Проектирование ВЧ каналов по ЛЭП - Высокочастотные заградители

Высокочастотный заградитель состоит из силовой катушки, элемента настройки, при помощи которого он настраивается на запирание необходимой полосы частот, и разрядников, защищающих силовую катушку от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Высокочастотные заградители, выпускаемые в Советском Союзе, приведены в табл. 2-3.

Таблица 2-3

Рис. 2-5. Принципиальная схема в. ч. заградителей с резонансной настройкой. а — одночастотного; б — двухчастотного.

Рис. 2-6. Принципиальная схема в. ч. заградителей с резонансной притупленной настройкой.
а — одночастотного; б — двухчастотного; в —одночастотного с железным сердечником внутри силовой катушки.
Принципиальные схемы резонансной настройки в. ч. заградителей показаны на рис. 2-5. Этот тип настройки обеспечивает на расчетной частоте активное сопротивление от 1000 до 10 000 Ом. Для практических целей такие высокие сопротивления излишни, в связи с чем чаще применяются одно- и двухчастотная схемы с притупленной настройкой, при которой в резонансный контур включается активное сопротивление, снижающее его добротность. В результате сопротивление заградителя уменьшается, однако резонансная кривая делается более широкой и пологой. В области высших частот диапазона в. ч. связи ширина резонансной кривой при использовании схем с притупленной настройкой получается достаточной для охвата обеих полос частот дуплексной телефонной связи. Схемы притупленной резонансной настройки показаны на рис. 2-6. Поскольку при небольших индуктивностях силовой катушки такая настройка в состоянии обеспечить достаточную величину активной составляющей сопротивления лишь на сравнительно высоких частотах (свыше 150 кГц), эту индуктивность стремятся повысить, что, однако, связано со значительным увеличением размеров, веса и стоимости катушки. Поэтому иногда для увеличения величины индуктивности внутрь катушки помещают сердечники из трансформаторной стали (как, например, в заградителях ВЧЗС).

Рис. 2-7. Принципиальная схема в. ч. заградителей с полосной настройкой.
а — двухконтурная; б — трехконтурная.

Дальнейшим развитием схем настройки явились двух- и трехконтурная схемы, показанные на рис. 2-7. Более прогрессивной из них является трехконтурная схема, обеспечивающая лучшее использование индуктивности силовой катушки.
Силовые катушки в. ч. заградителей наматываются на дубовые или буковые рейки, часть которых закрепляется в металлических крестовинах по концам катушки. На крестовинах укреплена арматура для подвески заградителя на линии, а также специальные зажимы для подключения концов силовых катушек к проводам линии электропередачи. На верхней крестовине, кроме того, крепится элемент настройки заградителя.
Большинство силовых катушек имеет однослойную обмотку. Исключением являются в. ч. заградители РЗ-1000-0,6 и РЗ-2000-1,2, у которых силовые катушки намотаны соответственно в 2 и 4 слоя, соединенные параллельно.
Для уменьшения активного сопротивления многослойных заградителей на промышленной частоте и увеличения динамической устойчивости силовой катушки предусматривается транспозиция проводов, при которой каждый из проводов занимает одинаковое количество витков в каждом слое катушки. Силовые катушки заградителей РЗ и ВЧЗС выполняются алюминиевым проводом, заградители КЗ-500 — как алюминиевым, так и медным проводами, заградителя РЗ-58—медной шиной прямоугольного сечения. Технические данные силовых катушек заградителей приведены в табл. 2-4.

Таблица 2-4

Таблица 2-5

Рис. 2-8. Высокочастотные заградители, используемые в энергетических сетях СССР.
а — РЗ-2000-1,2; б — РЗ-1000-0,6; в — РЗ-600-0,25; г — КЗ-500; д — P3-63-300; е — ВЧЗС-100; 1 — элемент настройки; 2 — вилитовые разрядники; 3 — защитная катушка; 4 — буковые или дубовые рейки; 5 — верхняя и нижняя крестовины; 6 — верхняя и нижняя серьги для подвески заградителя; 7 — контактные пластины.

На рис. 2-8 показан общий вид и сравнительные размеры в. ч. заградителей, применяемых в энергосистемах Советского Союза. На рис. 2-9 более подробно изображено устройство силовой катушки заградителя РЗ-1000-0,6.
Элементом настройки заградителя называется отдельный блок, в котором заключены показанные на рис. 2-7, 2-8 и 2-9 конденсаторы и дополнительные катушки индуктивности. В этом же блоке иногда устанавливаются и разрядники, защищающие силовую катушку и конденсаторы от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Элементы настройки заградителей РЗ-600-0,25, РЗ-1000-0,6 и КЗ-500 выпускаются как отдельные изделия, обозначаемые соответственно ЭН-0,25, ЭН-0,6 и ЭН-3. Остальные заградители выпускаются комплектно, вместе с элементами настройки.

Рис. 2-9. Силовая катушка в. ч. заградителя РЗ-1000-0,6.
1 — верхняя серьга; 2 — верхняя крестовина; 3 — силовая катушка; 4 — нижняя крестовина; 5 — нижняя серьга; 6 — отверстия диаметром 14 мм для крепления элемента настройки; 7 — отверстия диаметром 12 мм для крепления разрядника; 8 — контактные пластины на верхней и нижней крестовинах.

Элементы настройки заградителей ЭН-1,2; ЭН-0,6; ЭН-0,25 и ЭН-0,85 имеют примерно одинаковую схему и состоят из двух настроечных катушек с отводами, набора емкостей и нагрузочных сопротивлений. В комплект элемента настройки включены также два защитных разрядника и защитная катушка. Схема элемента настройки к заградителям РЗ показана на рис. 2-10. В элементах настройки ЭН-1,2 и ЭН-0,6 установлено только одно сопротивление R3, а сопротивления и R2 отсутствуют.

Рис. 2-12. Внешний вид элементов настройки ЭН-0,6 (а), ЭН-0,25 и ЭН-3 (б).

Индуктивности L2 и L3 в этих элементах настройки имеют меньшее количество отводов, так как рабочий диапазон частот от 40 до 300 кГц при больших значениях индуктивности силовой катушки может быть перекрыт более широкими полосами настройки. В частности, в элементе настройки ЭН-1,2 индуктивности L2 и L3 имеют по одному отводу, в элементе настройки ЭН-0,6 индуктивность L2 имеет 4 отвода, а индуктивность L3 выполнена без отводов. Элементы настройки ЭН-3 и ЭНД для заградителей КЗ-500, ВЧЗС-100 и РЗ-58 имеют несколько другие схемы (рис. 2-11). Номиналы отдельных деталей схемы для элементов настройки приведены в табл. 2-5.
Общий вид различных элементов настройки показан на рис. 2-12. Возникающие на линиях электропередачи коммутационные и атмосферные перенапряжения могут явиться причиной перекрытия витков силовой катушки и пробоя конденсаторов, установленных в элементах настройки. Для предупреждения повреждения этих устройств используются вентильные разрядники и дополнительные защитные катушки индуктивностью около 20 мгн.

Пробивное напряжение разрядника Р1 на рис. 2-9 выбирается таким, чтобы оно было на 30—40% больше возможного падения напряжения на силовой катушке при ударном токе короткого замыкания. Это напряжение может быть определено формулой

где f — частота промышленного тока, Гц;
L1 — индуктивность силовой катушки, мгн;
Iк.з— амплитуда ударного тока, а.
Поскольку при волнах перенапряжений с крутым фронтом разрядник Ρ1 может сработать с некоторым запаздыванием, в схему элемента настройки вводится защитная катушка L3, которая замедляет рост напряжения на конденсаторах настройки. Однако после пробоя разрядника Ρ1 емкость G может оказаться под воздействием напряжения, возникающего на колебательном контуре L3 — поэтому в схему включается второй разрядник Р2 с теми же параметрами, что и у разрядника Ρχ. Опыт эксплуатации показывает, что при наличии такой защиты элементы настройки работают без повреждений в течение длительного времени.
Несмотря на применение многоконтурных схем настройки, индуктивность силовых катушек указанных выше типов заградителей все же оказывается недостаточной. Для того чтобы обеспечить необходимое сопротивление заградителя на всех частотах, используемых каналами связи, диапазон частот разделяется на отдельные полосы. Эти полосы тем шире, чем выше область частот и больше индуктивность силовой катушки.
Заградители РЗ-600-0,25, на частотах ниже 100 кГц и КЗ-500 на частотах ниже 150—170 кГц нельзя применять для полосной настройки. В этой части диапазона их можно использовать лишь в качестве одночастотного или двухчастотного резонансных контуров.
В табл. 2-6 приведены полосы частот, на которые рекомендуется настраивать различные типы заградителей (по материалам заводов-изготовителей).
Высокочастотные заградители РЗ-600-0,25, РЗ-1000-0,6 и РЗ-2000-1,2 выпускаются также и для работы в тропиках. При заказе заградителей «в тропическом исполнении» они укомплектовываются элементами настройки, детали которых защищены влагонепроницаемой эпоксидной смолой, обеспечивающей стабильность параметров используемых устройств при изменении температуры и влажности воздуха.

Таблица 2-6

Продолжение табл. 2-6

Рис. 2-13. Принципиальная схема переносного заземляющего в. ч. заградителя.

В практике эксплуатации в. ч. каналов связи по линиям электропередачи используется еще один вид заградителей — переносный заземляющий заградитель. Он применяется в тех случаях, когда на отключенной от силовой сети линии производятся ремонтные работы. По правилам техники безопасности участок линии, на котором работают люди, должен быть с обеих сторон надежно заземлен. Если при этом по линии электропередачи работают каналы в. ч. связи, то для их сохранения последовательно между заземляемыми проводами и землей должны быть включены переносные заземляющие заградители. Заземляющий заградитель ПЗ-6-2 состоит из катушки индуктивностью 1,2 мгн,выдерживающей длительное прохождение тока 20—25 а и ток короткого замыкания 6 ка в течение 2 сек. Силовая катушка заземляющего заградителя зашунтирована купроксным разрядником, рассчитанным на рабочее напряжение 100 в, и вакуумным разрядником РА-350.
Схема заземляющего заградителя показана на рис. 2-13. Заземляющий заградитель вносит в канал в. ч. связи незначительное затухание — около 0,1 неп. Поскольку при снятии с линии напряжения уровень помех в каналах резко падает и качество связи улучшается, заземление силовых проводов через заземляющие заградители не повлияет на работу каналов.