Связь по проводам воздушных линий электропередачи является наиболее естественным, дешевым и в то же время наиболее надежным видом связи для передачи информации, необходимой для диспетчерского и технологического управления режимом работы энергетических систем и энергообъединений, а также для работы релейной защиты и противоаварийной автоматики.
Характерной особенностью этого вида связи является необходимость в специальных устройствах, позволяющих отделить маломощные сигналы связи от напряжений и токов промышленной частоты как при нормальных режимах работы энергетической системы, так и при аварийных ситуациях. Эти устройства разделяются на две основные категории: устройства обработки и устройства присоединения.
Устройства обработки (УО) служат для отделения используемых проводов ВЛ от всей остальной сети высокого напряжения, с тем чтобы препятствовать растеканию токов передаваемых сигналов по проводам, не совпадающим с проводами и направлением канала связи. Основным элементом УО является высокочастотный заградитель (ВЗ). Высокочастотный заградитель представляет собой двухполюсник, состоящий из катушки индуктивности (реактор заграждающий РЗ) и элемента настройки (ЭН) и включаемый в используемый для связи провод ВЛ в сторону, противоположную направлению канала связи. Заградитель имеет достаточно высокое сопротивление для токов рабочей частоты капала связи и очень малое сопротивление для токов промышленной частоты.
Устройства присоединения (УП) служат для присоединения передатчиков и приемников аппаратуры уплотнения к проводам ВЛ. Для каналов ВЧ связи по ВЛ УП содержат три основных элемента: высокочастотный кабель, фильтр присоединения (ФП) и конденсатор связи (КС) (см. рис. 1.1). В отдельных случаях УП дополняются разделительными фильтрами (РФ) для обеспечения независимой параллельной работы аппаратуры уплотнения различных каналов связи на общий ВЧ кабель . В устройствах присоединения к проводам ВЛ вместо конденсаторов связи могут использоваться антенны и провода, натягиваемые параллельно проводу ВЛ.
На первых этапах применения ВЧ связи по ВЛ для присоединения ВЧ аппаратуры использовалась только антенная связь. Антенными устройствами присоединения был оборудован первый в Советском Союзе канал ВЧ связи, включенный в 1922 г. на линии 110 кВ Кашира—Москва. В дальнейшем антенны были повсеместно вытеснены конденсаторами, так как с их помощью можно получить значительно более эффективные устройства присоединения. В 60-х годах вновь возник интерес к антенным присоединениям в связи с использованием ВЧ связи по ВЛ для образования каналов связи диспетчера с передвижными монтерскими бригадами. В качестве антенн для каналов монтерской связи часто используются изолированные отрезки грозозащитного троса.
В Советском Союзе конденсаторы связи начали выпускаться в 1935 г. Первые КС были бушингового типа, т. е. в виде цилиндров, обмотанных станиолевой лентой с бумажно-масляными прокладками. Конденсаторы выпускались на напряжение 65/ √ 3 кВ и имели емкость 1000 и 2000 пФ. С 1940 г. перешли на изготовление конденсаторов секционированного типа в том конструктивном виде, который в основном сохранился до настоящего времени.
После Великой Отечественной войны выпуск конденсаторов связи возобновился в 1948 г. До 1951 г. выпускался один тип КС СМ-70-0,0044 емкостью 4400 пФ. Конденсатор предназначался для присоединения к ВЛ 35 кВ (один элемент с емкостью 4400 пФ), к ВЛ ПО кВ (два элемента, соединяемые последовательно, с емкостью присоединения 2200 пФ) и к ВЛ220кВ (четыре последовательно соединенных элемента общей емкостью 1100 пФ). С 1951 г. начался выпуск конденсаторов серии СМР более совершенной конструкции. В связи со строительством в 1954—1956 гг. первых линий 400 кВ был выпущен конденсатор СМР-133/|У 3-0,0186 емкостью 18 600 пФ в одном элементе. Для. ВЛ 400 кВ КС собирался из трех элементов с общей емкостью 4650 пФ. В настоящее время промышленность выпускает КС в большом ассортименте, рассчитанные на присоединение к ВЛ всех классов напряжения с емкостью присоединения не менее 2140 пФ.
Первые фильтры присоединения строились по резонансным схемам и осуществляли компенсацию реактивного сопротивления КС на одной или двух рабочих частотах и именовались компенсационными устройствами (КУ)· Компенсационные устройства начали выпускаться в Советском Союзе с 1935 г. Поскольку КУ не обеспечивают согласования ВЛ с ВЧ кабелем, по которому передаются сигналы связи от ВЧ аппаратуры к КС, и не обеспечивают заземления нижней обкладки КС по промышленной частоте, одновременно с КУ начали выпускаться согласующие трансформаторы и заземляющие ВЧ дроссели. С 1939 г. КУ были заменены на полосовые фильтры присоединения. Полосовой фильтр присоединения обеспечивает как согласование сопротивления ВЛ и ВЧ кабеля, так и заземление нижней обкладки КС по промышленной частоте.
После Великой Отечественной войны выпуск фильтров присоединения был начат в 1948 г. До 1955 г. выпускался один тип фильтра присоединения ОФП-4, предназначенный для работы с конденсаторами связи СМР на 4400 пФ в элементе для устройств присоединения к линиям 110 и 220 кВ. С 1955 г. начал выпускаться фильтр ФП-400 для ВЛ 400 кВ, который вскоре был заменен фильтрами ФП-500 (для ВЛ 500 кВ). Фильтры ОФП-4 и ФП-500 выпускались до 1973 г., после чего они были заменены серией фильтров, сначала ФП, затем ФПУ, которые обеспечивают присоединение к ВЛ всех классов напряжения от 110 до 750 кВ, а также к грозозащитным тросам.
Высокочастотные заградители в Советском Союзе были впервые созданы в 1933 г. в лаборатории имени А. А. Смурова. Заградители имели индуктивность 0,1 мГн и одночастотную настройку. С 1934 г. начался серийный выпуск этих заградителей. Схема и конструкция заградителя неоднократно совершенствовались, и к 1939 г. была создана конструкция, которая в основном сохранилась до настоящего времени. Первый заградитель этой конструкции имел индуктивность реактора 0,124 мГн, был рассчитан на рабочий ток 500 А и позволял осуществлять двухчастотную резонансную настройку в диапазоне 50—300 кГц. В довоенные годы в энергосистемах довольно широко использовались импортные заградители, главным образом американской фирмы «Вестингауз».
После Великой Отечественной войны выпуск заградителей был восстановлен в 1948 г. Выпускались заградители типа КЗ-500 приблизительно с теми же параметрами, что и до войны. К заградителю КЗ-500 выпускался элемент настройки типа ЭНВЗ. С 1952 г. вместо ЭНВЗ стали выпускаться элементы ЭН-1 и ЭН-2, из которых ЭН-1 предназначался для одночастотной настройки.
Для двухчастотной настройки требовались оба элемента ЭН-1 и ЭН-2. С 1955 г. начал выпускаться элемент ЭН-3, совмещавший в себе функции ЭН-1 и ЭН-2.
В 1955 г. для ВЛ 400 кВ начался выпуск заградителей ВЗ-2000/400. Этот заградитель имел индуктивность реактора 2,0 мГн, был рассчитан на рабочий ток 1850 А и обеспечивал заграждение полосы 50—300 кГц в одном широкополосном диапазоне. Реакторы заградителей КЗ-500 и ВЗ-2000/400 наматывались медным многожильным проводом.
С I960 г. заградители КЗ-500 и ВЗ-2000/400 были сняты с производства и начался выпуск заградителей серии ВЗ, которая состояла из трех заградителей ВЗ-600-0,25 (взамен КЗ-500), ВЗ-1000-0,6 и ВЗ-2000-1,2 (взамен ВЗ-2000/400). В обозначениях заградителей серии ВЗ первая цифра означает рабочий ток в амперах, вторая — индуктивность реактора в миллигенри. В 1978—1979 гг. был разработан заградитель на рабочий ток 4000 А (типа ВЗ-4000-0,5), предназначенный для ВЛ 750 кВ и более высоких напряжений. В 1980—1981 гг. были разработаны новые ВЧ заградители ВЗ-630-0,5; ВЗ-1250-0,5;
ВЗ-2000-0,5 и ВЗ-2000-1,0, обладающие существенно лучшими сильноточными и ВЧ параметрами. Эти заградители выпускаются с 1984 г. взамен заградителей ВЗ-600-0,25; ВЗ-1000-0,6 и ВЗ-2000-1,2. Реакторы заградителей серии ВЗ разрабатываются и выпускаются предприятием Министерства электротехнической промышленности, элементы настройки выпускают предприятия Министерства промышленности средств связи на основании разработок ВНИИЭ Высокочастотные заградители для сетей низких классов напряжения со сравнительно малыми значениями рабочие токов (100—400 А) выпускаются предприятиями Минэнерго СССР.
Теоретические исследования устройств обработки и присоединения проводились во ВНИИЭ. Разработкой заградителей и фильтров присоединения для линий низких классов напряжения руководил В. Э. Сапирштейн. Существенный вклад в технику устройств обработки и присоединения внесли также Р. А. Израилев, А. И. Малышев и Ю. П. Шкарин. Промышленной разработкой силовых реакторов серия ВЗ руководили Л. А. Мастрюков и К. К· Корешок, а элементов настройки к мим —Ф. С. Краснов и Л. Г. Сонис.
