Основным параметром заградителя является полоса заграждения.
Полосой заграждения называется полоса частот, в пределах которой сопротивление заградителя как двухполюсника больше определенного значения. Сопротивление заградителя является величиной комплексной, поэтому различают две разновидности полос заграждения:
полоса заграждения по активной составляющей полного сопротивления, в пределах которой активная составляющая полного сопротивления заградителя больше заданной величины;
полоса заграждения по полному сопротивлению, в пределах которой модуль полного сопротивления больше заданной величины.
Как видно из схемы присоединения на рис. 1.1, линейный тракт капала ВЧ связи шунтируется сопротивлением, равным сумме сопротивлений заградителя и входного сопротивления шин подстанции. Входное сопротивление шин подстанции зависит от количества и характера оборудования высокого напряжения, длины шин подстанции, расстояния от заградителя до шин и др. Поэтому это сопротивление может изменяться в очень широких пределах и является в основном реактивным, преимущественно емкостного характера. Реактивная составляющая полного сопротивления заградителя может оказаться скомпенсированной входным сопротивлением шин подстанции. С учетом такой компенсации полосу заграждения заградителя, как правило, нормируют по активной составляющей полного сопротивления, которая ничем не может быть скомпенсирована. Если заградитель используется для ВЧ каналов релейной защиты или системной автоматики, то его полосу всегда определяют по активной составляющей полного сопротивления.
Заграждающие свойства заградителя зависят от ВЧ параметров его реактора и от используемой схемы его настройки. На каждой из частот рабочего диапазона реактор может быть представлен в виде эквивалентной схемы, показанной на рис. 1.3, в которой L — индуктивность, rпот— сопротивление потерь и С0 — собственная емкость в некоторой мере зависят от частоты. Рассмотрим параметры реактора в диапазоне частот ВЧ связи.
Рис. 1.3. Эквивалентная схема реактора заградителя
Индуктивность реактора. Под индуктивностью на высоких частотах понимается элемент эквивалентной схемы на рис. 1.3, а не кажущаяся индуктивность, которую можно непосредственно измерить приборами на данной частоте.
Индуктивность реактора является основным параметром реактора, так как при любых схемах настройки полоса заграждения тем больше, чем больше значение этой индуктивности. На высоких частотах индуктивность реактора на 3—5% меньше его индуктивности на промышленной частоте из-за уменьшения внутренней индуктивности провода за счет поверхностного эффекта.
Собственная емкость зависит от сечения провода, используемого для намотки реактора, толщины и диэлектрической постоянной изоляционных прокладок, числа параллельных слоев в намотке и числа витков в слое. С ростом сечения провода и числа слоев намотки собственная емкость увеличивается. Поэтому емкость тем больше, чем больше номинальный рабочий ток реактора. Собственная емкость должна рассматриваться как элемент схемы настройки.
Собственная резонансная частота — это частота, на которой реактор имеет наибольшее сопротивление. На частотах выше резонансной полное сопротивление реактора становится емкостным и уменьшается с ростом частоты. Значение собственной резонансной частоты определяет верхний предел полосы, заграждения заградителя с данным реактором и заданным минимальным сопротивлением в пределах полосы.
Резонансная частота тем ниже, чем больше индуктивность реактора и его собственная емкость. Для сравнительно малых заградителей па ток до 1000 А и индуктивность до 0,5 мГн собственная резонансная частота обычно больше 600 кГц. При диапазоне рабочих частот до 1000 кГц такое значение рабочей частоты реактора не накладывает ограничений на заграждающие параметры заградителя. При больших рабочих токах и больших индуктивностях резонансная частота может оказаться ниже 300 кГц (для заградителя ВЗ-2000-1,2 f0 = 270 кГц). При этом получение требуемого сопротивления заградителя на частотах вблизи 1000 кГц затруднительно.
Добротность реактора — величина, определяющая максимально возможное резонансное сопротивление резонансного контура, образованного из реактора. Добротность определяется значениями индуктивности и сопротивления активных потерь на каждой из частот диапазона в соответствии с выражением
(1.5)
Добротность является более медленной функцией частоты, чем сопротивление потерь. Зависимость добротности от частоты имеет вид одногорбой кривой с очень плавным максимумом, частота которого существенно ниже резонансной частоты реактора. Обычно добротность реактора достаточно велика, и этот параметр не оказывает существенного влияния на заграждающие параметры заградителя. Исключение составляют заградители со стальным сердечником, у реактора которых добротность может быть очень низкой из-за больших потерь в стали сердечника.
Виды настройки заградителя. Заградитель можно выполнить с одним из следующих видов настройки.
Резонансная одночастотная настройка. Схема настройки состоит из конденсатора (или магазина конденсаторов), с помощью которого реактор заградителя настраивается
на среднюю частоту рабочей полосы канала связи. При этом заградитель как двухполюсник представляет собой параллельный резонансный контур высокой добротности. Резонансная настройка используется в заградителях с малым значением индуктивности реактора в основном для одночастотных каналов релейной защиты или системной автоматики. Недостатками резонансной схемы настройки являются малое значение полосы заграждения но активной составляющей и большая неравномерность частотной характеристики сопротивления в пределах полосы. Заградитель, настроенный по однорезонансной схеме, называется резонансным заградителем.
Резонансная двухчастотная настройка.
С помощью конденсаторов и дополнительных катушек индуктивности создается схема, имеющая два параллельных резонанса. При этом эквивалентная схема заградителя представляет собой последовательное соединение двух параллельных резонансных контуров, у которых каждая из катушек имеет индуктивность, меньшую индуктивности реактора. Такой заградитель заграждает две полосы частот, каждая из которых меньше, чем при одночастотной настройке на ту же среднюю частоту.
Возможна также настройка заградителя на большее число резонансных частот. Однако заграждающие свойства заградителя на каждой из рабочих полос получаются существенно хуже, чем при одночастотной или двухчастотной настройке, и потому многочастотные схемы настройки распространения не получили.
Резонансная притупленная настройка отличается от обычных резонансных настроек тем, что в схему элемента настройки помимо реактивных элементов включаются резисторы, снижающие добротности резонансных контуров. Благодаря этому на каждой из частот настройки снижается резонансное сопротивление и расширяется полоса заграждения по активной составляющей полного сопротивления.
Основная область применения заградителей с притупленной резонансной настройкой — каналы дуплексной телефонной связи, для которых заградители с малой индуктивностью реактора при резонансной частоте не обеспечивают требуемой ширины полосы заграждения по активной составляющей. Во многих случаях притупленная настройка применяется и для одночастотных каналов защиты, так как при расширении полосы заграждения допустима большая величина расстройки заградителя в процессе эксплуатации, что несколько повышает надежность ВЧ канала.
Широкополосная настройка. При этом виде настройки реактор заградителя является элементом полузвена полосового фильтра, нагруженного на сопротивление, близкое к характеристическому. Нагрузочный (резистор включается в схему элемента настройки. Схема полосового фильтра выполняется так, чтобы его входное сопротивление, являющееся сопротивлением заграждения заградителя, было достаточно велико в пределах требуемой полосы. При этом достигается большая равномерность частотной характеристики активной составляющей полного сопротивления в пределах полосы. Широкополосная настройка в настоящее время является основным видом настройки заградителей, так как при индуктивности реактора 0,5 мГн и более резонансные и притупленные схемы не применяются.
Широкополосная настройка по схеме фильтра верхних частот. В этом случае реактор вместе с элементом настройки образует фильтр верхних частот, нагруженный на сопротивление, равное характеристическому. Заградитель с такой схемой настройки заграждает всю полосу частот выше определенной (граничной) частоты. Применение настройки по схеме фильтра верхних частот возможно только при больших значениях индуктивности реактора и малых значениях его собственной емкости. При малых значениях индуктивности реактора граничная частота высока (при L=0,5 МГн и rмин=500 Ом, fгр=160 кГц). При большом значении собственной емкости реактора схема фильтра верхних частот нарушается и сопротивление заградителя уменьшается с ростом частоты. По этим причинам заградители по схеме фильтра верхних частот практически имеют худшие характеристики по сравнению с заградителями но схемам полосовых фильтров. Однако преимуществом данного вида настройки является простота схемы ЭН.
Заградители без элемента настройки. В этих заградителях сопротивлением заграждения является полное сопротивление реактора. Такие заградители используются для обработки трактов по изолированным проводам расщепленных фаз и по тросам, так как в таких трактах исключена компенсация реактивной составляющей полного сопротивления.
