WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

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

Элементы телекоммуникационной сети

Общий коэффициент готовности

Кабельная линия связи

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»