, что при подаче на вход трансформатора одного
лишь исходного колебания на входе трансформатора от- .
сутствуют составляющие с частотами 600, 1200, 1800 гц и
<о
~
:':!"
~ 1,5
I
';;
.,_,
!3
Е:<.,
с:,
<.,
"'
""@' 1,0
::,
~:t
"""
0,5
1Л
1,58 ~
11
1\
1\
11
1,271 \
11
11
11
11
1\
1\
1\
1
\
1
\
1
\
0,21
\
\
•
'-,2
'-
', 0,26
•
,- --
З{Ji) ~ ' gc::J
а
]
1
1.::;,'"!;J ,.., .i \
Рис. 42 . Спектрограммы на-
. пряжения
н а выходе трансфор­
матора от каждо г о исходного ко­
лебания, подаваемого в отдель­
ност и (а) и график амплитудн ы х
значений составляющих (6); I и
11 - исходные колебан и я.
0,05 1
-- ---
-- 0,06
O '-_L __J __
_L __
_
~ =,---~ -~~ ----~
-----~-~-~-=·~-=-=
-·=
-~-
150
45['
750
1050
13 50
1650
1950
f,eu ,
б
т. д . Когда же на вход трансформатора подведены одновре­
менно два колебания, то в с п ектре напряжения на выходе
трансформатора содержатся комбинационные частоты вида
2f1±mf2; 2f2±mf1
(т=1,2,3 •..п),
среди которых появились новые составляющие: 600, 1200,
1800 гц и т. д. На рис. 43 они отмечены значком Л . Относи­
тельно кривых 1 и 2 на рис. 43 можно наблюдать соотн оше­
ние амплитуд гармоник и комбина ционных составляющих.
В частности, при взаимодействии обеих исходных колеба­
ний в нелинейной магнитной системе трансформатора ам п ли­
туда составляющей с частотой 150 гц уменьшилась с 1,27 до
88

1, 11 в; амплитуда составляющей с частотой 450 гц, наобо ­
рот, увеличилась с 0,21 до 0,29 в и у составляющей с часто­
той750гцвозрослас0,05до0,3вит.д.
Заметим, что если гармонические составляющие на
выходе трансформатора от каждого исходного колебания
в отдельности (рис. 42) имели экспоненциальный закон
ос, 1,5
><.-
1,1/
~ 1,З
~ 1,2
s;
~ 1,1
t: 1,0
~ 149
<,
~ 0,8
g>Q7~
::,
,
"- QB
с:: ,
~о,~
0,4
0,3
0,2
0,1
1
',1
,1
11
1\
11
•1\
1\
1\
/
1
11
1\
1
\
1
\2
у'
,\
'',
...... ,
',
-----.-----
01
1
1
1 ~ 1 1 1 i -г--,----,-----
150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 1650 1В00 1950 f, гц
•
б•
•
Рис. 43. Комбинационные составляющие на выходе трансформатора от
взаимодействия гармонических составляющих двух исходных колеба­
ний, подаваемых одновременно:
а - спектрограмма; б
-
спектр составл я ющих .
спадания амплитуды по мере роста их порядка , то комбина ­
ционные составляющие (рис. 43) не подчиняются законо­
мерности плавного спадания амплитуд. Так, составляющая
с частотой 600 гц (рис . 43) преобладает над составляющей
• 450 гц так же, как составляющие 1050 и 1500 гц - соответ­
ственно над составляющими с частотой· 900 и 1350 гц .
Описанный выше опыт трансформации двух исходных
частот в простейшем трансформаторе достаточно убедитель­
но иллюстриру ет образование комбинационных частот, ко­
торые существенно видоизменяют амплитудную структуру
исходного напряжения .
89

12. СПЕКТР КОМБИНАЦИОННЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ,
ОБРАЗУЮЩИЙСЯ В ТРЕХФАЗНОМ
ТРАНСФОРМАТОРЕ
В трехфазном трансформаторе спектр частотного пре­
образования несколько иной, чем в однофазном. Это обу­
словлено тем, что в трехфазном трансформаторе с симметрич­
ным магнитопроводом при соответствующем соединении
обмоток и при симметричной системе напряжений в намаг-
1~
6
5
4
з
2
jf
l
у_
У1
Шl1
х
"ifjj_
JX.
XI """'
10
.
-
•
•
· 11 Х11КШ
i
.
•.,1111п
5 J 5 79 11 fЗ 15 17192123 251729 J/ JJJJJI J9 4143 45 47 49 515J 551/ 59 616Jб5о/ 69 7173 )j 7779 818З 85 В7б9 91
г
.
Рис. 44. Спектр комбинационr1ых составляющих напряжения на ши­
нах генератора при нагрузке 65 Мва и гармонических составляющих
(пунктирная кривая) для схемы измерения «фаза -земля».
ничивающем токе подавляются гармонические составляю­
щие, кратные трем.. За · счет их исчезновения из спектра в
последнем появляются частотные интервалы, равные 200 гц.
Поэтому частотная · структура оставшихся составляющих
имеет следующую последовательность гармоник: 1, 5, 7,
11, 13, 17 и т. д., которая описывается выражением
n = 3(k~1)+21+ (- l)k+l(-l)k+3(-l)k-l,
где k - любое целое число, начиная с двух.
Характерный для трехфазных трансформаторов спектр
90

комбинационных составляющих показан на графике (рис . 44).
Здесь спектральными линиями изображены частота и на­
пряжение составляющих на шинах генератора, полученные
на основании спектрограмм, снятых посредством описанной
ранее измерительной схемы (рис . 39) . При этом генератор
подключался к высоковольтной сети через трансформатор­
ную группу и ставился под нагрузку 65 Мва. Нагрузка транс­
форматора, близкая к номинальной, как известно, влияет
на форму кривой напряжения .
Спектрограммы, приведенные на рис . 44, сделаны в трех
частотных диапазонах: 20-500 (а), 100-2000 (6) и 400-' -
5000 (в) гц. Спектр комбинационных составляющих, получен­
ный на основании этих измерений, изображен на рис. 44, г.
Комбинационные составляющие, соответствующие 17 и 19-й
гармоникам, образуют группу /, 23-я и 25-я - группу
IIит.д.
Результаты измерений, сведенные в табл . 3, показывают,
что при обеих схемах измерения составляющие имеют оди­
наковый порядок значений, однако при схеме «фаза - фаза»
составляющие, кратные трем, меньше, а 5 и 7-я несколько
превосходят их величину при схеме «фаза - земля» .
Сравнивая амплитудную и частотную структуры состав­
ляющих при режимах х.х . и нагрузки генератора , показан­
ных соответственно на графиках (рис. 40 , 6 и 44, г) , можно
утверждать следующее:
1. При работе трансформатора 3, 5 и 7-я составляющие
увеличены незначительно по сравнению с их значениями
на шинах изолированного генератора, работающего в ре•
жиме х.х.
2. Комбинационные составляющие, возникшие в транс­
форматоре на основе исходных гармоник напряжения. имеют
значения в десятки, сотни и тысячи раз больше по сравне­
нию с величиной соответствующих гармонически х состав­
ляющих напряжения изолированного генератора .
3. Вследствие подавления в намагничивающем токе
трансформатора частот, кратных трем , комбинационные
· составляющие оказываются сгруппированными по две . Час­
тотный интервал между ними равен 100 гц, а между груп­
пами - 200 гц.
4. Если гармонические составляющие обладают моно­
тонным законом убывания амплитуд (рис. 40), то для комби­
национных составляющих характерно преобладание ампли ­
туды колебания более высокой частоты _над амплитудой
91

колебания см е жной меньшей частоты. Так, на рис. 44 напря­
жение 11 и 13-й составляющих больше 7, 9-й и соизмеримо с
напряжением 5-й - так же, как напряжение составляющих
11 группы преобладает над составляющими 1 группы и т . д.
Необычная • амплитудная структура · рассматриваемого
спектра, не соответствующая общеизвестному соотношению
амплитуд гармоник при разложении кривой в ряд Фурье,
указывает на совершенно иную природу его происхож­
дения.
Приведенные выше материалы о взаимодействии
гармоник напряжения в нелинейной магнитной системе тран ~
сформатора показывают лишь качественную сторону обра ­
зующегося спектра комбинационных составляющих. Эти
данные следует рассматривать с точки зрения доказательства
существования самого явления. Раскрытие же закономер­
ностей количественного соотношения амплитуд исходных
гармоник и комбинационных частот является более слож­
ным и требует специального исследования .
13. КОМБИНАЦИОННЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ
В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ
Методика и техника измерения
Для экспериментального изучения электрических
колебаний в сетях 0,4-35 кв применялась блок-схема п ри­
боров, показанная на рис. 14.
Низкочастотные составляющие в диапазоне от 20 . до
20 ООО гц исследовались с помощью анализатора спектра
типа АСЧХ-1. Раскладывая сложный сигнал методом после­
довательного анализа на отдельные составляющие, при по­
мощи анализатора на экране электронно-лучевой трубки
(с помощью фотоприставки 5) фотографировались спектраль ­
ные линии, соответствующие определенным частотам. Вы­
сота каждой спектральной линии протторциональна напря­
жению составляющей на 600-омном входном сопротивлении.
На рис. 45, б, в, г, д показаны типичные спектрограммы со-.
ставляющих напряжения помех. в каждом из четырех под ­
диапазонов анализатора: 20- 500, 60 - 2000, 100-50Q0 и
400-20 ООО гц. Динамическая разрешающая способность
анализатора (способность четко выделять спектральные ли­
нии 2-х соседних гармоник) в указанных поддиапазонах со ­
ставляет 12, 60, 100 и 400 гц. На рис . 45, е, ж, з, и приведены
92

~
J'
250
so 240
~ 230
:f 220
~
°" 210
~
~ 200
g 190f;э;
v180-
~170,~
:1;
~ 160
§:t:: 150·
140
130
120
110
fOO
90
80
70
60
50
40
30
20
10
о
J
,LJ
I
г
,s,oo
.з ООО•
ff.
...,._ _ ,.; .._ ;:.;::._ _ ,
-
lil,
11 19 27 J7 45 5J (f/ 69 77 85 93 IОЗ Но:-1ер гармоники
а
Рис. 45. Спектр комбинационных составляющих в сети 35 кв
при схеме измерения «фаза - земля» (а), построенный по спек­
трограммам помех (6, в, г, д) , калибровочным спектрограммам
(е, ж, з, it) и частотной характеристике устройства присоедине-
•
ния; I-XV -, -- номер группы.

калибровочные спектрограммы, необходимые .для точного
определения частоты и напряжения составляющих . Они
выполнялись путем подачи на вход анализатора напряжения
определенной частоты, калиброванной по амплитуде . Так,
на калибровочной спектрограмме для первого поддиапазона
(рис . 45, е) спектральная линия слева соответствует частоте
50 гц, а справа - 500 гц, во втором - 200 и 2000 гц, в треть­
ем-500 и 5000 гц и в четвертом-1500 и 15 ООО гц. Погреш­
ность оценки амплитуд составляющих относительно ка­
либровочного напряжения не превышала 10% при мини- ·
мально необходимом времени анализа. Частота (f) каждой
спектральной линии определялась по формуле
f=lf ~:
,
где !1 - измеренное по спектрограмме расстояние от на­
чала хода луча слева до данной спектральной линии; fк -
частота калибровочного напряжения; lк - измеренное по
спектрограмме расстояние от начала хода луча слева до
спектральной линии калибровочной частоты.
Вследствие неодинакового затухания различных частот
в устройстве присоединения (рис. 15) соотношение амплитуд
низкочастотных составляющих получается на спектрограм­
мах искаженным. Действительная величина напряжения
составляющей в линии (U 1) определяется по формуле
Ик
Иt =Kthf hк'
где К.1 - коэффициент для пересчета измеренного напря­
жения составляющей на входном сопротивлении в действи­
тельное напряжение в линии (рис. 15); h1 - измеренная по
спектрограмме высота спектральной линии данной состав­
ляющей; Ик - напряжение калибровочной частоты; hк
-
высота спектральной линии калибровочной частоты .
Амплитуда комбинационных составляющих
в сетях 0,4-35 кв
Измерением низкочастотных помех в различнь1х
сетях Зб, 10, 6, 0,4 кв обнаружена однотипная структура
спектра комбинационных составляющих, независимо от
уровня напряжения линии. Частотная структура комбина-
94

uионных составляющих в сетях разJiичного класса напряже­
ния идентична (рис. 45-48). На графиках указанных
рисунков вертикальными линиями изображены соответству­
ющие спектрограммам действительные величины напряже­
ния комбинационных составляющих в линии.
""'·
t~~
!:';З ro·
~5
~
~30
"§
~25
<.)
··~
20
:t
11)
Ji 15
i~ 10
5
j
jj
J 11 f9 ~1 35 43 St -59 65 15 8JНомерzармоншш
б
Рис. 46. Спектрограмма комбинационных составляющих при одно­
кратном трансформировании напряжения (а) и график значений на­
пряжения составляющих (6) (сетьJIО~кв; схема измерения «фаза-фаза»).
Комбинационные составляющие в высоковольтных ли­
ниях совпадают с нечетными гармониками 50-периодного
напряжения, среди которых подавлены кратные трем.
Вследствие этого остальные составляющие расположены
группами с частотным интервалом 200 гц.
При пересчете измеренных на спектрограммах величин
напряжения составляющих в их действительные значения в
линии обнаружено, что монотонный спад амплитуд состав­
_ ляющих по мере увеличения их порядка отсутствует, за
исключением 3 и 5-й, амплитуда которых всегда остается
преобладающей. Составляющие, соответствующие 11, 13,
17, 19, 23, 25 гармоникам, а ИН(?Гда и другие, соизмеримы с
амплитудой 7-й гармонической или преобладают над ней .
Амплитуда 1-iекоторых колебаний более высоких частот, как
правило, преобладает над амплитудой колебаний меньшей
частоты. Для них характерно исчезновение или резкое
95

уменьшение напряжения составляющих высокого порядка
одновременно со спадом напряжения первых гармоник .
Обнаружено, что при многократном трансформировании
напряжения (рис. 47 и 48) в спектре содержатся составляю-
'С:) 14
~::!" 13
2
~"§
€;
u
с,
'-'
"~
"'\;
<>:
@-
~
12
ff
""'
'd"
fD "'~
9 "'·
...,
в
7
6
5
4
з
2·
'SI-
з
I
лшшУшУЛ·
УШ "IX. к
Х!.хтт1 1
,11,11 1 11
51 59 67 75 83 1/онер r:армонини
б
Рис. 47. Спектрограмма комбинацио нны х составляющих при трех­
кратном трансформировании напряжения (а) и график значений на­
пряжения составляющих (6) (сеть 6 кв; схема измереr1ия «фаза - фаза»).
щие более высокого порядка по сравнению со спектром при
однократном трансформировании (рис. 46) . . Данные, приве­
денные на рис. 46-48, иллюстрируют относительное уве­
личение амплитуд напряжения комбинационных - составля­
ющих более высокого порядка каждой ступенью транс­
формирования.
Величина напряжения составляющих. более высокого
порядка при обеих схемах измерения имеет одинаковый
порядок значений, однако при схеме измерения «фаза -фа­
за» напряжение 5-ой и 7-ой гармонических несколько выше,
96
..
,._

111
~
чем при схеме «фаза - земля». В сетях 6, 10 кв напряжение
составляющих менее стабильно, чем в сетях 35 кв . Еще бо­
лее неустойчивы амплитуды составляющих и их соотноше­
ния в сетях 0,4 кв.
.,,_ О,?
~
l
~
~О,
§ '"'
.,
...: :
::,
,:
.,
{ 0,5
i
D,4
о,з
0,2
(J1
:'·
Рис. 48 . Спектрограмма комби­
национных составляющих при
четырехкратном трансформирова­
нии напряжения (а) и график
значений напряжения составля­
ющих (6) (сеть 0,4 кв; схема изме­
рения «фаза - земля»).
17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 Нонер е.арнопинu
1 Л ]fJ ТУ V rI V1Т V1lJ"!К 'Х" ХТ Х11 ХШXfv Нонерzруппь,
·о
Описа н ным методом проведено 79 серий измерений низ­
·кочастотных колебаний в сетях Запорожской и Днепропет­
ровской областей, а также Ставропольского края [29, 30,
35, 37]. Из указанного количества 23 серии измерений сде­
ла~ювсетях35кв,38серий- всетях6и10кви18серий-
в сетях 0,4 кв. На ос н ова н ии массовых замеров определены
средние величины напряжения комбинациощ1ых составляю­
щих, которые приведены в табл. 4. Эти данные представляют
7 01423
97

е комбинационных
Напряжен и
в сетях 35, 6-10 и 0,4 кв
3
5
7
9
1]
12
17
19
23
25
29
31
35
37
41
43
47
49
53
55
59
61
65
67
71
73
77-
79
83
85
89
91
95
97
101
103
Сети· 35 кв
'
Q)
х ':'v
,:'
"':,;
::z:: о
'">,о
:,; --
<!J ~
Q) ~,:
~~(Q
:fо:I:
о~"'
с."' "
о.~~
<= '"'-"
i:: -а- g_
"'u Q)
:r:8::r
~" <=
342
1,69
261
1,24
174
0,36
71
0,35
299
1,48
220
1,09
125
0,62
196
0,97
146
0,72
117
0,58
53,6
0,265
59,0
0,292
24,1
о, 119
24,7
0,122
16,5
0,082
20,8
0,103
12,5
0,065
14,2
0,070
15,4
0,078
10,5
0,052
19, 1
0,094
17,6
0,087
21,5
0,106
15,,5
0,077
14,4
0,071
13,4
0,066
10,О
0,049
8,35 0,041
7,15
0,035
4,68 0,023
6,55 0,032
9,75
0,048
9,20 0,045
6,35 0,033
4,62 0,023
2,70
0,130
Табл~ща 4
составляющих
Сети 6-10 кв
Сети 0,4 ,се
'
Q)
:,,: ~
"'
~~
,:'
(;; -
,:,
::z::O
!:: ~
:::Q
Е~~
Q)-
~"
"'"'
,, "'
~о
~@ (Q
~~
::f о ::r::;
()~
....
а::!~
8.~ ~
о.~ ~
~""
t~'i
i:: f-i;:;
~-а-
i:: ,е. g_
:r:3~
~"
:r:u =f
~ s:i::
128,0
3,70
27, 10
12,30
71,0
2,05
9,76
3,98
41,8
1,21
8,36
3,80
10,5
0,30
1,22
0,55
31,0
0,89
8,50
3,86
27,9
0,80
5,92
2,70
23,6
0,68
1,50
0,68
27,0
0,78
1,20
0,45
37,0
1,07
2,25
1,02
37,7
1,09
1,33
0,60
35,7
1,03
1, 17
0,53
32,4
0,94
0,78
. 0,35
17,4
0,50
0,64
0,29
13,4
0,39
0,59
• 0,27
8,3
0,24
0,56
. 0;25
7,8
0,22
0,50
0,28
10,6
0,30
0,63
0,28
6,9
0,20
0,60
0,27
4,95 0,14
1,27
О,~8
2,55 0,070
1,25
0,57
2,97 0,086
1,23
0,56
2,93 0,085
1,17
0,53
2,00 0,058
0,65
0,29
1,53 0,044
0,64
0,29
1,82 0,053
0,24
о, 11
1,35 0,039
0,24
0,11
0,85 0,024
0,73
0,33
1,26 0,036
0,71
0,32
1,38 0,040
0,29
0,13
1,33 0,038
0,29
О, 13
1,00 0,029
0;24
о; 11
1,10 0,032
0;38 ·
0,17 ·
1,13 0,032 ·
0,40
0,18
1,00 0,029
0,21
0,099 •
0,60 0,017
0,02
O,OQ2
0,58 0,016
0,02
0,091
один из о
ники, а о
сновных параметров для расчета каналов телеме:Ха~
бнаруженная закономерность частотной структуры
98
'
:
,,..
1
;,
"'
-
,,. 1
ir:
-
·~-----,-
_, .....~ ·,~io!:

~
составляющих дает возможность более обоснованно кон ­
струировать ап п аратуру телемеханики в тональном диапа­
зоне частот .
Пр и анализе результатов измерений установлено, что
низкочастотные составляющие с указанной структурой
спектра являются преобладающими помехами на частотах
до10кгцвсетях35кв,до5кгц- всетях10кв,до4кгц-
в сетях 6 кв, до 3 кгц - в сетях 0,4 кв. Выше указанных час­
тот на пряжение комбинационных составляющих становится
соизмеримым с им п ульсными помехами от частичных раз­
рядов на изоляторах линии [27, 28, 37].
14. ОСОБЕННОСТИ ПОМЕХ ОТ ТРАНСФОРМАТОРОВ
И МЕТОДЫ ИХ УЧЕТ А
Выше было показано , что в нелинейной магнитной
с истеме трансформатора имеет место взаимодействие гармо­
нич ес ких составляющих напряжения генератора, в резуль­
тате че го в обеих обмотках трансформатора появляются
комбинационные составляющие. В линиях электроп е редачи
низ~<очастотные колебания являются не гармониками на­
пряжен ия генераторов электростанций, а комбинационными
составляющими. Они представляют собой немодулирован­
ные колебания, кратные нечетным гармоникам напряже ­
ни я пр омышленной частоты 50 гц, обладают дискретной
стр укту рой спектра и располагаются группами по две со­
ставляющие с частотны м интервалом 100 гц между ними и
200 гц между гр у ппами.
Хар актерная особе нность комбинационных составля­
ющи х заключается в том , что амплит уда напряжения нек о­
торых колебаний более высоких частот превосходит ампли­
туду колебаний с меньшей частотой ; при этом тенденция
их спад а с ростом частоты сохраняется .
Ком бинационные составляющи е являются преобладаю­
щиш~ помехами на частотах до 1О кгц в сетях 35 кв, до 5 кгц -
•в сетях10кв,до4кгц- всетях6квидо3кгц- всетях
0,4 ке.
Обн ар уженные закономерности спектральной структуры
комбинационных составляющи х во м ногих сл учаях позво ­
ля ют п овысить помехоустойчивость каналов телемеханики .
Помехи этого вида должны учитываться при разработке
аппаратуры и настройке каналов .
•
7*
99

При конструировании телемеханической аппаратуры,
предназначенной для работы по электрическим линиям в
тональном диапазоне частот, рабочие частоты каналов не­
обходимо располагать в интервалах 200 гц между группами
комбинационных составляющих.
IV. ПОМЕХИ от РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
В ЛИНИЯХ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
15. ОСОБЕННОСТИ ПОМЕХ ОТ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
Наряду с помехами от изоляторов, генераторов и
трансформаторов в линиях высокого напряжения имеются
помехи в виде модулированных колебаний с программами
радиовещания, телеграфа и низкочастотного тона в виде
свиста.
Во многих работах, касающихся высокочастотной связи
по проводам линий электропередач, указывается на недо­
пустимость совпадения рабочих частот канала связи с
частотами местных радиопередатчиков. При совпадении
частот работа высокочастотного канала, как известно,
становится невозможной. В процессе прое1пирования вы­
сокочастотной связи этот фактор всегда учитывается путем
сдвига рабочих частот канала относительно частоты радио­
передатчика.
В Федеративной Республике Германии при проектиро­
вании высокочастотных каналов по проводам линий эл ектро­
передачи приходится считаться с вероятностями помех от
радиостанций (78] следующих уровней: - 3,9 неп в 50%
случаев; - 2,65 неп в 10 % случаев. Эти помехи доставляют
много трудностей технике высокочастотной связи в евро­
пейских странах с высокой плотностью радиопередающих
станций, где их мешающее действие на каналы высокочас­
тотной связи сказывается наиболее сильно.
Изучение помех от передатчиков в распределительных
электрических линиях оказалось более успешным по срав­
нению с исследованиями в линиях выrших напряжений.
Это обусловлено тем обстоятельством, что в распределитель­
ных сетях 0,4-35 кв помехи от радиопередатчиков про­
являют себя соизмеримыми (сети 35 кв) и даже преоблада­
ющими над помехами от изоляторов (сети 0,4, 6 и 10 кв) .
Благодаря большей доступности их исследования в усло-
100

J
виях отсутствия короны и сравнительно малого уровня
· помех от изоляторов удалось обнаружить целый ряд за­
кономерностей, свойственных мешающим колебаниям от
радиопередатчиков.
,_; 1,":i
Обнаружено, что в распределительных сетях 0,4-35 кв
мешающие модулированные колебания с программами радио­
вещания имеются не только на рабочих частотах радио­
передатчиков, но и на частотах, не занятых ими. Они за­
полняют строго ·определенные полосы частот в диапазоне
единиц и десятков килогерц*, в то время, как радиопере­
датчики, вещающие эти программы, работают на частотах
более 150 кгц. Ширина полос, занятых такими помехами ,
обычно составляет 1-2 кгц, небольшое их количество за­
нимает 4- 5 кгц и некоторые полосы доходят до 8- 10 кгц.
Опыт ВЫСОJ{ОЧастотной связи по ЛИНИЯМ 6, 10 и 35 кв
показал, что, когда рабочая частота канала попадает в по­
лосу, занятую такими помехами, во многих случаях нор­
мальную работу канала получить не удается. В этом слу­
чае в телефонном 1<анале, особенно с большим затуханием,
весьма громко слышна программа радиовещания, работа
телеграфа или шума. На одних частотах рассматриваемые
помехи воспринимаются в виде неискаженной передачи
местного радиовещания, на других частотах - наложение
двух программ или сочетание сигнала вещания с низко­
частотным колебанием (свист), на третьих частотах - ис­
каженный сигнал вещания на фоне гладкого шума и т. д.
Мешающие модулированные колебания, заполняющие в
высоковольтных линиях более низкие частоты, чем частоты
соответствующих радиопередатчиков, отличаются целым ря­
дом особенностей. Первой особенностью является сущест­
венное различие диаграммы напряженности электромаг­
нитного поля на рабочей частоте радиопередатчика и на
частоте помехи с программой то1·0 же передатчика .
Так, от одной из местных вещательных радиостанций,
работающей на частоте около 398 кгц, в линии 35 кв наводит­
ся э.д . с . с уровнем - 4 неп (нагрузка 600 ом). Напряжен­
·ность поля, измеренная в перпендикулярной плоскости от­
носительно оси высоковольтной линии, имеет диаграмму
уровней, показанную на рис. 49 кривыми 1 и 2. На оси
абсцисс нанесены расстояния (s) от линии до измерителя
* В линиях высокого напряжения имеются прмехи такого про­
исхождения и в диапазоне более высоких частот.
101

помех, а по оси ординат отложены относительные значения
напряженнос;ги поля Е. Измерения выполнены с помощью
измерителя помех типа ИП - 12М при штыревой (кривая 1) и
рамочной антеннах (кривая 2) . Кривые показывают, что
уровень поля на расстоянии 5-7 м от оси линии начинает
резко спадать . На расстоянии 30-35 м имеется минимум,
Е ~~------::+==+==+==i
--
1·-
-1
О, 125 1---+1----+ - -- -- -1 --- -. ,,-::._- -1 -- -'--1---+ -
---1
0,0!50 20 40 60 80 100 120 140S,м
Рис . 49. Кривые уровня поля помех
от радиопередатчика под линией
35 м:
вызванный сложением по-
ля от тока, наведенного в
линии как в антенне, с ос­
новным полем излучения
радиопередатчика. При
дальнейшем удалении от
линии поле возрастает до
некоторого
постоянного
уровня
напряженности,
обусловленного интенсив­
ностью излучения радио­
передатчика.
Такое изменение уров­
ня поля вблизи высоко-
J, 2 - на р абочеН частоте передатчика
(3 98 кг ц); 3 , 4 - на преобразованной ВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ СВОЙСТВеН­
частоте (49,5 кгц) с сигналом того же
но только лишь для час-
передатчика.
-
тот, на которых работа­
ют радиопередатчики. Аналогичные данные приводились
и в других работах [26]. Однаrю на более низких час­
тота х модулированные колебания с той же программой
вещания им еют иное изменение уровня поля. Так, на рис. 49
кривыми 3 и 4 показана конфигурация уровня поля помех,
принимаемых на частоте 49,5 кгц и содержащих ту же про­
грамму вещания, что передает местная радиостанция на
частоте около 398 кгц. Эти измерения сделаны с помощью
избиратель но го указателя уровня фирмы «Tekade)) при
штыревой антенне (кривая 3) и рамочной (кривая 4). Сле­
довательно , спадающий до исчезновения уровень поля по
кривой, напоминающей колокольную форму, характерен
для помех, возникших в высоковольтной линии от наве­
денных радиопередатчиками то1<ов .
Второй отличительной особенностью помех от радиопере­
датчи1<ов на низких частотах является их исчезновение при
установивше йся сырой погоде, а также отсутствие на новых
линиях, не бывшихлод напряжением .
102

t,
16. ПОМЕХИ В ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ
БЕЗ НАПРЯЖЕНИЯ
При отключении высокого напряжения в линии ис­
чезают всплески помех, обусловленные частичными раз­
рядами в изоляторах. При этом уровень помех падает до
значени{! от - 8 до
-9
неп .
В табл. 5 приведены результаты измерения помех от
радиопередатчиков в линии 35 кв . При измерении помех без
напряжения получен увели ченный уровень радиосигна­
лов в среднем на 1 неп. ;это увеличение вызвано за счет не­
посредственного подключения измерителя помех к проводу
линии и отсутствия при этом затухания в устройстве присо­
единения.
При выключенном напряжении помехи в виде радио­
сигналов обнаруживаются на частотах 38, 45, 50, 55, 68,
122, 128, 138, 154 кгц. Присутствие радиосигналов на час ­
тотах 6, 10 и 34-35 кщ можно заметить по характерной для
сигналов вещания форме кривой напряжеi-iия, наблюдае­
мой на экране осциллографа . Когда же в линии отсутству­
ет напряжение, то, кроме указанных частот, помехи в виде
модулированных колебаний принимаются на частотах 7;
9; 14,9; 15,5; 19; 34; 102,5; 107 кгц.
Когда отключено напряжение и маскирующее действие
помех от изоляторов отсутствует, на всех частотах явно
прослушивается наложение двух сигналов. Характеристика
этих сигналов чаще представляет собой наложение двух
программ вещания или программы вещания на низкочас­
тотный звук (свист). Наложение двух сигналов свидетель­
ствует о происхождении мешающих модулированных коле­
баний за счет нелинейных элементов, в которых происхо­
дит преобразование исходных частот радиопередатчиков.
Результаты двух приведенных измерений наглядно по­
казывают, что в высоковольтной линии без напряжения
основными помехами являются модуJ!ированные колебания
в виде сигналов радиовещания и телеграфа, имеющие зна-
. чительный
уровень.
Во время измерений при отключенном напряжении об­
наружено, что наибольшее количество частот, занятых мо­
дулированными колебаниями, имеет место в линиях более
высокого класса напряжения. Например, в линиях 154 кв
Днепровской энергосистемы помехи от радиопередатчиков
зафиксированы на 76 частотах (в диапазоне до 150 кгц),
103

о
,
.
,
.
П
о
м
е
х
и
.
о
т
р
а
д
и
о
п
е
р
е
д
а
т
ч
и
к
о
в
в
Л
И
f
!
.
И
И
3
5
н
в
.
,
,
.
Н
а
л
и
ч
п
е
н
а
п
р
я
ж
е
н
и
я
~
<
\
)
.
,
"
'
,
,
_
Ч
а
с
т
о
т
а
,
~
!
Ф
о
р
м
а
к
р
и
в
о
й
н
а
э
к
р
а
н
е
П
р
о
с
л
у
ш
и
в
а
н
и
е
~
к
г
ц
~
"
"
о
с
ц
и
л
л
о
г
р
а
ф
а
•
т
е
л
е
ф
о
н
8
.
"
>
,
g
-
6
-
4
,
2
-
.
,
1
;
_
~
.
.
-
·
"
"
•
•
.
.
·
·
~
"
·
,
•
•
_
.
·
Р
е
з
к
и
й
г
у
д
я
щ
и
й
.
·
·
•
.
·
-
.
•
.
.
з
в
у
к
н
и
з
к
о
г
о
т
о
н
а
,
т
р
е
с
к
и
,
щ
е
л
ч
к
и
1
0
-
4
,
8
~
Т
о
ж
е
1
5
-
4
,
5
~
Р
е
з
к
и
й
г
у
д
я
щ
и
й
з
в
у
к
н
и
з
к
о
г
о
т
о
н
а
1
8
-
3
,
8
~
Т
о
ж
е
2
0
-
4
,
3
~
1
>
1
>
3
5
<
-
6
.
.
Ш
у
м
,
т
р
е
с
к
и
~
Г
"
"
!
1
~
Е
Ч
а
с
-
1
1
1
т
а
т
а
,
.
,
-
к
г
,
{
"
'
"
"
8
.
~
>
,
g
-
7
-
5
,
1
9
-
3
,
9
-
3
,
8
1
0
-
4
,
9
1
4
,
9
-
4
,
0
1
5
,
5
-
5
,
2
Т
а
б
л
и
ц
а
5
О
т
с
у
т
с
т
r
з
и
е
н
а
п
р
я
ж
е
н
и
я
Ф
о
р
м
а
к
р
и
в
о
й
н
n
э
к
р
а
н
е
П
р
о
с
л
у
ш
и
в
а
н
и
е
о
с
ц
и
л
л
о
г
р
а
ф
а
в
т
е
л
е
ф
о
н
.
-
~
f
v
1
t
к
:
/
~
f
)
;
-
~
'
"
'
"
"
"
'
-
-
.
,
,
,
,
v
\
N
'
,
~
-
.
г
-
у
-
v
-
у
-
-
-
"
-
-
-
-
-
-
v
-
-
-
'
-
-
y
-
-
1
\
.
'
W
W
W
V
\
,
"
1
1
.
,
"
J
i
,
1
f
'
.
.
.
,
-
-
-
.
-
-
.
.
_
_
,
_
_
_
г
L
.
.
_
,
)
-
-
,
)
и
я
о
а
е
~
-
-
,

.
,
~
~
•
l
ф
W
,
-
.
.
.
,
-
-
~
С
Х
>
1
=
I
.
!
о
~
1
Ш
у
м
,
Н
а
л
о
ж
е
н
и
е
в
е
щ
а
-
;
;
;
:
3
7
т
р
е
с
к
и
,
1
9
-
4
,
5
~
'
"
'
'
-
"
3
8
с
и
л
ь
н
о
и
с
к
а
ж
е
н
-
н
и
я
н
а
р
а
д
и
о
т
е
л
е
-
н
о
е
в
е
щ
а
н
и
е
г
р
а
ф
4
0
1
<
-
6
1
-
v
v
v
v
-
1
Ш
у
м
,
т
р
е
с
к
и
3
4
-
4
,
8
~
Н
а
л
о
ж
е
н
и
е
в
е
щ
а
-
н
и
я
н
а
с
в
и
с
т
в
ы
-
с
о
к
о
r
о
т
о
н
а
(
К
и
е
в
)
4
5
1
,
-
6
1
-
v
-
v
v
v
1
Ш
у
м
,
т
р
е
с
к
и
,
в
е
-
3
7
-
5
'
\
f
V
\
!
V
v
'
"
\
.
В
е
щ
а
н
и
е
б
е
з
и
с
-
5
0
-
6
щ
а
н
и
е
с
б
о
л
ь
ш
и
м
к
а
ж
е
н
и
й
(
К
и
е
в
)
и
с
к
а
ж
е
н
и
е
м
5
5
1
-
5
,
6
1
~
Ш
у
м
,
в
е
щ
а
н
и
е
с
4
9
,
8
-
3
,
7
I
}
Н
а
л
о
ж
е
н
и
е
о
ч
е
н
ь
б
о
л
ь
ш
и
м
и
с
-
V
'
J
\
/
\
I
V
W
W
W
v
W
v
l
,
I
и
I
I
п
р
о
г
р
а
м
м
к
а
ж
е
н
и
е
м
I
I
в
е
щ
а
н
и
я
5
6
-
6
7
1
-
6
1
v
v
v
v
.
Ш
у
м
,
т
р
е
с
к
и
,
п
у
л
ь
с
а
ц
и
я
у
р
о
в
н
я
6
8
1
-
4
,
З
I
Y
V
V
V
v
В
е
щ
а
н
и
е
,
ш
у
м
,
1
5
5
-
4
,
4
_
_
_
_
_
г
-
-
Н
а
л
о
ж
е
н
и
е
в
е
щ
а
-
т
р
е
с
к
и
~
н
и
я
н
а
с
и
г
н
а
л
р
а
-
д
μ
о
т
е
л
е
r
р
а
ф
а
6
9
-
1
2
2
1
<
-
6
1
6
8
-
3
,
5
Н
а
л
о
ж
е
н
и
е
п
р
о
r
-
-
т
у
-
у
-
у
-
Т
р
е
с
к
и
,
ш
у
м
,
-
р
а
м
м
д
в
у
х
с
т
а
н
ц
и
й
п
у
л
ь
с
а
ц
и
я
у
р
о
в
н
я
W
J
W
\
f
\
J
\
М
н
а
о
д
н
о
т
о
н
н
ы
й
с
в
и
с
т
1
2
2
1
-
6
1
~
Т
р
е
с
к
и
,
ш
у
м
,
1
0
2
,
5
-
4
,
4
-
Н
а
л
о
ж
е
н
и
е
в
е
щ
а
-
о
ч
е
н
ь
н
е
р
а
з
б
о
р
ч
и
-
-
-
-
н
и
я
н
а
о
д
н
о
т
о
н
н
ы
й
в
о
е
в
е
щ
а
н
и
е
/
"
\
J
V
\
J
\
n
J
l
J
V
\
r
с
в
и
с
т
о
е
л

·
•
1
о
а
,
Ч
а
с
т
о
т
а
,
,
·
г
ц
1
2
5
1
2
8
1
3
8
1
3
9
-
1
5
3
1
5
4
i
~
~
.
.
:
:
,
,
;
1
1
~
~
о
:
s
:
о
.
D
.
>
.
,
"
1
,
<
-
6
-
5
,
3
.
.
-
5
,
5
:
<
-
6
.
~
6
Н
а
л
и
ч
и
е
н
а
п
р
я
ж
е
н
и
я
Ф
о
р
м
а
к
р
и
в
о
й
н
а
э
n
р
а
н
е
П
р
о
с
л
у
ш
и
в
а
н
и
е
в
·
о
с
ц
и
л
л
о
г
р
а
ф
а
т
е
л
е
ф
о
н
~
•
.
,
.
.
.
.
.
.
-
.
v
Г
>
<
,
Г
Т
р
е
с
к
и
,
ш
у
м
,
п
у
л
ь
с
а
ц
и
я
у
р
о
в
н
я
~
-
Т
р
е
с
к
и
,
ш
у
м
,
о
ч
е
н
ь
н
е
р
а
з
б
о
р
ч
и
-
.
в
о
е
в
е
щ
а
н
и
е
с
б
о
л
ь
ш
и
м
и
и
с
к
а
ж
е
-
~
-
-
-
~
:
н
и
я
м
и
_
;
м
,
.
-
-
-
~
-
ф
.
.
.
.
.
.
.
J
~
.
.
.
.
-
Т
р
е
с
к
,
ш
у
м
~
~
Н
а
ф
о
н
е
:
с
у
п
е
р
-
н
а
г
о
ш
у
м
а
о
ч
е
н
ь
н
е
р
а
з
б
о
р
ч
и
в
о
е
в
е
-
~
щ
а
н
и
е
П
р
о
д
о
л
ж
е
н
и
е
т
а
б
л
.
5
•
"
'
О
т
с
у
т
с
т
в
и
е
н
а
п
р
я
ж
е
~
-
1
и
я
~
"
'
"
"
'
,
,
_
Ч
а
с
-
.
о
1
1
т
а
т
а
,
"
'
-
Ф
о
р
м
а
к
р
и
в
о
й
н
а
э
к
р
а
н
е
П
р
о
с
л
у
ш
и
в
а
н
и
е
в
к
г
ц
~
<
]
о
с
ц
и
л
л
о
г
р
а
ф
а
т
е
л
е
ф
о
н
о
~
~
§
:
Н
а
л
о
ж
е
н
и
е
в
е
щ
а
-
1
0
7
-
5
,
0
'
\
Г
\
[
\
.
N
\
.
J
\
.
/
V
V
'
l
.
,
Г
c
.
н
и
я
н
а
о
д
н
о
т
о
н
н
ы
й
с
в
и
с
т
1
2
2
-
5
,
5
1
2
8
-
4
,
1
~
Т
о
ж
е
-
1
3
8
-
4
,
5
~
Н
а
л
о
ж
е
н
и
е
д
в
у
х
п
р
о
г
р
а
м
м
в
е
щ
а
н
и
~
,
о
д
н
а
и
з
н
и
х
с
о
ч
е
н
ь
с
и
л
ь
н
ы
м
и
и
с
к
а
ж
е
-
н
и
я
м
и
;
(
.
!
~

•
показанных на рис . 50 . Т акими часtотами, ющ, являются :
5; 6; 7,5; 9; 10; 12,5; 14; 20; 22,5; 23,9 ; 24 ,6; 27,9; 30; 30,6;
32,4; 34 ; 36,3; 36,8; 40; 43 ; 46; 47,2; 48; 50; 50,9; 52; 53,9;
55,5; 57,2; 58; 59; 60; 62; 64; 65, 1; 66; 68,4; 70; 72; 72,4; 75,2;
77,2; 80,6; 83,2; 85; 86; 88,8; 91; 93; 95,2; 96,4; 99; 100; 101;
102; 103; 105,5; 106,2; 107; 108; 110; 114; 118; 119; 120; 121,5;
124; 126; 128,5; 130; 134; 137,5; 138; 143; 146; 149,3. На
"'о
~--1
'<
~-2
<:
.,,
i-з
*-4
-5
-б
-7
\h11111111 1 1 1
1
V!Ol_}O. за 40 50 60 70 80 90 100 1(0 120 IЗО (40f,кгц
V '-, ✓ l'v---- .
1"-. .
....
~
1
11
1
11
1
111
1
Рис . 50. Частоты с модулированными колебаниями от ра­
диопередатчиков в линии 154 кв в ночное время.
рис . 50 они изображены вертикальными линиями. Круж­
ками над линиями отмечены сигналы вещательных радио­
передатчиков . Ломаная кривая показывает уровень помех
в той же ЛЭП - 154 кв при наличии напряжения .
Меньшее количество помех от радиоп ередатчиков в ли­
н 1ях низших классов напряжения объясняется понижен­
ным уровнем этих колебаний из-за меньшей высоты подвеса
проводов, влияющей как действующая высота антенны .
17. ПОСТОЯНСТВО ЧАСТОТЫ П О МЕХ
ОТ РАДИОП Е РЕДАТЧИКОВ
И ИЗМЕНЕНИЕ ИХ УРОВНЯ
В линиях эл е ктроп е редачи каждого географиче­
ского района поме х и от радиопер едатчиков занимают
определенные полосы частот, зависящие от рабочих частот
местных радиопередатчиков .
Помехи создаются радиопередатчиками, работающими
на длинных и средни х волнах и расположенными в ради­
усе 500 км . Например, в сетях Запорожской, Днепро­
петровской и близлежащих областей модулированные
8*
107

Величина уровня радиосигналов
~
Время
Частота при-
нимаемоrо
1
1
1
1
1
1
1
1
р адиосигнал а ,
710
8"
gзо
g<o
gso
1050
1 jзо
1200
кгv,
"
10
-4,9
-4,7
-4,6
-4,6
- 4,3
-5,2
- 4,4
-4,9
34
-5,3
-5,7
-5
-4,9
-5
-5,7
-5,2
-5
55
-5,5
-6
-5,5
-
5,3
--6
-
-6
- 5,2
68
-6
-6
-6,5
-6
-6
-4,8
- 5,1
-4,4 .
102
-4,9
-5,2
-4,5
-4,9
-4,8
-5,4
- 5,1
- 4,8
122
-4,9
-5,2
-- 4,6
- 4,9
- 4,8
-5,4
-4,8
- 4,6
128
- 5,1
-5,8
-4,8
-- 4,9
-5
--
-6
-5
138
-5,2
-5,7
-5
-5,2
-5,4
-
-
-6
-5,2
сигналызанимаютчастоты7,9- 10,25;31-35, 45, 46, 55 -
59, 68-70, 75 - 77, 96-98, 110-113, 119-123, 128-131,
138, 145-147 кгц и т. д. (рис . 37). В сетях Ставрополь­
ского 1,рая заняты частоты: 5, 7-8, 10 , 13, 28, 45, 64, 68 -
70, 72, 88, 92, 97, 102, 140, 152 кгц] и т . д. На этих частотах,
как правило , прослушиваются три и более программы
местного радиовещания.
Имеющиеся сведения о заполнении модулированными
колебаниями спектра частот в электрических линиях еще
недостаточны для определения закономерности преобразо­
вания частот местных радиопередатчиков. При выявлении
этой закономерности требуется выполнить специальные из­
мерения с применением приемных устройств высокого клас­
са точности, · рассчитанных на широкий диапазон частот.
Среди помех, занятых модулированными колебаниями,
есть частоты устойчивого приема . Таковыми являются 10,
34, 55, 68, 102, 122, 128, 138 кгц. На этих частотах радио­
сигналы принимаются в любое время, когда работают мест­
ные радиостанции, при самом высоком уровне псмех, созда ­
ваемых изоляторами.
Уровень модулированных колебаний на частотах устой­
чивого приема изменяется в течение суток сравнительно
мало. В табл. 6 приведены результаты измерений уровня
на указанных частотах в различные дни и в интервале вре­
мени с 7 до 24 ч. Эти данные свидетельствуют о небольшом
отклонении уровня колебаний, измеренного в различные
дни, от его среднего значения. Отклонение среднего зна­
чения составляет 0,4-0,6 неп, а в некоторые дни, при су­
щественном и з менении влэжности воздуха, оно достигает
]08

Таблица 6
в различное время суток
суток
l 1230
l 1400 11500 1174" 1 2035 1 -2~~~ j 22•0 1 23°0 1 2310 1 2400
-5,1
-4,1
-5,3
-4,7
-4
-
-
-5,5
-5,7
-5,3
-5,3
-4,6
--
-6
-6
-6
-5,6
- 4,1
-
-5,8
- 4,8
-
- 4,9
-4,9
- 4,9
- 4,8
-
-4,5
-4,8
-4,7
-5,3
-4,3
-
-5,4
-5,5
-5,2
-4,3
-6
-
5,7
-5,7
1неп. Ввечернееивноч-•
ное время суток, когда ус­
ловия распределения сред­
них радиоволн улучшают­
ся, уровень модулирован"
ных колебаний на некото­
рых частотах (10 и 34 кгц)
значительно повышается _
Вследствие улучшения
условий распространения
средних радиоволн в ли­
ниях высокого напряже­
ния в ночное время появ­
ляется большое число сиг­
налов от дальних радиопе­
редатчиков . Уровень таких
помех
иногда
соизме ­
рим с уровнем мешающих
колебаний, происходящи х
от местных радиопередат­
чиков . Плотность запол­
нения
спектра
частот
модулированными колеба­
ниями в ночное время
Рис . 51. Осциллограммы пери
одических колебаний уровня по­
мех от радиопередатчиков в ноч­
ное время. Скорость записи -
25 м/сек.
-5,2
-4,7
-
4,2
-3,8 -3,4
---5,2
-5,4
--4,5
-4,7 -3,4
-5
-- -4,5
-
5 -4,7 -5,3
-4,9
-4,2
-4,7
-3,6 -5,3
-4,5
-
4,7
--5,2
-3,6 -4,3
-4,8
-
5-5
-3,8 -4,6
- 4,7
-5
-5
-5,1
-- 5,4
_:__5
-4,8
-5
•-4,5 -5,2
·-·····•.···•··-~
-
·"' ····- -·-·
--· --· - ----,··--···-···•·· ------,.··,.-.•-· ····-·=~1
а1···--.-~-~-.---~·--.-·1·.-·-1·.-.-_--j--.~--ч&,с
,
\!
, "'-- ="""""";;,;~ ~,,:::;r.=" ""u,_n,;,;;. ;,;щ1;1" «~ , , ; : , •- ' ~, . ~
бу~
~'""~ • Жlci 'i'd'-1СГ.,t 1 , ""
g___
---
-
----
г
"-'--
-
-0,,..1_
,~-
,-
••,
--
,.
•
fJ
, ..,.~
у
"
е
-"
-
- ---
"'
Jfs:tt 11 ttt, ни ·-+пt'+ен н •с,,,,, ttsitJ
/1,
·к
r",;• •
~-il~t1 '•.~'
i"
li'11"1' 1• ,.•~с-•---- .г.
~
~,j
1
i
~:~
-
-
--·····•
• • ••• ---------····
··~
........ -
;
109

:,
---
:,
---
о,
---
~
---
;;:;
"
.,
"
о.
--
""
---
"'
---
-
"'
---
\Q
--
"
"''
::f "
= р,"'
""":,:
:,: :Е"'
е{""
i;.q:s:
'< l)
;r
"' "'
::: :;:;
8~
\О
о
~
со
!Лt---0
ci.+ci
~1
а,
Ot---~
~
..
-10
~
t---OCO
-
.о
-,о
а,
IЛ~
1ЛС')о
о,
1
~
00 с<:)~
t--:'
••
t---jo
--- -
~
OOt---2
. . ,ii..,fc,
t--- 1
ф
'<!<C'J
00 ..,ii О
ф
'1
а,
IЛIЛ~
t--:'.+ cS
'<!<
1
~
1Л
00<.DО
с--1..,;с,
'<!<
1
а,
~~
t---~ o
1
::!"' с: >е
"'"'"'
>е :,: '-'
<::
'"'-С... h
наглядно по1,азана на рис. 50.
На некоторых частотах в ве­
черне е время и на многих час­
тотах ночью в линиях высоко ­
го напряжения имеется пери ­
одическая п ульса ция уровня
модулированных колебаний .
Амплитуда пульсации уровня
в ночное время значительно
больше.
В исследованной области
спектра указанное явление
наиболее часто наблюдается
на частотах 36,5-37; 42,5 -
42,8; 46-47,7; 65,5-68,2;
74-74,8; 95; 119-120; 143;
150-150,5 кгц (рис. 51) . Ос­
циллограммы (рис . 51) сдела­
ны с помощью шлейфового
осциллографа типа МПО-2 по
схеме, изображенной на рис .
14. Отметками времени на
них являются положительные
полуволны 50 - периодного на­
пряжения, расположенные в
верхней части записи . Дан­
ные осциллограмм сведены в
табл. 7.
1
По осциллограммам уста­
новлено, что на частотах
7;47,5; 84; 95 и 121 кгц (рис.
51, а, в, ж, и) в линиях раз­
личного I<ласса напряжения
имеются периодические изме­
нения уровня модулирован­
ных колебаний . с периодом
пульсации Tn = 0,29 сек. На
частотах 77,8; 117 и 150,5 кгц
(рис. 51,е, з, к) Тп = О,082 'сек,
а на частотах 42,8 и 74,8 кгц
(рис. 51, 6, д) - Тп=О,052 сек .
Кроме обычного периоди ­
ческого колебания уровня мо-

....
дулирова}iных помех с равными амплитудами (рис. 51 , а , и),
наблюдаются сложные колебания. Так, на рис. 51, б, д на­
кладывается дополнительное колебание с периодом около
2 сек, а"на рис. 51, и - с периодом 0,04 сек . Встречается
tакж.е циклическое появление сигнала (рис . 51, г) .
В различные дни измерений период колебания уровня
модулированных_ помех в .циниях различного класса напря­
жения . остается .неизменным . Заметим, что форма кривой
пульсирующего уровня модулирова11ных колебаний отли ­
чается от синусоидальной кривой. Наиболее ярко она вы­
ражена на осциллограммах с большой амплитудой колеба­
ния уровня (рис. 51, а, в, и). Этому процессу свойственна
плавная тупая форма кривой в периоды максимумов уровня
и острый изгиб кривой в период минимумов уровня .
Существование периодического изменения уровня радио­
сигналов преимущественно ночью объясняется улучшением
распространения средних радиоволн . . Благодаря прохож­
дению средних радиоволн от дальних передатчиков в ли ­
ниях высокого напряжения появляется большое количес;rво
дополнительных колебаний на час.готах работы да11_ь1щх
11ередатчиков . В результате преобразования этих колебаний
в - нелиней·н·ых элементах вьiсоковольтной линии сигналы
-
.
переходят из диапазона . радиочастот в диапазон
. единиц
и
десятков килогерц. При-- увеличенном кошiчестве сигналов
существует большее. число близких частот, которь1е _ вступа ~
ют в биения, периодически изменяя уровень рассматривае ­
мых помех.
18. ЗНАЧИМОСТЬ ПОМЕХ ОТ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
В ЛИНИЯХ РАЗЛИЧНОГО
КЛАССА НАПРЯЖЕНИЯ
В линиях различного класса: ·напряжения,· располо ­
женных в одной местности, уровень помех от радиопередат­
чиков неодинаков. Это легко проследить по кривым, приве­
денным на p!iC . .37. Для пяти занятых модулированными ко-
• лебаниями полос частот 58-59, 72-77, 95-98; 110-112,
i28-131 кгц уровень помех для сетей 35, 6-10 и 0,4 кв
сведен в табл . 8. В таблице отчетливо заметна зависимость
· уровня
помех от класса напряжения линии. Так , в линиях
35 кв уро.в.ень в среднем· равен от -1,8 до -2,5 неп, iз ли­
ниях 5_: __10 кв - от
- 3 до -4-неп, в сетях 0,4 к,в _:_ от ~S:,4.
до -6 неп·:·
111-

Влияние класса напряжения линии на
уровень помех от радиопередатчиков
1
Уровень помех (неп) при частоте (кгц)
Сеть, кв
58-59
72-77
95-98
110-112
35
-2,6
- 2,2
-2,4
- 2,0
6
-3,5
- 5,3
- 2,8
-3,9
0,4
-6,9
- 6,5
- 3,9
-3,95
Таблица 8
128-131
- 1,1
- 2,5
-3,3
Помехи от радиопередатчиков влияют по-разному на
каналы связи, работающие по линиям различного класса
напряжения. Наибольшую значимость они имеют в сетях
0,4 кв, где уровень импульсных помех от изоляторов срав­
нительно низкий (рис. 37, в). Здесь рассматриваемые помехи
преобладают на частотах свыше 40 кгц, вызывая резкие пере­
пады кривой уровня, достигающие 4 неп . В сетях 6 и 10 кв,
где уровень импульсных помех несколько выше, чем в се­
тях 0,4 кв, помехи от радиопередатчиков преобладают на
частотах свыше 50 кгц. По этой причине перепады уровня
помех несколько меньше. В сетях 35 кв помехи от радиопе­
редатчиков имеют еще меньшую значимость . Они занимают
более узкие полосы частот, вызывают меньшие перепады
уровня и выступают в качестве преобладающих помех на
частотах свыше 70 кгц (рис . 37, а) . В линиях 154 кв (систе­
ма Днепроэнерго) модулированные колебания _о,т радиопе­
редатчиков с трудом прослушиваются среди •сплошных
помех, однако .на частотах 102, 113, 120,-127 кгц их уровень
несколько превосходит помехи от коронирования и частич-
ных разрядов (рис. 50).
'
19. ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ
к линии
г Большое количество проведенных измерений помех
от радиопередатчиков показало, что указанные выше за­
кономерности имеют место при схеме присоединения
«фаза - земля».
При схеме измерения «фаза - фаза» количество частот,
на которых наблюдаются помехи от местных радиопередат­
чиков, значительно меньше. Уровень их ниже на 3-4 неп
и, как правило, неустойчив.
112
i:

r,.1
20. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОМЕХ
ОТ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
Природа образования низкочастотных помех от
радиопередатчиков в линиях высокого напряжения извест­
на лишь в общих чертах. Механизм явления до настоящего
времени остается недоказанным.
Установлено, что рассматриваемые помехи происходят
преимущественно от длинноволновых местных передатчи­
ков, расположенных в радиусе до 500 км, в зависимости от
их мощности. Коротковолновые и ультракоротковолновьiе
передатчики не создают в ЛЭП мешающих · колебаний на
,.- частотах десятко:в и сотен килогерц, если даже они рас­
положены в непосредственной близости (несколько кило­
метров от линии). •
Сущность прои_схождения помех от радиопередатчиков
заключается в следующем. Радиоволны от местного пере­
датчика возбуждают в проводах выськовольтной линии
. ко лебан ия.
Э . д.с. от местных радиопередатчиков наводят•
ся за счет прямых радиоволн, а не отраженньiх, так как в
противном случае их уровень ночью был бы значительно
выше, чем днем. Так как каждый местный передатчик мо­
жет наводить в проводах высоковольтной линии э.д . с. толь­
ко лишь на его рабочей частоте, то появление модулиро­
ванных колебаний с его программой на частотах единиц и
десятков килогерц может происходить вследствие частот­
ного преобразования.
Если бы в ЛЭП имелись только линейные элементы, то
амплитудно-модулированные колебания в них существовали
лишь на частотах радиопередатчиков и частотные преобра­
зования этих колебаний были бы исключены. Однако опыт,
поста:вленный проф. Б. В. Смирновым в 1952 г., показал, что
при наличии в сети 6 1(8 сигналов от двух высокочастотных
генераторов в подключенных по схеме «провод - земля»,
сигналы непременно взаимодействуют, создавая мешающие
_ колебания как на меньших, так и на более высоких час-
тотах.
Факт существования в линиях высокого напряжения
модулированных колебаний на частотах единиц и десятков
килогерц свидетельствует о частотном преобразовании э.д . с.,
навоztимых радиово_лнами от радиопередатчиков в прово­
дах·~ЛЭП . Наиболее яркое проявление этого процесса в
цепи-«провод - земля» и незначительное в цепи «провод
-
113

провод» дает основание предполагать о существовании не­
линейности в элементах цепи «провод - земля» .
,
Чтобы ответить на вопрос, какая из деталей линии высо­
кого напряжения обладает нелинейностью, обратимся к
следующим установленным закономерностям .
.
.
1. На всех линиях высокого напряжения, имеющих ме­
таллические, железобетонные, деревянные . или комбини­
рованные опоры, рассматриваемые помехи существуют в
равной степени . Следовательно, материалы опор и, н част­
ности, окислы металлов в местах контакта «металл - ме­
талл», «дерево - земля» и прочие не влияют на образование·
нелинейности.
•
2. На новых линиях, еще не бывших под напряжением,
помехи от радиопередатчиков на частотах единиц и десят­
ков килогерц не наблюдаются. Однако их уровень посте­
пенно увеличивается в процессе работы ЛЭП и уменьшает­
ся при длительном отключении напряжения и при сырой
погоде. На старых ЛЭП они существуют стабильно, незави-
симо от присутствия напряжения .
.
.
.
(:ледует полагать, что нелинейность приобретается по~
верхностной пленкой, образующейся на изоляторах за счет
налета :нерастворимых осадков на них, что однако еще_ не
является доказанным.
11. МЕТОДЫ УЧЕТА ПОМЕХ
ОТ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
Помехи от радиопередатчиков предст4 вляют ин­
терес с точки зрения правильного выбора рабоч11х .частQт
каналов, организуемых по линиям 0,4-35 кв. Они ра:есмат­
рщзаются в направлении разработки метод1:1ки расчета час_­
тоты и уровня мешающих колебаний. Срвладение рабоч_их
частот ·канал-а с - частотами, занятыми п_омехамтт _от местных
радиоr:н~редатчиков, дощкн9 быть исключено . на эr:ще пррек­
тирования канала. Однако в :настоящее время объем им~­
ющихся сведений недостаточен для создания методики
расчета помех от радиопередатчиков.
Если рабочие частоты канала попадают в полосу, запол­
ненную модулированными колебаниями от местньrх радио­
передатчиков и нормальная работа невозможна, целесо()б­
разно перестроить аппаратуру высокочастотного канала
связи на другие рабочие частоты. В случае занятостr1 J;Jce~:
114
i'

,.
~
~--.,;..~
частот другими каналами имеется возможность, не пере­
страивая аппаратуру, перейти на работу по схеме «фаза-_
фаза». _
Когда уровень модулированных колебаний превосходит
уровень помех на соседних частотах на 2- 2,5 неп, рабо'!ие
частоты канала необходимо смещать относительно полос,
занятых указанными помехами, не менее чем на 2 кгц. Если
разница уровней составляет 3- 4 неп, рабочие _ частоты ка­
нала н еобходимо смещать не менее чем на 5 кгц, а при боль- .
шей разнице уровней - смещать на 10 кгц [ 10] .
V.
ПОМЕХИ, НАРУШАЮЩИЕ РАБОТУ
ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КАНАЛОВ,
И МЕТОДЫ ОТЫСКАНИЯ
их источников
22. ПРИЗНАКИ ПОМЕХ
ПРИ НОРМАЛЬНОМ СОСТОЯНИИ
изоляции линии
Опыт высокочастотной связи по проводам, линий_
электропередачи показал, что при появлении очага интен­
сивных помех в линии или в силовом оборудовании подстан­
ции каналы телефонной связи и телемеханики выходят из
строя. Практика убеждает в необходимости периодического
наблюдения за состоянием изоляции на подстанциях 35/6-
10 квс целью своевременного выявления интенсивного очага
разрядов.
Чаще всего очагами интенсивных помех на линиях яв ­
ляются изоляторы как линейные, так и на разъедI:Iнителях.,
находящиеся в стадии предпробойного состояния : Мощщ,ru:
• источник п омех представляет также процесс искрения в
местах плохого контакта грозозащиты и заземляющих
.устройств на линии и арматуре разъединителей,
Очаги интенсивных помех на подстанциях 35/6-10 кв
могут быть в изоляторах, грозозащитных элементах, в изо­
ляции силовых трансформаторов, трансформаторов тока с
фарфоровой изоляцией и прочих элементах.
Очаг помех может находиться и в элементiJ,х высоковольт­
ного устройства присоединения к ЛЭП. Например, имелся
случай, когда конденсатор связи заключал в себе мощный
115

источник помех, который был обнаружен после длительных и
весьма сложных поисков. Он образовался на слабо подтя­
нутом зажимном болте, соединяющем конденсатор связи с
шинкой, идущей к фильтру присоединения .
Многолетней практикой установлено, что по высокочас­
тотным помехам можно контролировать состояние изоля­
ции высоковольтных устройств . Однако на пути реализа­
ции этой возможности существенное препятствие представ­
ляет процесс коронирования на проводах и арматуре
высоковольтных установок . При изучении помех в некоро •
нирующих линиях 0,4-35 кв, где указанное препятствие
исключено, обнаружена возможность прогнозирования
состояния изоляции · по высокочастотным колебаниям,
свойственным изоляторам ЛЭП.
В первых двух главах было показано, что помехи, воз­
никающие от частичных разрядов на изоляторах ЛЭП,
непременно сопутствуют работе изоляции при высоком
напряжении. При исследовании обнаружены специфиче­
ские признаки, свойственные нормальному состоянию изо­
ляции в трехфазных установках . Благодаря этим призна­
кам имеется возможность отличить помехи, создаваемые
нормальными изоляторами от всех остальных высокочас­
тотных ·колебаний в ЛЭП.
Главным отличительным признаком нормального состо­
яния изоляции трехфазных .установок является неизмен­
ная частота следования всплесков высокочастотного напря­
жения помех, равная 3001/сек . Как уже отмечалось в гл. II,
за каждый период напряжения промышленной частоты
возникает шесть серий Iюлебательных импульсов или всплес­
ков помех, сопровождающих частичные разряды в изоля­
торах линии . При этом разряды образуются в периоды мак­
симумов напряжения обеих полярностей в каждой фазе.
Поэтому при двух сериях разрядов, возникающих при по­
Л<Эжительном и отрицательном максимуме напряжения в
каждой фазе, за период 50 щ в трехфазных ЛЭП сочетаются
шесть всплесков помех, имеющих частоту следования
300 1/сек (рис . 16, а; 17, а; 18, а). Такая форма высокочас­
тотных помех соответствует нормальному состоянию изо­
ляции . При существенном изменении погоды форма помех
может менять свой вид до взаимного слияния всплесков, как
показано на рис . 16, е; 17, е; 18, г. Однако важно отметить
то свойство нормального состояния изоляции, что амплиту­
ды всех шести всплесков остаются соизмеримыми. Следова-
116

~-
'<
'I'ельно, шестиимпульсная (за период 50 гц) система соиз­
меримых по амплитуде всплесков помех является основным
признаком нормального состояния изОJiяции ЛЭП. Этот
признак имеет и другие показатели . Как уже отмечалось
в гл. II, на выходе детектора приемника амплитудно- моду­
лированных сигналов высокочастотное напряжение от изо­
ляторов ЛЭП образует периодическую последовательность
низкочастотных импульсов (рис. 33, 34). Частота их следо­
вания равна 300 1/сек, а спектр содержит составляющие
300, 600, 900 гц и 1. д . (рис. 35). Эта закономерность спек­
тральной структуры импульсов помех на выходе детектора
использована в искателе дефектных изоляторов в качестве
фактора отличия от спектра импульсов при наличии в ЛЭП
очага интенсивных частичных разрядов поврежденной изо­
ляции.
Вторым по значимости признаком нормального состо­
яния изоляции ЛЭП является величина уровня помех .
Большое число проведенных измерений уровня в распреде­
лительных сетях 0,4-35 кв дало возможность установить
определенные границы его значений для нормального со­
стояния изоляции . Обобщенные результаiы измерения
уровня при различных атмосферных условиях сведены в
табл . 1.
Следует отметить, что попытки многих исследователей
использовать этот признак в качестве основного критерия
оценки состояния изоляции на линиях электропередачи не
окончились успешно. Препятствием явились сложная зави­
симость уровня помех от атмосферных условий и весьма
большие границы его изменения. Поэтому второй приз­
нак - соответствие определенного уровня высокочастот­
ных помех нормальной изоляции - следует использовать
в качестве дополнительного фактора при контроле изо­
ляции .
23. ПРИЗНАКИ ПОМЕХ
ПРИ НАЛИЧИИ В ЛИНИИ
ИНТЕНСИВНОГО ИСТОЧНИКА РАЗРЯДОВ
Многолетними наблюдениями за помехами на ЛЭП
установлено, что уровень высокочастотных колебаний от
изоляторов можно подразделить на «нормальный» и
«аномальный» [48 , 63, 64]. «Нормальным» считается такой
117

уровень, который имеет место при вполне исправном состоя­
нии изоляции. Под «аномальным» понимается значительно
возросший уровень вследствие неисправного состояния изо­
ляции ЛЭП. Однако этот фактор признан не вполне надеж­
ным для оценки состояния изоляции линии. Причины, опре-
деляющие ненадежность этого признака, рассмотрены
несколько ниже .
Специально организованные автором исследования по­
мех в электрических линиях 10 и 35 кв выявили более на­
дежный признак для определения источника и н тен сив­
. ных
разрядов в поврежденной изоляции. Таким призна-
ком является форма всплесков помех и как следствие их -
частотная структура составляющих напряжения на выходе
· приемника · [28].
Приемник необходимо настроить на частоту, где
помехи от изоляторов преобладают над высокочастотными
колебаниями от других источников (табл. 2 и 5) . При мае -
•совых экспериментах в указанных сетях обнаружена по­
стоянная область частот 17- 22 кгц с подъемом уровня по-
•мех от изоляторов на 1- 3 порядка.
Форма напряжения импульсов на выходе приеiшика,
настроенного на указанные · частоты, являясь производной
от всплесков линейного напряжения помех, имеет своеоб­
разный спектр частот, по которому можно определить при­
сутствие интенсивного источника помех. Этот признак дает
повышенную надежность оценки состояния изоляции в ли-
•нии благодаря обнаруженной и спектральной особен н ости .
Одним из главных достоинств его является то, что объек-
•тивность оценки не теряется даже при значительных изме-
•нениях атмосферных условий .
Для пояснения сказанного сравним форму высокочас-
•тотных помех при нормальных изоляторах линии,
пока ­
занную на рис. 16, а, и форму помех в линии при наличии
интенсивного очага частичных разрядов в дефектном изоля­
торе на рис. 52. На рис. 16, а за период 50 щ им.еется шесть
· почти одинаковых всплесков помех, свидетельствующих об
одинаковой интенсивности частичных разрядов в изоля­
торах всех трех фаз линии. Заметим, что при существен-
. нам
изменении погодных условий, когда происходит зна ­
чительное увеличение интенсивности частичных разрядов во
всех из·оляторах ЛЭП, измеритель помех может показать
• «аномальный» уровень, хотя во всех трех фазах содержатся
нормальные изоляторы, создающие одинаково большой уро-
118

"!
...
вень высокочастотных помех. Например, это бывает при
увлажнении сильно запыленных изоляторов, 1шгда уровень
помех рез.ко возрастает и может признаваться «аномальным»·.
Поэтому метод определения состояния изоляции по увели­
ченному уровню_: помех от изоляторов_не может считаться
.
-~·
,~
Рис . 52. Осциллограмма высокочастотного напряжения помех в ЛЭП
относительно кривой 50-периодного напряжения при наличии интен­
сивного очага разрядов, расположенного на объекте измерений (а) и
находящегося на расстоянии 9 км (6).
достоверным и достаточно надежным. Оценка же по спектра­
льному признаку . обладает высокой надежностью благо­
дар я иной форме и частоте следования всплесков помех,
создаваемых очагом интенсивных . разрядов в дефектной
изоляции.
При наличии в линии дефектного изолятора были обна­
ружены специфические качества помех от очага интенсивных
разрядов. Например, форма напряжения высокочастотных
помех в ЛЭП при наличии интенсивного очага разрядов
характеризуется тем, что среди обычных шести всплесков
два из них увеличены в десятки и сотни раз (рис . 52) . ·Они
возникают в моменты максимумов напряжения обеих поляр­
ностей той фазы, в которой находится источник интенсив­
ных разрядов. Поэтому частота их следования составляет
100 1/сек [28].
Поскольку одновременное появление в одном месте двух
или трех таких очагов равной интенсивности имеет ничтожно
малую вероятность, то определение очага интенсивных раз­
рядов среди остальных разрядов с меньшей интенсивностью,
свойственных для нормальной изоляции, является надеж­
ным средством индикации при любом уровне помех в неко­
ронирующих ЛЭП.
Исследования спектральной структуры колебаний На вы­
ходе приемника амплитудно-модулированных сигналов вы­
явили возможность надежного определения очага интенсивных
119

разрядов по форме выходного напряжения. Если при нор­
мальных изоляторах на выходе приемника имеет место после­
довательность импульсов с частотой 3001 !сек (рис. 53,а), то
при наличии в ЛЭП очага интенсивных разрядов на выходе
Рис. 53. Осциллограмма напряжения помех- на выходе приемника от­
носительно кривой 50-периодного напряжения при:
а - нормальны х изоляторах линии; б
-
наличии в линии дефектного изо­
лятора.
приемника импульсы следуют с частотой 100 1!сек
(рис. 53, 6) . При нормальных изоляторах· в ЛЭП последова­
тельность импульсов на выходе приемника содержит спектр
Рис. 54. Спектрограмма со­
ставляющих напряжения на
выходе приемника при нали­
чии в линии 10 кв дефектно-
го изолятора.
составляющих 300, 600, 900 гц
и т. д. (рис. 35), а при наличии
в ЛЭП дефектного изолятора -
составляющие 100, 200, 300 гц
и т. д. (рис. 54) или 50, 100, 150,
200гц и т. д., если интенсивные
разряды происходят только за
одну полярность высокого на­
пряжения, обычно в начале раз­
вития дефекта.
Эти данные· дали возможность
сконструировать избирательный
искатель, реагирующий на вы­
сокочастотные колебания от оча-
га интенсивных разрядов, и в то
же время нечувствительный к нормальному процессу раз­
рядов в изоляции трехфазных систем [31]. Это достигнуто
за счет выделения из спектра частот на выходе приемника
составляющей 100 гц и подавления всех остальных состав•
ляющих .
120

,
24. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
НЕНОРМАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ
.И
ОЧАГ А ИНТЕНСИВНЫХ ПОМЕХ
Появившийся в канале высокочастотной связи боль­
шой уровень помех во многих случаях является сигналом
· ненормального состояния изоляции на линии или в обору­
довании подстанции.
Это подтверждается опытом эксплуатационного персо ­
нала системы ' «Днепроэнерго», а также многочисленными
· наблюдениями автора за установками связи в сельских
распределительных сетях Запорожсельэнерго . При наличии
сильно развитой системы связи по ЛЭП Центральная служба свя­
:зи «Днепроэнерго» по помехам в к.аналах достаточно точно
определяет аварийное состояние изоляции, указывая при
этом не только линию, но и наиболее вероятный район на­
хождения источника помех.
Однако, полагаться лишь на факт резко возросшего
уровня помех в канале нельзя, так как помехи могут про­
исходить и по причине неисправностей в самой 'аппаратуре
выеокочастотной связи .
Наиболее надежным средством проверки состояния изо­
ляции на ЛЭП является контроль по числу всплесков высо­
кочастотного напряжения помех, наблюдаемых с помощью
электронного осциллографа, •присоединенного к высоко­
частотному кабелю' на вход поста . При нормальном состо­
янии изоляции ЛЭП и подстанции на экране осциллографа
наблюдается форма помех, показанная на рис. 16 . Пр.и не­
исправном состоянии изоляции изображение на экране
осциллографа имеет форму, показанную на рис. 52.
.
.
В случае обнаружени_я неисправного состояния изоля­
ции, когда действует очаг интенсивных разрядов, можно
без дополнительных приборов ориентировочно определить
·его расположение. Однако иногда поиск очага интенсивных
разрядов очень сложен, поэтому целесообразно описать
~аиболее характерные, типичные методы его опреде­
ления .
Пример 1. Между подстанцией 35/10 кв К:ИМ системы Запорож­
сельэнерго и колхозом «Украина» Днепропетровской области в 1964 г .
<Jрrа·низован высокочастотный канаJ) по ЛЭП-10 кв. Расстояние меж­
ду пунктами связи по линии составляет -18 к.м . Фидер, по которому
Ааботает канал связи, не имеет высокочастотной обработки, поэтому
-рабочие токи канала ·расnространяю1:ся по всей _сет1:1 1О кв; состоящей
9 01425
121

из пяти фидеров общей длиной 124 кл,1. К сети присоединено 60 тран-
сформаторов с суммарной мощностью 37-50 ква.
.
После наладки канала он работал · с отличным качест,юм пере­
дачи. Две недели спустя появились столь мощные помехи, что работа
связи стала невозможной. Другой канал связи, работающи й на той же
подстанции КИМ , но по ЛЭП-35 кв, функционировал по-прежнему
нормально . Местные жители заметили, что в сырую погоду вещатель­
ные приемники стали забиваться сильными шумами. Убедившись в пол­
ной исправности обеих постов, стало ясно, что в сети IО кв действует
мощный источник высокочастотных помех.
На подстанцию был доставлен электронный осциллограф и под­
ключен к высокочастотному кабелю, соединяющему данный пост с
устройством присоединения 10 кв . . По изображению на экране осцил­
лографа убедились в правильности предположения: вместо шести всплес­
ков помех за каждый период 50 щ на экране осциллографа имелось
изображение только двух всплесков. Амплитуда этих всплесков с час­
тотой 100 щ была столь велика, что всплески от изоля торов двух
других фа з линии были несоизмеримо малы и поэтому не просматрива­
лись (р'ис. 52,а).
Чтобы ориентировочно узнать дальность расположения источни­
ка разрядов, была измерена амплитуда всплесков. Относительно на­
пряжения контрольного сигнала осциллографа она составляет 150 в,
а относит~льно выходного напряжения передатчика поста - 30 в. из ­
меренного при наладке канала две недели назад, амплитуда всплес­
ков составила около 140 в.
Аналогичные измерения с помощью осциллографа, сделанные на
противоположном конце рассматриваемого канала спустя 2 часа, пока­
зали, что на выходе поста в колхозе «Украина» амплитуда всплесков
составила около 30 в . Из этих данных стало ясно, что источник помех
находится или на линиях 1О кв недалеко от подстанции , или в обору­
довании подстанции.
Чтобы определить линию, на которой имеется очаг разрядов, крат­
ковременно отключили каждый фидер 10 кв, замечая, исчезают ли при
этом на экране осциллографа помехи от мощного источника. При по­
следовательном погашении напряжения на каждом. фидере обнаруже­
но исчезновение помех при отключении фидера, питающего село Нико­
лай-Поле . Для определения на этом фидере места нахождения очага
• помех требовалось с помощью линейных разъединителей отключать
напряжение по участкам, начиная с дальнего. При отключении с маги­
стрального участка фидера запрашивали подстанцию об исчезновении
помех посредством внутрирайонной связи. В рез ультате установили
присутствие очага помех на ближайшем к подстанции участке фидера.
Путем отключения фидера от подстанционного оборудования было
обнаружено расположение . очага помех в оборудовании подстан­
. ции. Путем пофазной проверки поврежденного фидера было най­
дено, что очаг помех находится в трансформаторе тока ТПФМ -10 зав.
No 33523 .
После замены последнего, уровень помех на шинах 1О кв подстан ­
ции КИМ упал до нормального и на экране осциллографа стала наблю­
даться обычная система из шести соизмеримых всплесков помех, уровень
которых на несколько порядков ниже уровня несущей частоты пере­
датчика поста. Работа канала связи стала нормальной.
Пример 2. Эксплуатационный персонал Калининского сетевого
района Запорожсельэнерго 1 регулярйо пользующийся каналом высо -
122
_/

-,;
~
кочастотной связи заметил, что в сырую погоду на подстанции 35/1 О кв
Юльевка наблюдается резкое увеличение помех в телефонном канале,
существенно ухудшающих качество передачи сообщений.
По линиям 35 кв сетевого района организована высокочастотная
связь между подстанциями · 35/10 кв Лежино, Юльевка, Орехово и
Васильевка, из которых узловой является подстанция Юльевка . От
нее отходят радиальные линии на подстанции Орехово, Васильевка
и Рыбхоз. Последняя подстанция не имеет высокочастотной связи п
осуществляет диспетчерские сообщения с помощью проводной линии
и районного коммутатора. Чтобы определить справедливость жалоб
на мешающее действие помех на подстанции Юльевка был сделан выезд
в тот день, когда в канале устойчиво держались повышенные поме·хи.
Подключенный к высокочастотному кабелю осциллограф ЭО-7
показал, что среди шести всплесков помех, за каждый период 50 гц,
имеется один с весьма большой амплитудой (около 4,5 в), превышаю­
щий амплитуду нормальных всплесков в 25-30 раз, а между больши­
ми всплесками вдвое меньший по амплитуде (рис. 52,6) . По сравнению
с нормальными всплесками амплитуда увеличенных всплесков помех
держится неустойчиво, временами достигая весьма больших значе1шй.
Предполагались две причины: 1) интенсивный очаг помех нахо­
дится в ЛЭП-35 кв на расстоянии, более близком к узловой подстан­
ции, чем к остальным, так как в противном случае помехи ощущались
бы в высокочастотном канале и на остальных подстанциях; 2) источ­
ник интенсивных помех находится или на шинах 10 кв подстанции ,
или на линиях 10 кв недалеко от подстанции. Чтобы исключить второе
предположение был произведен опрос радиослушателей, живущих ря­
дом с ЛЭП-10 кв. В результате убедились, что близко расположен­
ные от жилых домов линии 1О кв ~,е вызывают на рек.<1 ний на качество
радиоприема. Это сняло подозрения на присутствие очага интенсив­
ных помех в сети 10 кв.
Было принято решение организовать поочередное отключение ли­
ний 35 кв для определения объекта дальнейших поисков . Намеченная
операция поочередного отключения трех радиальных линий была про­
ведена в один из осенних дней, когда наблюдалось устойчивое дей­
ствие помех в канале. Отключение трех линий 35 кв в общей сложно­
сти заняло 35 .мин, из которых каждая линия отключалась на полто­
ры-две минуты.
С помощью осциллографа, подключенного к высокочастотному
кабелю поста на открытой части подста иции, было обнаружено, что
исчезновение повышенного уровня помех произошло при отключенин
линии, питающей подстанцию Рыбхоз.
Поиски очага помех на линии 35 кв Юльевка-Рыбхоз произво­
дились с помощью искателя помех типа ИСП-24 и измерителя помех
типа ИП-121\1. Поиск осуществлялся путем обхода линии с обоих ее
~юнцов. Оба обходчика безошибочно определили наличие мощного
очага помех на опоре No 118 . Измеритель помех ИП-121\1 под этой опо­
рой показал около 30000 .мкв на частоте измерений 249 кгц (частота
наименьшего уровня помех от радиопередатчиков в линиях Запорож­
ской области). При измерениях использовались штыревая антенна вы­
сотой 1 м . Искатель помех типа ИСП-24 под той же опорой показал
8000 мкв на штыревую антенну высотой 0,5 At при той же частоте на­
стройки.
По сообщению жителей села Царь-Кут, где проходит обследуе­
·мая ЛЭП-35 кв , на одном из изоляторов опоры No 118 ночью, · особенно
9*
123

в сырую , погоду и при тумане, наблюдается свечение и искрение .
.В
домах ,- расположенных около линии 35 кв на расстоянии до 100 м,
радиоприем заглушается сильными шумами и треском. Следует заме­
тить, что местные жители во многих случаях безошибочно указывают
место расположения очага интенсивных разрядов на ЛЭП-6,10 и
35 . кв по длительно действующим шумам в радиоприемниках. Изве­
стны несколько случаев, когда очаг интенсивных помех на ЛЭП-6 и
1О кв в течение нескольких месяцев не позволял пользоваться радио­
приемником, и это явление прекращалось после пробоя изолятора.
Пример 3. 25 октября 1966 г. на подстанции Днепра-Донбасс
(система Днепроэнерго) производились измерения и осциллографиро-
вание помех от коронирования под разъединителями 330 кв.
.
Сигналы помех принимались с помощью рамочной антенны, под­
нятой на высоту 2 .м от поверхности земли, и подавались i1a вход элек:
тронного осциллографа. Место измерений было выбрано по максималь­
ному звуку коронирования на стержнях разомкнутых разъедините­
лей обходной системы сборных шин подстанции.
За каждый период кривой 50 щ на экране осциллографа цаблю­
дались три ярко выраженных всплеска помех большой амплитуды с
частотой следования 150 !/сек, а между ними меньшие в 10-15 раз
всплески от изоляторов с частотой следования 300 !/сек. Такая форма
напряжения помех от короны соответствует данным многих авторов .
.В
полдень на экране осциллографа внезапно появились всплески зна­
чителыю большего уровня с частотой следования 100 !/сек. Их ам­
плитуда превышала всплески от короны · в 30-50 раз и составляла
. о ко ло 170 в. Канал связи по ЛЭП-330 кв в это время не мог работать.
Разряды от мощпого источника наблюдались весьма стабильно в тече­
ние часа и свидетельствовали о существовании очага поврежденной
изоляции. Этот характерный для неисправного состояния изоляции
признак быстро подтвердился: изоляция на шинах 330 кв подстанции
- п робилась
на следующие сутки.
25. ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТЫСКАНИЯ
ИСТОЧНИКА ИНТЕНСИВНЫХ ПОМЕХ
• Применение осциллографа
Любой электронно - лучевой осциллограф является
•надежным средством для определения присутствия i3 сети
очага интенсивных разрядов. С помощью него можно не
только наблюдать форму высокочастотного напряжения
помех и определять частоту всплесков, но и ориентировочно
измерять их амплитуду.
Контроль состояния изоляции с помощью осциллографа
можно осуществлять не только на подстанциях, имеющих
высоковольтные конденсаторы связи, но и на объектах, не
имеющих таковых. Для этого на вход осциллографа высоко-
-частотное
напряжение подается с рамочной антенны. Ан-
124

:--
тенна выпQлняется из обмоточного провода типа ПЭВ или
ПЭ диаметром 0,2-0,3 мм, который наматывается на квад­
ратную деревянную крестовину 40 х 40 см или круглый
каркас из . изоляционного материала диаметром 30-'-35 см
в количестве 800- 1000 витков. Рамка укрепляется на лег­
ком деревянном бруске высотой 1-1,5 м. Такая антенна
обладает двухсторонней направленностью, поэтому при ее
использовании необходимо выбирать наивыгоднейшую ори­
ентировку по максимальному уровню.
С помощью осциллографа с рамочной антенной можно
столь же быстро определить объект с интенсивным источни­
ком помех, как на подстщщии с установленным конденса­
тором связи . При этом рамочная антенна имеет преиму­
щество перед использованием конденсатора связи, даю­
щая возможность быстро проверить состояние изоляции
как на стороне 10 кв, так и на стороне 35 кв. Это достига­
ется путем размещения рамочной антенны и осциллографа
под сборными шинами подстанции 10, а затем 35 кв и на­
блюдения на экране осциллографа формы помех, применяя
описанную выше методику.
Портативный осциллограф Cl -35, выполненный на полу­
проводниках и имеющий автономное питание, будучи снаб­
женный рамочной антенной и перевозимый на автомашине
(без экранирования металлическим покрытием), можно ис­
пользовать для оты скания на линии очага интенсивных
разрядов . Последний определяется по наибольшему напря­
жению всплесков с частотой 100 1!сек при движени_и авто ­
машины вдоль линии на постоянном удалении от нее
(5 - 15 мот оси линии).
Чтобы измерить осциллографом частоту следования
вспле_сков высокочастотного напряжения помех от изолято­
ров, необходимо научиться пользоваться переключателем
диапазонов «частота развертки» так, чтобы, подавая на вход
осциллографа контрольный сигнал 50-периодного напря­
жения, установить на экране два полных периода напряже-
1;1ия 50 гц или один полный период . • После этqго необхо­
димо отключить контрольный сигнал и, не перемещая
ручек управления разверткой и синхронизацией, подать
на вход осциллографа напряжение от высокочастотного
кабеля, соединенного с конденсатором связи, или подклю­
чить рамочную антенну . В ,первом случае, когда частотой
синхронизации на осциллографе установлен масштаб 2-х
периодов 50 гц, на .его экране наблюдается 12 всплесков
125

помех (рис. 16, а), во втором случае - шесть всплесков
(характерная для нормального состояния изоляции частота
300 1/сек) . Когда в линии дейс1вует интенсивный источник
разрядов, то вместо частоты 300 1/сек наблюдается ярко вы­
раженная частота всплесков 100 1/сек, имеющих значитель­
но большую амплитуду, чем всплески от нормального про­
цесса разрядов с частотой 300 1 /сек.
Для определения с помощью осциллографа амплитуды
всплесков помех, необходимо пользоваться методом срав­
нения их с известной величиной напряжения контроль -.
наго сигнала, ослабляемого входным аттенюатором. Из­
мерения производятся в следующем порядке. На вход
осциллографа подается измеряемое напряжение высоко ­
частотных помех и по масштабной сетке, прикладываемой
к экрану осциллографа, измеряют высоту всплеска помех
(в мм) относительно нулевой линии, замечая при этом по ­
казатель ослабления на входном аттенюаторе . Не изменяя
величину установленного усиления по вер1икали и поль­
зуясь лишь ослаблением сигнала входным аттенюатором,
на вход осциллографа подают напряжение контрольного
сигнала 50 гц известной амплитуды и :измеряют высоту
точки максимума кривой 50 гц относительно нулевой JIИ­
нии. АмпJiитуду всплеска помех определяем по формуле
И-U"hK
-
hкКк '
где Ик - ампJiитудное значение контрольного напряжения
50 гц, в; h - высота всплеска помех, мм; hк
-
высота точки
максимума кон1рольного напряжения 50гц, мм; К- число,
показывающее во скоJiько раз ослаблен сигнал входным
аттенюатором осциJiлографа; Кк - число, показывающее
во сколько раз осJiаблено контроJiьное н,апряжение (50 гц)
входным аттенюатором .
Применение измерител е й
и искателей помех
Для поиска интенсивного источника помех на ли­
ниях высокого напряжения требуются специальные при­
боры с автономным питанием от батарей.
Отечественная промышленность выпускала два типа
широко распространенных приборов подобного назначе-
126

ния - измеритель помех типа ИП-12М и искатель сетевых
помех типа ИСП- 24.
Методика применения указанных приборов достаточно
хорошо изложена в заводской инструкции . Применение
их для обхода линии высокого напряжения оказалось за­
труднительным из-за большого веса (ИП-12М весит 15 кг,
ИСП-24 - 7,5 кг).
В настоящее время отечественная промышленность осва­
ивает выпуск портативных измерителей помех на полупро­
водниках с экономичным питанием. Для рассматриваемой
цепи наиболее подходящими приборами являются измери­
тели помех на диапазон частот 150-20 ООО кгц. Однако
наивыгоднейшим аппаратом для отыскания дефектной изо­
ляции является измеритель помех, работающий в низко­
частотном диапазоне, перекрывающем область частот 10-
150 кгц.
К:ак уже указывалось, оптимальной областью для линий
6- 10 кв является 17-19 кгц, для линий 35 кв - 18-20 кгц
и для линий 110- 154 кв - 19~22 кгц, где уровень I<олеба­
ний от изоляторов всегда увеличен на 1- 2 порядка по
сравнению с уровнем на соседних частотах . Несмотря на
то, что указанные измерители помех реагируют на всю со­
вокупность помех в ЛЭП, они могут с успехом применяться
на линиях, не имеющих коронирования. В случае же новых
линий 10 и 35 кв, которые в- период «старения» проводов
могут иметь при некоторых атмосферных условиях коро­
нирование на заусеницах и царапинах проводов, примене­
ние этих приборов дает ложные результаты. В этом слу­
чае для безошибочного поиска очага мощных разрядов не­
обходимо применять портативный осциллограф с рамочной
антенной.
Для отыскания источника интенсивных разрядов на ли­
ниях высокого напряжения Запорожский филиал ВИЭСХ
разработал и проверил в производственных условиях спе­
циальный искатель дефектных изоляторов [31], который
. обл адает
избирательной чувствительностью к колебаниям,
возникающим в ЛЭП при наличии дефектного изолятора.
Этот искатель нечувствителен к помехам от нормальных
изоляторов и другим видам помех, поэтому поиск источни­
ка интенсивных разрядов значительно облегчается .

*
*
*
Из приведенных данных следует:
1. Состояние изоляции на некоронирующих линиях вы­
сокого напряжения 6, 10, 35кв, а также подстанциях 35/6----:"
10 кв, можно контролировать п,о форме кривой высокочас­
тотного напряжения помех , происходящих от изоляторов .
2 . Напряжение помех от изоляторов при их нормальном
состоянии представляет периодическое следование соиз ­
меримых по амплитуде всплесков высокочастотного напря­
жения, имеющих частоту 300 1!сек .
3 . При наличии дефектного изолятора или другого оча­
га интенсивных разрядов высокочастотное напряжение
помех имеет форму периодических всплесков с частотой
50 1/ сек во время начальной стадии разрядов и 100 1/сек
при завершающей стадии развития дефекта .
4 . Периодический контроль состояния изоляции на под­
станциях и линиях можно осуществлять с помощью элект ­
ронного осциллографа по частоте наблюдаемых на экране
наибольших всплесков помех .
5. На подстанциях 35/6-10 кв объект с интенсивным
источником высокочастотных ·колебаний определяется ме­
тодом поочередного кратковременного отключения линий
по исчезновению на экране осциллографа помех от мощного
источника разрядов.
6 . Поиск участка линии с мощным очагом разрядов
осуществляется с помощью осциллографа, находящегося
на подстанции , методом последовательного отключения ее
участков, начиная с дальнего конца .
7 . Опора или элемент с~мощным источником помех отыс­
кивается методом обхода подозреваемого участка линии с
измерителем или искателем помех по наибольшему пока­
занию прибора под опорой или возле элемента линии элек­
тропередачи .

..,..
•
· ЛИТL:РАТУРА
1.
2.
3.
4,
5.
6,
7.
8.
9.
Акульшин П.К, идр. Теория связипо проводам М..
Связьиздат, 1940.
Арон о в Р. Л. Аппроксимирование кривой намагничивания .
Электричество, 1948, No 4.
Архангельский К.С., ВласовА.Н.Индикаторчас-
тичных разрядов. Электричество, 1939, No 1.
•
А се ев Б. П. Основы нелинейной радиотехники. М., Связь­
издат, 1943.
Б и л _а н Н. А. Исследован~rе помех в шахтных кабельньrх низ­
ковольтных сетях, используемых для передачи телемеханиче­
ской информации. Автореферат диссертации, Харьков, 1965.
Бор чан ин . о в Г. С. Высшие гармоники тока и напряжения
на электрических станциях. Электрические станции, 1936, No 2 .
Б уд з к о И. А. Сельские электрические установки и методы
их автоматизации . Автореферат диссертации, 1948, МИМЭСХ .
Быховский Я . Л. Телефонная связь по проводам линии
высокого напряжения. М. , Госэнергоиздат, 1953 .
Быховский 5I.Л. Инструкция по измерениям и расчету
высокочастотных параметров линий электропередачи. М ., Госэнер-
гоиздат, 1953.
10. Быховский Я. Л. и др . Расчет высокочастотных каналов
по линиям электропередачи. М . , Госэнергоиздат, 1957 .
11. Быховский Я. Л. Каналы связи энергетических систем·и
помехи телефонированию. М., Госэнергоиздат , 1959 .
12.Волокобинский Ю.М. Влияниевоздушныхвключенi1й
на электрическую прочность и потери изоляционных материалов.
Т. XXVI. Вып. 3. ЖТФ, 1956 .
13.·В о роб ь ев А. А. Техника высоких напряжений. М., Гос-·
энергоиздат, 1945 .
14. Г, о л ь д м а 1н С. Гармонический анализ модуляции и шумы.
Изд. иностр . лит . , 1951.
15. Ефим о в А. В. и др . Изоляторы. М. , Госэнергоиздат, 1941 .
16.Иванченко Е.Я. идр. Исследование помех в шахп,ьrх
низковольтных сетях и проектирование систем телемеханики и
связи.- В сб . : «Новые средства автоматизации для угольной про ,
мышленности» . Киев, «Технiка», 1964 ,
•
17. И ц хо к и Я . С. Нелинейная радиотехника. М . , «Советское ра ­
дио», 1955.
18. К а фи ев а К. Я , Исследование помех от . короны на линиях
электропередачи. Электричество, 1960, No 12.
•
129 .

19. К о стен I< о М . В. и др. Помехи от трехфазных линиi\ элек­
тропередачи на цепи связи.- В сб.: «Каналы связи энергетических
систем и помехи телефонированию». М . Госэнергоиздат, 1959.
20. Кр а сну шк и н Н. П . Высшие гармонические напряжения
на шинах подстанций промышленных предприятий. Электриче­
ство, 1940, No !'.
21. Лев и н Б. Р. Теория · случайных процессов и ее применение
в радиотехнике . М., «Советское радио», 1957.
22 . М а н т р о в М. И. Электрические разряды на поверхности ди­
электриков. Электричество, 1940 , No 9 .
23. Ми к у цк и й Г. В. Исследование импульсных помех в высо­
кочастотных каналах связи по ЛЭП. Электричество . 1961, No 9.
24.Моисеенко
-
В ел и к и й А. Э. Теория распределения по- •
тенциала вдоль гирлянды подвесных изоляторов. Вестник теоре­
тической и экспериментальной электротехники, 1928, No 9.
25 .. Па н фил о в С. И . Об искажениях , обусловленных нелиней­
ностью характеристики намагничивания трансформатора низкой
частоты. Автореферат диссертации. Л., 1942.
26. С а пи р шт ей н В . Э. Помехи высокочастотным каналам по
ЛЭП со стороны радиостанций и неисправного силового оборудо­
вания. Бюро технической информации ОРГРЭС, М ., Госэнергоиз­
дат, 1959 .
27.Сарапкин В.В. Помехиотчастичных разрядов на изоля­
торах электрических сетей 0,4-35 кв. Электросвязь, 1963, No 4.
28. С ар а п к ин В . В. Высокочастотные колебания в ЛЭП 6, 10,
35 кв ; обра зу ющиеся от нормальных и дефектных изоляторов.
Электричество, 1966, No 9.
29. С а р а п к и н В. В. Колебания комбинационных частот в ли­
ниях высокого напряжения. Электричество, 1966, No 7.
30. С а р а п к и н В. В. Исследование мешающих высокочастотных
колебаний в сельских электрических сетях. Автореферат диссер­
тации, М., 1962 .
31. Сарапкин В . В., Хорошилов В. П. Прибор для
l~) отыскивания дефектных изоляторов на ЛЭП 6-10, 35 кв. Элек­
трические станции, 1966, No 5.
32 . С и рот ин с кий Л . И . Техника высоких напряжений. М.,
Госэнергоиздат , 1951.
33. С к а на в и Г. И . Электрическая прочность титанатов металлов
при высокочастотном напряжении. Журнал эксперименталь н ой
и технической физики . Т. 27, 1954 .
34. См и р но в Б. В. Служебная связь по сельским высоковольт­
ным сетям ; Сельхо з гиз, 1957 .
35.Смирнов Б.В., Сарапкин В.В. Исследование высо­
кочастотных помех в сельских электрических сетях . Научные труды.
Т. VII. ВИЭСХ, 1960.
36.Смирнов Б.В., Сарапкин В.В. Высшие гармони­
ческие и комбинационные составляющие напряжения генераторов
электростанций. Электрические станции, 1960, No 6.
37. Смирнов Б. В . , Сарапкин В. В. Образованиеиструк­
тура помех в сельских электрических сетях 0,4-35 кв. Электро ­
связь, 1960, No 7.
38. Смирн о в Б. В., Иль ин А. А . Передача сигналов по рас­
пределительным электрическим сетям. Гостехиздат УССР, Киев,
1963 .
130

л;
>~
39. Ха р к ев и ч А. А. Спектры и анализ. М., Гостехиздат , 1957.
40. А I s I е Ь е 11 Е. Experime11tal val t1 es of the characteristics deter-
mi11i11g the behaviour of high voltage power 11etworks at the fre gue11-
cies used Ьу carrier curre11t s commu11icatio11 circuits. CIGRE, 1958,
No 340.
41. Barte11stei11 R.,
Bergma11 А., Me11stell L. Mes -
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
su11 g der Hochfregue11zbeei11flussu11g durch 380-kv-Aпlage11 i11
Schwede11 . ETZ, 1955. Н. 24, S. 857.
СhееkR.С., Моу11i!1а11 J.D. Study of carrierfгegue11cy
11oise 011 power li11es . Tra11s. АТЕЕ, 1951, No 51-187 , р . 1127-
1134; No 51-245, р . 1325-1334.
СhеvаIliеr А. Co11tributio11 tothestudy of tl1e 11oise obser-
ved at the i11put a11d output of а receiver of а carrier curre11t coup-
li11 g 011 to а high voltl!~e li11e . CIGRE, 1958, No 341.
D е 11 11 h а r d t А. Uber die stбrfiihigkeit vo11 E11tladu11gsvorgii11-
ge11 auf Hochspa1111u11gsleitu11ge11 im Geblet hoher Fregue11ze11. Ha-
Ьilitatio11, Berli11, 1940.
D i с к М. Ru11dfu11kst6ru11ge11 u11d Hoch s pa11пu11gs i so lator. Bul-
leti 11 des SEV, 1938, Bd, 29.
Еstоrff\1/.,
С r о 11 Н . Der Hochspa1111u11gsisolator als Bremd-
schiehtproЬlem. ETZ, 1952, Н. 3, S 57-62.
Fоrrеst ~.
S. The characteristics a11d performa11ce i11 service
of high - voltage percelai11 i11sulators. J IEE, 1942, part 11, v. 89,
N 07, р. 60-92.
F о r r е s t J . S. I11terfere11ce from power li11 es. El . Radio World,
1945, v. 9, р. 31-35.
F r i s с h m а 11 W. Versuchreihe Nr 002/51, I11stitut fur Hoch-
spa1111u11gstech11ik, ТН, Dresde11.
F r i s с h m а 11 W. Die Bedeutu11g der Fremdschichtfaktore11 fur
de11 Isolatore11ilberschlag . Deutsche Elektrotech11ick , 1958, Н. 5,
s. 166-170.
F и r k е r t W. Die Bcei11flus su11g des Ru11dfu11kempflaпges durch
Hochspa1111u11gsisolatore11. ETZ, 1935, 56, S. 449.
Gета11t А., РhiIiрроff W. DieFu11kenstrecke mitVor-
- ko11de 11 sator. Zeitserift filr tech11ische Physik, 1932, Н. 9, S. 425-
430.
G i l с h r е s t G. I. Die Ru11dfu11kst6rhiiufigkeit vo11 Isolatore11.
ЕТZ, 56, 1935, s. 460.
G r о Ь О. Pri11zipialle A11forderu11ge11 а11 Netzkoma11doa11lage11 fur
extrem tiefe Stenrfregue11ze11, Bull. schweiz - elektrotech11 Verei11s,
1959, 50, N 2, s . 41-47, 111-113.
Hochiai М., Uamada Т., Mita N., · ,
Voshi-
11 о S. U11tersuchu11g der Ru11dfu11kst6ru11ge11 i11 Japa11 - u11ter be-
s011dere11 Berucksichtigu11g der Hoch - Spa1111u11gs - Ubertragu11gs-
leitu11ge11. CIGRE, 1956, N 0430, Berli11.
J е s р е r Р. Calculatio11 of tl1e lev~г of i11terfererice carried botl1
а high vo lta ge li11e i11 the eve11t of fault s produci11g flashovers i11 а
chai11 of i11sulators. CIGRE. 1958, N 314.
Ко11rаdF.,
S с h 6 11 е А . Die Ermittelung den Empfa11gst6-
rungen. ETZ, 1931, s. 697 .
К о 11 r а d F . Empfa11gst6гungen durch Hocl1spaпnu11gsisolatore11
u11d ihre Beseitigu11g Tel - Fer11- Funk-Technik, 1936, Н. 12, S. 326.
К о 11 r а d F. Versuch zur Rundfunkentst6ru11g auf ei11em beg-
re11zte11 Absch11itt ETZ, 1937, Н . 30, S. 813.
131

60. К о n r а d F. Funkstorungen uпd Entstoruпg. Fortschritte der
Hochfreguenztechnik. Band 3, Leipzig. 1954 , S . 364 -440.
61. К о n r а d F . Zur Kennziechnung der storfiihi gke it von Hoc hspan-
nungs - Freileitungen in Betrieb. El - Wirtschaft, 1938, Н 11,
"'
s. 291.
62. К о s k е В . Pri.ifuпg der I so l atio п in Hochspannugs - Freileitun-
gen im Betrieb. El - Wirtschaft, 1938, Н 11 , S. 291.
•
63 . К о s k е В. Pri.ifung der Isolation von Hochspaпnungs - Freilei-
tungen und Schaltanlagen im Betrieb , 1951, Essen.
•
64. К о s k е В. Hochfreguenz - Isolation - Pruftchnik unter beson-
derer Beri.icksichtigung der A n ,ve ndung von Hochfreguenzmessmet-
lюden, 1954, Berlin, Technik .
65. Lippert G . ,
Pakola W.,
Bartlett S.,
Fahrn-
k о р f С. Radio influence tests in fi eld and Laboratory - 500 kv
tests project of the American Cas and Electrie Сатрапу. AIEE.
Frans, 1951, v. 70, р. 251-269.
..
66. М е n g е 1 е В. Untersuchungen an Freileitungs - I solatoren t1вer
den Storeinflu~ auf den Rundfunkempfang. Elektrotechnik und Ma -
schinenbaв, 1936, Н. 16 , S. 181
67. О r n е г !. W . Design features of ins ulators an d transformers
Which contribвte to radio int erference from power lines. !ЕЕ , Trans •
of the Soвth African, 1956, v . 47, рагt 5, р. 153-178 .
68.Rогdеn Н.L.,
Gеns R.S. Radio noisein relationtothe
de s ing of high - voltage transmission lines. El. Eng, 1952 , v. 71 ,
N 10, р. 873.
•
69.Sсhвmm Е. Fernaнslбsung
von Hoch spaп nun g - sc halteh
durch Triigerfreguenzsignale. Elektrotechn. Z., 1959, В. 11, Nl2,
s. 471-475.
•
•
•
70. S с h u h 1 е i n Е. Glimmessungen ат Hochspannungs - dielek-
trikum . Elektrotechn Z. А., 19 59, 80 , N 22, 777-783 .
71. S с h w а r z Н. Hochfreguenz - Me~verfahren bei der Hocl1pan-
nungspri.ifнng vo n Freileitнngsisolatoren . Berlin, 1953 . •
•
72. S с h w е i g е r А. Uber Entladungsvorgiinge auf Iso latoren . Ro•
sen thal - Mitteilungen, 1925, Berlin.
73. S т i t h • R о s е. High - voltage overhead electrical transmis -
s ion lines and radio interferencce. Wireless World, 1929 , N 19, S. 476.
74 . S т i t h Е. А. Funkst6rung durch Hochspannungs - leitungen .
Franklin - Institut, 1934, 213, N 6, S. 653 .
75. Т г а с h s е 1 F. ProЫeme der steuerung von Scha]tanlagen in
Elektrizitiitswerken, Bull . ASE, 1957 , N 23 , S. 1046 - 1054.
76. V i е w е g R. Starkstromtechnische Gesichtspunkte z ш Frage der
Empfangst6rung dш c h Hochspannungsisolatoren. El.
-
Wirtschaft.
1935, N 34, S 19.
77. W е n n е r D. Tonfregueпz - I so lations - Prнftechnik вnter be-
so nderer Beri.ick - Sichti gun g des Zellweger - Sys tems. EIPktrotech-
nik und Maschinenbau, 1952, Bd, 69, N 1,

:,
..
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие..........
3
1. Помехи в линиях высокого напряжения
5
1. Особенности помех
.
.
.
.
.
5
2 . Факторы, обусловливающие образование ча-
стичных разрядов в изоляторах . . . . . .
9
3. Процессы, сопровождающие частичный разряд в
отдельномизоляторе..........
15
11. Помехи от частичных разрядов в изоляторах трех-
фазной линии высокого напряжения . . . . . . . 21
4. Совокупность импульсов, сопровождающих ча­
стичные разряды в изоляторах линии . . . . . 21
5. Экспериментальное исследование импульсов от
частичных разрядов в изоляторах . . . . . . . 26
6. Спектральная структура составляющих совокуп-
ности импульсов от изоляторов трехфазной сети 37
7 . Помехи на выходе приемника от изоляторов вы-
соковольтнойлинии............. 63
8. Уровейь помех от изоляторов и других источников
влиниях0,4-35кв............. 70
9. Особенности по м ех от изоляторов и методы их
учетавустройствахсвязи.......... 76
111. Помехи, возникающие в силовых трансформаторах
от взаимодействия rармоническ их составляю-
щих напряжения
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
79
1О. Высшие гармонические напряжения генераторов
электростанций..............
79
11. Образование комбинационных составляющих в
простейшем трансформаторе . . . . . .
82
12. Спектр комбинационных составляющи х , обра -
зующийся в трехфазном трансформаторе . . . . 90
13. Комби национные составляющие в распределитель-
ныхсетях.................92
14. Особенности помех от трансформаторов и методы
ихучета.......
.
.
.
.
.
.
.
.
.
99
IV. Помехи от радиопередатчиков ~ линиях высокого
напряжения......
.
.
.
.
.
.
.
.
100
15. Особенности помех ог радиопередатчиков
.
.
.
100
16. Помехи в высоковольтной линии без напряжения 103
17. Постоянство частоты помех от радиопередатчиков
иизменениеихуровня............107

!8 . Значимость помех от радиопередатчиков в линиях
различного класса напряжения
111
19. Влияние схемы присоединения к линии
112
20. Происхождение помех от радиопередатчиков
113
21. Методы учета помех от радиопередатчиков
.
.
.
114
V. Помехи, · нарушающие работу высокочастотных каналов,
и методы отыскания их источников
i15
22. Признаки помех при нормальном состоянии изо-
ляции линии
115
23. Признаки помех при наличии в линии интенсив-
ного источника разрядов
117
24 . Методика определения ненормального состояния
-
.,
изоляции и очага интенсивных помех
12!'
25. Приборы для отыскания источника интенсив-
ных помех
124
Литература
129
i.'

Виктор Васильевич Сарапкин, канд. техн. наук
ПОМЕХИ
В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ
ДЛЯ КАНАЛОВ ТЕЛЕФОННОМ СВЯЗИ
И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Редакторы издательства инж. З. В. Божко, Т . Г . Трубач
Переплет художника Л. Б. Сергия
Художественный редактор Б. В. Валуенко
Технический редактор В. И. Глазунов
Корректоры Г. А. Высоцкая, Я. Я. Чигрина

Сдано в набор 23.Х.1968 г. Подписано к печати 25 . I V . 1969 г . Формат бумаги
84Х108 1 / 32 • Объем: 4,25. физнч, листа; 7,1 условн. листа; 7, 14 у •!~тно-изд. листа.
Тираж 3700. Зак. No 01425, БФ 00325. Ц е на 49 коп.
Издательство «Технiка», К:нев, 4, ПушкнЕсНая, 28 ,
К:иевская книжн ая фабрика No 1 К:омитета по печiти при Совете Минис:rР.ов УССР,
ул, Довженко, 5.