WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Разработка методов повышени я эффективности функционирования телекомм у никационных систем при внешних импульсных электрома г нитных воздействиях

На правах рукописи

Жабина Анна Валерьевна

разработка методов ПовышениЯ Эффективности функционирования телекоммуникационных систем при внешних импульсных
электромагнитных воздействиях

Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2009

Работа выполнена на кафедре “Системы передачи информации” Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО ОмГУПС)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Митрохин Валерий Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Попов Г.Н.

кандидат технических наук, доцент

Бутенков В.В.

Ведущая организация Ленинградский отраслевой научно-
исследовательский институт связи
(ЛОНИИС)

Защита состоится “10” апреля 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 219.005.001 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при ГОУ ВПО Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ) по адресу: 630102, г. Новосибирск, ул.Кирова, д. 86, ауд. 625.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО “Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики”

Автореферат разослан “ ” марта 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Г.В. Мамчев

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В планах развития телекоммуникационной сети России намечено продолжить создание Единой сети электросвязи (ЕСЭ) страны, развернуть работы по организации общегосударствен­ной системы передачи данных и увеличить протяженность кана­лов междугородной телефонной связи. Решить поставленные за­дачи без надёжных средств защиты от импульсного электромагнитного влияния различных электронных плат аппаратуры телекоммуникаций (ЭПАТ), которые являются одним из основных элементов телекоммуникационных сетей, не представляется возможным.

Высокая эффективность работы элементов телекоммуникационной сети может быть обеспечена только при условии их бесперебойной работы. В этой связи задача повышения надежности функционирования существующих средств защиты аппаратуры систем передачи при воздействии внешних электромагнитных полей является актуальной.

Опыт эксплуатации современных телекоммуникационных систем передачи (ТСП) показывает их низкую защищенность от воздействия импульсных перенапряжений и токов, возникающих во время грозы и при нестационарном режиме работы ЛЭП и контактной сети железных дорог. При этом наиболее часто повреждаются полупроводниковые элементы входных устройств ТСП, непосредственно подключенных к протяженным металлическим сооружениям (рельсы, сигнальные цепи, линия продольного электроснабжения, провода линий связи). Применяемые в настоящее время устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), в некоторых, достаточно важных случаях, нужного эффекта не дают. Разрабатываемые устройства и схемы защиты, зачастую рекомендуются к внедрению без детальных лабораторных и натурных исследований, что не приводит к улучшению ситуации.

В настоящее время наиболее актуальной задачей является определение динамических характеристик работы устройств защиты элементов (узлов и линий) телекоммуникационной сети при импульсном электромагнитном воздействии.

Повышаются требования к надеж­ности работы каналов связи, и особенно при аварийных ситуациях, при воздействии грозовых разрядов и других источников импульсного электромагнитного поля, когда связь особенно необходима.

Существующие схемы защиты, неэффективно выполняют свои функции, а применение дополнительных средств защиты требует тщательного обоснования. При моделировании и выборе УЗИП не учитывается их быстродействие, что приводит к проникновению импульсных перенапряжений в ЭПАТ.

Большой вклад в развитие данной проблемы сделали следующие отечественные и зарубежные ученые: П.А. Азбукин, М.И. Михайлов, С.А. Соколов,
Л.Д. Разумов, Э.Л. Портнов, Б.И. Косарев, В.О. Шварцман, В.У. Костиков, И.И. Гроднев, С.А. Шелкунов, Э.Ф. Вэнс, Е.Д. Зунде, Л.Г. Поздняков,
Ю.А. Парфенов, В.Е. Митрохин, В.К. Попков, Н.Н. Баженов и другие. Все это подчеркивает важность и актуальность выбранной темы.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование и разработка способов повышения эффективности функционирования устройств защиты систем телекоммуникаций при воздействии внешних импульсных электромагнитных помех. Разработка требований к быстродействию устройств защиты телекоммуникационных сетей, согласованных с вольт-секундными характеристиками защищаемого оборудования. Выработка рекомендаций по составлению схем каскадов устройств защиты аппаратуры телекоммуникаций.

Для достижения цели в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

  1. Разработка метода выявления влияния быстродействия устройств защиты на повреждаемость телекоммуникационных узлов и на коэффициент готовности сети.
  2. Составление математической модели изменения во времени сопротивления устройств защиты ЭПАТ при внешнем импульсном электромагнитном воздействии на ТСП.
  3. Разработка метода численного моделирования распространения волн тока и напряжения в линии с распределенными параметрами конечной длины, нагруженной на изменяющиеся во времени сопротивления УЗИП.
  4. Разработка метода имитационного моделирования влияния динамических характеристик и схем включения УЗИП на уровень напряжения на входе ЭПАТ с целью определения требований к быстродействию устройств защиты и заземлений, удовлетворяющих вольт-секундным параметрам ЭПАТ и обеспечивающих нормируемый коэффициент готовности.

Методы исследования. В работе использованы методы статистического анализа, теории графов, методы расчета и преобразования электрических цепей с комплексными переменными, прямого и обратного преобразования Фурье, численные методы решения дифференциальных уравнений и имитационное моделирование динамических характеристик и схем включения УЗИП.



Научная новизна работы.

  1. Предложен метод анализа реальных данных отказов элементов телекоммуникационных сетей, позволяющий выявить источники воздействия внешних помех, вызывающих повреждаемость телекоммуникационного оборудования, и определить соотношение между выходом из строя отдельных элементов ТСП и коэффициентом готовности.

2. Составлена математическая модель влияния внешнего импульсного электромагнитного поля на линию с распределенными параметрами конечной длины, нагруженной на изменяющиеся во времени сопротивления УЗИП, позволяющая учесть быстродействие устройств защиты и комплексный характер сопротивлений заземлений оборудования ТСП.

3. Разработан метод определения амплитудно-временных характеристик наведенных напряжений и токов, позволяющий проводить численное и имитационное моделирование волновых процессов с учетом динамического изменения сопротивления устройств защиты от времени, который позволяет разработать требования и выбрать устройства и схемы защиты.

4. Усовершенствован метод определения коэффициента готовности телекоммуникационных сетей, который в отличие от известных, позволяет учесть коэффициент готовности УЗИП совместно с защищаемым телекоммуникационным оборудованием.

Достоверность научных положений и выводов. Изложенные в работе положения теоретически обоснованы, подтверждены сопоставлением результатов аналитического расчета с данными, полученными в результате имитационного моделирования и экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

Разработанный метод расчета амплитудно-временных характеристик наведенных напряжений и токов в линии с распределенными параметрами конечной длины, нагруженной на изменяющиеся во времени сопротивление УЗИП, предлагается для использования при проектировании сетей, систем и устройств телекоммуникаций для повышения эффективности функционирования, в условиях влияния внешних импульсных электромагнитных полей.

Предложенные рекомендации по испытанию, моделированию и выбору устройств защиты и заземляющих устройств, учитывающие динамические характеристики могут быть использованы организациями, эксплуатирующими и проектирующими устройства и системы телекоммуникаций.

Разработанный метод определения коэффициента готовности телекоммуникационной сети, с учетом коэффициента готовности схемы защиты и защищаемого оборудования, позволяющий обеспечить необходимую устойчивость работы ЭПАТ и тем самым повысить коэффициент готовности телекоммуникационной сети при воздействии внешних электромагнитных полей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на следующих семинарах и конференциях:

  1. Межрегиональном информационном конгрессе «МИК-2004», Омск, 2004 г.
  2. III международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружения и технологии двойного применения», Омск, 2005 г.
  3. II международной практической конференции “Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте ТрансЖАТ 2005”, Сочи, 2005 г.
  4. III международной практической конференции “Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте ТрансЖАТ 2006”, Санкт-Петербург, 2006 г.
  5. Международной научно- технической конференции. «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» Екатеринбург, 2006 г.
  6. Международной конференции и дискуссионного клуба Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе IT + SE’06, Гурзуф 2006 г.
  7. 5th Conference of European students of traffic and transportation sciences Transportation as a Mean of Globalization CVUT, Прага, Чехия, 2007 г.
  8. Научно-техническом семинаре ОмГУПСа «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики», Омск, 2007 г.
  9. Научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития специальных систем радиосвязи и радиоуправления», Омск, 2008 г.

Публикации результатов. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 3 статьи в научных изданиях ВАК (в журналах «Открытое образование», «Электросвязь», «Автоматика, связь, информатика») и 13 материалах докладов на международных научно-технических конференциях.

Структура диссертации и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 29 таблиц.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Математическая модель влияния внешнего импульсного электромагнитного поля на линию с распределенными параметрами конечной длины, нагруженной на изменяющиеся во времени сопротивления УЗИП, позволяющая учесть быстродействие устройств защиты и комплексный характер сопротивлений заземлений оборудования ТСП.

2. Метод численного анализа временных форм напряжений и токов, позволяющий прогнозировать электромагнитные процессы в цепях с распределенными параметрами с учетом динамических характеристик устройств защиты и комплексного характера сопротивлений заземлений.

3. Метод определения коэффициента готовности телекоммуникационной сети, который в отличие от известных, позволяет учесть коэффициент готовности УЗИП и вольт-секундные характеристики защищаемого телекоммуникационного оборудования.

4. Метод имитационного моделирования, позволяющий проводить моделирование влияния динамических характеристик и схем включения УЗИП на уровень напряжения на входе ЭПАТ с целью определения требований к быстродействию устройств защиты и параметрам заземлений, удовлетворяющих вольт-секундным параметрам телекоммуникационных систем и устройств.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и обозначена цель исследований. Приведен анализ публикаций по данной теме и кратко излагаются основные результаты диссертации.

В первой главе рассматриваются параметры источников влияния, параметров устройств защиты.

Выполнен анализ методов расчета коэффициента готовности телекоммуникационных сетей.

Проведен анализ методов расчета импульсных электромагнитных влияний на сети и устройства телекоммуникации, из которого можно сделать следующие выводы:

1). Влияние грозовых разрядов на кабельные линии связи описывается выражениями напряжения и токов цепи “оболочка – земля” и “жила – земля” в виде дифференциальных уравнений в частных производных. Полученные в виде интегральных зависимостей решения не позволяют учесть временные характеристики устройств защиты и комплексный характер сопротивлений заземлений.

2). Используются значительные упрощения с целью получения конечных формул, а именно полное комплексное сопротивление цепей заменяется на активное сопротивление, следовательно, нельзя учесть поверхностный эффект.

Согласно статистическим данным эксплуатации по отказам технологической ТСП, проведен расчет коэффициента готовности, который показал, что на параметры надежности функционирования узлов и ребер оказывают значительное влияние импульсные электромагнитные поля.

В таблице 1 приведены результаты расчета коэффициента готовности технологической ТСП с учетом отказов элементов телекоммуникационной сети, которая показывает, что только на одном участке коэффициент готовности соответствует норме.

Таблица 1

Результаты расчета коэффициента готовности (Кг) участков
технологической ТСП с учетом видов отказов

Номер участка технологической ТСП Норма Kг Элементы телекоммуникационной сети Общий коэффициент готовности
Кабельная линия связи Волоконно-оптическая линия связи Аналоговая
аппаратура
Цифровая аппаратура
1 0,996 0,9984 0,9998 0,9987 0,9984 0,9953 -
2 0,9992 0,9941 0,9999 0,9999 0,9939 -
3 0,9999 0,9996 0,9996 -
4 0,9994 0,9999 0,9999 +




 На рис. 1 приведена гистограмма коэффициента готовности по кварталам года, с-0

На рис. 1 приведена гистограмма коэффициента готовности по кварталам года, с целью выявления воздействующих факторов, влияющих на коэффициент готовности ТСП.

Рис. 1. Гистограмма коэффициента готовности по кварталам года

Гистограмма показывает, что самый низкий коэффициент готовности, приходится на второй и третий квартал, и позволяет сделать вывод – основным фактором повреждаемости ТСП является электромагнитное влияние грозовых разрядов.

Процентное распределение повреждений показывает, что 17% от общего числа повреждений аппаратуры ТСП приходится на блоки питания, 18% на платы удаленных абонентов АТС, 65% составляют повреждения высокочувствительных микропроцессорных плат устройств ТСП (модемов, конверторов, мультиплексоров и т.п.).

Выводы по первой главе

  1. Существующие методы оценки коэффициента готовности не учитывают распределение повреждаемости элементов телекоммуникационное сети по времени года и воздействующим факторам. Это не позволяет выделить факторы, приводящие к повреждаемости сетевых элементов в различные периоды времени года и подобрать соответствующие элементы и схемы защиты.
  2. Анализ методов оценки структурной надежности показал, что не учитываются динамические параметры и связанные с ними надежностные характеристики УЗИП. Этот недостаток не дает возможность оценить коэффициент готовности сети при импульсных электромагнитных воздействиях
  3. При рассмотрении цепей, подверженных влиянию импульсного электромагнитного поля, не рассматриваются кабели конечной длины, а как правило берется бесконечно длинная линия, нагруженная на волновое сопротивление. При этом нет возможности оценить влияние импульсных полей на абонентские линии и на цепи электропитания, имеющие конечную протяженность.
  4. В соответствующих нормативных документах и ГОСТАх не приводятся значения параметров элементов испытательных установок, формирующих испытательные импульсы, что не позволяет провести физическое и имитационное моделирование.
  5. Методика расчета импульсных перенапряжений в телекоммуникационных сетях не учитывает динамические характеристики устройств защиты и комплексный характер сопротивления заземлений. При этом невозможно рассчитать временные характеристики волн перенапряжений и токов, фактически приходящих на вход телекоммуникационных устройств и систем, следовательно не представляется возможным выбрать соответствующие УЗИП.

Вторая глава посвящена разработке методики расчета импульсного электромагнитного влияния на телекоммуникационные сети с учетом быстродействия устройств защиты и импульсных параметров заземлителей.

Приведена математическая модель влияния импульсного электромагнитного поля на цепи, расположенные над и под поверхностью земли. В основе этой модели лежит воздействие биэкспоненциального импульса электромагнитного поля с учетом конечной проводимости земли и граничных условий.

Приведен метод учета динамических характеристик устройств защиты систем телекоммуникаций при импульсных электромагнитных влияниях.

Было проведено исследование влияния динамических характеристик устройств защиты на возникновение перенапряжений на элементах телекоммуникационных систем. На основе физической схемы замещения линии связи, учитывающей собственный и взаимные параметры, была получена неоднородная система дифференциальных уравнений “провод -земля”, общее решение которого выглядит следующим образом:

, (1)
где и (2)
– коэффициенты (3)

частного решения (с учетом горизонтальной составляющей поля, например под поверхностью земли) неоднородной системы дифференциальных уравнений.

,
– постоянные интегрирования;

– волновое сопротивление, Ом;

– коэффициент распространения цепи, подверженной влиянию, 1/км;

– коэффициент распространения эл/м волны для влияющего воздействия, 1/км; x – текущая координата, км; – длина линии, км;

R(), L(), C, G(), ­– собственные параметры проводника рассчитанные в спектре частот;

– продольная напряженность внешнего электромагнитного поля в частотной области.

Выведена зависимость для отыскания начальных значений токов и напряжений при решении системы дифференциальных уравнений в частотной области.

Опуская промежуточные выводы, приведем зависимости для тока и напряжений в частотной области:

, (4)
UН (j)= –IН(j)·ZB(j) (5)

Устройства защиты по своим временным техническим характеристикам имеют следующие параметры: время запаздывания на срабатывание зап и относительное время запаздывания пробоя разрядных промежутков отн. Указанные временные параметры определяют уровень перенапряжения, проникающего во входные цепи систем телекоммуникаций.

Сопротивление устройства защиты от импульсных перенапряжений ZУЗИП может меняется по следующим законам:

(6)

Для учета факторов, влияющих на изменение сопротивления устройства защиты (температура, наличие ионизирующих излучений, материал электродов и газовый состав), возможно представить изменение ZУЗИП в виде полинома:

ZУЗИП(t) = 20t4 - 280t3+1420t2 – 3080t+2420 (7)

Экспоненциальную функцию изменения сопротивления устройства защиты ZУЗИП можно представить в виде:

(8)

где – отражает степень насыщения токового канала устройства защиты.

Полученную временную зависимость (7) представим для расчетов в частотной области: .

Для расчета временных зависимостей индуктированных напряжений и токов, воздействующих на устройства телекоммуникаций воспользуемся обратным преобразованием Фурье.

(9)

Проведено исследование индуктированных перенапряжений, возникающих в цепях электропитания и информационных цепях при различном времени срабатывания устройств защиты. В работе показаны алгоритмы методов определения влияния внешнего импульсного электромагнитного поля для воздушных цепей электропитания и для кабельных линий.

 На рис. 2 приведена зависимость относительных индуцированных напряжений-15

 На рис. 2 приведена зависимость относительных индуцированных напряжений-16

На рис. 2 приведена зависимость относительных индуцированных напряжений Uмод/Uвозд в цепи, расположенной над землей при различном времени срабатывания УЗИП, где Uмод – динамическое напряжение срабатывания УЗИП, Uвозд – воздействующее импульсное напряжение.

Рис. 2. Напряжение на жиле при различном времени срабатывания УЗИП
при , где E0 =1000 В/м, з=10-2 См/м; и – коэффициенты, определяющие скорость изменения электромагнитного поля, 1/с

 Результаты математического моделирования-18

 Результаты математического моделирования возникновения в-19

Рис. 3. Результаты математического моделирования возникновения в двухпроводных цепях над землей при неодновременном срабатывании двух УЗИП
ф = (1,5±0,36) мкс, и=(40±10) мкс,, E0 =1000 В/м,
з=10-2 См/м; =15000, =3800000 а) сраб УЗИП1 = 1 мкс, сраб УЗИП 2 = 3 мкс; б) сраб УЗИП 1 = 0,12 мкс, сраб УЗИП 2 = 0,27 мкс.

По результатам математического моделирования можно сделать следующие выводы:

  1. Быстродействие устройства защиты влияет на амплитудно-временные параметры импульса перенапряжения. Увеличение быстродействия срабатывания устройств защиты от 20 до 0,27 мкс снижает уровень перенапряжений в 10 раз, при этом время нарастания импульса перенапряжения уменьшается в 6 раз (рис. 2).
  2. Неодновременность срабатывания устройств защиты (отн ) приводит к увеличению напряжения в двухпроводных цепях в 2,5 раза при изменении отн с 0,15 до 2 мкс, которое поступает к источникам электропитания и элементам аппаратуры телекоммуникационных сетей (рис. 3).

В третьей главе приведен метод расчета коэффициента готовности ТСП, учитывающая коэффициенты готовности узлов и схем защиты, а также вольт-секундные характеристики защищаемого телекоммуникационного оборудования. Коэффициент готовности элементов УЗИП определяется по динамическим параметрам (зап, отн), которые можно выделить из вероятности возникновения фронта воздействующего импульса.

На примере топологии сети, состоящей из семи узлов, проведены исследования влияния динамических характеристик УЗИП на коэффициент готовности ТСП.

Рис. 4. Защита элементов коммутационного узла, включенного в линейную топологию телекоммуникационной сети по цепи электропитания

УЗИП 1-7 – устройство защиты узлов связи (У1-7), состоящее из 3 каскадов защиты К1-3, а1-7 – ребра телекоммуникационной сети, ЭПУ – электропитающее устройство, КУ – коммутациононое устройство, АК – абонентский комплект, ИВВ – интерфейс ввода-вывода.

Коэффициент готовности такой сети рассчитывается по следующей формуле:

(10)

где

 Результаты расчета приведены на рис. 5. Результаты расчета линейной-23

Результаты расчета приведены на рис. 5.

Рис. 5. Результаты расчета линейной топологии

Из графика следует, что при таком построении УЗИП общий коэффициент готовности сети не удовлетворяет норме.

Составлена ТСП с резервированием устройств защиты, коэффициент готовности которой определяется формулой:

(11)

где , , - коэффициенты готовности первого, второго и третьего каскадов защиты соответственно. Результаты расчета представлены на графике рис. 6.

 Результаты расчета формализованной линейной топологии с-28

Рис. 6. Результаты расчета формализованной линейной топологии с резервированием устройств защиты

Как следует из рис. 6 при коэффициенте готовности всех каскадов

УЗИП больше 0,75 общий коэффициент готовности сети удовлетворяет норме.

Определены коэффициенты готовности УЗИП, имеющих различные динамические характеристики.

По третьей главе можно сделать следующие выводы:

  1. Коэффициент готовности УЗИП по динамическим параметрам определяется вероятностными характеристиками временных параметров источников импульсного электромагнитного воздействия.
  2. Общий коэффициент готовности ТСП зависит от динамических характеристик каскадов устройств защиты.
  3. При построении ТСП без резервирования устройств защиты достаточно высокий коэффициент готовности каскадов УЗИП от 0,9985 до 0,999 не обеспечивает нормированное значение общего коэффициента готовности ТСП. Для обеспечения нормированного значения коэффициента готовности ТСП общий коэффициент готовности УЗИП должен быть не менее 0,997.
  4. При построении ТСП с резервированием устройств защиты нормированное значение общего коэффициента готовности ТСП достигается при коэффициенте готовности УЗИП не менее 0,75.

Четвертая глава посвящена разработке рекомендаций по совершенствованию методов диагностики устройств защиты от импульсных воздействий аппаратуры телекоммуникаций и проведению имитационного моделирования.

Методы измерения и контроля динамических параметров УЗИП устанавливают ГОСТы 21107.7-75, 51317.4.4-99, 51317.4.5-99, в которых приводятся структурные схемы для проведения испытаний устройств защиты. Однако на схемах не указываются значения элементов, формирующих временные параметры испытательных импульсов, и не даны рекомендации по их определению.

С этой целью разработана методика определения параметров элементов, формирующих испытательные импульсы стандартных и других временных форм.

Разработана методика определения временных форм испытательных импульсов и параметров элементов установки для получения динамических характеристик устройств защиты и плат телекоммуникационных устройств.

Рис. 7. Схема для имитационного моделирования влияния динамических характеристик УЗИП ЭПАТ от импульсных электромагнитных воздействиях, с объединением УЗИП 4,5 в один прибор защиты

С помощью имитационного моделирования были получены значения формирующих элементов, которые приведены в табл. 2 и формы испытательных импульсов рис. 8.

Рис.8. Форма испытательных импульсов

Таблица 2

Значения элементов в схеме и крутизна нарастания импульса

Параметры Значения параметров
С1, мкф 35,5 35,5 35,5 35,5 35,5 35,5 35,5 35,5 35,5 35,5 35,5
R1, Ом 5 5 2 2 1 2 1 2 1 1 1
С2, мкф 3 1 0,6 0,5 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,05 0,01
U/t, кВ/мкс 0,069 0,215 1 1,27 1,9 2,24 2,4 4,95 8,9 13,5 45

С помощью методов имитационного моделирования получены графики изменения относительного напряжения Uмод/Uвозд в зависимости от быстродействия срабатывания первого каскада защиты (УЗИП 4) рис. 9.

Рис.9. Относительные значения напряжения, полученные при различных величинах времени запаздывания срабатывания УЗИП4 при Rзаз = 0,01 Lзаз=0 мГн, =3 км а) в начале линии б) в конце линии

Результаты моделирования сведены в табл. 3 при различных сопротивлениях и индуктивности заземляющего контура.

Таблица 3

Относительные значения напряжения, полученные при различных величинах времени запаздывания срабатывания УЗИП4 при различных сопротивлениях и индуктивности заземляющего контура

Относительное
напряжение
Lзаз=10 мкГн
Rзаз= 2 Ом
Lзаз=0 мкГн
Rзаз= 2 Ом
Lзаз=0 мкГн
Rзаз= 0,5 Ом
сраб, мкс сраб, мкс сраб, мкс
0,2 0,5 2 4 0,2 0,5 2 4 0,2 0,5 2 4
Uмод/Uвозд., при =0 км 0,91 0,93 0,96 0,99 0,62 0,81 0,99 0,99 0,61 0,75 0,81 0,85
Uмод/Uвозд, при =3 км 0,52 0,53 0,65 0,68 0,42 0,44 0,44 0,68 0,17 0,25 0,34 0,44

Как следует из табл. 3 значительное снижение напряжения достигается при времени запаздывания 0,2 мкс, причем на значения напряжения оказывает существенное влияние не только активная величина сопротивления заземления, но и индуктивность контура заземления и подводящих проводов.

Используя метод имитационного моделирования, получены напряжения, возникающие в линейных цепях при различных динамических параметрах УЗИП и сопротивления заземления. Результаты имитационного моделирования совпадают с результатами математического моделирования в пределах 5-7% в зависимости от точности определения первичных параметров линейного сооружения.

По четвертой главе диссертации были получены следующие выводы:

  1. Разработанная методика определения параметров элементов, формирующих испытательные импульсы стандартных и других временных форм, позволяет дать рекомендации по использованию схем ГОСТов 21107.7-75, 51317.4.4-99, 51317.4.5-99 для проведения измерений динамических параметров устройств защиты.
  2. Полученные параметры элементов, формирующих испытательные импульсы, позволили создать имитационную модель, которая дает возможность разработать требования к динамическим характеристикам устройств защиты и комплексным параметрам сопротивления заземлений.
  3. Сравнение результатов математического и имитационного моделирования позволяет более точно определить динамические характеристики УЗИП и сопротивлений заземлений и дать оценку параметрам защищаемых элементов ТСП.

Основные выводы

1. Математическая модель влияния внешнего импульсного электромагнитного поля на линию с распределенными параметрами конечной длины, нагруженной на изменяющиеся во времени сопротивления УЗИП, позволяющая учесть:

- амплитудно-временные параметры, воздействующего импульсного
электромагнитного поля;

- быстродействие УЗИП устройств ТСП

- комплексный характер сопротивлений заземлений оборудования ТСП.

2. Разработан метод определения коэффициента готовности телекоммуникационной сети, с учетом коэффициента готовности схемы защиты и защищаемого оборудования, позволяющий обеспечить необходимую устойчивость работы ЭПАТ и тем самым повысить коэффициент готовности телекоммуникационной сети при воздействии внешних электромагнитных полей.

Разработана методика расчета, позволяющая оценить коэффициент готовности развивающейся телекоммуникационной сети, учитывающая повреждаемость телекоммуникационного оборудования от импульсных электромагнитных воздействий и динамические параметры устройств защиты ТСП.

3. Разработаны требования к динамическим характеристикам каскадов защиты, обеспечивающие нормируемый коэффициент готовности ТСП.

4. Разработан метод имитационного моделирования влияния динамических характеристик и схем включения УЗИП на уровень напряжения на входе ЭПАТ с целью определения требований к быстродействию устройств защиты и заземлений, удовлетворяющих вольт-секундным параметрам ЭПАТ.

Список публикаций по теме диссертации

1. Жабина А. В. Коэффициент готовности развивающихся телекоммуникационных сетей / В. Е. Митрохин, Зо Зен Чхор // Материалы межрегионального информационного конгресса «МИК-2004» / Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2004. Ч. 3. С. 137 – 139.

2. Жабина. А. В. Эффективность функционирования телекоммуникационной сети при воздействии дестабилизирующих факторов / В. Е. Митрохин, Зо Зен Чхор // Материалы межрегионального информационного конгресса «МИК-2004» / Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2004. Ч. 3. С. 131 – 136.

3. Жабина А. В. Системный анализ функционирования телекоммуникационной сети Западно-Сибирской железной дороги при воздействии импульсных перенапряжений / В. Е. Митрохин, Зо Зен Чхор // Исследование процессов взаимодействия объектов железнодорожного транспорта с окружающей средой: Сб. ст. по результатам выполнения программы фундаментальных и поисковых научно-исследовательских работ за 2004 г. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2005. Вып. 10. С. 17 – 26.

4. Жабина А. В. Повышение эффективности функционирования схем защиты устройств железнодорожной автоматики и связи при воздействии электромагнитных импульсов / В. Е. Митрохин, Зо Зен Чхор, В. А. Долиненко // Материалы III международного технологического конгресса «Военная техника, вооружения и технологии двойного применения» / Омский гос. ун-т. Омск, 2005. С. 168 – 169.

5. Жабина А. В. Разработка системы технического обслуживания устройств грозозащиты аппаратуры железнодорожной автоматики и телекоммуникаций/ В.Е. Митрохин // Аннотации докладов второй международной научно- практической конференции Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте. ТрансЖАТ 2005, Сочи, 2005. С. 58 – 59.

6. Жабина А. В. Коэффициент готовности телекоммуникационной сети при воздействии импульсных напряжений//Межвуз. темат. сб. науч. тр.
/Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2005. С. 23 – 28.

7. Жабина А. В. Разработка системы технического обслуживания устройств грозозащиты аппаратуры железнодорожной автоматики и телекоммуникаций /В.А.Долиненко, В.Е.Митрохин//Материалы второй международной научно- практической конференции. Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте. ТрансЖАТ 2005: Сочи, 2005. С. 34 – 39.

8. Жабина А. В. Основатель научной школы дальней проводной связи Павел Андреевич Азбукин/Митрохин В.Е. Золотинкина Л.И.// Журнал Электросвязь: история и современность. Прил. к журн, № 4 2006. С.30-36.

9. Жабина А. В. Структурная надежность телекоммуникационных сетей как составляющая информационной безопасности (статья) / В.Е.Митрохин// Журнал “Открытое образование” (Приложение) Материалы XXXIII Международной конференции и дискуссионного клуба Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе IT + SE’06, Гурзуф 2006. С. 64 – 65.

10. Жабина А. В. Удельное сопротивление земли и эксплуатационно-технические требования к устройствам грозозащиты / В.Е. Митрохин, Д.И. Бизин //Материалы третьей международной научно- практической конференции. Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте. ТрансЖАТ 2006: Санкт-Петербург, 2006. С. 465 – 471.

11. Жабина А. В. Оценка качества функционирования телекоммуникационных систем при воздействии дестабилизирующих факторов/ В.Е. Митрохин, Д.А Федотов//Материалы международной научно- технической конференции. Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России: Екатеринбург, 2006. С. 489 – 490.

12. Жабина А. В. Системный анализ функционирования линейных сооружений железнодорожного транспорта при импульсных электромагнитных воздействиях / В.Е.Митрохин //Материалы международной научно- технической конференции. Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России: Екатеринбург, 2006. С. 487 – 488.

13. Zhabina А. V. Availability factor of telecommunications network under the impulse voltage effect /5th Conference of European students of traffic and transportation sciences Transportation as a Mean of Globalization CVUT Prague and Pardubice Czech Republic 30 April – 5-th May 2007. С. 30-33.

14. Жабина А.В. Повышение эффективности устройств защиты /Митрохин В.Е.//Журнал Автоматика, связь, информатика. 2009 г. № 3.
С. 14 – 16.

15. Жабина А.В. Влияние динамических характеристик устройств защиты на эффективность функционирования систем радиосвязи и радиоуправления при импульсных электромагнитных воздействиях. /В.Е. Митрохин //Материалы научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития специальных систем радиосвязи и радиоуправления», Омск, 2008. С. 67 – 69.

16. Жабина А.В. Разработка системы технического обслуживания устройств грозозащиты радиоэлектронной аппаратуры железнодорожной связи./В.Е. Митрохин, Д.А. Федотов//Материалы научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития специальных систем радиосвязи и радиоуправления», Омск, 2009. С. 69 – 71.

17. Жабина А. В. Разработка испытательных комплексов устройств грозозащиты системы радиосвязи и радиоуправления/В.Е. Митрохин, Л.Р. Доросинский и др.// Материалы научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития специальных систем радиосвязи и радиоуправления», Омск, 2008г. С.71.

Жабина Анна Валерьевна

разработка методов ПовышениЯ Эффективности функционирования телекоммуникационных
систем при внешних импульсных
электромагнитных воздействиях

Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

___________________________

Подписано к печати 26.02.2009 г. Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Зак. №

___________________________________________________________________

Тип. ОмГУПС. 644047 Омск, пр-т К. Маркса, 35



 





<


 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.